现代通信原理(05-3)
现代通信原理课件
1
数字通信原理
更适合处理大量数据和占用宽带信息。
模拟通信原理
2
适合处理具有模拟信号特点的信息。
3
数字和模拟通信原理结合
数字信号可以随时转换成模拟信号，反 之亦然，两者可以结合使用。
现代通信原理的应用领域
关键领域：
移动通信领域
包括GSM、CDMA、WCDMA、 LTE等技术。
卫星通信领域
包括地球同步卫星、低轨卫星、 导航卫星等。
总结和回顾
定义和重要性
通信原理是人类用来交流信息 的基本方式，是现代社会不可 或缺的基础设施。
区别
现代通信原理基于数字信号， 具有抗干扰能力更强、信息容 量更大、效率更高的优点。
未来发展
5G技术的应用、人工智能、物 联网等技术的发展将对现代通 信原理产生重要影响。
传统通信原理
基于模拟信号的传输，受环境干扰大、信息容量有 限。
现代通信原理
基于数字信号的传输，抗干扰能力强，信息容量更 大，效率更高。
现代通信原理的基本原理和概念
关键概念：
1 数字信号
离散化、编码、调制。
2 信道编码
纠错码、压缩码、调和码。
3 调制与解调
带通宽度、调制深度、载波相位、解调算法。
数字通信原理与模拟通信原理的对比
现代通信原理课件
本课程将帮助你了解通信原理的演变、现代通信原理的基本原理和应用领域 以及未来发展趋势。
通信原理的定义和重要性
Definition
通信原理是人类用来交流信息的基本方式，是 现代社会不可或缺的和掌握通信原理可以在信息时代中获得竞 争优势。
传统的通信原理和现代通信原理的区别
光通信领域
包括光纤通信、激光通信等技术。
现代通信原理简介及其重要性
现代通信原理简介及其重要性在当今社会，通信已成为我们日常生活不可或缺的一部分。
无论是文字沟通，语音通话，还是视频聊天，通信技术的发展使得人们可以跨越时空进行实时互动。
而现代通信的基础正是建立在通信原理之上。
本文将简要介绍现代通信原理，并探讨其重要性。
一、现代通信原理的基本概念1.1 通信原理的定义通信原理是指将信息从发送方传递到接收方的方法和规则。
通过信号的传输和解码，信息可以在发送方和接收方之间进行交流。
1.2 信号的传输方式现代通信系统主要采用模拟信号和数字信号两种传输方式。
模拟信号通过连续的波形来传输信息，而数字信号则将信号离散化为数字形式进行传输。
1.3 编码和解码方式为了保证信息的准确传输，通信系统将信息通过编码方式转换为特定的信号，接收方则通过相应的解码方式将信号转换为原始信息。
二、现代通信原理的基本原理2.1 信号传输原理通信系统中，信息通过信号进行传输。
信号可以是电磁波（如无线通信），也可以是电流（如电话通信）。
信号的传输需要经过调制、放大和传递等环节，以保证信息的传输质量。
2.2 信道和噪声通信中经常面临的一个问题是信噪比，即信号与噪声的比值。
信号的传输过程中会受到各种噪声的干扰，因此通信系统需要采取相应的技术手段来对抗噪声，提高信噪比。
2.3 多路复用技术为了提高通信系统的效率，多路复用技术被广泛应用。
通过将多个信号复用在同一信道上，可以实现多个通信线路的同时传输，从而提高通信系统的带宽利用率。
三、现代通信原理的重要性3.1 促进信息交流和人类社会的发展现代通信原理的发展使得信息可以以更加高效和快速的方式传递，促进了人类社会的发展和进步。
信息交流的畅通无阻，加快了科技进步、经济发展和文化交流的速度。
3.2 提高通信效率和品质通信原理的应用可以大大提高通信效率和品质。
比如，在数字通信中，通过数字编码和解码的方式，可以准确地传输信息，减少了误差和失真的可能性，从而提高了通信质量。
现代通信原理知识点总结
现代通信原理知识点总结一、通信原理概述通信原理是指在通信系统中传递信息所需的基本原理和技术。
通信原理是现代通信技术的基础，它主要包括信息的产生、传输和接收三个基本环节。
通信原理在信息传输的各个环节中起着决定性的作用，它是信息通信技术发展的基石。
二、信息的产生信息的产生是指信息的生成和获取过程。
在通信系统中，信息的产生是系统中最早的一个环节。
根据信息的性质和来源，信息的产生可以分为模拟信息和数字信息两种。
1. 模拟信息模拟信息是指连续变化的信号，如声音信号、视频信号等。
模拟信息是人类日常生活中产生的大部分信息。
2. 数字信息数字信息是指以数字形式表示的信息，它是通过对模拟信息进行采样和量化得到的。
数字信息可以更方便地进行传输和处理。
在信息产生的过程中，还需要考虑信息的编码和压缩等技术，以便更高效地进行信息传输和处理。
三、信息的传输信息的传输是指信息在通信系统中的传递过程。
信息的传输是通信系统中最核心的一个环节，它包括信号传输、信道编码、数字调制等一系列技术。
1. 信号传输信号传输是指将信息转化为能够在通信系统中传输的信号。
在通信系统中，信号传输可以分为基带信号传输和带通信号传输两种。
（1）基带信号传输基带信号是指未经调制的信号，如数字信号和模拟信号。
在通信系统中，基带信号需要经过调制才能进行传输。
（2）带通信号传输带通信号是指经过调制得到的信号，如调幅信号、调频信号、调相信号等。
带通信号可以更有效地进行传输，能够在频谱中占用更小的带宽。
2. 信道编码信道编码是指对信息进行编码，以便在传输过程中提高抗干扰能力和纠错能力。
常见的信道编码技术包括卷积码、纠错码等。
3. 数字调制数字调制是指将数字信号转化为模拟信号的过程，以便进行传输。
常见的数字调制技术包括调幅调制、调频调制、调相调制等。
在信息的传输过程中，还需要考虑传输介质、传输速率、传输距离等因素，以保证信息能够在通信系统中正常传输。
四、信息的接收信息的接收是指接收端对传输过来的信息进行解调和解码的过程。
现代通信原理的内容是啥
现代通信原理的内容是啥
现代通信原理的内容包括以下几个方面：
1. 信号与频谱分析：包括信号的表示与描述、信号的频谱分析等，用来分析信号的特性和频率成分。
2. 模拟调制与解调：包括模拟信号的调制和解调技术，如调幅、调频、调相等，用来将模拟信号转换为适合传输的模拟信号。
3. 数字调制与解调：包括数字信号的调制和解调技术，如ASK、FSK、PSK等，用来将数字信号转换为适合传输的数字信号。
4. 传输信道和传输损耗：包括传输媒介（如光纤、电缆、空气等）对信号的传输特性以及传输损耗的分析和计算。
5. 复用与多路复用技术：包括时分复用、频分复用、码分复用等技术，用来提高信道利用率，实现多个用户共享同一条信道。
6. 误码与纠错：包括编码和纠错码技术，用来提高数据传输的可靠性，减小传输过程中的误码率。
7. 信噪比与干扰：包括信号与噪声的关系及对信号传输的影响，还包括干扰的
分类和抑制方法。
8. 数字通信系统设计与实现：包括数字通信系统的设计流程、关键技术等，以及数字通信系统的各种应用和实现。
总之，现代通信原理的内容涵盖了信号处理、调制解调、传输损耗分析、复用技术、编码纠错、干扰抑制等方面，旨在提高通信系统的传输性能和可靠性。
现代通信原理
f x dx 1 ；
x2
（4）若 f x 在 x 处连续，则 f x
dF x 。 dx
正态随机变量
f x
x a 2 1 exp 2 2 2
标准正态随机变量
2019/4/3
f x
x2 1 exp 2 2
b.概率密度函数 f x
F x f ( x)dx
2019/4/3 信息与通信工程系 13
3.2.1随机过程的分布函数和概率密度函数
f x 的性质：
（1） f x 为非负 函数；
（2） （3） x2 x1 时， F ( x2 ) F ( x1 ) x f x dx ；
2019/4/3 信息与通信工程系 5
3.1 随机过程的基本概念 数学上可用随机实验和样本空间的概念定义随机 过程：设进行某一随机实验 E，S {e} 是它的样本空 间。如果对每一个样本 e(e S ) 来说，总可以按某一规 则确定一个时间函数 X (e, t )与之对应，那么，对所有 的样本，就得到一簇时间函数，并称此簇时间函数为 随机过程，其中每个时间函数称为该随机过程的样本 函数。
典型随机过程---接收机噪声
2019/4/3 信息与通信工程系 6
3.1 随机过程的基本概念
典型随机过程---噪声
2019/4/3 信息与通信工程系 7
3.1 随机过程的基本概念 归纳起来，随机过程具有如下特性：
（1）取值的随机性；
X t1 是一个随机变量（在t1时刻观察随机过程的值）
（2）样本的确定性。
2019/4/3
信息与通信工程系
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2020/11/23
现代通信原理
•例：试求功率信号为周期性信号时的功率谱密度 •解：取截短周期T=NT0
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•周期信号的功率与信号谱 •的关系。
2020/11/23
现代通信原理
•周期信号的功率谱是离散谱。
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现代通信原理
四.自相关函数
•1. 能量信号
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现代通信原理
3rew
演ห้องสมุดไป่ตู้完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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现代通信原理
•2.频域：
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现代通信原理
•2.理想低通滤波器
•理想高通滤波器(High-pass Filter,HPF) •理想带通滤波器(Band-pass Filter,BPF) •理想低通滤波器(Low-pass Filter,LPF)
计者们所追求的目标和面临的挑战。
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现代通信原理
单元学习提纲
• （1）离散信源和连续信源的统计描述； • （2）离散信源的信息量、条件信息量、互信
息量和平均信息量（熵）的定义和物理意义； • （3） 连续信源的平均信息量、平均互信息量
的定义和物理意义； • （4） 信息量的单位——比特，比特率与波特
现代通信原理
•2. 功率谱密度
•功率信号：信号在- ∞＜t ＜+ ∞内存在，
现代通信原理与技术课后答案完整版 张辉第五章
5-2 解 (1)随机二进制序列的双边功率谱密度为由得式中，是的频谱函数，在功率谱密度中,第一部分是连续谱成分，第二部分是离散谱成分。
随机二进制序列的功率为（2）当基带脉冲波形为的付式变换为因为所以该二进制序列不存在离散分量。
（3）当基带脉冲波形为的付式变换为因为所以该二进制序列存在离散分量。
5-3 解（ 1）由图 5-7 得的频谱函数为由题意且所以代入二进制数字基带信号的双边功率谱密度函数式,可得(2) 二进制数字基带信号的离散谱分量为当代入上式得因为该二进制数字基带信号中存在离散谱分量，所以能从该数字基带信号中提取码元同步所取得频率的分量。
该频率分量的功率为5-6解 AMI 码为+10-1+1000000000-10+1HDB3 码+10-1+1000+V –B00 –V0+10-15-7解 PST码为 -++0+--+0-+0-++-双相码为01 0110 01 10 10 01 01 01 10 10 01 01 01 10 105-8解原信息代码为 1010000100001100001015-9解（ 1）令由图 5-8 可得，因为的频谱函数为所以，系统的传输函数为（2）系统的传输函数由发送滤波器，信道和接收滤波器三部分组成，即因为则所以，发送滤波器和接收滤波器为5-10 解（ 1）总特性 H（ f）可以看成是图 5-11 两个三角形特性之差，即H （ f ） =H1 （ f） -H2（ f ）其中 H 1 ( f )h1 (t )1(1)W1 gSa2(1)Wt112H 2 ( f )h2(t )(1)W1gSa2(1)W1t2h(t )h1 (t )h2 (t)所以冲激响应(1)2W1 gSa2(1)2(1)Wt`W1gSa2(1 )Wt`22（2）因为该系统克等小成理想低通特性H eq ( f )1,f W1 0,f W1它所对应的无码间串扰的最高传码率为2W1，所当传输速率为2W1 时，在抽样店无码间串扰。
现代通信原理解析
现代通信原理解析现代通信原理是指在现代通信系统中所采用的通信技术和原理。
它是通过将信号转化为电磁波在空间中传播，利用电磁波的传输特性进行信息交流的一种方式。
现代通信原理的实现涉及多个方面，包括信号处理、调制解调、编码解码、多路复用、传输介质、信道编码等。
首先，现代通信原理中的关键环节是信号处理。
信号处理是指通过数字技术对原始信号进行采样、量化、编码和解码等一系列处理过程。
在现代通信系统中，信号通常以数字信号形式存在，通过对信号的数字化处理，可以增加抗噪性、提高传输效率和减小误码率。
其次，调制解调是现代通信原理中的核心内容之一、调制是将数字信号转换为模拟信号，以便通过电磁波进行传输。
调制技术的选择需要考虑传输介质、带宽利用率、抗噪声能力等因素。
常见的调制方式包括幅度调制(AM)、频率调制(FM)、相位调制(PM)等。
解调是将接收到的模拟信号转换为数字信号，使之可以进行后续处理。
编码解码是现代通信原理中的另一个重要环节。
编码是将数字信号转换为数字码，以便进行传输和存储。
编码技术可以提高传输效率、增加系统容量和减少误码率。
常见的编码方式有哈夫曼编码、差分编码、香农编码等。
解码是将编码后的数字码还原为原始信号，以便进行进一步的分析和处理。
另外，多路复用是现代通信原理中实现多用户同时通信的重要技术。
多路复用技术可以将多个信号合并为一个信号进行传输，以提高信道利用率。
常见的多路复用技术有频分多路复用(FDM)、时分多路复用(TDM)和码分多路复用(CDM)等。
传输介质是现代通信原理中的一个重要问题。
传输介质的选择需要考虑信号传输的距离、速率、可靠性等因素。
常见的传输介质有电缆、光纤、无线电波等。
电缆传输速率较低，但信号可靠性较高。
光纤传输速率快且信号传输距离较远，但成本较高。
无线电波传输无需布线，但受限于频谱资源。
最后，信道编码是现代通信原理中的一项重要技术。
信道编码可以增加信号传输过程中的可靠性，减小误码率。
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5.9.2信道误码对信噪比的影响(定量分析) 通信信号数字化过程中中,误差来源于两部分: 1.量化误差eq 2.误码误差et
总噪声功率n2=q2+t2
=E[eq]2+E[et]2
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对于均匀量化器 量化噪声q2
q2=2/12
误码噪声t2
2 t
E[e t ]
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三种二进制码
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6
5.9.1折叠二进制编码 相当于计算机中的符号幅度码，左边第一位 是符号位（1表示正，0表示负），第二位以后表 示幅度。 其它各位相对于零电平对称折叠，故称为折 叠码。
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为何PCM选用折叠码（FBC）（定性分析）
对于语音信号来说，小信号出现的概率最大； 而对于任意编码，左边第一位(高位)误码造成 的误差功率最大。 NBC码在小信号情况，如果0111误为1111，则 误码功率大。 而FBC码，如果0000误为1000，同样的小信号 情况，则误码功率相对较小。
Î ¶ 0 0 0 0 1 1 1 1
 ä ë ¶ Πäë ¶ ÔÓ ¦µ ÄÆ ðÊ ¼µ çÆ ½ 0 0 0D 0 1 16D 1 0 32D 1 1 64D 0 0 128D 0 1 256D 1 0 512D 1 1 1024D
ÎÄ ¶ ÚÁ ¿¯ »¼ ¶¼ ä· ô 1D 1D 2D 4D 8D 16D 32D 64D
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总噪声功率：
L 1 2 Pe . 12 3
2 2 2 n 2 q 2 t
设输入信号服从均匀分布，满载功率为：
1 L S x p( x)dx x ( )dx v v 2v 12
v 2 v 2 2
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1. 线性编码—自然二进制码 本地解码器产生供比较用的二进制电压Vj ， 保持电路使采样值在一个编码周期内不变Vs 。
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2. 非线性编码
非均匀量化编码，以A87.6/13 折线为例。
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5.9.3 CCITT标准的PCM编码过程
• • • （1） 将理想抽样、自然抽样和平顶抽样，从 时域和频域上作一比较。 （2） 为什么对语音信号进行脉冲编码调制时 要采用对数压缩特性？ （3） 解释A律压缩特性取A=87.6的由来。 （4） 为什么用正弦波测量A律13折线脉冲编 码调制量化信噪比时，随着正弦波幅度变化，量化 信噪比会出现有规律的起伏？ （5） 脉冲编码调制中每增加一位编码，量化 信噪比提高多少？为什么？
信噪比为：
SNR S / n
2
L 2 1 4( L 1) Pe
时
2
当
1 pe 2 4( L 1)
误码造成信噪比下降3dB.对于L=256位的 线性量化来说,此时的Pe为3.8*10-6
2017/4/8 14
下图为不同编码规律时SNR与输入电平的 关系,在相同误码的情况下,折叠码的信噪比明 显高于自然码.
现代通信原理
第五章 脉冲编码调制（3）
2017/4/8
1
§5.9 PCM编码原理
编码:把量化后的信号电平值转换成二进制 编码的过程. 常用三种:自然二进制码组NBC; 折叠二进制码组FBC; 格雷二进制码组RBC; PCM通信中采用折叠码.
2017/4/8 2
§5.9 PCM编码原理
一.常用二进制码型 自然二进制码(Natural Binary Code,NBC): 码字与电平值的对应关系简单。一般的十进制正 整数的二进制表示。
注:表中D为最小量化单位，在表5-3中，D=2
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例1、输入幅度为1250，求量化编码和解码输出。
解： 因为是正数，所以M1为“1”。 查表5-3，1250落在第六段，M2M3M4=“110”
以1024为起点，64为量化间隔 （1250-1024）/64=3.53 M5M6M7M8=“0011”
2 t
i 1
L
log 2 L j 1
2 ( y y ) i j pe pi
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11
在自然码NBC中，第K位发生误码，产生的误差值为
2
k 1
.
k 1
2 t
1 i 1 L
2
L
log 2 L j 1
(2
.) pe pi
2
L 1 2 .Pe 322 ( y y ) i j pij pi i 1 j 1
L
L
yi,yj——第i,j级量化电平； pij是将yi误为yj的概率； pi是yi的出现概率；L是量化电平总数。
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假设每个电平出现概率相等， pi=1/L n位编码中只有一位误码，则只可能出现 n=log2L种量化电平差错,错误概率pij=Pe，有
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3
§5.9 PCM编码原理
反射二进制码(Reflected Binary Code,RBC): /格雷码 任何相邻的电平的码组，只有一位码位发生变 化。
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4
折叠二进制码(Folded Binary Code,FBC):
除去左边第一位，其余部分从电平序号中部 呈上下对称（折叠关系） 左边第一位是符号位。 （1表示正；0表示负）
A律的国际标准PCM编码
M1M2M3M4M5M6M7M8
极性码M1: 段落码M2M3M4：表示量化采样值所在段落的序 号。 电平码(段内码)M5M6M7M8：表示每一段落内的 16个均匀量化级。 表5-3列出了最小量化单位为2，段内码为自 然码的量化规则。
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Îä ¶ ÂÊ ý 1 2 3 4 5 6 7 8
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• •
•
•
（6） 输入信号为0电平时，A律13 折线PCM的输出序列是什么？ • （7） 为什么脉冲编码调制中采用 折叠二进知码？ • （8） 若A律脉冲编码调制器的过 载电平为4096，输入电平为520时，求输 出码组。
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4.编码表达式为：
yk
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i 1 b 2 i i 1 11
2
量化精度为/2
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5.10 对数PCM与线性PCM之间的变换
对数PCM(8位,左边第一位是符号位)用于 与语音的接口.
两者之间的变换关系如表5-5所示。
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自测题
总的编码为“11100011” 量化值为（1056+64*3）=1248 ，这就是解码输出。
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5.10 对数PCM与线性PCM之间的变换
通信系统中存在两种PCM 1.线性PCM(13,左边第一位是符号位)编码用于与 图像的接口. 2.线性PCM编码采用均匀量化折叠编码. 3.量化间隔=2,最大量化电平 V=211 =2048*2=4096
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15
二. 编码器工作原理 直接比较型： 用2n-1 个比较器将信号采样值同时与2n-1 个判 别电平。[∆V,2∆V, …,(2n-1)∆V]进行比较，经过逻 辑电路并行输出n位码组。 反馈比较型： 信号采样值逐次与一组二进制电压 进行比较，串行输出n位码组。
折叠级联型：
n级比较电路串联构成，每级编一位码，可把量 化采样值直接转换为折叠二进制码。