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？·幾個基本概念·數(shù)字通信系統(tǒng)概述·關于本課程數(shù)字通信系統(tǒng)例舉1·電信系統(tǒng)·蜂窩系統(tǒng)·網(wǎng)絡存儲·……采用PCM時分復用，每個用戶占用64kbit/s帶寬，常以2Mbit/s或更高速率的復用群傳送話音/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移的效應。·消息是事物狀態(tài)和狀態(tài)變化的反應和表征?！は⒌谋举|(zhì)和價值取決于它所包含的信息量，即對接收者的不確定性(Ｉ)消息xi

對接收者的不確定性:定義獨立消息xi

的信息量:BY

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LUO5什么是通信？BY

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LUO6信號是消息的承載者。最簡單的消息是二擇一的消息(二元消息)，它所對應的信號稱為二元(二進)數(shù)字信號。廣義數(shù)字信號：時間離散、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(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、小型化便于與計算機結合便于形成多種新業(yè)務緒論BY

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LUO7·什么是通信？數(shù)字通信？·幾個基本概念信號與數(shù)字信號噪聲信道與信道模型·數(shù)字通信系統(tǒng)概述·關于本課程信號定義及描述方式信號：信息的物理表現(xiàn)形式，一般表現(xiàn)為隨時間、空間或其它獨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、電流信號信息和信號的關系：內(nèi)容和形式的關系信號的描述方式：解析函數(shù)表達形式與圖象表達形式時域表示法與頻域表示法BY

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LUO8時-頻分析1：正弦信號正弦信號的數(shù)學表達式為

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),表示波單位時間內(nèi)重復變化的次數(shù)。周期T=1/f

=2

/：正弦彼的初相角,

當t＝0時,

u

(0)=

Um×sin ,

所值決定u

(0)的大小。fBY

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LUO9時-頻分析2：正弦信號BY

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LUO10·

兩個正弦信號：時-頻分析3：語音信號推廣到一般任何波形的信號都可以分解為若干個不同振幅、不同頻率正弦波的疊加。如語音信號可分解為

=20Hz~20kHz的很多個正弦波的疊加，稱B=

H－

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

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LUO11時-頻分析4：傅立葉最主要貢獻·周期信號：都可表示為成諧波關系的正弦信號的加權和（正交函數(shù)線性組合的無窮級數(shù)）三角函數(shù)形式的傅立里葉級數(shù)展開{cosn

1t,sinn

1t}，三角函數(shù)集是正交函數(shù)集1t復指數(shù)函數(shù)形式的傅里葉級數(shù){

e

j

n

}·非周期信號：都可用正弦信號的加權積分表示傅氏變換時間域頻率域BY

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LUO12信號分類根據(jù)物理量的不同特性，可把信號區(qū)分為聲信號、光信號、電信號等不同類別確知性確定信號：能用明確的數(shù)學式、數(shù)據(jù)表或明確的規(guī)則來描述的信號隨機信號：信號隨時間的變化不可預測時間離散否，幅度連續(xù)否連續(xù)時間信號（模擬信號）

：如果一個信號在所討論的時間內(nèi)隨其時間的變化除個別（有限）不連續(xù)點外，其它點均連續(xù)，則稱此為連續(xù)信號，也稱模擬信號。離散時間信號或稱抽樣數(shù)據(jù)信號（數(shù)字信號）：信號只在某些不連續(xù)時刻上有定義，而在其它時刻信號無定義的信號。BY

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

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LUO14模擬信號1·

語音信號：當發(fā)話者的話音改變時,信號的波形也改變即模擬信號待傳遞的信息包含在信號的波形之中模擬信號2BY

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LUO1516模擬信號3·二維圖象信號BY

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

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抽出一個樣本數(shù)據(jù)特點：時間離散（通常時間上等間隔；不等間隔）；幅度連續(xù)（同模擬信號一樣具有無限精度）BY

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LUO17數(shù)字信號1

2

3

45

6135tf(t)2BY

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

1LU,O

010,010,011,100,100,100,101,101,101,101,101,……..模擬信號與數(shù)字信號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/非線性模擬信號數(shù)字信號BY

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LUO20模擬信號與數(shù)字信號3BY

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LUO21信號處理與系統(tǒng)信號處理及分析系統(tǒng)的方法很大程度上依賴于信號的屬性不同類型的信號對應有不同類型的處理系統(tǒng)連續(xù)時間系統(tǒng)與離散時間系統(tǒng)模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字信號處理與數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字信號處理定義：研究如何用數(shù)字或符號序列來表示信號，以及對這些序列作處理（濾波、變換、壓縮、增強、估計、識別等）的一門學科方法：數(shù)字信號處理通常是進行各種數(shù)字函數(shù)的運算，如加、減、乘、除各種邏輯運算等。時域——頻域1965年，Cooley和Tukey在《計算數(shù)學》上發(fā)表了“一種用機器計算復序列傅里葉級數(shù)的算法”論文后，“數(shù)字信號處理”可以在時域和頻域兩個域中進行。數(shù)字通信系統(tǒng)BY

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LUO22信號處理方法BY

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

TMS320、Motorola

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

0，1兩種電平，受溫度和噪聲影響小，抗干擾強靈活性高性能由乘法器系數(shù)決定，系數(shù)存放在存儲器中，改變系數(shù)，改變系統(tǒng)便于集成化由邏輯和記憶器件構成，具有高度的規(guī)范性，便于集成便于處理低頻信號：例如地震信號等便于加密處理便于糾錯編碼便于采用壓縮技術，節(jié)省頻帶……….局限性：高頻信號，實時性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BY

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LUO24數(shù)字信號處理的特點及系統(tǒng)構成·

大部分的

DSP運算可分為信號分析和信號濾波兩類信號分析：涉及信號特性的測量，它通常是一個頻域的運算?！套V分析（頻率或相位）√語音分析√圖像分析√目標檢測信號濾波：特征是“信號入-信號出”，它通常作時域運算?！滔恍枰谋尘霸肼暋倘コ蓴_√頻帶分割√信號譜的成形數(shù)字信號處理的兩大主要功能數(shù)字信號信號分析數(shù)字濾波測量所需信號兩者是結合在一起使用?！陶Z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、測量與控制等BY

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LUO25信號帶寬的幾種定義(1)信號帶寬：信號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)制符號的持續(xù)時間）零點帶寬：B1，a=23dB(半功率點)帶寬：B2，a=0.88等效矩形帶寬：B3，a=1BY

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LUO26信號帶寬的幾種定義(2)·基帶信號：信號能量或功率集中在零頻率附近·頻帶信號：信號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噪聲噪聲無處不在，只要應用電子器件就會產(chǎn)生噪聲，為分析方便，認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白：占據(jù)無窮帶寬，且雙邊功率譜處處為常量N0/2(W/Hz)高斯：瞬時幅度滿足高斯分布接收機噪聲模型為帶通型BY

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LUO28信道·信道的概念是相對的：指從系統(tǒng)的發(fā)送機端口到接收機端口的全部?！ば诺滥Ｐ褪且粋€線性四端網(wǎng)絡與時間無關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()不理想而帶來的傳輸信號的線性失真，帶來相鄰符號間干擾ISI(Inter-symbol-interference)由信道引入的噪聲是造成接收機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？·幾個基本概念·數(shù)字通信系統(tǒng)概述·關于本課程系統(tǒng)構成：通信系統(tǒng)模型信息源發(fā)送設備傳輸媒介接收設備收信者噪聲干擾兩個挑戰(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)字信號的傳輸系統(tǒng))。BY

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

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LUO36波形變換器(信道信號映射)·

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

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LUO37·

因為xi

是離散的有限取值,與si

的對應是固定的唯一的，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間[0,T]內(nèi)，發(fā)送端發(fā)出的是哪一個波形波形變換器信道編碼：二進制序列間的變換，引入一定冗余，以提高信息傳輸?shù)目煽啃?。多狀態(tài)符號形成：二進流的N

比特碼組——>M

狀態(tài)符號(Symbol)符號波形產(chǎn)生BY

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LUO38波形變換器·多狀態(tài)符號形成：M個確知信號的每一種對應于一個固定的二進信息流的N比特碼組。因此，每一個M狀態(tài)符號攜帶的信息量是N比特。M個確知信號中的每一種稱為傳輸信號的一種狀態(tài)(state)。(Bd)BY

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LUO39波形變換器·

確知波形(模擬信號波形)的選取稱為波形設計(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在[0,T]內(nèi)并不知道發(fā)送端發(fā)出的是哪一個消息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的根本任務：對r(t)進行處理，按一定的標準(判決準則)，判定[0,T]內(nèi)發(fā)送端發(fā)出的是哪一個消息xi，這一過程稱為判決(decision)。在數(shù)字通信中，接收機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，設計傳輸信號的形式(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?！び捎趥鬏斝诺啦焕硐?，接收信號r(t)不可能是發(fā)送波形si(t)的精確再現(xiàn)，(r(t)是一個隨機過程)。按定標準作出的判決就可能出錯，設計接收機應當使這種錯誤極小化，這稱為接收機的優(yōu)化。數(shù)字通信系統(tǒng)的基本質(zhì)量指標·

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

誤符號率BY

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LUO43數(shù)字通信系統(tǒng)的基本質(zhì)量指標·

基本有效性指標：頻帶利用率表征系統(tǒng)每赫茲帶寬在單位時間內(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，亦可用符號傳信率計算頻帶利用率BY

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LUO44什么是通信(對通信應有的基本觀點)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確還原（矛盾的主要方面）有效性——信道資源的充分利用（時域、頻域）·形成這種矛盾的根本原因：信道不理想帶寬、時間受限噪聲和干擾（內(nèi)、外）什么是通信(對通信應有的基本觀點)BY

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LUO46·研究通信系統(tǒng)的基本出發(fā)點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下，使系統(tǒng)優(yōu)化?！み@種矛盾的相對統(tǒng)一，也是通信技術發(fā)展的基本動力怎樣看待現(xiàn)代通信？通信是一個整體，建立大通信的概念。通信與計算機的有機結合，密不可分。通信的三大要素：傳輸技術(系統(tǒng))、通信網(wǎng)絡、通信業(yè)務圖1.1通信魔方BY

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LUO47怎樣看待現(xiàn)代通信？通信與信息化知識經(jīng)濟——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？·幾個基本概念·數(shù)字通信系統(tǒng)概述·關于本課程