通信原理簡(jiǎn)明教程－第1章2025/6/10第１章緒論2第1章緒論1.1通信系統(tǒng)的組成

1.2信息及其度量

1.3通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.4通信發(fā)展簡(jiǎn)史

2025/6/10第１章緒論3１.1通信系統(tǒng)的組成

通信意義：通信與傳感技術(shù)、計(jì)算技術(shù)緊密結(jié)合，構(gòu)成現(xiàn)代社會(huì)的“神經(jīng)中樞”。通信技術(shù)已成為推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)文明、進(jìn)步與發(fā)展的巨大動(dòng)力。通信概念：信息的傳遞過(guò)程稱(chēng)為通信。本課程講述以電信號(hào)為信息載體的通信方式，即電通信。2025/6/10第１章緒論41.1.1通信系統(tǒng)模型及各部分作用

１.完成信息傳遞所需的通信設(shè)備和傳輸媒質(zhì)組成通信系統(tǒng)。信源和輸入轉(zhuǎn)換器發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備輸出轉(zhuǎn)換器和信宿噪聲源圖1－1通信系統(tǒng)的一般模型產(chǎn)生電信號(hào)將輸入轉(zhuǎn)換為適信道傳輸?shù)男盘?hào)傳輸媒介濾除噪聲，恢復(fù)發(fā)送信號(hào)信號(hào)目的地2025/6/10第１章緒論52.通信系統(tǒng)分類(lèi)

根據(jù)通信業(yè)務(wù)分：電話通信系統(tǒng)、電報(bào)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)、廣播電視系統(tǒng)等。根據(jù)信道分：有線通信系統(tǒng)、無(wú)線通信系統(tǒng)等根據(jù)工作波段分：中長(zhǎng)波通信系統(tǒng)、短波通信系統(tǒng)、超短波通信系統(tǒng)、微波通信系統(tǒng)等。1.1.1通信系統(tǒng)模型及各部分作用

2025/6/10第1章通信系統(tǒng)概述6表1-1通信波段與常用傳輸媒質(zhì)頻率范圍波長(zhǎng)符號(hào)傳輸媒質(zhì)用途3Hz~30kHz104~108m甚低頻VLF有線線對(duì)長(zhǎng)波無(wú)線電音頻電話、岸與潛艇通信、超遠(yuǎn)距離導(dǎo)航30~300kHz103~104m低頻LF有線線對(duì)長(zhǎng)波無(wú)線電電力線通信、地下巖層通信、遠(yuǎn)距離導(dǎo)航300kHz~3MHz102~103m中頻MF同軸電纜中波無(wú)線電調(diào)幅廣播、業(yè)余無(wú)線電、船用通信、中距離導(dǎo)航3~30MHz10~102m高頻HF同軸電纜短波無(wú)線電短波廣播、移動(dòng)無(wú)線電話、軍用無(wú)線電通信、業(yè)余無(wú)線電30~300MHz1~10m甚高頻VHF同軸電纜米波無(wú)線電調(diào)頻廣播、電視、雷達(dá)、軍用無(wú)線電通信300MHz~3GHz0.1~1m特高頻UHF波導(dǎo)分米波無(wú)線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)3~30GHz1~10cm超高頻SHF波導(dǎo)厘米波無(wú)線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)30~300GH1~10mm極高頻EHF波導(dǎo)毫米波無(wú)線電微波接力、雷達(dá)、射電天文學(xué)105~106GHz3x10-7~3x10-6m紫外、可見(jiàn)光、紅外光纖激光空間傳播光通信2025/6/10第１章緒論71.1.2模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)模型1.模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)波形(a)連續(xù)信號(hào)；(b)抽樣信號(hào)2025/6/10第１章緒論8數(shù)字信號(hào)波形(a)二進(jìn)制波形；(b)2PSK波形1.1.2模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)模型2025/6/10第１章緒論92.模擬通信系統(tǒng)模型圖1－４模擬通信系統(tǒng)模型1.1.2模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)模型2025/6/10第１章緒論10信源編碼加密器信道編碼數(shù)字調(diào)制信道數(shù)字解調(diào)解密器信道譯碼信源譯碼信宿信源噪聲源圖1－５數(shù)字通信系統(tǒng)模型1.1.2模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)模型3.數(shù)字通信系統(tǒng)模型2025/6/10第１章緒論11

優(yōu)點(diǎn):抗噪聲性能好，允許信號(hào)失真，接力通信時(shí)無(wú)噪聲積累。1.1.2模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)模型4.數(shù)字通信的優(yōu)缺點(diǎn)2025/6/10第１章緒論12差錯(cuò)可控，可采用糾錯(cuò)編碼及交織技術(shù)。數(shù)字通信易于加密處理，保密性強(qiáng)。便于處理、存儲(chǔ)、交換及和計(jì)算機(jī)等設(shè)備連接，從而語(yǔ)音、圖像、文字、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)可以變換成統(tǒng)一的數(shù)字信號(hào)在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸、交換和處理。易于集成化，體積小，成本低。1.1.2模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)模型2025/6/10第１章緒論13缺點(diǎn)：占據(jù)更多帶寬。由壓縮編碼及寬帶信道解決

如模擬話音，只有3KHz的帶寬；數(shù)字話音，64Kb/s返回主目錄1.1.2模擬與數(shù)字通信系統(tǒng)模型2025/6/10第１章緒論141.2信息及其度量1.信息量的定義信號(hào)是消息的載體，而信息是其內(nèi)涵。信息量：信息的多少，就是對(duì)消息中不確定性的度量。消息出現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大。設(shè)信息源是由離散符號(hào)（事件組成的集合。每個(gè)符號(hào)的發(fā)生是相互獨(dú)立的，其發(fā)生概率滿足非負(fù)、歸一性，則某個(gè)符號(hào)含有信息量為2.熵的概念

信源各符號(hào)平均信息量，bit/sym2025/6/10第１章緒論151.4信息及其度量2025/6/10第１章緒論161.4信息及其度量2025/6/10第１章緒論171.4信息及其度量2025/6/10第１章緒論181.4信息及其度量2025/6/10第１章緒論191.3通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)有效性和可靠性。有效性是指在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說(shuō)是傳輸?shù)摹八俣取眴?wèn)題；可靠性是指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問(wèn)題。這兩個(gè)問(wèn)題相互矛盾而又相對(duì)統(tǒng)一，通常還可以進(jìn)行互換。2025/6/10第１章緒論201.3.1模擬通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)有效性可用有效傳輸頻帶來(lái)度量，同樣的消息用不同的調(diào)制方式，則需要不同的頻帶寬度。可靠性用接收端最終輸出信噪比來(lái)度量。不同調(diào)制方式在同樣信道信噪比下所得到的最終解調(diào)后的信噪比是不同的。如調(diào)頻信號(hào)抗干擾能力比調(diào)幅好，但調(diào)頻信號(hào)所需傳輸頻帶卻寬于調(diào)幅。2025/6/10第１章緒論211.3.2數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)有效性:碼元速率、信息速率及頻帶利用率碼元速率：，單位波特，簡(jiǎn)記Baud或B，其中為碼元持續(xù)時(shí)間或碼元寬度或碼元間隔。

2025/6/10第１章緒論22

信息速率：，單位為比特／秒，記為bit/s或b/s

當(dāng)各符號(hào)等概時(shí)：，其中Ｍ為進(jìn)制數(shù)。1.3.2數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)2025/6/10第１章緒論23頻帶利用率(1)碼元頻帶利用率(2)信息頻帶利用率1.3.2數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)2025/6/10第１章緒論241.3.2數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)2025/6/10第１章緒論25可靠性：誤碼率、誤信（比特）率誤碼率：誤信（比特）率：1.3.2數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)2025/6/10第１章緒論261.3.2數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)2025/6/10第１章緒論271.4通信發(fā)展簡(jiǎn)史1.通信發(fā)展簡(jiǎn)史2.通信技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)短波通信微波通信衛(wèi)星通信光纖通信移動(dòng)通信人類(lèi)對(duì)新技術(shù)的追求是無(wú)止境的，對(duì)新的通信系統(tǒng)和通信技術(shù)的研究仍在不斷進(jìn)行。人類(lèi)通信的目標(biāo)是任何人在任何地點(diǎn)、任何時(shí)間，都能利用通信終端與在任何地方的人進(jìn)行通信。2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)28通信原理簡(jiǎn)明教程－第2章2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)29第2章預(yù)備知識(shí)2.1信號(hào)與系統(tǒng)的分類(lèi)2.2確知信號(hào)分析2.3隨機(jī)信號(hào)分析2.4通信系統(tǒng)中的噪聲2.5匹配濾波器2.6信道2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)302.1信號(hào)與系統(tǒng)的分類(lèi)信號(hào)的分類(lèi)數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)

數(shù)字信號(hào)：攜帶信息的參量取值離散，如計(jì)算機(jī)輸出的“１”“０”信號(hào)。

模擬信號(hào)：攜帶信息的參量取值連續(xù)，如語(yǔ)音信號(hào)。周期信號(hào)與非周期信號(hào)

周期信號(hào)：每隔一個(gè)固定時(shí)間重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)，如正弦信號(hào)或余弦信號(hào)。

非周期信號(hào)：不是周期重復(fù)出現(xiàn)的信號(hào)，如語(yǔ)音信號(hào)、單個(gè)的矩形脈沖信號(hào)等。2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)31確知信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)

確知信號(hào)：能用確定的數(shù)字表達(dá)式描述的信號(hào)。

隨機(jī)信號(hào)：信號(hào)在發(fā)生之前無(wú)法預(yù)知的信號(hào)，即寫(xiě)不出確定的數(shù)學(xué)表達(dá)式，通常只知道它取某值的概率。能量信號(hào)與功率信號(hào)

能量信號(hào)：能量有限的信號(hào)。如寬度和幅度有限的單個(gè)矩形脈沖。

功率信號(hào)：功率有限的信號(hào)。如正弦或余弦信號(hào)。2.1信號(hào)與系統(tǒng)的分類(lèi)2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)322.系統(tǒng)的分類(lèi)線性系統(tǒng)與非線性系統(tǒng) 線性系統(tǒng)：滿足線性疊加原理的系統(tǒng)。 非線性系統(tǒng)：不滿足線性疊加原理的系統(tǒng)。時(shí)不變與時(shí)變系統(tǒng)

時(shí)不變系統(tǒng)：系統(tǒng)的參數(shù)不隨時(shí)間變化。也稱(chēng)為恒參系統(tǒng)。

時(shí)變系統(tǒng)：系統(tǒng)的參數(shù)隨時(shí)間變化，也稱(chēng)為變（隨）參系統(tǒng)。2.1信號(hào)與系統(tǒng)的分類(lèi)2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)33物理可實(shí)現(xiàn)與物理不可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)

物理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)：實(shí)際系統(tǒng)都是物理可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，其特點(diǎn)是系統(tǒng)的輸出信號(hào)不可能在輸入信號(hào)之前出現(xiàn)。

物理不可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)：理想系統(tǒng)都是物理不可實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)，如理想低通濾波器。2.1信號(hào)與系統(tǒng)的分類(lèi)2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)342.2確知信號(hào)分析2.2.1周期信號(hào)的頻譜分析2.2.2非周期信號(hào)的頻譜分析2.2.3帕塞瓦爾定理及譜密度2.2.4波形的相關(guān)與卷積2.2.5信號(hào)帶寬2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)352.2.1周期信號(hào)的頻譜分析任意周期為T(mén)0的周期信號(hào)可以展開(kāi)成如下指數(shù)形式的級(jí)數(shù)：當(dāng)x(t)為實(shí)偶信號(hào)時(shí)，也為實(shí)偶函數(shù)。反映了周期信號(hào)中頻率為成分的幅度值和相位值，稱(chēng)為周期信號(hào)的頻譜。2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)362.2.1周期信號(hào)的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)372.2.1周期信號(hào)的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)382.2.1周期信號(hào)的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)392.2.1周期信號(hào)的頻譜分析周期信號(hào)頻譜特點(diǎn):離散性

諧波性2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)402.2.2非周期信號(hào)的頻譜分析

非周期信號(hào)與其傅里葉變換之間關(guān)系:1.傅里葉變換求稱(chēng)為傅里葉變換，記為求稱(chēng)為傅里葉反變換，記為2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)412.常用信號(hào)的傅里葉變換對(duì)

矩形脈沖矩形脈沖的頻譜2.2.2非周期信號(hào)的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)42門(mén)函數(shù)頻譜函數(shù)的傅氏反變換（a）矩形脈沖波形（b）矩形脈沖的頻譜圖2.2.6矩形頻譜及其時(shí)間波形2.2.2非周期信號(hào)的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)43升余弦脈沖的傅氏變換0(a)(b)02.2.2非周期信號(hào)的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)44升余弦頻譜函數(shù)的傅氏反變換(a)(b)2.2.2非周期信號(hào)的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)45周期信號(hào)頻譜：周期沖激脈沖序列頻譜函數(shù)：周期矩形脈沖序列頻譜函數(shù)：2.2.2非周期信號(hào)的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)46（1）線性疊加（2）時(shí)移特性

[例2-6]求下圖脈沖信號(hào)的頻譜。

3.傅里葉變換的運(yùn)算特性及其應(yīng)用

2.2.2非周期信號(hào)的頻譜分析2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)472.2.2非周期信號(hào)的頻譜分析（3）頻移特性

解：2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)482.2.2非周期信號(hào)的頻譜分析（4）卷積特性2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)492.2.3帕塞瓦爾定理及譜密度1.能量信號(hào)的帕塞瓦爾定理及能量譜

能量信號(hào)的帕塞瓦爾定理:

帕塞瓦爾定理將信號(hào)能量或功率與信號(hào)的頻譜函數(shù)聯(lián)系起來(lái)。這樣就有了時(shí)域和頻域兩種計(jì)算能量或功率的方法，從而可以選擇方便計(jì)算的方法來(lái)求得信號(hào)的能量或功率。

2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)50[例2-8]求信號(hào)的能量.定義單位頻率上的能量為能量譜密度:能量譜表示能量隨頻率分布的情況.

2.2.3帕塞瓦爾定理及譜密度2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)512.功率信號(hào)的帕塞瓦爾定理及功率譜

功率信號(hào)的帕塞瓦爾定理:

帕塞瓦爾定理將信號(hào)能量或功率與信號(hào)的頻譜函數(shù)聯(lián)系起來(lái)。這樣就有了時(shí)域和頻域兩種計(jì)算能量或功率的方法，從而可以選擇方便計(jì)算的方法來(lái)求得信號(hào)的能量或功率。

2.2.3帕塞瓦爾定理及譜密度2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)52定義單位頻率上的功率為功率譜密度:功率譜表示功率隨頻率分布的情況.[例2-9]設(shè)余弦信號(hào)，求此信號(hào)功率譜密度及其功率。

2.2.3帕塞瓦爾定理及譜密度2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)532.2.4波形的相關(guān)與卷積1.波形的相關(guān)能量信號(hào)的互相關(guān)定義為:

當(dāng)

時(shí),即為自相關(guān)函數(shù):2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)542.2.4波形的相關(guān)與卷積2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)55自相關(guān)函數(shù)的特性

①能量信號(hào):；功率信號(hào):。②③④與能量譜密度是一對(duì)傅里葉變換,即:此表達(dá)式即為維納-辛欽定理.2.2.4波形的相關(guān)與卷積2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)562.波形的卷積幾個(gè)常用的卷積式子:2.2.4波形的相關(guān)與卷積2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)572.2.5信號(hào)帶寬1.以集中一定百分比的能量（功率）來(lái)定義帶寬：

能量信號(hào)

功率信號(hào)

給定比例即可求出帶寬.2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)582.2.5信號(hào)帶寬2.3dB帶寬帶寬B定義為正頻率軸上或下降到3dB（半功率點(diǎn)）處的相應(yīng)頻率間隔，習(xí)慣上稱(chēng)為“3dB帶寬”。2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)592.2.5信號(hào)帶寬3.等效矩形帶寬

2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)604.第一個(gè)零點(diǎn)帶寬用能量譜或功率譜主瓣的第一個(gè)零點(diǎn)頻率(正)定義帶寬.注意:對(duì)于同一信號(hào),不同定義下的帶寬可能有所不同.(1)3dB帶寬(2)等效矩形帶寬(3)第一個(gè)零點(diǎn)帶寬(4)百分比帶寬2.2.5信號(hào)帶寬2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)612.3隨機(jī)信號(hào)分析2.3.1隨機(jī)變量

隨機(jī)變量：取值隨機(jī)的變量稱(chēng)為隨機(jī)變量.

離散隨機(jī)變量:取值離散可數(shù)連續(xù)隨機(jī)變量:取值充滿某一有限或無(wú)限區(qū)間.2.概率及概率密度函數(shù)概率:表示離散隨機(jī)變量取某個(gè)值可能性的大小.

概率密度函數(shù):表示連續(xù)隨機(jī)變量取某值可能性的大小.2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)622.3.1隨機(jī)變量概率密度函數(shù)

(pdf):性質(zhì)：(1)(2)(3)2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)632.3.1隨機(jī)變量3.幾個(gè)常用的概率密度函數(shù)(1)均勻分布隨機(jī)變量在區(qū)間均勻布,其概率密度函數(shù)為:2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)642.3.1隨機(jī)變量(2)高斯分布(Gaussian)

高斯分布又稱(chēng)為正態(tài)分布,其概率密度函數(shù)為2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)652.3.1隨機(jī)變量?jī)蓚€(gè)特殊概率:

2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)662.3.1隨機(jī)變量(3)瑞利分布窄帶高斯噪聲包絡(luò)的瞬時(shí)值服從瑞利分布,其概率密度函數(shù)為2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)672.3.1隨機(jī)變量(4)萊斯分布窄帶高斯噪聲+正弦波合成信號(hào)包絡(luò)的瞬時(shí)值服從瑞利分布,其概率密度函數(shù)為當(dāng),退化為瑞利分布

當(dāng)相對(duì)于噪聲較大時(shí),則近似為正態(tài)分布2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)682.3.1隨機(jī)變量4.隨機(jī)變量的數(shù)字特征(1)數(shù)學(xué)期望離散隨機(jī)變量:

連續(xù)隨機(jī)變量:

隨機(jī)變量的函數(shù):2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)692.3.1隨機(jī)變量數(shù)字期望的特點(diǎn):(1)(5)(2)(3)兩個(gè)隨機(jī)變量相互獨(dú)立

(4)2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)702.3.1隨機(jī)變量(2)方差方差特性:(1)(2),兩隨機(jī)變量獨(dú)立(3)(4)(5)2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)712.3.1隨機(jī)變量(3)協(xié)方差與相關(guān)矩協(xié)方差定義為:

其中稱(chēng)為和的相關(guān)矩.注意:,稱(chēng)兩個(gè)隨機(jī)變量不相關(guān)

,稱(chēng)兩個(gè)隨機(jī)變量正交

,稱(chēng)兩個(gè)隨機(jī)變量獨(dú)立2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)722.3.2隨機(jī)過(guò)程隨機(jī)過(guò)程的概念定義:包含隨機(jī)變量的時(shí)間的函數(shù).例如:,其中為隨機(jī)變量,其余為常數(shù).當(dāng)取值一定時(shí),稱(chēng)為樣本函數(shù).當(dāng)取值一定時(shí),為隨機(jī)變量.因此:(1)隨機(jī)過(guò)程也定義為全體樣本函數(shù)的集合.(2)隨機(jī)過(guò)程也定義為依賴(lài)于時(shí)間的隨機(jī)變量的集合.2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)732.3.2隨機(jī)過(guò)程2.

隨機(jī)過(guò)程的數(shù)字特征隨機(jī)過(guò)程的均值:隨機(jī)過(guò)程的方差:通常：隨過(guò)程均值是時(shí)間的函數(shù)；方差也是時(shí)間的函數(shù)。[例2-13]求隨機(jī)過(guò)程的均值，其中，為常數(shù)，隨機(jī)相位在內(nèi)均勻分布。2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)74隨機(jī)過(guò)程的自相關(guān)函數(shù)(不同時(shí)刻取值的關(guān)聯(lián)程度):通常：隨機(jī)過(guò)程的自相關(guān)函數(shù)是時(shí)間和時(shí)間間隔的函數(shù)。[例2-14]求隨機(jī)過(guò)程的自相關(guān)函數(shù)，其中，為常數(shù)，隨機(jī)相位在內(nèi)均勻分布。2.3.2隨機(jī)過(guò)程2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)752.3.2隨機(jī)過(guò)程解：2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)762.3.3平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程1.廣義平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程的定義（1）均值為常數(shù)，即（2）自相關(guān)函數(shù)與時(shí)間無(wú)關(guān)，即可見(jiàn)：[例2-13]和[例2-14]所示隨機(jī)過(guò)程是平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程。[例2-15]考察隨機(jī)過(guò)程的平穩(wěn)性。其中、是常數(shù)，相位是在區(qū)間上均勻分布的隨機(jī)變量。

2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)772.3.3平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程2.平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)(1)偶函數(shù)，即(2)，為隨機(jī)過(guò)程的功率。(3）隨機(jī)過(guò)程自相關(guān)函數(shù)與功率譜密度之間是一對(duì)傅氏變換，即：

---維納-辛欽定理[例2-16]求隨機(jī)過(guò)程的功率譜密度及功率，其中，為常數(shù)，隨機(jī)相位在內(nèi)均勻分布。2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)782.3.3平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程參考答案：由[例2-14]得自相關(guān)函數(shù)為

由維納粹-辛欽定理得故功率為2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)792.3.3平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程例2-17有隨機(jī)過(guò)程，其中是一個(gè)零均值的平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程，其自相關(guān)函數(shù)為，psd為。是常數(shù)，相位是在區(qū)間上均勻分布的隨機(jī)變量，且與相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立。（1）證明是廣義平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程；（2）求的功率譜密度函數(shù)。2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)802.3.3平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程3.平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程通過(guò)線性系統(tǒng)

2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)812.3.3平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程關(guān)于輸出隨機(jī)過(guò)程，有如下結(jié)論：數(shù)學(xué)期望:自相關(guān)函數(shù):功率譜密度：概率分布:如果線性系統(tǒng)的輸入過(guò)程是高斯型的，則系統(tǒng)的輸出過(guò)程也是高斯型的。

在任一時(shí)刻上的取值將是無(wú)窮多個(gè)高斯隨機(jī)變量之和。

2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)822.3.3平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)832.4通信系統(tǒng)中的噪聲所謂噪聲是指通信系統(tǒng)中騷擾信號(hào)的傳輸與處理的那些不需的電波形，它是典型的隨機(jī)過(guò)程。在通信過(guò)程中不可避免地存在著噪聲，它對(duì)通信質(zhì)量的好壞，甚至能否進(jìn)行正常的通信有著極大的影響。它的來(lái)源很廣，種類(lèi)很多。2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)842.4.1噪聲和分類(lèi)1.人為噪聲與自然噪聲人為噪聲:人為噪聲是指各種電氣設(shè)備、汽車(chē)的火花塞所產(chǎn)生的火花放電、高壓輸電線路的電暈放電以及鄰近電臺(tái)信號(hào)的干擾等自然噪聲:自然噪聲包括大氣產(chǎn)生的噪聲、天體輻射的電磁波所形成的宇宙噪聲以及通信設(shè)備內(nèi)部電路產(chǎn)生的熱噪聲和散彈噪聲等。2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)852.4.1噪聲分類(lèi)2.高斯分布噪聲和非高斯分布噪聲

高斯分布噪聲:瞬時(shí)值服從高斯分布的噪聲稱(chēng)為高斯噪聲。非高斯分布噪聲：噪聲的瞬時(shí)值不服從高斯分布的噪聲。2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)862.4.1噪聲分類(lèi)3.白噪聲和有色噪聲

有色噪聲:噪聲的功率譜密度不為常數(shù)。白噪聲：噪聲的功率譜密度為常數(shù)，即

(a)雙邊功率譜表示(b)單邊功率譜表示2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)872.4.1噪聲分類(lèi)4.加性噪聲和乘性噪聲

加性噪聲:如果噪聲與信號(hào)是相加關(guān)系，則此噪聲稱(chēng)為加性噪聲。乘性噪聲：如果噪聲與信號(hào)是相乘關(guān)系，則此噪聲稱(chēng)為乘性噪聲。2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)882.4.1噪聲分類(lèi)電路內(nèi)部電子運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的熱噪聲和散彈噪聲以及宇宙噪聲就是對(duì)通信系統(tǒng)有較大的持續(xù)影響的噪聲，有時(shí)統(tǒng)稱(chēng)這些噪聲為起伏噪聲。實(shí)踐證明，起伏噪聲是一種加性噪聲，且均值為0，瞬時(shí)值服從高斯分布，功率譜密度在很大頻率范圍內(nèi)為常數(shù)，即零均值加性白高斯噪聲（AWGN）。2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)892.4.2窄帶高斯噪聲高斯白噪聲通過(guò)窄帶濾波器后的噪聲稱(chēng)為窄帶高斯噪聲。窄帶高斯噪聲的功率譜及波形樣本如下圖所示：2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)902.4.2窄帶高斯噪聲窄帶高斯噪聲的表達(dá)式（1）包絡(luò)相位型表達(dá)式（2）正交表達(dá)式其中：稱(chēng)為同相分量稱(chēng)為正交分量2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)912.4.2窄帶高斯噪聲包絡(luò)、相位、同相分量和正交分量都是低通型隨機(jī)過(guò)程，它們的分布特性如下：（1）同相和正交分量均服從高斯分布，且有（2）包絡(luò)服從瑞利分布，即：（3）相位服從均勻分布，即：2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)922.4.2窄帶高斯噪聲（4）窄帶高斯噪聲+正弦（余弦）波，即合成包絡(luò)為其瞬時(shí)值服從萊斯分布，即2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)932.5匹配濾波器數(shù)字接收設(shè)備由兩部分組成線性濾波器作用是減小噪聲的影響。判決電路的作用是對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行判決，恢復(fù)發(fā)送信息。白噪聲條件下，當(dāng)線性濾波器在某時(shí)刻輸出最大信噪比時(shí)，此時(shí)判決，錯(cuò)誤概率最小。能夠輸出最大瞬時(shí)信噪比的線性濾波器稱(chēng)為匹配濾波器。2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)942.5.1匹配濾波器的傳輸特性

匹配濾波器示意圖接收信號(hào)：輸出信號(hào)：噪聲功率：取樣判決時(shí)刻上線性濾波器輸出信號(hào)瞬時(shí)功率與噪聲平均功率比：2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)952.5.1匹配濾波器傳輸特性輸出信噪比與濾波器有關(guān)，選擇傳輸特性以得到最大施瓦茲不等式

當(dāng)時(shí)，等式成立，即取得最大值令，有當(dāng)時(shí)，有最大輸出信噪比

這就是在最大信噪比意義下的最佳線性濾波器的傳輸特性。2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)962.5.2匹配濾波器的沖激響應(yīng)

沖激響應(yīng)表達(dá)式參數(shù)的取值既要保證濾波器為物理可實(shí)現(xiàn)，又要盡可能小，這樣能盡快判決出信息。滿足這兩個(gè)條件時(shí)，取接收信號(hào)碼元的結(jié)束時(shí)刻。

2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)972.5.2匹配濾波器的沖激響應(yīng)

2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)982.5.3匹配濾波器的輸出

說(shuō)明匹配濾波器的輸出信號(hào)在形式上與輸入信號(hào)的時(shí)間自相關(guān)函數(shù)相同，僅差一個(gè)常數(shù)因子，以及在時(shí)間上延遲。從這個(gè)意義上來(lái)說(shuō)，匹配濾波器可以看成一個(gè)計(jì)算輸入信號(hào)自相關(guān)函數(shù)的相關(guān)器。自相關(guān)函數(shù)的最大值是，故匹配濾波器的輸出信號(hào)在時(shí)達(dá)到最大值2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)992.5.3匹配濾波器的輸出[例2-19]如圖2-34（a）所示。（1）求對(duì)之匹配的匹配濾波器的特性及沖激響應(yīng)。（2）匹配濾波器的輸出信號(hào)波形。（3）匹配濾波器輸出端最大信噪比。參考答案：（1）（2），如圖所示。（3）圖2-342025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)1002.5.3匹配濾波器[例2-20]已知如圖2-35（a）所示.求其匹配濾波器的傳輸特性和輸出信號(hào)波形。參考答案：傳輸特性：沖激響應(yīng)：

圖2-352025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)1012.5.3匹配濾波器的輸出幾點(diǎn)結(jié)論：（1）匹配濾波器輸出的最大瞬時(shí)信噪比僅取決于輸入信號(hào)的能量和白噪聲的功率譜，與輸入信號(hào)的波形、帶寬等無(wú)關(guān)。故只有增加輸入信號(hào)的能量才能提高匹配濾波器的輸出信噪比。（2）匹配濾波器在時(shí)，輸出最大值，即匹配濾波器與相關(guān)器接收效果一樣，二者可以相互代替。（3）對(duì)匹配濾波器的輸出是在時(shí)刻作出判決的，判決時(shí)刻的任何偏離，都將直接影響接收機(jī)的最佳性能。（4）匹配濾波器不適合于模擬信號(hào)的接收，如輸入信號(hào)為矩形脈沖，經(jīng)匹配濾波器后，其輸出信號(hào)為三角脈沖，信號(hào)波形產(chǎn)生嚴(yán)重的失真。2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)1022.6信道信道是傳輸信息的媒質(zhì)或通道。任何通信系統(tǒng)，從大的方面的來(lái)說(shuō)，均可視為由發(fā)送端、信道、接收端三部分組成，所以說(shuō)信道是通信系統(tǒng)必不可少的組成部分。信號(hào)通過(guò)信道傳輸時(shí)通常會(huì)引入噪聲和失真。

2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)1032.6.1信道實(shí)例介紹雙絞線

雙絞線由兩根相互絕緣（如封裝在彩色塑料皮內(nèi)）的銅線按規(guī)則的方法扭絞而成。使用雙絞線最多的地方就是到處都有的電話系統(tǒng)，差不多所有的電話都用雙絞線連接到電話交換機(jī)。通常將一定數(shù)量的雙絞線封裝在一個(gè)硬的護(hù)套里，形成雙絞線電纜。

雙絞線電纜2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)1042.6.1信道實(shí)例介紹2.同軸電纜它由同軸的兩個(gè)導(dǎo)體構(gòu)成，內(nèi)導(dǎo)體一般為銅質(zhì)實(shí)心導(dǎo)線（可為單股或多股絞合），外導(dǎo)體是網(wǎng)狀編織的銅網(wǎng)屏蔽層，內(nèi)外導(dǎo)體之間是絕緣層，一般用塑料作為填充物，最外一層是塑料保護(hù)套。實(shí)際應(yīng)用中同軸電纜的外導(dǎo)體是接地的，由于它起屏蔽作用，所以同軸電纜抗外界噪聲及電磁干擾性能較好。另外它的頻率響應(yīng)特性比雙絞線好，因此被廣泛用于較遠(yuǎn)距離、較高速率的數(shù)據(jù)傳輸。種類(lèi)有：射頻電纜、基帶同軸電纜、視頻電纜等

2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)1052.6.1信道實(shí)例介紹3.光纖信道

光纖是一種傳輸光波的介質(zhì)。光纖通常是由透明度很高的石英玻璃拉成細(xì)絲，形成由纖芯和包層構(gòu)成的雙層通信圓柱體。包層較纖芯有較低的折射率，當(dāng)光線從高折射率的媒體射向低折射率的媒體時(shí)，其折射角將大于入射角。因此，如果入射角足夠大，就會(huì)出現(xiàn)全反射，即光線碰到包層時(shí)就會(huì)折射回纖芯。這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)，光也就沿著光纖傳輸下去。2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)1062.6.1信道實(shí)例介紹光纖具有許多優(yōu)越性能：（1）頻帶寬，容量大。目前單模光纖的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)10T/s。（2）傳輸損耗小。波段的損耗已達(dá)甚至更低。（3）抗干擾能力強(qiáng)。可用于強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下的通信。（4）線徑細(xì)、重量輕、不怕腐蝕。（5）原材料豐富、便宜。

2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)1072.6.1信道實(shí)例介紹4.微波視距中繼信道

工作頻率在微波波段（3~30GHz）電磁波基本上沿視線傳播通信距離須依靠中繼方式來(lái)延伸2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)1082.6.1信道實(shí)例介紹5.衛(wèi)星中繼信道

衛(wèi)星中繼信道是利用人造衛(wèi)星作為中繼站構(gòu)成的通信信道。由通信衛(wèi)星、地球站、上行線路及下行線路構(gòu)成，其中上行線路是地球站至衛(wèi)星的電波傳播路徑，下行線路是衛(wèi)星至地球站的電波傳播路徑。軌道在赤道平面上的人造衛(wèi)星，當(dāng)它離地面高度為35860Km時(shí)，繞地球運(yùn)行一周的時(shí)間恰為24小時(shí)，與地球自轉(zhuǎn)同步，稱(chēng)為同步衛(wèi)星。采用三個(gè)相差并適當(dāng)配置的同步衛(wèi)星就可以覆蓋全球（除兩極盲區(qū)外）。

2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)1092.6.1信道實(shí)例介紹圖2-40衛(wèi)星中繼信道概貌(a)(b)2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)1102.6.1信道實(shí)例介紹6.短波電離層反射信道

在距離地面大約的上空，由于稀薄大氣受到太陽(yáng)紫外線和X射線的作用而發(fā)生電離，形成電離層（Ionosphere）。當(dāng)頻率為3~30MHz的高頻無(wú)線電波（其波長(zhǎng)為10~100m，也稱(chēng)為短波）射入電離層時(shí)，電離層使無(wú)線電波發(fā)生反射，返回地面，從而形成短波電離層反射信道。高頻無(wú)線電波通過(guò)電離層的一次或多次反射可傳輸幾千公里，乃至上萬(wàn)公里的距離，這種傳播模式稱(chēng)為天波傳播。

2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)1112.6.1信道實(shí)例介紹7.短波電離層反射信道

陸地移動(dòng)信道的工作頻段主要在VHF（）及UHF（）頻段。其電波傳播特點(diǎn)是以直射波為主，但由于城市建筑群及其它地形地物的影響，電波在傳播過(guò)程還會(huì)產(chǎn)生反射波、散射波、折射波，所以接收端收到的信號(hào)是來(lái)自于各條路徑的信號(hào)的合成陸地移動(dòng)信道的電波傳播環(huán)境不僅復(fù)雜，而且隨時(shí)間變化。

2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)1122.6.2信道分類(lèi)1.有線信道和無(wú)線信道

按照傳輸媒質(zhì)可將信道分為有線信道和無(wú)線信道。有線信道如雙絞線、同軸電纜和光纖等。無(wú)線信道如短波電離層反射信道、陸地移動(dòng)信道、微波視距中繼信道及衛(wèi)星中繼信道等。2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)1132.6.2信道分類(lèi)2.恒參信道與隨參信道

按照傳輸媒質(zhì)的特性是否隨時(shí)間變化可將信道分為恒參信道和隨參信道。若傳輸媒質(zhì)的特性不隨時(shí)間變化或變化極為緩慢，則稱(chēng)為恒參信道，如雙絞線、同軸電纜、光纖等有線信道以及無(wú)線信道中的微波中繼信道和衛(wèi)星信道。若傳輸媒質(zhì)的特性隨時(shí)間變化，則稱(chēng)為隨參信道，如陸地移動(dòng)信道、短波電離層反射信道是典型的隨參信道。

2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)1142.6.2信道分類(lèi)3.低通信道和帶通信道

按照信道的頻域傳輸特性可將信道分為低通信道和帶通信道。任何信道其通帶范圍都是有限的，能夠傳輸?shù)屯ㄐ盘?hào)的信道稱(chēng)為低通信道，反之，能夠傳輸帶通信號(hào)的信道則稱(chēng)為帶通信道。有線信道一般為低通信道，而無(wú)線信道則都是帶通信道。理想低通信道和帶通信道可等效為理想低通濾波器和理想帶通濾波器。

低通信道和帶通信道傳輸特性

2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)1152.6.3信道容量信道容量是指信道無(wú)差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲笮畔⑺俾省＿B續(xù)白噪聲信道的信道容量為其中為信道帶寬，為信號(hào)功率，為噪聲功率。此公式稱(chēng)為香農(nóng)信道容量公式。另一種形式為：其中為噪聲功率譜密度。

2025/6/10第2章預(yù)備知識(shí)1162.6.3信道容量【例2-21】每幀電視圖像可以大致認(rèn)為由30萬(wàn)個(gè)像素組成。對(duì)于一般要求的對(duì)比度，每一像素大約取10個(gè)可辨別的亮度電平（例如對(duì)應(yīng)黑色、深灰色、淺灰色、白色等）?，F(xiàn)假設(shè)對(duì)于任何像素，10個(gè)亮度電平是等概率出現(xiàn)的，每秒發(fā)送30幀圖像，信道中的干擾為加性高斯白噪聲，并且為了滿意地重現(xiàn)圖像，要求信道中信噪比為（即倍）。計(jì)算傳輸上述電視圖像信號(hào)所需的信道帶寬。參考答案：信息速率：所需帶寬為：2025/6/10第3章模擬調(diào)制117通信原理簡(jiǎn)明教程－第3章2025/6/10第3章模擬調(diào)制118第3章模擬調(diào)制話音這樣的模擬基帶信號(hào)不能直接在帶通信道上傳輸.需將其頻譜搬移到帶通信道的通帶范圍內(nèi)。用基帶信號(hào)控制載波的某個(gè)參量即可實(shí)現(xiàn)頻譜的搬移。發(fā)送端頻譜的搬移稱(chēng)為調(diào)制，解調(diào)端頻譜的反搬移稱(chēng)為解調(diào)。若調(diào)制信號(hào)（基帶信號(hào)）為模擬信號(hào)，則為模擬調(diào)制；若調(diào)制信號(hào)為數(shù)字信號(hào)，則為數(shù)字調(diào)制。調(diào)制用的載波為正弦波或余弦波。2025/6/10第3章模擬調(diào)制119第3章模擬調(diào)制

3.1振幅調(diào)制(線性調(diào)制)3.2角度調(diào)制

(非線性調(diào)制)3.3頻分復(fù)用（FDM）

2025/6/10第3章模擬調(diào)制1203.1振幅調(diào)制調(diào)制信號(hào)控制載波振幅的調(diào)制稱(chēng)為振幅調(diào)制。振幅調(diào)制包括完全調(diào)幅（AmplitudeModulation－AM）、抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DoubleSideBand－DSB）、單邊帶調(diào)制（SingleSideBand－SSB）和殘留邊帶調(diào)制（VestigialSideBand－VSB）四種。

2025/6/10第3章模擬調(diào)制1213.1.1完全調(diào)幅（AM）1.AM調(diào)制原理AM調(diào)制原理框圖其中，為調(diào)制信號(hào)，其均值為0；為載波信號(hào)。已調(diào)信號(hào)表達(dá)式為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1223.1.1完全調(diào)幅（AM）AM信號(hào)波形圖調(diào)幅系數(shù)或調(diào)幅度定義為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1233.1.1完全調(diào)幅（AM）【例3-1】已知調(diào)幅波，求該調(diào)幅波的調(diào)幅度。參考答案：2025/6/10第3章模擬調(diào)制1243.1.1完全調(diào)幅（AM）2.AM信號(hào)的頻譜及帶寬頻譜表達(dá)式為頻譜示意圖如右圖所示。AM信號(hào)帶寬為

2025/6/10第3章模擬調(diào)制1253.1.1完全調(diào)幅（AM）3.AM信號(hào)的功率與傳輸效率

已調(diào)信號(hào)功率調(diào)制效率定義為調(diào)制信號(hào)為正弦波時(shí)，最大調(diào)制效率為33.3%。調(diào)制信號(hào)為矩形波時(shí)，最大調(diào)制效率為50%。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1263.1.1完全調(diào)幅（AM）4.AM信號(hào)的解調(diào)接收端從受到噪聲干擾的已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)調(diào)制信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為解調(diào)。AM信號(hào)可采用相干解調(diào)和包絡(luò)解調(diào)。通常采用包絡(luò)解調(diào)。包絡(luò)解調(diào)框圖，其中帶通濾波器帶寬等于接收AM信號(hào)的帶寬。解調(diào)過(guò)程（不考濾噪聲時(shí)）：2025/6/10第3章模擬調(diào)制1273.1.1完全調(diào)幅（AM）當(dāng)接收信號(hào)中含有噪聲時(shí)，包絡(luò)檢波器輸出端信噪比為AM信號(hào)調(diào)制增益為當(dāng)100%調(diào)制時(shí)，且調(diào)制信號(hào)為正弦波時(shí)和矩形信號(hào)時(shí)，其調(diào)制增益分別為0.67和1。包絡(luò)解調(diào)器存在門(mén)限效應(yīng)，即當(dāng)解調(diào)器輸入信噪比小到某個(gè)值（門(mén)限值）時(shí)，輸出信噪比急劇下降。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1283.1.2抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）為克服AM調(diào)制效率低的問(wèn)題，采用抑制載波的方式，即為DSB。DSB調(diào)制框圖DSB調(diào)制表達(dá)式為DSB調(diào)制波形圖2025/6/10第3章模擬調(diào)制1293.1.2抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）DSB頻譜表達(dá)式頻譜圖為DSB帶寬為DSB調(diào)制效率為100%。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1303.1.2抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）DSB信號(hào)的解調(diào)采用相干解調(diào)。解調(diào)框圖為相干解調(diào)過(guò)程（不考慮噪聲時(shí)）：2025/6/10第3章模擬調(diào)制1313.1.2抑制載波的雙邊帶調(diào)制（DSB）考慮噪聲時(shí)的解調(diào)過(guò)程：DSB調(diào)制增益為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1323.1.3單邊帶調(diào)制（SSB）抑制掉DSB信號(hào)的一個(gè)邊帶的調(diào)制稱(chēng)為單邊帶調(diào)制（SSB）。SSB調(diào)制框圖當(dāng)邊帶濾波器濾除上邊帶時(shí)，則為下邊帶調(diào)制；若濾除下邊帶時(shí)，則為上邊帶調(diào)制。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1333.1.3單邊帶調(diào)制（SSB）SSB頻譜示意圖，SSB信號(hào)帶寬為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1343.1.3單邊帶調(diào)制（SSB）可以證明，SSB表達(dá)式為上邊帶信號(hào)：下邊帶信號(hào)：通過(guò)表達(dá)式合成也可產(chǎn)生SSB信號(hào)，框圖如下：2025/6/10第3章模擬調(diào)制1353.1.3單邊帶調(diào)制（SSB）SSB信號(hào)的解調(diào)采用相干解調(diào)?？驁D如下調(diào)制增益為說(shuō)明：SSB解調(diào)器對(duì)其輸入信噪比沒(méi)有任何改善。由于SSB解調(diào)器的帶通濾波器帶寬只有DSB解調(diào)器中的一半，因此SSB與DSB具有相同的抗噪聲性能。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1363.1.4殘留邊帶調(diào)制（VSB）在濾除上邊帶或下邊帶時(shí)殘留部分邊帶的調(diào)制稱(chēng)為殘留邊帶調(diào)制（VSB）。VSB調(diào)制器原理框圖2025/6/10第3章模擬調(diào)制1373.1.4殘留邊帶調(diào)制（VSB）VSB頻譜圖2025/6/10第3章模擬調(diào)制1383.1.4殘留邊帶調(diào)制（VSB）VSB解調(diào)采用相干解調(diào)，為確保正確恢復(fù)發(fā)送信號(hào)，殘留邊帶濾器傳輸特性必須滿足互補(bǔ)特性，即VSB信號(hào)帶寬介于DSB和SSB之間。VSB性能在殘留邊帶較小時(shí)近似于SSB性能。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1393.2角度調(diào)制用調(diào)制信號(hào)控制載波頻率或相位，使載波的頻率或相位隨著調(diào)制信號(hào)變化而載波的幅度保持恒定的調(diào)制方式，稱(chēng)為頻率調(diào)制（FM）或相位調(diào)制（PM），簡(jiǎn)稱(chēng)為調(diào)頻或調(diào)相。由于頻率的變化或相位的變化都可以看成是載波角度的變化，故調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱(chēng)為角度調(diào)制或角調(diào)制，簡(jiǎn)稱(chēng)為調(diào)角。角度調(diào)制屬于非線性調(diào)制.

2025/6/10第3章模擬調(diào)制1403.2.1角度調(diào)制的基本概念角度調(diào)制的表達(dá)式其中稱(chēng)為瞬時(shí)相位偏移。相位調(diào)制是指瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)線性變化，即其中為調(diào)相靈敏度。故調(diào)相信號(hào)表達(dá)式為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1413.2.1角度調(diào)制的基本概念頻率調(diào)制是指瞬時(shí)角頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)線性變化，即其中為調(diào)頻靈敏度。調(diào)頻信號(hào)表達(dá)式為調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)非常相似，若不知道調(diào)制信號(hào)，將無(wú)法確定一個(gè)調(diào)角信號(hào)是調(diào)頻信號(hào)還是調(diào)相信號(hào)。調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)可以互相轉(zhuǎn)換。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1423.2.1角度調(diào)制的基本概念調(diào)制信號(hào)經(jīng)微分后進(jìn)行調(diào)頻，即為調(diào)相—間接產(chǎn)生調(diào)相信號(hào)調(diào)制信號(hào)經(jīng)積分后進(jìn)行調(diào)相，即為調(diào)頻2025/6/10第3章模擬調(diào)制1433.2.2窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻(NBFM)定義:窄帶調(diào)頻表達(dá)式可簡(jiǎn)化為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1443.2.2窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻窄帶調(diào)頻功率譜功率譜示意圖帶寬為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1453.2.2窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻2.寬帶調(diào)頻(WBFM)單音寬帶調(diào)頻信號(hào)表達(dá)式經(jīng)變換后為寬帶調(diào)頻信號(hào)功率譜為WBFM帶寬為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1463.2.2窄帶調(diào)頻與寬帶調(diào)頻【例3-7】調(diào)頻立體聲廣播中，音樂(lè)信號(hào)最高頻率為，最大頻偏，求調(diào)頻信號(hào)的帶寬。參考答案:2025/6/10第3章模擬調(diào)制1473.2.3調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)通常有兩種方法：直接法和間接法。直接法:利用壓控振蕩器。直接調(diào)頻法的優(yōu)點(diǎn)是可以得到很大的頻偏，其主要缺點(diǎn)是載波會(huì)發(fā)生漂移，因而需要附加穩(wěn)頻電路。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1483.2.3調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生間接法也稱(chēng)為倍頻法，首先產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號(hào)，然后再利用倍頻的方法將窄帶調(diào)頻信號(hào)變換為寬帶調(diào)頻信號(hào)。窄帶調(diào)頻信號(hào)可看成由正交分量與同相分量合成，即2025/6/10第3章模擬調(diào)制1493.2.3調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生窄帶調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生目前隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的快速發(fā)展，可以采用直接數(shù)字合成技術(shù)（DirectDigitalSynthesis，DDS）產(chǎn)生調(diào)頻信號(hào)。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1503.2.4調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)調(diào)頻信號(hào)也有相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種解調(diào)方式。相干解調(diào)僅適用于窄帶調(diào)頻信號(hào)，且需要同步載波，因此設(shè)備相對(duì)較復(fù)雜；非相干解調(diào)既適用于窄帶調(diào)頻信號(hào)也適用于寬帶調(diào)頻信號(hào)，而且不需要同步載波，因此它是調(diào)頻信號(hào)的主要解調(diào)方法。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1513.2.4調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)１．非相干解調(diào)原理由于調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)角頻率正比于調(diào)制信號(hào)的幅度，因而調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)器必須能產(chǎn)生正比于瞬時(shí)角頻率的電壓，也就是當(dāng)輸入調(diào)頻信號(hào)為解調(diào)器輸出電壓2025/6/10第3章模擬調(diào)制1523.2.4調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)具有頻率－電壓轉(zhuǎn)換特性的鑒頻器即可完成調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)。

2025/6/10第3章模擬調(diào)制1533.2.4調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)2．調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能寬帶調(diào)頻系統(tǒng)可靠性的提高是通過(guò)犧牲系統(tǒng)的有效性（增加傳輸帶寬）為代價(jià)的。調(diào)頻信號(hào)的非相干解調(diào)器也同樣存在“門(mén)限效應(yīng)”。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1543.3頻分復(fù)用（FDM）在同一信道上傳輸多路消息信號(hào)的技術(shù)稱(chēng)為多路復(fù)用技術(shù)，如時(shí)分復(fù)用，、頻分復(fù)用、碼分復(fù)用等。頻分復(fù)用是將所給定的信道帶寬分割成互不重疊的多個(gè)小區(qū)間，每路信號(hào)占據(jù)其中一個(gè)小區(qū)間，然后將它們一起發(fā)射出去。在接收端用適當(dāng)?shù)臑V波器將它們分割開(kāi)來(lái)，得到所需信號(hào)。FDM技術(shù)應(yīng)用廣泛，如載波電話、調(diào)頻立體聲、電視廣播等。2025/6/10第3章模擬調(diào)制1553.3頻分復(fù)用（FDM）頻分復(fù)用系統(tǒng)原理圖2025/6/10第3章模擬調(diào)制1563.3頻分復(fù)用（FDM）頻分復(fù)用系統(tǒng)頻譜圖復(fù)用信號(hào)帶寬為2025/6/10第3章模擬調(diào)制1573.3頻分復(fù)用（FDM）【例3-8】有60路模擬話音信號(hào)采用頻分復(fù)用方式傳輸。已知每路話音信號(hào)的頻率范圍為0~4kHz（已含保護(hù)頻帶），副載波采用SSB調(diào)制，主載波采用FM調(diào)制，調(diào)制指數(shù)。（1）試計(jì)算副載波調(diào)制后頻分復(fù)用信號(hào)的帶寬。（2）試求信道傳輸信號(hào)的帶寬。（3）試求寬帶調(diào)頻的調(diào)制增益。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸158通信原理簡(jiǎn)明教程-第4章2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸159第4章數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶信號(hào)：頻譜集中在零頻附近的數(shù)字信號(hào)，如計(jì)算機(jī)輸出的二進(jìn)制序列，模擬話音的A/D信號(hào)。數(shù)字基帶傳輸：不使用調(diào)制和解調(diào)裝置而直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)的傳輸方式。相應(yīng)的系統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。數(shù)字基帶系統(tǒng)特點(diǎn)：（1）信號(hào)是數(shù)字的并且是低通型的（2）系統(tǒng)的傳遞特性也是低通型的2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸160將輸入數(shù)字信號(hào)變換成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)低通型信道濾除噪聲和校正信道引起的失真從接收信號(hào)中提取控制取樣時(shí)刻的定時(shí)信號(hào)零均值加性高斯白噪聲第4章數(shù)字基帶傳輸2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸161第4章數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)各點(diǎn)波形2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1624.1數(shù)字基帶信號(hào)的碼型和波形數(shù)字基帶信號(hào)是數(shù)字信息的電脈沖表示。數(shù)字信息的表示方式稱(chēng)為數(shù)字基帶信號(hào)的碼型。電脈沖形狀稱(chēng)為數(shù)字基帶信號(hào)的波形。一個(gè)數(shù)字基帶信號(hào)由碼型和波形兩個(gè)方面確定。

2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1634.1.1數(shù)字基帶信號(hào)的碼型數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)對(duì)數(shù)字基帶信號(hào)碼型的要求：（1）不含有直流分量，高低頻分量??；（2）含有位定時(shí)信息，便于位定時(shí)信號(hào)的提??；（3）使數(shù)字基帶信號(hào)占據(jù)較小的帶寬，以提高頻帶利用率；（4）使數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜特性不受信源統(tǒng)計(jì)特性的影響；（5）要求編、譯碼設(shè)備盡量簡(jiǎn)單。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1644.1.1數(shù)字基帶信號(hào)的碼型常用碼型（1）單極性全占空碼（不歸零碼）（2）雙極性全占空碼（不歸零碼）（3）差分碼（4）極性交替碼（AMI碼）優(yōu)點(diǎn)：無(wú)直流分量；低頻分量??；編、譯碼簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)：長(zhǎng)連“0”時(shí)難以獲取位定時(shí)信息

2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1654.1.1數(shù)字基帶信號(hào)的碼型2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1664.1.1數(shù)字基帶信號(hào)的碼型（5）HDB3碼HDB3是AMI碼的改進(jìn)碼型，也稱(chēng)為連“0”抑制碼。編碼規(guī)則：（1）當(dāng)信息碼的連“0”個(gè)數(shù)不大于3時(shí)，其編碼方法與AMI碼相同。（2）當(dāng)連“0”個(gè)數(shù)超過(guò)3時(shí)，每4個(gè)連“0”段用“000V”或“100V”來(lái)代替。規(guī)則為：

①第一個(gè)4連“0”段可任意選擇000V或100V代替；

②對(duì)于第二個(gè)及以后的連“0”段，若前一個(gè)“V”至當(dāng)前連“0”段之間“1”碼的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則當(dāng)前連“0”段用“000V”來(lái)代替，否則，用“100V”來(lái)代替。（3）對(duì)“1”碼和“V”碼標(biāo)極性。方法為：

①所有“1”碼極性交替。第一個(gè)“1”碼的極性可任意。

②所有“V”碼極性交替。但第一個(gè)“V”碼的極性必須與前一個(gè)“1”碼同極性。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1674.1.1數(shù)字基帶信號(hào)的碼型HDB3碼譯碼規(guī)則：

（1）當(dāng)遇到兩個(gè)相鄰的同極性碼時(shí)，后者一定是“V”碼，將“V”碼連同其前三位碼均還原為“0”碼。（2）將所有的±1均恢復(fù)為“1”碼。HDB3碼編碼例子2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1684.1.1數(shù)字基帶信號(hào)的碼型（6）多進(jìn)制碼（多元碼）4進(jìn)制碼示意圖2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1694.1.2

數(shù)字基帶信號(hào)的波形常用波形：（1）升余弦脈沖；（2）鐘型脈沖；（3）三角形脈沖；（4）最常用的是升余弦脈沖。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1704.2數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜分析通過(guò)分析數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜，可以知道：（1）數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜分布特性；（2）數(shù)字基帶信號(hào)的帶寬；（3）有無(wú)直流分量及大??；（4）有無(wú)位定時(shí)分量等。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1714.2數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜分析功率譜分析公式：其中，為“1”碼波形的頻譜，為“0”碼波形的頻譜，為“1”碼概率，為“0”碼概率，。功率譜由連續(xù)譜和離散譜兩部分組成，帶寬由連續(xù)譜決定，直流分量和位定時(shí)分量由離散譜決定。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1724.2數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜分析【例4-1】試分析下圖a）所示的單極性全占空矩形脈沖序列的功率譜特性。功率譜中有直流分量嗎？有位定時(shí)分量嗎？若有，功率多大？幅度多大？設(shè)“1”、“0”等概。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1734.2數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜分析【例4-2】試分析下圖a）所示雙極性全占空矩形脈沖序列的功率譜。設(shè)“１”、“0”等概。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1744.2數(shù)字基帶信號(hào)的功率譜分析AMI碼數(shù)字基帶信號(hào)如下圖（a）所示，“1”、“0”等概，則其功率譜表達(dá)式為其功率譜示意圖如圖（b）中實(shí)線所示。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1754.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)及碼間干擾數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)?；癁槠渲醒芯勘砻?，影響系統(tǒng)正確接收的因素有兩個(gè)：

①碼間干擾（Inter-SymbolInterference—ISI）

②信道中的噪聲

2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1764.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)及碼間干擾碼間干擾是指前面碼元的接收波形蔓延到后續(xù)碼元的時(shí)間區(qū)域，從而對(duì)后續(xù)碼元的取樣判決產(chǎn)生干擾，如圖（b）所示。當(dāng)時(shí)，第三個(gè)碼元引起錯(cuò)判。若將系統(tǒng)的沖激響應(yīng)設(shè)計(jì)成如圖（d）所示的波形，即滿足時(shí)，系統(tǒng)是無(wú)碼間干擾的。2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1774.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)及碼間干擾無(wú)碼間干擾傳輸波形（1）理想低通系統(tǒng)及其沖激響應(yīng)其無(wú)碼間干擾速率為：最大無(wú)碼間干擾速率為：最大頻帶利用率為：2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1784.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)及碼間干擾（2）升余弦傳輸特性系統(tǒng)及其沖激響應(yīng)

其無(wú)碼間干擾速率為：最大無(wú)碼間干擾速率為：最大頻帶利用率為：2025/6/10第4章數(shù)字基帶傳輸1794.3數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)及碼間干擾具有滾降傳輸特性的系統(tǒng)其無(wú)碼間干擾速率為：2025/6/10