01現(xiàn)代數(shù)字通信-緒論教程方案

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LUO2·什么是通信？數(shù)字通信？·幾個(gè)基本概念·數(shù)字通信系統(tǒng)概述·關(guān)于本課程數(shù)字通信系統(tǒng)例舉1·電信系統(tǒng)·蜂窩系統(tǒng)·網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)·……采用PCM時(shí)分復(fù)用，每個(gè)用戶占用64kbit/s帶寬，常以2Mbit/s或更高速率的復(fù)用群傳送話音/數(shù)據(jù)。BY

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LUO3ADSL（Asymmetric

Digital

Subscriber

Line)數(shù)字通信系統(tǒng)例舉2BY

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LUO4什么是通信？·通信的任務(wù)是傳遞消息。通信是一種產(chǎn)業(yè)，它生產(chǎn)的是一種信息在空間轉(zhuǎn)移的效應(yīng)。·消息是事物狀態(tài)和狀態(tài)變化的反應(yīng)和表征?！は⒌谋举|(zhì)和價(jià)值取決于它所包含的信息量，即對(duì)接收者的不確定性(Ｉ)消息xi

對(duì)接收者的不確定性:定義獨(dú)立消息xi

的信息量:BY

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LUO5什么是通信？BY

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LUO6信號(hào)是消息的承載者。最簡(jiǎn)單的消息是二擇一的消息(二元消息)，它所對(duì)應(yīng)的信號(hào)稱為二元(二進(jìn))數(shù)字信號(hào)。廣義數(shù)字信號(hào)：時(shí)間離散、狀態(tài)取有限的離散值的波形。數(shù)字通信：利用數(shù)字信號(hào)(包括其變換形式)傳遞消息的通信方式。便于處理和管理便于傳輸和交換便于集成化、小型化便于與計(jì)算機(jī)結(jié)合便于形成多種新業(yè)務(wù)緒論BY

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LUO7·什么是通信？數(shù)字通信？·幾個(gè)基本概念信號(hào)與數(shù)字信號(hào)噪聲信道與信道模型·數(shù)字通信系統(tǒng)概述·關(guān)于本課程信號(hào)定義及描述方式信號(hào)：信息的物理表現(xiàn)形式，一般表現(xiàn)為隨時(shí)間、空間或其它獨(dú)立變量變化的某種物理量，是傳遞和記錄信息的一種工具。電壓、電流信號(hào)信息和信號(hào)的關(guān)系：內(nèi)容和形式的關(guān)系信號(hào)的描述方式：解析函數(shù)表達(dá)形式與圖象表達(dá)形式時(shí)域表示法與頻域表示法BY

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LUO8時(shí)-頻分析1：正弦信號(hào)正弦信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

u(t)=

Um×sin(

t+

)Um：正弦波的振幅,表示正弦波的最大值：正弦波的角頻率,

=2

, 為頻率(Hz),表示波單位時(shí)間內(nèi)重復(fù)變化的次數(shù)。周期T=1/f

=2

/：正弦彼的初相角,

當(dāng)t＝0時(shí),

u

(0)=

Um×sin ,

所值決定u

(0)的大小。fBY

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LUO9時(shí)-頻分析2：正弦信號(hào)BY

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LUO10·

兩個(gè)正弦信號(hào)：時(shí)-頻分析3：語(yǔ)音信號(hào)推廣到一般任何波形的信號(hào)都可以分解為若干個(gè)不同振幅、不同頻率正弦波的疊加。如語(yǔ)音信號(hào)可分解為

=20Hz~20kHz的很多個(gè)正弦波的疊加，稱B=

H－

L=20kHz~20Hz為信號(hào)帶寬。波形分解是采用數(shù)學(xué)工具正交函數(shù)完成的。BY

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LUO11時(shí)-頻分析4：傅立葉最主要貢獻(xiàn)·周期信號(hào)：都可表示為成諧波關(guān)系的正弦信號(hào)的加權(quán)和（正交函數(shù)線性組合的無(wú)窮級(jí)數(shù)）三角函數(shù)形式的傅立里葉級(jí)數(shù)展開{cosn

1t,sinn

1t}，三角函數(shù)集是正交函數(shù)集1t復(fù)指數(shù)函數(shù)形式的傅里葉級(jí)數(shù){

e

j

n

}·非周期信號(hào)：都可用正弦信號(hào)的加權(quán)積分表示傅氏變換時(shí)間域頻率域BY

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LUO12信號(hào)分類根據(jù)物理量的不同特性，可把信號(hào)區(qū)分為聲信號(hào)、光信號(hào)、電信號(hào)等不同類別確知性確定信號(hào)：能用明確的數(shù)學(xué)式、數(shù)據(jù)表或明確的規(guī)則來(lái)描述的信號(hào)隨機(jī)信號(hào)：信號(hào)隨時(shí)間的變化不可預(yù)測(cè)時(shí)間離散否，幅度連續(xù)否連續(xù)時(shí)間信號(hào)（模擬信號(hào)）

：如果一個(gè)信號(hào)在所討論的時(shí)間內(nèi)隨其時(shí)間的變化除個(gè)別（有限）不連續(xù)點(diǎn)外，其它點(diǎn)均連續(xù)，則稱此為連續(xù)信號(hào)，也稱模擬信號(hào)。離散時(shí)間信號(hào)或稱抽樣數(shù)據(jù)信號(hào)（數(shù)字信號(hào)）：信號(hào)只在某些不連續(xù)時(shí)刻上有定義，而在其它時(shí)刻信號(hào)無(wú)定義的信號(hào)。BY

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LUO13·模擬信號(hào)：波形模擬信號(hào)—幅度為連續(xù)的時(shí)間函數(shù)，并只含有分立的不連續(xù)點(diǎn)。特點(diǎn)：時(shí)間連續(xù)，幅度連續(xù)（幅度理論上無(wú)限精確，實(shí)際受測(cè)試儀器的精度限制）。階躍信號(hào)：正弦信號(hào)：BY

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LUO14模擬信號(hào)1·

語(yǔ)音信號(hào)：當(dāng)發(fā)話者的話音改變時(shí),信號(hào)的波形也改變即模擬信號(hào)待傳遞的信息包含在信號(hào)的波形之中模擬信號(hào)2BY

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LUO1516模擬信號(hào)3·二維圖象信號(hào)BY

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LUO離散信號(hào)離散信號(hào)（離散時(shí)間信號(hào)）只在離散的時(shí)間點(diǎn)上有數(shù)值，而在其他時(shí)間上其值為零或未知。特點(diǎn)：時(shí)間離散（通常時(shí)間上等間隔；不等間隔）取樣信號(hào)（抽樣數(shù)據(jù)信號(hào)）離散信號(hào)的幅度在一定范圍內(nèi)可連續(xù)取值抽樣：將已知的模擬信號(hào)每隔一定的時(shí)間

T

抽出一個(gè)樣本數(shù)據(jù)特點(diǎn)：時(shí)間離散（通常時(shí)間上等間隔；不等間隔）；幅度連續(xù)（同模擬信號(hào)一樣具有無(wú)限精度）BY

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LUO17數(shù)字信號(hào)1

2

3

45

6135tf(t)2BY

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LUO1846325數(shù)字信號(hào)：將離散信號(hào)的幅值也離散，并用二進(jìn)制編碼表示量化：用一些不連續(xù)的幅值逼近信號(hào)精確值的過程特點(diǎn)：時(shí)間離散、幅值離散數(shù)字信號(hào)是離散信號(hào)的特例，是離散信號(hào)最重要的子集。19模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)1模擬信號(hào)：時(shí)間和幅值均為連續(xù)的信號(hào)。抽樣取樣信號(hào)：時(shí)間離散，幅值連續(xù)的信號(hào)。量化數(shù)字信號(hào)：時(shí)間和幅值均為離散的信號(hào)編碼BY0Y0T0.

1LU,O

010,010,011,100,100,100,101,101,101,101,101,……..模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)2抽樣器A/D變換器量化器編碼器抽樣頻率量化電平線性/非線性模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)BY

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LUO20模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)3BY

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LUO21信號(hào)處理與系統(tǒng)信號(hào)處理及分析系統(tǒng)的方法很大程度上依賴于信號(hào)的屬性不同類型的信號(hào)對(duì)應(yīng)有不同類型的處理系統(tǒng)連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)與離散時(shí)間系統(tǒng)模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理與數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字信號(hào)處理定義：研究如何用數(shù)字或符號(hào)序列來(lái)表示信號(hào)，以及對(duì)這些序列作處理（濾波、變換、壓縮、增強(qiáng)、估計(jì)、識(shí)別等）的一門學(xué)科方法：數(shù)字信號(hào)處理通常是進(jìn)行各種數(shù)字函數(shù)的運(yùn)算，如加、減、乘、除各種邏輯運(yùn)算等。時(shí)域——頻域1965年，Cooley和Tukey在《計(jì)算數(shù)學(xué)》上發(fā)表了“一種用機(jī)器計(jì)算復(fù)序列傅里葉級(jí)數(shù)的算法”論文后，“數(shù)字信號(hào)處理”可以在時(shí)域和頻域兩個(gè)域中進(jìn)行。數(shù)字通信系統(tǒng)BY

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LUO22信號(hào)處理方法BY

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LUO23軟件處理信號(hào)的產(chǎn)生、存儲(chǔ)、濾波（變換）等非實(shí)時(shí)處理。通用靈活方便；處理速度受計(jì)算機(jī)速度的限制。目前有許多數(shù)學(xué)處理軟件，如Matlab等。硬件處理加法器、乘法器、延時(shí)器、邏輯器件等基本數(shù)字器件以及它們的各種組合構(gòu)成專用的數(shù)字信號(hào)處理芯片或電路。處理速度快，可以實(shí)時(shí)信號(hào)處理。專用芯片（通信、圖象處理等）；FPGA/EPLD等現(xiàn)場(chǎng)可編程器件：處理速度、集成度和可編程?，F(xiàn)場(chǎng)下載或自動(dòng)調(diào)用不同的功能模塊，從而得到不同的系統(tǒng)功能軟硬結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理器：TI

TMS320、Motorola

DSP5600等精度高模擬：10－3，數(shù)字：10－4，14位字長(zhǎng)可靠性高模型信號(hào)對(duì)波形失真敏感，數(shù)字信號(hào)對(duì)誤碼敏感只有

0，1兩種電平，受溫度和噪聲影響小，抗干擾強(qiáng)靈活性高性能由乘法器系數(shù)決定，系數(shù)存放在存儲(chǔ)器中，改變系數(shù)，改變系統(tǒng)便于集成化由邏輯和記憶器件構(gòu)成，具有高度的規(guī)范性，便于集成便于處理低頻信號(hào)：例如地震信號(hào)等便于加密處理便于糾錯(cuò)編碼便于采用壓縮技術(shù)，節(jié)省頻帶……….局限性：高頻信號(hào)，實(shí)時(shí)性A/DDSPD/A模擬濾波器x(t)前置濾波器x(n)y(n)y(t)數(shù)字存儲(chǔ)BY

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LUO24數(shù)字信號(hào)處理的特點(diǎn)及系統(tǒng)構(gòu)成·

大部分的

DSP運(yùn)算可分為信號(hào)分析和信號(hào)濾波兩類信號(hào)分析：涉及信號(hào)特性的測(cè)量，它通常是一個(gè)頻域的運(yùn)算?！套V分析（頻率或相位）√語(yǔ)音分析√圖像分析√目標(biāo)檢測(cè)信號(hào)濾波：特征是“信號(hào)入-信號(hào)出”，它通常作時(shí)域運(yùn)算?！滔恍枰谋尘霸肼暋倘コ蓴_√頻帶分割√信號(hào)譜的成形數(shù)字信號(hào)處理的兩大主要功能數(shù)字信號(hào)信號(hào)分析數(shù)字濾波測(cè)量所需信號(hào)兩者是結(jié)合在一起使用?！陶Z(yǔ)音合成√數(shù)字通信√安全保密√圖像處理、視頻處理√聲納、遙感、雷達(dá)、測(cè)量與控制等BY

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LUO25信號(hào)帶寬的幾種定義(1)信號(hào)帶寬：信號(hào)能量或功率主要部分集中的頻率范圍(正頻率部分)--Hz定義方法：B=a/T

（T：調(diào)制符號(hào)的持續(xù)時(shí)間）零點(diǎn)帶寬：B1，a=23dB(半功率點(diǎn))帶寬：B2，a=0.88等效矩形帶寬：B3，a=1BY

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LUO26信號(hào)帶寬的幾種定義(2)·基帶信號(hào)：信號(hào)能量或功率集中在零頻率附近·頻帶信號(hào)：信號(hào)能量或功率集中在某一載頻附近占總能量(功率)的百分比帶寬：B4BY

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LUO27噪聲噪聲無(wú)處不在，只要應(yīng)用電子器件就會(huì)產(chǎn)生噪聲，為分析方便，認(rèn)為噪聲是從信道集中引入的噪聲的分析模式：加性白高斯噪聲AWGN(AdditiveWhite

Gaussian

Noise)加：以相加的形式疊加于傳輸信號(hào)白：占據(jù)無(wú)窮帶寬，且雙邊功率譜處處為常量N0/2(W/Hz)高斯：瞬時(shí)幅度滿足高斯分布接收機(jī)噪聲模型為帶通型BY

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LUO28信道·信道的概念是相對(duì)的：指從系統(tǒng)的發(fā)送機(jī)端口到接收機(jī)端口的全部?！ば诺滥Ｐ褪且粋€(gè)線性四端網(wǎng)絡(luò)與時(shí)間無(wú)關(guān)周期性變參信道隨參信道恒參信道：變參信道：BY

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LUO29信道與信道模型·傳輸?shù)目煽啃院陀行远既Q于信道，實(shí)際信道均非理想。影響傳輸?shù)男诺廊毕?impairment)：傳遞函數(shù)H()不理想而帶來(lái)的傳輸信號(hào)的線性失真，帶來(lái)相鄰符號(hào)間干擾ISI(Inter-symbol-interference)由信道引入的噪聲是造成接收機(jī)判決失誤的主要原因之一。BY

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LUO30信道與信道模型·AWGN信道模型信道+n(t):加性白高斯噪聲，均值為零，雙邊功率譜N0/2·接收機(jī)噪聲模型：帶通型BY

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LUO31緒論BY

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LUO32·什么是通信？數(shù)字通信？·幾個(gè)基本概念·數(shù)字通信系統(tǒng)概述·關(guān)于本課程系統(tǒng)構(gòu)成：通信系統(tǒng)模型信息源發(fā)送設(shè)備傳輸媒介接收設(shè)備收信者噪聲干擾兩個(gè)挑戰(zhàn)？通信系統(tǒng)的類型BY

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LUO3334模擬通信與數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)模擬系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成·

數(shù)字通信是一種通信方式，是一大類通信系統(tǒng)的統(tǒng)稱(數(shù)字信號(hào)的傳輸系統(tǒng))。BY

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LUO35離散信源模擬信號(hào)的數(shù)字化(波形編碼)信源編碼(減小冗余，壓縮編碼)信息(二進(jìn)制)速率(傳信率)(bits/s)BY

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LUO36波形變換器(信道信號(hào)映射)·

把離散信源發(fā)出的消息映射為適于信道傳輸?shù)牟ㄐ?，?shí)現(xiàn)離散信息與連續(xù)信道的匹配BY

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LUO37·

因?yàn)閤i

是離散的有限取值,與si

的對(duì)應(yīng)是固定的唯一的，是發(fā)、收雙方事先約定的。即si(t)是確知的(known)(注意，不是確定的determinant)，接收端只是不知道觀察時(shí)間[0,T]內(nèi)，發(fā)送端發(fā)出的是哪一個(gè)波形波形變換器信道編碼：二進(jìn)制序列間的變換，引入一定冗余，以提高信息傳輸?shù)目煽啃?。多狀態(tài)符號(hào)形成：二進(jìn)流的N

比特碼組——>M

狀態(tài)符號(hào)(Symbol)符號(hào)波形產(chǎn)生BY

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LUO38波形變換器·多狀態(tài)符號(hào)形成：M個(gè)確知信號(hào)的每一種對(duì)應(yīng)于一個(gè)固定的二進(jìn)信息流的N比特碼組。因此，每一個(gè)M狀態(tài)符號(hào)攜帶的信息量是N比特。M個(gè)確知信號(hào)中的每一種稱為傳輸信號(hào)的一種狀態(tài)(state)。(Bd)BY

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LUO39波形變換器·

確知波形(模擬信號(hào)波形)的選取稱為波形設(shè)計(jì)(Waveform

Design)BY

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LUO40選取原則有利于提高接收的可靠性有利于充分利用信道資源接收機(jī)在[0,T]內(nèi)并不知道發(fā)送端發(fā)出的是哪一個(gè)消息xi，唯一得到的是一段波形由于si(t)被z(t)掩蓋不能直接作出逆映射接收機(jī)的根本任務(wù)：對(duì)r(t)進(jìn)行處理，按一定的標(biāo)準(zhǔn)(判決準(zhǔn)則)，判定[0,T]內(nèi)發(fā)送端發(fā)出的是哪一個(gè)消息xi，這一過程稱為判決(decision)。在數(shù)字通信中，接收機(jī)的主要功能不是單純的解調(diào)，而在于作出“判決”，這是與模擬通信最大的不同。判決方法不唯一解調(diào)

判決BY

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LUO41接收機(jī)BY

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LUO42·研究數(shù)字通信系統(tǒng)理論的目的：在信道給定的條件下，設(shè)計(jì)傳輸信號(hào)的形式(確知波形)，并選擇最好的判決方法，使傳輸?shù)男畔⒂凶畲蟮目煽啃院?/p>

盡可能高的有效性。·由于傳輸信道不理想，接收信號(hào)r(t)不可能是發(fā)送波形si(t)的精確再現(xiàn)，(r(t)是一個(gè)隨機(jī)過程)。按定標(biāo)準(zhǔn)作出的判決就可能出錯(cuò)，設(shè)計(jì)接收機(jī)應(yīng)當(dāng)使這種錯(cuò)誤極小化，這稱為接收機(jī)的優(yōu)化。數(shù)字通信系統(tǒng)的基本質(zhì)量指標(biāo)·

基本可靠性指標(biāo)：誤信息率(判決錯(cuò)誤概率)Pe代表判決器每作出一個(gè)判決可能發(fā)生錯(cuò)誤的概率，稱為判決錯(cuò)誤概率?！?/p>

誤符號(hào)率BY

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LUO43數(shù)字通信系統(tǒng)的基本質(zhì)量指標(biāo)·

基本有效性指標(biāo)：頻帶利用率表征系統(tǒng)每赫茲帶寬在單位時(shí)間內(nèi)平均能傳輸?shù)男畔⒘?b/s/Hz)，代表系統(tǒng)信道資源的利用程度?！?/p>

類似地，亦可用符號(hào)傳信率計(jì)算頻帶利用率BY

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LUO44什么是通信(對(duì)通信應(yīng)有的基本觀點(diǎn))BY

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LUO45·通信系統(tǒng)的基本矛盾：可靠性與有效性可靠性——發(fā)送消息在接收端的準(zhǔn)確還原（矛盾的主要方面）有效性——信道資源的充分利用（時(shí)域、頻域）·形成這種矛盾的根本原因：信道不理想帶寬、時(shí)間受限噪聲和干擾（內(nèi)、外）什么是通信(對(duì)通信應(yīng)有的基本觀點(diǎn))BY

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LUO46·研究通信系統(tǒng)的基本出發(fā)點(diǎn)在一定可靠性要求下，如何盡可能去提高系統(tǒng)的有效性在一定的有效性要求下，如何最大限度的提高可靠性即在一定的代價(jià)下，使系統(tǒng)優(yōu)化?！み@種矛盾的相對(duì)統(tǒng)一，也是通信技術(shù)發(fā)展的基本動(dòng)力怎樣看待現(xiàn)代通信？通信是一個(gè)整體，建立大通信的概念。通信與計(jì)算機(jī)的有機(jī)結(jié)合，密不可分。通信的三大要素：傳輸技術(shù)(系統(tǒng))、通信網(wǎng)絡(luò)、通信業(yè)務(wù)圖1.1通信魔方BY

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LUO47怎樣看待現(xiàn)代通信？通信與信息化知識(shí)經(jīng)濟(jì)——信息化——信息系統(tǒng)——通信BY

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LUO48緒論BY

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LUO49·什么是通信？數(shù)字通信？·幾個(gè)基本概念·數(shù)字通信系統(tǒng)概述·關(guān)于本課程