第一章 數(shù)字通信引言

第一章數(shù)字通信引言第1頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月21緒論數(shù)字通信：采用針對數(shù)字信息的加工、處理和傳輸技術，把信源產生的信息（消息、信號）有效、可靠地傳送到一個或多個接收者（用戶、目的地）。優(yōu)點：資源利用率高；實現(xiàn)容易，成本低；多用戶系統(tǒng)中，數(shù)字傳輸支持信息的電子尋址（Addressing）和路由（Routing）；不同形式的信息通過數(shù)字傳輸機制變得統(tǒng)一，即不同形式或種類的信源可以通過復接，合成為一個數(shù)字信源，實現(xiàn)多媒體通信；數(shù)字信息比模擬波形更容易加密；數(shù)字信息可以用電子方法，精確、快速地實現(xiàn)信息的存儲和提??；多級接力傳輸系統(tǒng)中，數(shù)字信息在每一級重構、再生，而模擬系統(tǒng)中，噪聲和失真為逐級累積等。第2頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月31.1數(shù)字通信系統(tǒng)的組成目的掌握數(shù)字通信系統(tǒng)的分析方法，即給定一個數(shù)字通信系統(tǒng)，分析其特定傳輸環(huán)境下所能達到的性能指標；數(shù)字通信系統(tǒng)的基本設計方法，包括兩方面：給定傳輸條件（信道特性），設計一個數(shù)字通信系統(tǒng)，在規(guī)定允許失真條件下，提供最大的數(shù)字通信能力；在給定要求的失真和業(yè)務負載條件下，設計有效的信道完成數(shù)據(jù)傳輸任務。數(shù)字通信系統(tǒng)的構成第3頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月41.1數(shù)字通信系統(tǒng)的組成信道編碼：用適合信道傳輸?shù)拇a進行傳輸，或對源碼進行重編碼使具有檢錯、糾錯能力。信源編碼：降低信息冗余度的編碼，以較少的碼元傳輸較多的信息，提高傳輸效率。數(shù)字調制/解調：把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號。同步：包括載波同步、位同步、幀同步、網(wǎng)同步，是接收端正確恢復數(shù)字信息所不可缺少的。第4頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月51.2通信信道及數(shù)學模型信道是指以傳輸媒質為基礎的信號通道。狹義信道：僅是指信號的傳輸媒質。

廣義信道：為了研究的需要，將有關轉換設備一并劃入狹義信道，稱為廣義信道。廣義信道中除傳輸媒質外，還包括有關發(fā)送設備、接收設備、天線、調制、解調等。廣義信道按功能可分為：電纜光纜狹義信道短波廣播超短波、微波傳輸衛(wèi)星通信移動通信有線信道無線信道調制信道——研究的著眼點只關心調制器輸出和解調器的輸入編碼信道——研究的著眼點只關心編碼和譯碼（數(shù)字通信系統(tǒng)）

第5頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月61.2通信信道及數(shù)學模型廣義信道調制信道

——指調制器輸出到接收端的解調器輸入編碼信道

——從編碼器輸出至譯碼器輸入

調制信道數(shù)字信源調制器解調器終端媒質編碼器譯碼器發(fā)轉換器收轉換器編碼信道第6頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月71.2通信信道及數(shù)學模型通信信道及特性

1有線信道★雙絞線、同軸電纜、波導、光纖等。頻率范圍從kHz-100GHz-★有線信道屬于典型的恒參信道?！镄盘栐谛诺乐袀鬏敃斐煞群拖辔皇д?，這種線性畸變可以通過接收機端的均衡技術措施減小或消除?！锏?章將研究帶限濾波信道的最佳傳輸信號和信號的最佳接收問題，第10章研究信道均衡器的設計。2光纖信道★光纖信道提供的帶寬比同軸電纜信道大幾個數(shù)量級?！镉捎诘蛽p耗光纜和光子器件技術的不斷成熟，光纖通信得到了廣泛應用。如:地面市話網(wǎng)數(shù)字話音傳輸、地面數(shù)字視頻廣播、跨洋通信網(wǎng)絡等。★調制方式采用幅度調制，頻率和相位調制及相干解調仍存在困難。第7頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月8頻率范圍波長符號傳輸媒質用途3Hz~30kHz104~108m甚低頻VLF有線線對、長波無線電音頻、電話、數(shù)據(jù)終端長距離導航、時標30~300kHz103~104m低頻LF有線線對、長波無線電導航、信標、電力線通信300kHz~3MHz102~103m中頻MF同軸電纜、短波無線電調幅廣播、移動陸地通信、業(yè)余無線電3~30MHz10~102m高頻HF同軸電纜、短波無線電移動無線電話、短波廣播定點軍用通信、業(yè)余無線電30~300MHz1~10m甚高頻VHF同軸電纜、米波無線電電視、調頻廣播、空中管制、車輛、通信、導航3無線電信道通信頻段與用途

300MHz~3GHz電電10~100cm特高頻UHF波導分米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達3~30GHz1~10cm超高頻SHF波導厘米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達30~300GHz1~10mm極高頻EHF波導毫米波無線電雷達、微波接力、射電天文學43T~3000THz0.1~7um紫外可見光紅外光纖激光空間傳播光通信傳播方式：地波傳播、天波傳播、視線傳播第8頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月91.2通信信道及數(shù)學模型通過對調制信道進行大量的分析研究，發(fā)現(xiàn)它具有如下共性：（1）有一對（或多對）輸入端和一對（或多對）輸出端；（2）絕大多數(shù)的信道都是線性的，即滿足線性疊加原理；

（3）信號通過信道具有固定的或時變的延遲時間；（4）信號通過信道會受到固定的或時變的損耗；（5）即使沒有信號輸入，在信道的輸出端仍可能有一定的輸出（噪聲）?？梢杂靡粋€二對端(或多對端)的時變線性網(wǎng)絡表示調制信道。時變線性網(wǎng)絡時變線性網(wǎng)絡二端對網(wǎng)絡多端對網(wǎng)絡第9頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月101.2通信信道及數(shù)學模型信道的數(shù)學模型（理想信道、線性濾波信道、線性時變?yōu)V波信道）加性噪聲信道（理想信道）加性高斯白噪聲信道，簡稱AWGN信道；線性濾波信道理想信道為線性濾波信道的特例，即信道沖擊響應為第10頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月111.2通信信道及數(shù)學模型線性時變?yōu)V波信道對離散多徑信道，信道的時變沖激響應為信道的輸出信號為第11頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月121.3數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標主要技術指標（有效性、可靠性、適應性、標準性、經(jīng)濟性及維護性等)傳輸速率符號（碼元）傳輸速率比特傳輸速率信息傳輸速率差錯率符號差錯率比特差錯率幀差錯率利用率功率利用率頻率利用率第12頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月131.4數(shù)字通信的發(fā)展1837年，莫爾斯電報通信系統(tǒng)是最早的數(shù)字通信系統(tǒng)；1924年，奈奎斯特研究了帶限信道無碼間干擾傳輸?shù)淖畲笏俾?-----現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)的起源；對于帶寬為W（Hz）的基帶傳輸系統(tǒng)，發(fā)送信號無碼間傳輸?shù)淖畲笏俾蕿?W波特，基帶波形為1948年，香農導出了數(shù)字通信系統(tǒng)的基本限制，信道容量公式1950年，漢明糾錯編碼的研究，開創(chuàng)了糾錯編解碼的研究領域；第13頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月141.4數(shù)字通信的發(fā)展1960年，里德、所羅門(Reed&Solomon)發(fā)展了新的分組碼，RS碼；1966年，福尼(Forney)發(fā)展了級聯(lián)碼；1961~1971年，卷積碼編譯碼的發(fā)展；1982年，恩格伯克(Ungerboeck)發(fā)展了網(wǎng)格編碼調制；1993年，伯羅（Berrou）等人的Turbo碼和迭代譯碼。第14頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月151.5課程主要內容內容安排第一章：緒論第二章：數(shù)字調制方法第三章：AWGN信道中的數(shù)字通信第四章：限帶信道中的數(shù)字通信第五章：信道容量與信道編碼第六章：載波與符號同步第七章：分組碼與卷積信道碼第八章：多徑衰落信道中的數(shù)字通信第15頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月16參考教材參考教材1．JohnG.Proakis.DigitalCommunications,(4th,Ed)（影印版），電子工業(yè)出版社，20012．BernardSklar.DigitalCommunica