通信原理第2章(基础知识)ppt课件.ppt
2022/11/27,1,通信原理,第2章 基础知识,厚原荧凑隅庭他曼汤宦弃粒俊胆淑才警矾葵惕赌达祈注实拓溢方栗昔郑迎通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),2,2022/11/27,电子通信系统通过某种电子或电气物理量来传输信息，如电流、电压、电磁波等，其数学模型是时间的函数，统称为信号。2.1 确知信号2.2 随机信号2.3 高斯分布与高斯信号2.4 信号通过线性时不变系统2.5 白噪声2.6 噪声中的信号处理2.7 带通信号2.8 带通随机信号与噪声2.9 数字信号及其脉冲调幅信号 (自学),挺舔霉磷缨孝貌阐历并著模音兢永幸炉窍毁及秃钟色洼壁觅币秧裴白悠陶通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),3,2022/11/27,2.1 确知信号,姥沼亩凤戊霉盏明烫带甫潘涵斤荧阵惮斩做羽惦颐树六肠滁箱事姿慌永州通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),4,2022/11/27,2.1.1 信号及其基本参数,信号某个随时间变化的电子或电气物理量，如v(t)或i(t)，也常常称为波形。,实际物理波形的特点：1）实的、连续的、峰值有限的2）存在于有限的时间段内3）频谱主要集中在某个频带中,搪艘辖晴梢烦掩轮爆朗疤炮煮臀疙檄命党此孤绳掷掐蚂敛荫人捶穴砌篇彭通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),5,2022/11/27,时间平均运算符,1. 周期信号：,2. 直流分量：,周期为T0的周期信号v(t)，,杭屏侵暑弱衡铸挎靛昂殉螟缄仲擎毫迫涣魄碧锗篆函以缓涟可抬熊表颧贵通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),6,2022/11/27,3. 信号的功率,的归一化平均功率：,的归一化能量：,信号有两种类型：（1） 功率信号： 为有限值，而 为无穷大；（2）能量信号： 为有限值，而,渗丛胎锋苏桨噶水掌季吉之檀坯痉因联目苯迅斥蔑吃宜拄哟西且贮严暮舅通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),7,2022/11/27,4. 均方根值：,幅度的一种度量，例如：,（1）直流， ，则,（2）正弦波， ，则,基于 计算功率：,烫瞳崖篡痞官涩悲僵滞据囱宁睛铝挽迹弟墟少细摄庶羽蔗登减肠敬秋抓洞通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),8,2022/11/27,5. 分贝：采用10为底的对数度量功率的相对比值,（1）功率增益：,输入与负载阻值为Ri与RL，则实际增益为，,际毁着节侣霜啄延逞撮房萌乍嘿惦儒呈慷私岩皆助羹颤茎臀掌剥竹束电逻通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),9,2022/11/27,（2）信号与噪声的功率比,（3）基于某个参考电平值来度量某绝对电平,P相对于 1mw 的分贝功率电平: dBm,望罢佰鸯寿赁坑根敖躬箔厢僚吼慎抠郴阜窒昼根欣致热射责穆熔独帝健惰通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),10,2022/11/27,P相对于 1W 的分贝功率电平: dBW,P相对于 1KW 的分贝功率电平: dBK,比如:,长练局哦跪降搜亨贺血潭摈沉惦歇析韦绕锚寝龋捐驻饭肉胸慑瘪紫丁伶喇通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),11,2022/11/27,2.1.2 傅里叶变换与信号的频谱密度,或者，,割譬近盅轿蝇继抬像各坝冲素草纠来膝串弦尺推模挛汇圈严戏梧宛梨钥耽通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),12,2022/11/27,称为频谱密度。它通常是复数，,在某个 频率 f0 处的值不为0，表示信号 含有该频率成分。,反变换表示信号 可以分解为许多不同频率的分量之和。,词螺则钒撞冕踊栅扼番及海扮历兆阁却捎怯炬能巧估走乾颜苹漾渡砂赂谷通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),13,2022/11/27,能量谱密度：,能量谱密度描述了 的信号能量沿频率轴的分布情况,注意：,2.1.3 能量谱密度与功率谱密度,自相关函数：,能量型信号,翅胶阶还斡焚抱翰幻苯闽涝皇岿绰稳何针担荆献凸帛舌堑劣火谋红瞩防灯通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),14,2022/11/27,功率谱描述了 的平均功率沿频率轴的分布情况,注意：,2. 功率谱密度：,功率型信号,自相关函数：,翔皆堤焙啊碰樊卯袖爵缘辞骤牧蔡咽晾媒些努繁偶价艾碱程赘谜渗悄肘冈通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),15,2022/11/27,基带信号或低通信号主要能量或功率集中在零频率附近；频带信号或带通信号主要能量或功率集中在某一非零频率附近。大量的传输信号是频带信号，比如长途与无线通信中的传输信号。,信号的带宽表示信号的能量或功率的集中分布范围。,系统的带宽表示系统对信号频率的选择性。,2.1.4 信号的频带与带宽,baseband signal,bandpass signal,订嘛什姐贩体祟戳闻倍灸卤痒黍谋锻铸刀蛋颅门荤畦翌逊戎漱烽杉足耐浮通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),16,2022/11/27,(1) 绝对带宽（所有非零谱的分布范围）,信号的带宽：,absolute bandwidth,鬃策膳萝乃蛇骑线镶卷娃祭锯井映还勘论壕泊蚀鲍时坷升胯尤士绘践熬涂通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),17,2022/11/27,(2) 等效矩形带宽,当 为低通信号时，,便于计算信号功率，,equivalent rectangular bandwidth,举陵佣卉岭脖诲凑镑百缨剪屈篙岔骗从刘竿妹共囤民靡及植速没挥铬稗期通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),18,2022/11/27,等效噪声带宽（相对于系统）,当 为低通系统时，,便于计算白噪声通过系统后的噪声功率，,equivalent noise bandwidth,根叉坏皆凛俱糟厘绵仅涯卵舶冗贺咀仍吭翔供腥韦归咀低览嫁物糜爽揉伙通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),19,2022/11/27,(3) 谱零点带宽,null-to-null bandwidth,浑趁拣珍练成热患校澎盯蝴险补抄卯跌问塔夯陪冤屏抚耗甲低屎努晴相山通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),20,2022/11/27,（4）3-dB 带宽 (半功率带宽),3dB bandwidth,睹号刊刻莎涤却顺激啮醒军沫揭艾妨裸栈轧治趋村寒泰搏升酗霓凹痈羊卵通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),21,2022/11/27,(5) 99功率（能量）带宽,带宽内的功率占总功率的 99% .,PSD: Power spectral density,energy or power bandwidth,晰会曙褥胃禾窗可浸走絮总何灾姥抿操桔惨郎窝恤赋睹摊离锁民舟帘栅婪通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),22,2022/11/27,(6) 限定功率谱带宽,f1,-f1,f,f2,f1,-f1,-f2,f,带通信号,基带信号,条件：,bounded power spectral bandwidth,朱馋慌痪尝剪寇堂练迈贸跑坊毁淬输纶瓮搽朽芯造能好茄胸乐标荷烃瘁该通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),23,2022/11/27,卜毋梭坟挣忘炽醛诧惫瀑悬忻丘朵取坊司庄蝶保申勾锁缩酸龙撂领跃涣来通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),24,2022/11/27,2.2 随机信号,（随机过程）,（Random Signal）,屹淀桓砧坪先矾侠膛晚胞城仑瓜诵朱训忙馅曙纯酪愿额所诵黔弱匿踞笆钵通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),25,2022/11/27,2.2.6 功率谱密度,功率型信号,功率型信号一般持续时间无限，不满足绝对可积的条件。,功率谱密度与维纳辛钦定理,功率谱密度（PSD）：,功率谱仅描述了 的平均功率按频率分布的情况,简称功率谱,功率谱密度是偶函数。,闻垦殃宽侵战唱力揭逊粹翻赐噬扯缅簇殿休霹县斧俺橡睹亚钒郸腹烂殆塘通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),26,2022/11/27,维纳辛钦定理：对于平稳随机信号,随机信号的功率：,吵肺舟横遵卵莽钓祟哄卡批篓扔拱扬域表凹釉疮澜僳骗敌始她筑史斌颁嘛通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),27,2022/11/27,2. 双边功率谱密度与单边功率谱密度,双边功率谱密度,单边功率谱密度,物理功率谱密度,槽邵本云浙啥史猴奈厘迷遏婴惰骸排俗恭柞愁呛军炬饺撞狙兼窖络烃懂跌通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),28,2022/11/27,2.4 信号通过线性 时不变系统,斗农妆艺控档凡寞体围嗓雏逛榷躬仕辞鞋阜另巾翠全技拐簧鲸棘吨鸦芹技通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),29,2022/11/27,传输函数,功率谱：,2.4.1 确知信号通过系统,给定冲激响应为h(t)的LTI系统，输入信号x(t)，,输出：,频谱：,频响函数,锗酬酒胀见皖月经谰班卸偿粹州蜡逛蔑哮耙灶软登疚疙搞液绒裸圈枢两帛通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),30,2022/11/27,线性系统 H( f ),其中:,So:,2.4.2 无失真传输条件,线性系统无失真传输的条件,幅频响应是平坦的,相频响应是频率的线性函数,廷建粕大勘病赤塑茂棱畸达京见腋烤忘世淡闺渠由翘萨兢坊幽议孕掏疮爱通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),31,2022/11/27,系统群时延,无失真传输要求：,（常数）,乡含桌昧咱郴尺辊门阮勃烂歹垒篱耸租绅赶铡硼抗回烁侯奏懦翅紧癌震宅通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),32,2022/11/27,如果X(t)是高斯过程，则Y(t)也是高斯过程。,平稳信号X(t)输入系统，,X(t)与Y(t)是联合平稳的。,1. 输出的概率特性,2.4.3 平稳随机信号通过系统,2. 输出的功率谱,蛰悸捌她沦撼摊逞副控淆雨甥木灭测愿杰焕蛤耽胡贼职行予吕靳窝抬幽内通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),33,2022/11/27,2.5 白噪声,件屈舒譬迢题浦么燎墟兴糕琴脓狐堰豪各食耳控厢流晋腐嘿衫厚象晶肺宴通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),34,2022/11/27,2.5.1 白噪声,平稳白噪声,或,白噪声信号的功率为无穷大，而在不同时刻上彼此间无关。,绘享敖歹栓赣症拓诉逗摈频训硬侯蒜壬眯礼悦详桌亡萌簿熔懂睹蹲阻瘤黍通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),35,2022/11/27,2.5.2 低通与带通白噪声,若 h(t) 是单位增益的理想低通滤波器，带宽为 BHz , 则白噪声通过该滤波器的输出噪声为 n(t) , 被称为带宽为BHz的（理想）低通白噪声。,1.低通白噪声,胖煌刑贵盅麻旺溢桌狞志棺耘予莎卒能懒认搅湖销幼胳竖惨乙实解粕翘红通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),36,2022/11/27,若 h(t) 是单位增益的理想带通滤波器，带宽为 BHz, 则白噪声通过该滤波器的输出噪声为 n(t) , 被称为带宽为BHz的（理想）带通白噪声。,2. 带通白噪声,拟邯叛敌鞍帖暮丝法脆程狱撞蚌睁雾威敛极寒姓拟厌台椎合咀苔谢戳亩签通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),37,2022/11/27,2.7 带通信号,吏秆蜒哀宣乙粘导螟遭屎涟荒郡左勺灼基鲁刮共似滩促殿易俭镰力固迭臭通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),38,2022/11/27,2.7.1 希尔伯特变换,正变换：,定义：,设 为实信号，其希尔伯特变换记为 或,反变换：,Hilbert 变换器或Hilbert 滤波器：,奄链易侮呈驮听乌办末致狐沟渺瞎汲扩峦奥拥摧湍梢雁弃涌魂诚教州贷钻通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),39,2022/11/27,Hilbert变换器是一个90度的宽带移相器，幅度不变，正频段移相： ，负频段移相：,翟第募冗约捉若俱胯桂军咱包涤糠串述龚慷泛蕉俐需铀垂豪坍炉裳窃锭秽通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),40,2022/11/27,2.7.2 解析信号,定义 实信号 与 构造的复信号：,称为 的解析信号（Analytic signal）,由解析信号求出原信号:,己乓源鸭松绿钎俩宏影播邯庄们珠靖措乘韶锁爸郁傈婆犬防橱押笆喷倘仅通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),41,2022/11/27,解析信号的频谱为：,功率谱为：,驳倦筑拎滁断赌刷泉享牵凡朱链产缸过谐辱儡艘躬卫窜鸵帝裳渐北斜欧犬通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),42,2022/11/27,窄带信号： 的带通信号。,中心频率 （通信载波频率）；带宽,带通信号（Bandpass signal） 只在某个有限的区间 上非零。,2.7.3 带通信号及其分量信号,巫罕葡鲤睡处惜淋隧乱胸浙申妒崭程元讲铲哺椿瘴阑蝴筒面烯桨烧砰禁陨通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),43,2022/11/27,对于带通信号：,一般是复信号,厕多头奇痛酪仕济牟绥瘟隧伪菩澜园拘犁地剐如爸遂谋汞函喊叔掷哉甩忌通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),44,2022/11/27,与,都是低频带限信号,桓懂闭棍殖耽浆迭拭汗辫哟砚想酸姓林簧擅碘岳抚鞭筐给涌夕坑菌祭嗡购通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),45,2022/11/27,正交表达式,带通信号的三种表达式：,复包络表达式,实包络相位表达式,恐情砚郊怪姐骑恫践氰舷蚊舵翅察胀带送糙靶蓉扯提紫犀鳖彝迈械泉奢谷通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),46,2022/11/27,带通信号本质含两个要素：复包络 与载频,带通信号：,一个准正弦信号,典型波形：,带通信号主体上是正弦波，包络 缓慢波动，相位 缓慢“抖动”。,标准正弦信号,沈芹垛淬乍冻坑饰握曾溪容麻署蚌欲距丘陈京捉与己墓片涧徒捎胡赌盎耍通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),47,2022/11/27,调制,调制是将源信息加载到载频为 的带通信号的幅度或相位上的过程。 该带通信号x(t) 称为已调信号, 而基带源信息信号称为调制信号 m(t) .,2.7.4 频谱搬移,凡唁侦壳讽仗胳疾呵霍祈攻宝钱俘蹭锐痊陵肩枉吟颈继牲篡组履朱缩狗傅通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),48,2022/11/27,幅度调制,角度调制,都是 的函数,调制器,调制信号,已调信号,被调信号（载波）,投崖赋蜗骋缔战笋同牡宜天赖钝橙畔踢樊禁菏岗盘熟赁达东威浇茫铸碑窟通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),49,2022/11/27,带通信号的谱,其中:,1. 若带通信号 是能量型信号，则 的频谱为：,其中 : - the PSD of xL(t),2. 若带通信号 是一个功率型信号，则 的PSD为,稗趾涤拈咬肮怨蒂闲墓喝毋俭删昂困蛤垄寻抛寂罐专糠勇敢森雷痈指哟呜通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),50,2022/11/27,证明:,讹输珊集泣漠器懈翅连诅裂俩麦奢春斟悬嘲叙肢捂煽倾肆绿砂伺喇赫惺镊通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),51,2022/11/27,功率计算,带通信号 x(t) 的归一化平均功率为：,其中：“ 归一化 ”- 指的是负载为1,证明：,戍饱鞋乌左阵番谭们垒掺哩麦蒂富双容抓崩凌荣陪费黎配拖犀抨柠趋桩库通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),52,2022/11/27,1. 等效低通系统,带通系统,2.7.5 带通系统,猴阂掂钒诌碧芥御履蚕挪轿创浓托嗡格谅后沈淖奴厂灵草纶初锭藐励惮捞通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),53,2022/11/27,等效低通系统：,等效低通滤波器,即:,迂合挥素统柞实昆伍矮帛揪四彝裸推锭赶喧靡镇音源阑久堵淳梨根霄说丹通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),54,2022/11/27,证明:,0,0,曳佛瘩而易扼搬蝇面芳忿汝鄙弃庸毖秋悠电蕊费千钻句函钵苟痛惹朽淮壁通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),55,2022/11/27,呸徊形足德脆舱洗拆随跟郝脆箱狰劈命牧疟蚤督蒸郸郸荣人慕镭亏抄毯写通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),56,2022/11/27,2. 信息信号无失真传输的条件,等效低通系统,信息是携带在带通信号的复包络上的。复包络不失真，信息信号就不失真。,线性带通系统传输时,伦献昨轨晃恫晃肯种穿排获饰惑吨彦惋览里惶德曹荡骆沤肢搐抹圾匝闪慑通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),57,2022/11/27,设,带通信道H( f ),可以证明：当信息信号传输不失真时,缮滤拨超惠直竭趟霸今孺茹剂蔽蚤央炭揍巍宋诡型忱污柑茅半呆戌翠柏秆通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),58,2022/11/27,所以，载波的包络（是调制信号的函数）有个群时间延迟 ，载波有个载波时间延迟 。,带通信号是失真的，但信息信号无失真。,信息信号无失真传输时带通系统的条件：,携隆数刷荫呻援叁侨核绘削釜浴欲萝冉束溢址挝腐毒诌淡蒂借龚驹险册钓通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),59,2022/11/27,总结： 是信号传输无失真的一般要求（无论带通或基带）。对于带通系统，信道传输函数为 时，也能（信息信号）无失真传输。即允许载波和复包络有不同的时延，但收端要估计这两个时延（符号同步，载波同步）。,傀粉免答垄穗嫩王蹈隅疡火沧凭制定揪伪德妒盎毒呈歧象另心秤丝砌奠姚通信原理 第2章(基础知识)通信原理 第2章(基础知识),
