(通信原理)

信息:消息的内涵。对于接受者来讲就是，消息中的不确定度，不确定越多包含的信息量越大。 消息：信息的物理表现形式（比如：符号，文字都是消息） 信号：消息的传输载体。（比如：电信号、光信号、语音信号等具有传播的特性）

数 信源和信宿可以是模拟的，也可以是数字的 信源编码的两个基本的功能：1。模数转换；2.将数字信号进行压缩，减小冗余度，提高有效性 信道编码的功能：发送端增加保护成分，组成抗干扰码，接收端进行信道译码，从而发现错误，提高系统可靠性 加密解密：提高系统的安全性 调制：是信号适应信道 同步是该数字通信系统所必须的。

数字通信系统：*有效性和可靠性 有效性指标：频带利用率（单位带宽的传输速率） 可靠性指标：差错率（分为两个，误信率和误码率） 模拟通信系统：有效性和可靠性 有效性：用所传信号的有效传输带宽来表征，越小越有效。 可靠性：输出信噪比(仅考虑加性干扰)：接收端输出的信号平均功率与噪声平均功率之比

优点：

缺点：

傅里叶变换是用于分析非周期信号的重要工具，它可以用于描述非周期信号的频率普密度。 傅里叶变换的性质深刻的揭示了信号在时间域到频域变化时发生了何种变换。如（傅里叶变换的尺度性质，频域卷积定理、时域卷积定理）

均值：n个样本的函数的摆动中心 方差：随机过程在t时刻相对于均值的偏离程度 相关函数：两个随机过程的相关程度

狭义平稳：随机过程与时间的起点无关 广义平稳：随机过程的均值为常数，相关函数仅仅只与时间间隔相关 各态历经：随机·过程的任意一个样本都经历了随机过程所有可能的状态

窄带条件：

加性噪声：叠加在信号上的一种噪声，通常记为n(t)，而且无论有无信号，噪声n(t)都是始终存在的。因此通常称它为加性噪声或者加性干扰 白噪声——它的功率谱密度均匀分布在整个频率范围内 如果白噪声又是高斯分布的，我们就称之为高斯白噪声。

小信噪比时，相当于只有窄带高斯噪声，它接近于瑞利分布；大信噪比时，它接近于高斯分布；在一般情况下才是莱斯分布。 相位不在服从均匀分布。

分类：随参信道和恒参信道。

随参信道：信道特性随机变化的信道称为随机参量信道，简称随参信道。举例：双绞线、同轴电缆、光纤、微波中继、卫星中继 恒参信道：信道特性基本上不随时间变化，或变化极慢极小。又称为恒定参量信道。随参信道举例：陆地移动信道、短波电离层反射信道、超短波流星余迹散射信道

码间串扰：在传输数字信号时，波形畸变可引起相邻码元波形之间发生部分重叠，造成码间串扰。

多径效应：信号经过几条路径到达接收端，而且每条路径的长度（时延）和衰减都随时间而变，即存在多径传播现象。 造成的后果：

定义：指信道能够传输的最大平均信息速率 结论： 增大信号功率S可以增加信道容量C，若信号功率趋于无穷大，则信道容量也趋于无穷大。 减小噪声功率N可以增加信道容量，若噪声功率趋于零，则信道容量趋于无穷大。 增大信道带宽B可以增加信道容量，但不能使信道容量无限制增大最多为1.44倍的信噪比。

调制 － 把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。 （1）提高无线通信时的天线辐射效率。 （2）把多个基带信号分别搬移到不同的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。 （3）扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换。

角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。

有AM、DSB（抑制载波双边带调制）、SSB（抑制载波单边带调制）、VSB（抑制载波残留边带调制）几种方式 包络检波方式解调：AM 相干解调方式解调：AM、DSB、SSB、VSB 且SSB所需带宽是DSB以及AM的一半

有NBFM、WBFM两种 1.直接法：用调制信号直接控制振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性变化。 振荡频率由外部电压控制的振荡器叫做压控振荡器（VCO）每个压控振荡器自身就是一个FM调制器，因为它的振荡频率正比于输入控制电压。主要优点是在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏。缺点是频率稳定度不高。 2.间接法：先对调制信号积分后对载波进行相位调制，从而产生窄带调频信号(NBFM)。然后，利用倍频器把NBFM变换成宽带调频信号(WBFM)。间接法的优点是频率稳定度好。缺点是需要多次倍频和混频，因此电路较复杂。

结论： 1.WBFM抗噪声性能最好，DSB、SSB、VSB抗噪声性能次之，AM抗噪声性能最差。NBFM和AM的性能接近。 2.AM调制的优点是接收设备简单；缺点是功率利用率低，抗干扰能力差。 3.DSB调制的优点是功率利用率高，但带宽与AM相同， 接收要求同步解调，设备较复杂。 4.SSB调制的优点是功率利用率和频带利用率都较高，抗干扰能力和抗选择性衰落能力均优于AM, 而带宽只有AM的一半； 缺点是发送和接收设备都复杂。 5.VSB调制的诀窍在于部分抑制了发送边带， 同时又利用平缓滚降滤波器补偿了被抑制部分。 VSB的性能与SSB相当。 6.FM波的幅度恒定不变， 这使它对非线性器件不甚敏感， 给FM带来了抗快衰落能力。宽带FM的缺点是频带利用率低，存在门限效应，因此在接收信号弱，干扰大的情况下宜采用窄带FM，窄带FM采用相干解调时不存在。

（1）不含直流，且低频分量尽量少； （2）应含有丰富的定时信息，以便于从接收码流中提取定时信号； （3）功率谱主瓣宽度窄，以节省传输频带； （4）不受信息源统计特性的影响，即能适应于信息源的变化； （5）具有内在的检错能力，即码型应具有一定规律性，以便利用这一规律性进行宏观监测。 （6）编译码简单，以降低通信延时和成本。

AMI码：全称传号交替反转码；编码规则：将消息码的“1”(传号)交替地变换为“+1”和“-1”，而“0”(空号)保持不变。 AMI码的优点：没有直流成分，且高、低频分量少，编译码电路简单，且可利用传号极性交替这一规律观察误码情况 AMI码的缺点：当原信码出现长连“0”串时，信号的电平长时间不跳变，造成提取定时信号的困难。 HDB3码：全称3阶高密度双极性码：它是AMI码的一种改进型，改进目的是为了保持AMI码的优点而克服其缺点，使连“0”个数不超过3个。

观察眼图的方法是: 用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端, 调整示波器水平扫描周期, 使其与接收码元的周期同步

1.最佳抽样时刻应是“眼睛”张开最大的时刻； 2.眼图斜边的斜率决定了系统对抽样定时误差的灵敏程度： 斜率越大， 对定时误差越灵敏； 3.图的阴影区的垂直高度表示信号的畸变范围； 4.图中央的横轴位置对应于判决门限电平； 5.抽样时刻上, 上下两阴影区的间隔距离之半为噪声的容限, 噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决 6.图中倾斜阴影带与横轴相交的区间表示了接收波形零点位置的变化范围， 即过零点畸变，它对于利用信号零交点的平均位置来提取定时信息的接收系统有很大影响。

包含时域均衡和频域均衡 时域均衡：将均衡器输入端的有码间串扰的波形变化成无码间串扰的波形。（横向滤波器是一种时域均衡器） 频域均衡：从频域上矫正信道或系统的频域特性，使包括均衡器在内的基带系统的总特性满足奈奎斯特采样准则。 均衡效果的衡量：峰值失真准则、均方失真准则

在抗加性高斯白噪声方面，相干2PSK性能最好，2PSK其次，2ASK最差； 对信道特性变化的敏感性 如果抗噪声性能是最主要的：则考虑相干2PSK和2DPSK，而2ASK最不可取； 如果要求较高的频带利用率：则应选择相干2PSK、2DPSK及2ASK，而2FSK最不可取； 如果要求较高的功率利用率：则应选择相干2PSK和2DPSK，而2ASK最不可取； 若传输信道是随参信道：则2FSK具有更好的适应能力； 若从设备复杂程度考虑：则非相干方式比相干方式更适宜。

最常采用的最佳准则是输出信噪比最大准则和差错概率最小准则。

通常对最佳线性滤波器的设计有两种准则： 一种是使滤波器输出的信号波形与发送信号波形之间的均方误差最小，由此而导出的最佳线性滤波器称为维纳滤波器； 另一种是使滤波器输出信噪比在某一特定时刻达到最大，由此而导出的最佳线性滤波器称为匹配滤波器。 一、匹配滤波器 匹配滤波器的传输函数和输入信号有关，信号不同，则匹配滤波器也不同。 匹配滤波器的输出信号和输入信号之间有严重的波形失真，因此只能用于数字信号的接收，不能用于模拟信号的接收和滤波。 二、最小差错概率接收准则 在加性高斯白噪声条件下，似然比准则和最小差错概率准则是等价的。 在最小差错概率准则下，相关器形式的最佳接收机与匹配滤波器形式的最佳接收机是等价的。无论是相关器还是匹配滤波器形式的最佳接收机它们的比较器都是在t=T时刻才作出判决，也即在码元结束时刻才能给出最佳判决结果。

脉冲调制就是以时间上离散的脉冲串作为载波，用模拟基带信号m(t)去控制脉冲串的某参数，使其按m(t)的规律变化。 按基带信号改变脉冲参量的不同，把脉冲调制又分为:脉幅调制(PAM)、脉宽调制(PDM)、脉位调制(PPM)

用冲激脉冲序列进行抽样是一种理想抽样的情况， 是不可能实现的。因此，在实际中通常采用脉冲宽度相对于抽样周期很窄的窄脉冲序列近似代替冲激脉冲序列（实际抽样），从而实现脉冲振幅调制。分为：自然抽样的脉冲调幅、平顶抽样的脉冲调幅

PCM信号的形成是模拟信号经过“抽样、量化、编码”三个步骤实现的。

1.量化：对模拟抽样值的量化过程会产生误差,称为量化误差,通常用均方误差来度量。由于这种误差的影响相当于干扰或噪声,故又称其为量化噪声。分为：均匀量化、非均匀量化 ①均匀量化：量化信噪比随量化电平数M的增加而提高，信号的逼真度越好。 均匀量化的不足：量化信噪比随信号电平的减小而下降。产生这一现象的原因是均匀量化的量化间隔 为固定值，量化噪声功率固定不变，这样，小信号时的量化信噪比就难以达到给定的要求。 ②非均匀量化：实现非均匀量化的方法之一是把输入量化器的信号x先进行压缩处理，再把压缩的信号y进行均匀量化。所谓压缩器就是一个非线性变换电路，微弱的信号被放大，强的信号被压缩。大多数采用对数压缩：u律、A律。 压扩后使得输入信号量化信噪比的动态范围变大。

2.编码和译码：把量化后的信号电平值变换成二进制码组的过程称为编码 自然二进码、格雷码、折叠二进制码等等 其中折叠二进制码一般包括三部分：其中第1位码称为极性码，第2至第4位码为段落码，第5至第8位码为段内码。

编码器原理：除第一位极性码外，其他7位二进制代码是通过类似天平称重物的过程来逐次比较确定的。 译码器原理：译码的作用是把收到的PCM信号还原成相应的PAM样值信号，即进行D/A变换。译码器与逐次比较型编码器中的本地译码器基本相同，所不同的是增加了极性控制部分和带有寄存读出的7/12位码变换电路。

3.最后对于PCM可以改进成为DPCM，利用样值差进行编码。由于相邻样值的差值比样值本身小，可以用较少的比特数表示差值。可以在量化台阶不变的情况下（即量化噪声不变），编码位数显著减少，信号带宽大大压缩。

在PCM中，代码表示样值本身的大小，所需码位数较多，导致编译码设备复杂；而在ΔM 中，它只用一位编码表示相邻样值的相对大小，从而反映抽样时刻波形的变化趋势，而与样值本身的大小无关。 ΔM与PCM编码方式相比具有编译码设备简单，低比特率时的量化信噪比高，抗误码特性 好等优点。 存在的问题：当输入模拟信号m(t)斜率陡变时，本地译码器输出信号m’(t)跟不上信号m(t)的变化。M(t)与m’(t)之间的误差明显增大，引起译码后信号的严重失真，这种现象叫过载现象

同步的作用分为：载波同步、位同步、群同步、网同步

载波同步是指在相干解调时，接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波。 位同步又称码元同步。在数字通信系统中，任何消息都是通过一连串码元序列传送的，所以接收时需要知道每个码元的起止时刻，以便在恰当的时刻进行取样判决。 群同步包含字同步、句同步、分路同步，它有时也称帧同步。 在数字通信中，信息流是用若干码元组成一个“字”， 又用若干个“字”组成“句”。 为了保证通信网内各用户之间可靠地通信和数据交换，全网必须有一个统一的时间标准时钟，这就是网同步的问题。 按照获取和传输同步信息方式的不同，又可分为外同步法、自同步法

外同步法——由发送端发送专门的同步信息（常被称为导频），接收端把这个导频提取出来作为同步信号的方法 自同步法——发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到的信号中提取同步信息的方法

直接法（自同步法）这种方法是设法从接收信号中提取同步载波。 有些信号，如DSB-SC、PSK等，它们虽然本身不直接含有载波分量，但经过某种非线性变换后，将具有载波的谐波分量，因而可从中提取出载波分量来。有：平方变换法、平方环法。

接收端将该信号经过非线性变换——平方律器件后得到若用一窄带滤波器将频率分量 滤出，再进行二分频，就可获得所需的相干载波 同相正交环法又叫科斯塔斯（Costas）环。压控振荡器（VCO）提供两路互为正交的载波，与输入接收信号分别在同相和正交两个鉴相器中进行鉴相，经低通滤波之后的输出均含调制信号。 Costas环与平方环相比，虽然在电路上要复杂一些，但它的工作频率即为载波频率，而平方环的工作频率是载波频率的两倍，显然当载波频率很高时，工作频率较低的Costas环易于实现； 当环路正常锁定后，Costas环可直接获得解调输出，而平方环则没有这种功能。

外同步法之插入导频法

在已调信号频谱中额外插入一个低功率的线谱，以便接收端作为载波同步信号加以恢复，此线谱对应的正弦波称为导频信号。 插入导频应注意：在已调信号频谱中的零点插入导频，且要求其附近的信号频谱分量尽量小；导频的插入不应超出信号频谱的范围（主瓣），以避免增加带宽；一般在载频处插入，使用正交载波（相移90度）。

伪随机序列也叫伪随机噪声，是具有类似随机噪声的统计特性，有能重复产生。既有随机噪声的优点，同时有避免了随机噪声的缺点。 m序列：最长线性反馈移位寄存器序列的简称。它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的序列。