通信原理(复习)

news/2024/7/4 0:49:28

好久没有看通原,还是有些忘了。通原作为本专业的基石,出现的几率概率还是挺高的。不想过于排版,只是看网课后总结一下常用的知识点,自己今后可以随时翻看。别人的笔记和自己做的笔记,侧重点总归是会有些不同的。

目录

  • 预备知识
    • 0.碎碎念
    • 1.欧拉公式
  • 进入正题
    • 1.通信系统的组成
    • 2.信号类型
          • (1)模拟信号和数字信号
          • (2)基带信号与频带信号
    • 3.Hillbert
    • 4.广义、平稳、遍历、随机过程
    • 5.常用函数
    • 6.理想无失真信道
    • 7.边带调制
    • 7.X分复用(可以与计算机网络以及移动通信技术联系起来)
    • 7.数字基带传输系统
    • 8.常用的几种数字波型:
    • 9.常用的数字基带传输(线路)码型介绍(符合国际标准)
    • 10.信道编码——基带传输码型设计规则(考试经常考,会与信道编码对比)
    • 11.信号通过AGWN信道
      • Nyquist第二准则
    • 13.数字频带传输系统
    • 14. 2ASK(OOK,二进制通断键控)系统
    • 15.2FSK(二进制频移键控)系统
    • 16.2PSK(二进制相移键控)系统
    • 17.2DPSK(二进制差分相移键控)系统
    • 18.QPSK(正交相移键控)系统
    • 19.OQPSK(偏置正交相移键控)系统
    • 20.进行M进制通信的优点
    • 21.各种调制方式在实际中的应用(移动通信)
    • 22.信源编码
    • 23.模拟信号数字化
        • 24.带通信号的采样
        • 25.量化
    • 26.模拟信号转为数字信号的经典案例

预备知识

0.碎碎念

信号(光、电等)是消息的传输载体,消息是信息的载体。
信息是消息中的有效内容,消息是通信系统传输的对象。

  • 消息是信息的物理形试
  • 信息是消息的有效内容
  • 信号是消息的传输载体

调制信号:原始基带信号
调制:需传输的原始信号m(t) 控制高频正弦波或周期性脉冲信号的某一参量,使它随m(t)发生变化

  • 模拟调制:调制信号取值连续
  • 数字调制:调制信号取值离散

1.欧拉公式

涉及到复指数形式和三角函数的变化,常用。
欧拉公式的形式可以追溯到高数中泰勒展开中对不同函数的分析:

Ex的分解
sinx
cosx所以可以得到
在这里插入图片描述在这里插入图片描述
将它们相加减,可以得到
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

进入正题

1.通信系统的组成

在这里插入图片描述

2.信号类型

(1)模拟信号和数字信号

模拟信号(连续信号):取值连续的信号,即状态连续变化,在某一取值范围内可以取无穷多个值(不可数),而不一定在时间上也连续。

  • 有效性衡量指标:
  • 可靠性:信噪比

eg.解调器输出信噪比
在这里插入图片描述

数字信号:

  • 有效性衡量指标:码元(符号)传输速率,单位:Baud(波特)
    信息传输速率(传信率)单位:bit/s
    频带利用率:传输速率与信道带宽的比值 单位:bit/s/HZ
  • 可靠性:误码率:符号在传输系统中被传错的概率
    误信率:符号信息量在传输系统中被丢失的概率
    系统的误比特率依赖于信号峰值A与噪声之比

PS.模拟信号经过抽样后的仍然是模拟信号~~(因为频域上仍然是连续的)~~

(2)基带信号与频带信号

基带信号:信号的“功率”或“能量”主要集中在零频附近(功率谱低通型,直流)
基带信道:传递函数低通型
频带信号(带通信号):信号的“功率”或“能量”主要集中在某个载频(f)附近

带宽:信号单边谱密度的频带宽度
单音信号:只有一种频率的信号

3.Hillbert

信号的Hillbert变换:
不改变信号的能量(功率)密度,对相关函数和功率无影响
传递函数:
在这里插入图片描述
且偶函数的Hillbert变换为奇函数,奇函数的Hillbert变换为偶函数。对于该种性质的验证通常都要用到换元法。
进行Hilllert变换之后的信号与原信号正交。

Def.解析信号:原信号m(t),解析信号为m(t)+j*Hillert(m(t))
Def.复包络
略(奇怪。。。我怎么不太记得樊昌信的教材里有这两种概念了)

4.广义、平稳、遍历、随机过程

平稳随机过程:

  • 均值E与时间t无关
  • 自相关函数R只与时间间隔τ有关,与时间t无关

5.常用函数

高斯函数(非常熟悉,就不说了)
Q函数:
表示X~N(0,1)分布中大于x的部分
在这里插入图片描述

Erf函数:

Erfc函数:
表示X~N(0,1/2)分布中|X|>x的部分
在这里插入图片描述
瑞利分布
窄带高斯噪声满足包络满足该分布

Rice(广义瑞利)分布
混合信号=正弦波+窄带高斯信号时的包络满足该条件在这里插入图片描述
R——正弦(余弦)信号加窄带高斯随机信号的包络
参数A——主信号幅度的峰值
σ^2——多径信号分量的功率
Ⅰ0(x)——第一类零阶修正贝塞尔函数(喵喵喵???),x>0时,单调上升,且Ⅰ0(0)=1

6.理想无失真信道

经过信道后的信号形状不发生改变,仅在时延幅度上产生变化。

7.边带调制

以下的各种信号,框图也十分常考

(1) 抑制载波的DSB(DSB-SC)信号:载频处无冲激;只能用相干解调(要求调制和解调同步,同步载波),B=2W
输入端重点关注频带特性(带宽),输出端关注信噪比特性
一般的DSB信号:解调后需隔直流
(2) AM:相当于DSB-SC +载波,可以进行非相干解调(包络检波)和相干解调。B=2W
一般的AM信号公式
常用的参数:
Ac
调幅系数a:在这里插入图片描述

调制效率:含有用信号的部分和信号整体的比值
Pmn:
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
高信噪比条件下,Am的相干及非相干解调时性能相当

(3) SSB:采用相干解调,可使用滤波器或者正交调制实现
上边带信号的复包络是m(t)的解析信号,下边带信号的复包络是m(t)解析信号的共轭
DSB,SSB信噪比,Am要*η

(4) USB:
在这里插入图片描述
--------------------------------------- 同向分量-----------------------正交分量-------------------------
(5) LSB:
在这里插入图片描述
解调后的输出
在这里插入图片描述

角度调制:可以看作信息携带于复包络的相位上;两种角度调制可以互换,实际讨论中一般FM居多
进行F变换后发现,带宽无限,但是主频在基带附近
涉及到的基本概念:
在这里插入图片描述

最大频偏:
在这里插入图片描述
调频指数:按照基带信号的最大带宽(频率W)作归一化
在这里插入图片描述

(6) PM:可以看作是先微分,再调频
![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/20201027103732924.png#pic_center

(7) FM:可以看作先调频,再积分
在这里插入图片描述
带宽的近似计算公式(卡松公式):
fm为基带信号最高频率在这里插入图片描述
鉴频器:用于取出瞬时带通信号的瞬时频偏
峰均比:
在这里插入图片描述
输出信噪比:
增加贷带宽,可以换取信噪比的提高在这里插入图片描述
不同信号的输出信噪比对比:
这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/2020102716534788.png?x-oss-process=image/watermark,type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk,shadow_10,text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80ODA5NDczMg==,size_16,color_FFFFFF,t_70#pic_center)

7.X分复用(可以与计算机网络以及移动通信技术联系起来)

复用:将多路信号符合为一路之后通过一个信道传输
在这里插入图片描述

FDM(Trequency Division Multiplexing):

  • 将多个基带信号调制到不同载频上,以此得到的信号频谱不重叠
  • 操作:将可用频带分割为多个正交的子频带,每路信号条调制到不同的子频带
  • 但实际操作时(SSB)合成的信号仍为基带模拟信号,若在带通信道进行传输,需要再次进行调制(复合调制)

一张很直观的FDM解调图(来自于某网课):
在这里插入图片描述

WDM(Wave Division Multiplexing)
波分复用就是光的频分复用:信息通过不同波段同时进行传输,信道中间需要放大器(EDFA)进行放大
在这里插入图片描述

TDM(Time-Division Multiplexing)

  • 采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号,将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙),并将这些时隙分配给每一个信号源使用,以使各路信号在时间轴上互不重叠
  • 输出总的速率是输入速率之和
  • 操作:将时间轴分成帧,将每个帧分成多个时隙,分配给不同信源(固定位置)
  • 优势: 频谱资源利用率高
    eg.
    在这里插入图片描述

*有时候会提到**统计时分复用(Statistic Time-Division Multiplexing,STDM)**这个概念,它与普通的TDM区别是:
用户发送的数据仍然是分片传输,但不按照A的数据→B数据→C数据这种固定顺序在干道上排列,不同源发出的信号片有相应的标记,收端按照标记,去标记,分给不同的接收方

eg.计算机网络中的Vlan,虚拟机网会用到(?)

优势:

  • 相比普通的TDM,减少链路资源的浪费(eg.A在前的中间两片不发送数据,但是TDM中必须在时间上空出A的位置)

在这里插入图片描述

TDM方式又分为以下两种:

类1类2
(一)同步时分复用系统‘准同步系列PDH同步系列SDH
范例:’公共电话网PSTN光纤通信等骨干网
(二) 统计(异步)复用系统虚电路方式‘数据报方式
范例:X.25、帧中继、ATM’数据报方式(如TCP/IP)

CDM(Code Division Multiplexing)

靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式,包含互相正交的码字的码组携带多路信号;每一个比特时间划分为m
个短的间隔(位二进制),称为码片(chip)
(具体说明如下,CDMA)

  • 该种发送的而信号有很强的抗干扰能力,其频谱类似于白噪声,不易被敌人发现
  • 频谱资源利用率高

与以上部分相关的技术:
TDMA
FDMA
CDMA(Code Division Multiple Access) (敲黑板,3G的常用技术)
工作原理:
S:设定一种码(很明显,每一码片和自身的规一化内积都是1)
Sx:1与原码相同,0反码
T:设定另一种码,与S的码正交(每个站的码片序列不仅需要各不相同,而且还必须相互正交)
规格化内积S*T:类似于噪声,正常应为0
在这里插入图片描述
eg.A,B,C,D站的码片如下,接收到码片R,包含了哪些站的信息?
内积0:无信息
内积±1:有信息
在这里插入图片描述

缺点:1bit的需要多bit来表示,并且随着用户增长,1bit所含码片m的数量进一步增加(因为需要更多不同码型)

7.数字基带传输系统

数字基带信号:数字信息的电脉冲表示
数字基带系统的框图
在这里插入图片描述
脉冲波形可以是多种:矩形、升余弦、高斯、半余弦脉冲等
电脉冲的形式为码型

8.常用的几种数字波型:

(1) 二进制单极性不归零(NRZ)码
特点:

  • 非零(单极性)
  • 脉冲间隔=码元间隔
  • 含直流成分
    n——传递的信息;an——对应的码字
    在这里插入图片描述
    可由TTL/CMOS电路实现

(2) 二进制双极性不归零(NRZ)码
bn=0,1;an=-1,+1
特点:

  • 当an=0,1等概率时,无直流分量
  • 脉冲间隔=码元间隔

(3) 二进制单极性归零(RZ)码
特点:
-脉冲宽度<码元间隔Ts
在这里插入图片描述

(4) 二进制双极性归零(RZ)码
bn=0,1;an=-1,+1

RS232接口,也适用于同轴电缆等短距离传输

(5) 差分码(延迟Ts,码元频率的跳转上):
需要有绝对码和相对码
(1)1变0不变
(2)0变1不变(可以看做模二加)

(6) 多进制码
eg.2^k=M, k位

9.常用的数字基带传输(线路)码型介绍(符合国际标准)

(1) AMII码:传号交替反转码
an=0,1;bn=0,+1,-1;(原信号an中的1交替变化为±1)
特点:

  • 采用归零码,W=0.5*B

优点:

  • 无直流(统计上)
  • 零频附近低频分量小(???)
  • 整流后(翻转负值)→单极性RZ码,可提取定时信息(解码时有用)
  • 具有检错能力
    缺点:
    -当输入的连0码多时,整流后的RZ码0也多,不利于提取高质量位同步
    eg.
    在这里插入图片描述
    (2) HDB3码:三阶高密度双极性码(魔鬼。。。这个需要研究大量的例子,以前编这个码有阴影了,只看规则碰,遇到具体问题还是有一些混乱)
    an=0,1;bn=0,+1,-1,+B,-B,+V,-V;(±1交替出现,但连0数必须≤3)

步骤:

  • 现将原信息变为AMII码
  • 当Number(0)=4,用取代节“000V”(前方奇数个±1)或“B00V”(前方偶数个±1)代替
  • V(Violation)的极性与前一个非0符号(包括B)的极性相同,B(Balance)与前一个非0码的极性相反,同时保证相邻的V也满足极性交替反转特性
  • V:破坏极性脉冲(交替规则;B:保持直流分量为0

优点:

  • 保持了AMII码优点
  • 定时提取方便
    在这里插入图片描述
    eg.编码部分
    在这里插入图片描述译码部分:
    接收端的BV是以1来现实的
  • 将取代节变为0000,并整流
  • 极性相同的1,包含的部分变为0000
    在这里插入图片描述
    缺点:
  • 可能会扩大误码程度

以上几种的对比功率谱:主瓣波形(???)

  • 每个码元中心点偶有电平跳变,丰富的位定时信息
    在这里插入图片描述

(3) 双相码(曼彻斯特,Manchester码)
an=0,1;bn=10,01
规则:
an:0→bn:01
an:1→bn:10

优点:

  • 每个码元中心点偶有电平跳变,丰富的位定时信息(相比前面的码可以确认是否后续还有信息发送)

  • 不存在直流

  • 00,11禁用码组,不存在3个及更多连码,可用于宏观检错
    -在这里插入图片描述
    缺点:

  • 编码效率变低,1位→2位

(4)差分双相码
有跳变表示“1",无跳变表示二进制”0“,局域网中常用

(5) CMI码
也是一种双极性二电平码(码字0其实代表-A)
an=0,1;bn=00,01,11;
an:0→bn:01
an:1→bn:11,00交替出现

10.信道编码——基带传输码型设计规则(考试经常考,会与信道编码对比)

  1. 不含直流,且低频分量尽量少
  2. 应还有丰富的定时信息,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. 不收信息员统计特性的影响,即能适应于信息源的变化
  5. 具有内在的检测所能力,即码型应具有一定规律性,一边利用这一规律进行宏观检测
  6. 编译码简单,以降低通信延时和成本

11.信号通过AGWN信道

AWGN(Additive White Gaussian Noise,加性高斯白噪声)

平稳高斯白噪声→经过数字滤波器→仍为平稳高斯白噪声
匹配滤波器:在白噪声干扰的背景下,最大信噪比下的最佳线性滤波器称为匹配滤波器
理想现代信道下的最佳基带传输,且无ISI的条件下,最佳接收机为匹配滤波器
最佳门限电平:需使平均误比特率最小
双极性码判决电平:
当0,1出现等该概时:在这里插入图片描述

单极性码判决电平:在这里插入图片描述

使用最佳。。。。的
单极性和双极性的不归零码的总误比特率Pe如下图所示:加粗样式
Eb——平均bit能量,对于二进制Eb=0.5*(E0+E1)=0.5* A^2 Tb
N0——噪声功率谱密度

当A,B,N0相等时,双极性不归零码优于单极性码,且其抗噪声性能更强(优于3db)

符号间的相互干扰称为码间串扰(Inter-Symbol Interfreence,ISI)

等效基带系统:将发送滤波器、信道、接收滤波器级联的系统
在抽样时刻:
t=mTs
输出为:
在这里插入图片描述
容易看出,若在时域上无码间干扰,则有x(1)=1;x[(m-n)Ts]=0

由此引出了著名的奈奎斯特(Nyquist)准则:
在频域上:
在这里插入图片描述
物理意义:
在这里插入图片描述,则满足该条件的基带传输系统,可以做到无码间串扰
若以Rs=1/Ts的速率发送符号,接收到的波形峰值上不会发生ISI,因此可将每个符号的抽样判决时刻确定在该点;
通俗来说,倘若基带传输系统具有理想的低通滤波特性,且最高截止频率为W(HZ),则该系统无符号键干扰的最高传输速率是2W
奈奎斯特带宽 系统带宽:W=1/2Ts(若以△为例,总体带宽为4,实际带宽2)
奈奎斯特速率 符号速率:Rs=1/Ts=2W
奈奎斯特间隔 符号周期:Ts
理想频带利用率 此时的频带利用率最高,为2 Baud/HZ
但在该种情况下,系统时域上响应慢以1/T衰减,对定时(抽样)信号相位抖动敏感(理想的低通滤波器和其对应的sinc函数即满足该特征)

工程上经常采用升余弦滚降特性以实现ISI:升余弦滚降带宽W=Wnyqist(1+α)

常令a=1
在这里插入图片描述
图像
a的存在使得
在这里插入图片描述
衰减快对定时的精度要求也会降低

WCDMA参数(UTRA1998)TD-CDMA(UTRA 1998)
1码片形成的滚降因子为0.22码片形成的滚降因子为0.22
2码片速率3.84Mchips/s码片速率4.096Mchips/s
3信道带宽5MHz

采用不同码的主瓣带宽:双相码(半占空码):2*Ts

眼图:
由于实际情况中不可能完全实现ISI,并且存在噪声,所以常用实验方法估计噪声性能。
方法:使用示波器,于接收滤波器输出端观察信号,调整示波器水平扫描周期,使其与接收符号周期同步(整倍数),即可进行性能评估(对ISI和噪声影响)
眼睛张开的大小反应了ISI的强弱
M进制有M-1个眼睛
最佳抽样时刻:“眼睛”张的最大的时刻
过零点畸变:判决错误的情况
对定时误差灵敏度:斜边的斜率;k↓,系统定时要求↑
幅度畸变:阴影区垂直高度,越小越好
判决门限:以下图2进制为例,其为区分0,1的界限
噪声容限:抽样时刻眼睛张开一半,超过该限制则信号会发生误判
在这里插入图片描述

升余弦虽好,但频带利用率低,为了改善频带利用率,引入Nyquist第二准则

Nyquist第二准则

引入一定的、受控的ISI(采用相关编码,在前后符号间引入相关性),以改变信号功率谱特性

I类和VI类部分相应系统常用

13.数字频带传输系统

在系统中,有:

  • 正弦波调制:正弦型信号作为载波
  • 脉冲调制:周期性脉冲序列作为载波
正弦波模拟调制AMFMPM
脉冲模拟调制PAMPDMPPM
正弦波数字调制ASKFSKPSKQAM
脉冲数字调制数字PAMPCMDPCMADPCM

二进制调制系统——M进制调制系统
非线性调制系统——线性调制系统
无记忆调制系统——有记忆调制系统

调制参量不同

14. 2ASK(OOK,二进制通断键控)系统

在这里插入图片描述
绘制波形时注意载波频率fc和码元宽带T

  • 可以看作是模拟法实现的特殊DSB,S1(t)=cos2pifc; S2(t)=0

  • 也可以看作二进制序列控制通断

     直接采用相关解调器(匹配滤波器)进行最佳接收
     解调+基带匹配接收(相关接收):对定时的要求降低
    

15.2FSK(二进制频移键控)系统

二进制:两种载波频率,通常选正交的载波,使得ρf1-f2=0
在这里插入图片描述

两种产生方式

  • 相位连续:模拟调频法,用VCO
    可以看成是一个特殊的调频系统
  • 在这里插入图片描述
    功率谱密度:
    可以看作是两个并行工作的2ASK在这里插入图片描述

带宽:
在这里插入图片描述

  • 相位连续的2FSK平均功率密度(PSD)旁瓣按照1/f^4衰减
  • 相位不连续的2FSK信号的平均PSD,旁瓣按照1/f^2衰减

相位不连续:键控法
在这里插入图片描述

解调:
匹配滤波器等效于相关解调器
a.匹配滤波器
在这里插入图片描述

b.相关解调器(最佳接收机?)在这里插入图片描述

非相干解调:
鉴频器
包络检波

输入0,1等概时,判决门限VT=0

16.2PSK(二进制相移键控)系统

0,1所控制的载波相位不同
传输带宽B=2W基带

解调仅可以用相干解调完成: 匹配滤波器 相关解调器
输入0,1等概时,判决门限VT=0

但在相干解调得到同步载波的过程中,隐藏相位的不确定性——相位模糊,导致误码
【相位模糊】 解调时产生同步载波的过程中可能发生相位倒转(0,pi),导致误码
所以在此基础上提出了2DPSK

17.2DPSK(二进制差分相移键控)系统

编码规则:利用相邻码元载波相位差表示数字信息
在这里插入图片描述(其中一种方法)
差分相干解调法
延迟Ts后*原信号→与载波相乘→低通滤波器→电平为1,判0;电平为-1,判1(在编码传输1,相位不变;传输0相位翻转的情况下)

同步检测法(相干解调法)
与载波相乘→包络→差分译码(延时1个码元再进行模二加)
不考虑相位模糊问题时,DPSK的误比特率是使用2PSK时的2倍

18.QPSK(正交相移键控)系统

可以看做是两路载波正交的2PSK之和*
保络恒定,相位跳变(最大有pi相位的变化)导致功率谱旁瓣较大
框图
在这里插入图片描述
串并变换:奇数和偶数位从串行变为并行,并乘以不同的载波,如下是一个例子
在这里插入图片描述

由于QPSK降低了符号速率(进行了串并变换),所需带宽缩小,主瓣带宽是2PSK的一半,幅度增加
编码:
A方式
在这里插入图片描述
B方式
在这里插入图片描述
所描绘的点称为星座图
相邻信号点之间的距离称为欧氏(Eulidean distance )距离:表示该调制具有的的抗噪声性能,欧氏距离越大,抗噪声性能越佳
在这里插入图片描述

一般出现那的dmin即为最小欧氏距离,也即信号间的最小距离

编码后进行格雷码隐射
【格雷码】又称反射码
特征:相邻信号点只有一个二进制位不同,以减小误比特率
编码规则:相邻码组1bit不同;一位一位相对应,最大一位前一半“0”,后一半“1”

eg..4位格雷码编码

在这里插入图片描述

b2n b2n-1a2n a2n-1载波相位θi
0 0+1 +1pi/4
1 0-1 +13pi/4
1 1-1 -15pi/4
0 1+1 -17pi/4

对应图:
在这里插入图片描述

19.OQPSK(偏置正交相移键控)系统

由于实际中限带QPSK使用升余弦滚降传输波形,导致包络非恒定,起伏过大,只能采用线性功放,功效低,而OQPSK的信号可以改善这种情况,可用在对功率要求比较高的场合

I(t)
Q(t)向后移动Tb,这样可以错就来两者的零点

以上几种的功率谱密度、误码率对比(待续)

20.进行M进制通信的优点

相同的符号速率下,多进制系统具有更高的信息传输速率
相同的信息速率下,多进制系统具有更低的符号传输速率,有利于减小ISI
<MASK、MPSK、MQAM>
带宽减小,拼点利用率提高(有效性)
相同的Eb/N0的情况下,误码率上升(可靠性降低)
是利用可靠性换取有效性的一种方式
但这三种误码性能不同从劣到优的依次排序:MASK<MPSK(M≤8√)
<MQAM(M>8√16,32,64)
MFSK性能随M增加,带宽增加,抗噪声性能变好

对于M进制信道而言,
1D调制
ASK,BPSK
(FSK????)
2D(dimension)调制:
<I,Q正交>:4PSK
8PSK信号星座图;
16PSK星座图
↓点过密,可能容易误码,dmin越大越好

16APSK(16QAM):幅度和相位的联合调制
<频率正交>: 2FSK

N_D调制:
<频率正交>: MFSK

正交幅度调制(QAM):由两路载波正交的MASK信号叠加而成;也可以看做是正线载波幅度和相位的联合调制

MAQAM与MPSK性能比较(在两系统均有相同的无符号率情况下所需的理论SNR之比 Rn):
可以看出,除M=4外,QAM是优于PSK的

M10lg(Rn) dB
40
81.65
164.2
327.02
649.95

eg. 无线局域网中采用了如下的方案

在这里插入图片描述
eg.正交排列法(举行QAM信号星座):3g系统采用该方法

 矩形QAM信号星座: 分解为两路独立正交的M^1/2进制PAM信号,调制解调较为简单
 dmin=sqrt(2)*A / (sqrt(M)-1)

信号的最佳接收准则
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最佳接收准则:寻求误码率最小
MAP准则(求最大后验概率)→→ML准则(求最大似然函数)→→最小距离检测
↑先验等概条件下 ↑AWGN信道

相干调制和非相干调制
只能相干解调BPSK、QPSK、OQPSK、MASK、MPSK、MQAM
支持非相干解调OOK、2FSK、2DPSK、DQPSK、MFSK

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21.各种调制方式在实际中的应用(移动通信)

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22.信源编码

信源编码的功能即为压缩编码数字化
信源无损压缩:改变符号出现的概率集较小符号间的相关性(增加独立性),从而提高符号的平坤信息量,就可以用更少的码元传输(存储)同样量的信息,
信源有损压缩:编码时信息量有所降低,使信源产生失真,但是在一定的范围内,还是具有使用价值的。

23.模拟信号数字化

将模拟波形x(t)变成比特序列:
eg.传入的声音(模拟波形)→电脑手机中存储的二进制文件

步骤:
x(t)→将函数映射为实数序列{x(n)}→将函数映射为二进制整数→1001100
倘若函数x(t)可以写成带若干参数的表达式,那么把浙西而参数传过去,接收端就能复原x(t):x(t)→{参数}

一定条件下,可将函数映射为实数序列
(1)条件为直线:映射为两个实数; eg. x(t)=at+b x(t)→{a,b}

(2)条件为正弦波,映射为三个实数;eg. x(t)=Am* cos(2pifmt+θm) x(t)→{Am,fm,θm}

(3)条件时域有限,映射为傅里叶级数的系数

(4)频域有限:映射为采样值序列

24.带通信号的采样

带通信号有fH,fL,按照fH的两倍采样可以使频谱无交叠,但是采样率没有达到最小(采样后信号的间隔大,使用的频率频谱的资源大)
带通信号确定最小采样率的方法:
设信号带宽B=fH-fL
若fH%B=0:2B是最小采样速率
若fH%B!=0:则在满足公式fH/n>B的最小的fH/n为采样速率的一半,即采样速率为2*fH/n

25.量化

将抽样所得的模拟值变成合适的二进制比特序列
----------------------- - - - - - - - - - - - - 整体称为量化器,函数Q(x) - - - – - - - - --------------------
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在还原到实数的情形中,由于量化电平的存在,必然会出现误差,但若量化间隔小(量化级数↑),误差↓
eg.x属于[-A,A],从间隔x0~ xM分为M个量化区间,有y1~yM个电平

量化信噪比衡量了量化器材性能,是输入信号功率与量化噪声功率比
种类:
1.均匀量化器:量化区间等讲个,量化电平是每个量化区间的重点
Nq=△^2/12=A ^2/3*(1/M ^2)
信噪比=M ^2
即量化信噪比是量化技术的平方
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量化比特数每+1,量化信噪比+6dB

*通过对相应的式子进行微分(dNq/dXk)操作,我们可以发现:最优量化边界xk-1,xk必须是相邻量化电平的中点

MAX-Lloyd量化器
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相对应的,量化电平应对应量化区间的概率质心上
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26.模拟信号转为数字信号的经典案例

语音编码中常用——PCM(Pulse Code Modulation,脉冲编码调制),是一个经典国际标准,最初是为了在电话局间的中继线上传送多路电话,它可以良好解决电话信号动态范围过大的问题。
当需要更高数据率时,可以采用复用的方法
PCM有两个互不兼容的标准:

标准语音信道控制信道速率
E1 (欧洲,我国)3022.048Mb/s
T1 (北美)2411.544Mb/s

涉及到的计算题:
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电话信号频带:300-3400Hz
采样率:8kHZ
样值按照A率十三折线编码:对数量化规则编为8bit
最终速率:64kbit/s
0 1
↓ ↓
A率十三折线编码】:b1——极性码 -A————0————+A

                                       b2,b3,b4——段落码          0—A/128————A/64————A/32————A/16———————A/8————————A/4—————————A/2————————————+A

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b2,b3,b4——段内码:每个段落内分成16个间隔,eg:第九个间隔内,段内码1001
(编解码eg)

2.非均匀量化特点

  • 对数量化常用于解决输入信号的动态范围(峰均比)过大的问题
  • 小信号量化细,大信号量化相当较粗

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