[工学]通信原理各章小结及习题课ppt课件.ppt
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1、第一章 复习,通信系统组成:三个模型,信息量:,主要性能指标,模拟系统,数字系统,有效传输带宽B,SO/NO,有效性,传输速率:RB,Rb,定义,频带利用率:B, b,定义,可靠性:,Pe ,Pb,某信源符号集由A、B、C、D、E,F组成,设每个符号独立出现,其出现概率分别为1/2,1/4, 1/8,1/16,1/32,1/32。试求(1)每个符号的信息量分别为多少?(2)该信息源符号的平均信息量。(3)该信源的最大可能平均信息量,条件是什么?考查:信息量及平均信息量,四进制系统中每秒传输1000个四进制符号,求此系统的码元速率和各符号独立等概时的信息速率。考查:码元速率和信息速率的定义及关系
2、,某高清电视系统(HDTV)中,每帧图像需要扫描1080行,每行有1920个像素,每个像素用三种颜色(RGB)来表示,每种颜色有256个灰度级,假设个灰度级等概率出现,3中颜色彼此独立。信道带宽为150.5MHz。如果传输信道中的信噪比为30dB,那么该系统每秒钟传送多少帧这样的图像信号?考查信息量的计算和信道容量公式,第3章 随机过程 小结,随机过程的概念(1)(2)随机过程的数字特征:数学期望、方差、相关函数、协相关函数定义式平稳随机过程:广义平稳的判断平稳随机过程自相关函数的性质平稳随机过程的功率谱密度:维纳辛钦关系平稳随机过程经过线性系统的输出过程:平稳窄带随机过程:同相分量、正交分量
3、、包 络、相位的统计特性正弦波加窄带高斯噪声的包络的一维分布:,随机过程的概念(1)(2) :(t) =x1(t), x2(t),., xi(t),., t T 是时间的函数,是样本函数的集合(tk )= x1(tk), x2(tk),., xi(tk),., tk T (tk )是一个随机变量,数字特征,平稳随机过程,条件: a ( t ) = E(t)=a R ( t , t +) = E(t)(t +) =R (),(1) R(0)=E2(t)= S (2.18) 平均功率 (2) R()=E2(t) (2.19) 直流功率 (3) R()=R(-) (2.20) 的 偶函数 (4) |
4、R()|R(0) (2.21) (5) R(0)-R()=2 (2.22) 方差,交流功率,平稳随机过程自相关函数的性质,平稳随机过程的PSD,各态历经性,条件:,平稳随机过程经过线性系统,E Y(t) = E X (t) H(0),平稳窄带随机过程,(t)=a(t) cosct+(t), a(t)0 (t)=c(t) cosct-s(t) sinct,c(t) 、s(t),(1)Ec(t)=0(2)Es(t)=0(3)R(0) = Rc(0) =Rs(0) 2 =c2 =s2(4)Rc() = Rs() Rcs() = -Rsc()(5) 同一时刻相互独立,(5) fcs(c, s)=fc(
5、c)fs(s) (6) c(t)、s(t)有相同的 PSD,与 (t) PSD的关系如下:,包络与相位的一维分布,正弦波加窄带高斯噪声r(t)=Acos(2fct+)+n(t),r(t)=Acos+nc(t) cos(2fct) Asin +ns(t) sin(2fct) =zc(t) cos(2fct) - zs(t) sin(2fct ) =z(t) cos2fct+(t),某信源符号集由A、B、C、D、E、F组成,设每个符号独立出现,其出现概率分别为1/4,1/4, 1/8,1/16,1/4,1/16,已知每0.02ms发出 一个符号,系统带宽为50kHz。试求每个符号的信息量信息源的平
6、均信息量。 码元速率和信息速率频带利用率,1.随机过程X(t)的均值为常数a,自相关函数为RX(), Y(t)=X(t)-X(t-T),说明Y(t)是否平稳?并求Y(t)功率谱密度2.习题3-43.习题3-84.习题3-135.习题3-166.习题3-15,随机过程X(t)=Acos(t+),其中A 是相互独立的随机变量, A 均值为2,方差为4,在(-5,5)上均匀分布 , 在(-, )上均匀分布,X(t)是否平稳?是否各态历经?求X(t)自相关函数,所以X(t)是平稳的,所以不是各态历经的,已知白噪声的双边功率谱密度为n0/2, LPF为理想低通滤波器,截止频率为fm,求P(0/1)及P(
7、1/0),已知白噪声的双边功率谱密度为n0/2, BPF为理想带通滤波器,中心频率为fc,带宽为B,能使e(t)顺利通过, LPF为理想低通滤波器,截止频率为B/2,b为判决门限求P(0/1)及P(1/0)提示:关键是分析x(t)的一维分布,b,2,+,n(t) AWGN,x(t),而:,分析:,相乘后,低通滤波器输出,在抽样判决器输入端得到,BPF的输出:,x(t)值的一维概率密度为:,a/2,发送1错判为0的概率,发送0错判1的概率,第4章 信道,无线信道、有线信道基本概念信道模型调制信道模型:线性网络恒参信道,随参信道编码信道模型:转移概率信道特性对信号传输的影响恒参信道:幅频畸变,相频
8、畸变随参信道:多径传播信道容量信道容量公式及其意义AWGN信道中最大信息速率,例,1.彩色电视图像有5105个像素组成,每个像素有64种彩色度,每种色度有16个亮度等级。如果所有才色度与亮度相互独立,且出现机会均等;计算1秒传送100个画面所需要的信道容量;若S/N=30dB,传送所需要的带宽是多少?,2.一幅图像在电话线上实现传真传输,大约2.25 105个像素,每个像素有12个亮度等级,亮度等概率,电话电路具有3kHz的带宽和30dB的信噪比,试求在该电话线上传输一张传真图片需要的最小时间。分析:一幅传真图的信息量是多少?I=?信息速率是多少?(不超过信道容量,C=?)所需时间等于多少?t
9、=I/Rb,第5章 模拟调制系统,幅度调制原理幅度调制抗噪声性能分析角调制原理调频系统抗噪声性能分析FDM及应用,AM信号的产生与解调,相干解调 包络检波,包络检波器,sAM(t),mo(t),双边带调制,解调,载波、基带信号、DSB信号及它们的频谱,滤波法产生SSB信号及相干解调,SSB-SC的频谱 边带滤波器,残留边带调制,对于具有低频分量及直流分量的调制信号,很难使用滤波法来产生单边带信号。残留边带调制是介于抑制载波双边带调制和单边带调制之间的一种调制方式。在残留边带调制中除了传送一个边带外,还保留了另外一个边带的一部分。,VSB,调制解调,线性调制一般模型(DSB/SSB/VSB),滤
10、波法相移法,幅度调制信号的表示,角调制,PM波: KP,由调制电路结构确定的每输入单位幅度信号所引起的已调波相位偏移量,单位为 rad/VFM波: Kf,由调制电路结构确定的每输入单位幅度信号所引起的已调波频率偏移量,单位为 rad/(s.V)或Hz/V,FM频谱、带宽,NBFM带宽:近似为2fmWBFM带宽:卡森公式,有效性与可靠性,1.对于AM、双边带信号、单边带信号、 FM信号的解调,f0=?, BBPF=? BL =? 2.n(t)是高斯白噪声, ni(t)是窄带高斯噪声,带宽与BPF的带宽相等3.BPF带宽等于已调信号带宽,LPF带宽等于基带信号带宽4.对于相干解调来说,输出信号与噪
11、声有时低通型的信号 解调器输入端的信号与噪声都是带通型的信号(或窄带信号),中心频率f0,带宽B,带宽BL,载波反相点,sm(t)=cos(2t) cos(10 t),t=0:0.01:1; ct=cos(10*pi*t); mt=cos(2*pi*t); smt=mt.*ct; subplot(3,1,1),plot(t,mt); subplot(3,1,2),plot(t,ct); subplot(3,1,3),plot(t,smt);,t=0:0.01:2; ct=cos(10*pi*t); mt=sin(2*pi*t); smt=(1+0.5*mt).*ct; subplot(3,1,
12、1),plot(t,mt); subplot(3,1,2),plot(t,ct); subplot(3,1,3),plot(t,smt);,1.某通信系统发送部分如下图a所示,其中f1(t)和f2(t)是要传送的两个基带调制信号,它们的频谱如图b。 (1)写出合成信号f (t)的频域表达式,并画出其频谱图 (2)写出已调波s(t)的频域表达式,并画出频谱图,图a,图b,2.下图的系统是以同一个载波被两个消息进行SSB调幅的一种方式,LPF、HPF分别为低、高通滤波器,截至频率均为wc. (1)当f1(t)= cosw1t和f2(t)= cosw2t时,推导s(t)的表达式 (2)画出适应s(t
13、)解调的方框图,3.设有1GHz的载波受10kHz正弦信号调制,最大频偏为10kHz(1)FM信号的近似带宽(2)调制信号幅度加倍时的带宽(3)调制信号频率加倍时的带宽(4)调制信号的幅度和频率都加倍时的带宽(5)最大频偏减为1kHz时重做(1) (2) (3) (4)4.某通信信道分配100kHz150kHz的频率范围用于传输调频波,已知调制信号f(t)=Amcos(104t),信道衰减为60dB,信道噪声功率普密度为n0=10-10W/Hz(1)调频波的有效带宽为多少?载频为多少?(2)求出适当的调频指数和最大频偏(3)接收机门限信噪比为10dB,计算发送端的载波振幅,5.一AM信号具有如
14、下形式:其中fc=105Hz画出频谱图确定每个频率分量的平均功率确定边带功率、总功率和调制效率,6一个消息信号调制载波 ,其中 fc=106Hz,产生一DSB信号m(t)c(t)确定上边带信号的表达式;确定上边带信号的频谱,并画图。,试给出如图所示三级产生上边带信号的频谱搬移过程,其中f01=50kHz, f02=5MHz , f03=100MHz ,调制信号频谱3003000Hz。,正交复用 习题5-6复合调制SSB/FM习题5-19已知发射功率为10kW,信道衰减为80dB,信道加性高斯白噪声的单边功率谱密度为10-8W/Hz,基带信号是频率为5kHz的单音频波。计算传输带宽及So/No(
15、1)采用DSB传输,在接收端相干解调(2)采用SSB传输,在接收端相干解调时(3)采用50%AM传输,在接收端包络检波时(4)采用FM传输,mf =5,在接收端非相干解调,7 将模拟基带信号 与载波 相乘得到双边带抑制载波调幅 信 号,设 .请画出 信号波形图;请写出 信号的傅式频谱式,并画出她的振幅频谱图;画出解调框图,并加以简单说明.,解: (1),(2) (3),8 某调频波 ,求:已调信号平均功率;调制指数;最大频偏;调频信号带宽.,解: (1) (2) (3) (4) 由卡松公式可知:,9一双边带调幅 信号,具有如题4.11图所示功率谱密度,在传输中受到均值为零,双边功率谱密度为 的
16、加性白高斯噪声干扰,其解调框图如图所示:请求出解调器LPF输出的信噪比.,解: 由图示: 则输入信噪比 对于双边带调幅信号解调输出信噪比是输入信噪比的两倍,第6章 数字基带传输系统 要点,数字基带传输系统的组成(模型)。 数字基带信号的表达式、常用的数字系带信号信号(单双极性的RZ/NRZ、差分、多电平)。如何表示数字基带信号数字基带信号的功率谱密度分析,功率谱密度的基本特点。特点及带宽线路码型的目的。AMI、HDB3码、Manchester码的编解码规则、信号特点(时域、频域)。编码与译码码间干扰的概念、奈奎斯特准则、奈奎斯特极限、理想低通系统,升余弦滚降系统。基本定理、判有无ISI方法数字
17、基带信号的接收原理、利用低通滤波器接收时的误码率分析、最佳门限问题。基本方法(如何分析数字基带传输系统的误码率?思路),结论的含义,眼图的测量方法、眼图所体现的信息部分响应系统的目的,相关编码和预编码的原理和作用。第I类和第IV类部分响应系统中具体的编码规则、频域及时域特性。会进行第I类和第IV类部分响应系统的预编码和相关编码了解均衡的目的、时域线性均衡的基本原理。基本概念:信息速率/码元速率、比特间隔/码元间隔、误比特率/误符号率、频带利用率。,几种常见的基带信号波形,差分编码(传号差分),设bk为差分码,ak为原始数据,编码规则:,ak: 1 0 0 1 1 1 1,bk: 1,0,0,0
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