通信技术与系统第二章信号与噪声分析资料
通信原理考试
通信原理考试第一章 绪论 1、信号是消息的载体。
2、模拟通信系统传输质量的度量准则主要是信噪比；数字通信系统传输质量的度量准则主要是错误判决的概率。
3、在数字通信系统中，可以采用纠错编码等差错控制技术，从而大大提高系统的抗干扰性。
4、5、衡量一个通信系统性能优劣的基本因素是有效性和可靠性。
有效性是指信道传输信息的速度快慢，可靠性则是指信道传输信息的准确程度。
6、模拟通信系统中用带宽衡量系统性能的有效性，用信噪比衡量系统性能的可靠性；数字通信系统的有效性用传输传输速率(或码元传输速率或者信息传输速率)衡量，可靠性用差错率(或误码率及误信率)衡量7.香农公式：)/1(log 2N S B C +=8.噪声按照来源分人为噪声和自然噪声两大类，其中自然噪声中的热噪声来自一切电阻性元器件中电子的热运动，热噪声无处不在，不可避免地存在于一切电子设备中。
9.噪声按性质分为脉冲噪声、窄带噪声和起伏噪声。
10.由于在一般的通信系统的工作频率范围内热噪声的频谱是均匀分布的，好像白光的频谱在可见的频谱范围内均匀分布那样，所以热噪声又常称为白噪声。
11.公式概率与信息量关系:)(log x p I a -= 二进制信息量:)(log 2x p I -=M MI M 22log /11log :-=-=进制每一码元信息量 离散独立非等概率的信息量: (1)平均信息量----信源熵)(log )()(21i Mi i x p x p x H ∑=-=比特/符号(2)总的信息量)(log )()(21i Mi i x p x p m x mH I ∑=-==(3)平均信息速率非等概率（也适用于等概率）()()b B R H x R = =⨯平均信息速率信源熵码元速率等概率2log b B R R M =【例1】已知彩色电视图象由1000000个象素组成。
设每个象素有64种彩色度。
每种彩色有16个亮度等级。
如果所有彩色度和亮度等级的组合机会均等，并统计独立，（1）试计算每秒传送100个画面所需的信息量；（2）如果接收机信噪比为30dB ，为了传送彩色图象所需信道带宽为多少？ ［正确答案］1）bit 109)1664(log 1010026=⨯⨯⨯2log ;()b B b B R R M R R ==⨯【评注】等概率信息速率非等概率也适用于等概率平均信息量2）B=C/(log2(1+S/N)=109/log2(1000)=108(Hz)2log (1/)C B S N =+【评注】香农公式：信道容量(即信道最大信息速率)【例2】 设某信息源的输出由A,B,C,D,E 五个符号组成，出现的概率分别为1/3, 1/4, 1/4, 1/12, 1/12。
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
通信原理讲义
通信原理讲义第一章绪论1．1 通信系统的组成1．1．1 通信一般系统模型点对点通信模型：反映了通信系统的共性。
连续消息：状态连续变化的消息（如语音、图像），也称为模拟消息。
●消息与电信号之间必须建立单一的对应关系。
通常，消息被载荷在电信号的某以参量上。
数字信号：电信号的参量携带离散消息，该参量离散取值。
模拟信号：电信号的参量携带连续消息，参量连续取值。
●相应的通信系统分成两类数字通信系统模拟通信系统●模拟信号与数字信号之间可以相互转换在信息源中使用模-数（数-模）转换器，接受端使用数-模（模-数）转换器。
●数字通信比模拟通信更能适应对通信技术越来越高的要求（1）数字传输的抗干扰能力强，中继时可以消除噪声的积累；（2）传输差错可以控制；（3）便于使用现代数字信号处理技术对信息进行处理；（4）易于加密处理；（5）可以综合传递各种消息，增强系统功能。
●模拟通信系统模型（点对点）调制器：将基带信号转变为频带信号的设备。
解调器：将频带信号转变为基带信号的设备。
模拟通信强调变换的线性特性，既已调参量与基带信号成比例。
● 数字通信系统模型（点对点） 强调已调参量与基带信号之间的一一对应。
数字通信需要解决的问题：（2） 编码与解码：通过差错控制编码消除噪声或干扰造成的差错； （3） 加密和解密：对基带信号进行人为“搅乱”；（4） 同步：发送和接收节拍一致，包括：位同步（码元同步）和群同步、帧同步、句同步或码组同步。
数字通信模型：1．2 通信系统的分类及通信方式 1．2．1 通信系统分类● 按消息的物理特征分类电报通信系统 电话通信系统 数据通信系统图像通信系统 ● 按调制方式分类基带传输线性调制载波调制 非线性调制 频带传输 数字调制脉冲模拟调制脉冲调制消息 消息消息消息脉冲数字调制●按信号特征分类模拟通信系统数字通信系统●按传输媒介分类有线无线1．2．2 通信方式分类●点对点通信，按传送方向与时间关系：单工通信：消息只能单方向传输半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收发全双工通信：通信双方可同时进行收发●数字通信中，按数据信号码元排列方式：串行传输：数字信号码元序列按时间顺序一个接一个的在信道中传输，适合远距离传输。
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。
移动通信(第二章)
空间选择性衰落用相干距离描述。相干距离定义为两根天 线上的信道响应保持强相关时的最大空间距离。相干距离越短， 角度扩展越大，反之，相干距离越长，角度扩展越小。 典型的角度扩展值为：室内环境 360，城市环境为 20 ，平坦 的农村为 1。
传播损耗模型
❖ Okumura模型（奥村模型） ❖ Okumura-Hata模型 ❖ Hata模型扩展 ❖ COST-231模型 ❖ COST-231-Walfish-Ikegami模型
四种主要的效应
❖ 远近效应 由于接收用户的移动性，移动用户与基站之 间的距离也在随机变化，若各移动用户发射 信号的功率一样，那么到达基站时信号的强 弱将不同，离基站近者信号强，离基站远者 信号弱。通信系统中的非线性将进一步加重 信号强弱的不平衡性，甚至出现以强压弱的 现象，即为远近效应。
四种主要的效应
✓若频率管理或系统设计不当,就会造成同
频干扰；
✓在移动通信系统中，为了提高频率利用
✓农村：K 4 .7 8 lg f2 1 8 .3 3 lg f 4 0 .9 4
传播损耗模型
❖ Hata模型扩展（适合于个人通信系统）
适用条件： 频率：1500MHz-2000MHz 距离：1km-20km 基站天线高度：30m-200m 移动台天线高度：1m-10m
传播损耗公式 ：
L 5 0 ( u r b a n ) 4 6 . 3 3 3 . 9 l g ( f c ) 1 3 . 8 2 l g ( h b ) ( h m ) ( 4 4 . 9 6 . 5 5 l g ( h b ) ) l g ( d ) C M
信号损耗
❖ 多径传播引起的损耗（快衰落）： 在数十波长的范围内，接收信号场强的瞬时 值呈现快速变化的特征，这是由多径传播引 起的，称作快衰落，又称作小尺度衰落。其 电平分布一般服从瑞利（Rayleigh）分布或 莱斯（Rice）分布。
通信原理练习题
通信原理练习题TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-第一章绪论一、填空题1、数字通信系统的主要性能指标是有效性和可靠性。
码元速率RB定义是每秒传送码元的数目，单位Baud。
信息速率定义是每秒钟传送的信息量，单位bit/s。
2、数字通信系统的有效性用传输速率衡量，可靠性用差错率衡量。
3、模拟通信系统的有效性用传输带宽衡量，可靠性用信噪比衡量。
4、在等概条件下，八元离散信源能达到最大熵是3bit/符号，若该信源每秒钟发送2000个符号，则该系统的信息速率为6k bit/s。
5、通信系统的有效性衡量指标对于模拟通信系统为传输带宽，对于数字通信系统为传输速率。
6、通信系统的可靠性衡量指标对于模拟通信系统为信噪比对于数字通信系统为差错率。
7、一个M进制基带信号，码元周期为TS 秒，则传码率为1/TS波特，若码元等概出现，一个码元所含信息量为log2M (bit)。
8、通信系统模型中有两个变换，它们分别是非电量与电量之间的变换和基带信号与频带信号之间的变换。
9、模拟信号是指信号的参量可连续取值的信号，数字信号是指信号的参量可离散取值的信号。
10根据信道中所传输信号特征的不同，通信系统可分为模拟通信系统和数字通信系统。
二、画图1、画出模拟通信系统的一般模型。
2、画出通信系统的简化模型。
三、计算题1、对于二电平数字信号，每秒传输300个码元，问此传码率R B 等于多少？若该数字信号0和1出现是独立等概率的，那么传信率R b 等于多少？2、、现有一个由8个等概符号组成的信源消息符号集，各符号间相互独立，每个符号的宽度为。
计算：（1）平均信息量；（2）码元速率和平均信息速率；（3）该信源工作2小时后所获得的信息量；（4）若把各符号编成二进制比特后再进行传输，在工作2小时后发现了27个差错比特（若每符号至多出错1位），求传输的误比特率和误符号率。
解：（1）符号）/(38log log 22bit M H === （2）T s = ，所以B aud 10000R sT 1B ==（3）216Mbit/s 3600210303=⨯⨯⨯=⋅=t R I b （4）误比特率 561025.11021627-⨯=⨯=b P 2小时传送的码元数为7B 107.23600210000t R N ⨯=⨯⨯== 误码率为：561075.3107227-⨯=⨯=e P 3、（8分）某消息源的符号集由32个等概的符号组成，每符号宽度为2ms ，编为5位。
现代通信理论与技术P9系统分析与设计XXXX.pdf
Pe
1 2
P(0 s1 ) P(1 s0 )
=
1 2
erfc
A 2σ
1 2
e
rfc
γ 2
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26
相干FSK系统的误码率
因为FSK信号的平均功率为
S
=
1 2
A2 cos2ωc1t A2 cos2ωc0t
A2 2
噪声功率为σ2，所以平均功率信噪比为
γ
A2 2σ 2
相干FSK系统的误码率：
通信系统的性能指标； 数字载波通信系统的抗噪声性能分析； 数字通信系统的通信链路分析； 数字通信系统设计。
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5
9.1 通信系统的主要性能指标 （Performance Measurements of
Communication Systems）
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6
通信的任务是传递信息，传输信息的有效 性和可靠性是通信系统最主要的性能指标。
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13
误码率的计算:
发 送 端 用 s1(t) 传 送 码 元“1”时，r(t)的条 件概 率密度函数和误码率分别 为：
p(r s1 )
1
(r-A)2
e 2 2
2
V
P(0 s1 ) p(r s1 )dr
发送端用s0(t)传送码元“0”时， r(t)的条件概率 密度函数和误码率分别为：
A
cos
0
c
t
0 t Tb , 以概率1 P传送码元“1”时 0 t Tb , 以概率P传送码元“0”时
带通滤波器让有用信号完整地通过，最大限度地 抑制输入噪声，其输出为
ri (t ) = s ASK (t ) + ni (t )
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信号必须能够通过物理方法产生或实现。
信号
近代一切与电有关的通信都是把信息转 化为电压、电流、电荷或无线电波等信 号形式，再利用各种传输手段将这些信 号进行传输；
而光通信则是以光波作为信息的载体；
通信系统常用信号类型
1、周期信号与非周期信号 按信号变化的特点分为周期信号与非周期信号。
第二章 信号与噪声分析
主要内容
信号与系统表示法 信号频谱分析概述 希尔波特变换 随机信号通过系统的分析 信息的度量
信号
信号是信息的载体，通常以某种客观物 理量、客观现象或语言文字等形式表现 出来。
作为信息的载体，信号必须能被人的视觉、 听觉、味觉或触觉感受到，或被机器设备检 测到，否则就失去了信息传输的意义；
an
2 T0
T0 / 2 T0 / 2
f (t) cos0dt
2
bn T0
T0 / 2 T0 / 2
f (t) sin0dt
信号频谱分析概述
式中，n为正整数，a0是常数。T0是f(t)的周
期。从电学的角度上讲，第一项表示直流分量；
n=1时，a1cosω0t+b1sinω0t叫做基波，也 就是基础波的意思，其频率为ω0；n=2时， a2cos2ω0t+b2sin2ω0t叫做二次谐波，其频
系统表示方式
线性
遵循叠加原理和比例倍增
若：f1(t) g1(t)，f2 (t) g2 (t) 则：a1 f1(t) a2 f2 (t) a1g1(t) a2 g2 (t)
时不变
若：f (t) g(t) 则：f (t t0 ) g(t t0 )
信号频谱分析概述
通信原理中一个很重要的基本概念就是信号的 频谱；
g (t )
2dt
平均功率：P lim 1 T g(t) 2 dt T 2T T
通信系统常用信号类型
3、能量信号与功率信号
能量信号：能量有限的信号， 0 E
能量信号的总平均功率等于0； 非周期信号通常为能量信号；
功率信号：平均功率有限的信号，0 P
功率信号的能量等于无穷大； 周期信号和随机信号通常是功率信号。
光信号则是利用光亮度的强弱来携带信息的。
通信系统常用信号类型
7、多媒体信号
按信息的类别不同，信号主要可分为语音信 号、图片信号、活动图像(视频)信号、文字 信号、数据信号等。
在计算机领域为研究和叙述方便，常把经过 模/数转换后的上述信号统称为数据信号。
有时为了强调信号的多样性，也称其为多媒 体信号。
在高等数学中我们学过傅里叶级数，其
内容是：任意一个满足狄里赫利条件的
周期信号f(t)(实际工程中所遇到的周期
信号一般都满足)可用三角函数信号的线 性组合来表示，即
f
(t )
a0 2
(an
n 1
cos n0t
bn
sin
n0t )
信号频谱分析概述
a0
2 T0
T0 / 2 T0 / 2
f (t)dt
通信系统常用信号类型
5、模拟信号与数字信号
按信号外在表现的特征可分为模拟信号和数字 信号两大类。
模拟信号：参量(因变量)取值随时间(自变量)的连 续变化而连续变化的信号，通俗地讲，波形为连续 曲线的信号就是模拟信号。模拟信号的主要特点是 在其出现的时间内具有无限个可能的取值。正是这 一特点使得模拟信号难以存储；
t
t
(c) 基波＋3次谐波＋5次谐波
(d) 基波＋3次谐波＋5次谐波＋7次谐波
谐波次数取得越高，近似程度越好。由此得出结论，
基波决定信号的大体形状，谐波改变信号的“细
通信系统常用信号类型
4、基带信号与频带信号 根据信号是否进行了调制，可将信号分
成基带信号和频带信号（调制信号）。
未经调制的信号叫基带信号；基带信号一般 直接携带信息，接收到信号也就收到了信 息；。
经过某种调制的信号叫频带信号，调制信号 虽然也携带信息，但接收端必须对接收到的 信号进行解调处理才能还原为原始信息
y 5 4 3 2 1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t (b) 离 散 信 号
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t (c) 数 字 信 号
通信系统常用信号类型
6、电信号和光信号 根据信息载体的不同，把信号可分为电
信号和光信号两大类。
电信号主要包括电压信号、电流信号、电荷 信号和电磁波(无线电)信号；
随机信号的变化规律是未知的，比如我们打 电话时的语音信号、电视节目中的图像信号 还有一些噪声等。
通信系统常用信号类型
3、能量信号与功率信号
瞬时功率：
P(t) v(t) 2 或者P(t) i(t) 2 R R
归一化瞬时功率或R=1Ω时的能量
P(t) g(t) 2
R=1Ω时的归一化能量：E
率是基波的二倍。
以此类推，ancosnω0t+bnsinnω0t叫做n次谐
波。
信号频谱分析概述
傅里叶级数的物理意义就是一个周期信 号可近似用一直流分量和以其频率(周期 的倒数)为基频的各次谐波(正弦型信号) 的线性叠加表示。原始方波和基波
t (b) 基波＋3次谐波
周期信号：信号的变化按一定规律重复出现的信号。
f (t) f (t nT )
或者：f (t) g(t kT)
k
非周期信号：除周期信号外的所有信号。
通信系统常用信号类型
2、确定信号和随机信号 根据信号的变化规律可分为确定信号和 随机信号。
确定信号的变化规律是已知的，比如正弦型 信号、指数信号等；
离散信号：在时间上取离散值的信号。与模拟信号 的主要区别是自变量的取值不连续。参量的取值与 模拟信号一样，随函数的关系而定；
数字信号：自变量取离散值，参量取有限个经过量 化的离散值的信号。
通信系统常用信号类型
y
y
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t
(a) 模 拟 信 号
我们通常习惯于在时间域(简称时域)考虑问题， 研究函数(信号)幅度(因变量)与时间(自变量) 的关系。
在通信领域，我们常常需要了解信号幅度和相 位与频率(自变量)之间的关系。也就是说，要 在频率域(简称频域)中研究信号。
信号在时域和频域里的特性不同，其研究方法 也不一样，
信号频谱分析概述
周期信号的频谱