数字通信原理-第一章

{ {
二进码：幅度取值只有两种 多进码：幅度取值可有几种 连续信号：波形在时间上是连续的 离散信号：波形在时间上是离散的
附图 1.2
第二节 信息、信号及分类
结论
数字信号与模拟信号的区别是根据幅度取值上是否离 散而定的 离散信号与连续信号的区别是根据时间取值上是否离 散而定的 模拟信号与数字信号二者之间，在一定条件下是可以 互相转换的
公式：根据推导可以得出数码率的公式为：
第四节 数字通信的特点及性能指标
物理意义： 1.反映了数字信号的传输速率
2.数码率的数值代表数字信号（二进制时）的频带 宽度，即数字信号的带宽约等于fB
讨论:
确知信号 随机信号
频谱 →
傅式变换
复杂变换 Baidu Nhomakorabea 功率谱（密度） →
数字信号序列
↑
物理意义：某频率处 单位频带的平均功率 （只有正值）
第三节 模拟通信和数字通信
结论:
若信源是数字信息时，则信源编码和信源解码可去掉， 这样就构成数据通信系统。 传送话音信息时，即使有少量误码，也不影响通信质 量，一般不加信道编、解码。 若采用基带传输方式，就不需要调制和解调部分。 在对保密性能要求比较高的通信系统中，可在信源编 码与信道编码之间加入加密器；同时在接收端加入解 密器。 提问: 简述话音信号的基带传输系统模型。
第二节 信息、信号及分类
信息：是由信源发出的，它具有某种信源对应的特征形式及属性。 在通信系统中常见的信息形式有：语声、图像和数据信息等 信号：是用来携带信息的载体。在通信系统中传输的信号是由某些电 的参量（如电压、电流等——物理参量）表示的。 在通信系统中常见的信号有：语声信号、图像信号和数据信号等
1.12 信号抖动示意图
数字信号位置的随机偏移与传输系统特性、信道质量以及噪声等有 关，而且信号抖动具有累积效应。
第四节 数字通信的特点及性能指标
例题：某数字通信系统符号速率为1.2×106Bd采
用 8 电平传输，假设 2 秒误了 1 个比特，求误码率。
解：信息传输速率为：
误码率=发生误码个数/传输总码元数
附图1.6 某种数字信号功率谱图
第四节 数字通信的特点及性能指标
符号传输速率（Nb），简称符号速率，也叫码元速率。
定义：1 秒所传输的码元数目（这里的码元可以是多进制的，也可
以是二进制的），其单位为“波特”（Bd） 。
讨论:
码元与二进制代码的关系 一个码元用log2M个二进制代码表示
附图1.7 数字信号示例
第二节 信息、信号及分类
占空比的概念
设“1”码脉冲的宽度为τ，二进制码元允许的时间为tB（即二 进制码元的间隔），占空比a= τ/ tB （以单极性码为例）
附图1.3 占空比的概念
图 (a) 连续信号（波形在时间上是连续的） 图 (b) 离散信号（波形在时间上是离散的）
第三节 模拟通信和数字通信
η=
第四节 数字通信的特点及性能指标
例题：设信号码元时间长度为8*10-7s ，（1）当
采用 8 电平传输时，求信息传输速率和符号传输速 率。（2）若系统的带宽为 3000kHz，求频带利用 率为多少bit/s/Hz。 解:（1）符号传输速率为: 信息传输速率为: （2）
第四节 数字通信的特点及性能指标
占用频带宽
一路数字电话频带一般为64kHz，而一路模拟电话所占频带仅 为4kHz，前者是后者的16倍。
第四节 数字通信的特点及性能指标
2、数字通信系统的主要性能指标
有效性指标
信息传输速率 符号传输速率 频带利用率
可靠性指标
误码率 信号抖动
第四节 数字通信的特点及性能指标
有效性指标
信息传输速率（Rb），简称传信率，也叫数码率（常用fB表示）。
基带传输 —— 编码处理后的基带数字信号（未经调制变换的数 字信号）直接在电缆信道上传输。 频带传输 —— 将基带数字信号经过调制后其频带搬移到适合于无线 等信道传输的频带上再传输。
信道：是指传输信号的通道。 接收端的解调、信道解码、信源解码（均为变换器的一部分）、 接收终端（包括信宿和反变换器的一部分）等几个方框的功能与发送 端几个对应的方框正好相反，是一一对应的反变换关系。
定义：每秒所传输的信息量（比特数或二进制码元数），单位为bit／s。
[信息量是消息的不确定性的一种度量，消息的不确定性程度越 大，则其信息量越大。信息量的度量单位为“比特”（bit）。在 满 足一定条件下，一个二进制码元（一个“1”或一个“0”）所含的信 息 量是一个“比特”（条件为：随机的、各个码元独立的二进制序 列， 且“0”和“1”等概出现）。]
２.数字通信系统的构成
附图1.4 数字通信系统构成模型
各部分的作用：
发送终端（包括信源和变换器的一部分）：把原始信息变换成原始 电信号；
第三节 模拟通信和数字通信
信源编码（变换器的一部分）：把模拟信号变换成数字信号，即完成 模/数变换的任务； 信道编码（变换器的一部分）：完成自动检错或纠错功能； 调制器（变换器的一部分）：作用是对基带数字信号进行频率搬移。 数字信号的传输方式有:
根据传输信道上传输信号的形式不同，通信可分为：
{
一、模拟通信
模拟通信 数字通信
以模拟信号的形式传递消息。
采用频分复用实现多路通信（频分复用是利用各路信号在信道 上占有不同的频率范围，同在一条信道上传输，并且互不干扰）
第三节 模拟通信和数字通信
二、数字通信 １.数字通信的概念 以数字信号的形式传递消息。
采用时分复用实现多路通信（时分复用是利用各路信号在信道上 占有不同的时间间隙，同在一条信道上传输，并且互不干扰）。
讨论：
数字通信传输的主要对象是模拟话音信号等，而实际信道上传输 的一 般是二进制的数字信号。所要解决的首要问题——模拟信号 的数字化，即模／数变换（A/D 变换）。
第三节 模拟通信和数字通信
数字通信系统的主要性能指标
有效性指标 可靠性指标
{
{
信息传输速率 符号传输速率 （定义、关 系） 频带利用率 误码率 （定义） 信号抖 动
复习题 1、模拟信号和数字信号的特点分别是什么? 2、数字通信系统的构成模型中信源编码和信源解码 的作用是什么？画出话音信号的基带传输系统模型。 3、数字通信的特点有哪些? 4、为什么说数字通信的抗干扰性强，无噪声积累？ 5、设数字信号码元时间长度为 1微秒，如采用四电 平传输，求信息传输速率及符号速率。 6、接上题，若传输过程中 2 秒误 1 个比特，求误 码率。 7、假设频带宽度为 1024kHz，可传输 2048kbit/s 的比特率，试问其频带利用率为多少？
第四节 数字通信的特点及性能指标
1、数字通信的特点 抗干扰能力强，无噪声积累
附图1.5 抗干扰性能分析
对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限的离散值（通常取二 个幅值），在传输过程中会受到噪声干扰，当信噪比还没有恶化 到一定程度时，即在适当的距离，采用再生的方法，再生成已消 除噪声干扰的原发送信号。由于无噪声积累，可实现长距离、高 质量的传输。
实现多路通信）
数字通信:以数字信号的形式传递消息（采用时分复用实
现多路通信）。 数字通信系统的构成（包括发送终端、信源编码、信道编 码、调制、信道以 及收端的解调、 信道解码、信源解码和接收终端）
数字通信的特点
{
抗干扰能力强，无噪声积累 便于加密处理 利于采用时分复用实现多路通信 设备便于集成化、小型化 占用频带宽
可靠性指标
误码率 误码：数字信号在传输的过程 中，当噪声干扰太大时将 会导致错误地判决码元， 即“1”码误成“0”码或“0”码 误成“1”码。 误码率是用来衡量误码多少的指标 定义：在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码元之比。即
附图 1.8 误码情况
第四节 数字通信的特点及性能指标
信号抖动 概念：信号抖动是指数字信号码相对于标准位置的随机偏移。 信号抖动示意图如下：
第四节 数字通信的特点及性能指标
便于加密处理
信息传输的安全性和保密性越来越受到重视，数字通信的加密 处理比模拟通信更容易实现。
利于采用时分复用实现多路通信
数字信号本身可以很容易用离散时间信号表示，在两个离散时 间之间可以插入多路离散时间信号以实现时分多路复用。
设备便于集成化、小型化
由于数字通信系统中大部分电路都是由数字电路来实现的，微 电子技术的发展可使数字通信便于用大规模和超大规模集成电 路来实现。
根据信号物理参量基本特征的不同，可以分为
{
模拟信号 数字信号
第二节 信息、信号及分类
1、模拟信号：
幅度取值是连续的，如电话、传真、电视信号等。
{
连续信号：波形在时间上是连续的。 离散信号：波形在时间上是离散的，如PAM信号。
附图 1.1
第二节 信息、信号及分类
2、数字信号：
幅度取值是离散的，如电报信号、数据信号等。
数字通信基础及光数字传输技术
授课教师：李丽
第一章 概述
第一节 第二节 第三节 第四节 通信及通信系统构成 信息、信号及分类 模拟通信和数字通信 数字通信的特点及性能指标
第一节 通信及通信系统构成
通信的概念
信息的传递和交换的过程称为通信。 可以把通信系统概括为一个统一的模型。这一模型包括信源、变换器、 信道、反变换器、信宿和噪声源六个部分。模型框图如图1.1所示。其 中噪声源为传输过程中引入的。
第四节 数字通信的特点及性能指标
信息传输速率Rb与符号传输速率NB的关系为： Rb=NB （二进制） Rb=NB·log2M Rb>NB （多进制）
{
频带利用率 （ η）
定义:单位频带内的传输速率（真正用来衡量数字通信系统传输效率 的指标）
符号传输速率 （Bd/Hz） 频带宽度 信息传输速率 η= （bit/s/Hz） 频带宽度
图1.1 通信系统构成模型
第一节 通信及通信系统构成
各部分的功能:
1. 信源:发出信息的信息源 2. 信道:信号的传输媒介
{无线信道：微波、卫星等信道
3.信宿:信息接收者
有线信道：双绞线、对称电缆、同轴电缆、光纤等
4. 变换器:把信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号 5. 反变换器:将信道上传输的信号变换成信息接收者可以接收的信息 6. 噪声源:发送、传输和接收端各部分的干扰噪声集中地由一个噪声 源表示
小结： 通信及通信系统构成
通信的概念 通信系统构成：各部分功能
信息、信号及分类
信源发出的信息经转换成为信道上传输的信号：
模拟信号（幅度取值是连续的）：连续信号 离散信号 数字信号（幅度取值是离散的）： 二进码 多进码 连续信号 离散信号
{
{ {
模拟通信和数字通信 模拟通信：以模拟信号的形式传递消息（采用频分复用