数字通信技术复习资料.docx

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数字通信技术复习资料

■请描述Walsh码的特性以及应用场合。

特性:

（1）在非位移的情况下,Walsh序列具有良好的自相关特性。

（2）Walsh序列具有良好的互相关性,在非位移的情况下,Walsh序列的互相关函数为0.（3）若将上述的正交序列取其补序列,即序列中"+1"变|"-1",可得到另外W个序列,正交序列的补序列也是正交的。

（4）若将正交序列及其补序列组合在一起,构成长度为2N的序列,则称为双正交序列,由上述哈达矩阵构成的双正交序列就是Reed-Muller码。

信号正交分割原理,也就是信道分割理论,即:

赋予各个信号不同的特征,然后根据各个信号特征之间的差异来区分,实现互补干扰的通信。

应用场合:

可将其作为码分多址系统的地址码序码,也可以用于短波扩频猝发通信系统中。

■多址通信技术的数学基础是什么？

多址通信技术是实现远程多个用户同时接入通信网络、共享通信资源的技术。

多址通信要解决的基本问题是多用户信号的共存和识别问题,同时要使各用户之间的干扰尽量小。

实现多址通信的理论依据是信号参数的正交性或准正交性。

■对图像进行编码的目的是什么？

图像编码是一种信源编码,其信源是各种类型的图像信息。

图像进行编码的目的是以尽量减少比特数表征图像,同时保持复原图像的质量,使他符合预定应用场合的要求。

节省图像存储器的容量,缩短图像处理时间,但这是以压缩和解压的时间为代价的。

■与直接序列扩频相比,跳频扩频方式有哪些特点？

跳频带宽取决什么？

跳频扩频系统,信号以频率位置跳变的形式躲避干扰。

跳频信号跳变规律复杂,不易被截获。

跳频系统可以采用躲避的方式克服频率选择性衰落。

■叙述载波同步的作用？

载波同步:

载波同步是指在相干解调时,接收端的解调器要产生一个与接收到的调制载波同频同相的相干载波。

载波同步实现方法分类:

插入导频法、直接法。

作用:

在各种调制方式中,相干解调具有优良的抗噪声性能获得广泛应用,为实现相干解调,首先必须实现载波同步。

■数字通信系统的主要性能指标:

★有效性（传输速率、频带利用率）

信息传输速率Rb;

码元传输速率Rs;

Rb=Rs·㏒N/㏒2;

频带利用率n=Rs/频带宽度;

频带利用率（二进制）β=Rb/频带宽度。

★可靠性（误码率）

误比特率:

Pb=lim（N→∞）传输错误的比特数n/传输的总比特数N;

误码率:

Ps=lim（N→∞）传输错误的码元数n/传输的总码元数N。

★语音编码的方法:

波形编码;参量编码;混合编码。

★波形编码:

原理:

首先对语言波形进行抽样量化,然后对量化后的值使用二进制表示。

特点:

编码速率低,可压缩到2kbit/s-800bit/s;合成的话音质量差,只能达到中等,自然度较低;不以重构语音波形为目的,在解码端重构一个新的有相似声音但波形不尽相同的语音信号。

★参量编码:

原理:

从语音信号的产生机理出发,构造语音信号的模型,提取描述语音信号的特征参数,对模型参数或其预测值进行编码。

特点:

为克服波形编码方式编码率高,占用频带带宽的缺点,参量编码是对语音信号特征的参量进行编码并传输,而不对语音信号的时域波形进行编码,大大降低了编码速率。

★混合编码:

原理:

混合编码将波形编码和参量编码组合起来。

特点:

低速率、高质量。

★ADM:

自适增量调制。

★ADPCM:

自适差分脉冲编码调制。

★DM:

增量调制。

★PCM:

脉冲编码调制。

★清音、浊音和无声的判别:

根据语音信号的短时能量、短时平均幅度和短时过零率来判断当前帧的语音信号是清音、浊音还是无声。

语音信号Sw（n）,起点n=0,短时能量E0,短时平均幅度M0,语音信号的过零率Z0,计算公式:

E0=（n=0~N-1）∑Sw（n）^2/N;

M0=（n=0~N-1）∑|Sw（n）|;

Z0=（n=0~N-1）∑|sgn[Sw（n）]-sgn[Sw（n-1）]|。

浊音（V）:

M0最大,Z0最低,抽样率为8kHz,帧长20ms时,Z0平均值为20;波形类似于白噪声。

清音（U）:

M0居中,Z0最高,抽样率为8kHz,帧长20ms时,Z0平均值为70;

无声（S）:

M0最低,Z0居中。

★图像压缩常用的数字化方法是PCM（脉冲编码调制）,包括取样、量化、编码三个步骤。

★熵编码定义:

是一种基于信号统计特性的编码技术。

特点:

在编码时需要知道编码对象出现的概率;最终的平均码长很小;是一种无损压缩编码,解码后能无失真地恢复原图像。

★图像压缩编码标准:

静止图像编码标准:

JPEG;PEG2000;

活动图像编码标准:

H.26X（H.261、H.263、H.264）;MPEG（MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7）。

★OFDM:

正交频分多路复用技术//OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing。

优缺点:

每个子载波之间相互正交,允许每个子载波的频带之间仙湖重叠,可以获得频带效率。

OFDM接收器能有效地分离每个子载波并分别解调,dfdm的子载波可以紧密交造从而有效地利用有限的频率;

OFDM系统的子载波可以根据信道的情况自适应地选择调制方式,并且能多次实现在各种调制方式之间的切换;

衰落信道引起的传输畸变会破坏ofdm子载波间的正交性,导致产生碍间串扰和邻道干扰。

★同步分类及作用:

载波同步:

载波同步是指在相干解调时,接收端的解调器要产生一个与接收到的调制载波同频同相的相干载波。

载波同步实现方法分类:

插入导频法、直接法。

作用:

在各种调制方式中,相干解调具有优良的抗噪声性能获得广泛应用,为实现相干解调,首先必须实现载波同步。

位同步:

位同步是指接收端产生的一个与接收信号符号速率相同,相位与最佳判决时刻一致的定时脉冲序列信号。

作用:

是实现帧同步的前提,是最基本的同步。

群同步:

群同步是指在接收端产生与"字"、"句"及"帧"的起止时刻相一致的定时脉冲序列。

作用:

是把字或句和码区分出来,在时分多路传输系统XX号以帧的方式传送。

★均衡:

一种用来削弱码间串扰的信号处理技术。

解决了信道传输过程中产生的码间串扰。

途径:

频域均衡、时域均衡。

★分集技术分类:

空间分集、频率分集、时间分集、极化分集、角度分集、路径分集。

空间分集:

是无线通信中使用最多的分集形式。

★频率分集:

用两个以上不同的频率传输同一信息,实现频率分集。

与空间分集相比,减少接收天线及相应设备的数量。

占用更多的频带资源。

★时间分集:

是将要传输的信息分别在不同的时隙发射出去。

与空间分集相比,减少了接收天线及相应设备的数目;占用时隙资源,增大了开销,降低了传输效率。

★极化分集:

利用在同一地点极化方向相互正交的天线发出的信号,呈现出互不相关的衰落。

在接收端装上垂直极化和水平极化两副接收天线进行接收。

特点:

由于发射功率要分配到两副天线上,因此有3dB的信号功率损失。

★角度分集:

依据不同入射角入射的两个信号所收到的衰落具有彼此独立的特性,其基本结构是接收端使用多个锐方向性接收天线来接收不同方向的信号分量。

角度分集可看作空间分集的一种特殊情况。

★路径分集:

来自两个不同路径信号的时延大于某一值时,这两个衰落信号可看作互不相关的特性。

★分集合并技术分类:

选择性合并、最大比值合并、等增益合并。

★扩频:

是将待传输信息的频谱用按某个特定规律的展宽成为宽频带信号,送入信道中传输;在接收端,按相应的规律将信息从收到的宽频带信号中恢复出来。

★捕获:

是利用扩频序列的相关性实现的。

方法:

滑动相关捕捉（单积分滑动相关捕捉、多积分滑动相关捕捉、序贯检测相关捕捉）、匹配滤波器捕捉。

★编码技术:

语音编码;图像编码;信道编码。

★数字通信系统的主要组成:

信元编码与信源译码;加密与解密;信道编码和信道译码;调制与解调;信道与噪声;同步。

★通信的最终目的是为了有效和可靠地传递和交换信息。

★信道中的噪声归纳起来可分为两种:

一种是高斯噪声;另一种是脉冲噪声。

★同步:

位（比特）同步;载波同步;帧同步;网同步。

■数字通信系统的主要性能指标:

★性能极限:

由香农公式C=B㏒（1+S/N）/㏒2;

B=0,C=0;B=∞,C=1.44·S/n0;

如果C=Rb,有极限频带利用率为Rb/B=㏒（1+S/N）/㏒2。

信道带宽B趋于无穷大,信道容量C趋于一个定值,该定值称为信道容量极限。

★数字通信系统的特点:

1.可以通过信元编码技术消除冗余,降低信源输出的数据速率;

2.便于进行复杂的加密处理;

3.可以通过增加冗余进行差错控制编码,提高传输的可靠性;

4.可以研究更多更有效的调制与解调方式,使有效性与可靠性同时提高;

5.可以采用中继的方式进行再生,消除噪声积累;

6.便于集成,使设备小型化;

7.便于利用计算机技术,采用软硬件相结合的方式,研制附和软件无线电概念的智能化通信设备;

8.便于利用通信协议组网;

9.便于实现多媒体通信。

★语音编码:

连续的语音信号数码化后,成为离散的数字信号的过程。

★语音编码的目的:

使语音信号数字化,便于传输,并在一定的可靠性要求下,减小或消除语音的多余度,提高通信的XX度。

★语音编码主要包括抽样、量化、编码三个步骤。

可通过译码,恢复成连续的语音信号。

★语音编码器分为:

波形编码器;信源编码器。

★语音编码的方法:

波形编码;参量编码;混合编码。

★1波形编码:

以重构语音波形为目的,用数据表示语音信号的时间波形,在解码端通过重构与原始语音信号相似的波形来得到近似的话音。

优点:

适应能力强,,复杂度低,话音质量好。

缺点:

压缩速率低,当码率低于16kbps时,音质明显变差。

主要类型:

脉冲编码调制（PCM）、自适增量调制（ADM）、自适差分编码（ADPCM）。

★2信源编码:

①将语音信号分段,提取能表征语音段特征的参数,在解码端重构一个新的有相似声音但波形不尽相同的语音信号。

②根据人的发声机理提取和传送基本参数,对方根据这些参数还原语音。

优点:

编码速率低,一般低于2.4kbps,甚至几百bps。

缺点:

复杂度高,易受讲话者和环境噪声影响,缺乏稳定性。

★信号的抽样:

是讲一个时间连续的信号变换为时间离散的信号,即用间隔均匀的养点表示时间连续的信号。

★标量量化:

把连续取值的抽样幅度变成有限的取值,对每个抽样分别进行量化。

1.均匀量化:

对抽样值直接量化,所有量化的间隔均相等。

但小信号可能会被量化噪声淹没。

2.非均匀量化:

对抽样值直接量化。

量化电平与被量化信号的复制呈对数关系。

实现复杂度中等,量化后数据数率中等,适应的动态X围大,量化信噪比较高。

3.自适应量化:

对抽样值直接量化,量化间隔根据输入信号的等时方差进行调整,使得量化间隔的大小和输入信号的电平相匹配,方法有向前/后自适应量化。

实现的复杂度高,量化后数据速率为中等,适应的动态X围大,量化信噪比较高。

4.差分量化。

★矢量量化:

是一种多维空间的映射。

特点:

矢量量化优于标量量化;实现矢量量化所需要的存储量和计算量比标量量化大得多;矢量量化的维数为1时,退化为标量量化。

★语音信号线性预测编码方法LPC:

是一种通用线性预测技术。

一个话音抽样能够用若干个话音抽样的线性组合来逼近。

通过使实际话音抽样和线性预测抽样之间差值的平方和为最小,能够唯一地决定一组预测器系数。

它可导出一系列分析技术如协方差法、自相关法、格形法等,并使用这些技术对话音模型的参数进行估值。

●LPC-10编码器的特点

采样;预加重预加重的目的是加强语音谱中的高频共振峰;声道滤滤器参数RC该编码方案中采用协方差法计算预测系数{ai};增益RMS;提取基音周期和检测清/浊音采用基于短时平均幅度差函数（AMDF）法提取基音周期。

清/浊音判决是利用模式匹配技术,基于低带能量、AMDF函数的最大值与最小值之比、过零率三个因素判别;参数编码

●LPC-10声码器的缺点:

合成的语音自然度较低;稳健性差;共振峰的位置以及带宽估值有时会产生很大的失真。

●LPC-10e声码器采用针对LPC-10声码器的缺点加以改进的算法:

激励源的改善:

混合激励、激励脉冲加抖动;基音提取方法的改进;声道滤波器参数量化的改进线谱频率LSF。

★图像通信分为:

模拟通信和数字通信。

★图像压缩编码方法分类:

从信息论的角度分:

冗余度压缩（无损压缩）;信息量压缩（有损压缩）。

从压缩编码算法原理分:

有损压缩（预测编码、频率域方法、空间域方法、模型方法、基于重要性编码）无损压缩（哈夫曼编码、游程编码、算术编码）混合编码（H.26x、JPEG、MPEG）。

■图像压缩编码的必要性和可靠性:

图像和视频包含巨大数量的信息,其传输和存储需要很宽的带宽。

这就需要昂贵的通信信道和硬件进行图像传输和存储管理。

从信息论观点看,图像作为一个信源,描述信源的数据是信息量和信息冗余量之和。

图像的内部以及视频序列中相邻图像之间有大量的冗余信息,减少这些冗余量可以减少数据量而不减少信源的信息量,同时又不会妨碍图像的实际应用。

因此图像信号必须以压缩的形式进行存储和传输。

★Huffman编码:

原理:

对出现概率大的信息符号编短码字,对出现概率小的信息符号编长码字;编码方法:

"编码树"技术;应用场合:

事先知道或是很容易确定信源中各个符号的出现概率;结论:

平均码长与熵值很接近。

★算术编码:

将编码的消息表示成实数0和1之间的一个间隔,消息越长,编码表示它的间隔就越小,表示这一间隔所需的二进制位就越多。

两个基本参数:

符号的概率和它的编码间隔。

★预测编码:

不直接对原始图像信号的采样值进行编码,而是根据某一模型利用以往的采样值对当前采样值进行预测,然后求得预测值与实际采样值之间的差值,即预测误差。

最后对预测误差进行编码;关键:

将预测误差减至最小;种类:

帧内预测（消除图像在空间域的相关性）、帧间预测（消除图像在时间域的相关性）;预测编码是有损压缩编码。

★运动补偿技术的基本原理:

对要预测的像素在预测时考虑其位移量:

分类:

像素递归法、块匹配法。

★离散余弦变换的特点:

DCT是一种实数域的变换,运算速率较快;DCT变换的基向量近似于T矩阵,与图像信号具有很大的相关性;这一特性保证变换之后的结果:

能量更为集中。

结论:

DCT对于图像信号是一种准最佳变换。

★数字调制技术的性能指标:

功率效率;频带效率;抗非线性特性;抗码间串扰特性;抗临到干扰特性;实现复杂度。

★码间串扰产生原因:

数字信号波形的常见形式是矩形,矩形波具有无限宽的频谱,但是任何一个通信系统的频带宽度都是有限的,这种带宽受限的信道特性导致矩形波在数字通信系统中传输时必将产生失真,同时会缠身码元之间的相互干扰,即码间串扰。

BPSK二进制相移键控

DBPSK差分二进制相移键控

GMSK高斯最小频移键控

OQPSK交错正交相移键控

QAM正交振幅调制

QPSK四相相移键控

MASKM维幅移键控

MPSKM维相移键控

MFSKM维频移键控

MSK最小频移键控

★同步:

通信系统中为了保证正确可靠的通信,收发两端步调一致的工作方式称为同步。

★载波分类:

插入导频法:

发送端在已调信号的频谱中额外插入一个低功率的线谱,以便接收端用窄带滤波器或锁相环提取出来作为相干载波。

这种方法需要额外的功率,较少使用。

直接法:

直接从接收信号中提取相干载波,通过估计技术获得数字调制信号的载波相位估计值。

该方法的理论基础是参数估计理论。

★载波性能影响:

同步精度:

接收端提取的载波与相干载波比较,应该有尽量小的相位误差。

同步精度越高越好;

同步门限:

载波同步系统能够完成同步时所需的最低信噪比（Eb/N0）th。

同步门限越低越好;

同步建立时间:

从载波同步电路开始工作到完成载波同步所需要的时间。

同步建立时间越小越好;

同步X围:

从载波同步系统能够适应系统频偏及频偏变化的能力,由捕捉带和同步带来描述。

同步X围越大越好;

捕捉带是载波同步系统能捕获的最大频偏;

同步带是载波同步系统能跟踪频偏变化的最大X围。

★M次方环:

通过对MPSK信号进行M次方运算,消除数据调制的影响,产生一个频率为输入信号M倍的非调制载波信号,再用锁相环对其进行滤波提纯,输出信号M分频后得到相干载波。

★Costas环:

BPSK/QPSK信号,最常采用的载波同步方式为COSTAS环

COSTAS环、修正COSTAS环和数字COSTAS环都属于非数据辅助（NDA）载波同步技术。

★自适应均衡:

根据信道响应自动调整抽头系数,这种可以自动调整滤波器的抽头系数的均衡器称为自适应均衡器。

★线性均衡器:

最简单的线性均衡器是线性横向均衡器,它由分成若干级的延迟线构成,级与级之间延迟时间的间隔都为Ts,Ts是输入均衡器序列的符号间隔,其传递函数可以表示成延迟符号。

★迫零均衡器特点:

在2N+1个抽头下,无法保证级联响应满足奈奎斯特准则。

对接收信号折叠频谱,在区域-Rs/2~Rs/2进行均衡,会对凹陷处噪声进行放大,从而导致性能变差。

通过均衡之后的总的系统响应只能在（-N~N）区域上为0（不含0点的值）,在n<-Nn>N时,并不能保证无码间串扰。

★无线信道特征:

多径效应与瑞丽衰落;传播路径与慢衰落;多径时延与想干带宽;多普勒扩展与相干时间。

★分集基本概念:

如果一个无限路径经历深衰落,那么另一个相对独立的路径中可能仍保持着较强的信号,因此,一旦在多径信号中选择出两个或两个以上的信号,接收的瞬时信噪比和平均信噪比就可得到改善,改善幅度通常可达到20~30dB。

★Rake接收机的特点:

能有效地克服多径对无线信号的传输;具有最简单的中频传输接收硬件。

★Rake接收机基本原理:

是对每个路径使用一个相关接收机,各相关接收机与被接收信号的一个延迟形式相关,然后对每个相关器的输出进行加权,并把加权后的输出相加合成一个输出,以提供优于单路相关器的信号检测,然后在此基础上进行解调和判决。

★分集发射方法:

延时分集发射;正交分集发射;空时分集发射。

★频谱扩展方法:

直接序列扩频;调频扩频;跳时扩频;脉冲调频。

★扩频通信基本原理:

是将待传输信号用某个特定的扩频序列调制后成为宽频带信号,送入信道中传输;在接收端,利用一定手段将信息从接收到的宽频带信号中恢复出来。

★直序及跳频扩频基本原理和主要性能参数:

码片与码片速率;扩频处理增益;干扰容限。

★扩频序列应具有的特点:

具有尖锐的自相关特性;有尽可能小的互相关特性,最好为0;序列平衡,即"0","1"等概;在扩频序列族中有数目足够多的序列可供选用;有尽可能大的序列复杂度。

★m序列产生方法、伪随机特性、自相关函数

定义:

最大长度线性反馈移位寄存器序列。

一个n级m序列的周期为p=2n-1。

发生器的组成:

n级移位寄存器、线性反馈支路、时钟。

特点:

m序列具有周期性