通信原理(第二版)第八章
通信原理(第八章新型数字带通调制技术)PPT课件
实例分析
QPSK（四相相移键控调制）
在PSK的基础上，将相位划分为四个不同的状态，每个状态表示两个 比特的信息，提高了频谱利用率和传输速率。
16-QAM（十六进制正交幅度调制）
在QAM的基础上，将幅度划分为16个不同的状态，每个状态表示4个 比特的信息，进一步提高了频谱利用率和传输速率。
OFDM（正交频分复用调制）
20世纪70年代，随着数字信号处理技 术的发展，多种新型数字带通调制技 术如QPSK、QAM等开始出现。
02
数字带通调制技术的基本原理
数字信号的调制过程
调制概念
调制是将低频信号（如声音、图像等）转换成高频信号的过程， 以便传输。
数字信号的调制方式
数字信号的调制方式主要有振幅键控（ASK）、频率键控（FSK） 和相位键控（PSK）等。
通信原理(第八章新型数字带 通调制技术)ppt课件
• 引言 • 数字带通调制技术的基本原理 • 新型数字带通调制技术介绍 • 新型数字带通调制技术的应用场景
• 新型数字带通调制技术的优势与挑 战
• 新型数字带通调制技术的实现方法 与实例分析
01
引言
新型数字带通调制技术的定义与重要性
定义
新型数字带通调制技术是指利用数字 信号调制载波的幅度、频率或相位， 以实现信号传输的技术。
光纤通信系统
在光纤通信系统中，新型数字带通调制技术如偏振复用正交频分复用（PD-OFDM） 被用于实现高速、大容量的数据传输，满足不断增长的网络流量需求。
卫星通信系统
广播卫星
在广播卫星中，新型数字带通调制技术如正交频分复用（OFDM）被用于发送多路电视信号和其他多媒 体内容，提供高质量的广播服务。
将高速数据流分割成多个低速数据流，在多个子载波上进行调制，提 高了频谱利用率和抗多径干扰能力。
通信原理08PPT课件
从星座图可以观察到：
若信号幅度(功率) 不变，当M增加时，相邻信号 点的欧氏距离减小，对应着噪声容限减小，抗噪 声性能减弱
-3
3
8.1 正交振幅调制
Q I
Q I
(a) 16PSK
图2.4.1 16PSK和16QAM星座图
(b) 16QAM
-4
4
8.1 正交振幅调制
QAM 基本原理
用两个独立的基带波形( 二进制或多进制)， 对两路正交的同频载波进行抑制载波的 MASK 调制，可实现两路信号并行传输。
通信原理
第8章 新型数字带通调制技术
-1
1
第7 章数字带通传输系统
❖ 8.1 正交振幅调制 ❖ 8.2 最小频移键控和高斯最小频移键控 ❖ 8.3 正交频分复用
随着VLSI 和DSP 技术的发展，一些性能 上各有所长但技术实现较复杂的新型调制 系统得以广泛应用
-2
2
8.1 正交振幅调制
QAM (Quadrature Amplitude Modulation) 属于振幅、相位联合键控APK MASK、MPSK 分析
频带利用率：MQAM 和 MPSK 的频
带利用率为：
1
1
log2
M
bit/(s
Hz)
—升余弦信号滚降系数
-8
8
8.2 最小频移键控（MSK）
带宽最小、相位连续、包络恒定、频率正交 的2FSK
这里“最小”指的是能以最小的调制指数 （0.5）获得正交信号。
h f2 f1 fFra bibliotekRsRs
一个码元内包含Tc /4 的整数倍：
f1
f2
fc fc
1
4Ts 1
通信原理课件第八章 时分复用(一)
基带信号 m1(t)
m2(t)
信道
低通滤波器 1 低通滤波器 2
m1 ′(t ) m２′(t )
mn -1 (t ) mn(t)
发送端
接收端
低通滤波器 n－1 低通滤波器 n
mn -1 ′(t ) mn ′(t )
图 6-4 时分复用系统示意图
wujing
现代通信原理——第八章 时分复用
8
1路 2路 3路 4路
同步时分复用原理
4 32 1
D CB A d cb a
cC3 bB2 aA1
帧3
帧2
帧1
2
1
B
A
b
a
异步时分复用原理
2b B a A 1
帧6 帧5 帧4 帧3 帧2 帧1
wujing
现代通信原理——第八章 时分复用
12
TDM方式的优点（相对与FDM）
❖ 1、多路信号的汇合和分路都是数字电路，比 FDM的模拟滤波器分路简单、可靠。
❖ 把基群数据流采用同步(SDH)或准同步数字复接 技术汇合成更高速的数据(称为高次群)，高次群 的复接结构称为高次群的复接帧。
❖ 对帧的研究是时分复用系统研究的重点，相当于 对频分复用系统中频道的研究。
wujing
现代通信原理——第八章 时分复用
17
E1帧结构源于语音通信：
❖ 抽样频率：
fs=8000Hz
❖ 空分复用方式（SDM，space division multiplex ） 无线通信中(包括卫星通信)的位置复用 有线通信中的同缆多芯复用。
❖ 码分复用方式（CDM，code division multiplex ） 编码发射、相关接收技术。
第8章 通信原理课后习题解答
8-1 已知一组码的8个码组分别为（000000）、（001110）、（010101）、（011011）、（100011）、（101101）、（110110）、（111000），求第一组和第二组、第四组和第五组的码距、各码组的码重和全部码组的最小码距。
【解】（1）第一组和第二组的码距3=d（2）第四组和第五组的码距3=d（3）各组的码重分别为：0、3、3、4、3、4、4、3；（4）全部码组的最小码距3min =d8-2 上题的码组若用于检错、纠错、同时检错和纠错，分别能检、纠错几位码？【解】因为最小码距3min =d 因此：只用于检错时：211minmin =-≤⇒+≥d e e d 能检2个错 只用于纠错时：12112minmin=-≤⇒+≥dt t d 能纠1个错 同时用于纠错和检错时：)(1min t e t e d >++≥ 无解，说明该码不能同时用于纠错和检错。
8-3、给定两个码组（00000）、（11111）。
试问检错能检几位？纠错能纠几位？既检错又纠错能检、纠几位？【解】因为最小码距4min =d 因此：只用于检错时：311minmin =-≤⇒+≥d e e d 能检3个错 只用于纠错时：12112minmin=∴-≤⇒+≥t dt t d 能纠1个错 同时用于纠错和检错时：1;2)(1min==⇒>++≥t e t e t e d 说明该码用在同时纠错和检错系统中：同时检出2个错码，纠1个错码。
8-4 已知某线性码的监督矩阵为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=100110101010110010111H列出所有许用码组。
【解】[]r T I P =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=100110101010110010111H ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=∴110110110111T P[]⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡==∴1101000101010001100101110001P I K G信息码组为：⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡=1111011110110011110101011001000111100110101000101100010*********D[]P I G D C K ⨯=⨯=D 所以列出许用码如下：0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 18-5 已知（7，3）线性码的生成矩阵为⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=101110011100100111001G求监督矩阵并列出所有许用码组。
通信原理教程第二版 课后习题解答
《通信原理》习题第一章
M
64 2
H ( X ) P ( x i ) log
i 1
P ( x i ) P ( x i ) log
i 1
2
P ( x i ) 16 *
1 32
log
2
32 48 *
1 96
log
2
96
=5.79 比特/符号 因此，该信息源的平均信息速率 习题 1.6
1 0 PX ( f )
4
1
( )
RX
2
( )
设随机过程 X(t)=m(t) cos t ，其中 m(t)是广义平稳随机过程，且其自
f , 10 kH Z f 10 kH Z 0 ,其 它
2
(1)试画出自相关函数 R X ( ) 的曲线； (2)试求出 X(t)的功率谱密度 P X
试求 X(t)的功率谱密度 P X 解：详见例 2-12
(f )
并画出其曲线。
5
《通信原理》习题第一章
习题 2.12
已知一信号 x(t)的双边功率谱密度为
1 0 PX ( f )
4
f , 10 kH Z f 10 kH Z 0 ,其 它
2
试求其平均功率。 解： P
V
习题 1.8 解：由 D 2
设一条无线链路采用视距传输方式通信，其收发天线的架设高度都等
于 80 m，试求其最远的通信距离。
8rh
，得
D
8 r h
8 * 6 .3 7 * 1 0 * 8 0
6
6 3 8 4 9
k m
第二章习题
习题 2.1 设随机过程 X(t)可以表示成：
通信原理教程樊昌信习题答案第八章[]（doc）
![通信原理教程樊昌信习题答案第八章[]（doc）](https://img.taocdn.com/s3/m/6ab80d0ba200a6c30c22590102020740be1ecdb6.png)
第八章习题习题8.1 试证明式()()()()01010<-r f P r f P 和式()()()()r f P r f P 1010<。
证明：由教材知，一个二进制系统的总误码率为⎰⎰+=01)()0()()1(01e A A dr r f P dr r f P P 式中，P(0)和P(1)分别为发送码元“0”和“1”的先验概率；)(0r f 和)(1r f 分别为出现“0”和“1”码元时)(t r 的概率密度函数。
对于接受信号r ，假定划分点为0r ，将接受信号空间划分为0A 和1A ，如图8-1所示。
图8-1 习题8.1图则：dr r f P dr r f P P r r ⎰⎰+∞∞-+=00)()0()()1(01e要保证e P 最小，则最佳划分点0r 满足：0e r P ∂∂=0， 即0)()0()()1(0001=-r f P r f P对于落入1A 区间内的r >0r ，此时0)()0()()1(01>-r f P r f P即 )()1()()0(10r f P r f P <习题8.2 试求出例8.1中输出信号波形(t)s 0的表达式。
解：由)(t s =⎩⎨⎧,0,1 其他T t ≤≤0，可得匹配滤波器的特性为 ⎩⎨⎧=-=，，01)()(t T s t h 其他T t ≤≤0 输出信号波形的表达式为⎪⎩⎪⎨⎧-=-=⎰∞+∞-,0,,)()()(0t T t d h t s t s τττ 其他T t T T t 20≤<≤≤ 习题8.3 设一个二进制基带传输系统的传输函数为0r=)(f H ⎩⎨⎧+,0,)cos2π(1fT T 其他T f 21= 式中，)()()()H(R T f G f C f G f =， C 1)(=f , )()()(R T f H f G f G ==。
（1） 若接受滤波器输入输出端的双边噪声功率谱密度为20n （W/Hz ）,试求接收滤波器输出噪声功率。
通信原理第八章习题解答
F
1000110
解：水平偶校验：传输 DEF 时的发送序列为 00100010 10100011 01100011；
二维偶校验：传输 DEF 时的发送序列为 00100010 10100011 01100011 11100010。
8-3．已知码集合中有 4 个码字分别为（11100），（01001），（10010），（00111）。 （1） 计算此码的最小码距 dmin。 （2） 若码字是等概率分布，计算此码的编码效率η。 （3） 若根据最大似然准则译码，请问接收码序列（10000），（01100）和（00100）应
8-4．假定汉明码的码长 n 为 15，请问其监督位 r 应为多少？编码效率为多少？并写出 监督码元与信息码元之间的关系。
解：码长 n 和监督码元个数 r 之间的关系式为 n = 2r −1 = 15 ，因此 r = 4 ；编码效率 η = k = n − r = 11
n n 15 因为监督位 r = 4 ，所以有 4 个监督关系式。现用 S1、S2、S3、S4 表示 4 个监督关系式
实践项目
1．请查阅有关资料，找出有哪些差错控制编码？并把这些控制编码归类，说明各自的 检、纠错能力，编码效率以及应用场合，最后总结成一篇小论文。
2．在数据通信和计算机网络中，CCITT 推荐在高级数据链路控制规程 HDLC 中的帧校
验序列 FCS 中，使用 CCITT-16 的 CRC 码，其生成多项式 g(x) = x16 + x15 + x5 +1 ，请（1）
译成什么码字？ （4） 此码能纠正几位码元的错误？ 解：（1）分别对（11100），（01001），（10010）和（00111）两两求码距，可以得到码距 只有 3 和 4，因此最小码距 dmin=3； （2）此码的编码效率η＝2/5＝0.4 （3）根据码距与纠错能力的关系可知，可以纠正一位错，因此根据最大似然准则译码， （10000），（01100）和（00101）可分别译成（10010），（11100）和（00111） （5） 根据码距与纠错能力的关系可知，能纠 1 位错。
通信原理8-同步技术
数据交换，必须实现网同步 使得在整个通信网内有一个统一的时间节
拍标准
二. 同步信号的获取方式
外同步法
– 由发送端发送专门的同步信息， 接收端把这个专门的同步信息检 测出来作为同步信号的方法
– 需要传输独立的同步信号，需付 出额外的功率和频带
三. 同பைடு நூலகம்的技术指标
同步误差小 相位抖动小 同步建立时间短 同步保持时间长
数字通信系统中，要求同步信息传输的可靠性 高于信号传输的可靠性
载波同步是相干解调的基础。
判断
只有数字调制系统存在载波同步
无论是模拟调制信号还是数字调制信 号，都必须有相干载波才能实现相干 解调。
1. 载波同步
载波同步产生的本地载波应该与接收到的信 号中的调制载波同频同相，而不是与发送端 调制载波同频同相
在接收信号中，发送端调制的载波成分可能 存在，也可能不存在。
– 只有定时脉冲正确，才谈得上正确地抽样判 决
– 位同步是正确抽样判决的基础
3. 群同步
包括字同步、句同步、帧同步 接收端为了正确恢复信息就必须识别
句或帧的起始时刻 接收端必须产生与字、句和帧起止时
间相一致的定时信号 群同步是正确译码和分路的基础 数字通信和模拟通信都存在群同步
4. 网同步
– 若接收信号中包含有载波，可用窄带滤波器直 接提取
– 若接收信号中不包含载波成分，则用载波同步 法提取
2. 位同步
是数字通信系统特有的一种同步
– 为了从接收波形中恢复出原始的基带信号， 须对它进行抽样判决，要求接收端提供“定 时脉冲序列”
– 定时脉冲序列的重复频率与码元速率相同， 相位与最佳抽样判决时刻一致
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伪随机序列兼有确定性序列和随机序列两者的特点。首 先，伪随机序列本质上是一种确定性序列，与完全的随机序 列相比，伪随机序列具有可操作性、可重复性和可实现性三 大特点，因而便于电路实现。例如，根据抽象代数原理，可 利用本原多项式在数字电路中产生m序列，而m序列是一种 应用广泛的伪随机序列。再者，随机序列可实现同步，但目 前人们还未找到一种随机序列能实现同步的有效方法。其次， 伪随机序列具有类似于随机序列的某些性质，主要体现在均 衡性、游程特性、移位相加特性、伪噪声特性、冲激式的相 关统计特性以及宽带谱等几个方面。并且当随机序列的周期 p越长时，其性质就越逼近于随机序列。正因为如此，伪随 机序列在现代通信系统中获得了广泛的应用，例如，可利用 伪随机序列冲激式的相关特性和宽带谱特性，对信号进行扩 频与解扩，从而实现扩展频谱通信。
式中，n称为移位寄存器的级数。
可以证明，一个n 级线性反馈移位寄存器能产生m序列
的充要条件是其特征多项式为n次本原多项式。它满足下列
条件：
(1) 本原多项式f(x)是一个不能再分解因式的多项式(既 约多项式)；
(2) 本原多项式f(x)可整除(xp+1)，p=2n－1； (3) 本原多项式f(x)除不尽xq+1，q<p。 【例8.1】 验证f(x)=1+x2+x3是本原多项式，f(x)=x4+x3+ x2+x+1不是本原多项式。 解 (1) 由特征方程f(x)=1+x2+x3，得n=3，2n－1=7，用 长除法，得
的多项式为 n
f (x) c0 c1x c2 x2 cn xn ci xi
i0
(8-4)
(8-4)式称之为特征多项式或特征方程。在(8-4)式中，由于
c0=cn=1，故特征多项式f(x)是一个常数项为1的n次多项式
f(x)=xn+cn－1xn－1+…+c1x+1
(8-5)
8.2 m序列的产生
8.2.1 线性反馈移位寄存器与m序列 m序列是指基于抽象代数原理，利用本原多项式来产生
的一种伪随机序列。要产生m序列，需要解决两个问题，首 先是根据抽象代数原理，寻找和发现能产生m序列的本原多 项式，这属于抽象代数的范畴。其次是电路实现问题，常用 的方法是根据本原多项式，在线性反馈移位寄存器中产生m 序列，因此，m序列是由带线性反馈的移位寄存器产生的周 期最长的一种二进制序列。下面先介绍有关线性反馈移位寄 存器的基本结构。
另一方面，人们试图消除和减小通信系统中的随机噪声， 同时也希望获得随机噪声，并充分利用它，用于更为有效的 通信。根据香农编码理论，只要信息速率小于信道容量，总 可以找到某种编码方法，在码周期相当长的条件下，能够几 乎无差错地从受到高斯噪声干扰的信号中复制出原始信号。 香农理论还指出，在某些情况下，为了实现更有效的通信， 可采用有白噪声统计特性的信号来编码。
第8章 伪随机序列与扩频通信
8.1 伪随机序列的基本概念 8.2 m序列的产生 8.3 m序列的性质
*8.4 m序列的功率谱
8.5 通信系统中的干扰与抗干扰 8.6 扩频通信技术简介 8.7 直接序列扩频系统分析 8.8 多址技术简介
8.1 伪随机序列的基本概念
在通信技术中，随机噪声是造成通信质量下降的重要因 素，因而它最早受到人们的关注。若信道中存在着随机噪声， 对模拟信号来说，输出信号就会产生失真，对数字信号来说， 解调输出就会出现误码。另外，如果信道的信噪比下降，那 么信道的传输容量将受到限制。
白噪声是一种随机过程，其统计特性服从正态分布，功 率谱在很宽的频带内都是均匀的，具有良好的相关特性。
能否找到一种序列，它既具有随机序列的某些特性，又 能用确定性的方法来产生？这就是我们将要讨论的伪随机序 列。众所周知，可预先确定并可重复实现的序列称为确定性 序列。既非预先确定又不可重复实现的序列是随机序列，它 是非周期序列，或者说随机序列的周期为无穷大。由于随机 序列的特性和噪声性能类似，因此，随机序列又称为噪声序 列。具有随机特性，貌似随机序列的确定性序列称为伪随机 序列，或称之为伪随机码或伪噪声序列(PN码)。
x3 x2 1 x7 1
x4 x3 x2 1
x7 x6 x4
x6 x4 1
x6 x5 x3
x5 x4 x3 1
x5 x4 x2
x3 x2 1
n
an c1an1 c2an2 cn1a1 cna0 ciani
i 1
若经k次移位，则第一级的输入为
n
ank ci ank i
i 1
(8-3)式称为递推(递归)关系式。
(8-2) (8-3)
3． 线性反馈移位寄存器的特征多项式
用多项式f(x)描述线性反馈移位寄存器的反馈连接状态பைடு நூலகம்
图8-1 线性反馈的移位寄存器
在移位脉冲作用下，移位寄存器各级的状态不断变化，
其输出序列可表为
{ak } a0a1a2 an1anan1
(8-1)
注意： 在初始状态为全零状态时，输出序列为全0序
列，应设置全0排除的电路。
2． 线性反馈移位寄存器的递推关系式
由图8-1 得移位寄存器左端第一级的输入为
1． 线性反馈移位寄存器的基本结构 了解和掌握线性反馈移位寄存器的基本结构对于产生m 序列来说是十分重要的。线性反馈移位寄存器的基本结构如
图8-1所示。图中，an－I (i=1，…，n)为移位寄存器，ci(i=1， 2，…，n－1)为反馈系数，其中c0=1，cn=1，ci∈{0，1}(i=1， 2，…，n－1)。需要注意的是，移位寄存器级数的下脚标的 大小顺序与反馈系数的下脚标的大小顺序正好相反。移位寄
存器级数的下脚标的大小顺序是从大到小，而反馈系数的下
脚标的大小顺序则是从小到大。此外，移位寄存器的数量和
反馈系数是由线性反馈移位寄存器特征多项式的最高次来决
定的，若最高次数为n，则有n级移位寄存器，下脚标的大小 顺序依次为n－1，n－2，…，0， 而反馈系数则有n+1个， 下脚标的大小顺序依次为0，1，2，…，n－1，n，如图 8-1 所示。