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视频课程教案、知识点、字幕

同学们好

今天我们来学习信道的基本概念

在这次课当中

我们将主要讨论信道的定义

以及它的数学模型

根据通信的定义

我们发现任何一个通信系统

都可以分为发送端 接收端

和信道3部分

其中信道是通信系统重要的组成部分

信号在信道中传输

不仅会受到信道特性的限制和约束

而且还会受到来自各种方向的

各种环境当中的噪声的影响

因此 对信道相关特性和噪声的研究

是通信系统研究的基础

既然信道这么重要

那么说我们来看一下信道的定义

如果简单的从字面上理解

信道就是信息传输的通道

但是根据通信研究问题的不同

我们把信道又可以进一步划分为

狭义信道和广义信道

狭义信道是指在发送端

和接收端中间的传输介质

这种定义直观 易理解

根据传输介质的不同

狭义信道又可以进一步划分为

有线信道和无线信道

当然 在实际系统当中

信道除了包括我们传输介质以外

还有我们其他的相关设备

比如说我们的天线

比如说我们的馈线 调制器 解调器等等

通常将这种扩大范围的信道

称为广义信道

广义信道是研究通信理论的重要工具

根据研究对象的不同

广义信道又可进一步分为

调制信道和编码信道

接下来我们看一下调制信道

调制信道是用来研究

调制与解调相关问题的信道定义

它的范围是从调制器输出

到解调器的输入这一段

如果从研究调制与解调实现的原理来看

调制信道仅关心解调器输出信号的形式

与解调器输入信号以及噪声的特性

因此 调制信道多用于

对模拟通信系统的研究

刚才我们研究了调制信道

现在我们来看一下编码信道

在数字系统中

如果仅着眼于研究编码与译码相关问题

我们则可得到另一种广义信道

也就是编码信道

编码信道的范围是从编码器的输出

到译码器输入的中间这部分

我们可以发现

无论中间这一块

它的通信形式或者结构形式

是什么样子

但是编码器输出到译码器输入这一段

都是数字序列

因此 编码信道是着眼于

数字通信系统研究而描述的

当然 根据研究对象

和关心问题的不同

我们还可以定义其它形式的广义信道

这里我们就不一一进行赘述了

前面我们给出了调制信道

和编码信道定义

为了开展相关通信理论的研究

需要对这两类信道进行数学建模

首先我们对调制信道进行建模

为了简化调制信道模型

在建模时我们应用“黑箱”建模法

也就是仅关注调制信道的输入信号

与输出信号之间的关系

并依据它们之间的关系进行建模

而不关注其中间的过程

通过对调制信道进行大量的分析研究

我们可以发现它通常具备以下共同的特性

第一 对于端口描述

我们可以看到

它可以描述成什么呢

单输入单输出形式

或者单输入多输出形式

或者多输入单输出

再或者是多输入多输出形式

第二对于大多数信道来说它是线性的

因此满足叠加原理

第三 信号通过信道以后

一定会出现时延

第四 信道对信号有衰减

那么这个衰减可以是固定的

有时也是时变的

第五 即使信道当中没有输入

但是信道仍然有输出

也就是说总是有噪声存在的

为了简化期间

我们这里仅对

单输入单输出的信道进行建模

其输入输出的关系

我们可以用这个式子来表达

我们从这个等式可以看到

等号的左边为输出

等号的右边(函数的自变量)为输入

我们可以看到输出信号由两部分组成

一个是噪声

一个是信号经过信道时

受信道特性的限制约束产生的变化

为了进一步简化这个描述

我们将这个限制和约束

用一个乘法过程进行表述

进而得到我们更为简化的信道模型

大家看这个公式

在这个式子当中

k(t)表示信道对输入信号的一种干扰

通常我们把这种干扰称为乘性干扰

实际上 乘性干扰k(t)

通常是一个非常复杂的函数

往往只能用随机过程来表述

不过 经过大量的观察发现

这些信道的k(t)

基本上不随时间变化

也就是说

信道对信号的影响

是固定的或变化极为缓慢的

而另一类信道却不然

它们的k(t)是随机快变化的

因此 分析研究乘性干扰时

我们把调制信道进一步划分为两类

一类称之为恒参信道

也就是我们刚才说的

它们的k(t)可看成不随时间变化

或变化极为缓慢的

例如我们有线通信信道

或者无线通信信道的中长波的地波传播

或者超短波 微波 光波传播的视距传播形式

第二类我们称之为随参信道

它们的k(t)是一个随时间快速变化的

一个随机过程

比如我们的短波信道

或者散射信道

有了我们调制信道的数学建模

接下来我们对编码信道进行建模

由于编码信道的输入和输出均为数字序列

因此编码信道对信号的影响

用的是一系列数字的变换来表述的

即把一种数字序列变换成另外一种数字序列

如果用二进制数字传输特性

来描述这个信道

我们可以得到这样一个模型

从这个二进制建模结构当中我们可以看到

发送端有两种可能性

要么是0 要么是1

接收端也有两种可能性

要么是0 要么是1

但是由于信道的影响

我们说会出现以下4种现象

第一种现象 发送0收到0

第二种现象 发送1收到1

这属于正确的信息传送

同时我们也有可能出现

发送0收到1

或者发送1收到0这两种情况

那么这就属于错误的收发过程

对于这4种可能性

我们可以用4个条件概率来表示

通常它们被称之为信道的转移概率

对于二进制编码信道

当这4个概率确定以后

编码信道建模也就完成了

实际上 上面提到的正确转移概率

和错误转移概率

我们可以用这样一个数学表达式进行表达

因此 在描述编码信道时

我们习惯上用错误转移概率来进行表述

比如用P(1/0)

和P(0/1) 错误概率来表示

因为它与数字通信系统当中的误码率紧密相关

同学们 今天我们学习了

信道的定义和信道的模型

研究了信道建模过程

建立了调制信道模型和编码信道模型

希望课后同学们结合实际情况

认真思考和领会上述模型的物理意义

好 今天的课程就是这些

谢谢大家

通信原理课程列表:

第一章 绪论

-1.1 通信系统的基本概念

--视频

--习题

-1.2 通信系统的组成

--视频

--习题

-1.3 信息及其度量

--视频

--习题

-1.4 通信系统的主要性能指标

--视频

--习题

-讨论题:分析比较模拟通信和数字通信的各自有缺点和应用场景。

-课程思政

--“如盐入味”,清华课程思政正在进行ing…

-教学PPT

-课程使用教材

--教材介绍

-讨论题:调制的作用是什么,信号传输都需要调制吗?

第二章 信道分析

-2.1 信道的基本概念

--视频

--习题

-2.2 恒参信道分析

--视频

--习题

-2.3 随参信道及其对所传信号的影响

--视频

--习题

-2.4 随机过程基础

--视频

--习题

-2.5 平稳随机过程

--视频

--习题

-2.6 白噪声

--视频

--习题

-2.7 高斯噪声

--视频

--习题

-2.8 信号系统与噪声的关系

--视频

--习题

-2.9 信道容量的概念

--视频

--习题

-2.10 m序列的产生

--视频

--习题

-2.11 m序列的性质

--视频

--习题

-讨论题:结合实际生活或者工程实践,谈一下香农定理的意义所在。

-课程思政

--教育部关于印发《高等学校课程思政建设指导纲要》的通知

-教学PPT

-讨论题:为什么我们通常假设信道的加性噪声是高斯白噪声。

第三章 模拟调制系统

-3.1 常规双边带调幅

--视频

--习题

-3.2 抑制载波的双边带调制

--视频

--习题

-3.3 单边带调制

--视频

--习题

-3.4 残留边带调制

--视频

--习题

-3.5 线性系统的抗噪声性能

--视频

--习题

-3.6 角度调制的基本概念

--视频

--习题

-3.7 频率调制FM

--视频

--习题

-讨论题:分析FM和PM的内在联系。

-课程思政

--教育部印发纲要 所有高校全面推进课程思政建设

-教学PPT

-讨论题:SSB和VSB有何差异,有何联系?

第四章 数字基带传输系统

-4.1 数字基带信号的常用码型

--视频

--习题

-4.2 数字基带信号的频谱特性

--视频

--习题

-4.3 数字基带传输系统

--视频

--习题

-4.4 无码间串扰的基本思想

--视频

--习题

-4.5 无码间串扰的基带传输系统

--视频

--习题

-4.6 数字基带传输系统的性能分析

--视频

--习题

-4.7 眼图

--视频

--习题

-讨论题:改善基带传输系统的性能有哪些?

-课程思政

--上海交通大学积极推进课程思政建设

-教学PPT

-讨论题:HDB3码的频谱有什么特点?

第五章 数字频带传输系统

-5.1 2ASK的基本原理

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--习题

-5.2 2ASK的抗噪声性能分析

--视频

--习题

-5.3 2FSK的基本原理

--视频

--习题

-5.4 2FSK的抗噪声性能分析

--视频

--习题

-5.5 2PSK的基本原理和抗噪声性能

--视频

--习题

-5.6 2DPSK的基本原理和抗噪声性能

--视频

--习题

-5.7 二进制数字调制系统的性能比较

--视频

--习题

-讨论题:比较DPSK与PSK的优缺点。

-课程思政

--浙江大学多措并举推进课程思政建设

-教学PPT

-讨论题:2FSK信号的频谱的波峰有什么特点,与什么因素有关?

第六章 数字信号最佳接收

-6.1 假设检验模型

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--习题

-6.2 错误概率最小准则

--视频

--习题

-6.3 二元确知信号的最佳接收机结构

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--习题

-6.4 匹配滤波器原理

--视频

--习题

-6.5 匹配滤波器性质及应用

--习题

--视频

-讨论题:分析最佳接收机与实际接收机的差异。

-课程思政

--兰州大学“五抓五促”推进课程思政建设

-教学PPT

-讨论题:说明匹配滤波器中“匹配”的物理含义。

第七章 信源编码

-7.1 低通抽样定理

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--习题

-7.2 量化的基本概念和均匀量化

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--习题

-7.3 非均匀量化

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--习题

-7.4 13折线法的码位安排

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--习题

-7.5 简单增量调制

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--习题

-7.6 改进型增量调制

--视频

--习题

-7.7 时分复用和多路数字电话系统

--视频

--习题

-7.8 哈夫曼编码

--视频

--习题

-讨论题:分析13折线法与A率压缩特性的关系。

-课程思政

--树立正确人才观 构建成电特色的人才发展治理体系

-教学PPT

-讨论题:分析非均匀量化的好处和存在的问题。

第八章 信道编码

-8.1 信道编码基础

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--习题

-8.2 分类和工作方式

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--习题

-8.3 常用简单分组码

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--习题

-8.4 线性分组码的基本概念

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--习题

-8.5 线性分组码的矩阵描述

--视频

--习题

-8.6 循环码的基本概念

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--习题

-8.7 循环码的矩阵描述

--视频

--习题

-8.8 循环码代数形式的编译码

--视频

--习题

-讨论题:循环码的编码方法分析比较。

-课程思政

--坚持突出“三个注重” 深化课程思政建设

-教学PPT

-讨论题:奇偶校验法的优点和存在的问题。

第九章 同步系统

-9.1 同步的定义与分类

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--习题

-9.2 载波同步

--视频

--习题

-9.3 载波同步的性能分析

--视频

--习题

-9.4 位同步

--习题

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-9.5 位同步的性能分析

--习题

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-9.6 群同步

--习题

--视频

-9.7 群同步的性能分析

--习题

--视频

-讨论题:分析通信系统同步的重要性。

-课程思政

--连通课程思政的“最后一公里”

-教学PPT

-讨论题:分析一下位同步和群同步的关系。

视频笔记与讨论

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