高级通信原理第4章信号的分析(于秀兰)资料

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通信原理知识点总结孙会楠

通信原理知识点总结孙会楠

通信原理知识点总结孙会楠一、通信原理概述通信是指信息的传递和交流过程,包括信息的产生、传输和接收。

通信原理是指在信息传输中所依据的一系列基本原理和技术,是通信工程中最基本的理论知识。

二、信号与系统1. 信号的基本概念信号是一种随时间变化的物理量,可以是连续的,也可以是离散的。

信号可以分为模拟信号和数字信号。

模拟信号是连续变化的信号,而数字信号是离散的信号。

2. 系统的分类系统是对信号进行加工和处理的装置,可分为线性系统和非线性系统,时变系统和时不变系统,因果系统和非因果系统。

3. 傅里叶级数和傅里叶变换傅里叶级数适用于周期信号,将信号分解为一系列基本频率的正弦波或余弦波。

傅里叶变换适用于非周期信号,将信号在频域中进行分析。

4. 信号的采样和重构采样是将连续信号转换成离散信号的过程,重构是将离散信号转换成连续信号的过程。

采样定理规定了采样的最小频率。

三、信道编码1. 信道编码的原理信道编码是对信息进行编码以便在信道中传输,并保证信息的可靠性。

2. 卷积编码和纠错码卷积编码是一种比特级的编码方式,通过构造有状态的编码器,增加冗余信息以增强信道的容错能力。

纠错码是一种可以纠正错误的编码方式,常见的有海明码和RS码。

3. 自动重传请求协议(ARQ)ARQ协议是一种自动检错纠错的协议,当接收方发现错误时会向发送方发送重传请求。

四、调制与解调1. 调制的基本原理调制是将数字信号变换成模拟信号的过程,通过改变信号的某些特性来实现。

常见的调制方式有幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位调制(PM)。

2. 解调的基本原理解调是将模拟信号还原成数字信号的过程,是调制的逆过程。

3. 基带信号和带通信号基带信号是未经过调制的信号,带通信号是经过调制后的信号,常见的有AM信号、FM 信号和PM信号。

五、多路复用技术1. 多路复用的概念多路复用是指将多个信号通过一个信道传输的技术,常见的有频分复用(FDMA)、时分复用(TDMA)、码分复用(CDMA)和空分复用(SDMA)。

高级通信原理

高级通信原理
^
f t
1 πt
f t
^
1 f t H f t f t πt
^
^
2、性质:
ht
1 , πt j
^
jsgn H
^
j
0 0 0 0
^
jF F jsgn F jF
t 0

问题: 1、如果输入为平稳随机过程,通过线性系统后,输出是否 为平稳随机过程? 2、如何计算输出随机过程的均值、相关函数、功率谱密度?
高斯白噪声
随机过程通常是按它的概率分布和功率谱来进行分类的。 ① 就概率分布而言,服从高斯分布的的随机过程占有重要地位; ② 就功率谱特点而言,白噪声对通信理论是极为重要的。 1、白噪声:指噪声的功率谱密度在频域内是常量。即 n Pn 0 , 2 n R Pn Rn 0 2 白噪声只有在 0时才相关,而它在任意 两个时刻上的
基带PAM信号
带通PAM信号
无码间干扰条件
1、时域表达式 k 0 1 , h( kTs ) 0 , k为其他整数
对 h(t ) 在时刻 kTs (以令 t0 0 )抽样,除 t 0 时不为 零外,在其他所有抽样点均为零。
2、频域表达式 奈奎斯特第一准则
2i 常数, 当基带传输特性 满足 TS i 则不存在码间干扰。

平稳随机过程通过线性系统
ξi t
h(t)

ξ0 t
ξ 0 t ξi t ht ξ i τ ht τ dτ

如果线性系统为物理可实现系统,则
ξ 0 t hτ ξ i t τ dτ ξ i τ ht τ dτ

通信原理第4章(2014年北邮上课精简版)

通信原理第4章(2014年北邮上课精简版)

η AM
边带功率 = AM总功率
调制指数a(调幅系数)
AM 信号表达式
S AM (t ) = [1 + m (t ) ] Ac cos ωc t
其中 1 + m(t ) 中的直流为 1,交流为 m(t ) 。为了包络解调 不失真恢复原始基带信号,要求 m ( t ) ≤ 1 。 AM 信号一般表示为 S AM (t ) = Ac 1+ amn (t ) cos ωc t ,
第4章 模拟调制系统
本章的主要内容
一、调制的目的、定义和分类 二、幅度调制(AM、DSB、SSB、VSB)
n n n
时域和频域表示、带宽 调制与解调方法
抗噪声性能 三、角度调制(FM、PM)
n n n n
基本概念 单频调制时:调频和调相信号的时域表示 宽带调频信号的带宽
抗噪性能 四、频分复用
《通信原理》
解:
(2) 基带信号为随机信号时已调信号的频谱特性 在一般情况下,基带信号是随机信号,如语音信号。此时
,已调信号的频谱特性用功率谱密度来表示。 AM已调信号是一个循环平稳的随机过程,其功率谱密度为 其自相关函数时间平均值的傅里叶变换。 分析可知,在调制信号为确知信号和随机信号两种情况下, 分别求出的已调信号功率表达式是相似的。 参见教材70页。
H(w)
-w c
形成单边带信号的滤波特性
H(w) 1 -w c 0 1 0 wc w wc w
H(w)
-w c
形成单边带信号的滤波特性
通过推导(参见教材 71-72 页),可得 SSB 信号的时域表达式
S SSB (t) = Ac m(t ) cos ωct m Ac m (t )sin ωct

苗长云 现代通信原理第二版配套课件 第四章 信道

苗长云 现代通信原理第二版配套课件 第四章 信道
天津工业大学 信息学院 《通信原理》
4.4 随参信道及其对信号传输的影响
2.对流层散射信道 (1)衰落 (2)传输损耗 (3)信道的允许频带 (4)天线与媒质间的耦合损耗 (5)特性 ①容量大; ②主要用于以上频段; ③可靠性高; ④保密性好; ⑤单跳跨距达,一般用于无法建立微波中继站的地区。
天津工业大学 信息学院 《通信原理》
内部绝缘体
铝制编织导体(屏蔽) (a) 一段同轴电缆 (b) 一段与连接器相连的同轴电缆
天津工业大学 信息学院
《通信原理》
4.3 恒参信道及其对信号传输的影响
2.光纤信道 光纤线径细、重量轻 ;由于不受外界电磁干扰 和噪声的影响,能在长距离、高速率传输中保持低误 码率 ;可弯曲半径小、不怕腐蚀、安全保密性好、 节省有色金属。
天津工业大学 信息学院 《通信原理》
屏蔽箔
屏蔽双绞线
非屏蔽双绞线
4.3 恒参信道及其对信号传输的影响
(3)同轴电缆 基带同轴电缆的最大传输距离一般不超过几公里, 可用于数字数据信号的直接传输;而宽带同轴电缆的 最大传输距离可达几十公里,用于传输高频信号,采 用频分复用技术可以传送多路信号。
外部绝缘体 内部导体
f t
V0
V0f(t-t0)←→V0F(ω)e
-jωt0
V0 f t
迟延 t 0
V0 f t t 0
V 0 f t t 0
V0f(t-t0)+ V0f(t-t0-τ) ←→V0F(ω)e
V0 V0 f t
-jωt0 - jωτ (1+e )
迟延 t 0
天津工业大学 信息学院 《通信原理》
4.2 信道的定义及其数学模型

通信原理第四章 (樊昌信第七版)

通信原理第四章 (樊昌信第七版)

无线信道举例:
地波传播、短波电离层反射、
超短波或微波视距中继、卫星
中继、散射及移动无线电信道


广义信道:
编 码 器 调 制 器 发 转 换 器
调制信道 ——研究调制/解调问题 编码信道 ——研究编码/译码问题
媒 质
收 转 换 器
解 调 器
译 码 器
§4.1 无线信道

地球大气层的结构:
电离层
so (t ) K s (t td )
固定的迟延 固定的衰减
—— 这种情况称为无失真传输
恒参信道
3.

失真 影响 措施
幅频失真: H ( ) K
含义?
对模拟信号:造成波形失真 信噪比下降 影响 对数字信号:产生码间串扰 误码率增大

相频失真: td 群迟延失真 ( ) t d : 对语音信号影响不大,对视频信号影响大 影响 对数字信号:码间串扰 误码率增大


多径效应

瑞利型衰落 频率弥散
频率选择型衰落

减小衰落的措施
Bs =(1/3 ~ 1/5)△f 分集接收 扩频技术 OFDM等
41
本章内容:
信道分类
第4章 信道
信道模型
恒参/随参信道特性和对信号传输的影响
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
50Ω,多用于数字基带传输 速率可达10 Mb/s 传输距离<几千米
宽带(射频)同轴电缆:

75Ω,用于传输模拟信号 多用于有线电视(CATV)系统

传输距离可达几十千米
17

信号与系统第四章1

信号与系统第四章1

0<t<1 1< t < 2
1
2
4.5
思考题4.4 思考题4.4
20
4.5 周期信号的频谱与功率谱
一.频谱 频谱
辐频 Ak ~ kω 0 关系
相频 θ k ~ k ω 0 关系
x ( t ) = c 0 + 2 ∑ Ak cos( k ω 0 t + θ k )
k =1

---三角函数形式 三角函数形式
2 2 Ak = Bk + Dk
tgθ k = Dk / Bk
− Dk = − I m {ck }, k > 0
11
复指数——> 正余弦的转换: 正余弦的转换: 复指数
B k = Re {ck }
4.4 波形对称性与傅里叶系数
1.偶对称:x(t)=x(-t) 偶对称: 偶对称
− 2 Dk = 0
4 2 Bk = T0
8
将这两者相加, 式中基波角频率 ω 0 = 2π / T0 。将这两者相加,即 为所求x(t)的傅里叶级数。所以 的傅里叶级数。 为所求 的傅里叶级数
x( t ) = Ev{ x( t )} + Od { x( t )}
4 8 = sinω0 t − 2 cosω0 t + sin3ω0 t − 2 cos3ω0 t π π 3π 9π
第 四 章
连续时间傅立叶变换 连续时间信号的谱分析和 --频分析 时--频分析
1
4.1引言 引言 4.2复指数函数的正交性 复指数函数的正交性 4.3周期信号的表示:连续时间傅里叶级数 周期信号的表示: 周期信号的表示 4.4波形对称性与傅立叶系数 波形对称性与傅立叶系数 4.5周期信号的频谱与功率谱 周期信号的频谱与功率谱 4.6傅里叶级数的收敛性 吉伯斯现象 傅里叶级数的收敛性 4.7非周期信号的表示:连续时间傅里叶变换 非周期信号的表示: 非周期信号的表示 4.8傅里叶级数与傅里叶变换的关系 傅里叶级数与傅里叶变换的关系 4.9连续时间傅里叶变换的性质与应用 连续时间傅里叶变换的性质与应用 4.10卷积定理及其应用 卷积定理及其应用 4.11相关 相关 4.12能量谱密度与功率谱密度 能量谱密度与功率谱密度 4.13信号的时 频分析和小波分析简介 信号的时---频分析和小波分析简介 信号的时

通信原理(第六版)第4章

通信原理(第六版)第4章
通信原理
1
通信原理
第4章 章 信 道
2
第4章 信 道Leabharlann 章信道分类: 信道分类:有线信道 - 电线、光纤 无线信道 - 空间 信号载体-电磁波(含光波)
信道中的干扰: 信道中的干扰:
有源干扰 - 噪声 无源干扰 - 失真(传输特性不良)
本章重点: 本章重点:
介绍信道传输特性和噪声的特性,及其对于信号传 输的影响。
结论:发射信号为单频恒幅正弦波时,接收信号因多径效应变成 包络随时间起伏的窄带信号。可称为时间衰落。 上述多径引起的衰落称为快衰落 - 衰落周期和码元周期 可以相比。另外一种由传播条件引起的衰落:慢衰落 -衰落周 期很长。 衰落包络的分布呈Rayleigh分布 v2 2 v 2σ p (v ) = 2 e
ωτ
2
按照上式画出的模与角频率ω 关系曲线: 曲线的最大和最小值位置决定于 两条路径的相对时延差τ。而τ 是 随时间变化的,所以对于给定频 图4-18 频率选择性衰落 率的信号。由于信号频谱随频率 起伏,故常称其为 频率选择性衰落。 。 定义:相关带宽 B=1/τ 实际情况:有多条路径。 设τm - 多径中最大的相对时延差 定义:相关带宽B=1/τm 若不采取措施,可用带宽为
17
4.3 信道的数学模型
4.3.2 编码信道模型
二进制编码信道简单模型 - 无记忆信道模型
P(0 / 0)
P(0)
0 P(1 / 0) 发送端 P(0 / 1)
0 接收端
P(1) 1
P(1 / 1)
1
图4-13 二进制编码信道模型
P(0 / 0)和P(1 / 1) - 正确转移概率 P(1/ 0)和P(0 / 1) - 错误转移概率 P(0 / 0) = 1 – P(1 / 0) P(1 / 1) = 1 – P(0 / 1)

高级通信原理第5章数字信号频带传输(于秀兰)讲述资料

高级通信原理第5章数字信号频带传输(于秀兰)讲述资料

讨论S1出错的条件概率
4
P e | s1 P2 sk | s1 k2
4
类似地,P e | si P2 sk | si k 1 k i
因为二进制系统的条件差错概率P2 sk | si Q(
di2k ) 2 N0
M
所以 Pe P si
判决概率最大。 ➢ 最大后验概率准则 ➢ 最大似然准则 ➢ 最小距离准则
最大后验概率(MAP)准则(最小错误概率准则):
选择后验概率集合Psm | rm 1,2, , M 中最大值的信号。 等价于“选择 P(sm ) pr | sm 最大值的信号”。
最大似然(ML)准则:
当先验等概时,即对所有 M 有 Psm 1/ M ,最大后验概率(MAP) 准则可等价为寻求使 pr | sm 最大的信号。
器或者匹配滤波器解调器产生的向量 r r1, r2 , rN 包含了
接收信号波形中所有的信息。本节将描述基于观测向量 r 的 最佳判决准则。
假定在连续信号间隔内的发送信号中不存在记忆。设计 一个信号检测器,它根据每个信号间隔中的观测向量
r r1, r2 , rN 对该间隔内的发送信号作出判决,并使正确
sQAM t mI t cosωct mQ t sin ωct
mI t 相乘器
相乘器
cos ωct 相加器
信道
mQ t 相乘器
sin ωct
cos ωct
相乘器
sin ωct
当正交分量是同相分量的希尔伯特变换时,QAM变成了单边带 调制;当它们取±1时,则变成了QPSK。
16QAM
信 号 矢 量 端 点 的 分 布 图 称 为 星 座 图 。 对 于 M=16 的 16QAM来说,有多种分布形式的信号星座图。
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N0
/2
3) 条件概率密度
N
N
pr | sm prk | smk
k 1
k 1
1
N 0
exp
rk
smk 2
N0
m 1,2, , M k 1,2, , N
证明:
例 5-1-1 研究一个 M 元的基带 PAM 信号集,在该信号集中的
基本脉冲形状 gt 是高度为 a,宽度为 T 的矩形。加
第4章 信号的分析
主要内容 信号的空间分析
信号的矢量表示方法 统计判决理论 AWGN条件下的最佳接收及误码率分析
带通信号和系统的等效低通分析 希尔波特变换 解析信号 频带信号与带通系统
4.1 信号的空间分析
重点:常见调制信号的空间表示
复习
格拉姆-施密特正交化:
如何将一组n维向量构成一组标准正交向量?
k 1
k 1
N
其中 nt nt nk fk t , nt 表示 nt 与 nt 在基 k 1
函数 fn t 上投影的对应部分之差。
可以证明:nt 不包含与判决有关的任何信息。也就是说,
判决完全可以根据相关器的输出 rk 来进行。
MF解调器
对输入信号的匹配 !
问题:匹配于基函数,输出信号和噪声功率为多少?
f2' t
2 dt
2
f3t s3t 2 f1t 0 f2 t s3t s1t
f4t s4 t 2 f1t f3t s4 t s1t f3t 0
练习
解:
小结
信号的空间表示
信号的正交展开 信号的空间表示
信号的矢量空间表示
例题
有4个消息要在AWGN信道传输,如下图所示。
s3
t
s1
t
0
1
2 t 3 otherwis e
f3t
f3 ' t
f3'
t
2 dt
f3 ' t
同理 c14 2, c24 0, c34 1
f4t s4 t 2 f1t f3t s4 t s1t f3t 0
f1t
s1 t
1
s1 t
2
f2t
s2 t
s2 t
2
c12
2 0
s2
t
f1 t dt
2
s2
t
s1t
dt
0
0
2
f2t s2 t 0
f2t
s2t s2t
f2' t
2 dt
2
c13
3 0
s3
t
f1
t
dt
2 0
s3 t s1 t dt
2
2
c23
3 0
s3 t
f2
t dt
2
s3 t s2
t
dt
0
0
2
f3t s3t 2 f1t 0 f2 t
最佳检测器
最大后验概率准则 最大似然准则 最小距离准则
无论是数字基带传输还是数字频带传输,都存在着“最 佳接收”的问题。最佳接收理论是以接收问题作为研究对象, 研究从噪声中如何准确地提取有用信号。对于数字信号而言, “最佳”可描述为使接收信号的差错率最低。
假定发送 M 个信号波形sm t, m 1,2, , M ,每个
波形的持续时间为 T。在 0 t T 间隔内,接收信号表示为
rt sm t nt 0 t T
1、 相关解调器
接收信号的正交展开
相关解调器
因为正交函数集 fk t 不能构建噪声空间,接收信号
N
N
N
rt smk fk t nk fk t nt rk fk t nt
k 1
可以证明:
1)
噪声 nk 是均值为
0,方差
2 n
N0
/ 2 的不相关(即相互独立)
的高斯随机变量。(设信道噪声 nt 的功率谱密度为 N0 / 2 (W/Hz))
2) 在发送信号 sm t 的条件下,相关器输出 rk 也是不相关(即相互
独立)的高斯随机变量。
Erk
Esmk
nk
sm率谱密度为 N0 / 2(W/Hz)。
计算基函数 f t ,相关解调器的输出, pr | sm 。
参见<<数字通信>>(第4版)172页
解:
M=4的双正交信号(eg.4PSK)
例 5-1-2
参见<<数字通信>>(第4版)175页
M=4 的双正交信号是由两个正交信号构成的。
信号的正交展开方法 (Gran Schmidt)
设一组信号为si(t),i=1,2,…M,现求一组正交函数来表示这组信号。
第一步:设归一化的s1(t)为第一个正交函数,即第一个单位长度
的正交矢量为
f1 t
s1 t
1
这里
i
si
t
2 dt
第二步:计算s2(t) 在f1(t)上的投影
c12
这一近似的误差为 et st sˆt n1
如何求得系数sn , 使得误差的能量最小?
结论:
sn
st
f
n
t
dt,
n 1,2,... N
N
st sn fn t k 1
例题: 已知一组标准正交函数如下,试画出信 号空间中一个点所对应的信号波形。
1) 标准正交基 2) 信号的空间表示 3) 数字调制信号的矢量空间表示
正交矢量空间表示:
任何矢量可以用一组标准正交向量的线性组合来表示。 --用矢量空间中的一个点来表示某矢量。
格拉姆-施密特正交化
提问 信号是否可以用矢量表示?
设一组标准正交函数为fn(t),n=1,2,..,N,即
fn t fm tdt
0 1
m n m n
N
信号s(t)可以由fn(t)的线性组合来近似 sˆ t sn fn t
(1)确定信号空间的标准基函数集; (2)画出信号星座图;
例5 : 4ASK(或4PAM频带信号)
4.2 AWGN条件下的最佳接收 及误码率分析
1) 信号的矢量表示 2) AWGN下的最佳接收(含“统计判决理论”) 3)误码率分析
复习:信号的矢量表示
一、最佳接收机
信号解调器
相关解调器 MF解调器
K 1
其中 fkt sk t cik fi t i 1
cik
sk
t
f
i
t
dt
正交化过程继续下去,直到所有M个信号波形处理完毕, 则N≤M个标准正交波形构造完成。
信号的矢量空间表示

设一组信号为si(t),i=1,2,3,4,现求一组正交函数来表示这组信号。
解:
f1 t
s1 t
1
s1 t
s2
t
f1
t
dt
从s2(t)中减去c12f1(t),即得到s2(t)信号中所包含的与f1(t)正交的部分
f2t s2 t c12 f1t
将f2’(t)归一化,即得到第二个单位长度的正交矢量
f2t
f2 't
f2' t
2 dt
第三步:求第k个正交函数
fk t
fk 't
fk ' t
2 dt
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