通信原理第7版第6章PPT课件(樊昌信版)
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樊昌信通信原理第7章 数字调制(7版)
1
式中，n1c(t) 和 n2c(t) 均为低通型高斯噪声，( 0，
n
2
)
判决 规则
x1 > x2 时，判为“1” x1 x2 时，判为“0”
x1 (t )
定时 脉冲 抽样 判决器 输出
Pe
发 “1” 错判为“0”的概率为
x2 ( t )
P(0 /1) P( x1 x2 ) P( x1 - x2 0)
带通 滤波器
1
相乘器
低通 滤波器 定时 脉冲 低通 滤波器
x1 (t )
抽样 判决器 输出
发送端
信道
yi ( t )
带通 滤波器
y1 (t )
2 cos 1t
相乘器
sT (t ) ni (t )
Pe
2
x2 ( t )
y2 (t )
2 cos 2t
发“1”时：
y1 (t ) a cos 1t n1 (t )
b0 =b / n 归一化门限值 发“0”错判为“1”的概率为
P (1 / 0) P (V b) f 0 (V )dV
b
b
2 2 V V 2 / 2 n2 b2 / 2 n b0 /2 e dV e e n2
系统的总误码率为
Pe P (1) P (0 / 1) P (0) P (1 / 0)
K
a = kA
发“1”时 发“0”时
ni (t )
a cos c t ni (t ) yi (t ) ni (t ) 0
a cos c t n(t ) y (t ) n(t ) 0
发“1”时 发“0”时
通信原理第7版第6章PPT课件(樊昌信版)
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§6.1.2 基带信号的频谱特性 ---PSD
思路：
分解 交变波 稳态波
s(t) u(t) v(t)
Ps ( f ) Pu ( f ) Pv ( f )
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
推导：设二进制的随机脉冲序列：
1 4
fS
G( f ) 2
1 4
f
2 S
G(mf S ) 2 ( f
m
mf S )
PS ( f )
1 4
f
STS2
sin
fTS
fTS
1 4
(
f
)
TS 4
Sa 2
(fTS
)
1 4
(
f
)
例
解
参见教材P137~139
自行推导
示意图：
西安电子科技大学 通信工程学院
P[g1(t nTs ) g2 (t nTs )], 以概率(1 P)
或写成
un (t) an[g1 (t nTs ) g2 (t nTs )]
其中
1 P, 以概率P an P, 以概率(1 P)
显然， u(t)是一个随机脉冲序列 。
1 v(t)的功率谱密度---Pv( f )
g1(t+2TB) g2(t+TB)
g1(t )
g1(t-2TB)
g2(t-TB)
g2(t-2TB)
-TB
s(t) sn (t) n
樊昌信版通信原理课件
数字信号的表示与处理
数字信号的表示方法：包括模拟信号的抽样、量化、编码等过程，以及数字信号的二进制表示 形式。
数字信号的处理方法：包括数字信号的滤波、调制解调、编码解码等处理技术，以及数字信号 处理在通信系统中的应用。
数字信号的传输方式：包括数字信号的传输码型、传输速率、传输距离等，以及数字信号在光 纤、无线等传输介质中的传输特性。
通信原理的基本原理与概念
通信系统的基本组成
信号的传输方式
信号的调制与解调
信道容量与香农定理
樊昌信版通信原理的特点与优势
内容丰富：涵盖了通信原理 的各个方面，包括信号分析、 信道特性、调制解调、编码 解码等。
结构清晰：采用模块化的方式 组织内容，使得学习更加系统 化、条理化。
理论性强：注重理论推导和 证明，对于通信原理的核心 概念和原理进行了深入的探 讨。
实践性强：通过大量的例题和 实验，帮助学生更好地理解和 掌握通信原理的应用。
语言简洁：用简洁明了的语言 描述复杂的概念和原理，使得 学习更加轻松愉快。
樊昌信版通信原理的应用与发展
樊昌信版通信原理的应用领域 樊昌信版通信原理在通信系统中的应用 樊昌信版通信原理在无线通信中的应用 樊昌信版通信原理的发展趋势与未来展望
因果系统与非因 果系统
线性时不变系统
定义：满足线性 性和时不变性的 系统
特性：具有叠加 性和比例性，满 足齐次性和可逆 性
描述方式：常系 数线性微分方程 或差分方程
分类：连续时间 系统和离散时间 系统
Part Four
模拟通信原理
调制的基本概念
调制的作用：将低频信号转换 为高频信号，以便传输
调制的方式：调幅、调频、调 相
数字信号的接收与处理：包括数字信号的接收、解码、解调等处理过程，以及数字信号处理在 接收系统中的应用。
通信原理第7版课件樊昌信版
? 2 F2 (x1，x2；t1, t2 ) ?x1?x2
?
f2 ( x1，x2；t1，t2 )
二维概率密度函数
大家好
? n 维分布函数 n 维概率密度函数
大家好
§3.1.2 随机过程的数字特征 ---描述随机过程的主要特性
? 均值 ---随机过程的n个样本函数曲线的摆动中心
? E ??(t)??
t1
t2
t
? 特性描述 ：
大家好
§3.1.1 随机过程的分布函数
? 一维分布函数 ---描述孤立时刻的统计特性
F1(x1，t1) ? P[t?() 1 ? x1]
?F1 (x1，t1 ) ? ?x1
f1(x1，t1 )
一维概率密度函数
? ? ? 二维分布函数 F2 (x1，x2；t1，t2 ) ? P? (t1 ) ? x1， (t2 ) ? x2 ?
—— 自变量的 递减 函数
erf (c0) ? 1 erf (?c ) ? 0
大家好
课件制作：曹丽娜
erfc()x ? 1 ? erf ()x
erf (? x) ? ? erf (x) erf (? x)c ? 2 ? erf (x) c
利用误差函数，可将F(x)表示为：
意义：
F
(x)
?
? ?? ?
西安电子科技大学 通院
大家好
课件制作：曹丽娜
例
解题 第1步：判断? (t)是否平稳，即求其统计平均值
思路：
若均值为常数，且自相关函数只与时间
间隔? 有关， 则? (t) 是广义平稳的。 第2步：求? (t) 的时间平均值
第3步：比较 统计平均值 和 时间平均值
解题 过程： 参见教材41页
通信原理樊昌信课件
2DPSK信号的产生方法
(a)绝对码
1
1
0
1
0
(b)相对码
0
1
0
0
1
1
参考
(c)2DPSK t
由上图可见，先对二进制数字基带信号进行差分编码， 即把表示数字信息序列的绝对码变换成相对码（差分 码），然后再根据相对码进行绝对调相，从而产生二进 制差分相移键控信号。
上图中使用的是传号差分码，即载波的相位遇到原数字
2DPSK信号相位：(0) π 0 0 π π π 0 π π
或
(π ) 0 π π 0 0 0 π 0 0
相应的2DPSK信号的波形如下：
(a)绝对码
1
1
0
1
0
(b)相对码
0
1
0
0
1
1
参考
(c)2DPSK t
由此例可知，对于相同的基带信号，由于初始相位不同，2DPSK信 号的相位可以不同。
即：2DPSK信号的相位并不直接代表基带信号，而前后码元的相对
b
低通
滤波器
低通 滤波器
c
抽样
判决器
定时 脉冲
d
输出
输出 抽样 判决器
cosωct
定时 脉冲
26
第7章数字带通传Βιβλιοθήκη 系统非相干解调过程的时间波形
1
0
0
1
a t
b t
c t
d
1
0
0
1
t
27
第7章数字带通传输系统
功率谱密度
2ASK信号可以表示成
e2ASK (t) = s(t )cosωct
式中 s(t) －二进制单极性随机矩形脉冲序列
《通信原理》_樊昌信_曹丽娜_编著第六版课件_1-14全
第1章绪论
1.1通信的基本概念
通信原理
第1章绪论
通信的目的：传递消息中所包含的信息。 消息：是物质或精神状态的一种反映，例如 语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像 等。 信息：是消息中包含的有效内容。 实现通信的方式和手段：
非电的：如旌旗、消息树、烽火台… 电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、 因特网和计算机通信等。
满足上述3条件的关系式如下：
1 P(x)
IlogalogaP(x)－信息量的定义
第1章绪论
IlogalogaP(x)
1 P(x)
上式中对数的底： 若a=2，信息量的单位称为比特(bit)，可简记为b 若a=e，信息量的单位称为奈特(nat)， 若a=10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley)。 通常广泛使用的单位为比特，这时有
接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电 信号。 受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如 扬声器等。
第1章绪论
1.2.2模拟通信系统模型和数字通信系统模型
模拟信号和数字信号
tt
图1-2模拟信号
模拟信号：代表消息的信号参量取值连续，例如麦克 风输出电压：
(a)话音信号(b)抽样信号
第1章绪论
【例1】一离散信源由―0‖，―1‖，―2‖，―3‖四个符 号组成，它们出现的概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8， 且每个符号的出现都是独立的。试求某消息 2010201302130 01203210100321010023102002010312032100120210的 信息量。 【解】此消息中，―0‖出现23次，―1‖出现14次，―2‖ 出现13次，―3‖出现7次，共有57个符号，故该消息的
1.1通信的基本概念
通信原理
第1章绪论
通信的目的：传递消息中所包含的信息。 消息：是物质或精神状态的一种反映，例如 语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像 等。 信息：是消息中包含的有效内容。 实现通信的方式和手段：
非电的：如旌旗、消息树、烽火台… 电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、 因特网和计算机通信等。
满足上述3条件的关系式如下：
1 P(x)
IlogalogaP(x)－信息量的定义
第1章绪论
IlogalogaP(x)
1 P(x)
上式中对数的底： 若a=2，信息量的单位称为比特(bit)，可简记为b 若a=e，信息量的单位称为奈特(nat)， 若a=10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley)。 通常广泛使用的单位为比特，这时有
接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电 信号。 受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如 扬声器等。
第1章绪论
1.2.2模拟通信系统模型和数字通信系统模型
模拟信号和数字信号
tt
图1-2模拟信号
模拟信号：代表消息的信号参量取值连续，例如麦克 风输出电压：
(a)话音信号(b)抽样信号
第1章绪论
【例1】一离散信源由―0‖，―1‖，―2‖，―3‖四个符 号组成，它们出现的概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8， 且每个符号的出现都是独立的。试求某消息 2010201302130 01203210100321010023102002010312032100120210的 信息量。 【解】此消息中，―0‖出现23次，―1‖出现14次，―2‖ 出现13次，―3‖出现7次，共有57个符号，故该消息的
通信原理樊昌信第七版
1. 传输特性
H ()H ()ej ()
H() ~ 幅频特性
()~相频特性
2. 无失真传输
H ( )K ejtd
H() K
()td
n 无失真传输（理想恒参信道）特性曲线：
恒参信道
|H()|
K
() td
td
0
H() K
幅频特性
0
0
()td ()dd ()td
相频特性
群迟延特性
n 理想恒参信道的冲激响应:
定义·分类
模型·特性
影响·措施
信道噪声 信道容量
20
§4.3 信道数学模型
1. 调制信道模型 n 模型： 叠加有噪声的线性时变/时不变网络：
si (t)
C()
输入
r(t)
+
输出
n 共性：
信道
n(t)
有一对（或多对）输入端和输出端
大多数信道都满足线性叠加原理
对信号有固定或时变的延迟和损耗
无信号输入时，仍可能有输出(噪声)
地球
对流层散射通信
r 流星余迹散射
无线信道
流星余迹
特性: 高度80 ~ 120 km，长度15 ~ 40 km 存留时间：小于1秒至几分钟
频率: 30 ~ 100 MHz 距离: 1000 km以上 用途: 低速存储、高速突发、断续传输
12
§4.2 有线信道
n 明线 n 对称电缆 n 同轴电缆 n 光纤
本章内容:
第4章 信道
信道分类
信道模型
恒参/随参信道特性对信号传输的影响
信道噪声
信道容量
定义·分类
模型·特性
影响·措施
信道噪声 信道容量
通信原理第7章(樊昌信第七版)PPT课件
参考相位
载波相位 φn
A 方式
0° 90° 180° 270°
B 方式
225° 315° 45° 135°
11Biblioteka 0001t
01
A方式
第16页/共46页
2） QPSK调制
正交调相法
b(1)
01
11
QPSK信号可视为两个互为
a(0)
正交的2PSK信号的合成。
00
I (t) x
a(1)
10 b(0)
B方式
第21页/共46页
22
改进思路：
Q
01
11
0
I
00
10
QPSK 相位路径 最大相位跳变 180°
第22页/共46页
改进思路：
信号点不作对角线移动 即双比特ab不同时跳变
Q
01
11
0
I
00
10
第23页/共46页
4 OQPSK (偏置或交错QPSK，Offset QPSK)
改进思路：
信号点不作对角线移动 即双比特ab不同时跳变
10
4DPSK
10
11
00
参考相位
01
A方式
11
01
10
4PSK
第33页/共46页
00
t
00
t
2 QDPSK调制
也有正交调相法 和 相位选择法 仅需在QPSK调制器基础上增添差分编码（码变换）
a
输入 串/并 变换
b
差分 编码
将绝对码 ab ⇨相对码 cd
c
载波 振荡
d
x
cosct
移相
2
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2
1 1 2 2 2 PS ( f ) f S G ( f ) f S G (mf S ) ( f mf S ) 4 4 m
讨论：
1, g t 0, t TS 2 其他t
若表示“1”码的波形g2(t) = g(t)为 不归零（NRZ）矩形脉冲，即
2 m S 1 S 2 S
2
f [PG (mf ) (1 P)G (mf )] ( f mf )
S
2
可得到由其构成的随机脉冲序列的双边功率谱密度为
PS ( f ) f S P(1 P) G ( f )
当P=1/2时，上式简化为
m
f
S
(1 P)G (mf S ) ( f mf S )
第6章
数字基带传输
通信原理（第7版）
樊昌信 曹丽娜 编著
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
本章内容:
数字基带信号的特性 如何设计传输总特性 如何提高抗噪声性能
第6章 数字基带
— 波形 频谱 码型 — 以消除码间干扰 — 以减小噪声影响
眼图 — 估计系统性能的实验手段 部分响应 时域均衡
m N n N
a
2
N
N
m n
ae
N
j 2 f n m TB
G1 f G2 f G1 f G2 f
2 j 2 f n m TB E UT f E am an e G1 f G2 f m N n N
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
§6.1.2 基带信号的频谱特性 ---PSD
目的：
确定信号带宽 获得位定时分量、直流分量等
由于数字基带信号是一个随机脉冲序列，没有确定的频谱函数，所以只 能用功率谱来描述它的频谱特性。 将从随机过程功率谱的原始定义出发，求出数字随机序列的功率谱公式
n
v (t )
n
——周期性信号，
v(t)在每个码元内的统计平均波形相同，故v(t) 是以Ts为周期的周期信号
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
稳态波 v(t) 和 交变波 u(t)
交变波u(t)是s(t)与v(t)之差 v (t )
即
于是
u (t ) s (t ) v(t )
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
E[ U T ( f ) ] Pu ( f ) lim N (2 N 1)T B
2
UT ( f )
2
n N
N
an e j 2 f nTB [G1 ( f ) G2 ( f )]
UT ( f ) UT f UT f
n
[ Pg (t nT ) (1 P) g (t nT )]
1 B 2 B
周期TB
可展成傅里叶级数
v(t )
1 Cm TB
m
Cm e j 2 m f B t
v(t )e j 2 m f B t dt
式中
TB 2 T B 2
西安电子科技大学 通信工程学院
方法：
相关函数 功率谱密度 由功率谱密度的定义式
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§6.1.2 基带信号的频谱特性 ---PSD
思路：
分解
交变波
稳态波
s(t ) u(t ) v(t )
Ps ( f ) P u( f ) P v( f )
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
课件制作：曹丽娜
1 Cm TB
TB 2 T B 2
v(t )e
j 2 m f B t
dt
∵ 在（-TB/2，TB/2）内： v(t ) Pg1 (t ) (1 P) g2 (t )
∴
1 Cm TB
Pg (t ) (1 P) g (t ) e
1 2
TB 2 T B 2
/ Ts 1
接收端很容易识别出每个码元的起止时刻，便于同步
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
四电平波形 00—— +3E 01—— +E 10—— - E 11—— -3E
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
数 字 基 带 信 号 的 表 示 式
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
稳态波 v(t) 和 交变波 u(t)
v(t)：所谓稳态波，即随机序列s(t)的统计平均分量，它 取决于每个码元内出现g1(t)和g2(t) 的概率加权平均：
v ( nT
1
B
) (1 P ) g 2 (t nTB )]
N
uT (t ) UT ( f )
N n N n 1 B 2 B
uT (t )
n N
u (t ) a [ g (t nT ) g (t nT )]
n
课件制作：曹丽娜
西安电子科技大学 通信工程学院
UT ( f )
其中
G2 ( f ) g2 (t )e j 2 ft dt
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
E[ U T ( f ) ] Pu ( f ) lim N (2 N 1)T B
2
P 1 P ，m n E am an ，m n 0
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
3 s(t ) =u(t)+v(t) 的功率谱密度---Ps( f )
G1 (mfB ) g1 (t )e j 2 m f Bt dt
2
2
根据周期信号的功率谱密度与傅里叶系数的关系可得：
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
2 u(t)的功率谱密度---Pu( f )
取截短时间:
T (2 N 1)TB
UT ( f )
u(t)的截短函数：
其中
u n (t ) a n [ g1 (t nTs ) g 2 (t nTs )] 1 P, 以概率P an P, 以概率(1 P)
显然， u(t)是一个随机脉冲序列 。
1 v(t)的功率谱密度---Pv( f )
v(t)是以为Ts周期的周期信号
v(t )
双边谱
单边谱
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
讨论：
1 fB RB TB
连续谱
连续谱 带宽 B 离散谱 定时分量，形状（m=1)等
离散谱
连续谱能否消失 ？
离散谱消失的条件？
连续谱总是存在的，这是因为代表数据信息的g1(t) 和g2(t)波形不能完全相同，故有G1(f) ≠ G2(f) 对于双极性信号 g1(t) = - g2(t) = g(t) ，且概率 P=1/2（等概）时，则没有离散分量(f - mfs)
推导：设二进制的随机脉冲序列：
g1(t+2TB) g2(t+TB) g1(t ) g1(t-2TB) g2(t-TB) g2(t-2TB)
-TB
TB
s(t )
n
s (t )
n
“0” ---- g1(t) ----- P “1 ”---- g2(t) ----- 1-P
g1 (t nTB )， 以概率P出现 sn (t ) ， 以(1 P)出现 g（ 2 t nTB）
单个
几种基本的基带信号波形
序列
六种基本信号波形
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
归零
/ Ts 1
通常，归零波形使用半占空码，即占空比为50% 单极性波形和双极性波形属于非归零(NRZ)波形，其占空比等于100％
课件制作：曹丽娜
西安电子科技大学 通信工程学院
西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜
基带传输系统组成：
基带脉冲 输入 发送 滤波器 信道 接收 滤波器 同步 提取 抽样 判决器
引言
基带脉冲 输出
噪声
信道：给基带信号提供传输通道。
西安电子科技大学 西安电子科技大学 通信工程学院 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
引言
基带脉冲 输入 发送 滤波器 信道 接收 滤波器 同步 提取 抽样 判决器 基带脉冲 输出
u (t )
n
[ Pg (t nT ) (1 P) g (t nT )]
1 B 2 B
n
u
n
(t )
n
v (t )
n
式中，
g1 (t nTs ) Pg1 (t nTs ) (1 P) g 2 (t nTs ) (1 P)[ g (t nT ) g (t nT )], 以概率P 1 s 2 s un (t ) g 2 (t nTs ) Pg1 (t nTs ) (1 P) g 2 (t nTs ) P[ g1 (t nTs ) g 2 (t nTs )], 以概率(1 P) 或写成
j 2 m f B t