數(shù)字通信原理1

數(shù)字通信原理教師：張玉姍1《數(shù)字通信原理》課程內(nèi)容數(shù)字通信基本概念（緒論）脈沖編碼調(diào)制（PCM)語(yǔ)音信號(hào)壓縮編碼時(shí)分復(fù)用多路技術(shù)PCM30/32路系統(tǒng)準(zhǔn)同步數(shù)字體系（PDH)數(shù)字信號(hào)傳輸基帶傳輸同步數(shù)字體系（SDH)頻帶傳輸SDH傳輸網(wǎng)2

第1章緒論

1.1通信的基本概念1.通信現(xiàn)象電話通信銀行通信3第1章緒論

通信：消息傳遞的全過(guò)程，即信息的傳輸與交換。2.通信是什么消息：有待于傳輸?shù)恼Z(yǔ)言、活動(dòng)圖片和文字、數(shù)據(jù)等。信息：消息中包含的有意義的內(nèi)容。信號(hào)：與信息一一對(duì)應(yīng)的電量，是信息的物質(zhì)載體。模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)4第1章緒論模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)(a)話音信號(hào)(b)抽樣信號(hào)圖1-1模擬信號(hào)常見(jiàn)的模擬信號(hào)有電話語(yǔ)音信號(hào)、傳真、電視信號(hào)。模擬信號(hào)：代表消息的信號(hào)參量取值連續(xù)，例如麥克風(fēng)輸出電壓。5第1章緒論圖1-2數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)：代表消息的信號(hào)參量取值為有限個(gè)，例如計(jì)算機(jī)輸入輸出信號(hào)。6第1章緒論

3.通信系統(tǒng)信源發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備信宿信道噪聲源消息信號(hào)信號(hào)消息信號(hào)圖1-3通信系統(tǒng)基本模型■

信源：將各種可能的消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，非電/電轉(zhuǎn)換；■

信宿：將復(fù)原的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息，電/非電轉(zhuǎn)換；■

發(fā)送設(shè)備：將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)轉(zhuǎn)變成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)?！?/p>

接收設(shè)備：與發(fā)送設(shè)備功能相反。能從帶有干擾的接收信號(hào)中正確復(fù)原出相應(yīng)的原始信號(hào)。7第1章緒論

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信道（傳輸媒介）可分為兩大類：①有線信道如雙絞電話線、同軸電纜、波導(dǎo)、光纖等。②無(wú)線信道如大氣、真空、海水等。信道有幾個(gè)特性：①對(duì)不同種類的信號(hào)有不同的傳輸特性；②信道中存在噪聲，信號(hào)在信道中傳輸時(shí)產(chǎn)生衰減；③信道中還會(huì)包括有源放大設(shè)備，保證信號(hào)電平高于噪聲的電平；④有多徑現(xiàn)象，每條路徑的信號(hào)有不同的時(shí)延和衰減特性。8◆模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)--通信方式的分類：

根據(jù)在信道上傳輸?shù)男盘?hào)形式的不同，可分為模擬通信和數(shù)字通信。圖1-4模擬通信系統(tǒng)模型9數(shù)字通信系統(tǒng)：圖1-5數(shù)字通信系統(tǒng)模型是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)?！鲂旁淳幋a與譯碼目的：--提高信息傳輸?shù)挠行?-完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換■信道編碼與譯碼目的：增強(qiáng)抗干擾能力■加密與解密目的：保證所傳信息的安全■數(shù)字調(diào)制與解調(diào)目的：形成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)10數(shù)字通信的主要特點(diǎn)：①抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)噪聲積累；②易于加密處理，且保密性好；③利于采用時(shí)分復(fù)用實(shí)現(xiàn)多路通信；④設(shè)備便于集成化、小型化；⑤占用信道頻帶寬；11模擬通信網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信模擬電話網(wǎng)絡(luò)MODEMMODEM數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)模擬電話系統(tǒng)MODEMMODEM數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)12數(shù)字網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)模擬通信PCM編碼系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)PCM解碼系統(tǒng)IP電話就是通過(guò)數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)模擬電話之間的通信13--通信方式的分類根據(jù)信息傳遞的方向不同，可分為單工、半雙工和全雙工通信。14

第1章緒論

1.2信息量度量信息：是消息中包含的有效內(nèi)容。如何度量離散消息中所含的信息量?度量信息量的原則能度量任何消息，并與消息的種類無(wú)關(guān)。度量方法應(yīng)該與消息的重要程度無(wú)關(guān)。消息中所含信息量和消息內(nèi)容的不確定性有關(guān) 【例】“某客機(jī)墜毀”這條消息比“今天下雨”這條消息包含有更多的信息。 上例表明：消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。

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1.2信息量度量

單一1.2信息量度量1.單一消息信息量的計(jì)算事件的不確定程度，可用其出現(xiàn)的概率來(lái)描述。消息出現(xiàn)的可能性越小，則消息包含的信息量就越大。設(shè)：某離散消息X發(fā)生的概率為P(x)，則其所攜帶的信息量為：---信息量的定義上式中對(duì)數(shù)a的底：

若a=2，信息量的單位稱為比特(bit)，可簡(jiǎn)記為b

若a=e，信息量的單位稱為奈特(nit)，若a=10，信息量的單位稱為哈特(hart)

161.2信息量度量1.單一消息信息量的計(jì)算【例1】

設(shè)一個(gè)二進(jìn)制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字“0”或“1”，則信源每個(gè)輸出的信息含量為多少？

【例2】四狀態(tài)碼元，每種符號(hào)出現(xiàn)的概率為，求單個(gè)符號(hào)的信息量。解：解：?jiǎn)蝹€(gè)符號(hào)的信息量bit171.2信息量度量2.平均信息量的計(jì)算若干個(gè)互相獨(dú)立信號(hào)構(gòu)成的消息，其平均信息量計(jì)算如下：由于H同熱力學(xué)中的熵形式一樣，通常也將平均信息量稱為信息熵?！纠?】

四進(jìn)制碼元中，“0”符號(hào)出現(xiàn)的概率為1/8,“1”符號(hào)出現(xiàn)的概率為1/8,“2”符號(hào)出現(xiàn)的概率為1/4,“3”符號(hào)出現(xiàn)的概率為1/2，求這種信源的信息熵。如果各符號(hào)等概率出現(xiàn)，再求其信息熵。182.平均信息量的計(jì)算【例3】

四進(jìn)制碼元中，“0”符號(hào)出現(xiàn)的概率為1/8,“1”符號(hào)出現(xiàn)的概率為1/8,“2”符號(hào)出現(xiàn)的概率為1/4,“3”符號(hào)出現(xiàn)的概率為1/2，求這種信源的信息熵。如果各符號(hào)等概率出現(xiàn)，再求其信息熵。解：不等概率出現(xiàn)：等概率出現(xiàn)：bit191.3通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)■通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)：有效性和可靠性◆有效性：指在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，主要指消息傳輸?shù)摹八俣取眴?wèn)題?！艨煽啃裕褐附邮招畔⒌臏?zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問(wèn)題。傳輸速率、頻帶利用率差錯(cuò)率201.3通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.傳輸速率碼元傳輸速率RB：定義為單位時(shí)間（每秒）傳送碼元的數(shù)目，單位為波特（Baud），簡(jiǎn)記為B。式中T－碼元的持續(xù)時(shí)間（秒）

信息傳輸速率Rb：定義為單位時(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特?cái)?shù)，單位為比特/秒，記為bit/s，或bps等概時(shí)，則有：（M為符號(hào)進(jìn)制數(shù)）若信源的碼元速率為RB,熵為H,則該信源的信息速率為：211.3通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.傳輸速率（M為符號(hào)進(jìn)制數(shù)）【例4】已知信道碼元速率為1200Baud,分別求傳輸二狀態(tài)碼元、四狀態(tài)碼元、八狀態(tài)碼元的信息速率。解：二狀態(tài)碼元信息速率：四狀態(tài)碼元信息速率：八狀態(tài)碼元信息速率：221.3通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)2.頻帶利用率定義系統(tǒng)的頻帶利用率為信號(hào)的傳輸速率與系統(tǒng)帶寬之比:或231.3通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)3.可靠性指標(biāo)◆誤碼率◆誤信率，又稱誤比特率在二進(jìn)制中有24習(xí)題：1、設(shè)一信息源的輸出由128個(gè)不同的符號(hào)組成。其中16個(gè)出現(xiàn)的概率為1/32，其余112個(gè)出現(xiàn)的的概率為1/224.信息源每秒發(fā)出1000個(gè)符號(hào)，且每個(gè)符號(hào)彼此獨(dú)立。試計(jì)算該信息源的平均信息速率及最大可能的信息速率。2、已知某四進(jìn)制數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)的信息速率為2400bit/s,接收端在半小時(shí)內(nèi)共收到216個(gè)錯(cuò)誤碼元，試計(jì)算該系統(tǒng)Pe的值。252627作業(yè)答案1、設(shè)一信息源的輸出由128個(gè)不同的符號(hào)組成。其中16個(gè)出現(xiàn)的概率為1/32，其余112個(gè)出現(xiàn)的的概率為1/224.信息源每秒發(fā)出1000個(gè)符號(hào)，且每個(gè)符號(hào)彼此獨(dú)立。試計(jì)算該信息源的平均信息速率及最大可能的信息速率。解：每個(gè)符號(hào)的平均信息量：已知符號(hào)速率RB=1000Baud故平均信息速率為等概時(shí)可獲得最大可能信息速率282、已知某四進(jìn)制數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)的信息速率為2400bit/s,接收端在半小時(shí)內(nèi)共收到216個(gè)錯(cuò)誤碼元，試計(jì)算該系統(tǒng)Pe的值。