随即过程在通信系统中的应用
随机过程在通信原理中的应用
(陕西理工学院物理与电信工程学院通信工程专业1203班，陕西汉中723000)
指导教师：王桂宝
[摘要]:随机过程是随机信号分析的基石，通过对随机过程的自相关函数和功率谱密度等参量的MA TLAB仿真，理解自相关函数和功率谱密度的特点、波形及其之间的关系,掌握随机过程的自相关函数和功率谱密度的特点、波形及其之间的关系。学会利用MATLAB语句生成高斯白噪声，能够利用MA TLAB工具分析随机过程的性能特性，能够利用MA TLAB基本程序控制语句求信号的功率谱及自相关函数等，并对随机过程进行系统分析。
[关键词]:随机过程；MA TLAB；系统分析
Random processin the application of the communication
principle
Wang Yupeng
（Grade12,Class03Major Communication，Physical and telecommunication engineering institute，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，Shaanxi）
Instructor: Wang Guibao
[Abstract]:Stochastic process is the foundation of random signal analysis, based on the random process of the autocorrelation function and power spectral density parameters of MA TLAB simulation, to understand the characteristics of the autocorrelation function and power spectral density, waveform and the relationship between the master the autocorrelation function of random process and the characteristics of the power spectral density, the waveform and the relationship between. Learn to use the MATLAB statements generated gaussian white noise, can use MA TLAB tools to analyze characteristics of random process, be able to use MA TLAB basic control statements for signal power spectrum and autocorrelation function, and system analysis of stochastic process.
[Keywords]:Stochastic process; MA TLAB; System analysis
目录
1 绪论 (1)
2 Matlab的简介 (2)
3基本原理 (2)
3.1随机过程 (2)
3.2随机过程的数字特征 (2)
3.3随机过程模型 (4)
4 仿真设计 (6)
4.1 带通滤波器的原理 (6)
4.2 MATLAB程序 (6)
4.3仿真结果分析 (9)
5.总结 (14)
致谢 (15)
参考文献 (16)
1.绪论
通信中很多需要进行分析的信号都是随机信号。随机变量、随机过程是随机分析的两个基本概念。实际上很多通信中需要处理或者需要分析的信号都可以看成是一个随机变量，利用在系统中每次需要传送的信源数据流，就可以看成是一个随机变量。例如，在一定时间内电话交换台收到的呼叫次数是一个随机变量。也就是说把随某个参量而变化的随机变量统称为随机函数；把以时间t为参变量的随机函数称为随机过程。随机过程包括随机信号和随进噪声。如果信号的某个或某几个参数不能预知或不能完全预知，这种信号就称为随机信号；在通信系统中不能预测的噪声就称为随机噪声。
研究随机现象，主要就是研究它的统计特征，了解通信领域的随机过程分布和数字特征的应用又是我们学习的重点和最终目的，下面我们简单地谈谈其相关内容。
首先，我们先了解一下随机过程的分类在通信领域中有哪些体现。按照随机过程的参数集和状态空间是连续还是离散可以分为四类：一是参数离散、状态离散的随机过程，或叫做离散随机过程。如贝努力过程等；二是参数参数离散、状态连续的随机过程，或（连续）随机序列。如DAC（数模变换）过程中对随机信号进行采样；三是参数连续、状态离散的随机过程。如程控设备转接语音电话的次数，跳频设备在通信过程中改变频率的次数等；四是参数连续、状态连续的随机过程。如扫频仪的扫频信号进行扫频，各类信号中的纹波电压等。
其次，我们关注一下通信领域的随机过程的分布和数字特征的应用，随机过程的分布情况可以通过其分布函数或概率密度函数来描述，对简单的随机过程而言，低维概率分布函数或概率密度函数可以描述，无疑，在一般情况下用一维分布函数去描述随机过程的完成统计特性是极不充分的，通常需要在足够多的的时间上考虑随机过程的多维分布函数，对复杂的模型来说，N越大，用N维分布函数或概率密度函数去描述其统计特性就越充分。
2 Matlab 的简介
MATLAB 是矩阵实验室即Matrix Laboratory 的缩写。除了具备超凡的数值计算能力外，它还具有专业水平的符号计算，文字处理，可视化建模仿真以及和实时控制等能力。
MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学,工程中常用的形式十分相似,所以利用MA TLAB 来计算问题要比用C,FORTRAN 等语言使用简捷得多。
MATLAB 拥有数百个内部函数的主包和三十几种工具包(Toolbox)。工具包又可以分为功能性工具包和学科性工具包。功能工具包是用来扩充MATLAB 的符号计算,包括可视化建模仿真,文字处理和实时控制等功能。学科工具包是专业性比较强的工具包,包括控制工具包,信号处理工具包以及通信工具包等都属于此类。
开放性是MATLAB 广受用户喜欢原因之一。除内部函数外,所有MA TLAB 主包文件和各种工具包都是可读可修改的文件,用户通过对源程序的修改或加入自己编写程序构造新的专用工具包。
以下简单介绍一下MATLAB 的主要特点[18]。
1）语言简洁紧凑，使用方便灵活，库函数极其丰富。MA TLAB 程序书写形式自由，利用起丰富的库函数避开繁杂的子程序编程任务，压缩了一切不必要的编程工作。
2）运算符丰富。由于MATLAB 是用C 语言编写的，MA TLAB 提供了和C 语言几乎一样多的运算符，灵活使用MATLAB 的运算符将使程序变得极为简短。
3）MA TLAB 既具有结构化的控制语句（如for 循环，while 循环，break 语句和if 语句），又有面向对象编程的特性。
4）程序限制不严格，程序设计自由度大。例如，在MATLAB 里，用户无需对矩阵预定义就可使用。
5）程序的可移植性很好，基本上不做修改就可以在各种型号的计算机和操作系统上运行。 6）MA TLAB 的图形功能强大。在FORTRAN 和C 语言里，绘图都很不容易，但在MATLAB 里，数据的可视化非常简单。MATLAB 还具有较强的编辑图形界面的能力。
7）MATLAB 的缺点是，它和其他高级程序相比，程序的执行速度较慢。由于MA TLAB 的程序不用编译等预处理，也不生成可执行文件，程序为解释执行，所以速度较慢。
3基本原理
3.1随机过程
随机过程的定义：设 {}
)(),...,(),(21t t t x x x n 是随机试验。每一次试验都有一条时间波形（称为样本函数或实现），记作)(t x
i ，所有可能出现的结果的总体,...)2,1(=k S
k 就构成一随机过程，记作)(t ζ。
简言之，无穷多个样本函数的总体叫做随机过程
在任一给定时刻t 1上，每一个样本函数ξi (t)都是一个确定的数值ξi (t 1)，但是每个ξi (t 1)都是不可预知的。在一个固定时刻t 1上，不同样本的取值{ξi (t 1),i=1,2,…,n}是一个随机变量，记为ξ(t 1)。换句话说，随机过程在任意时刻的值是一个随机变量。因此，我们又可以把随机过程看作是在时间进程中处于不同时刻的随机变量的集合。这个角度更适合对随机过程理论进行精确的数学描述。 同时通信系统中存在各种干扰和噪声，这些干扰和噪声的波形更具有随机性，是不可预测的。我们称其为随机干扰，或者随机噪声。尽管随机信号和随机噪声都是不可预测的，随机的，，但是它们具有一定的统计规律性。研究随机信号和随机噪声统计规律性的数学工具是随机过程理论，随机过程是随机信号和随机噪声的数学模型。 3.2随机过程的数字特征
随机过程是一类随时间作随机变化的量不能用确切的时间函数描述。随机过程的分布函数分为一维分布函数、二维分布函数及二维以上的分布函数。随机过程的各种数字特征分别从各个侧面间接的反映了随机过程的概率分布特性，不同的维的分布的数字特征具有不同的物理含义。
1 随机过程的数学期望
随机过程的均值函数m （t ）=E[X （t ）]在通信中的物理意义是：如果
X （t ）是电流或电压，则m （t ）可理解为t 时间点上的电压或电流的直流分量。 2 随机过程的均方值
随机过程X （t ）的均方值E[|X （t ）|2]在通信中的物理意义是：如果
X （t ）表示电压或电流，则E[|X （t ）|2]可以理解为在t 时刻上这个电压或电流在1Ω电阻上的平均功率。
3 随机过程的方差
随机过程X （t ）的方差D （t ）=E[X(t)-m(t)]2在通信中的物理意义是:
如果 X （t ）表示电压或电流，则D （t ）可以理解为在t 时刻上电压或电流的起伏分量在1Ω电阻上耗散的平均功率。
平稳随机过程是一类应用非常广泛的随机过程，它在通信系统的研究中有着极其重要的意义。定义：若一个随机过程X （t ）发热任意有限维分布函数与时间的起点无关，即对于任意的正整数n 和所有的实数△，有fn(x1,x2, …,xn;t1,t2,…,tn )=fn(x1,x2,…,xn;t1+△,t2+△,…,tn+△)
则称该随机过程是在严格意义下的平稳随机过程，简称严平稳随机过程。该定义表明，平稳随机过程的统计特性不随时间的推移而改变。它的一维分布函数与时间t 无关：
f(x,t)=f(x) （2-1）
而二维分布函数只与时间间隔τ=t 2-t 1有关：
f(x 1,x 2;t 1,t 2)=f(x 1,x 2; τ) （2-2）
其均值和自相关函数分别为 E[X(t)]=a
dx x xf =?
+∞∞
-)( （2-3）
R(t 1,t 2)=E[X(t 1)X （t 2）]=)(21);2,1(x1x2ττR dx dx x x f =?
?
+∞∞-+∞
∞
- （2-4）
可见平稳随机过程具有简明的数字特征：1）均值与t 无关，为常数a ；2）自相关函数只与时
间间隔τ=t2-t1有关。在通信系统分析中我们常用这两个条件来直接判断随机过程的平稳性，并把同时满足1）和2）的过程定义为广义平稳随机过程。
在通信系统中所遇到的信号及噪声，绝大部分为广义平稳的随机过程。所以，平稳随机过程
的研究也具有实际的意义。
我们知道，随机过程的数字特征——均值、方差，是对随机过程的所有样本函数的统计平均，
然而在实际中这是不现实的，因此有如下的定义：
随机过程的任意一次实现都经历了随机过程的所有可能的状态，我们称之为“各态历经性’’它
是用一次过程的时间平均代替过程的统计平均满足如下条件：
2-5）
2-6）
平稳过程使下式成立
2-7）
2-8）
即时间平均等于统计平均。
3.3随机过程模型
在通信系统中，随机过程存在几种典型的数学模型，这些模型是构建通信仿真系统的基础，有随机序列、泊松过程和高斯随机过程。
2.3.1 随机序列
对于随机过程，当时间参数错误！未找到引用源。用离散值表示，即当随机过程的参数集为离散集时，连续变化的随机过程就成为随机序列。
(1)独立序列：对于平稳随机序列{X(n)}，当j≠0 时，如果X(k)和X(k+j)是相互独立的，即该序列为独立序列。这种序列常用于仿真通信系统中的信号源及噪声的采样值。
(2)马尔可夫序列：Markov 过程是一类重要的随机过程，它可以根据参数空间与状态空间的离散与连续类型，分为四种类型：离散参数集、离散状态集的马尔科夫过程；离散参数集、连续状态集的马尔科夫过程；连续参数集、离散状态集的马尔科夫过程；连续参数集、连续状态集的马尔科夫过程。其中马尔科夫随机过程就属于其中的前两种类型，从数学的观点，这种数列有以下特点：
P[X(n)/X(n-1)，X(n-2)，…，X(n-k)]=P[X(n)/X(n-1)]
由此可以得出，马尔科夫序列下一时刻的采样值仅仅与现在的值有关。根据这一特性，马尔科夫序列可以用来模拟信息源的输出，而且该信息源产生的符号存在相关性，例如语音、视频信号的采样值等，另外，英语报文中的字母序列也可以利用这种信息源来产生。
(3)自回归和滑动平均序列：ARMA 模型在估计随机过程的功率谱密度方面起着很重要的作用，同时这个模型也可以用来产生具有给定的功率谱密度函数或者自相关函数形式的随机序列。ARMA 序列产生模型：其中，错误！未找到引用源。为滑动平均部分，为自回归部分，Y(n)是希望产生的随机序列，Y(n-k)为回归序列，X(n)为输入模型的已知序列，通常将其设定为零均值高湿白噪声序列。ARMA模型产生的Y(n)序列的性质有以下几点：
a.由于ARMA 模型是线性系统，X(n)序列为高斯序列，因此Y(n)序列也是高斯序列，而且其均值为零。
b.在平稳状态下，Y(n)序列的功率谱密度为错误！未找到引用源。。
(4)M 进制数字波形
在数字通信系统中载有信息的波形可以表示为:
（3-1）式中，An表示第n个信息符号所对应的电平值，即An=A(n)，g(错误！未找到引用源。)是脉冲波形，T是该序列的码元周期，错误！未找到引用源。表示波形的延迟。
2.3.2 泊松过程
泊松过程是一类重要的随机过程，它是随机点流的基本数学模型之一。例如某电话交换台一天内收到用户的呼叫情况，如果令t(n)为第n 次呼叫发生的时间，那么t(n)就是一个随机变量，此时t(n)=x∈[0，24）表示一个随机点，而{t(n),n=1,2,…}构成一个随机过程，这类随机过程被称为随机点过程。
(1)泊松过程的定义
设{X(t),t≥0}为计数过程，如果满足条件：X(0)=0；对于任意的s≥t≥0，Δt≥0,且增量具有平稳性或者齐次性；对于任意的正整数n，以及任意的非负实数，各个增量具有独立性；对于足够小的时间Δt，有P[X(Δt)=1]=λΔt+O(Δt)、P[X(Δt)=0]=1-λΔt+O(Δt)、P[X(Δt)≥2]=O(Δt)，此时，就称{X(t),t≥0}是强度为λ的泊松过程。
(2)数字特征和特征函数
泊松过程的均值函数可以表示为：
m(t)=E{X(t)}=λt, （3-2）
根据上式，可以看出E{X(t)}表示在[0，t)时段内平均到达的事件个数，就是单位时间内平均达到的事件个数。
方差函数为错误！未找到引用源。（3-3）
均方差函数错误！未找到引用源。（3-4）自相关函数错误！未找到引用源。min(错误！未找到引用源。) （3-5）
2.3.3 高斯随机过程
目前，高斯随机过程被广泛的应用于构建通信仿真系统中信号、噪声和干扰的模型，在很多物理问题中的随机现象都可以用高斯随机过程进行满意的近似，如利用中心极限定理，散弹噪声过程就是用高斯过程近似的。高斯过程最重要的用途就是模拟和分析通信系统中热噪声的影响，当热噪声强度足够大时，就可以掩盖弱信号，并使系统对这些弱信号的识别变得极其困难。
高斯随机过程简称为高斯过程，就是指它在任意n 维（n=1,2,…）概率密度函数可以表示为
（3-6）其中，mk= E{X(错误！未找到引用源。)}，错误！未找到引用源。,|错误！未找到引用源。|相关系数矩阵的行列式。
（3-7）在上式中，错误！未找到引用源。是行列式中元素错误！未找到引用源。随对应的代数余因子。
通常情况下，通信信道中的噪声均值a=0。因此，在噪声均值为零时，噪声的平均功率等于噪声的方差。即有Pn=R(0)=D[n(t)]=错误！未找到引用源。。这个结论是非常有用的，在通信系统的性能分析中，常常会通过求自相关函数或方差的方法来计算噪声的功率。
4.仿真设计
4.1 带通滤波器的原理
一个理想的带通滤波器应该有一个完全平坦的通带，在通带内没有放大或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。
实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度的dB数来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。然而，随着滚降范围越来越小，通带就变得不再平坦，开始出现"波纹"。这种现象在通带的边缘处尤其明显，这种效应称为吉布斯现象。
除了电子学和信号处理领域之外，带通滤波器应用的一个例子是在大气科学领域，很常见的例子是使用带通滤波器过滤最近3到10天时间范围内的天气数据，这样在数据域中就只保留了作为扰动的气旋。
在频带较低的剪切频率f1和较高的剪切频率f2之间是共振频率，这里滤波器的增益最大，滤波器的带宽就是f2和f1之间的差值。
4.2 MATLAB程序
Fs=100000;Ns=1024;
x=randn(Ns,1);%产生白噪声
t=0:Ns-1;
figure(1)
plot(t,x);
grid on
title('高斯白噪声波形')
xlabel('t')
x_mean=mean(x) %均值
x_std=std(x) ; %标准差
x_var=x_std.^2 %方差
x_msv=x_var+x_mean.^2 %均方值
%计算高斯白噪声的相关函数%
[x_c,lags]=xcorr(x,200,'unbiased');%相关函数
figure(2)
plot(lags,x_c);%画出相关函数的图形
title('白噪声的自相关函数')
grid on
% 利用periodogram函数计算功率谱%
nfft=1024;
index=0:round(nfft/2-1);
k=index.*Fs./nfft;
window=boxcar(length(x_c));
[Pxx,f]=periodogram(x_c,window,nfft,Fs);
x_Px=Pxx(index+1);
figure(3)
plot(k,x_Px);
grid on
title('白噪声的功率谱')
Xlabel('Frequency/Hz')
%求白噪声的一维概率密度
[x_pdf,x1]=ksdensity(x);
figure(4)
plot(x1,x_pdf);%画出白噪声的一维概率密度
grid on
title('白噪声的一维概率密度')
%求高斯白噪声的频谱
f=(0:Ns-1)/Ns*Fs;
X=fft(x);%对白噪声进行傅里叶变换
mag=abs(X); %取信号X的幅度
figure(5)
plot(f(1:Ns/2),mag(1:Ns/2));%画出白噪声的频谱
grid on
title('白噪声频谱');
xlabel('Frequency/Hz');
%产生一个十阶IIR带通滤波器
%通带为10KHz--20KHz，并得到其幅频响应
Fs=100000
[b,a]=ellip(10,0.5,50,[10000,20000]*2/Fs);
[H,w]=freqz(b,a,512);
figure(6)
plot(w*Fs/(2*pi),abs(H));
title('带通滤波幅频响应');
set(gcf,'color','white')
xlabel('Frequency Hz');
ylabel('Mag of frequency response');
gridon
%白噪声通过带通滤波器以及通过后y相关参数
y=filter(b,a,x);%白噪声通过带通滤波器
y_mean=mean(y) %y的均值
y_std=std(y); %标准差
y_var=y_std.^2 %方差
y_msv=y_var+y_mean.^2
[y_pdf,y1]=ksdensity(y);
figure(7)
plot(y1,y_pdf);%y的一维概率密度
grid on
title('y的一维概率密度函数图像');
[y_c,lags1]=xcorr(y,200,'unbiased');%计算y的相关函数figure(8)
plot(lags1,y_c);%画出y的相关函数的图形
title('y的自相关函数')
grid on
%计算y的频谱
Y=fft(y);%对y进行傅里叶变换
magY=abs(Y);
figure(9)
plot(f(1:Ns/2),magY(1:Ns/2));%画出y的频谱grid on
title('白噪声通过带通滤波器的频谱'); xlabel('Frequency/Hz');
%y的功率谱
nfft=1024;
index=0:round(nfft/2-1);
ky=index.*Fs./nfft;
window=boxcar(length(y_c));
[Pyy,fy]=periodogram(y_c,window,nfft,Fs);
y_Py=Pyy(index+1);
figure(10)
plot(ky,y_Py);
grid on
title('白噪声通过带通滤波器后的功率谱') Xlabel('Frequency/Hz')
0200400
60080010001200
-4
-3-2-10123
4高斯白噪声波形
t
4.3仿真结果分析
(1)图4.1为高斯白噪声波形，所谓高斯白噪声中的高斯是指概率分布是正态函数，而白噪声是指它的二阶矩不相关，一阶矩为常数，是指先后信号在时间上的相关性。
图4.1 高斯白噪声波形
(2)图4.2为白噪声的自相关函数，自相关函数在统计上，反映了同一序列在不同时刻的取值之间的相关程度。
0.5
1
1.5
2 2.53
3.5
4
4.5
5
x 10
4
1
2
3
4
5
6
7
8
-7
白噪声的功率谱
Frequency/Hz
图4.2 白噪声的自相关函数
(3)图4.3为白噪声的功率谱，即对所有频率下的能量积分或求和，就是信号的总能量。从这里看出，功率谱表达的是信号某个频率下所拥有的能量，功率谱可由自相关函数的傅里叶变换得到。白噪声是一种功率谱密度为常数的随机信号或随机过程。
图4.3 白噪声的功率谱
(4) 图4.4为白噪声的一维概率密度，此白噪声的一维概率密度关于x=0对称，在()0,∞-内单调上升，在()∞,0内单调下降，且在x=0点处达到极大值。
图4.4 白噪声的一维概率密度
(5) 图4.5为白噪声频谱，通过频谱图观察信号的构成，频谱分析就是将信号源发出的信号强度按频率顺序展开，使其成为频率的函数，并考察变化规律。频谱分析的意义就是分析信号的频率构成。更确切地说就是用来分析信号中都含有哪几种正弦波成份，反过来说就是，该信号可以用哪几
白噪声的一维概率密度
()0,∞-种频率的正弦波来合成出来。
图4.5 白噪声频谱
(6) 图4.6为10-20kHz 的带通滤波器的频谱，通过设置带通滤波器的通带边界频率、通带最大
衰减，阻带截止频率、阻带最小衰减等，它的功能是允许从某个频率到某个频率的信号无衰减地通过，而对其他频率的信号有抑制作用。
图4.6 0-2kHz 的带通滤波器的频谱
(7) 图4.7为y 的一维概率密度，表示的是白噪声通过带通滤波器后，计算出所得的一维概率
密度，与原白噪声的一维概率密度相似，都是关于x=0对称，在内单调上升， 在 内单调下降，且在x=0点处达到极大值。
x 10
4
白噪声频谱
Frequency/Hz
0.5
1
1.5
2 2.53
3.54
4.5
5
x 10
4
带通滤波幅频响应
Frequency Hz
M a g o f f r e q u e n c y r e s p o n s e
y的一维概率密度函数图像
-2-1.5-1-0.500.51 1.52
图4.7 y的一维概率密度
(8) 图4.8为y的自相关函数，是白噪声通过带通滤波器后，计算得到的自相关函数，与原白噪声的自相关函数图相似，都是在x=0处自相关函数值最大，说明高斯白噪声不具有周期性。
y的自相关函数
-200-150-100-50050100150200
图4.8 y的自相关函数
(9) 图4.9为白噪声通过带通滤波器的频谱，白噪声通过前面所设置的10-20kHz低通滤波器，将信号除带通部分的白噪声滤去，经过频率计算得到图3.2.9所示的白噪声在10-20kHz之间的频谱。
00.51 1.5
2 2.5
3 3.5
4 4.5
5
x 10
4
0.511.522.533.54
-7
白噪声通过带通滤波器后的功率谱
Frequency/Hz
图4.9白噪声通过带通滤波器的频谱
(10)图4.10为白噪声通过带通滤波器后的功率谱，与原白噪声的功率谱相比，在频率低于10kHz 高于20kHz 的地方功率谱为0，在频率10-20kHz 含有功率谱，说明白噪声通过带通滤波器将信号除带通部分全部滤除。
图4.10 白噪声通过带通滤波器后的功率谱
0.5
1
1.5
2 2.5
3
3.5
4
4.5
5
x 10
4
白噪声通过带通滤波器的频谱
Frequency/Hz
5.总结
近一个月的专业综合课设结束了，在这期间我完成了随机过程在通信原理过程中的应用的仿真实验，通过对随机过程的自相关函数和功率谱密度等参量的MATLAB仿真，理解自相关函数和功率谱密度的特点、波形及其之间的关系，利用MA TLAB语句生成高斯白噪声产生的高斯白噪声服从均值为0、方差为1的高斯分布，自相关函数仅在x=0时刻有值，其大小表示均方值；一维概率密度服从正态分布。通过带通滤波器后，其概率密度仍服从正态分布，而在0-2KHz的频率之外的分量被滤除，所设计的带通滤波器满足要求。实现了本次课设的目的完成了任务要求。。
这些都我们的培养动手能力及严谨的工作作风，也为我们以后的工作打下了良好的基础。而且这在我们以后的计算机专业课学习软件中应该也是很有用的，
致谢
首先，感谢高等学校教育部门制定了本科生课程设计的重要实践教学环节。课程设计是学生毕业前全面素质教育的重要实践训练，其目的是为了培养学生科学的思维方式和正确的设计思想，综合运用所学理论、知识和技能分析和解决实际问题的能力。通过本次课程设计，我觉得自己无论在理论知识方面还是在综合实践能力方面都得到了很大的提高。
其次，向我的指导老师致以诚挚的谢意。我在课程设计过程中，经常遇到一些问题，井老师总是耐心的给我讲解，还从这个问题延伸开去，让我领会到更高层次的看待问题的方式。不仅让我开拓了视野，领会了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法。
同时，我要感谢我们学院给我们授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了许多知识，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。
最后，我要感谢所有在我成长的道路上及完成课程设计过程中，关心、支持、帮助过我的人们，我所取得的每一点成绩都与你们的努力联系在一起，再一次向你们每个人表示由衷感谢。
参考文献
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[9]刘兴钊.数字信号处理[M]. 电子工业出版社, 2010.
数字通信系统的模型
数字通信系统的模型 ? 数字通信系统的分类 ?数字通信系统可进一步细分为数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统、模拟信号数字化传输通信系统。 1. 数字频带传输通信系统 数字通信的基本特征是，它的消息或信号具有“离散”或“数字”的特性，从而使数字通信具有许多特殊的问题。例如前边提到的第二种变换，在模拟通信中强调变换的线性特性，即强调已调参量与代表消息的基带信号之间的比例特性；而在数字通信中，则强调已调参量与代表消息的数字信号之间的一一对应关系。 另外，数字通信中还存在以下突出问题：第一，数字信号传输时，信道噪声或干扰所造成的差错，原则上是可以控制的。这是通过所谓的差错控制编码来实现的。于是，就需要在发送端增加一个编码器，而在接收端相应需要一个解码器。第二，当需要实现保密通信时，可对数字基带信号进行人为“扰乱”（加密），此时在收端就必须进行解密。第三，由于数字通信传输的是一个接一个按一定节拍传送的数字信号，因而接收端必须有一个与发端相同的节拍，否则，就会因收发步调不一致而造成混乱。另外，为了表述消息内容，基带信号都是按消息特征进行编组的，于是，在收发之间一组组的编码的规律也必须一致，否则接收时消息的真正内容将无法恢复。在数字通信中，称节拍一致为“位同步” 或“码元同步”，而称编组一致为“群同步”或“帧同步”，故数字通信中还必须有“同步”这个重要问题。 综上所述，点对点的数字通信系统模型一般可用图 1-3 所示。
需要说明的是，图中调制器 / 解调器、加密器 / 解密器、编码器 / 译码器等环节，在具体通信系统中是否全部采用，这要取决于具体设计条件和要求。但在一个系统中，如果发端有调制 / 加密 / 编码，则收端必须有解调 / 解密 / 译码。通常把有调制器 / 解调器的数字通信系统称为数字频带传输通信系统。 2. 数字基带传输通信系统 与频带传输系统相对应，我们把没有调制器 / 解调器的数字通信系统称为数字基带传输通信系统，如图 1-4 所示。 图中基带信号形成器可能包括编码器、加密器以及波形变换等，接收滤波器亦可能包括译码器、解密器等。 3. 模拟信号数字化传输通信系统 上面论述的数字通信系统中，信源输出的信号均为数字基带信号，实际上，在日常生活中大部分信号（如语音信号）为连续变化的模拟信号。那么要实现模拟信号在数字系统中的传输，则必须在发端将模拟信号数字化，即进行 A/D 转换；在接收端需进行相反的转换，即 D/A 转换。实现模拟信号数字化传输的系统如图 1-5 所示。
同步技术
同步技术 一、同步技术的定义： 同步技术即调整通信网中的各种信号使之协同工作的技术。诸信号协同工作是通信网正常传输信息的基础。 二、同步技术的分类： 按照同步的功能来分，同步可以分为载波同步、位同步（码元同步）、群同步（帧同步）和网同步（通信网中用）等四种。 （一）载波同步 1、定义 当采用同步解调（相干检测，它的基本功能就是完成频谱的线性搬移，但为了防止失真，同步检波电路中都必须输入与载波同步的解调载波。）时，接收端需要提供一个与接收信号载波同频同相的相干载波，而这个相干载波的获取就称为载波提取，或称为载波同步。 2-1 2、提取方法 载波同步一般有两类方法：一类是直接提取法（自同步法），一类是插入倒频法（外同步法）。 （1）直接提取法（自同步法） 定义： 是从接收到的有用信号中直接（或经变换）提取相干载波，而不需要另外传送载波或其它倒频信号。 基本原理： 有些信号（如DSB信号、2PSK信号等）虽然本身不包含载波分量，但却包含载波信息，对该信号进行某些非线性变换以后，就可以直接从中提取出载波分量来。 提取方法： 平方变换法和平方环法、同相正交环法（科斯塔斯环） ①平方变换法和平方环法
图2-2平方变换法提取载波 图2-2即为平方变换法提取载波，为了改善性能，可以在平方变换法大的基础上，把窄带滤波器用锁相环替代，构成如图2-3所示的方框图，这就是平方环法提取载波。 图2-3平方环法提取载波 由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波性能，因此平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能，因而得到广泛的应用。 ②同相正交环法（科斯塔斯环） 图2-4同相正交环法提取载波 同相正交环法（科斯塔斯环）是利用锁相环提取载波的另一种常用方法，由于加到上下两个相乘器的本地信号分别为压控振荡器的输出信号和它的正交信号，因此常称这种环路为同相正交环，有时也被称为科斯塔斯环（Costas）环。如图2-4所示。 （2）插入倒频法（外同步法） 定义： 是在发端发送信息码元的同时，再发送一个（或多个）包含载波信息的倒频信号，并且要求这个倒频信号不随传播的信息变换，在接收端根据倒频信号提取载波。即发端除了发送有用信号外，还在适当的位置上插入一个供接收端恢复相干载波之用的正弦波信号（这个信号通常称为导频信号）。
应急指挥车卫星通信系统方案
一、项目概述 当前，突发安全生产事件发生地点不确定，部分地区通信不便，特别是发生安全生产事件时，交通通信极易中断，因此执行应急监测时，为及时发送调查、监测信息，必须配备卫星通讯设备，保证应急信息传输通畅。本项目卫星通信系统建设主要包括卫星地面中心站通信系统、静中通应急指挥车卫星通信系统两大部分。 二、项目建设目标与原则 2.1 建设目标 1、建设安监局卫星地面中心站通信系统、一台静中通应急指挥车，实现两者之间的卫星通信。并依托卫星网络，借助音视频编码设备，实现双向视频、音频、数据的实时通信。 2.2 建设原则 系统总体设计遵循“安全保密、技术先进、功能完善、实用可靠、投资合理、运行方便、扩展容易”的原则，具体如下： 1、规范性： 各类设备、通信和控制软件及协议必须符合国内外相关标准。 2、先进性： 系统设计和设备规格完全符合行业技术规范和技术发展潮流，适应主流技术发展的要求。采用当今成熟、先进的技术及设备，在功能和性能方面体现出技术发展的先进性。 3、可靠性： 系统应具有在各种情况下的高可靠运行能力。 4、安全性： 系统对于信息、设备和人身的安全上具有较高的保障。 5、电磁兼容性： 系统整体设计方案严格按照电磁兼容分析结论实施，保证整个系统的各个部分无相互干扰的协同工作。 7、可扩展性： 在技术发展和业务增加时系统具有较大的扩展能力。
8、经济性： 按照需求合理配置系统，确保系统中每一个环节的投入比例达到最高的性能价格比，最大限度地有效利用资金。 三、项目总体技术要求 ?卫星通信：采用卫星Ku波段转发器，实现中心站到任意现场的实时的视频、图像、话音及数据的传输和显示，保障省中心站对现场信息的实时掌控，为领导的指挥决策提供有效及时的现场资料和依据。 ?3G公网通信：利用中国电信或联通3G公网通信系统，实现图像、话音、数据的双向通信。 1、卫星地面中心站通信系统要求 卫星地面中心站通信系统应具有卫星音视频传输及数据通信功能，实现与应急指挥车的互联互通，实现将中心站的各种信息传输到应急指挥车。 ▲中心地面站采用三轴控制（方位、俯仰、极化）天线系统具有一键通信标自动跟踪功能。 2、静中通应急指挥车要求 1）指挥调度功能 利用专用卫星通信系统，及时接收中心站的实时信息，监视现场情况，实现语音、图像、文字数据的双向通信，确保对安全生产现场实施指挥调度。 2）现场信息采集和处理功能 适用于各种复杂环境，能够采集安全生产现场图像、声音等信息。系统具有声音（包括通信话音）、图像、数据等各种信息处理存储能力，具有编辑、发送指挥信息能力。 3）通信保障功能 系统具有电话、音视频、计算机网络等有线接口，无线宽带图像传输等多种通信设备，具有安全生产现场指挥调度和远程通信的能力。 4）辅助决策功能 为领导及时了解灾情，提供生产现场情报，为抗灾指挥决策提供依据。辅助领导分析判断情况；辅助拟制各种保障方案和预案。 5）公网通信 利用中国电信或联通3G公网通信系统，实现图像、话音、数据的双向通信。
移动卫星通信站系统设计方案
卫星通信系统建设招标文件 技 术 规 范 书 2013年4月
目录 1概述 (1) 1.1总体需求 (1) 1.2技术要求 (1) 1.3设计原则 (2) 2系统组成 (4) 3卫星通信设计 (5) 3.1卫星通信体制选择 (5) 3.2卫星链路计算 (5) 4X移动卫星通信站系统设计方案 (6) 4.1X移动卫星通信站功能 (7) 4.2卫星通信子系统 (7) 4.2.1x天线伺服控制系统 (7) 4.2.1.1x天线组成 (8) 4.2.1.2x天线系统设计要求 (8) 4.2.1.3x天线系统功能要求 (9) 4.2.1.4x天线系统技术指标 (9) 4.2.2卫星功放 (11) 4.2.3卫星调制解调器 (12) 4.2.3.1卫星调制解调器（网管） (12) 4.2.3.2卫星调制解调器（业务） (13) 4.2.4频谱仪 (14) 4.2.4.1便携式频谱仪 (14) 4.2.4.2机架式频谱仪 (15) 4.3视音频处理子系统 (17) 4.3.1图像采集 (18) 4.3.1.1单兵无线图像传输设备 (18) 4.3.1.2便携式摄像机 (20) 4.3.1.3装载平台室外云台摄像机 (21) 4.3.1.4装载平台室内云台摄像机 (23) 4.3.1.5装载平台两侧及后部摄像机 (24) 4.3.2图像处理与显示 (25) 4.3.2.1视频编解码器 (25) 4.3.2.2高清视频矩阵 (26) 4.3.2.3高标清转换器 (27) 4.3.2.4四联监视器技术要求： (28) 4.3.2.59寸头枕监视器技术要求： (29) 4.3.3音频系统 (30) 4.3.3.1数字调音台 (30) 4.3.3.2无线话筒 (30) 4.3.4VOIP语音网关 (33)
高速公路机电系统全面解决方案
高速公路机电系统全面解决方案 浙江浙大网新快威科技有限公司旨在为高速公路机电系统提供整体系统解决方案，主要涵盖监控系统、通信系统、收费系统、供电照明系统等。 一、监控系统监控系统采用先进的远程监控技术，采用模块化系统结构，采用星型组网方式，为业主提供一套高可靠性、高稳定性、高实时性、高联动性的先进的监控系统。 监控系统以监控（分）中心计算机系统为核心，附以功能强大的外场设备，实现对高速公路沿线的监控，对高速公路的安全高效运营提供科学的依据。 1、监控（分）中心监控（分）中心是监控系统的指挥部，采集并处理外场设备的数据，紧急时依靠对数据的分析自动形成专家解决方案，并自动（手动）对外场设备下发指令。 监控（分）中心包括监控（分）中心局域网、监控软件、通信计算机、监控管理计算机、图形管理计算机、应用服务器、数据库服务器、闭路电视系统中心显示、控制及存储设备、模拟显示屏（地图板）、大屏幕投影设备、控制台、电源设备等。 监控（分）中心局域网采用10M/100M/1000M 以太网，保证数据交换安全、快速。计算机可以实现互为双机热备份，当一台计算机出现故障时，另外一台计算机可以实现另外一台计算机的功能。 监控软件采用模块化结构，保证软件应用简单、维护方便、升级容易，并且业主可以根据
自身实际情况进行进一步开发。监控（分）中心监控软件采用CS 模式，管 理结构简单，在服务器正常工程的前提下，任何一台客户机的故障均不会影响其它客户机正 常工作。 通信计算机采用性能稳定的工业控制计算机，保证与外场设备的通信安全稳定。 数据库服务器采用先进的存储技术（如RAID ）实现数据的双机备份，保证数据的安全存储。 闭路电视系统设备采用先进的显示、控制设备及存储设备，实现图像的显示清晰明亮，控制外场摄像机实时连续，存储图像容量大，时间长，压缩格式灵活。 模拟显示屏通过串行接口连接至交通监控计算机，智能接收交通监控计算机发送的数据，实时模拟显示高速公路运行的状况。 大屏幕投影系统采用先进的高亮度长寿命投影系统，将采集到的视频信号、局域网内计算机显示信号放大显示在大屏幕投影屏幕上，直观放大的显示需求信息，并且大屏幕投影系统可以与闭路电视系统和监控软件联动，实现自动切换异常视频信号。 电源设备采用大容量、长延时、冗余性能优良的设备，保证市电正常或者市电不正常时，监控（分）中心设备均可以正常工作。 2、外场设备 外场设备包括车辆检测器设备、气象检测器设备、大（小）型可变情报标志设备、闭路 电视外场设备等。 车辆检测器采用检测精度高、适应7X 24小时连续不间断工作、适应野外恶劣环 境条件，及时准确的收集车流量、平均车速、车道占有率等数据，并通过通信系统实时传送至
推荐-便携式卫星通信系统方案 精品
便携式卫星通信系统
目录
1需求分析 根据应急通信及现场新闻采访的需求，建设1套卫星机动通信系统以满足应急通信及现场新闻采访的需求，包括1套通信固定站和1套卫星通信便携站及现场图像采集传输系统，固定站和卫星通信便携站之间的通信采用现有卫星通信ku资源实现。卫星通信便携站将通过现场图像采集传输系统采集到的话音、数据及视频传送到卫星通信便携站，再经卫星通信便携站通过卫星传输到固定站和指挥中心的大屏幕上。 根据通信系统实际情况，卫星通信系统建设规模如下： (1)指挥中心建固定卫星通信地球站； (2)建设1套机动通信机动平台。 本建议书对用户需求分析要点如下： 1.1技术需求 根据通信系统需求，工程系统配置包括固定和机动两大系统： 1、位于指挥中心的固定站通信系统：包括 ●天线系统：Ku频段天线系统一套； ●主站室外单元设备：包括低噪声放大器系统一套，SSPA系统（内置 BUC）一套，安装在天线基座架上； ●室内单元设备：包括调制解调器系统一套；视频编码器和解码器一套；语音 网关一套；网管、监控设备一套； 2、应急通信机动平台：包括 ●卫星通信便携站一套； 自动卫星便携天伺馈系统、一体化卫星信道设备、BUC ●单兵图传设备一套； 1.2设计思路 我们的设计原则是建立在满足用户当前需求和今后的扩展要求之上，采用以下设计思路： ●系统设计采用成熟技术，尽量减少技术风险，采用模块化、通用化设计原
则。设备故障部件或单元的替换、检查和修理应该很容易进行。硬件和软件 预留扩容能力，可方便的实现系统扩容。 ●设备布局充分考虑电磁干扰、散热及便于维护。 ●天线分系统技术指标满足IESS-207所规定的E标准地球站的性能要求，安 装设备满足IESS-308/310中有关的性能要求。 ●地球站系统所选用的设备均为技术先进、质量可靠的在用设备。设计寿命应 大于15年。在设计寿命内，地球站系统总的可用度应优于99.9%，满足每 天24小时有人/无人值守下连续运行的要求。 1.3设计依据 （1）遵循IESS-207 E-3标准地球站的性能要求和IESS-308和IESS-310最新版本中规定的中速、高速数据速率的电视业务、话音业务、数据业务设备技术参数要求。 （2）中华人民共和国通信行业相关标准： ●YD 5050-20XX 《国内卫星通信地球站工程设计规范》 ●YD/T 5017-20XX《国内卫星通信地球站设备安装工程验收规范》 ●YD 5059-20XX《电信设备安装抗震设计规范》 ●YD 5098-20XX《通信局（站）防雷与接地工程设计规范》
数字通信系统中的载波同步技术研究
数字通信系统中的载波同步技术研究 一、引言 在数字通信系统中解调方式可以决定数字调制系统的性能。载波恢复是数字通信系统中一个必不可少的部分，补偿了信号在传输过程中造成的频偏损害且跟踪相位。 二、载波同步信号的性能要求 载波同步系统的主要性能指标是精度、效率、相位抖动、同步建立时间等。 （一）精度 精度是指提取载波与需要的载波标准比较，相位误差应该尽量小。 （二）效率 效率指获取载波信号的过程中尽量少消耗发送功率。载波同步追求的是高效率。 （三）同步建立时间ts 同步建立时间是指从开机或失步到同步所需要的时间。为了使同步建立的更快载波同步系统要求ts越小越好。 三、频偏及载波相位误差对数字通信系统的影响 对双边带信号设，是提取的相干载波，解调器滤波后输出低频信号m’(t)为（1） 如果提取的相干载波与输入载波没有相位差，即 =0， =1，则解调输出，这时信号幅度最大。若存在相位误差，因为 <1，解调后输出信号幅度下降，信噪比下降倍，因此会使误码率增加。对2psk信号当信噪比下降倍时，这时误码率将会变为 （2） 对于单边带解调和残留边带解调而言，相位误差不仅会使信噪比下降，而且在解调器输出中会产生原基带信号的正交项，使基带信号发生畸变，这种影响将随增大而严重。 （3） 在数字通信系统中因为发送端和接收端的本振时钟不一致，用在载频和中频上的射频振荡器的频率不确定性也会引起大的频偏，不同频偏时相邻符号间不仅有固定的相位差变化，而且还会随着时间的变化额外加上某个不确定相位。星座图上表现出来的就是星座图不是在固定的几个点而是随着时间变化在旋转。 图1是用matlab工软件仿真的不同频率偏移时 -dqpsk通信系统的误码率曲线。从图1可以看出频率偏移也会导致 -dqpsk通信系统在检测时误比特率(ber)性能变差，频偏对通信系统的误码率的影响很大，为此必须在接收端补偿这个频偏，这就需要进行载波恢复，评价接收机性能的重要标准之一就是载波提取性能的好坏，为了保证信息的可靠传输，对载波相位偏移以及频率偏移的估计方法的研究具有重要意义。
(终稿)高速公路通信系统复习题
高速公路通信系统复习题 一、单选题： 1、高速公路干线通信管道通常是沿高速公路（）埋设。(C) A、公路边坡 B、排水沟外侧 C、中央分隔带 D、路肩 （注：行业规范） 2、为了加快光缆施工进度和保证施工质量，目前广泛采用的新施工方法是(D)。 A、牵引法 B、拉曳法 C、吸气法 D、气吹法 （注：行业规范） 3、STM-4等级同步传输系统的传输容量是（）。（C） A、34Mbit/s B、155Mbit/s C、622Mbit/s D、120Mbit/s （注：国际标准） 4、光分波器和光合波器在光纤通信用光电器件中属于（）。（B） A、光发送器件 B、光波系统互连器件 C、光接受器件 D、光电集成器件 （注：国际标准） 5、（）是各种交通控制信息快速及时传递的基本保障。（D） A、路由器 B、业务电话 C、紧急电话 D、通信系统 （注：功能定义） 6、紧急电话主要用于( )。（D） A、紧急调度 B、紧急处理 C、紧急服务 D、呼救求援 （注：功能定义） 7、通信站联合接地电阻不应大于（）欧姆。（B） A、0.5 B、1 C、2 D、10 （注：国家标准） 8、由于（）具有较多的优点，所以我国新建的交通通信专网大多采用这种传输制式。（B） A、PDH B、SDH C、STM-1 D、ATK （注：实际情况）（ATK：多媒体管理程序） 9、高速公路信令网应采用（）结构方式。（C） A、一级 B、二级 C、三级 D、四级 （注：国家标准，我国信令网采用三级。第一级是信令网的最高级，称为高级信令转接点(HSTP)，第二级是低级信令转接点(LSTP)，第三级为信令点(SP)。）
数字通信系统总结性复习
数字通信系统总结性复习 通信系统分为基带和频带传输两类。 数字基带通信系统模型 高速数字通信系统模型 一、A/D转换： 作用：完成模拟信号到数字信号的转换； 过程：采样、量化、编码 方法：PCM脉冲编码、增量调制（△M）、差分脉冲编码调制（DPCM）、自适应差分脉冲编码调制ADPCM 1、A律13折线（PCM脉冲编码）：采用8bit量化，1bit极性码，3bit段落码，4bit段内 码，具体例子见习题答案。 2、增量调制（△M）：对前后样值的变化进行编码：增大编为1，减小编为0，只用一位 编码。 a)避免过载的方法：一是增大Δ，二是减小Δt； b)增量调制一般采用的数据率为32Kbps或16Kbps； 3、PCM与△M的比较： a)在比特率较低（低于40Kbps）时，增量调制的量化信噪比高于PCM，话音质量 比PCM的好，增量调制抗误码性能好，可用于比特误码率为10-2～10-3的信道， 而PCM要求10-4～10-6 b)增量调制通常采用单纯的比较器和积分器作为编译码器，结构和设备较PCM简 单。 4、差分脉冲编码调制（DPCM）：对信号的抽样值与信号的预测值的差值进行量化、编码， 其编码可采用N位二进制码。 5、自适应差分脉冲编码调制ADPCM：与DPCM相比，自适应的量化取代固定量化 二、信源编码：
作用：产生适合于信道传输的信号，提高系统有效性； 信源分类：语音信号和图像信号 语音压缩编码： 1、基本的语音编码方法：波形编码、参量编码和混合编码 2、应用举例：移动通信中多采用混合编码方式，如飞利浦的AMR-WB宽带自适应多速率语音 编码方法：语音带宽范围：50－7000Hz，16KHz抽样，6.6 Kbps~23.85 Kbps，应用领域：GSM、3G及其他 图像编码： 1、图像可压缩的原因:(1) 图像信号中存在着大量的冗余度;(2)人眼的视觉特性，对高频信 息的感受度低. 2、基本的图像压缩编码方法： i.JPEG（Joint Photographic Experts Group，联合图像专家组）:静止图像编码标准 ii.MPEG（Moving Picture Experts Group，活动图像专家组）-1：存储介质图像编码标准 iii.MPEG-2：一般视频编码标准 iv.MPEG-4：多媒体通信编码标准 v.H.261（ITU-T 制定）:会议电视图像编码标准 vi.H.263：极低码速率的编码标准 3、H.261与MPEG-1比较：H.261编码后的数据流速率更低，总体上图象质量略逊于MPEG-1，它适合在网或网上传输运动的图象 三、码型编码： 目的：选择适合于信道传输特性的码型。 基本的常用码型及特点： NRZ码：无定时 归零码：可提供定时信息 双极性码：减少直流分量，判决电平为“0” HDB3码：用在复接设备中，如PCM30/32一、二、三次群中 编码步骤： 1）1→+B、-B 2) 经过奇数个B的0000 →000V，经过偶数个B的0000 →B00V， V与前面的B极性一致 差分编码：用在DPSK调制中，传号差分码规则：“1”变，“0”不变具体编码实例见书p87，说明其中的差分编码参考码为“1” 四、信道编码： 作用：纠检错，提高可靠性 基本分类：ARQ（检错重传）、FEC（前向检错）、HEC（混合差错控制） 常见编码方法：奇偶编码、CRC循环冗余校验，具体见作业。 CRC循环冗余编码步骤： 1）生成码：由生成多项式得生成码 2）监督码：信息码补r个0对生成码求r位余数（不足r位，前面补0，r=n-k） 3）循环码：信息码+监督码 五、其他 眼图的特点：评价系统性能的基本方法，噪声越大，线迹越宽，越模糊；码间串扰越大，眼图越不端正。 加密： 1.作用：加密；去除长的连零，有利于提取定时 2.基本方法：用移位寄存器的产生的m序列与信息序列模2加。具体见作业。
跳频通信系统中同步技术研究
跳频通信系统中同步技术研究 作者：李娜 来源：《现代电子技术》2011年第01期 摘要：同步技术是跳频通信系统关键技术之一。针对跳频通信系统中同步的要求，采用同步字头与时间信息相结合的方法实现跳频同步。首先研究了跳频同步方法、同步信息格式和初始同步等问题，最后对同步性能进行了分析。结果表明，该跳频通信系统的同步时间短、捕获概率高、虚警概率低。 关键词：跳频通信；同步字头; 时间信息TOD; 同步方案；同步性能 中图分类号：TN914.41-34文献标识码：A 文章编号：1004-373X(2011)01-0095-02 Technology of Synchronization in Frequency-hopping Communication System LI Na (Beijing HAIGE SHENZHOU Communications Technology Co. Ltd., Guangzhou HAIGE Communications Group，Beijng 100070, China) Abstract： Synchronization is one of the key technologies of FH communication. The synchronization of frequency hopping is achieved by adopting synchronization head and time of day to meet the requirement of practical development of FH communication system. The method of frequency-hopping synchronization, the format of synchronization information and the capture of synchronization are studied, and the performance of synchronization is analyzed. The results show that the FH communication system has characteristics of short synchronization time, high capture probability and low false probability. Keywords： frequency-hopping communication; synchronization head; TOD; synchronization scheme; synchronization performance 0 引言 跳频通信是现代通信领域中一种有效的抗干扰通信手段，其独特的抗干扰性能使其在军事和民用领域都得到了越来越广泛的应用。由于定时时钟相对误差、传输信道的多普勒频移等因素，跳频通信系统存在时间和频率的不确定性，为保证正常工作，建立和实现准确的跳频同步是关键［1］。 1 跳频同步方法的研究
船载卫星通信系统解决方案
船载卫星通信系统解决方案 2010年5月12日 摘要：本文阐述了船载卫星通信系统在海事搜救中的解决方案和实际应用。 关键词：船载动中通天线；卫星通信技术 我国是国际航运大国，拥有辽阔的海域。1985年我国加入《1979年国际海上搜寻救助公约》。交通运输部在构筑和谐社会的新形势下，提出了将海事搜救建成“全方位覆盖、全天候运行、快速反应的水上安全保障体系，对发生在我国搜救责任区内的海上险情实施快速有效救助”的总体目标。 实现海上搜救的信息化、可视化、自动化已经是大势所趋，现代卫星移动通信技术的发展和应用，为实现这一目标提供了可靠技术保障。船载卫星通信系统的应用有效地保障了海上搜救中信息的传输。 文中详细阐述了海事搜救中对船载卫星通信系统的需求、解决方案和实际应用。通过最新的移动卫星通信技术，从根本上解决海事搜救通信中实时图像、语音、数据的传输问题。 根据海事搜救的特点，将海事搜救实时通信指挥系统的需求归纳如下：实时图像传输，即将搜救船上摄像机采集的现场图像实时传回指挥中心；建立搜救船与指挥中心的视频会议系统；建立搜救船与指挥中心的语音通话系统，实现电话、传真等功能；建立搜救船上局域网与指挥中心局域网互联，实现移动办公和现场指挥；建立搜救船上Internet接入，便于搜救时收发邮件和查找资料。 根据以上需求，提出采用基于全网IP的LinkStar高速卫星通信网络的船载卫星通信系统解决方案。 一、船载卫星通信系统链路解决方案 船载卫星通信系统链路包含以下几个部分：船载卫星动中通天线、卫星通信系统、卫星
地面站、指挥中心的通信专线或指挥中心远端卫星接收站等，其卫星通信系统链路原理如图1所示。 船载卫星动中通天线与通信卫星进行通信，通信卫星与卫星地面站进行通信，卫星地面站与指挥中心的专线，或通过与指挥中心远端卫星端站进行通信，从而实现搜救船与指挥中心的卫星通信。 船载卫星动中通天线是实现船岸通信的最重要组成部件，需要保证船在航行过程中克服船的横摇、纵摇以及上下起伏，保持与通信卫星的稳定通信。 因此，船载卫星动中通天线的选择首先要保证的是在复杂的航行条件下天线能稳定地跟踪通信卫星。其次是它的通信能力，天线的通信设备要能支持较高通信带宽。第三，安装方便。对于海事局60米巡逻船而言，船上能提供的船载天线安装空间有限，因此安装方便非常重要。 在本文所述的解决方案中，选择的是以色列Orbit Orsat(AL-7103MKⅡ)船载动中通卫星天线，如图2所示：
高速公路通信系统传输子网的设计
摘要 高速公路联网收费是高速公路的收费管理发展的大势所趋，本论文在江西省高速公路实行联网收费的环境下，对公路干线通信网进行了设计，建立了以SDHSTM -4 为主体的传输主干层，为了保证整个通信网络的时钟同步，还从网络的建设需求出发提出主从式同步的时钟信号网的建设方案。文中详细讨论了通信网络中的各种技术和通信子系统的具体结构及功能，描述了联网环境下的通信系统各子系统如何实现，图示了干线网络组成、同步网时钟系统、网管系统的构成等，描述了数字程控交换联网时中继方式，视频图像的传输方式等。另外，本文对高速公路的通信网络如何适应通信技术的发展以及高速公路综合业务应用方面作了有益的研究。本设计在江西省高速公路联网收费区域中已顺利实施，江西省高速公路目前己完成了联网收费第一阶段建设目标，基本实现了全省联网收费，联网收费系统自开通以来运行平稳，带来明显的社会效益和经济效益。 关键词:高速公路;通信网络;SDH;视频图像传输
目录
第一章绪论 1.1 研究背景 1.2 研究目的及意义 1.3 本文所作工作与论文安排 第二章设计原则和目标 2.1 设计原则 2.2 设计目标 2.2.1 技术目标 2.2.2 应用目标 第三章通信系统管理体制 第四章需求分析 4.1 业务需求 4.2 管理需求 4.3 安全需求 第五章通信技术选择 5.1 联网对通信技术的要求 5.2 传输网络技术的选择 5.2.1 传输网络技术的发展 5.2.2 传输网络技术的选择 5.2.3 图像传输技术的选择. 5.2.4 语音交换的联网 第六章通信系统构成和技术要求6.1 概述. 6.2 干线光纤数字同步传输系统6.3 综合业务接入网系统 6.4 数字程控交换系统 6.5 紧急电话系统 6.6 应用数据传输通路 6.7 闭路电视传输系统 6.8 会议电视系统 第七章结论 7.1 主要研究成果 7.2 问题与不足 致谢 参考文献
数字通信系统结构
潜艇声纳的原理？ 声纳是利用水中声波进行探测、定位和通信的电子设备。声学(声纳)是各国海军进行水下监视使用的主要技术，用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪；进行水下通信和导航，保障舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。此外，声纳技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信，以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。声纳可按工作方式，按装备对象，按战术用途、按基阵携带方式和技术特点等分类方法分成为各种不同的声纳。例如按工作方式可分为主动声纳和被动声纳；按装备对象可分为水面舰艇声纳、潜艇声纳、航空声纳、便携式声纳和海岸声纳，等等。声纳装置一般由基阵、电子机柜和辅助设备三部分组成。基阵由水声换能器以一定几何图形排列组合而成，其外形通常为球形、柱形、平板形或线列行，有接收基阵、发射机阵或收发合一基阵之分。电子机柜一般有发射、接收、显示和控制等分系统。辅助设备包括电源设备、连接电缆、水下接线箱和增音机、与声纳基阵的传动控制相配套的升降、回转、俯仰、收放、拖曳、吊放、投放等装置，以及声纳导流罩等。主动声纳技术是指声纳主动发射声波"照射"目标，而后接收水中目标反射的回波以
测定目标的参数。大多数采用脉冲体制，也有采用连续波体制的。被动声纳技术是指声纳被动接收舰船等水中目标产生的辐射噪声和水声设备发射的信号，以测定目标的方位。影响声纳工作性能的因素除声纳本身的技术状况外，外界条件的影响很严重。比较直接的因素有传播衰减、多路径效应、混响干扰、海洋噪声、自噪声、目标反射特征或辐射噪声强度等，它们大多与海洋环境因素有关。例如，声波在传播途中受海水介质不均匀分布和海面、海底的影响和制约，会产生折射、散射、反射和干涉，会产生声线弯曲、信号起伏和畸变，造成传播途径的改变，以及出现声阴区，严重影响声纳的作用距离和测量精度。现代声纳根据海区声速--深度变化形成的传播条件，可适当选择基阵工作深度和俯仰角，利用声波的不同传播途径(直达声、海底反射声、会聚区、深海声道)来克服水声传播条件的不利影响，提高声纳探测距离。又如，运载平台的自噪声主要与航速有关，航速越大自噪声越大，声纳作用距离就越近，反之则越远；目标反射本领越大，被对方主动声纳发现的距离就越远；目标辐射噪声强度越大，被对方被动声纳发现的距离就越远。
卫星通信的SATCOM系统设计解决方案
卫星通信的SATCOM系统设计解决方案 过去二十年来，商用航空领域一直依赖卫星通信协调民用航空乘客出行。随着数据流量和物联网(loT)应用的增长，对卫星通信系统的需求已达到顶峰。 对于商用喷气机和大型客机而言，商用飞机的高带宽数据访问需求也增长显著。我们发射了支持更高频率的新卫星，以实现这种带宽增长。本文将考察这些技术趋势，以及可通过市场上提供的可定制架构实现所需性能并缩短上市时间的解决方案。 SATCOM介绍和历史 不断提高数据速率的需求正在推动SATCOM领域中的许多新发展。SATCOM链路的数据速率将从kbps提高至Mbps，这将实现更高效的数据和视频传输。无人机的大幅增加为SATCOM链路创造了一个新的舞台。而且，商业航空航天市场中对数据和互联网接入不断增长的需求正在推动Ku频段和Ka频段不断发展，以支持最高达1000 Mbps的数据速率。同时，支持传统数据链路、最大限度减小尺寸、重量和功耗(SWaP)和减少系统开发投入也正在推动对开发灵活架构和最大限度提高系统重用率的需求。 SATCOM系统通常利用对地静止轨道(GEO)卫星—相对于地球表面静止的卫星。要实现对地静止轨道，卫星必须具有非常高的海拔高度—与地球表面的距离超过30 km。这样的高轨道的好处在于，覆盖大面积的地面只需要很少的卫星，而且由于知道其固定坐标，因此将数据传输至卫星较为简单。由于这些系统的发射成本较高，因此它们专为长使用寿命而设计，非常稳定，但有时也会有点过时。 由于海拔高度较高且存在辐射，因此往往需要采用额外的设备屏蔽或卫星屏蔽措施。而且，由于卫星离得太远，地面上的用户可能会有重大信号损失，同时还会影响信号链设计和元件选择。地面到卫星的距离较长还会造成用户和卫星之间的高延迟，这会影响部分数据和通信链路。 最近，人们提出了许多GEO卫星的替代方案或补充系统，无人飞行器和低地轨道(LEO)卫星也正在考虑当中。借助低轨道，这些系统可减小基于GEO的系统方面的挑战，但会影响覆盖范围，需要更多的卫星或无人飞行器才能实现类似的全球覆盖。
通信系统中同步技术的类型与实现方法
技术研发TE C H N O LO G Y A N D M A R K ET V〇1.23,N〇.12,2016通信系统中同步技术的类型与实现方法 彭宇 (平江第一中学，湖南平江41500) 摘要：同步属于通信系统的重要部分，其性能直接影响着通信系统的运行效果，如果同步技术不到位，会影响整个通信系统的稳定性。主要针对通信系统中常用的同步技术的类型与实现方法进行分析。 关键词：通信系统；同步技术；类型；实现方法 doi：10. 3969/j.issn.1006 -8554.2016. 12.070 〇引言 同步技术对于通信系统运行的影响非常大。在各类因素的影响下，通信时收发双方需要设置在不同的地点，要想同一步调地进行工作，就需要利用通信系统的同步技术来完成。同步系统性能的好坏会直接影像整个通信系统的运行效率，如果性能不佳，甚至会给整个系统带来瘫痪性后果。同步技术有很多的种类，本文是对整个通信系统进行研究分析，讲述同步技术的方法、性能和原理及对系统性能的影响等，从而对同步技术有一个较完整和全新的认识。 1同步技术的类型和基本原理 1.1功能分类 按功能划分，同步技术主要包括载波同步、位同步、群同步和网同步几种类型。载波同步技术在通信中频带的传输采用长距离传输方式，而基带传输是短距离采用的传输方式，因此通信系统主要通过发送端来进行调制。信号中的接收调制载波与本地的载波信号达到同频同相，获取的本地载波就是载波同步。位同步技术又可以称之为元同步，它是数字通信系统中特殊存在的一种同步技术，位同步的产生是基于基带传输和频带传输的需要。所有消息在数字通信系统中都是通过位同步传送的，这是取样判决的基础。 在数字通信中，字是组成信息流的基本单位，首先字是由多个码元所形成，然后再由多个字形成句。对于多路信号而言，各路正确的信号是由接收端区分的，利用发送端的合路规律进行分路。每群头尾的标记是在数字信息流中发送端插人一些特殊码组，帮助接收端正确的分离各路信号，因此，这一技术又被称为群同步。此外，在社会的发展下，同步技术开始实现与网络通信技术的融合，网络通信是现代通信的一种手段，在通信中有很多种通信和信息传递的设备，各种不同的信息码流是通过设备产生和传送的。建立一个统一协调的系统，其目的就是将低速数字流合并成调整数字进，避免信息丢失，让整个网络系统工作能够顺利的完成。 1.2 实现分类 按照实现类型来分类，同步技术可以分为外同步法和自同步法。在外同步法中，同步信息是由专门的发送端发送，由于在传送的信息并不在导频范围内，所以其频率和功率也受到了限制。第二种方法是自同步法:专门同步的信息将不会被发送端传送出来，但是为了得到专门同步的信息，接收端会从接收到的信号中进行收集。自同步法工作效率高，抗干扰性强，但是，与外同步法相比，该种方式的接收端更加的复杂，增加了成本。 2同步技术的实现方法 目前，最为常用的方法是自同步法，采用该种方式，整个功率和带宽分配都可以通过其进行信号传输，有着广泛的应用空间，载波同步和位同步中也广泛采用了这种方法;此外，自同步 法也是群同步的采用方法，其核心内容包括几个方面:①在自 同步法中，平方变换法、同相正交环法和平方环法是自同步下 载波同步的三个组成部分，在将不直接包含载波的信号进行非 线性变换后，即可提取载波。②自同步法的主要方法就是滤波 法与锁相环法，其中，锁相环法需要在鉴相器后加数字滤波器，这样可以有效解决位同步的抖动问题。③网同步也是自同步 法的一个重要内容，由准同步、主从同步以及相互同步三种组成，准同步这种方法非常的繁琐，其运营效果关系到通信网整 体的状态和运行的状况，此外，准同步还需要保持自身时钟设 置的稳定性，确保设备自身时钟与其他设备是同步的，并将滑 码控制在规定的范围内。 3同步技术的性能指标 影响同步技术性能指标的因素多样化，为了判定这一技术 的有效性，一般采用几个性能指标进行评估:①精度、效率、同 步保持时间和同步时间是载波同步的性能指标。②相位误差、同步立时间、保持时间及同步带宽等是同步的性能指标。③群 同步的性能指标与载波同步、位同步有着很大的不同，它的性 能指标包括假同步概率、漏同步概率和平均建立时间等，正确 或错误是群同步的两种状态，两者必定会有一个存在。④时间 间隔误差、最大时间间隔误差、时延和频率准确度等是网同步 的性能指标。 4结语 同步系统对于通信系统的正常运行影响是非常大的，为了 充分发挥同步系统的作用，需要采取科学的措施提升其有效性，不断创新其理论与技术，就目前来看，我国学者已经针对同 步系统展开了深人的研究，各类专用性集成软件与多用软件已 经在市场上得到推广。但是，在科技的日新月异的发展下，通 信系统也针对同步系统提出了更高的要求，我们需要不断的进 行创新，进一步提升同步技术的稳定性。 参考文献： [1]商贺，谭志良.基于System Generator的跳频通信系统 LMS干扰对消算法实现[J].军械工程学院学报，2016 (3). [2]向春枝，崔艳.跳频通信系统的异常跳变故障检测模型仿 真[J].计算机仿真，2014(10). [3]谢轲，陈建行，高留洋，等.应用灰关联评估方法分析跳频 通信系统[J].现代电子技术，2013(7). [4]鄢茂林，蒋子刚，涂卫红.跳频通信同步信息传输的抗干 扰策略[J].电讯技术，2〇09(4). 118
高速公路三大系统(监控通信收费)整体设计
石黄公路沧州至黄骅港段高速公路机电工程监控系统施工图设计 设计说明 1工程概述 石黄公路沧州至黄骅港段高速公路是我省“五横、六纵、七条线”公路主骨架的重要组成部分，是省会石家庄联系黄骅港以及晋煤东运的重要通道，是我省“十五”期重点建设项目。以下简称沧黄高速公路。 沧黄高速公路全长93.585Km。本路段设沧州西互通、沧州东互通、黄骅南互通、八里庄互通、黄骅枢纽互通共五座互通。全线按高速公路标准设计，设计时速120km。 沧黄高速公路采用两级管理管理体制，即高速公路管理处--收费站、养护工区两级机构。 沧黄高速公路监控、通信、收费中心设在沧州西互通的高速公路管理处，负责全线的三大系统的管理。在沧州西互通、沧州东互通、黄骅南互通、八里庄互通设匝道收费站，在路东端设主线收费站。 全线监控系统采用集中管理模式：全线设置一个监控中心，设置在沧黄高速公路管理处，负责全线的交通监视和运营管理。监控外场设备子系统向监控中心上传路况信息。 沧黄高速公路监控系统工程主要是监控系统涉及到的系统设计、设备提供、运输、安装、调试、开通、试运行、培训、提供资料、交付使用、保修、提供备件等各项工作。 2设计依据 （1）石黄公路沧州至黄骅港段高速公路机电工程施工合同招标文件技术规范 （2）石黄公路沧州至黄骅港段高速公路机电工程施工合同投标文件技术方案 （3）石黄公路沧州至黄骅港段高速公路机电工程施工合同 （4）建设单位提供的土建、房建、管道图纸 （5）现场堪查测量的资料 （6）国家及部颁的有关标准。 3设计内容、范围、编排 3.1设计内容、范围 《石黄公路沧州至黄骅港段高速公路机电工程监控系统施工图》共包括四大部分内容： 3.2设计说明 用文字说明整个监控系统图纸的设计思路。系统运行和功能实现的方式和方法参见本文件的第一册《石黄公路沧州至黄骅港段高速公路机电工程监控系统方案设计》。如图纸中标明的设备型号和数量与设备清单不一致时，以清单为准。 3.3系统图 描述整个系统的结构，和设计说明部分相互配合，把整个系统内的层次关系、数据流向直观的表现出来。 3.4监控中心施工图 这部分内容包括沧黄监控中心施工中涉及到的设备布置、安装、接线的相关图纸。 通过这部分的图纸，详细说明了监控系统每项功能实现的具体过程、方式和相关的设备。以及相关设备的各种接口和连接。 3.5外场设备施工图 在外场设备施工图部分，说明了监控系统各种外场设备的线缆敷设、基础制作、配件加工、设备安装与接线的技术参数、施工规范和工艺要求。 3.6图号编排 CH JK 1 01 沧黄监控系统图纸类别序号 图纸类别：
数字通信技术与应用1
一、判断题（共10道小题，共50.0分） 1.数字通信系统只需做到位同步和帧同步，便可保证通信的正常进行。 A.正确 B.错误 https://www.wendangku.net/doc/5d12976992.html,ITT的G.732建议规定后方保护计数n=2。 A.正确 B.错误 3.收端定时系统产生位脉冲、路脉冲等的方法与发端一样。 A.正确 B.错误
4.PCM30/32路系统信令码的编码没有任何限制。 A.正确 B.错误 5.A律13折线编码器和解码器均要进行7/11变换。 A.正确 B.错误 6.某一位码的判定值与所有其它码元均有关。 A.正确 B.错误 7.A律13折线解码器中串／并变换记忆电路的。
B.错误 8.模拟压扩法是实际常采用的非均匀量化实现方法。 A.正确 B.错误 9.N不变时，非均匀量化与均匀量化相比，大、小信号的量化误差均减小。 A.正确 B.错误 10.时分多路复用的方法不能用于模拟通信。 A.正确
二、单项选择题（共10道小题，共50.0分） 1.PCM30/32路系统收端时钟产生的方法是（）。 A.用石英晶体震荡器产生 B.定时钟提取 C.外同步定时法 D.用原子钟产生 2.PCM30/32路系统第23路信令码的传输位置（即在帧结构中的位置）为（）。 A.F７帧TS16的前４位码 B.F７帧TS16的后４位码 C.F8 帧TS16 的前４位码 D.F8 帧TS16 的后４位码
3.PCM30/32路系统传输复帧同步码的位置为（）。 A.Fo帧TS16前4位码 B.Fo帧TS16后4位码 C.F1帧TS16前4位码 D.F1帧TS16后4位码 4.PCM30/32路系统帧同步码的码型为（）。 A.0011011 B.0110110 C.0000 D.1101110 5.非均匀量化的特点是（）。 A.大、小信号的量化误差相同 B.量化误差>/2