通信原理第四章 模拟通信系统(2)
[理学]通信原理第4章北邮_OK
![[理学]通信原理第4章北邮_OK](https://img.taocdn.com/s3/m/e1f8b32033d4b14e84246867.png)
线性对应关系的频谱成分。如FM、FSK等。本章主要研究各 种模拟调制的产生、波形和频谱、调制与解调原理以及系统 的抗干扰性能。
10
4.2线性调制的原理
4.2.1幅度调制（AM） 1、AM信号的产生 幅度调制（AM）是指用调制信号去 控制高频载波的幅度，使其随调制信 号呈线性变化的过程。AM信号的数学 模型如图4.2所示。
11
图中，m(t)为基带信号，它可以是确知 信号，也可以是随机信号，但通常认为 平均值为0。载波为:
C(t) A0 cos(ct) （4.2. 1）
上式中， A0为载波振幅， 为c载波角频 率，载波的初始相位 设为0 0。
12
图4.2 AM信号的数学模型
13
由图4.2可得AM的时域表达式为
SAM (t) [A0 m(t)]cos(ct) （4.2.2）
14
2、调制信号为确知信号时AM信号的频谱 特性
虽然实际模拟基带信号m(t)是随机的，但我们 还是从简单入手，先考虑m(t)是确知信号时AM 信号的傅氏频谱，然后再分析m(t)是随机信号 时调幅信号的功率谱密度。
由式（4.2.2）可知
SAM (t) [A0 m(t)]cosct
A0 cosct m(t) cosct
号为确知信号和随机信号两种情况下， 分别求
31
出的已调信号功率表达式是相同的。考虑 到本章模拟通信系统的抗噪声能力是由信 号平均功率和噪声平均功率之比（信噪比） 来度量。因此，为了后面分析问题的简便， 我们均假设调制信号（基带信号）为确知 信号。
32
4.2.2 双边带调制（DSB）
《通信原理》第04章模拟信号的数字化精品PPT课件
t
…
t
…
t
S(f)
( f ) Sk ( f ) Sˆ( f )
f
…
f
…
f
t
f
7
4.2.1 低通模拟信号的抽样
频谱混叠
S(f)
spectrum aliasing
f ( f )
f
Sk ( f )
…
…
f
8
4.2.1 低通模拟信号的抽样
ideal lowpass filter
抽样信号恢复低通滤波器
s(t)
s(t)
t
t
δT (t)
c (t)
t
t
sk(t)
sk(t)
t
t
3
4.2.1 低通模拟信号的抽样
band-limited signal
低通抽样定理 一个带宽有限信号 s (t) 的最高频率为 fH ，若
抽样频率 fs ≥ 2 fH ，则可以由抽样信号序列 sk (t) 无 失真地恢复原始信号 s (t) 。 说明
抽样频率与信号频率的关系曲线
fs 4B
3B
2B
B
O
B 2B 3B 4B 5B 6B
fL
15
4.2.2 带通模拟信号的抽样
带通抽样的频谱
fH = 4 kHz fL = 3 kHz B = 1 kHz
fs = 2 kHz
S(f)
−4B
0
4B
Sk( f )
bandpass sampling
f
−4fs −3fs −2fs −fs O fs 2fs 3fs 4fs
领域也有广泛应用
pulse amplitude modulation (PAM)
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
通信原理第四章习题及其答案
第四章（数字基带传输系统）习题及其答案【题4－1】设二进制符号序列为，试以矩形脉冲为例，分别画出相应的单极性码型，双极性码波形，单极性归零码波形，双极性归零码波形，二进制差分码波形。
【答案4－1】【题4－2】设随机二机制序列中的0和1分别由()g t 和()g t -组成，其出现概率分别为p 和(1)p -：1）求其功率谱密度及功率；2）若()g t 为图（a ）所示的波形，s T 为码元宽度，问该序列存在离散分量1s f T =否？3）若()g t 改为图（b ）所示的波形，问该序列存在离散分量1s f T =否？【答案4－2】1）随机二进制序列的双边功率谱密度为221212()(1)()()[()(1)()]()s s s s s s m P f P P G f G f f PG mf P G mf f mf ωδ∞-∞=--++--∑由于12()()()g t g t g t =-=可得：2222()4(1)()(12)()()s s ss s m P f P P G f f P G mf f mf ωδ∞=-∞=-+--∑式中：()G f 是()g t 的频谱函数。
在功率谱密度()s P ω中，第一部分是其连续谱成分，第二部分是其离散谱成分。
随机二进制序列的功率为222222221()2 [4(1)()(12)()()] 4(1)()(12)()() 4(1)()(12)()s s s s s m s s s s m s ss m S P d f P P G f f P G mf f mf df f P P G f df f P G mf f mf dff P P G f df f P G mf ωωπδδ∞∞∞∞∞=-∞∞∞∞∞∞=-∞∞∞∞=-∞==-+--=-+--=-+-⎰∑⎰∑⎰⎰∑⎰－－－－－2）当基带脉冲波形()g t 为1 (){20 else sTt g t t ≤=()g t 的付式变换()G f 为()()s s G f T Sa T f π=因此sin ()()0s s s s sG f T Sa T f T πππ===式中：1s s f T =。
通信原理-第六版-课后答案
思考题第一章1-2 数字通信有那些特点答：第一，数字传输抗干扰能力强，尤其在中继时，数字信号可以再生而消除噪声的积累；第二，传输差错可以控制，从而改善了传输质量；第三，便于使用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理；第四，数字信息易于做高保密性的加密处理；第五，数字通信可以综合传递各种消息，使通信系统功能增强。
1-3 按消息的物理特征，通信系统如何分类答：根据消息的特征不同，通信系统可以分为：第一：电报通信系统；第二：电话通信系统；第三：数据通信系统；第四：图像通信系统。
1-4 按调制方式，通信系统如何分类答：按调制方式，通信系统可以分为：基带传输和频带传输。
1-5 按传输信号的特征，通信系统如何分类答：按传输信号的特征，通信系统可以分为：模拟通信系统和数字通信系统。
1-6 按传送信号的复用方式，通信系统如何分类答：按传送信号的复用方式，通信系统可以分为：频分复用，时分复用和码分复用。
1-7 通信方式是如何确定的答：通信方式是根据消息的传送方向与时间关系确定的。
1-8 通信系统的主要性能指标是什么答：通信系统的主要性能指标是：传输速率和差错率。
1-9 什么是误码率什么是误信率它们之间的关系如何答：所谓误码率，是指错误接收的码元数在传送总码元数中所占的比例，或者更确切起的说，误码率即是码元在传输系统中被传错的概率。
所谓误信率，又称误比特率，是指错误接收的信息量在传送信息总量中所占的比例，或者更确切地说，它是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。
二者之间的关系：它们都是表示差错率的。
1-10什么是码元速率什么是信息速率它们之间的关系如何答：码元速率是指每秒钟传送码元的数目，单位为“波特“，常用符号“B”表示。
信息速率是指每秒钟传递的信息量，单位是比特/秒。
二者之间的关系：在二进制下，二者在数值上相等，只是单位不同；在N进制下，设信息速率为Rb(bit/s),码元速率为Rbn(B),则有：Rb=Rbn*log2N(bit/s)1-12 什么是信源符号的信息量什么是离散信源的信息熵答：信源符号的信息量是它出现的概率P(x)的函数。
通信原理-第六版-课后答案
思考题第一章1-2 数字通信有那些特点答：第一，数字传输抗干扰能力强，尤其在中继时，数字信号可以再生而消除噪声的积累；第二，传输差错可以控制，从而改善了传输质量；第三，便于使用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理；第四，数字信息易于做高保密性的加密处理；第五，数字通信可以综合传递各种消息，使通信系统功能增强。
1-3 按消息的物理特征，通信系统如何分类？答：根据消息的特征不同，通信系统可以分为：第一：电报通信系统；第二：电话通信系统；第三：数据通信系统；第四：图像通信系统。
1-4 按调制方式，通信系统如何分类？答：按调制方式，通信系统可以分为：基带传输和频带传输。
1-5 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：按传输信号的特征，通信系统可以分为：模拟通信系统和数字通信系统。
1-6 按传送信号的复用方式，通信系统如何分类？答：按传送信号的复用方式，通信系统可以分为：频分复用，时分复用和码分复用。
1-7 通信方式是如何确定的？答：通信方式是根据消息的传送方向与时间关系确定的。
1-8 通信系统的主要性能指标是什么？答：通信系统的主要性能指标是：传输速率和差错率。
1-9 什么是误码率？什么是误信率？它们之间的关系如何？答：所谓误码率，是指错误接收的码元数在传送总码元数中所占的比例，或者更确切起的说，误码率即是码元在传输系统中被传错的概率。
所谓误信率，又称误比特率，是指错误接收的信息量在传送信息总量中所占的比例，或者更确切地说，它是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。
二者之间的关系：它们都是表示差错率的。
1-10什么是码元速率？什么是信息速率? 它们之间的关系如何？答：码元速率是指每秒钟传送码元的数目，单位为“波特“，常用符号“B”表示。
信息速率是指每秒钟传递的信息量，单位是比特/秒。
二者之间的关系：在二进制下，二者在数值上相等，只是单位不同；在N进制下，设信息速率为Rb(bit/s),码元速率为Rbn(B),则有：Rb=Rbn*log2N(bit/s)1-12 什么是信源符号的信息量？什么是离散信源的信息熵？答：信源符号的信息量是它出现的概率P(x)的函数。
通信原理练习题
通信原理练习题LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】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。
通信原理第四章.
如果想用频域滤波的方法从抽样后的信号频 谱中取出原来信号的频谱（也就是恢复原信号）
这就要求以ws 为周期重复的各个F(w)相互间 不能重叠。
0 fh fs-fh fs
nfs fh fs (n 1) fh 即满足以下条件：
fs 2 fh
（4.1-5）
此时用一个低通滤波器就可取出原信号频谱， 也就是恢复原信号。
S1
cos(40T 10.8
)
\
COS(1.6
)
\
S2
COS ( 60T 100
2 )
0
\
COS(1.2
)
\
COS (2.4
)
\
•T=0、1、2、……..
•比较两组数据，可以看出它们是完全相等 的，可以用图形表示如下：
60Hz
40Hz
4.1.1 低通信号理想抽样定理
用抽样脉冲串与(t)相乘：
抽样后的信号fs(t)可表示为
fs (t) f (t)T (t) f (t) (t nTs ) n
f (nTs ) (t nTs ) (4.1-3) n
根据傅立叶变换的性质，时域相乘等于频域 卷积，
所以抽样后的信号频谱可表示为：
Fs(w)
低通
F(w)
此规律是由Nyquist首先发现的,称为Nyquist 准则， fs=2fh时的取样频率称为Nyquist速率。
4.1.2 自然抽样
1、定义 若抽样过程不是用理想冲激序列，而是用
宽度为秒、幅度为A、重复周期为Ts秒的矩形
脉冲序列p(t)与信号f(t)相乘积来完成，称这
种抽样为自然抽样 。
通信原理-04模拟调制
B fm
－ c
O
c
SSB信号的频谱
4.2.3单边带调制SSB-相移法
单边带SSB频域表示
当调制信号f(t)＝Amcosωmt时
sDSB (t) Am cosmt cosct
1 2
Am
cos(c
m
)t
1 2
Am
cos(c
m
)t
上边频
下边频
sHSB (t)
1 2
SDSB(t)=f(t)cosωct DSB信号的频域表示
SDSB(f)=[F(f+fc)+F(f-fc)]/2
4.2.2抑制载波双边带调制系统-调制过程
cos0t O
f(t) O
sDSB(t) O
t
t
t 载波反相点
-c
O
c
F()
-H O H
SDSB()
2m
-c
O
c
B 2fm
sDSB (t)
sVSB (t)
×
HVSB ( )
DSB信号的频谱
Sm(f)
V
cos c t
-fc
S B
图3-14 V残S留B信边号带的滤波法产生
滤波器
调 制
-fc VSB信号的频谱
解 调
fm
B
2
fm
实 现
相干解调
-fc
过
-fc
程
解调后信
号的频谱
0
fc
H(f)
SVSB(f) fc
fc
f0(f) fc
2 A0
通信原理粟向军答案(第1、2、4章)
其中H(ω)为信道的传输函数。由该式可知，信道的幅频特性和群迟
延特性都必须恒定不变，才能做到无失真传输。
1-22 某恒参信道的频率特性为 H ( w) = (1 +cos wT0 ) e- jwtd ，其中T0和td都 是常数，写出信号s(t)通过该信道后的输出信号表达式,并讨论其失真情况。
1-25 设某随参信道的两径时延差t = 1ms ，试确定该信道在哪些频率上 传输最有利，在哪些频率上信道无信号输出。
1-1 简述消息、信息、信号三个概念之间的联系与区别。 答：（一）区别：
消息(Message)是包含具体内容的文字、符号、数据、语音、图片、 图象等等，是信息的具体表现形式，也是特定的信息。信息(Information) 是消息的统称，是消息的概括和抽象，可理解为消息中包含的有意义的 内容，它用信息量来衡量。信号(Signal)是搭载或反映信息的载体，通常 以某种客观物理量（电压、电流）表现出来。
I (t ) i (t ) cos i (t )
n
同相分量 正交分量
Hale Waihona Puke 其中 Q (t ) i (t ) sin i (t )
i 1
i 1 n
2 2 ( t ) ( t ) 多径信号合成包络： I Q (t )
Q (t ) 多径信号合成相位： (t ) arctan I (t )
平均码元速率为： 198.5 / 2 99.25( Bd )
比特/符号
1-32某信源发送5个相互独立的符号，其概率场为
(1) 求该信源的熵。(2) 若信源以1000Bd的速率传送消息，求半小时内传送的 信息量。(3)求系统最大可能的信息速率，发生的条件是什么？