數(shù)字通信技術(shù)課件

數(shù)字通信技術(shù)課件數(shù)字通信技術(shù)課件2內(nèi)容§1.1通信系統(tǒng)的組成和分類(lèi)§1.2數(shù)字通信系統(tǒng)及主要組成§1.3數(shù)字通信的主要特點(diǎn)§1.4數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)§1.5本課程的內(nèi)容參考書(shū)目2內(nèi)容3要求1．理解數(shù)字通信系統(tǒng)的組成及其功能2．理解數(shù)字通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)3．了解數(shù)字通信的主要特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)3要求1．理解數(shù)字通信系統(tǒng)的組成及其功能

§1.1通信系統(tǒng)的組成和分類(lèi)§1.1通信系統(tǒng)的組成和分類(lèi)5一、通信系統(tǒng)的概念通信的最終目的是為了有效和可靠地傳遞和交換信息。信息可以有多種多樣表現(xiàn)形式，如語(yǔ)音、文字、數(shù)據(jù)、圖像等。傳遞或交換信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和稱(chēng)為通信系統(tǒng)。5一、通信系統(tǒng)的概念通信的最終目的是為了有效和可靠地傳遞和交6二、通信系統(tǒng)的組成6二、通信系統(tǒng)的組成7二、通信系統(tǒng)的組成1.信源和收信者（信宿）信源(informationsource)是發(fā)出信息的源，是產(chǎn)生消息的機(jī)構(gòu)，消息(message)中包含著信息(information)，是用戶(hù)所關(guān)心的部分。消息本身在系統(tǒng)其它部分被轉(zhuǎn)換、復(fù)制、并處理。實(shí)際中的信源是高度復(fù)雜的物理現(xiàn)象，例如人類(lèi)的語(yǔ)言和文字、圖像、聲響，甚至于各種控制系統(tǒng)中的傳感器等。但在通信系統(tǒng)中的信源，產(chǎn)生的都是電信號(hào)。信源既可以輸出離散的數(shù)字信號(hào)，也可以輸出連續(xù)的模擬信號(hào)。信宿是傳輸信息的歸宿點(diǎn)。7二、通信系統(tǒng)的組成1.信源和收信者（信宿）8二、通信系統(tǒng)的組成2.發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和傳輸媒介匹配起來(lái)，即將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換為便于傳送的信號(hào)形式，送往傳輸媒介。變換方式是多種多樣的。例如，調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)頻譜組成的變換，上下變頻器可以實(shí)現(xiàn)頻譜的搬移，等等。發(fā)送設(shè)備還包括為達(dá)到某些特殊要求而進(jìn)行的種種 處理，如多路復(fù)用、保密處理、糾錯(cuò)編碼處理等等。8二、通信系統(tǒng)的組成2.發(fā)送設(shè)備9二、通信系統(tǒng)的組成3.傳輸媒介（信道）信道是指?jìng)鬏斝盘?hào)的通道，從發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間信號(hào)傳遞所經(jīng)過(guò)的媒介，可以是無(wú)線的，也可以是有線的，而有線和無(wú)線又可以細(xì)分為多種傳輸媒介。信道既給信號(hào)以通路，也會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生各種干擾和噪聲，傳輸媒介的固有特性和干擾噪聲都直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。9二、通信系統(tǒng)的組成3.傳輸媒介（信道）10二、通信系統(tǒng)的組成4.接收設(shè)備接收設(shè)備的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解密等等。它的任務(wù)是從混有噪聲和干擾的信號(hào)中正確恢復(fù)出原始消息。對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路。

10二、通信系統(tǒng)的組成4.接收設(shè)備11二、通信系統(tǒng)的組成討論上述的通信系統(tǒng)是單向的；在多數(shù)情況下，通信的雙方需要隨時(shí)交流信息，因而要求雙向通信，例如電話通信。雙向通信時(shí)，雙方信源都兼為信宿，都要有發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備，要兩個(gè)方向都有各自的傳輸媒介。如果雙方共用一個(gè)傳輸媒介，則采用頻率、時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行分割以實(shí)現(xiàn)共享，如頻分雙工（FDD）、時(shí)分雙工（TDD）等。11二、通信系統(tǒng)的組成討論12三、通信系統(tǒng)的分類(lèi)按用途常規(guī)通信控制通信按信號(hào)形式模擬通信數(shù)字通信按信道形式有線通信無(wú)線通信按傳輸方向與時(shí)間關(guān)系單工通信全雙工通信半雙工通信12三、通信系統(tǒng)的分類(lèi)按用途常規(guī)通信控制通信按信號(hào)形式模擬通13三、通信系統(tǒng)的分類(lèi)雙絞線同軸電纜波導(dǎo)光纖超長(zhǎng)波長(zhǎng)波短波超短波微波中繼衛(wèi)星散射有線通信無(wú)線通信

按信道形式13三、通信系統(tǒng)的分類(lèi)雙絞線同軸電纜波導(dǎo)光纖超長(zhǎng)波長(zhǎng)波短波超§1.2數(shù)字通信系統(tǒng)及主要組成§1.2數(shù)字通信系統(tǒng)及主要組成15一、數(shù)字通信定義數(shù)字通信的定義：用數(shù)字信號(hào)作為載體來(lái)傳輸消息，或用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制后再傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。它可傳輸電?bào)、數(shù)據(jù)等數(shù)字信號(hào)，也可以傳輸經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理的語(yǔ)音和圖像等模擬信號(hào)。（參閱：中國(guó)郵電百科全書(shū)，電信卷）。學(xué)習(xí)和研究數(shù)字通信技術(shù)和理論的目的：在盡量節(jié)省資源（功率、頻率和設(shè)備成本）的條件下，優(yōu)化數(shù)字通信系統(tǒng)，提高系統(tǒng)傳輸信息的有效性和可靠性。15一、數(shù)字通信定義數(shù)字通信的定義：用數(shù)字信號(hào)作為載體來(lái)傳輸16二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成16二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成17二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成1.信源編碼與解碼在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信源編碼的作用是將信源輸出的模擬信號(hào)變換為適合數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，即模／數(shù)變換；變換過(guò)程中應(yīng)盡可能準(zhǔn)確地保留原有信息，同時(shí)盡量去除信號(hào)中的冗余，降低數(shù)字信號(hào)的速率，從而提高系統(tǒng)的傳輸效率，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。信源解碼是信源編碼的反變換，完成原始信源信息的恢復(fù)。17二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成1.信源編碼與解碼18二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成2.加密與解密數(shù)字信號(hào)比起模擬信號(hào)來(lái)易于加密，且效果也好。加密器可以產(chǎn)生密碼，人為地將輸入的明文數(shù)字序列進(jìn)行擾亂。在接收端對(duì)接收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密，恢復(fù)明文。18二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成2.加密與解密19二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成3.信道編碼與解碼信道編碼的目的是提高通信的抗干擾能力，盡可能地減少傳輸中的差錯(cuò)。因此，信到編碼也稱(chēng)差錯(cuò)控制編碼。差錯(cuò)控制編碼：在發(fā)送端適當(dāng)增加信號(hào)的冗余度,對(duì)傳輸?shù)脑夹畔匆欢ň幋a規(guī)則進(jìn)行編碼，在接收端按一定的規(guī)則進(jìn)行解碼，看其編碼規(guī)則是否遭到破壞，從解碼過(guò)程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤。實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制編碼的方式：線性分組碼

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循環(huán)碼、漢明碼、格雷碼、BCH碼、RS碼、LDPC碼；卷積碼；級(jí)聯(lián)碼

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普通級(jí)聯(lián)碼、Turbo-碼。19二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成3.信道編碼與解碼20二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成4.調(diào)制與解調(diào)調(diào)制是把待傳輸?shù)幕鶐盘?hào)轉(zhuǎn)換成適于信道傳輸?shù)牟ㄐ巍Ｋ脭?shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波波形的某些參量進(jìn)行控制，使載波的這些參量隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化。解調(diào)是調(diào)制的逆變換。數(shù)字調(diào)制技術(shù)分為：ASK、FSK、PSK、CPM，以及它們的各種組合。20二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成4.調(diào)制與解調(diào)21二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成4.調(diào)制與解調(diào)(續(xù))解調(diào)可以進(jìn)行相干解調(diào)或非相干解調(diào)，前者需要知道載波的相位才能檢測(cè)，后者則不需要。對(duì)高斯噪聲下信號(hào)的檢測(cè)，一般用相關(guān)接收機(jī)或匹配濾波器。21二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成4.調(diào)制與解調(diào)(續(xù))22二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成5.多路與多址多用戶(hù)共享通信資源，充分利用通信資源和增加總的數(shù)據(jù)通信量。采用多路技術(shù)可以使本地多個(gè)用戶(hù)共享通信資源。采用多址技術(shù)可以使遠(yuǎn)程多個(gè)用戶(hù)共享通信資源?；镜姆椒ㄓ蓄l分、時(shí)分、碼分、空分和極化波分。22二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成5.多路與多址23二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成6.信道與噪聲數(shù)字信號(hào)可以在數(shù)字信道傳輸，也可以經(jīng)過(guò)調(diào)制變成頻帶信號(hào)通過(guò)模擬信道傳輸。（注意狹義信道和廣義信道的概念）。信道既給傳輸?shù)男盘?hào)以通路，又給傳輸?shù)男盘?hào)以限制和影響。當(dāng)信號(hào)通過(guò)信道時(shí)，信號(hào)的功率由于信道的損耗而下降，或由于信道的畸變而失真。信號(hào)會(huì)受到信道噪聲的損害。信道中的噪聲歸納起來(lái)可分為兩種：一種是高斯噪聲；另一種是脈沖噪聲。信號(hào)還會(huì)遭受出現(xiàn)在信道中的人為干擾的破壞。23二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成6.信道與噪聲24二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成實(shí)際信道種類(lèi)有線信道：如電話網(wǎng)絡(luò)的雙絞線，其主要特點(diǎn)：存在加性噪聲、話音串?dāng)_等。光纜信道：如光纖通信，其主要特點(diǎn)：帶寬寬，噪聲、干擾小。無(wú)線電磁信道：如自由空間電波傳播，其主要特點(diǎn)：存在多徑、衰落，噪聲干擾比較大。水下聲波信道：如聲納通信，其主要特點(diǎn)：頻率低，衰減大。24二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成實(shí)際信道種類(lèi)25二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成對(duì)抗信道畸變或噪聲的方法增大信號(hào)發(fā)送功率設(shè)法消除或補(bǔ)償信道引起的信號(hào)失真，采用均衡、分集技術(shù)采用適當(dāng)?shù)男盘?hào)設(shè)計(jì)技術(shù)采用信道編碼技術(shù)采用擴(kuò)頻技術(shù)25二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成對(duì)抗信道畸變或噪聲的方法26二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成7.同步位（比特）同步載波同步幀同步網(wǎng)同步26二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成7.同步§1.3數(shù)字通信的主要特點(diǎn)§1.3數(shù)字通信的主要特點(diǎn)28數(shù)字通信的主要特點(diǎn)可以通過(guò)信源編碼技術(shù)消除冗余，降低信源輸出的數(shù)據(jù)速率；便于進(jìn)行復(fù)雜的加密處理，提高傳輸?shù)陌踩?；可以通過(guò)增加冗余進(jìn)行差錯(cuò)控制編碼，提高傳輸?shù)目煽啃?；可以研究更多更有效的調(diào)制與解調(diào)方式，同時(shí)提高有效性與可靠性；28數(shù)字通信的主要特點(diǎn)可以通過(guò)信源編碼技術(shù)消除冗余，降低信源29可以采用中繼的方式進(jìn)行再生，消除噪聲積累；便于集成，使設(shè)備小型化；便于利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，采用軟硬件相結(jié)合的方式，研制符合軟件無(wú)線電概念的智能化通信設(shè)備；便于利用通信協(xié)議組網(wǎng)；便于實(shí)現(xiàn)多媒體通信。數(shù)字通信的主要特點(diǎn)29可以采用中繼的方式進(jìn)行再生，消除噪聲積累；數(shù)字通信的主

§1.4數(shù)字通信的主要性能指標(biāo)§1.4數(shù)字通信的主要性能指標(biāo)31主要性能指標(biāo)有效性：在給定信道內(nèi)能傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，主要性能指標(biāo)是傳輸速率、頻帶利用率?？煽啃裕航邮招畔⒌臏?zhǔn)確程度，主要指標(biāo)是誤碼率。有效性和可靠性是相互矛盾而又相互聯(lián)系的，通常兩者也是可以互換的。31主要性能指標(biāo)有效性：在給定信道內(nèi)能傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，32一、傳輸速率碼元傳輸速率（RS） 簡(jiǎn)稱(chēng)傳碼率或波特率，表示單位時(shí)間（每秒）內(nèi)傳輸?shù)拇a元（符號(hào)）個(gè)數(shù)，單位為波特（Baud）記為B。信息傳輸速率（Rb） 簡(jiǎn)稱(chēng)傳信率或比特率，表示單位時(shí)間（每秒）內(nèi)傳送數(shù)據(jù)信息的比特?cái)?shù)，單位為比特／秒（bit/s）。

32一、傳輸速率碼元傳輸速率（RS）33一、傳輸速率碼元速率與信息比特速率關(guān)系二進(jìn)制傳輸時(shí)，碼元傳輸速率和信息速率一致。對(duì)N進(jìn)制傳輸時(shí)，其碼元傳輸速率和信息速率可以通過(guò)公式來(lái)?yè)Q算：

33一、傳輸速率碼元速率與信息比特速率關(guān)系34二、頻帶利用率(Baud/Hz)對(duì)二進(jìn)制傳輸時(shí)可表示為(bit/s/Hz)34二、頻帶利用率(Baud/Hz)對(duì)二進(jìn)制傳輸時(shí)可表示為(35三、可靠性指標(biāo)誤比特率：在傳輸過(guò)程中發(fā)生的錯(cuò)誤比特個(gè)數(shù)與傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)之比誤碼元率：在傳輸過(guò)程中發(fā)生的錯(cuò)誤碼元個(gè)數(shù)與傳輸?shù)目偞a元數(shù)之比

35三、可靠性指標(biāo)誤比特率：在傳輸過(guò)程中發(fā)生的錯(cuò)誤比特個(gè)數(shù)與36四、性能極限Shannon定理：如果信息源的信息速率Rb小于或者等于一個(gè)所謂的信道容量C，那么，在理論上存在一種方法可使信息源能夠以任意小的差錯(cuò)率通過(guò)信道傳輸。如果Rb>C，則沒(méi)有任何辦法傳輸這樣的信息，或者說(shuō)傳輸二進(jìn)制信息的差錯(cuò)率為1／2。信道容量C是信道的極限傳輸能力。

36四、性能極限Shannon定理：如果信息源的信息速率Rb37四、性能極限信道容量公式在被高斯白噪聲干擾的信道中，傳送的最大信息速率C，由Shannon公式確定：

(bit/s)或

其中，B是信號(hào)占用的信道帶寬，S是信號(hào)功率，N是噪聲功率。n0是噪聲功率譜密度。37四、性能極限信道容量公式(bit/s)或38四、性能極限1.信道容量極限討論n0=0或S=∞，均能使C=∞。n0=0意味著無(wú)噪聲，S=∞意味著發(fā)送功率要達(dá)到無(wú)窮大。要提高信道容量C，則應(yīng)減小噪聲或者提高發(fā)射功率。

38四、性能極限1.信道容量極限討論39四、性能極限2.信道容量與帶寬B的關(guān)系B=0，C=0，無(wú)法傳輸信息。信道容量極限：信道帶寬B趨于無(wú)窮大，信道容量C趨于一個(gè)定值，該定值稱(chēng)為信道容量極限。39四、性能極限2.信道容量與帶寬B的關(guān)系40四、性能極限3.頻帶利用率極限當(dāng)Rb=C時(shí)，由Shannon公式得：上式為系統(tǒng)可能的最高頻帶利用率，即頻帶利用率極限。40四、性能極限3.頻帶利用率極限41四、性能極限4.帶寬與信噪比互換關(guān)系當(dāng)信道容量C保持不變時(shí)，帶寬B與信噪比可以進(jìn)行互換。帶寬較小的改變將會(huì)導(dǎo)致信號(hào)功率較大的改變。帶寬和信號(hào)功率的互換，通?？捎删幋a和調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

41四、性能極限4.帶寬與信噪比互換關(guān)系42四、性能極限B/C(Hz/b/s)168421??1/8-101020304050S/N(dB)實(shí)際系統(tǒng)不可實(shí)現(xiàn)區(qū)域5.歸一化信道帶寬與信噪比關(guān)系42四、性能極限B/C(Hz/b/s)-10§1.5本課程的內(nèi)容§1.5本課程的內(nèi)容44所傳輸?shù)男盘?hào)種類(lèi)多媒體化，希望聲音、圖象、文字并茂；傳輸速度越快越好；傳輸質(zhì)量越高越好，包括在有干擾的條件下；隨時(shí)隨地都能進(jìn)行通信，包括在移動(dòng)狀態(tài)下；組成多用戶(hù)的通信網(wǎng)。一、通信的要求44所傳輸?shù)男盘?hào)種類(lèi)多媒體化，希望聲音、圖象、文字并茂；一、45

概述語(yǔ)音編碼技術(shù)圖像編碼技術(shù)信道編碼技術(shù)數(shù)字調(diào)制技術(shù)同步技術(shù)二、本課程的內(nèi)容

均衡技術(shù)分集技術(shù)擴(kuò)頻通信技術(shù)數(shù)字復(fù)接技術(shù)光波調(diào)制復(fù)用技術(shù)多址通信技術(shù)45概述二、本課程的內(nèi)容均衡技術(shù)46教材與參考書(shū)教材：

數(shù)字通信技術(shù).

張杭等編著.人民郵電出版社2008參考教材：（1）通信原理.

沈越弘等編著機(jī)械工業(yè)出版社2004

（2）數(shù)字通信——基礎(chǔ)與應(yīng)用（第二版）.BernardSklar著，徐平平宋鐵成葉芝慧等譯..電子工業(yè)出版社,2004

（3）現(xiàn)代通信原理.

曹志剛錢(qián)亞生.

清華大學(xué)出版社，1992

（4）現(xiàn)代通信技術(shù).

陳顯治.

電子工業(yè)出版社，2001

46教材與參考書(shū)教材：47教材與參考書(shū)

（5）現(xiàn)代通信理論與技術(shù)導(dǎo)論.

張德純等.

西安電子科技大學(xué)出版社2004

（6）數(shù)字移動(dòng)通信.

郭梯云楊家瑋李建東.

人民郵電出版社1995

（7）擴(kuò)頻通信.

查光明熊賢祚.

西安電子科技大學(xué)出版社1990

（8）光同步數(shù)字傳送網(wǎng)（修訂本）.韋樂(lè)平.

人民郵電出版社，1998

（9）現(xiàn)代光纖通信與網(wǎng)絡(luò)教程.張寶富劉忠英萬(wàn)謙.

北京：人民郵電出版社，200247教材與參考書(shū)（5）現(xiàn)代通信理論與技術(shù)導(dǎo)論.張48作業(yè)與思考題1.1畫(huà)出“數(shù)字通信系統(tǒng)”組成框圖并簡(jiǎn)述各組成部分的功能？1.2你認(rèn)為數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展方向是什么？1.3一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)的碼元速率為2048KB，連續(xù)傳2個(gè)小時(shí)后，接收端收到的錯(cuò)誤碼元個(gè)數(shù)為1000個(gè)，求誤碼率。1.4已知電話信道的帶寬為3.4kHz，試求： （1）接收端信噪比S/N=30dB時(shí)的信道容量。 （2）若要求該信道能傳輸4800b/s的數(shù)據(jù)，信道帶寬是傳輸速率的兩倍，則接收端要求最小信噪比S/N為多少dB。48作業(yè)與思考題1.1畫(huà)出“數(shù)字通信系統(tǒng)”組成框圖并簡(jiǎn)述

謝謝！謝謝！數(shù)字通信技術(shù)課件數(shù)字通信技術(shù)課件52內(nèi)容§1.1通信系統(tǒng)的組成和分類(lèi)§1.2數(shù)字通信系統(tǒng)及主要組成§1.3數(shù)字通信的主要特點(diǎn)§1.4數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)§1.5本課程的內(nèi)容參考書(shū)目2內(nèi)容53要求1．理解數(shù)字通信系統(tǒng)的組成及其功能2．理解數(shù)字通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)3．了解數(shù)字通信的主要特點(diǎn)及發(fā)展趨勢(shì)3要求1．理解數(shù)字通信系統(tǒng)的組成及其功能

§1.1通信系統(tǒng)的組成和分類(lèi)§1.1通信系統(tǒng)的組成和分類(lèi)55一、通信系統(tǒng)的概念通信的最終目的是為了有效和可靠地傳遞和交換信息。信息可以有多種多樣表現(xiàn)形式，如語(yǔ)音、文字、數(shù)據(jù)、圖像等。傳遞或交換信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和稱(chēng)為通信系統(tǒng)。5一、通信系統(tǒng)的概念通信的最終目的是為了有效和可靠地傳遞和交56二、通信系統(tǒng)的組成6二、通信系統(tǒng)的組成57二、通信系統(tǒng)的組成1.信源和收信者（信宿）信源(informationsource)是發(fā)出信息的源，是產(chǎn)生消息的機(jī)構(gòu)，消息(message)中包含著信息(information)，是用戶(hù)所關(guān)心的部分。消息本身在系統(tǒng)其它部分被轉(zhuǎn)換、復(fù)制、并處理。實(shí)際中的信源是高度復(fù)雜的物理現(xiàn)象，例如人類(lèi)的語(yǔ)言和文字、圖像、聲響，甚至于各種控制系統(tǒng)中的傳感器等。但在通信系統(tǒng)中的信源，產(chǎn)生的都是電信號(hào)。信源既可以輸出離散的數(shù)字信號(hào)，也可以輸出連續(xù)的模擬信號(hào)。信宿是傳輸信息的歸宿點(diǎn)。7二、通信系統(tǒng)的組成1.信源和收信者（信宿）58二、通信系統(tǒng)的組成2.發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和傳輸媒介匹配起來(lái)，即將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換為便于傳送的信號(hào)形式，送往傳輸媒介。變換方式是多種多樣的。例如，調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)頻譜組成的變換，上下變頻器可以實(shí)現(xiàn)頻譜的搬移，等等。發(fā)送設(shè)備還包括為達(dá)到某些特殊要求而進(jìn)行的種種 處理，如多路復(fù)用、保密處理、糾錯(cuò)編碼處理等等。8二、通信系統(tǒng)的組成2.發(fā)送設(shè)備59二、通信系統(tǒng)的組成3.傳輸媒介（信道）信道是指?jìng)鬏斝盘?hào)的通道，從發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備之間信號(hào)傳遞所經(jīng)過(guò)的媒介，可以是無(wú)線的，也可以是有線的，而有線和無(wú)線又可以細(xì)分為多種傳輸媒介。信道既給信號(hào)以通路，也會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生各種干擾和噪聲，傳輸媒介的固有特性和干擾噪聲都直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。9二、通信系統(tǒng)的組成3.傳輸媒介（信道）60二、通信系統(tǒng)的組成4.接收設(shè)備接收設(shè)備的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解密等等。它的任務(wù)是從混有噪聲和干擾的信號(hào)中正確恢復(fù)出原始消息。對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路。

10二、通信系統(tǒng)的組成4.接收設(shè)備61二、通信系統(tǒng)的組成討論上述的通信系統(tǒng)是單向的；在多數(shù)情況下，通信的雙方需要隨時(shí)交流信息，因而要求雙向通信，例如電話通信。雙向通信時(shí)，雙方信源都兼為信宿，都要有發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備，要兩個(gè)方向都有各自的傳輸媒介。如果雙方共用一個(gè)傳輸媒介，則采用頻率、時(shí)間等參數(shù)進(jìn)行分割以實(shí)現(xiàn)共享，如頻分雙工（FDD）、時(shí)分雙工（TDD）等。11二、通信系統(tǒng)的組成討論62三、通信系統(tǒng)的分類(lèi)按用途常規(guī)通信控制通信按信號(hào)形式模擬通信數(shù)字通信按信道形式有線通信無(wú)線通信按傳輸方向與時(shí)間關(guān)系單工通信全雙工通信半雙工通信12三、通信系統(tǒng)的分類(lèi)按用途常規(guī)通信控制通信按信號(hào)形式模擬通63三、通信系統(tǒng)的分類(lèi)雙絞線同軸電纜波導(dǎo)光纖超長(zhǎng)波長(zhǎng)波短波超短波微波中繼衛(wèi)星散射有線通信無(wú)線通信

按信道形式13三、通信系統(tǒng)的分類(lèi)雙絞線同軸電纜波導(dǎo)光纖超長(zhǎng)波長(zhǎng)波短波超§1.2數(shù)字通信系統(tǒng)及主要組成§1.2數(shù)字通信系統(tǒng)及主要組成65一、數(shù)字通信定義數(shù)字通信的定義：用數(shù)字信號(hào)作為載體來(lái)傳輸消息，或用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制后再傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。它可傳輸電?bào)、數(shù)據(jù)等數(shù)字信號(hào)，也可以傳輸經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理的語(yǔ)音和圖像等模擬信號(hào)。（參閱：中國(guó)郵電百科全書(shū)，電信卷）。學(xué)習(xí)和研究數(shù)字通信技術(shù)和理論的目的：在盡量節(jié)省資源（功率、頻率和設(shè)備成本）的條件下，優(yōu)化數(shù)字通信系統(tǒng)，提高系統(tǒng)傳輸信息的有效性和可靠性。15一、數(shù)字通信定義數(shù)字通信的定義：用數(shù)字信號(hào)作為載體來(lái)傳輸66二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成16二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成67二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成1.信源編碼與解碼在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信源編碼的作用是將信源輸出的模擬信號(hào)變換為適合數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，即模／數(shù)變換；變換過(guò)程中應(yīng)盡可能準(zhǔn)確地保留原有信息，同時(shí)盡量去除信號(hào)中的冗余，降低數(shù)字信號(hào)的速率，從而提高系統(tǒng)的傳輸效率，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。信源解碼是信源編碼的反變換，完成原始信源信息的恢復(fù)。17二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成1.信源編碼與解碼68二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成2.加密與解密數(shù)字信號(hào)比起模擬信號(hào)來(lái)易于加密，且效果也好。加密器可以產(chǎn)生密碼，人為地將輸入的明文數(shù)字序列進(jìn)行擾亂。在接收端對(duì)接收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密，恢復(fù)明文。18二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成2.加密與解密69二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成3.信道編碼與解碼信道編碼的目的是提高通信的抗干擾能力，盡可能地減少傳輸中的差錯(cuò)。因此，信到編碼也稱(chēng)差錯(cuò)控制編碼。差錯(cuò)控制編碼：在發(fā)送端適當(dāng)增加信號(hào)的冗余度,對(duì)傳輸?shù)脑夹畔匆欢ň幋a規(guī)則進(jìn)行編碼，在接收端按一定的規(guī)則進(jìn)行解碼，看其編碼規(guī)則是否遭到破壞，從解碼過(guò)程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤。實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制編碼的方式：線性分組碼

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循環(huán)碼、漢明碼、格雷碼、BCH碼、RS碼、LDPC碼；卷積碼；級(jí)聯(lián)碼

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普通級(jí)聯(lián)碼、Turbo-碼。19二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成3.信道編碼與解碼70二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成4.調(diào)制與解調(diào)調(diào)制是把待傳輸?shù)幕鶐盘?hào)轉(zhuǎn)換成適于信道傳輸?shù)牟ㄐ?。它利用?shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波波形的某些參量進(jìn)行控制，使載波的這些參量隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化。解調(diào)是調(diào)制的逆變換。數(shù)字調(diào)制技術(shù)分為：ASK、FSK、PSK、CPM，以及它們的各種組合。20二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成4.調(diào)制與解調(diào)71二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成4.調(diào)制與解調(diào)(續(xù))解調(diào)可以進(jìn)行相干解調(diào)或非相干解調(diào)，前者需要知道載波的相位才能檢測(cè)，后者則不需要。對(duì)高斯噪聲下信號(hào)的檢測(cè)，一般用相關(guān)接收機(jī)或匹配濾波器。21二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成4.調(diào)制與解調(diào)(續(xù))72二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成5.多路與多址多用戶(hù)共享通信資源，充分利用通信資源和增加總的數(shù)據(jù)通信量。采用多路技術(shù)可以使本地多個(gè)用戶(hù)共享通信資源。采用多址技術(shù)可以使遠(yuǎn)程多個(gè)用戶(hù)共享通信資源?；镜姆椒ㄓ蓄l分、時(shí)分、碼分、空分和極化波分。22二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成5.多路與多址73二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成6.信道與噪聲數(shù)字信號(hào)可以在數(shù)字信道傳輸，也可以經(jīng)過(guò)調(diào)制變成頻帶信號(hào)通過(guò)模擬信道傳輸。（注意狹義信道和廣義信道的概念）。信道既給傳輸?shù)男盘?hào)以通路，又給傳輸?shù)男盘?hào)以限制和影響。當(dāng)信號(hào)通過(guò)信道時(shí)，信號(hào)的功率由于信道的損耗而下降，或由于信道的畸變而失真。信號(hào)會(huì)受到信道噪聲的損害。信道中的噪聲歸納起來(lái)可分為兩種：一種是高斯噪聲；另一種是脈沖噪聲。信號(hào)還會(huì)遭受出現(xiàn)在信道中的人為干擾的破壞。23二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成6.信道與噪聲74二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成實(shí)際信道種類(lèi)有線信道：如電話網(wǎng)絡(luò)的雙絞線，其主要特點(diǎn)：存在加性噪聲、話音串?dāng)_等。光纜信道：如光纖通信，其主要特點(diǎn)：帶寬寬，噪聲、干擾小。無(wú)線電磁信道：如自由空間電波傳播，其主要特點(diǎn)：存在多徑、衰落，噪聲干擾比較大。水下聲波信道：如聲納通信，其主要特點(diǎn)：頻率低，衰減大。24二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成實(shí)際信道種類(lèi)75二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成對(duì)抗信道畸變或噪聲的方法增大信號(hào)發(fā)送功率設(shè)法消除或補(bǔ)償信道引起的信號(hào)失真，采用均衡、分集技術(shù)采用適當(dāng)?shù)男盘?hào)設(shè)計(jì)技術(shù)采用信道編碼技術(shù)采用擴(kuò)頻技術(shù)25二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成對(duì)抗信道畸變或噪聲的方法76二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成7.同步位（比特）同步載波同步幀同步網(wǎng)同步26二、數(shù)字通信系統(tǒng)的組成7.同步§1.3數(shù)字通信的主要特點(diǎn)§1.3數(shù)字通信的主要特點(diǎn)78數(shù)字通信的主要特點(diǎn)可以通過(guò)信源編碼技術(shù)消除冗余，降低信源輸出的數(shù)據(jù)速率；便于進(jìn)行復(fù)雜的加密處理，提高傳輸?shù)陌踩裕豢梢酝ㄟ^(guò)增加冗余進(jìn)行差錯(cuò)控制編碼，提高傳輸?shù)目煽啃?；可以研究更多更有效的調(diào)制與解調(diào)方式，同時(shí)提高有效性與可靠性；28數(shù)字通信的主要特點(diǎn)可以通過(guò)信源編碼技術(shù)消除冗余，降低信源79可以采用中繼的方式進(jìn)行再生，消除噪聲積累；便于集成，使設(shè)備小型化；便于利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，采用軟硬件相結(jié)合的方式，研制符合軟件無(wú)線電概念的智能化通信設(shè)備；便于利用通信協(xié)議組網(wǎng)；便于實(shí)現(xiàn)多媒體通信。數(shù)字通信的主要特點(diǎn)29可以采用中繼的方式進(jìn)行再生，消除噪聲積累；數(shù)字通信的主

§1.4數(shù)字通信的主要性能指標(biāo)§1.4數(shù)字通信的主要性能指標(biāo)81主要性能指標(biāo)有效性：在給定信道內(nèi)能傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，主要性能指標(biāo)是傳輸速率、頻帶利用率。可靠性：接收信息的準(zhǔn)確程度，主要指標(biāo)是誤碼率。有效性和可靠性是相互矛盾而又相互聯(lián)系的，通常兩者也是可以互換的。31主要性能指標(biāo)有效性：在給定信道內(nèi)能傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，82一、傳輸速率碼元傳輸速率（RS） 簡(jiǎn)稱(chēng)傳碼率或波特率，表示單位時(shí)間（每秒）內(nèi)傳輸?shù)拇a元（符號(hào)）個(gè)數(shù)，單位為波特（Baud）記為B。信息傳輸速率（Rb） 簡(jiǎn)稱(chēng)傳信率或比特率，表示單位時(shí)間（每秒）內(nèi)傳送數(shù)據(jù)信息的比特?cái)?shù)，單位為比特／秒（bit/s）。

32一、傳輸速率碼元傳輸速率（RS）83一、傳輸速率碼元速率與信息比特速率關(guān)系二進(jìn)制傳輸時(shí)，碼元傳輸速率和信息速率一致。對(duì)N進(jìn)制傳輸時(shí)，其碼元傳輸速率和信息速率可以通過(guò)公式來(lái)?yè)Q算：

33一、傳輸速率碼元速率與信息比特速率關(guān)系84二、頻帶利用率(Baud/Hz)對(duì)二進(jìn)制傳輸時(shí)可表示為(bit/s/Hz)34二、頻帶利用率(Baud/Hz)對(duì)二進(jìn)制傳輸時(shí)可表示為(85三、可靠性指標(biāo)誤比特率：在傳輸過(guò)程中發(fā)生的錯(cuò)誤比特個(gè)數(shù)與傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)之比誤碼元率：在傳輸過(guò)程中發(fā)生的錯(cuò)誤碼元個(gè)數(shù)與傳輸?shù)目偞a元數(shù)之比

35三、可靠性指標(biāo)誤比特率：在傳輸過(guò)程中發(fā)生的錯(cuò)誤比特個(gè)數(shù)與86四、性能極限Shannon定理：如果信息源的信息速率Rb小于或者等于一個(gè)所謂的信道容量C，那么，在理論上存在一種方法可使信息源能夠以任意小的差錯(cuò)率通過(guò)信道傳輸。如果Rb>C，則沒(méi)有任何辦法傳輸這樣的信息，或者說(shuō)傳輸二進(jìn)制信息的差錯(cuò)率為1／2。信道容量C是信道的極限傳輸能力。

36四、性能極限Shannon定理：如果信息源的信息速率Rb87四、性能極限信道容量公式在被高斯白噪聲干擾的信道中，傳送的最大信息速率C，由Shannon公式確定：

(bit/s)或

其中，B是信號(hào)占用的信道帶寬，S是信號(hào)功率，N是噪聲功率。n0是噪聲功率譜密度。37四、性能極限信道容量公式(bit/s)或88四、性能極限1.信道容量極限討論n0=0或S=∞，均能使C=∞。n0=0意味著無(wú)噪聲，S=∞意味著發(fā)送功率要達(dá)到無(wú)窮大。要提高信道容量C，則應(yīng)減小噪聲或者提高發(fā)射功率。

38四、性能極限1.信道容量極限討論89四、性能極限2.信道容量與帶寬B的關(guān)系B=0，C=0，無(wú)法傳輸信息。信道容量極限：信道帶寬B趨于無(wú)窮大，信道容量C趨于一個(gè)定值，該定值稱(chēng)為信道容量極限。39四、性能極限2.信道容量與帶寬B的關(guān)系90四、性能極限3.頻帶利用率極限當(dāng)Rb=C時(shí)，由Shannon公式得：上式為系統(tǒng)可能的最高頻帶利用率，即頻帶利用率極限。40四、性能極限3.頻帶利用率極限91四、性能極限4.帶寬與信噪比互換關(guān)系當(dāng)信道容量C保持不變時(shí)，帶寬B與信噪比可以進(jìn)行互換。帶寬較小的改變將會(huì)導(dǎo)致信號(hào)功率較大的改變。帶寬和信號(hào)功率的互換，通?？捎删幋a和調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。

41四、性能極限4.帶寬與信噪比互換關(guān)系92四、性能極限B/C(Hz/b/s)16842