通信原理-数字带通传输系统
通信原理 考点总结
通信原理绪论给舍友同学总结的考点知识点；通信的目的是传递消息中所包含的信息；消息是信息的物理表现，是物质或精神状态的一种反映；消息中包含的有效内容是信息，信息是消息的内涵；通信就是信息传输； 信号参量的传递→通信原理；电信号的参量取值连续（不可数、无穷多）,指某一取值范围内可以取无穷多个值，不一定时间上连续，则为模拟信号；电信号的参量仅可能取有限个值，则为数字信号；基带信号：原始信号，频带从零频附近开始，不适合在信道传输；→带通信号（频带信号）：调制后，适合信道传输且有带通的特性；复用：频分(模拟)、时分（数字）、码分（WCDMA ）；时分复用：用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间；频分复用：用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围；码分复用：用正交的脉冲序列分别携带不同的信号；信息量：；熵：平均信息量 等概率最大；性能指标：有效性和可靠性矛盾统一；1.有效性：传输一定信息量时所占用的信道资源，传输的“速度”问题； 衡量：传输速率和频带利用率； 码元传输速率RB ：单位时间传送码元的数目，Baud ；RB=1/T;信息传输速率Rb: 信息率，比特率；单位时间内传递的平均信息量；bps ；b/s ； 二进制：RB=Rb;频带利用率：；单位带宽（每赫）内传输速率；2.可靠性：接收信息的准确程度，即传输“质量”问题； 衡量：误码率；误信率 误码率Pe ：错误码/总传输码元；Pb 误信率：错误比特/总传输比特数；二进制：Pe=Pb;随机过程一维概率分布函数：F 1(x 1,t 1)=P [ξ(t 1)≤x 1] 数学期望:信号或噪声的直流成分;方差:信号或噪声交流功率；自相关函数:用来判断广义平稳,用来求随机过程的功率谱密度及平均功率。
；（广义/宽）平稳随机过程：数学期望与方差与时间无关，自相关函数只与时间间隔有关；α(t)=α；R(t,t+τ)=R(τ)各态历经性：()()ττR R a a ==，统计平均值等于它的任一次实现的平均值，随机过程中的任一次实现都经历了随机过程的所有可能状态；具有各态历经性的随机过程一定是平稳过程，但平稳过程不一定具有各态历经性；P41 例题； 自相关函数：R(τ)＝E[ξ(t)ξ(t+τ)]， R(τ)=R(-τ),偶函数；R(0)=E[ξ^2(t)]=s ，R(0)为ξ(t)的均方值 (ξ(t)的平均功率，时域计算方法)；上限； R(∞)=E^2[ξ(t)]， R(∞)是ξ(t)的直流功率，R(0)- R(∞)=σ^2 ，方差，ξ(t)的交流功率；功率谱密度：频域角度描述ξ(t)的统计特性，ξ(t)的平均功率关于频率的分布；平稳过程的自相关函数与其功率谱之间为傅立叶变换关系； P ξ (ω ) 《----》R(τ)；ωωπτωτςd e)(P 21)(R j ⎰∞∞-=；ττωωτξd e)(R )(P j -∞∞-⎰=；功率谱密度的性质：P ξ（ω）＞＝0，非负性 P ξ（-ω）＝ P ξ（ω），偶函数单边功率谱密度： P ξ1（ω）＝2 P ξ（ω）ω〉=0P44, 例题；高斯过程：随机过程的概率密度服从正态分布；过程中的任一时刻的取值即为随机变量；一维概率密度和分布函数：)2)(exp(21)(22σασπ--=x x f ，α均值，σ平均差，a=0,σ=1为标准高斯分布； 性质：高斯过程若为宽平稳，必为窄平稳；若随机变量不相关，则变量相互独立；代数和及线性变化后仍为高斯过程；窄带随机过程：Δ f<<f c >>0;正弦波表示：，;同相与正交分量表示：；1) 结论1：ξ(t)是均值为0、方差为σ^2的窄带平稳高斯过程，它的同相分量和正交分量同样是平稳高斯过程，且均值为0、方差也相同。
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。
数据通信原理第6章
码型的频域特性 抗噪声能力 提取位定时信息 简单二元码 1B2B码 AMI码 HDB3码 2B1Q码
2. 二元码
每个码元上传送一位二进制信息
3. 三元码
4. 多元码
每个码元上传送一位多进制信息
28
2.简单二元码的功率谱
花瓣形状：主瓣，旁瓣 主瓣带宽：信号的近似带宽-----谱零点带宽
数字信息--------------->码型---------->数字信息
5
数字基带信号的码型设计原则
⑴ 码型应不含有直流，且低频成分小，尽量减少高频分量以节约 频率资源减少串音；
(2)码型中应含有定时信息，便于提取定时信息；
(3)码型变换设备要简单； (4)编码应具有一定的检错能力； (5)编码方案应对信息类型没有任何限制； (6)低误码率繁殖；
H ( ) GT ( )C( )GR ( )
假定输入基带信号的基本脉冲为单位冲击δ(t)，这样发送 滤波器的输入信号可以表示为
d (t )
k
a (t kT )
k b
图 6 – 6 基带传输系统简化图
38
其中ak 是第k个码元，对于二进制数字信号，ak 的取值为0、 1(单极性信号)或-1、+1(双极性信号)。
(7) 高的编码效率；
6
7
8
1.单极性非归零（NRZ）码 单极性：1---高电平；0---0电平，码元持续期间电平不变 非归零：NRZ (nor-return to zero) 有直流且有固定0电平，多用于终端设备或近距离传输 （线路板内或线路板间）；
特点：发送能量大，有利于提高收端信噪比；信道上占 用频带窄；有直流分量，导致信号失真；不能直接提取 位同步信息；判决门限不能稳定在最佳电平上，抗噪声 性能差；需一端接地。
通信原理知识点归纳
第一章1.通信—按照传统的理解就是信息的传输。
2.通信的目的：传递消息中所包含的信息。
3.信息：是消息中包含的有效内容。
4.通信系统模型：5.通信系统分为：模拟通信系统模型和数字通信系统模型。
6.数字通信的特点：（1）优点：抗干扰能力强，且噪声不积累传输差错可控便于处理、变换、存储便于将来自不同信源的信号综合到一起传输易于集成，使通信设备微型化，重量轻易于加密处理，且保密性好便于将来自不同信源的信号综合到一起传输（2）缺点：需要较大的传输带宽对同步要求高7.通信方式（信号的传输方式）（1）单工、半双工和全双工通信（A）单工通信：消息只能单方向传输的工作方式（B）半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时收发的工作方式（C）全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方式(2)并行传输和串行传输（A）并行传输：将代表信息的数字信号码元序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输优点：节省传输时间，速度快：不需要字符同步措施缺点：需要n 条通信线路，成本高（B）串行传输：将数字信号码元序列以串行方式一个码元接一个码元地在一条信道上传输优点：只需一条通信信道，节省线路铺设费用缺点：速度慢，需要外加码组或字符同步措施8.则P(x) 和I 之间应该有如下关系：I 是P(x) 的函数：I ＝I [P(x)]P(x) ，I ；P(x) ，I ；P(x) = 1时，I＝ 0；P(x) = 0时，I＝；9.通信系统的主要性能指标：有效性和可靠性码元传输速率R B：定义为单位时间（每秒）传送码元的数目，单位为波特（Baud），简记为B。
式中T －码元的持续时间（秒）误码率是指错误接收的码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切的说，误码率是指码元在传输系统中被传错的概率。
第四章1.信道连接发送端和接收端的通信设备，其功能是将信号发送端传送到接收端。
2.信道分类：无线信道－电磁波（含光波）有线信道－电线、光纤3.有线信道：明线，对称电缆，同轴电缆4.由于信道中的噪声是叠加在信号上的，而且无论有无信号，噪声是始终存在的，因此通常称它为加性噪声或加性干扰5.因k (t )随t 变，故信道称为时变信道。
通信原理简答题及答案
通信原理简答题及答案第一章绪论1-2 何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量值仅可能取有限个值。
模拟信号：电信号的参量取值连续。
两者的根本区别是携带信号的参量是连续取值还是离散取值。
1-3何谓数字通信？数字通信偶哪些优缺点？答：利用数字信号来传输信息的通信系统为数字通信系统。
优点：抗干扰能力强，无噪声积累传输差错可控；便于现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、储存；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。
缺点：一般需要较大的传输带宽；系统设备较复杂。
1-4 数字通信系统的一般模型中各组成部分的主要功能是什么？答：信源编码：提高信息传输的有效性（通过数字压缩技术降低码速率），完成A/D转换。
信道编码/译码：增强数字信号的抗干扰能力。
加密与解密：认为扰乱数字序列，加上密码。
数字调制与解调：把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。
同步：使收发两端的信号在时间上保持步调一致。
1-5 按调制方式，通信系统如何分类？答：基带传输系统和带通传输系统。
1-6 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：模拟通信系统和数字通信系统。
1-7 按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？答：FDM,TDM,CDM。
1-8 单工、半双工及全双工通信方式是按什么标准分类的？解释他们的工作方式。
答：按照消息传递的方向与时间关系分类。
单工通信：消息只能单向传输。
半双工：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。
全双工通信：通信双方可以同时收发消息。
1-9 按数字信号码元的排列顺序可分为哪两种通信方式？他们的适用场合及特点？答：分为并行传输和串行传输方式。
并行传输一般用于设备之间的近距离通信，如计算机和打印机之间的数据传输。
串行传输使用与远距离数据的传输。
1-10 通信系统的主要性能指标是什么？答：有效性和可靠性。
1-11 衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：有效性：传输速率，频带利用率。
通信原理名词解释
模拟信号：指代表消息的信号参量随消息连续变化的信号。
信号参量连续，时间上无限制。
数字信号：时间上和幅度上都离散的信号数字通信】把需要传送的原始信号变成一系列数字脉冲（最常用的是二进制编码）来传输的通信方式.特点是传递离散的（不连续的）数字脉冲. 优点：1、由于在传输过程中只需识别脉冲的有无，故抗干扰能力强；2、由于在传输过程中可通过再生中继器将失真了的脉冲再生为完整的脉冲，故失真不致沿线积累，传输距离远；3、各种不同形式的信号，如电话、传真、电视等，都化成数字脉冲传输，有利于组成统一的通信网和提高传输质量，并便于保密；4、由于大量采用逻辑电路，便于集成电路化；也易于利用现代固体器件及计算技术的成果。
目前世界上大多数国家都在采用数字通信。
解调：是调制的逆过程，作用是将已调信号汇总的调制信号恢复出来。
基带信号：把反映原始消息的电信号频带信号：即已调信号，经过调制的信号调制：让基代信号F （t）去控制载波参数的过程。
线路传输码型：有线信道中传输的数字基带信号码型编码：把数字信息表示为电脉冲的过程码型译码：由码型还原为数字信息的过程位同步：把在收端产生与接收码的重复频率和相位一致的定时脉冲序列的过程称为码元同步。
方法：插入导频法（外同步法）和自同步法（内同步法）帧同步：接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始与终止。
为了解决帧同步中开头和结尾的时刻常采用：帧标记同步法和自同步法。
插入特殊码组实现帧同步的方法有;集中插入方式和分散插入方式。
网同步：为了保证通信网各点之间可靠的进行数字通信，必须在网内建立一个统一的时间标准差错控制：差错编码的基本思想是在被传输信息中增加一些冗余码，利用附加码元和信息码元之间的约束关系加以校验，以检测和纠正错误，增加冗余码的个数可增加纠检错能力。
频分复用？什么叫时分复用？答：将不同信号调制在不同的频率上传输来实现信道复用的方试叫频分复用；将信号经过离散化后在不同的时间段上来传输不同的信号以实现信道复用的方试叫频分复用最佳基带系统：即无码间干扰由满足最加接收条件的数字基带传输系统称做最佳基带系统物理层：通过物理媒体传输位流，处理与物理媒体有关的细节网络接入层：到实际网络硬件的逻辑接口，提供可靠交付网际层：为高层屏蔽物理网络的配置细节；提供路由选择运输层：在端点之间传送数据应用层：为用户提供TCP/IP环境接入，同时也提供分布式的信息服务均匀量化：把输入信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化串行传输：数据流的各个比特是一位挨着一位的在一条信道上传输。
通信原理填空
1、通信的目的：克服距离上的障碍，迅速而准确的传递信息。
2、通信方式：单工、半双工和全双工通信。
3、离散信源的平均信息量是利用平均信息量的概念来计算，平均信息量是指每个符号所含信息量的统计平均值。
N 个符号的离散信源的平均信息量：21()()log ()N i i i H x P x P x ==-å4、当1=i P x M（）(每个符号独立分布等概率独立出现)时，信源的熵有最大值。
5、消息出现的可能性越小，则此消息携带的信息就越大。
6、信道容量 － 指信道能够传输的最大平均信息速率。
单位是（bit/s ）,信道分为连续信道和离散信道。
7、连续信道容量 ，该公式说明：提高信号与噪声功率之比能增加信道容量；当噪声趋于0，信道容量趋于无穷，增加信道频带并不能无限制地使信道容量增大；信道容量一定时，带宽与信噪比之间可以互换。
传输符号的最大速率：2log Cr M =8、数字基带传输系统 －不经载波调制而直接传输数字基带信号的系统。
未经调制的数字信号所占据的频谱是从零频或很低频频率开始，称为数字基带信号。
9、无码间串扰的时域条件： 频域条件： 在无码间串扰时域条件的要求下，我们得到无码间串扰时的基带传输特性应满足：，上条件称为奈奎斯特(Nyquist)第一准则。
基带系统的总特性H (ω)凡是能符合此要求的，均能消除码间串扰。
10、眼图是指通过用示波器观察接收端的基带信号波形，从而估计和调整系统性能的一种方法。
接收二进制双极性波形时，在一个码元周期s T 内只能看到一只眼睛；若接收的是M 进制双极性波形，则在一个码元周期内可以看到纵向显示的（M-1）只眼睛。
11、数字调制：把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号）的过程。
数字带通传输系统：通常把包括调制和解调过程的数字传输系统。
基带传输与频带传输最主要的区别是：是否使用载波。
12、带通模拟信号所需最小抽样频率f s 等于： 13、为改善小信号时的信号量噪比，提高传输速率，在实际应用中常采用非均匀量化。
通信原理第5章数字基带传输系统
N
sT (t) sn (t)
n N
为了使频谱分析的物理概念清楚，推导过程简 化，将sT(t)分解成稳态波vT(t)和交变波uT(t)。
24
稳态波：是随机序列s(t)的统计平均分量，
取决于每个码元内出现g1(t)、 g2(t)的概率加 权平均，且每个码元统计平均波形相同，因
此可表示成：
13
2. 双极性不归零码波形（BNRZ）
脉冲的正、负电平分别对应于二进制代码1、0。
特点：当0、 1符号等概出现时无直流分量（幅度相 等、极性相反的双极性波形） 。 接收端判决电平为 0，不受信道特性变化的影响，抗干扰能力较强。双 极性波形有利于在信道中传输。
E
10
-E
14
3. 单极性归零波形（RZ）
f
s
Pg1(t) (1 P)g2 (t) e jms d
f s PG1(m s ) (1 P)G2 (ms )
28
式中
G1(ms ) g1(t)e jmstdt
G2 (ms ) g2 (t)e jmstdt
29
把得到的Cm代回v(t)表达式得
v(t) f s PG1(m s ) (1 P)G2 (m s )e jmst
代码
10
0
Ts
12
此波型不宜传输。因为：
1）有直流分量，一般信道难于传输零频附近的 频率分量。 2）收端判决门限电平与信号功率有关，受信道特 性变化影响，不方便。 3）不能直接用来提取位同步信号，因NRZ连0序 列中不含有位同步信号频率成分。 4）要求传输线路有直流传输能力，即有一根需要 接地。
此波形只适用于计算机内部或极近传输。
信道匹配， 便于传输，减小码间串扰，利于同步提取
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1,
an
0,
概率为 P 概率为1 P
则相应的2ASK信号就是OOK信号。
4
第7章数字带通传输系统
2ASK信号产生方法
➢ 模拟调制法（相乘器法）
二进制
不归零信号
e2 ASK (t)
乘法器
s(t)
➢ 键控法
cosct
cosct
开关电路
e2 ASK (t)
s(t)
6
第7章数字带通传输系统
2ASK信号解调方法
n
采用模拟调频电路来实现：信号在相邻码元之间的相位是连 续变化的。
采用键控法来实现：相邻码元之间的相位不一定连续。
即，2ASK信号的传输带宽是码元速率的两倍。
13
第7章数字带通传输系统
7.1.2 二进制频移键控（2FSK）
基本原理
表达式：在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1 和f2两个频率点间变化。故其表达式为
e2FSK
(t)
AAccooss((21tt
n ), n ),
发送“1”时 发送“0”时
d
1
0
0
1
t
8
第7章数字带通传输系统
功率谱密度
2ASK信号可以表示成
e2ASK (t) st cosct
式中 s(t) －二进制单极性随机矩形脉冲序列
设：Ps (f) － s(t)的功率谱密度
P2ASK (f) － 2ASK信号的功率谱密度
则由上式可得
P2ASK ( f )
1 4
Ps
(
f
fc ) Ps ( f
则2ASK信号的功率谱密度为
P2 ASK (
f
)
Ts 16
sin ( ( f
f fc )Ts fc )Ts
2
sin ( ( f
f fc )Ts fc )Ts
2
1 ( f
16
fc) ( f
fc )
其曲线如下图所示。 11
第7章数字带通传输系统
2ASK信号的功率谱密度示意图
P2ASK f
f
fc
fc -2fs fc fs fc fc fs fc 2fs
12
第7章数字带通传输系统
从以上分析及上图可以看出： ➢ 2ASK信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成；连续 谱取决于g(t)经线性调制后的双边带谱，而离散谱由载波 分量确定。 ➢ 2ASK信号的带宽是基带信号带宽的两倍，若只计谱的 主瓣（第一个谱零点位置），则有 B2 ASK 2 f s 式中 fs = 1/Ts
将其代入
P2ASK ( f )
1 4
Ps ( f
fc ) Ps ( f
fc )
得到
10
第7章数字带通传输系统
P2ASK
1 4
f s P(1 P)
G( f
fc) 2
G( f
fc) 2
1 4
f
2 s
(1
P)2
G(0) 2 ( f
fc) ( f
fc )
当概率P =1/2时，并考虑到
G( f ) TS Sa( f TS ) G(0) TS
m
式中 fs = 1/Ts
G(f) － 单个基带信号码元g(t)的频谱函数。
对于全占空矩形脉冲序列，根据矩形波形g(t)的频谱特点，对 于所有的m 0的整数，有
G(mf S
fs P(1 P) G( f
)2
f
2 s
(1
P)
2
G(0) 2 ( f )
1
0
1
1
0
1
1
0
1
t
t
t
振幅键控
频移键控
相移键控
数字调制可分为二进制调制和多进制调制。
2
第7章数字带通传输系统
7.1 二进制数字调制原理
7.1.1 二进制振幅键控(2ASK）
基本原理：
“通-断键控(OOK)”信号表达式
波形
eOOK
(t)
Acos
0，
c
t,
以概率P 发送“1”时 以概率1 P发送“0”时
14
第7章数字带通传输系统
典型波形：
1
0
1
0
(a)2FSK信号 t
（b) s1 t cos1t
t
(c) s2 t cos2t
1
t
由图可见，2FSK 信号的波形(a)可以分解为波形(b)和波形
（c），也就是说，一个2FSK信号可以看成是两个不同载
频的2ASK信号的叠加。因此，2FSK信号的时域表达式又
非相干解调(包络检波法)
e2 ASK (t)
带通
a
全波
滤波器
整流器
相干解调(同步检测法)
e2 ASK (t)
带通 滤波器
相乘器
b
低通
滤波器
低通 滤波器
c
抽样
判决器
定时 脉冲
d
输出
输出 抽样 判决器
c os ct
定时 脉冲
7
第7章数字带通传输系统
非相干解调过程的时间波形
1
0
0
1
a t
b t
c t
常可令其为零。因此，2FSK信号的表达式可简化为
e2FSK (t) s1 t cos1t s2 t cos2t
16
第7章数字带通传输系统
e2FSK (t) s1 t cos1t s2 t cos2t
式中 s1t an g(t nTs )
n
2FSK信号的产生方法
s2 t an g(t nTs )
通信原理
第7章数字带通传输系统
1
第7章数字带通传输系统
概述
数字调制：把数字基带信号变换为数字带通信号（已调信号） 的过程。
数字带通传输系统：通常把包括调制和解调过程的数字传输 系统。
数字调制技术有两种方法：
利用模拟调制的方法去实现数字式调制；
通过开关键控载波，通常称为键控法。
基本键控方式：振幅键控、频移键控、相移键控
fc )
由上式可见，2ASK信号的功率谱是基带信号功率谱Ps (f)
的线性搬移（属线性调制）。
知道了Ps (f)即可确定P2ASK (f) 。
9
第7章数字带通传输系统
由6.1.2节知，单极性的随机脉冲序列功率谱的一般表达式为
Ps ( f ) fs P(1 P) G( f ) 2 fs (1 P)G(mf s ) 2 ( f mf s )
1
0
0
1
st
Ts
t
载波 t
2ASK
t
3
第7章数字带通传输系统
2ASK信号的一般表达式
e2ASK (t) st cosct
其中 s(t) an g(t nTs )
n
Ts － 码元持续时间；
g(t) － 持续时间为Ts的基带脉冲波形，通常假设是高 度为1，宽度等于Ts的矩形脉冲；
an － 第N个符号的电平取值，若取
可写成
15
第7章数字带通传输系统
e2FSK
(t)
n
an
g
(t
nTs
)
c
os(1t
n
)
n
an g(t nTs ) cos(2t n )
式中 g(t) － 单个矩形脉冲，
Ts － 脉冲持续时间；
1,
an
0,
概率为 P 概率为1 P
1, 概率为1 P
an
0,
概率为 P
n和n分别是第n个信号码元（1或0）的初始相位，通