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数据通信原理

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可见ξo(t)的自相关函数也与时

间t有关,

结论:平稳随机过程经乘法器传输后,输出不再是平稳随机过程。

ξo(t)的自相关函数的时间平均值为由

于平稳随机过程经乘法器传输后,输出已不再是平稳随机过程,因此,输出信号的功率

谱密度为:所以,平稳随机过程经

乘法器后,输出信号的功率谱密度的幅度为原来的1/4,位置分别移到载波角频率±ωc 处,如下图所示

课后P52 2.15 2.16 2.17 2.21 2.23

第三章:数据传输的信道和噪声 1、信道的定义及其数学模型的分类

信道:指以传输媒质为基础的信号通道。数学模型的分类:调制信道、编码信道

2、理想恒参信道和随参信道的区别

恒参信道:乘性干扰k(t)随时间缓慢变化的信道。信道对信号传输的影响是:对信号在

幅度上产生固定的衰减。对信号在时间上产生固定的延迟。——即也称―无失真传输‖。包括:明线、电缆、光纤、超短波及微波视距传播、卫星中继等。

随参信道:乘性干扰k(t)随机快变化的信道。随参信道的传输媒质具有以下几个特点:1)对信号的损耗随时间变化;2)信号传输的时延随时间变化;3)多径传播。由于随参信道比恒参信道复杂的多,它对信号传输的影响也比恒参信道严重的多。包括:短波电离层反射信道、各种散射信道、超短波移动通信信道等。

3、编码信道的数学模型

编码信道定义:从编码器输出端到译码器输入端的所有转换器及传输媒质。

编码信道的模型可用数字信号的转移概率来描述。编码信道可进一步分为无记忆编码信道和有记忆编码信道。

4、了解常用的有线信道和无线信道的种类和方式 有线介质:双绞线、同轴电缆和光纤。

(1)双绞线:将一对绝缘线纽绞在一起,任意拧成螺旋形就构成了双绞线。双绞线的优点是价格便宜、使用方便、安装容易。因此常作为用户与本地中心站及中心站与中心站间的连线。分类:双绞线根据有无屏蔽层可以分为:非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)。 (2)同轴电缆:同轴电缆是对地不对称的同轴管构成的一种通信回路。寿命长、通信容量大、质量稳定、外界干扰小、可靠性高和维护便利等优点。在有线通信中占有很大比重。在局域网中应用非常广泛。分类:按其阻抗特性来分主要有三大类,即50Ω、75Ω、93Ω。 (3)光纤:光纤又称光导纤维,通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝状,是一根很细很细的、能传导光束的介质。目前广泛应用的光纤分为两大类,单模光纤和多模光纤。 无线介质:卫星、无线电通信、红外通信、激光通信、微波通信。

(1)无线通信的分类:长波通信、中波通信、短波通信、微波通信、光通信。(按照通信设备工作的频率不同)

(2)无线信道的特点:1)频谱资源有限;2)传播环境复杂 ;3)存在多种干扰;4)网络拓扑处于不断变化之中。

5、白噪声的定义

白噪声n (t)定义:功率谱密度在所有频率上均为常数的噪声,

6、信道容量的概念及香农公式的计算

信道容量定义:指信道中信息无差错传输的最大速率。

香农公式:

C?Blog2(1?S)N (b/s)

其中,B(HZ)为信道的带宽,S(mW)为信道的输出信号的功率,N(W)输出加性高斯噪声功率,C(bit/s)为信道容量。

香农公式表明:信道的带宽或信道中的信噪比越大,则信息的极限速率也就越高。 根据奈奎斯特准则,带宽为B的信道所能传送的信号最高码元速率为2B波特。因此,无噪声数字信道容量为 C=2Blog2M(bit/s)其中,M为传输信号的取值状态,也就是进制数。

第四章:数据信号的基带传输 1、常用的数据基带信号的种类 (1)单极性码不归零(NRZ)码(2)单极性码归零(RZ)码(3)双极性码不归零(BNRZ)码(4)双极性码归零(BRZ)码(5)差分码(6)极性交替(AMI)码(7)三阶高密度双极性(HDB3)码(8)曼彻斯特码(9) CMI码(10)nB/mB码 ;

2、二进制基带信号频谱特点

2 信号对应的功率谱: Ps(f)?fbP(1?P)|G1(f)?G2(f)|??

??|fb[PG1(nfb)?(1?P)G2(nfb)]|2?(f?nfb) n??? fb=1/Tb,数值上等于码元速率RB

G1(f)和G2(f)分别为g1(t)和g2(t)的傅氏变换

式中的第一项表示连续谱,由其可以确定信号的带宽

第二项是离散谱,由其可以判断信号有无直流分量以及是否包含同步信息 由上式可见:

二进制随机脉冲序列的功率谱Ps(f)可能包含连续谱(第一项)和离散谱(第二项)。 连续谱总是存在的,这是因为代表数据信息的g1(t)和g2(t)波形不能完全相同,故有G1(f) ≠ G2(f) 。谱的形状取决于g1(t)和g2(t)的频谱以及出现的概率P。

离散谱是否存在,取决于g1(t)和g2(t)的波形及其出现的概率P。一般情况下,它也总是存在的,但对于双极性信号 g1(t) = - g2(t) = g(t) ,且概率P=1/2(等概)时,则没有离散分量?(f - mfs)。根据离散谱可以确定随机序列是否有直流分量和定时分量。

3、基带通信系统的组成框图及各部分的作用 基带波形形成网络H(ω) adef码型b发送c接收抽样DTE信道 DTE变换器滤波器滤波器判决器 CP 同步系统噪声 码型变换器是将数据信号转换成更适合于信道传输的码型 发送滤波器进行信号波形转换

接收滤波器完成抑制带外噪声、均衡信号波形等功能,使其输出波形更有利于抽样判决

同步系统作用是通过特定方法提取同步信息,并产生同步控制信号 抽样判决器是在位同步脉冲的控制下对信号波形抽样,并按照特定码型的判决规则恢复原始数据信号

4、消除码间干扰的基本思想及时域条件和频域条件 (1)消除码间干扰的思想

1)如果相邻码元的前一个码元的波形,在到达后一个码元抽样时刻就衰减为0。那么前一个码元就不会对后一个码元产生干扰。

2)’但是由于h(t)的波形有很长的拖尾,在实际当中很难实现,因此,只能使h{(k-n)Tb+t0}在t0+Tb,t0+2Tb,?,(k-n)Tb+t0,?等抽样时刻上正好为0,就能消除码间干扰。

(2)无码间干扰的时域条件

经过上面分析,可以得出当h(t)满足下式时就可以消除码间干扰

?1k?nh[t0?(k?n)Tb]?? k?n?0令k-n=k’,因为函数与自变量符号无关,所以把k’记作k,并设传输时延t0=0得到式 :

k?0?1 h(kTb)??k?0?0

(3)无码间干扰传输的频域条件

1??传输特性H(ω)和单位冲激响应h(t)是一对傅氏变换对: h ( t ) ? H (?)ej?td?2?????1j?kT当t=kTb时: h(kT)?bH(?)ed?b??2?

对上式按照ωb=2π/Tb的长度用分段积分的形式表示为:

1??n?b??b/2H(?)ej?kTbd? h(kTb)?2?n???n?b??b/2

用Hn(ω)表示第n个区间内的H(ω) 则 : ??n?b??b/21j?kTb h(kT)?H(?)ed?bnn???/22?n???bb

令ω’=ω-nω,则ω=ω’+nω,dω=dω’,所以: 1???b/2j?'kTbj2nk?h(kT)?H(?'?n?)eed?' bnb2?n?????b/2

????????

5、奈奎斯特第一准则

理想低通网络波形形成(奈奎斯特第一准则) 奈奎斯特带宽BN =1/2Tb (rad/s) =fb/2 (Hz)。

当系统的传输特性在奈氏带宽内是理想低通特性时,若发送端以其截至频率两倍的速率传输信号,接收端仍以间隔Tb在码元峰值处抽样就可以消除码间干扰,此时可以得到最大的频带利用率2Baud/Hz。

——传输速率为RB=1/Tb=fb Baud,信道带宽为B=fb/2 Hz,所以频带利用率r=RB/B=2 Baud/Hz 。

6、具有幅度滚降特性的低通网络的计算等

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