数字通信原理2信号分析基础
信号基本知识
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脉冲编码调制
对模拟信号的瞬时抽样值量化、编码，以 将模拟信号转化为数字信号
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PCM通信系统由三个部分构成： （1）模／数变换 抽样——把模拟信号在时间上离散化，变为脉冲幅度 调制（PAM）信号。 量化——把PAM信号在幅度上离散化，变为量化值 （共有N个量化值）。 编码——用二进码来表示N个量化值。 （2）信道部分 包括传输线路及再生中继器。 （3）数/模变换 解码——是编码的反过程，解码后还原为PAM信号 低通一一收端低通的作用是恢复或重建原模拟信号。
任意一个周期为T0的周期函数f(t)，只要满 足狄里赫利条件，就可以展开为傅里叶级 数f(t)=A0+∑Ancos(nw0t)+Bnsin(nw0t)，其 中w0=2π/ T0 或者f(t)=C0+ ∑Cncos(nw0t+φn)
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傅里叶级数的物理意义
周期信号经过傅里叶转化的实质是将周期 信号分解为不同频率的谐波分量的加权， 揭示了周期信号的实质 傅里叶分析的实质就是一种频域分析方法， 信号的频域是信号的内在本质，而时域只 是信号的外在形式 傅里叶级数就代表了当前谐波频率的幅值
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抽样
抽样——是每隔一定的时间间隔Ｔ抽取 模拟信号的一个瞬时幅度值（样值） 抽样是由抽样门来完成的
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话音信号频率范围：300∽3400Hz， =3400Hz，这时满足抽样定理的最低的抽 样频率应为6800Hz，为了留有一定的防 卫带，CCITT(ITU-T)规定话音信号的 抽样频率为＝8000Hz，（防卫带为8000 一6800＝1200Hz），。
数字通信原理课后答案
数字通信原理课后答案数字通信原理是现代通信工程学的重要基础课程，它涉及到数字信号处理、调制解调、信道编码、多址技术等多个方面的知识。
学好数字通信原理对于理解现代通信系统的工作原理和提高通信系统的性能至关重要。
下面我们来看一些数字通信原理课后习题的答案。
1. 什么是数字通信原理？数字通信原理是研究数字信号在通信系统中的传输、调制解调、编解码、多址技术等基本原理和技术的学科。
它主要包括数字信号的产生与传输、数字调制解调技术、数字信道编码与解码技术、数字通信系统的性能分析等内容。
2. 为什么要学习数字通信原理？数字通信原理是现代通信系统的基础，它涉及到数字信号处理、调制解调、信道编码、多址技术等多个方面的知识。
学好数字通信原理可以帮助我们理解现代通信系统的工作原理，提高通信系统的性能，为后续学习和工作打下坚实的基础。
3. 什么是数字信号处理？数字信号处理是将模拟信号转换为数字信号，并对数字信号进行处理的一种技术。
它包括采样、量化、编码等过程，可以实现信号的数字化处理和传输。
4. 什么是调制解调技术？调制是将数字信号转换为模拟信号的过程，解调是将模拟信号转换为数字信号的过程。
调制解调技术是数字通信中非常重要的一环，它可以实现数字信号在模拟信道中的传输。
5. 什么是信道编码与解码技术？信道编码是在数字通信中为了提高通信系统的可靠性而对数字信号进行编码的一种技术，解码则是对接收到的编码信号进行解码恢复原始信息的过程。
信道编码与解码技术可以有效地提高通信系统的抗干扰能力和误码率性能。
6. 什么是多址技术？多址技术是在同一频率和时间资源上实现多用户同时通信的一种技术。
它包括时分多址、频分多址、码分多址等多种方式，可以实现多用户之间的有效通信。
通过以上习题的答案，我们可以对数字通信原理有一个初步的了解。
数字通信原理是通信工程学中的重要基础课程，它涉及到数字信号处理、调制解调、信道编码、多址技术等多个方面的知识。
学好数字通信原理对于理解现代通信系统的工作原理和提高通信系统的性能至关重要。
现代通信原理 第2章 确定信号分析
设x1(t)和x2(t)都为功率信号，则它们的互相关函数定义为
(2.38)
式中， T的含义与式(2.14)中相同，为功率信号的截断区间。
44
第2章
确定信号分析
当x1(t)=x2(t)=x(t)时，定义
(2.39)
为功率信号x(t)的自相关函数。
45
第2章
确定信号分析
由式(2.39)可得到周期信号x(t)的自相关函数为
41
第2章
确定信号分析
2.3.2 能量信号的相关定理 若能量信号x1(t)和x2(t)的频谱分别是X1(ω)和X2(ω)，则信号 x1(t)和x2(t)的互相关函数R12(τ)与X1(ω)的共轭乘以X2(ω)是傅立 叶变换对，即
(2.36)
式(2.36)称为能量信号的相关定理。它表明两个能量信号在时 域内相关，对应频域内为一个信号频谱的共轭与另一信号的频 谱相乘。
30
第2章
确定信号分析
2.3 相关函数与功率谱密度函数
2.3.1 能量信号的相关函数
设信号x1(t)和x2(t)都为能量信号，则定义它们的互相关函 数R12(τ)为 (2.32) 若x1(t)=x2(t)=x(t)，则定义 (2.33) 为x(t)的自相关函数。
31
第2章
确定信号分析
【例2.2】
5
第2章
确定信号分析
设xT(t)为x(t)在一个周期内的截断信号，即
(2. 6)
而
6
第2章
确定信号分析
则有：
(2. 7)
比较式(2. 5)与式(2. 7)可得:
(2. 8) 由此可见，由于引入了δ(· )函数，对周期信号和非周期信
号都可统一用信号的傅立叶变换(即频谱密度函数)来表示。
第二章数据通信基础知识数据通信原理
•学习要求
• 1. 了解信号分类方式，掌握信号频谱与带宽的概念。 • 2. 了解调制解调的基本原理 • 3. 了解信道噪声的种类及特点，掌握信道容量公式。 • 4. 了解各种信道的特点。 • 5. 了解话音信道传输数据信号的基本要求。 • 6. 掌握频分复用、时分复用技术的基本原理。 • 7. 掌握语音压缩比编码和数据压缩编码的基础知识。 • 8. 掌握数据通信系统同步类型及其实现方式
• 奈奎斯特研究了理想信道(无噪声、无码间干扰)时带宽与速率的 关系，并得到以下结论：
•其中 B为带宽单位是Hz， • M为传输时数据信号的取值状态，即采用M进制传输
•2. 香农信道容量公式•
• 香农研究了用模拟信道传输数字信号时的信道容量问题，并得出 了著名的香农公式：
•其中B为带宽，单位是Hz，S/N为信噪功率比 。
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.3 信道噪声 •3. 高斯白噪声
• 可以从以下两方面对高斯白噪声下定义 ： 其任意维概率密度函数都服从高斯分布(即正态分布)——高斯噪声 在整个频域具有均匀分布的功率谱密度——白噪声
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.4 信道容量
•1.奈奎斯特信道容量公式
其对应的误码率公式为:
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.2 传输介质 •1. 双绞线
双绞线由两根相互绝缘的铜线以均匀的扭矩对称扭绞在一起形成。
绞合的目的: (1) 减少线对之间的相互干扰， (2) 同时还增强了机械和电气稳定性
分类
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.2 传输介质 •2. 同轴电缆
•调制信道 •编码信道 •有线信道
通信原理习题
通信原理习题:第一章 通信的基本概念与基本问题1. 某信息源的符号集由A,B,C,D 和E 组成，设每一符号独立出现，其出现的概率分别为1/4，1/8，1/8，3/16，5/16。
试求改信息源符号的平均信息量。
2.设一信息源的输出由128个不同的符号组成。
其中16个出现的概率为1/32，其余112个出现的概率为1/224。
信息源每秒发出1000个字符，且每个符号彼此独立。
试计算该信息源的平均信息速率。
3．如果二进独立等概信号，码元宽度为0.5ms ，求R B 和R b ;有四进制信号，码元宽度为 0.5ms ，求传码率R B 和独立等概时的传信率R b 。
4．具有6.5MHZ 带宽的某高斯信道，若信道中信号功率与噪声单边功率谱密度之比为45.5 MHZ,试求其信道容量。
5.某一待传输的图片约含2.25 * 106个像元。
为了很好地重现图片需要12个亮度电平。
假若所有这些电平等概率出现，试计算用3min 传送一张图片时所需的信道带宽（设信道中信噪功率比为30dB ）。
6.数字通信系统的主要指标是＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿。
码元速率R B 的定义是＿＿＿＿＿，单位是＿＿＿＿＿。
信息速率R b 的定义是＿＿＿＿＿，单位是＿＿＿＿＿。
7．仙农信道容量公式为：C=Blog(1+S/N)，请简述公式中各量的意义。
8．二进制信源符号概率为P 0和P 1，求信息熵最大时的分布。
9．四进制信号传码率为4800B ，若改用八进制信号传输，其传码率为＿＿＿＿＿。
10．已知某信息集为[x 1，x 2，x 3……x n ]，由它构成的某信息源的符号概率分布为：[p(x 1)，p(x 2)，p(x 3)……p(x n )]，则每个符号所携带的信息量为__________，每个符号的平均信息量为__________，若要求平均信息量取得最大值，则信息源的概率分布为__________。
11．某信息源由x 0,x 1符号组成，其概率为p(x 0)=0.4，p(x 1)=0.6，如果消息传输速率为每秒1000个符号，信道特性如图(1).试问： 1).信源发出的信息速率是多少？ 2).信息传输速率是多少？0.98 0.9711 0 0 X Y12．通信系统的可靠性衡量指标对于模拟通信系统为__________，对于数字通信系统为__________。
通信原理 课件 ppt
的特性相互影响，决定了通信系统的性能和传输质量。
03
模拟通信原理
模拟信号的调制与解调
无线电波传播方式
无线电波通过直射、反射、折射 、散射等方式传播，受到地形、 建筑物、气候等因素的影响。
无线电波传播损耗
无线电波在传播过程中会受到空 气阻力、地面吸收等因素的影响 ，导致能量逐渐衰减。
无线电波频段
无线电波根据频率可分为长波、 中波、短波等不同频段，不同频 段的无线电波具有不同的传播特 性和应用场景。
调频的特点
调频信号的带宽较大，抗干扰能力强，能够 传输更多的信息。
调相的特点
调相信号的相位信息可以携带信息，具有较 高的保密性。
模拟通信系统的性能分析
信噪比
误码率
信噪比是衡量通信系统性能的重要指标， 表示信号功率与噪声功率的比值。
误码率是衡量数据传输质量的重要指标， 表示传输过程中出现误码的概率。
带宽效率
抗干扰能力
带宽效率是指通信系统传输速率与带宽的 比值，反映了系统的传输效率。
抗干扰能力是指通信系统在存在噪声和干 扰的情况下，能够正常传输信号的能力。
04
数字通信原理
数字信号的调制与解调
数字信号调制
将数字信号转换为适合传输的信 号形式，如调频、调相和调幅等
。
数字信号解调
将已调制的信号还原为原始数字信 号的过程。
通信原理 课件
目录
• 通信系统概述 • 信号与系统基础 • 模拟通信原理 • 数字通信原理 • 无线通信原理 • 通信原理实验与案例分析
通信原理基础
第二节：数据通信研究的内容
一、传输
研究传输通路和所适应的信号形式。
二、通信接口
研究把发送端的信号变换为适合传输通路的 信号；把接收端的信号变换为终端设备可接 收的形式。
三、通信处理
通讯处理可分为三类
1．编辑：差错控制、格式化处理和编辑 2．转换：速度转换和代码转换 3．控制：网络控制、查询和路由
第三节：数据通信系统的组成
2．数字通信：是以数字信号方式传送消息 的通信方式。(图1-4)
信息源
信源 编码器
信道 编码器
调制器
传输媒质 噪声源
受信者
信源 译码器
信道 译码器
解调器
数字通信的优点：抗干扰性强、保密性好。
数字通信的缺点：信道频带比模拟信道宽， 信道利用率低。
3．数据通信：依据通信协议，利用数据传 输技术在两个功能单元之间传递信息。
的不确定性的一种信号。
确定信号是一种没有不确定值的信号。
• 周期信号和非周期信号 如果用时间函数表示的信号s(t)满足s(t+T)=s(t)
则该信号为周期信号。
T 为信号的周期。 如不满足s(t+T)=s(t)则该信号为非周期信号。
重要特征：信号的幅值、频率、相位。 幅值是信号各个时刻的瞬时值。 频率是周期的倒数，用赫兹来表示。
一、制定标准的意义： 二、制定标准的不利因素： 三、制定标准的机构
第七节：数据通信的应用及发展前景
一、数据通信的 2．消息处理系统 3．分组无线网PRNET及分组卫星网PSNET 4．综合业务数字网ISDN 5．利用各种通信网络的消息系统 6．应用于计算机综合制造（CIM）
相位是描述周期信号在时间轴上的相对位置， 用弧度表示。
通信原理知识要点
通信原理知识要点第一章概论1 、通信的目的2 、通信系统的基本构成●模拟信号、模拟通信系统、数字信号、数字通信系统●两类通信系统的特点、区别、基本构成、每个环节的作用3 、通信方式的分类4 、频率和波长的换算5 、通信系统性能的度量6 、传码速率、频带利用率、误码率的计算第二章信息论基础1 、信息的定义2 、离散信源信息量的计算（平均信息量、总信息量）3 、传信率的计算4 、离散信道的信道容量5 、连续信道的信道容量：掌握香农信道容量公式第三章信道与噪声了解信道的一般特性第四章模拟调制技术1 、基带信号、频带信号、调制、解调2 、模拟调制的分类、线性调制的分类3 、 AM 信号的解调方法、每个环节的作用第五章信源编码技术1 、低通、带通信号的采样定理（例 5 － 1 、例 5 －2 ）2 、脉冲振幅调制3 、量化：●均匀量化：量化电平数、量化间隔、量化误差、量化信噪比●非均匀量化： 15 折线 u 律、 13 折线 A 律4 、 13 折线 A 律 PCM 编码（过载电压问题－ 2048 份）5 、 PCM 一次群帧结构（ P106 ）6 、 PCM 系统性能分析7 、增量调制 DM 、增量脉码调制 DPCM ：概念、特点、与 PCM 的比较第六章数字基带信号传输1 、熟悉数字基带信号的常用波形2 、掌握数字基带信号的常用码型3 、无码间干扰的时域条件、频域条件（奈奎斯特第一准则）4 、怎样求“等效”的理想低通（）5 、眼图分析（示波器的扫描周期）6 、均衡滤波器第七章数字调制技术1 、 2ASK 、 2FSK 、 2PSK 、 2DPSK 的典型波形图2 、上述调制技术的性能比较3 、 MASK 、 MFSK 、 MPSK 、 MDPSK 、 QPSK 、 QDPSK 、 MSK （ h=0.5 ）、APK 的含义、特点4 、数字调制技术的改进措施第七章复用与多址技术1 、复用与多址技术的基本概念、分类、特点、目的（区别）2 、同步技术的分类、应用第九章差错控制技术1 、常用的差错控制方式（ ARQ 、 FEC 、 HEC ）、优缺点2 、基本概念3 、最小码距与检错纠错能力的关系4 、常用的简单差错控制编码（概念、特点、编写）5 、线性分组码：基本概念、特点6 、汉明码的特点6 、循环码●概念●码字的多项式描述、模运算、循环多项式的模运算●循环码的生成多项式●根据生成多项式求循环码的：码字、（典型）生成矩阵、监督多项式、（典型）监督矩阵较大题目的范围1 、信息量的度量2 、信道容量的计算3 、 13 折线 A 律 PCM 编码4 、均衡效果的计算5 、数字调制波形的绘制6 、 HDB3 编码、解码7 、循环码重点Part I 基础知识1. 通信系统的组成框图 , 数字 / 模拟通信系统的组成框图。
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2
2、确定信号的分析方法
第二章 信号分析基础
周期信号：满足下列条件的信号称之
ftftT
周期信号的傅氏级数展开式为
其中
ft a 0 n 1 a n cn o 0 t s b n sn i0 t n
a0
1 T
cT c
ftdt
anT 1ccTftcons0tdt
数字通信原理
第二章 信号分析基础
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1
1、数字通信系统中的信号
第二章 信号分析基础
确定信号：各种测试信号、训练序列信号
随机信号： (1) 携带数字信息的信号，通常信号的集合是一个信
号形式已知的一个有限集； (2) 噪声，通常噪声是一种纯随机的信号； (3) 其他随机信号，如干扰等。
0
ij ij
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12
相关运算示例： (2) 两个正交的已调信号
f1 t
A
0 T
A t TS
0
第二章 信号分析基础
f2 t
t TS T
TS 0
fitfjtdt12A2TS
0
ij ij
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13
第二章 信号分析基础
卷积运算：卷积运算通常用于描述信号经过线性系统的输出
6
功率信号(续)：若下面的极限存在
lim ETlimFT2
T T T T
第二章 信号分析基础
则将其定义为信号的功率密度谱
PlimFT2
T T
Pf limFTf 2
或
T T
功率密度谱反映信号的功率沿频谱的分布特性。
信号的功率为
P21 Pd Pfdf
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7
第二章 信号分析基础
，
R021 EdE
对于功率信号，信号功率密度谱与自相关函数是一个傅氏
变换对
P Rejd
R21 Pejd
R021 PdP
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10
M 进制通信系统信号序列：
第二章 信号分析基础
fkt,k 1 ,2 ,.M ..,
信号设计时，一般尽量使得个信号间相关性最小
…… 0
f3 t f7 t fM t fk t f1t
bnT 1ccTftsinn0tdt
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3
第二章 信号分析基础
非周期信号：若非周期信号满足条件
ftdt
则存在如下傅氏变换和傅氏逆变换的关系式
Ff f tej2ftdt
ft
Ff
ej2ftdf
关系式也可表示为
F ftejtdt
ft1 Fejtd
2010 C主要性质：
R 12R 2 *1
RR*
RR0
第二章 信号分析基础
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9
第二章 信号分析基础
相关函数与信号的能量/功率密度谱间的关系：
对于能量信号，信号能量谱密度与自相关函数是一个傅氏
变换对
ERejd
R21 Eejd
ftf1 t*f2 t f1 f2 t d
时域卷积定理
f1 t* f2 t F 1 F 2
频域卷积定理
f1 tf2 t F 1 F 2
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14
第二章 信号分析基础
信号的矢量表示：多进制的基带和通带信号往往可由一组基函 数的线性组合来表示
内积运算：在符号集中，定义内积运算(相关运算)
相关函数：相关运算在通信系统中起着至关重要的作用， 可以非常有效地实现特定的信号提取。
能量信号的互相关运算定义为
R12 f1tf2tdt
功率信号的互相关运算定义为
R 12 T l i m T 1 T T22f1tf2tdt
周期信号是一种特殊的功率信号，其互相关运算定义为
R12 T 1 TT22f1tf2tdT为t信号的周期
2
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4
能量信号：若实信号满足条件
第二章 信号分析基础
f 2tdt
则称其为能量信号。对能量信号，有如下的帕塞瓦尔定理
E f2 td t1 F 2 d F f2 df
2
信号的能量谱密度定义为
EfFf2
能量谱密度反映信号能量沿频谱的分布。
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16
第二章 信号分析基础
基于标准正交基的信号表示：
对于M机制系统中的信号集 smt m1,2,..M .
s m t a m 1 1 t a m 2 2 t . . a m . N N t i N 1 a m i t i
am i 0 Tsm t itdti1 ,2,.N ..,
课件
5
功率信号：若实信号满足条件
第二章 信号分析基础
lim1 T2 f2tdt
T T T2
则称其为功率信号。对功率信号，其截短函数定义为
fTt f0 t
T2tT2 其他
截短函数的傅氏变换
F T fTtej td t T T 2 2fTtej tdt
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si t i1,2,..M . t0,T
sit,sjt0Tsitsjtdt
基函数：在一个N维的信号空间中，若N个函数构成的函数组满足
(1) 线性独立性 k t k1,2,..N. 每个 k t都不是其他函
数的线性组合；
(2) 完备性 若 st,kt 0 k1,2,..N. 一定有 st0
则称函数组 kt 为N维线性空间的一组基。
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15
第二章 信号分析基础
正交基：满足下列条件的一组基 kt称之
it, jt0 T it jtd t K 0 ,i,ii jj
标准正交基：特别地，满足下列条件的一种基 kt称之
it, jt0 T it jtd t 0 1 ,,ii jj
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……
f2 t
…… t
TS
2TS 3TS 4TS 5TS
iTS (i+1)TS
对信号检测时，信号的相关运算通常在一个符号周期内进 行。
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11
相关运算示例： (1) 两个正交的脉冲信号
第二章 信号分析基础
f1 t
A
0
f2 t
-A t
TS
0
t TS
TS 0
fitfjtdt12A2TS
信号 smt 与系数矢量间有一一对应的关系 Sma m 1,a m 2,.a .m .,T N m 1 ,2 ,.M ..,
信号smt 的能量与系数间的关系
E m 0 T s m 2 t d 0 T ti N 1 a m it i 2 d i N t 1 a m 2m i 1 , 2 ,M ..