高级通信原理第7章 编码和调制的权衡

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通信原理(樊昌信)第7章 数字调制

通信原理(樊昌信)第7章 数字调制

谱零点带宽:
§7.2 二进制数字调制系统 抗噪声性能
概述

性能指标:系统的误码率 Pe 分析方法:借用数字基带系统的方法和结论 分析条件:恒参信道(传输系数取为 K ) 信道噪声是加性高斯白噪声

背景知识: 窄带噪声 正弦波+窄带噪声
§7.2.1 2ASK系统的抗噪声性能

2ASK---相干解调
基带信号
反相器 振荡器2
f2
s (t )
相加器
e2FSK (t )
选通开关
特点:转换速度快、电路简单、 产生的波形好、频率稳定度高。
ak a b c s(t ) s(t )
1
0
1
1
0
0
1 t t t
d
t
e
t
f
t
g
2 FS K信 号
t
图 二进制移频键控信号的时间波形
三、2FSK信号的解调 1、非相干解调,如图(b); 2、相干解调,如图(a)。 3、过零检测法;
e2 DPSK (t ) 带通
滤波器 延迟TB a 相乘器 b c 低通 滤波器 d 抽样 判决器 定时 脉冲 e 输出
相乘器 起着 相位比较的作用
带通 滤波 器
a
相乘 器 b
c
低通 滤波 器
d
抽样 判决 器 定时 脉冲
e
延迟 Ts
参考
(a )
DPSK信号 a b
c d 二进 制信息 反相 e
0
0
§7.1.1 二进制振幅键控 (2ASK)

原理: s(t)载波幅度

表达式:
单极性

波形:
1 0 1 1 0 1 t

北邮通信原理课件 第7章 7.9

北邮通信原理课件 第7章 7.9
量化信噪比

N q = E ⎡ m − mq ⎢ ⎣
= ∑∫
i =1 M mi m i −1
(
)
2
⎤ = b x−m q ∫a ⎥ ⎦
2பைடு நூலகம்
(
) f ( x ) dx
2
( x − qi ) f ( x ) dx
b

S0 = E ⎡ m 2 ⎤ = ∫ x 2 f ( x ) dx ⎣ ⎦ a
9
7.9.3 均匀量化器例(1)
∆v = 0.5V
mi = −4 + 0.5i , i = 0,1,… ,16 qi = −3.75 + 0.5i , i = 0,1,… ,15
抽样值
2.1 2.25 12 1100 30
3.2 3.25 14 1110 32
-0.75 -0.75 6 0110 12
qi
量化级序号 二进制编码 四进制编码
24
7.9.3 µ 律15折线
对µ = 255 压扩特性的近似
z x=(2i-1)/255
段落 斜率
0
0
1 32
1 8 1 255 2 16
2 8 3 255 3 8
3 8 7 255 4 4
4 8 15 255 5 2
5 8 31 255 6 1
6 8 63 255 7
7 8 127 255 8
5
7.9.3 标量量化基本原理
量化误差(量化噪声): eq ( nTs ) = x( nTs ) − y( nTs )
eq = x − yk = x − Q ( x ) ~ 随机变量
量 化 噪声平均功率 (方差)
2 N q = E ⎡ eq ⎤ ⎣ ⎦

通信原理樊昌信第七版

通信原理樊昌信第七版

通信原理樊昌信第七版通信原理樊昌信第七版(以下简称《樊七版》)是一本系统介绍通信原理的教材。

该教材详细介绍了通信原理的基本概念、原理、技术和应用。

第一章介绍了通信系统的基本概念和组成部分。

通信系统包括信源、信道、调制解调器、编码解码器、传输媒介和接收器等组成部分。

第二章详细介绍了信号的表示与传输。

信号是通信系统中的重要信息载体,通信系统常用的信号类型有连续信号和离散信号。

本章还介绍了常见的调制技术和调制方法。

第三章讲述了模拟调制与解调技术。

模拟调制与解调是常见的信号传输技术,包括调幅、调频和调相等技术。

本章还介绍了调制信号的频谱特性和调制电路的实现方法。

第四章介绍了脉冲调制与解调技术。

脉冲调制与解调是数字通信中常用的技术,包括脉冲编码调制和脉冲位置调制等。

本章还讨论了脉冲调制信号的频谱特性和脉冲调制电路的实现方法。

第五章讲述了数字通信系统的基本原理和技术。

数字通信系统主要包括抽样调制、调制器设计、调制技术的选择和解调器设计等内容。

本章还介绍了常见的数字通信调制技术和解调技术。

第六章详细介绍了通信信道的性质和传输介质的选择。

通信信道是信号传输的媒介,本章讲述了不同传输介质的特性和选择原则。

还讨论了信道容量和信道编码的相关知识。

第七章讨论了信道编码和纠错编码。

信道编码和纠错编码是提高通信系统可靠性和容量的重要技术手段。

本章介绍了常见的信道编码和纠错编码方法,包括奇偶校验、海明码和卷积码等。

第八章介绍了数字通信系统中的多址技术和扩频技术。

多址技术是多用户同时共享信道的重要技术,扩频技术是提高通信系统容量的有效手段。

本书还包括了其他相关的内容,如雷达系统、无线通信系统和光纤通信系统等。

《樊七版》作为通信原理领域的经典教材,系统全面地介绍了通信原理的基本知识和技术,并结合了实际应用。

数字通信原理与技术(王兴亮)第 7 章 差错控制编码

数字通信原理与技术(王兴亮)第 7 章 差错控制编码
第 7 章 差错控制编码
第 7 章 差错控制编码
7.1 概述 7.2 常用的几种简单分组码 7.3 线性分组码 7.4 循环码 7.5 卷积码 *7.6 网格编码调制
第 7 章 差错控制编码
7.1 概 述
7.1.1 信道编码
在数字通信中,根据不同的目的,编码可分为信源编码和
信道编码。信源编码是为了提高数字信号的有效性以及为了使
G [Ik Q ]
1 1 Q 1 0
1 1 1 0 T P 0 1 1 1
第 7 章 差错控制编码
7.3.3 伴随式(校正子)S
设发送码组A=[an-1,an-2,…,a1,a0],在传输过程中可能发生 误码。接收码组B=[bn-1,bn-2,…,b1,b0 ],则收发码组之差定义 为错误图样E, 也称为误差矢量, 即
为 0。此时,可以纠正单个错误,或者该码可以检出两个错误。
第 7 章 差错控制编码
码的最小距离d0 直接关系着码的检错和纠错能力;任
一(n,k)分组码,若要在码字内:
(1) 检测e个随机错误,则要求码的最小距离d0≥e+1; (2) 纠正t个随机错误, 则要求码的最小距离d0≥2t+1; (3) 纠正t个同时检测e(≥t)个随机错误,则要求码的最小
a n 1 a n 2 a 1 a 0 0
奇监督码情况相似, 只是码组中“1”的数目为奇数, 即 满足条件
a n 1 a n 2 a 0 1
而检错能力与偶监督码相同。 奇偶监督码的编码效率R为
R ( n 1) / n
第 7 章 差错控制编码
的恒比码,即每个码组的长度为 5,其中 3 个“1”。这时可能

通信原理第7版第7章PPT课件(樊昌信版)

通信原理第7版第7章PPT课件(樊昌信版)

实验二:数字调制与解调实验
实验目的
掌握数字调制与解调的基本原理和实现方法。
实验内容
设计并实现一个数字调制与解调系统,包括调制器、解调器和信道等部分。
实验二:数字调制与解调实验
01
实验步骤
02
1. 选择合适的数字调制方式,如2ASK、2FSK、2PSK等。
03
2. 设计并实现调制器,将数字基带信号转换为已调信号。
循环码
编码原理
01
循环码是一种具有循环特性的线性分组码,其任意码字的循环
移位仍然是该码的码字。
生成多项式与校验多项式
02
生成多项式用于描述循环码的编码规则,而校验多项式则用于
检测接收码字中的错误。
编码效率与纠错能力
03
循环码的编码效率与线性分组码相当,但纠错能力更强,可以
纠正多个错误。
卷积码
编码原理
06
同步原理与技术
载波同步技术
载波同步的定义
在通信系统中,使本地产生的载波频率和相位与接收到的信号载波保持一致的过程。
载波同步的方法
包括直接法、插入导频法和同步法。直接法利用接收信号中的载波分量进行同步;插入导频法在发送端插入一个导频 信号,接收端利用导频信号进行同步;同步法则是通过特定的同步信号或同步头来实现同步。
归零码(RZ)
在码元间隔内电平回归到零,有利于时钟提取。
差分码(Differential Cod…
利用相邻码元电平的相对变化来表示信息,抗干扰能力强。
眼图与误码率分析
眼图概念
通过示波器观察到的数字基带信号的一种图形表示,可以 直观地反映信号的质量和传输性能。
眼图参数
包括眼睛张开度、眼睛高度、眼睛宽度和交叉点位置等, 用于评估信号的定时误差、幅度失真和噪声影响等。

移动通信的编码与调制技术

移动通信的编码与调制技术

2、移动通信的信道编码技术
奇偶校验码 重复码 循环冗余校验码 卷积码
交织
奇偶校验码
把信源编码后的信息数据流分成等长码组,在每一信息码 组之后加入一位(1比特)校验码元作为“奇偶检验位”, 使得总码长n(中的码重为偶数(称为偶校验码)或为奇数 (称为奇校验码)。如果在传输过程中任何一个码组发生一 位(或奇数位)错误,则收到的码组必然不再符合奇偶校验 的规律,因此可以发现误码。
1.2 移动通信的调制解调技术
语音编码技术把它变换为0与1的二值信息。发信端发送的信息 是0与1的组合,即基带信号.
1.2 移动通信的调制解调技术
进行无线传输时,因基带信号本身频率很低,故不能照搬原样 以电波形式发射出去,即使作为电波发射时,有两处以上同时发射 就会相互干扰无法进行通信。
为了以电波形式发射信号,需要把基带信号变为高频正弦波 信号,这种处理方法称为调制。通过调制把基带信号能量的大部 分转移到正弦高频分量上,以电波形式发射出去。另外,如果每个 发信机正弦波的频率不同,即使多个发信机同时发射信号,接收方 也不会有干扰。
移动通信技术
移动通信技术
1.1 移动通信的编码技术
编码技术
信源编码: 把经过采样和
量化后的模拟信号 变换成为数字脉冲 信号的过程,称为 信源编码。 (以语 音编码为主)
信道编码: 收发双方通过
一定的信道收发信 息时采用的双方协 议的编码方式,以 便保证传输信息的 完整性、可靠性和 安全性。
1、 移动通信的语音编码技术
2、移动通信的信道编码技术
奇偶校验码 重复码
循环冗余校验码 卷积码 交织
交织
在发送端,编码序列在送入信道传输之前先通过一个“交织寄 存器矩阵”。将输入序列逐行存入寄存器矩阵,存满以后,按 列的次序取出,再送入传输信道。

《通信原理》教学课件 张力军 第7章

《通信原理》教学课件  张力军 第7章
相对值而非绝对值。 3.均匀量化具有均匀噪声绝对值而非相对值,不利于小信 号量化,因此不适合语音编码。
24
第7章 信源与信源编码
7.5 模拟信源的编码技术
1. 脉冲编码调制(PCM)
PCM解决问题思路:对信号压扩处理,令大信号大量阶
小信号小量阶,保持相对的信噪比不变。
具体做法:数学表达A率(中、欧)或律(美、日)
y Ax 0x1
1lnA
A
y1lnAx 1x1 1lnA A
(7.5-1)
量化:十三折线 缺点:PCM是标量量化,语音信号的相关性没有被充分
利用,因此,更先进的ADPCM和参数编码逐渐盛行 25
y
PCM十三折线
1
A律()
7/8
A1律3折量线化 ⑦

6/8

5/8 ⑤
线性量化
4/8 ④
3/8 ③
2/8 ②
x1 0.4
x2 0.2
x3 0.2
x4 x5
0.1 0 0.1 1
x1 0.4
x2 0.2
x3 0.2 0 x4 x5 0.2 1
x4 x5
0x3 1
0 1 x2
0 1 x1
0 1
第3步排序 符号 概率
x1 x3x4x5
x2
0.4
0.4 0 0.2 1
第4步排序 符号 概率
x2x3x4x5 0.6 0 x1 0.4 1
1.0
编出的霍夫曼码
符号 码字 码长
x1 1 x2 01 2 x3 000 3 x4 0010 4 x5 0011 4
1
16
第7章 信源与信源编码
7.3 离散信源编码
7.3.2 平稳离散信源的编码

通信原理课件(全1-9章)(改好)第七章

通信原理课件(全1-9章)(改好)第七章
《通信原理课件》
QPSK信号是利用正交调制方法产生 的,其原理是先对输入数据作串/并变 换,即将二进制数据每两比特分成一 组,得到四种组合:(1,1)、(-1, 1)、(-1,-1)和(1,-1),每组 的前一比特为同相分量,后一比特为 正交分量。然后利用同相分量和正交 分量分别对两个正交的载波进行2PSK 调制,最后将调制结果叠加,得到 QPSK信号。
《通信原理课件》
为了克服以上缺点,对于2FSK信号 作了改进,引入MSK调制方式。
《通信原理课件》
MSK称为最小移频键控,有时也称为快 速移频键控(FFSK),所谓“最小”是指 这种调制方式能以最小的调制指数(0.5) 获得正交信号;而“快速”是指在给定 同样的频带内,MSK能比2PSK的数据传 输速率更高,且在带外的频谱分量要比 2PSK衰减的快。
k
t
ak
2Ts
t
k
《通信原理课件》
当 ak 1时,信号的频率为
f2
fc
1 4Ts
当 ak 1 时,信号的频率为
f1
fc
1 4Ts
《通信原理课件》
所以
Δf
f2
f1
1 2Ts
即最小频差 f 等于码元传输速率的
一半。对应的调制指数为
fTs
f
/
fs
1 2
《通信原理课件》
2 MSK信号的相位连续性
Qk ak cosk 为正交分量。
《通信原理课件》
图 MSK信号的产生方框图
《通信原理课件》
图 MSK解调器原理框图
《通信原理课件》
4 MSK信号的频谱特性
通过推导,MSK信号的归一化功率谱
密度 Ps ( f )的表达式如下:
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编码和未编码性能比较
实时系统,信 道比特速率Rc 是信息比特速 率Rb的n/k倍。
通过信道编码,信道比特的错误率增 加了,但是信息比特的错误概率呢?
增加冗余度,每个信道码元含有更少的能量,解调器输出 更多的错误。 译码器的性能改善是否超过了解码器的性能下降?
如(n,k)信道编码能够纠正t个错误码元,则
香农理论极限

香农公式 信道编码定理 理想通信系统
本章思路:如何在“传输带宽、比特速率和误比 特率”要求条件下来选择调制和编码方案?

如果信道既是带宽受限信道又是功率受限信道,而在 香农限之下没有调制方式符合要求,那么就需要加入 编码技术来提高系统性能。
数字调制信号

数字调制信号可以分为两大类。
使用纠错编码的原因

编码增益 差错性能和带宽 功率和带宽

速率和带宽
差错概率和带宽
如果未编码时为A点,经过试用后 顾客对语音质量产生抱怨,怎么办?
AB?
AC?
代价是什么?
功率和带宽
如果未编码时为D点,经过试用后顾 客对语音质量满意,但是设备提供 14dB 的比特信噪比时容易产生故障, 要求较低的比特信噪比。怎么办?
问题:是否考虑了调制和编码,仍然不符合要求?
未编码带宽受限系统举例
方法一:利用表9.1 方法二: 先选择调制方式,比如8PSK(满足带宽效率的要求,为节省功率,
选择最小的M)
由比特信噪比计算出对应的误码率,计算误比特率; 与给定的误比特率对比。
未编码功率受限系统举例
方法一:利用表9.1(带宽效率和比特信噪比的要求) 方法二: 先选择调制方式,比如16FSK(满足带宽效率的要求,为节省功率,选 择最大的M) ; 由比特信噪比计算出对应的误码率,计算误比特率; 与给定的误比特率对比。
《高级通信原理》
主讲人:于秀兰
第 7章
编码和调制的权衡
《数字通信-基础与应用》Bernard Sklar第9章
本章内容
通信系统的设计目标 差错概率平面 奈奎斯特最小带宽 香农公式 带宽-效率平面 编码和调制的均衡 通信系统的设计
系统设计的目标
3个指标:误比特率、带宽效率和比特信噪比
带宽受限和功率受限的编码系统

如果信道既是带宽受限信道又是功率受限信道,而在
香农限之下没有调制方式符合要求,那么就需要加入 编码技术来提高系统性能。
问题:
(127,64)BCH码比(127,36)BCH码相比
哪个具有更大的编码增益?
带宽受限和功率受限的编码系统
使用纠错编码的原因
通信系统的设计
n j n j 纠错后的码字出错概率:PM p 1 p j t 1 j 1 n n j n j 纠错后的误比特率:PB j p 1 p n j t 1 j
n

译码器性能的改பைடு நூலகம்是否超过了解调器性能的下降 ?
低比特信噪比时的编码性能
给定的系统信息 速率,工作点在 直线1、2、3上 变化,权衡?
正交FSK的载频间隔
FSK信号的带宽?
同样的结论参见《数 字通信》第4版220页
差错概率平面
奈奎斯特最小带宽
例9.1
对于M进制的信号处理,若M增大,差 错性能是提高还是降低? 数字通信方式的选择总包含某种权衡,
必须以什么为代价从而获得更好的差错性能?
DE 代价是什么?
数据速率和带宽
如果未编码时为D点,经过试用后顾 客对语音质量满意,同时设备提供 14dB 的比特信噪比也没有问题,但 是客户对数据速率的要求提高了。怎 么办?
Eb Pr 1 N0 N0 R
如果只增加数据速率不 作其它改动,则DF FE
代价是什么?



在较低的比特信噪 比时,存在门限效 应。 冗余比特消耗了能 量,还使错误概率 增大。 Turbo码在低信噪 比时能获得性能的 改善。
带宽受限和功率受限的编码系统举例
方法一:
方法二
若差错性能降低,可以获得那些收益?
增加带宽可以获得更好的差错性能。
香农公式
此时误比特率为0.33。
每二进制码元的能量 or每比特能量?
带宽-效率 平面
总 结
3个指标:误比特率、带宽效率和比特信噪比


两个平面:差错概率平面、带宽效率平面
随着比特信噪比的增加,误比特率下降; 带限信号和功限信号 香农公式表明的可实现系统的理论极限(比特信噪比和带宽效 率之间的关系)
FSK信号
2k 1 PB k PE 2 1
PSK、QAM信号
0 R 1 log 2 M log 2 M W 1 PE PB log 2 M
数字通信系统的设计
1、无线链路设计:已知发射功率、天线增益和 路径损耗,算出接收信号功率,从而得到PR/N0
2、要求传输带宽、比特速率和误比特率,选择 符合要求的调制方式; 3、如果没有调制方式符合要求,就需要纠错编 码方式。
一类是带限信号,以满足低带宽需求为主要特征。随着
消息符号数的增加,是带限信号的频带利用率而增加, 而功率效率将减少,比如ASK、PSK和QAM信号;
另一类是功限信号,以满足低功率需求为主要特征。其
功率效率则随着消息符号数的增加而增加,而频带利用 率将减少,比如正交频移键控(FSK)信号。
差错概率平面
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