第一章 绪论

1.1通信的基本概念

通信：交流，传递消息；信息的传输与交换

信息是要表示和传送的对象。
消息是表示信息的媒体。
信号是消息的承载者。

1.2通信系统模型

（1）通信系统一般模型

信息源(信源)：把各种消息转换成原始电信号，如麦克风
发送设备：产生适合于在信道中传输的信号。
信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。
接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。
受信者(信宿)：把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等
噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。

（2）模拟信源与数字信源
模拟(连续)消息：状态连续变化，例如语音，图像
数字(离散)消息：状态可数或离散，如符号，文字，数据

模拟信号：载荷消息的电参量连续取值
数字信号：载荷消息的电参量离散取值

模拟通信系统：信道中传输模拟信号，例如传统广播和电视
数字通信系统：信道中传输数字信号，例如2G, 3G

（3）模拟通信系统模型

模拟信源：输出模拟消息，并把消息变换成原始的模拟电信号。
调制器：将原始信号变换成适于信道传输的信号。
信道：传输已调信号。
解调器：将接收到的已调制信号还原成原始电信号。
受信者（信宿）：将接收到的电信号转换为消息的原始信号模式。

（4）数字通信系统

信源编码与译码：提高信息传输的有效性,完成模/数转换
加密与解密：保证所传信息的安全
信道编码与译码：增强抗干扰能力
数字调制与解调：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

（5）数字通信的特点
①优点：
抗干扰能力强，可消除噪声积累；差错可控，传输
性能好；
便于处理和管理，便于传输和交换
便于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号
进行处理、加工、变换、存储，形成智能网；
便于集成化，从而使通信设备微型化；
便于加密处理，且保密程度高。
②缺点：
频带利用率低：比模拟通信占据更宽的系统频带。
一路模拟电话：4KHz，接近同样话音质量的一路数
字电话：20-60KHz。
对同步要求高，系统设备比较复杂。

（6）广播通信与点对点通信
广播通信：一个发送者，多个接收者。
点对点通信：一个发送者，一个接收者。

（7）单工与双工通信
单工通信：只能在一个方向上传输消息。
全双工通信：同时双向传输消息。
半双工通信：不能同时双向传输消息。

（8）存储系统
存储系统也是有一个通信系统，数据的存储和读出过程就是一个通信过程。

1.3信道

信道是发信者和收信者间电信号传输的通道。根据信号在信道中的传输模式，信道可分为导向传输信道和自由传输信道。
（1）信道对信号的影响
①信号在传输过程中会衰减，信号功率会随着传输距离的增加而下降；
②信号传输中会叠加噪声。
（2）有限信道
①双绞线 ②同轴电缆 ③光纤
（3）无线信道和电波传播

①主要电磁波传播模式
地波传播：电磁波沿着地球表面传播，是频率在2MHz以下电磁波的主要传播模式。
天波传播：电磁波依靠电离层的反射进行传播的模式，是2~30MHz频率范围内电磁波的主要传播模式。
视线传播：收发天线间的直线传播，频率超过30MHz的电磁波能直接穿过电离层，基本不会反射回地面，同时也不能沿地球表面传播。

②常见无线信道：无线电视线中继信道、卫星中继信道、无线电广播信道、移动通信信道。

1.4 信息及其度量

信息量的定义：

1.5 通信系统的主要性能指标

基本指标：
1.有效性：反映通信系统利用资源的效率；
2.可靠性：反映系统信息传输的可靠程度。

（1）数字通信系统的主要性能指标：传输速率和差错率
符号(码元)传输速率Rs ：每秒钟传送的符号数量，单位为“波特”(baud或B)，又称传码率。

信息传输速率Rb ：每秒钟传送的信息速率，单位为“比特/秒”(bit/s)，又称传信率。
符号速率与信息速率之间的关系：若每个符号有 M
种可能状态(或称 M 进制符号)，则有

频带利用率η ：传输速率与系统带宽之比，单位为bit/s/Hz或Baud/Hz

误符号率(误码率) ：符号在传输系统中被传错的概率：

误比特率(误信率)：符号信息量在传输系统中被丢失的概率：

（2）模拟通信系统的主要性能指标：
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(SNR)。
电话：SNR > 40dB, 话音清晰度 > 95%
电视：SNR = 40~60dB

信号的信噪比越大，则信号的失真就越小。

通信系统的有效性和可靠性是相互制约的，提高有效性会导致可靠性降低，而提高可靠性又有可能降低有效性。通信系统设计的一个重要目标就是在一定的可靠性要求下，尽可能地提高消息传输的有效性；或反过来，在一定有效性的要求下，尽可能地提高消息传输的可靠性；或者在一定资源制约下，实现有效性和可靠性的一个折中。

（3）香农公式：

第二章 信号与噪声分析

2.1 确定信号分析

确定信号是指可以用确定的时间函数表示的信号，他在定义域内任意时刻都有确定的函数值。
（1）确定信号的分类
周期信号与非周期信号;

能量信号与功率信号：
如果一个信号f(t)在整个时间域内都存在，平均功率则定义为：

若P<∞，则称f(t)为功率信号。一般地，周期信号为功率信号。非周期非限时信号也可能是功率信号。

基带信号与频带信号：
如果信号的主要功率或能量集中在零频附近，则称这种信号为基带信号。如果信号的主要功率集中在某一载波频率附近，则称这种信号为频带信号。

（2）周期信号的傅里叶级数
①三角形式的傅里叶级数
②指数形式的傅里叶级数
③周期信号的平均功率和功率谱：

周期信号的功率谱是离散谱，只与幅度谱有关，与相位谱无关。

（3）傅里叶变换
略
（4）能量谱密度和功率谱密度
帕赛瓦尔公式：

信号的带宽：
①等效矩形带宽
如果基带信号f(t)能量谱E(f)或功率谱P(f)在零频率处最大，则等效矩形带宽定义为：

②3dB带宽
如果信号能量谱E(f)或功率谱P(f)在零频率处最大，则将E(f)或P(f)下降到3dB（最大功率的一半）的频率定义为信号带宽：
E(B)=E(0)/2 或 P(B)=P(0)/2
③第一零点带宽
对于矩形脉冲，频谱存在周期性零点，而且功率大部分集中在第一个零点内，通常采用第一零点带宽（主瓣带宽）来定义信号带宽。
（5）确定信号的相关函数
①自相关函数的定义和性质

②互相关函数的定义和性质