通信信号处理课程类别： 选修课课程学时： 48学时授课方式： 课堂讲授为主，辅以课堂讨论课程资料： PPT、板书、上网查找资料，课堂笔记课程所需基础：信号与系统、信号处理、通信原理、随机信号分析等基础知识考核办法：平时成绩20%+80%期末卷面成绩期末考核方式：开卷考试，时间90分钟准带参考资料、书等学习要求：学好通信信号处理：需要：静下心、坐下来、安安心心、认认真真思考、琢磨！第1章 基本概念一、几个名词：系统由具有特定功能、相互作用和相互依赖的若干单元组成的、能完成统一目标的整体。电信系统：用电信号（或光信号）传输信息的系统通信系统能完成信息传输过程的技术系统的总称叫通信系统。无线通信系统借助电磁波在自由空间的传播来实现信息的传输的系统称为无线通信系统，有线通信系统光通信系统当电磁波的波长达到光波范围时，这样的电信系统特称为光通信系统。电信系统电磁波的波长范围没有达到光波范围的通信系统称为电信系统。光纤通信系统利用光导纤维传输光波的通信系统。无线移动通信系统卫星通信系统二、数字通信系统模型利用数字信号来传递信息的通信系统通信系统的各部分功能信源编码与译码目的：提高信息传输的有效性；完成模/数转换信道编码与译码目的：增强抗干扰能力加密与解密目的：保证所传信息的安全数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号同步目的：使收发两端的信号在时间上步调一致问题：1、为什么要进行调制？不进行调制可以不可以？ 不进行调制会是什么结果？2、无线发送音频信号，若不进行调制，求发射天线的高度？三、通信系统主要性能指标 通信系统的主要性能指标：有效性和可靠性有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），或者说是传输的“速度”问题。可靠性：指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。模拟通信系统： 有效性：可用有效传输频带来度量。 可靠性：可用接收端最终输出信噪比来度量。数字通信系统：有效性：用传输速率和频带利用率来衡量。码元传输速率BR：定义为单位时间（每秒）传送码元的数目，单位为波特（Baud），简记为B。信息传输速率 bR：定义为单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特/秒，简记为b/s ，或bps码元速率和信息速率的关系：2log (b / s)b BR R M或对于二进制数字信号：M = 2，码元速率和信息速率在数量上相等。对于多进制：例如在八进制（M = 8）中，若码元速率为1200 B，则信息速率为3600b/s。频带利用率：定义为单位带宽（1赫兹）内的传输速率， 2 (B)logbB RR M(B/Hz)BRB 结论：香农公式说：若果信道的信噪比较高，可以采用（高阶调制，QPSK，16QAM，64QAM），从而可以提高频带的利用率。可靠性：常用误码率和误信率表示。误码率:误信率: 又称误比特率eP 错误码元数传输总码元数bP 错误比特数传输总比特数四、信号处理的目的信号处理的目的：对于无线移动通信来说：通信信号的主要特点是：信号空 间传输环境非常复杂；包括通信网中的多用户；各种散射体；用户处于随机移动状态；信道衰落、 扩展；多径现象对传输信号影响严重，而且这种影响还是时变的；目的是：在接收端（主要是）：通过信号处理 的理论和实现算法的改进来弥补信道等因素的不足，提高对接收信号的准确性和可靠性。注意：一般数字信号处理涉及三个步骤：1、模数转换(ADC)：基本的理论保证是采样定理；2、数字信号处理(DSP)：包括变换域分析、数字滤波、识别、合成等；3、数模转换(DAC)：把数字信号还原为模拟信号（并非必须）；信道中各个部分的处理技术：信源编码：适用于不同环境并利用人的视觉、听觉生理和心理效应的低比特率、低时延、高质量的智能信源编码技术信道编码：Turbo码、低密度奇偶校验码(LDPCC)、基于量子计算的量子纠错等信道编码技术；密码：量子密码、DNA密码和基于混沌理论的新密码体制；五、通信信号处理技术： 高效多载波调制(平行传输)技术； 信道动态比特分配技术； 多用户检测和信道盲均衡技术； 智能技术：分形、混沌、小波和神经网络算法在通信信号处理中应用技术；以神经网络为代表的计算智能技术与信号处理相结合,已在3G、4G移动通信系统的多用户检测、信道估计、信道的盲均衡和智能天线等功能的实现方面发挥核心的作用。六、信道共享方式通信理论中有一个非常重要的（多址通信）结论：如果用户信号正交，那么这些用户可以 共享同一个发射媒体。三种共享方式： 时间共享：对应于FDMA系统此时信号是通过将信道分割成不同频带实现正交的； 频率共享对应于TDMA系统此时通过在时间上分割信道实现共享的； 时频共享对应于CDMA系统允许用户在相同的时间共享相同的频带。七、通信信号处理的研究内容信号处理的对象-信号具有 以下 重要特点： 信号传输环境 非常复杂，多径衰落、散射现象严重；对信息重构准确性要求很高，接收信号必须与发射信号严格一致； 要求信道带宽很宽，以适应各种不同速率信息的传送； 影响信息重构准确度的主要因素是同道干扰和码间干扰。就通信系统来说：通信信号处理在？发射部分主要涉及到：调制技术（包括各种模拟调制技术、数字调制技术以及扩频技术） 编码技术（包括信源编码、信道编码）；这些内容较少涉及 信号处理问题。接收部分：大量涉及信号处理技术；原因： 信号空 间传输环境非常复杂； 通信网中的多用户 各种散射体 用户处于随机移动状态 信道衰落、 扩展 多径现象对传输信号影响严重。解决办法： 必须在通信信号的接收理论和方法上想办法； 通过信号处理 理论和实现算法的改进来弥补。八、通信信道模型信道建模：带限线性滤波器( ) ( ) j fH f A f e ）A( f ) 称为幅频特性； ( f ) 称为相频特性；有时用包络延迟或群延迟来表示相频特性：( ) 2df df 信道分两类：理想信道： 在发射信道带宽内，幅频特性 A( f ) 为常数； 相频特性( f ) 是频率的线性函数； 或者群延迟( f ) 为常数。 练习题：1、画出理想信道的幅频特性；2、画出理想信道的相频特性；畸变信道：在发射信道带宽内： 幅频特性 A( f ) 和/或相频特性( f ) 不是常数，； 如果幅频特性 A( f )不是常数，称为幅度畸变信道； 如果相频特性( f ) 不是常数，称为时延畸变信道。问题： 什么叫通道干扰？是指在某个覆盖区内有多个蜂窝单元使用相同的频率，由此造成的相互之间的干扰就是同道干扰。 什么叫码间干扰？是指发射端以一定的带宽发射脉冲串时，每个脉冲在接收端产生扩散或重叠所造成的相互干扰。 造成这两类干扰存在的主要原因是什么：1、时延和多径传输；2、收发系统相互之间的相对运动；3、耦合效应和多址干扰；4、收发带限滤波器和各部分放大器等的共同作用。 通信信号处理主要研究内容是什么？就是围绕如何补偿码间干扰、抑制同道干扰而开展研究工作的。讨论的主要内容都是以：补偿码间干扰；抑制同道干扰为出发点包括：1、盲均衡（又称为码间干扰补偿器或均衡器），通过利用接收信号的某些特征信息，无须训练序列，对接收信号进行均衡处理；2、多用户检测（又称为同道干扰抑制器或多用户解调器或干扰对消器），通过某些算法和优化准则，将期望信号从接收信号中提取出来；3、 阵列信号处理：通过多个天线单元的分集接收，抑制多径传播引起的衰落，改善通信质量；4、自适应阵列（又称为智能天线）：通过自动调节天线阵列的空间特性，在估计多个同道信号波达方向的同时，实现期望信号的恢复；5、空时处理技术：即将：空间处理通道干扰的技术和时间处理码间干扰的技术联合起来，同时实现：补偿码间干扰抑制同道干扰的目的。思考题：要达到以上目的，通信信号处理需要做哪些工作？