数字通信系统

数字通信系统

一、通信系统

Ⅰ、通信系统的组成

传递信息所需的一切技术设备的总和称为通信系统。通信系统的一般模型如下图。

通信系统由以下几部分组成：

1、信息源和收信者，根据信息源输出信号的不同可分为模拟信源和离散信源。模拟信源输出连续

幅度的信号；离散信源输出离散的符号序列或文字。模拟信源可通过抽样和量化变换为离散信源。

由于信息源产生信息的种类和速率不同，因而对传输系统的要求也各不相同。

2、发送设备，发送设备的基本功能是将信源和传输媒介匹配起来，即将信源产生的消息信号变

换为便于传送的信号形式，送往传输媒介。变换方式多种多样，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方法。

对于数字通信系统来说，发送设备常常又可分为信道编码和信源编码。信源编码是把连续消息变换为数字信号；而信道编码则是是数字信号与传输媒介匹配，提高传输的可靠性或有效性。

发送设备还包括为达到某些特殊要求所进行的各种处理，如多路复用、保密处理、纠错编码处理等。

3、传输媒介，从发送设备到接收设备之间信号传递所经过的媒介。有线和无线均有多种传输媒

介。传输过程必然引入干扰。媒介的固有特性和干扰特性直接关系到变换方式的选取。

4、接收设备，接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解密等。它

的任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始消息来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。

Ⅱ、通信系统的分类

1、按消息的物理特征分类

电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统等。

2、按调制方式分类

基带传输和调制传输。

基带传输是将未经调制的信号直接传送，调制传输是对各种信号变换方式后传输的总称。

3、按传输信号的特征分类

按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应的将通信系统分为两类，即模拟通信

系统和数字通信系统。

4、按传送信号的复用方式分类

传送多路信号有三种复用方式，即频分复用、时分复用、码分复用。频分复用是用频谱搬移的

方法使不同信号占据不同的频率范围；时分复用是用脉冲调制的方法使使不同的信号占据不同

的时间区间；码分复用则是用一组正交的脉冲序列分别携带不同信号。

传统的模拟通信中都采用频分复用。随着数字通信的发展，时分复用通信系统的应用越来越广

泛。码分复用主要用于卫星通信的扩展通信系统中。

5、按传输媒介分类

按传输媒介通信系统可分为有线和无线两类。

二、 信源编码

Ⅰ、抽样

抽样是把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号。

抽样定理是任何模拟信号（语音、图像、以及生物医学信号等等）数字化的理论基础。 1、 低通抽样定理

一个频带限制在（0，f H ）内的连续信号x （t ），如果抽样频率f s 大于或等

于2f H ，则可以由抽样序列{x （nT s ）}无失真的重建恢复原始信号x （t ） 若抽样频率f s <2f H ，则会产生失真，这种失真称为混叠失真。

若任意信号x (t )的最高频率分量是f H ，以fs ≥ f H 的速率对x (t )进行等间隔采样后得

到{x n =x(nT s )} ，其中T s =1/f s 是采样间隔，则用{x n } 可以完全恢复出x (t )，恢复方法是

X （t ）= k ∞

=-∞

∑x k sin （2f H t-k ）

或者

X （t ）=

k ∞

=-∞

∑

x k sin （f s t-k ）

这个恢复方法也就是：将理想抽样信号x s （t ）=x （t ）

k ∞

=-∞

∑

δ（t-kT s ）=

k ∞

=-∞

∑

x k δ （t-kT s ） 通

过一个冲激相应为sin(2f H t)或者sin(f s t)的线性系统。也就是：将理想抽样信号x s (t)加到一个截止频率为f H 或者f s /2的理想低通滤波器（注意f s /2有可能比f H 大）。

从频域来看，x s （t ）的频谱是X s （f ）=

k ∞

=-∞

∑

X （f-mf s ），如果f s ≥2f H ，就可以用LPF 滤

出X(f)，否则就会发生频谱混叠失真。

2、 带通抽样定理

设有任意信号x (t )，其频率分量在区间( f L ,f H )内，带宽是 B = f H – f L 。选取整数n 满足n

≤f H /B ，选取实数f s 满足2f H /n ≤f s ≤2f L /（n-1）

。以f s 的速率对x (t )进行等间隔采样后得到{x n =x (nT s )},T s =1/f s 是采样间隔，则用{ x n }可以完全恢复出x (t )，恢复方法是将理想抽样信号 X s (t)=x(t)

k ∞

=-∞

∑

δ（t-kT s ）=

k ∞

=-∞

∑

x k δ （t-kT s ）

通 过 一 个 理想带通滤波器， 此带通滤波器的通带范围是(f L ,f H )或者(nf s -f s -f L ,nf s -f H )。最小采样率是f smin =2f H /n ，其中n 是满足n ≤f H /B 的最大整数，即n=/H f B ⎢⎥⎣⎦。用B 去整除f H ，设若得商为整数n ，得余为小数r （0 ≤ r <1）。即若f H /B=n+r ，则最小抽样率为

f smin =2f H /n=2（n=r ）B/n=2B(1+r/n) 3、 实际抽样

抽样定理中要求抽样脉冲序列是理想冲激脉冲序列()T t δ，称为理想抽

样。但实际抽样电路中抽样脉冲具有一定持续时间，在脉宽期间其幅度可以是不变的，也可以随