第1章数字通信概述
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数字通信原理-第一章
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
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
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
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）
精品课件-数字通信原理(李白萍)-第1章
30
第 1 章 绪论 1.3 数字通信系统的主要性能指标 (1) 有效性。 (2) 可靠性。 (3) 适应性。 (4) 经济性。 (5) 保密性。 (6) 标准性。 (7) 维修性。
31
第 1 章 绪论
1.3.1 1. 例如， 某系统在2 s内传送4800个码元， 则系统的传码率
为2400 Baud。 虽然数字信号有二进制与多进制的区分， 但码 元速率RB与信号的进制无关，只与码元宽度TB有关， 即
28
第 1 章 绪论 1.2.5
相对于模拟通信系统而言， 数字通信系统具有以下优点。 (1) 抗干扰、 抗噪声能力强， 无噪声积累。 (2) 便于加密处理， 保密性强。 (3) 差错可控。 (4) 利用现代技术， 便于对信息进行处理、 存储、 交换。 (5) 便于集成化， 使通信设备微型化。
29
第 1 章 绪论 数字通信系统相对于模拟通信系统来说， 主要有以下两个 缺点。 (1) 数字信号占用的频带宽。 (2) 对同步要求高， 系统设备比较复杂。
在多进制中， RBN与RbN的数值不同， 单位亦不同。 它 们之间在数值上有关系式
(1-7)
RbN=RBN lb N
在码元速率保持不变的条件下， 二进制信息速率Rb2与
多进制信息速率RbN之间的关系为
Rb2
RbN lbN
(1-8)
35
第 1 章 绪论 在信息速率保持不变的条件下， 二进制码元速率RB2与 多进制码元速率RBN之间的关系为
单位时间内错误接收的比特数 Pb 单位时间内系统传输的总比特数
(1-13)
二进制时， Pe=Pb； N进制时， 与解码方式等有关， 一般情况下Pb<Pe。
39
第 1 章 绪论 【例1-2】 某信息源包含A、 B、 C、 D四个符号， 这 四个符号出现的概率相等， 传输时编码为二进制比特， 并已知 信息速率Rb=1 Mb/s (1) 求码元传输速率； (2) 若信息源工作1 h后， 大致均匀地发现了36个差错比特， 求误信率和误码率。
第 1 章 绪论 1.3 数字通信系统的主要性能指标 (1) 有效性。 (2) 可靠性。 (3) 适应性。 (4) 经济性。 (5) 保密性。 (6) 标准性。 (7) 维修性。
31
第 1 章 绪论
1.3.1 1. 例如， 某系统在2 s内传送4800个码元， 则系统的传码率
为2400 Baud。 虽然数字信号有二进制与多进制的区分， 但码 元速率RB与信号的进制无关，只与码元宽度TB有关， 即
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第 1 章 绪论 1.2.5
相对于模拟通信系统而言， 数字通信系统具有以下优点。 (1) 抗干扰、 抗噪声能力强， 无噪声积累。 (2) 便于加密处理， 保密性强。 (3) 差错可控。 (4) 利用现代技术， 便于对信息进行处理、 存储、 交换。 (5) 便于集成化， 使通信设备微型化。
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第 1 章 绪论 数字通信系统相对于模拟通信系统来说， 主要有以下两个 缺点。 (1) 数字信号占用的频带宽。 (2) 对同步要求高， 系统设备比较复杂。
在多进制中， RBN与RbN的数值不同， 单位亦不同。 它 们之间在数值上有关系式
(1-7)
RbN=RBN lb N
在码元速率保持不变的条件下， 二进制信息速率Rb2与
多进制信息速率RbN之间的关系为
Rb2
RbN lbN
(1-8)
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第 1 章 绪论 在信息速率保持不变的条件下， 二进制码元速率RB2与 多进制码元速率RBN之间的关系为
单位时间内错误接收的比特数 Pb 单位时间内系统传输的总比特数
(1-13)
二进制时， Pe=Pb； N进制时， 与解码方式等有关， 一般情况下Pb<Pe。
39
第 1 章 绪论 【例1-2】 某信息源包含A、 B、 C、 D四个符号， 这 四个符号出现的概率相等， 传输时编码为二进制比特， 并已知 信息速率Rb=1 Mb/s (1) 求码元传输速率； (2) 若信息源工作1 h后， 大致均匀地发现了36个差错比特， 求误信率和误码率。
数字通信概述
第一章 数字通信概述第一节 数字通信的基本知识一、通信系统的组成1． 通信：通信是将信息从一个地方传送到另一个地方。
2． 通信系统的组成：3． 信源：产生和发出信息的人或机器。
4． 变换器：把信源发出的信号进行加工处理，变换成适合在信道上传输的信号。
5．反变换器：把信道送来的电信号按相反过程变换成原始信息，最后由信宿接收。
6． 信宿：信息最后的归宿，它是最后接收信息的处所，可以是人和各种终端设备。
7． 信道：传递信号的通道，按传输媒介有无线信道和有线信道之分。
8． 噪声源：因信号传递时，不可避免地会受到噪声或干扰的影响，且干扰会始终存在。
为了便于分析干扰的影响，所以把始端、终端及传输信道中所在干扰都折合到信道中，等效为一个总的噪声源。
9． 模拟通信系统：若信源的信息是一个幅度和时间连续变化着的模拟信号， 则利用模拟信号进行信息传递的通信方式称为该系统。
10。
数字通信系统：若信源的信息是一个幅度限制个数值之内，不是连续的而是离散的数字信号，则利用数字信号进行传递的通信方式称为该系统。
二．数字通信系统的模型。
1．数字通信系统的基本任务：是把信源产生的信息变换成一定格式的数字信号，通过信道传输，在终端再变成适宜信宿接收的信息形式。
2．数字通信系统的基本模型：接收器 发送器3．信源编码的主要任务：（1）将信源送出的模拟信号数字化，即对连续信息进行模拟/数字（A/D ）变换，用一定的数字脉冲组合来表示信号的一定幅度。
（2）将信源输出的数字信号按实际信息的统计特性进行变换，以提高信号传输的有效性。
4．信道编码（抗干扰编码）：是一种代码变换，产要解决数字通信的可靠问题。
5．同步：通信系统的收、发端要有统一的时间标准，使收端和发端步调一致。
6．数字通信系统的基本模型图中，若信源是数字信息时，则信源编码或信源解码可以去掉，构成数据通信系统。
若在没有用调制器和解调器，构成的是最单的通信系统称为基带传输系统，该系统实际上是将基带信号直接进行传输的系统。
数据通信原理1
ch 0 ch1
2.048Mbps传输线路
ch 2 ch 3 ch 30 ch 31
复用与解复用 E1系统
时分复用帧
T(125us)
t
ch0 ch1 ch2 ch3 ch15 ch16 ch17 ch31
15个话路
同步
15个话路 传送信令
1.3.3 噪声与干扰
信道内噪声的来源是很多的,它们表现的形式也多种多样。根据它们 的来源不同,可以粗略地分为3类。 1.工业噪声 2.天电噪声 3.内部噪声
1.5.2同步传输与异步传输
在串行传输时数据传输有异步传输和同步传输两种方式。 异步传输中,每次传送一个字符或一个信息传输单元。 即在发送每一个字符代码的前面均加上一个“起”信号,其长度规定为 一个码元,极性为“0”,后面均加一个“止”信号。即：每个字符的传 输需要： 1个起始位、5～8个数据位、1、1.5或2个停止位 采用这种异步方式的通信也称“异步通信”。 起止式的优缺点： 频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新获得同步； 每两个字符之间的间隔时间不固定； 增加了辅助位，所以传输效率低； 例如，采用1个起始位、 8个数据位、 2个停止位时，其传输效 率为8/11≈73％ 应用： 1200bps以下低速数据传输
数据通信原理
参考
《通信原理》或《数字通信原理》 《计算机网络》或《计算机通信网》 《纠错编码技术》或《信息论与编码》 《高频电子线路》 《数据通信技术基础》或《数据通信与计算 机网络》
第一章 概述
1.1 数据通信的概念
1.1.1 数据与数据通信 数据的概念：数据是预先约定的、具有某种含义
2.电话网传输信道 所谓电话网传输信道是指通过用于传输话音信号 的电话网络传输数据信号。电话网络的连接示意图 如图1-4所示。
通信原理 1-1_概述
西安工业大学
计算机学院信控系
计算机 通信
第一章 绪论
1.2 数据通信的基本概念
1.2.1 通信术语 1、消息（message） 、消息（ ） 是通信系统中传输的具体对象。消息的形式是多样的， 是通信系统中传输的具体对象。消息的形式是多样的， 传输的具体对象 它包括符号，文字，语音，数据，图像，视频等。 它包括符号，文字，语音，数据，图像，视频等。 同一种信息的内容可用不同形式的消息来表达。 同一种信息的内容可用不同形式的消息来表达。例如 天气预报可用文字消息，也可用话音消息来表达。 天气预报可用文字消息，也可用话音消息来表达。 2、信息（information） 、信息（ ） 消息所包含的内容。 是消息所包含的内容。例如每天的天气预报是一 种消息，预报中告知某日某时的天气情况如何， 种消息，预报中告知某日某时的天气情况如何，就 是该消息所包含的“信息” 即消息的含义。 是该消息所包含的“信息”，即消息的含义。
西安工业大学 计算机学院信控系
计算机 通信
第一章 绪论
通信系统举例： 通信系统举例：智能大楼
• 智能大楼的定义有两种
– 通过对建筑物的结构、系统、服务和管理四个基本要素以 结构、系统、服务和管理 结构 及它们之间内在关联的最优组合，提供一个投资合理并且 高效、舒适、便利的环境。 • 这种定义从用户观点 从用户观点出发，突出了智能大楼在管理和信 从用户观点 息传输以及服务方面的特点。 – 在大楼建设中建立一个独立的局域网，通过结构化布线系 统组成一个集成环境，连接用户的各种设备，让大楼的管 理机构能够随时监测，并能自动采取相应的措施。 • 这种定义突出智能大楼“智能”的根本 智能大楼“ 智能大楼 智能”的根本所在——信息传 输系统
第一章 绪论
数字通信基础知识
1. 数字频带传输通信系统 数字频带传输通信系统 说明: 说明 加密器为了实现保密通信对基带信号的扰乱 加密器为了实现保密通信对基带信号的扰乱 编码器信道的噪声对数字信号的传输造成的差错 编码器信道的噪声对数字信号的传输造成的差错 通过编码器/ 通过编码器/解码器来控制 该环节因为其位置往往不是固定未画出 该环节因为其位置往往不是固定未画出, 同步 该环节因为其位置往往不是固定未画出,但 在该系统中是不可缺少的. 在该系统中是不可缺少的.
1 接 收 设 备 发 送 设 备 接 收 设 备 …
(a)
(b)
1.1.3 通信方式
3. 按通信网络形式分
(a) 两点间直通方式 (b) 分支方式 (c) 交换方式
终端A (a) 终端B 终端 A 终端 B 终端 C 终端 A 终端 B (b) 图1-3 终端 C … 终端 N (c) 终端 N 交换设备
1.3 通信技术发展概况
年到20世纪80 （2）近代通信阶段。从1948年到20世纪80年代光纤通信 ）近代通信阶段。 1948年到20世纪80年代光纤通信 系统等投入使用共30多年，主要是通信统计理论、 30多年 系统等投入使用共30多年，主要是通信统计理论、数字 传输理论及技术、 彩色电视、 卫星通信等方面的发展, 传输理论及技术 、 彩色电视 、 卫星通信等方面的发展 , 此阶段模拟通信用于普通产品，数字通信用于高端产品。 此阶段模拟通信用于普通产品，数字通信用于高端产品。 世纪80年代商用通信卫星、 （3）现代通信阶段。20世纪80年代商用通信卫星、程控 ）现代通信阶段。20世纪80年代商用通信卫星 数字交换机、光纤通信系统等陆续投入使用至今共20 20多 数字交换机、光纤通信系统等陆续投入使用至今共20多 主要是卫星通信、 光纤通信、 移动通信、 年 , 主要是卫星通信 、 光纤通信 、 移动通信 、 多媒体通 信等方面的发展，数字通信进入寻常百姓家庭。 信等方面的发展，数字通信进入寻常百姓家庭。 3. 通信技术发展史上的重大事件 通信技术发展史上的重大事件 现把从1838年到20世纪80 1838年到20世纪80年代通信发展上的重大事 现把从1838年到20世纪80年代通信发展上的重大事 件列于表1 从中可清楚地看到通信的发展过程。 件列于表1-2，从中可清楚地看到通信的发展过程。 1Biblioteka 3.2 通信技术的现状和发展趋势
1 接 收 设 备 发 送 设 备 接 收 设 备 …
(a)
(b)
1.1.3 通信方式
3. 按通信网络形式分
(a) 两点间直通方式 (b) 分支方式 (c) 交换方式
终端A (a) 终端B 终端 A 终端 B 终端 C 终端 A 终端 B (b) 图1-3 终端 C … 终端 N (c) 终端 N 交换设备
1.3 通信技术发展概况
年到20世纪80 （2）近代通信阶段。从1948年到20世纪80年代光纤通信 ）近代通信阶段。 1948年到20世纪80年代光纤通信 系统等投入使用共30多年，主要是通信统计理论、 30多年 系统等投入使用共30多年，主要是通信统计理论、数字 传输理论及技术、 彩色电视、 卫星通信等方面的发展, 传输理论及技术 、 彩色电视 、 卫星通信等方面的发展 , 此阶段模拟通信用于普通产品，数字通信用于高端产品。 此阶段模拟通信用于普通产品，数字通信用于高端产品。 世纪80年代商用通信卫星、 （3）现代通信阶段。20世纪80年代商用通信卫星、程控 ）现代通信阶段。20世纪80年代商用通信卫星 数字交换机、光纤通信系统等陆续投入使用至今共20 20多 数字交换机、光纤通信系统等陆续投入使用至今共20多 主要是卫星通信、 光纤通信、 移动通信、 年 , 主要是卫星通信 、 光纤通信 、 移动通信 、 多媒体通 信等方面的发展，数字通信进入寻常百姓家庭。 信等方面的发展，数字通信进入寻常百姓家庭。 3. 通信技术发展史上的重大事件 通信技术发展史上的重大事件 现把从1838年到20世纪80 1838年到20世纪80年代通信发展上的重大事 现把从1838年到20世纪80年代通信发展上的重大事 件列于表1 从中可清楚地看到通信的发展过程。 件列于表1-2，从中可清楚地看到通信的发展过程。 1Biblioteka 3.2 通信技术的现状和发展趋势
通信原理第1章概论PPT课件
用途
常规双边带调幅
广播
抑制载波双边带调幅 立体声广播
线性调制
连
单边带调幅SSB
载波通信、无线电台、数传
续
波
残留边带调幅VSB
电视广播、 数传、 传真
调
制
频率调制FM
微波中继、卫星通信、广播
非线性调制
相位调制PM
中间调制方式
数字调制
幅度键控ASK 频率键控FSK
数据传输 数据传输
2020/11/7
6
续表（2）
第1章 概论
1.1
1.2 消息、信息与信号
1.3 数字通信
1.4 信道
1.5 信道中的噪声
1.6 信道容量
2020/11/7
1
学习目标
• 通信的发展历史、现状及趋势； • 常用通信术语； • 信号、信息与消息的区别； • 通信系统的组成和分类，通信方式； • 数字通信系统的主要特点； • 离散消息的信息量； • 码元速率，信息速率，频带利用率，误码率； • 信道的分类； • 典型的信道噪声；
I = loga [1/P(x)] = -logaP(x) 这就是信息量的定义。
当a = 2时，信息量的单位为“bit”； 当a = 10时，信息量的单位为“hartley”； 当a = e时，信息量的单位为“nat”；
例1:假设明天天晴的概率为1/2，则“明天会天晴”这则消息的信息量为： I = -log2 [1/2]＝1 bit
一、常用术语
通信: 消息： 信息：
电通信： 信号：
信息（或消息）的传输和交换。（研究的对象：
信源与信道）
信息的物理表现形式。如语言、文字、 数据或图
像等。
消息的内涵，即信息是消息中所包含的人们原来
数字通信原理第二版 课后答案 李文海 人民邮电出版社
U S U R6
a6 0
U R 7 U B 6 8 6 2 6 256 8 16 2 16 416
U S U R7
a7 0
U R 8 U B 6 8 6 6 256 8 16 16 400
1-3 数字通信的特点有哪些? 答：数字通信的特点是： （1）抗干扰性强，无噪声积累； （2）便于加密处理； （3）采用时分复用实现多路通信； （4）设备便于集成化、微型化； （5）占用信道频带较宽。 1-4 为什么说数字通信的抗干扰性强，无噪声积累? 答：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 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，所以说数字通信的抗干扰性强，无噪声积累。 1-5 设数字信号码元时间长度为 1 s ，如采用四电平传输，求信息传输速率及符号速率。 答：符号速率为
2-3 某模拟信号频谱如题图 2-1 所示， （1） 求满足抽样定理时的抽样频率 f S 并画出抽样信号 。 （2）若 f S 8kHz, 画出抽样信号的频谱，并说明此频谱出现什么现 的频谱（设 f S 2 f M ） 象?
题图 2-1
2
答： （1） f 0 1kHz, f M 5kHz, B f M f 0 5 1 4kHz
20 lg 3 2 7 20 lg xe
47 20 lg xe
4
2-8 实现非均匀量化的方法有哪些? 答：实现非均匀量化的方法有两种：模拟压扩法和直接非均匀编解码法。 2-9 非均匀量化与均匀量化相比的好处是什么? 答：非均匀量化与均匀量化相比的好处是在不增大量化级数 N 的前提下，利用降低大信号的 即使下降一点也 量化信噪比来提高小信号的量化信噪比(大信号的量化信噪比远远满足要求， 没关系)，使大、小信号的量化信噪比均满足要求。 。 2-10 非均匀量化信噪比与均匀量化信噪比的关系是什么(假设忽略过载区量化噪声功率） 答：非均匀量化信噪比与均匀量化信噪比的关系是
a6 0
U R 7 U B 6 8 6 2 6 256 8 16 2 16 416
U S U R7
a7 0
U R 8 U B 6 8 6 6 256 8 16 16 400
1-3 数字通信的特点有哪些? 答：数字通信的特点是： （1）抗干扰性强，无噪声积累； （2）便于加密处理； （3）采用时分复用实现多路通信； （4）设备便于集成化、微型化； （5）占用信道频带较宽。 1-4 为什么说数字通信的抗干扰性强，无噪声积累? 答：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 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，所以说数字通信的抗干扰性强，无噪声积累。 1-5 设数字信号码元时间长度为 1 s ，如采用四电平传输，求信息传输速率及符号速率。 答：符号速率为
2-3 某模拟信号频谱如题图 2-1 所示， （1） 求满足抽样定理时的抽样频率 f S 并画出抽样信号 。 （2）若 f S 8kHz, 画出抽样信号的频谱，并说明此频谱出现什么现 的频谱（设 f S 2 f M ） 象?
题图 2-1
2
答： （1） f 0 1kHz, f M 5kHz, B f M f 0 5 1 4kHz
20 lg 3 2 7 20 lg xe
47 20 lg xe
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2-8 实现非均匀量化的方法有哪些? 答：实现非均匀量化的方法有两种：模拟压扩法和直接非均匀编解码法。 2-9 非均匀量化与均匀量化相比的好处是什么? 答：非均匀量化与均匀量化相比的好处是在不增大量化级数 N 的前提下，利用降低大信号的 即使下降一点也 量化信噪比来提高小信号的量化信噪比(大信号的量化信噪比远远满足要求， 没关系)，使大、小信号的量化信噪比均满足要求。 。 2-10 非均匀量化信噪比与均匀量化信噪比的关系是什么(假设忽略过载区量化噪声功率） 答：非均匀量化信噪比与均匀量化信噪比的关系是
《数字通信原理》教案
第一节 语声信号数字化编码的基本概 念
一、语声信号编码的概念
语声信号编码——模拟话音信号的数字化（信源编码）。
二、语声信号编码的分类
波形编码——根据语声信号波形的特点，将其转换为数字信 号。
常见的有PCM、DPCM、ADPCM、DM等。 参量编码——是提取语声信号的一些特征参量，对其进行编
码。 特点：编码速率低，但语声质量要低于波形编码。 LPC等声码器属于参量编码。
法用低通滤波器准确地恢复原模拟话音 信号。
话音信号的抽样频率为＝8000， 抽样信号的频谱：频率成分有原始频带∽，的上、下边带。 （排列顺序） 3、带通型信号（）的抽样 抽样定理 [若n次下边带、(n+1)次下边带与原始频带间隔相等——默认] 抽样信号的频谱：频率成分有原始频带∽，的上、下边带。 （排列顺序）
数码率的话音质量要求。
第四节 子带编码——SBC
子带编码的概念 首先将输入信号频带分割成不同的频带分量(称为子带)，然后再分 别进行编码，这类编码方式称为频域编码。
复习题
1、一模拟信号频谱如下图所示，求其满足抽样定理时的抽样频率，并画出抽 样信号的
）。
∴此信号为低通型信号 满足抽样定理时，应有
（一次下边带：-原始频带=12-（2∽6）=6∽10 一次上边带：+原始频带=12+（2∽6）=14∽18 二次下边带：-原始频带=24-（2∽6）=18∽22 二次上边带：+原始频带=24+（2∽6）=26∽30 ） 2、一模拟信号频谱如下图所示，求其满足抽样定理时的抽样频率，并画出抽 样信号的 频谱。
•分类 线性编码与解码——具有均匀量化特性的编码与解码
非线性编码与解码——具有非均匀量化特性的编码与解码
一、语声信号编码的概念
语声信号编码——模拟话音信号的数字化（信源编码）。
二、语声信号编码的分类
波形编码——根据语声信号波形的特点，将其转换为数字信 号。
常见的有PCM、DPCM、ADPCM、DM等。 参量编码——是提取语声信号的一些特征参量，对其进行编
码。 特点：编码速率低，但语声质量要低于波形编码。 LPC等声码器属于参量编码。
法用低通滤波器准确地恢复原模拟话音 信号。
话音信号的抽样频率为＝8000， 抽样信号的频谱：频率成分有原始频带∽，的上、下边带。 （排列顺序） 3、带通型信号（）的抽样 抽样定理 [若n次下边带、(n+1)次下边带与原始频带间隔相等——默认] 抽样信号的频谱：频率成分有原始频带∽，的上、下边带。 （排列顺序）
数码率的话音质量要求。
第四节 子带编码——SBC
子带编码的概念 首先将输入信号频带分割成不同的频带分量(称为子带)，然后再分 别进行编码，这类编码方式称为频域编码。
复习题
1、一模拟信号频谱如下图所示，求其满足抽样定理时的抽样频率，并画出抽 样信号的
）。
∴此信号为低通型信号 满足抽样定理时，应有
（一次下边带：-原始频带=12-（2∽6）=6∽10 一次上边带：+原始频带=12+（2∽6）=14∽18 二次下边带：-原始频带=24-（2∽6）=18∽22 二次上边带：+原始频带=24+（2∽6）=26∽30 ） 2、一模拟信号频谱如下图所示，求其满足抽样定理时的抽样频率，并画出抽 样信号的 频谱。
•分类 线性编码与解码——具有均匀量化特性的编码与解码
非线性编码与解码——具有非均匀量化特性的编码与解码
数字通信原理
数字通信原理第一章概述一、通信及通信系统的构成1、概念2、构成二、信息、信号及分类1、信息：用来排除不定性的东西。
2、信号：是用来携带信息的载体。
3、信号分类：模拟信号：强度的取值随时刻连续变化，取值个数无限。
数字信号：强度参量的取值是离散变化的，取值个数有限。
PAM信号是模拟信号。
（时刻上离散，但幅度取值不是有限个。
）三、模拟通信和数字通信四、数字通信的特点及性能指标1、特点：（1）抗干扰能力强，无噪声积存（2）便于加密处理（3）利于采纳时分复用实现多路通信（4）设备便于集成化、小型化（5）占用频带宽2、性能指标：信息传输速率（bit/s）：每秒钟传输的信息量。
有效性指标符号传输速率（Bd）：单位时刻内传输码元的数目。
频带利用率：单位频带内的传输速率。
误码率：在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码元数之比。
可靠性指标抖动：是指数字信号码相关于标准位置的随机偏移。
M进制信号与二进制信号码元数n的关系为：M = 2n因此，信息传输速率与符号传输速率的关系是：Rb = NB·M2log式中：Rb 为信息传输速率。
NB为符号传输速率。
M为码元（或符号）的进制数。
例如：四进制码元序列符号传输速率2000Bd，其信息传输速率为多少？Rb = NB· log2M= 2000×log24= 4000 bit/s用来衡量数字通信系统传输效率（有效性）的指标应当是单位频带内的传输速率。
误码率（平均误码率）P e = ∞→N lim Nn传输总码数发生误码个数第二章 语声信号数字化编码第一节 差不多概念A/D 变换 抽样：是将模拟信号在时刻上离散化的过程。
量化：是将信号在幅度上离散化的过程。
编码：是将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示。
D/A 变换：译码、滤波（低通）第二节 PCM 编码一、抽样1、抽样定义及实现的电路模型)(t f s = )(t f ×)(t S T2、抽样定理（能判定信号的类型，确定抽样频率的大小，画出频谱图）（1） 低通型信号：是指低端频率从0或某一频率0f 到某一高限频率M f 的带限信号，并有0f 〈M f －0f 的限定条件。
数字通信原理(黎洪松)1-3章 (1)
第 1 章 数字通信基础
压
保
信
信
信
缩
密
道
调
信
解
道
源
编
编
编
制
道
调
解
码
码
码
码
保
压
密
缩
信
解
解
宿
码
码
信 源 编码 发送端
噪声
信 源 解码 接收端
图 1-6 数字通信系统模型
第 1 章 数字通信基础
下面简述各部分的主要功能。
(1) 信源编码和信源解码（译码）。信源编码的任务是把信 源输出的消息变换为所需的信息码元序列（信息序列），要包括 压缩编码和保密编码。 压缩编码是信源编码的基本功能， 其作 用是通过减小数字信号的冗余度来压缩数据，降低数码率， 从而 提高数字信号传输的有效性。如果是模拟信源，则它还包括模拟 信号的数字化(A/D)部分，即对模拟信号进行抽样、量化和编码， 转换成数字信号，然后再对数字信号进行压缩编码， 如图 1-7 所示。保密编码的作用是对压缩编码后的信码进行加密，确保信 息传输的安全保密性。信源解码的作用与信源编码相反， 它是把 信息码元序列变换为适合于信宿接收的信号。
lbP(x1)，-lbiP1 (x2)，…，-lbP(xn)，其平均信息量为
H (x) P(x1)[1bP(x1)] P(x2 )[1bP(x2 )] P(xn )[1bP(xn )]
n
P(xi )1bP(xi ) i 1
(1.1-6)
显然，当信源中每个符号等概独立出现时，信源的平均信息量有
第 1 章 数字通信基础 (1) 信息量I是概率的函数， 即 I=I［P(x)］
(1.1-1)
第1章 数据通信基础知识总结
参考教材
• 《数据通信原理与技术（第2版）》 [达新宇 电子工业出版社]
• 《数据通信与计算机网络（第4版）》 [杨心强,陈国友 电子工业出版社]
• 《数据通信技术教程》 [吴延海，陈光军 北京大学出版社] • 《现代数据通信技术与应用》 [张亮 电子工业出版社] • 《通信原理》（第6版） [樊昌信 国防工业出版社 ] • 《物联网技术基础》 [解相吾、朱冠良 清华大学出版社 ]
● 课程概述
第1章 数据通信基础知识 第2章 数据通信关键技术 第3章 数据通信网基础 第4章 数据通信技术应用
4.1 物联网
4.1.1 物联网基本概念 4.1.2 物联网体系结构 4.1.3 物联网系统组成 4.1.4 物联网关键技术
4.1.5 物联网应用领域
4.2 三网融合 4.3 多媒体通信 4.4 下一代网络NGN
无线两大类。 ①有线介质。 看得见、摸得着，信号沿导线传输，能量相 对集中，传输效率较高。 ②无线介质。传输信息的媒质为自由空间，信号分散，传 输效率较低，安全性较差，分长波、中波、短波、超短波 和微波等。
1.4.1 传输介质概述
表2 常用传输介质类型与特点
1.4.1 传输介质概述
（2）传输介质的特性 ①物理特性。说明传输介质的特征。 ②传输特性。包括信号形式、调制技术、传输速率及频带宽度
1.2 通信系统技术基础
1.2.1 通信系统概述 1.2.2 模拟通信系统 1.2.3 数字通信系统 1.3 数据通信系统概述 1.4 数据通信传数据通信基础知识 第2章 数据通信关键技术 第3章 数据通信网基础 第4章 数据通信技术应用
2.1 数据通信传输技术 2.2 数据通信复用技术 2.3 数据通信交换技术 2.4 数据通信同步技术
数字通信原理-数字通信系统的特点
– 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。
3. 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，以提高线路的利用率。
4. 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节 数字通信的特点
数字通信的优点
1. 抗干扰能力强，无噪声积累
– 由于数字信号的幅度取值为离散的，在传输过程中受 到噪声干扰也会叠加噪声，但可以在信噪比还没有恶 化到一定程度时，采用再生可消除噪声干扰。
– 由于没有噪声积累，可实现长距离、高质量的传输。
两类通信方式抗干扰性能比较
2. 便于加密处理
数字通信的缺点
1. 占用频带宽
– 与模拟通信相比，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。
– 但是随着微波、卫星、光纤等大容量信道的广泛使用， 同时数字信号压缩编码技术的不断发展，占用频带宽 的矛盾逐步减少。
2. 需要严格的同步系统
– 为保证收发两端的通信正常，要求收发两端的设备在时间上保持同步。 – 数字通信的同步有位同步、帧同步等要求。
小结
• 数字通信具有抗干扰能力强、传输质量高、易 于加密、可靠性高、易于集成 等优点；
• 数字通信为现代通信的发展奠定了良好的基础。
3. 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，以提高线路的利用率。
4. 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节 数字通信的特点
数字通信的优点
1. 抗干扰能力强，无噪声积累
– 由于数字信号的幅度取值为离散的，在传输过程中受 到噪声干扰也会叠加噪声，但可以在信噪比还没有恶 化到一定程度时，采用再生可消除噪声干扰。
– 由于没有噪声积累，可实现长距离、高质量的传输。
两类通信方式抗干扰性能比较
2. 便于加密处理
数字通信的缺点
1. 占用频带宽
– 与模拟通信相比，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。
– 但是随着微波、卫星、光纤等大容量信道的广泛使用， 同时数字信号压缩编码技术的不断发展，占用频带宽 的矛盾逐步减少。
2. 需要严格的同步系统
– 为保证收发两端的通信正常，要求收发两端的设备在时间上保持同步。 – 数字通信的同步有位同步、帧同步等要求。
小结
• 数字通信具有抗干扰能力强、传输质量高、易 于加密、可靠性高、易于集成 等优点；
• 数字通信为现代通信的发展奠定了良好的基础。
数字通信原理(1.1)
处理的目的在于使单位时间内传输更多的消息。
从信息论的观点来说，消息传输速度可用单位时间内传送的 信息量来衡量。
模拟通信中还有一个重要性能指标：均方误差。它是衡 量发送的模拟信号与接收端复制的模拟信号之间误差程度的 质量指标。均方误差越小，复制的信号越逼真。
2001 Copyright
SCUT DT&P Labs
log以2为底时，单位为比特：bit log以e为底时，单位为奈特：nit。
2001 Copyright
信息量的单位与对数的底有关：
SCUT DT&P Labs
22
3. 离散信源的信息量
下面先来讨论等概率出现的离散消息的度量： 传递Ｍ个消息之一，只需采用一个Ｍ进制的波形来传递； 任意一个Ｍ进制波形总可用若干个二进制波形来表示。 定义：传送两个等概的二进制波形之一的信息量为１， 单位：比特 则： I log ( 1 ) 1(bit)
2）模拟通信系统的优缺点 优点：通过信道的信号频谱比较窄，因此信道的利用 率高。 缺点： （1）传输的信号是连续的 ，混入噪声干扰后不易清除， 即抗干扰能力差。 （2）不易保密通信，即安全性差。 （3）设计不易大规模集成化。 （4）不适于飞速发展的计算机通信要求。
2001 Copyright
SCUT DT&P Labs
信息的度量方式还应满足可加性； 信息量应该是事件发生概率的函数；
2001 Copyright
SCUT DT&P Labs
20
1.2 信息的度量
3. 离散信源的信息量
离散信源统计特性的描述－－概率场
设离散信源包含N种可能的符号，相应的概率场： x1 p(x1) x2 p(x2) x3 . . . . . xN
第1章 数据通信基础知识
1.4.3 数据通信的主要技术指标
误码率是二进制数据位传输时出错的概率。
Ne Pe N
出错位数
传输二进制总位数
在计算机网络中，一般要求误码率低于10-6， 一般通过差错控制方法进行检错和纠错来保证低 误码率。
1.4.3 数据通信的主要技术指标
传输延迟是信息在系统中传输过程中存在 着延迟。 传输延迟=发送和接收处理时间+电信号响应 时间+中间转发时间+信道传输延迟 响应时间越小，延迟就越小。
1.4.3 数据通信的主要技术指标
实际网络通信中的信道总要受到各种噪声 的干扰，香农（Shannon） 给出受随机噪声干 扰的信道容量计算公式： 信号功率
S C Wlog 2 (1 ) N
S/N 信噪比
噪声功率
1.4.3 数据通信的主要技术指标
实际使用的信道的信噪比都要足够大，故 常表示成10lg（S/N），单位是分贝（dB）。 例：信噪比为 30dB，带宽为3kHZ的信道，求 最大数据传输速率。 ∵ 10lg(S/N)=30 ∴ S/N=1030/10=1000 C=3000×log2(1+1000)=3000×9.9672 =29901.6≈30k bps
第1章 数据通信基础知识
第2章 网络数据通信
问题 原由 数据通信技术完成数据的编码、传输和处理，为计 算机网络的应用提供必要的技术支持和可靠的通信 环境。那么，它是如何实现这些功能的呢？这就是 本章所要讨论的问题。 本章重点讨论数据通信系统和常用通信信道类型、 数据调制与编码技术、数据传输技术、多路复用技 术、数据交换技术和差错控制等技术。 掌握: 数据通信的基本概念,数据传输与编码技术. 了解：数据传输技术的发展趋势。 熟悉: 多路复用技术、数据交换技术、差错控制技 术等。
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第1章数字通信概述
1.1 通信系统的组成
•一、通信系统模型 •二、通信系统的分类
第1章数字通信概述
一、通信系统的模型
• 1．通信系统：传递信号所需的全部技术设备。 • 2．通信系统的组成：由信源、发送设备、信道、接收设
备和信宿五部分组成 。如图 1.1 所示:
•图1.1 通信系统模型
第1章数字通信概述
第1章数字通信概述
• 2．频带利用率 • 数字通信系统的效率不仅要看它们的信息传输速率，还要 看传输这种信息所占的信道频带的宽度。通信系统所占用的 频带愈宽，传输信息的能力应该愈大。所以真正用来衡量数 字通信系统传输效率的有效性指标应当是单位频带内的传输 速率。 • 频带利用率可以表示为：
第1章数字通信概述
第1章数字通信概述
• 三、现代通信方式
• 现代常用的几种通信方式是电缆通信、微波中继通信、 光纤通信、卫星通信及移动通信。
第1章数字通信概述
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/25
第1章数字通信概述
第1章数字通信概述
三、数字通信的特点
• 1．抗干扰能力强，无噪声积累
•图 1.3 两类通信方式抗干扰性能比较
第1章数字通信概述
• 2．保密性能好 • 由于数字信号是将模拟信号变成“0”和“1”码，再 经不同组合后才进行传输的，因而无法直接识别，具有固 有的保密性。同时数字通信可以很容易地将复杂密码进行 编码和解码，所以数字通信可以实现模拟通信无法达到的 高质量保密性。
第1章数字通信概述
本章小结
• 本章主要论述数字通信的三个方面：数字通信系统的 组成；数字通信系统的性能指标和优缺点；现代常用几种 通信技术的现状和发展趋势。
• 一、数字通信系统
• 1．组成：主要由信源编码和解码、信道编码和解码、 数字调制及解调、同步系统及信道五部份构成。
第1章数字通信概述
• 2．信源编码的主要任务是模拟信号数字化（A/D变 换），以及压缩数字信息（压缩编码），压缩编码视需要而 进行。 • 3．信道编码又称抗干扰编码，它的目的是进行传输过 程中的差错控制，减少误码。
第1章数字通信概述
• 4．占用信道频带宽 • 在模拟通信系统中，一路电 话所占带宽为4kHz，当数字电话 用PCM 传输时，数码率为64kbit/s， 频带为64kHz，后者是前者的16倍。 显然，它将使频带资源的利用率 降低。
第1章数字通信概述
1.3 通信技术的现状和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ展趋势
•一、电缆通信 •二、光纤通信 •三、卫星通信 •四、移动通信 •五、微波中继通信
第1章数字通信概述
• 3．数字调制 • 将基带信号直接送至信道中去传输，称这种传输方式为基 带传输。基带传输必须使用有线信道，且传输距离有限。 • 将数字基带信号调制到高频信号上的过程称为数字调制， 利用调制技术来传输数字信号的方式称为频带传输。
• 频带传输的主要功能是提高信号在信道上的传输效率，达 到信号远距离传输的目的。根据用数字信号控制高频信号的参 数不同，数字调制可分为数字调幅（又称幅移键控ASK）、数 字调频（频移键控FSK）和数字调相（相移键控PSK）。 •
• 理解数字通信系统的组成及各部分的作用。
• 学时分配
序号 1 2 3 4 5
内容 1.1 通信系统的组成 1.2 数字通信系统 1.3 通信技术的现状和发展趋势 习题和小结 本章讲授学时
学时 0.5 1
0.5
2
第1章数字通信概述
第一章 数字通信概述
•1.1 通信系统的组成 •1.2 数字通信系统 •1.3 通信技术的现状与发展趋势 •本章小结
第1章数字通信概述
1.2 数字通信系统
•一、数字通信系统模型 •二、数字通信系统的主要性能指标 •三、数字通信的特 点
第1章数字通信概述
一、数字通信系统模型
• 数字通信系统模型图1.2所示:
•图 1.2 数字通信系统模型
• 图中信源把原始消息变换成原始电信号。常见的信 源有产生模拟信号的电话机话筒、摄像机输出的视频模拟 信号等。
第1章数字通信概述
一、电缆通信
• 电缆通信是最早发展起来的一种通信方式。在光纤通信 和移动通信发展之前，电话、电报、传真等用户终端与交换 机的连接全靠市话中继电缆。电缆曾是长途通信和国际通信 的主要手段，大平洋、大西洋均有大容量的越洋电缆。采用 脉冲编码调制时分多路复用，在同轴电缆中的基带传输技术， 使得数字电话容量可达6400路。但由于光纤通信的发展，长 途通信已被光纤通信所取代。
第1章数字通信概述
二、光纤通信
• 光纤通信具有容量大、成本低等优点，能抗电磁干扰， 与同轴电缆相比可以大量节约有色金属和能源。每芯光纤通 话路数高达百万路，中继距离达到100km。
• 我国近几年来光纤通信已得到了快速发展，我国已经不再 敷设同轴电缆进行长途通信，新的工程将全部采用光纤通信 新技术。 • 光纤通信的主要发展方向是单模长波光纤通信、大容量 数字传输技术和相干光通信。
前世界上存在多种不同的技术体制，互不兼容，因此标准 化成为当务之急。数字化的关键是调制、纠错编码和话音 编码方式的确定。微型化的目标是研制重量非常轻的多媒 体个人携带手机。
第1章数字通信概述
• 五、微波中继通信
• 微波中继通信始于20世纪60年代，它较一般电缆通信 具有易架设，建设周期短等优点。它是目前通信的主要手段 之一，主要用来传输长途电话和电视节目。
• 1．信源是要传输原始电信号，这个信号称为基带信号。 2. 发送设备将信源产生的信号变换为适于信道传输的信号。 • 正弦调制后的信号称为频带信号。
•3．信道是信号传输媒介的总称，传输信道的类型有两种。 •一种是有线信道，如双绞线、电缆、同轴电缆、光纤等； •一种是无线信道，如可以传输电磁信号的自由空间。 •4．接收设备的任务是把接收到的信号进行反变换，从存在 干扰的信号中正确无误地恢复出原基带信号。 •5．信宿是信息传送的终点，与信源相对应。它的任务是将 基带信号变换成原始电信号。
第1章数字通信概述
• 1．信源编码 • 信源编码的主要任务有两个：一是将信源送出的模拟信号 数字化，即 A/D变换，用一定的数字脉冲组合来表示信号的一 定幅度。通常将这种过程称为脉冲编码调制(PCM)，简称为编 码。二是提高信号传输的有效性，进行压缩编码。
• 2．信道编码 • 信道编码主要解决数字通信的可靠性问题，故又称作抗干 扰编码或纠错编码。数字信号在信道中传输，不可避免地会受 到噪声干扰，并有可能导致接收信号的错误判断，产生错码。 信道编码就是为了减少这种错误判断出现的概率而引入的编码。
• 3．误码率 • 在数字通信系统中（尤其是在信道中）存在噪声干扰，接 收到的数字码元可能会发生错误，而使通信的可靠性受到影 响。对于数字通信系统的可靠性指标主要用误码率PS来衡量。 误码率的定义的接收端收到的错误码元数在发送端发出总码 元数中所占的比例。 • 误码率定义为接收端收到的错误码元数在发送端发出总码 元数中所占的比例。用公式表示为：
• 4．数字调制的目的和模拟信号的调制相类似，主要是 达到频分多路复用的目的。
• 5．同步指的是收发双方的同步工作，包括位同步，帧 同步以及载波同步。数字通信的信道可以是有线信道或者是 无线信道。
第1章数字通信概述
• 二、数字通信系统的性能指标
• 数字通信系统的性能指标主要有3个：信息传输速率 （单位bit/s）、频带利用率（单位bit/s.Hz）、误码率。前二 个为有效性能指标，后一个为可靠性指标。 • 数字通信与模拟通信方式相比较，其最主要的优点是 抗干扰能力强，无噪声积累。
第1章数字通信概述
二、通信系统的分类
• 通信系统的分类方法很多。 • 按传递消息的媒质不同分成两大类：一类是用导线作为传 输媒质来传递消息，这类通信系统称为有线通信；另一类是电 磁波在自由空间传播，如中、长、短波通信，微波通信，这类 通信系统称为无线通信。 • 按传输信号的特征不同分成两大类：一类是模拟通信系统， 在这种系统中传输的信号是模拟信号，信号的状态是连续的； 另一类是数字通信系统，在这种系统中传输的信号是数字信号， 信号的状态是离散的。
第1章数字通信概述
• 3．便于组成现代化数字通信网，便于实现多媒体通信。 • 由于各种信息（声音、图像、数据等）都可变换成统一 的二进制数字信号，通过多路复用组合在一起，经同一信道 传输而不互相干扰，故数字通信可以将各种业务和不同的终 端 用 户 组 合 在 一 个 系 统 ， 形 成 综 合 业 务 数 字 网 （ ISDN— Integrated Services Digital Network）。 • 综合业务数字网（ISDN）能实现两重任务：一是各种 通信业务的综合，二是数字传输与数字交换的综合。由于直 接与计算机联网，所以大大提高了通信效率。
• 微波通信的发展方向是采用数字通信方式，为了增加 容量，提高频谱利用率，现已出现3256QAM26、1024QAM 等超多电平调制的数字微波。在40MHz的标准频道间隔内可 传送1920~7680路PCM数字电话，赶上和超过模拟微波通信 容量。尽管微波通信受到光纤通信的严重挑战，但目前仍是 长途通信的一个重要传输手段。
第1章数字通信概述
2020/11/25
第1章数字通信概述
教学重点
• 1．理解数字通信系统的组成及各组成部份的作用; • 2．了解数字通信系统概念; • 3．了解通信系统模型及分类; • 4．了解数字通信的优缺点及性能指标; • 5．常用的几种通信方式的现状和发展趋势。
第1章数字通信概述
• 教学难点
第1章数字通信概述
四、移动通信
• 移动通信是现代通信中发展最为迅速的一种通信手段。 近10年来，在微电子技术和计算机技术的推动下，移动通 信从过去简单的无线对讲或广播方式发展成为一个把有线、 无线融为一体，固定、移动相互连通的全国规模，全球范 围的通信系统。
1.1 通信系统的组成
•一、通信系统模型 •二、通信系统的分类
第1章数字通信概述
一、通信系统的模型
• 1．通信系统：传递信号所需的全部技术设备。 • 2．通信系统的组成：由信源、发送设备、信道、接收设
备和信宿五部分组成 。如图 1.1 所示:
•图1.1 通信系统模型
第1章数字通信概述
第1章数字通信概述
• 2．频带利用率 • 数字通信系统的效率不仅要看它们的信息传输速率，还要 看传输这种信息所占的信道频带的宽度。通信系统所占用的 频带愈宽，传输信息的能力应该愈大。所以真正用来衡量数 字通信系统传输效率的有效性指标应当是单位频带内的传输 速率。 • 频带利用率可以表示为：
第1章数字通信概述
第1章数字通信概述
• 三、现代通信方式
• 现代常用的几种通信方式是电缆通信、微波中继通信、 光纤通信、卫星通信及移动通信。
第1章数字通信概述
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演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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第1章数字通信概述
第1章数字通信概述
三、数字通信的特点
• 1．抗干扰能力强，无噪声积累
•图 1.3 两类通信方式抗干扰性能比较
第1章数字通信概述
• 2．保密性能好 • 由于数字信号是将模拟信号变成“0”和“1”码，再 经不同组合后才进行传输的，因而无法直接识别，具有固 有的保密性。同时数字通信可以很容易地将复杂密码进行 编码和解码，所以数字通信可以实现模拟通信无法达到的 高质量保密性。
第1章数字通信概述
本章小结
• 本章主要论述数字通信的三个方面：数字通信系统的 组成；数字通信系统的性能指标和优缺点；现代常用几种 通信技术的现状和发展趋势。
• 一、数字通信系统
• 1．组成：主要由信源编码和解码、信道编码和解码、 数字调制及解调、同步系统及信道五部份构成。
第1章数字通信概述
• 2．信源编码的主要任务是模拟信号数字化（A/D变 换），以及压缩数字信息（压缩编码），压缩编码视需要而 进行。 • 3．信道编码又称抗干扰编码，它的目的是进行传输过 程中的差错控制，减少误码。
第1章数字通信概述
• 4．占用信道频带宽 • 在模拟通信系统中，一路电 话所占带宽为4kHz，当数字电话 用PCM 传输时，数码率为64kbit/s， 频带为64kHz，后者是前者的16倍。 显然，它将使频带资源的利用率 降低。
第1章数字通信概述
1.3 通信技术的现状和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ展趋势
•一、电缆通信 •二、光纤通信 •三、卫星通信 •四、移动通信 •五、微波中继通信
第1章数字通信概述
• 3．数字调制 • 将基带信号直接送至信道中去传输，称这种传输方式为基 带传输。基带传输必须使用有线信道，且传输距离有限。 • 将数字基带信号调制到高频信号上的过程称为数字调制， 利用调制技术来传输数字信号的方式称为频带传输。
• 频带传输的主要功能是提高信号在信道上的传输效率，达 到信号远距离传输的目的。根据用数字信号控制高频信号的参 数不同，数字调制可分为数字调幅（又称幅移键控ASK）、数 字调频（频移键控FSK）和数字调相（相移键控PSK）。 •
• 理解数字通信系统的组成及各部分的作用。
• 学时分配
序号 1 2 3 4 5
内容 1.1 通信系统的组成 1.2 数字通信系统 1.3 通信技术的现状和发展趋势 习题和小结 本章讲授学时
学时 0.5 1
0.5
2
第1章数字通信概述
第一章 数字通信概述
•1.1 通信系统的组成 •1.2 数字通信系统 •1.3 通信技术的现状与发展趋势 •本章小结
第1章数字通信概述
1.2 数字通信系统
•一、数字通信系统模型 •二、数字通信系统的主要性能指标 •三、数字通信的特 点
第1章数字通信概述
一、数字通信系统模型
• 数字通信系统模型图1.2所示:
•图 1.2 数字通信系统模型
• 图中信源把原始消息变换成原始电信号。常见的信 源有产生模拟信号的电话机话筒、摄像机输出的视频模拟 信号等。
第1章数字通信概述
一、电缆通信
• 电缆通信是最早发展起来的一种通信方式。在光纤通信 和移动通信发展之前，电话、电报、传真等用户终端与交换 机的连接全靠市话中继电缆。电缆曾是长途通信和国际通信 的主要手段，大平洋、大西洋均有大容量的越洋电缆。采用 脉冲编码调制时分多路复用，在同轴电缆中的基带传输技术， 使得数字电话容量可达6400路。但由于光纤通信的发展，长 途通信已被光纤通信所取代。
第1章数字通信概述
二、光纤通信
• 光纤通信具有容量大、成本低等优点，能抗电磁干扰， 与同轴电缆相比可以大量节约有色金属和能源。每芯光纤通 话路数高达百万路，中继距离达到100km。
• 我国近几年来光纤通信已得到了快速发展，我国已经不再 敷设同轴电缆进行长途通信，新的工程将全部采用光纤通信 新技术。 • 光纤通信的主要发展方向是单模长波光纤通信、大容量 数字传输技术和相干光通信。
前世界上存在多种不同的技术体制，互不兼容，因此标准 化成为当务之急。数字化的关键是调制、纠错编码和话音 编码方式的确定。微型化的目标是研制重量非常轻的多媒 体个人携带手机。
第1章数字通信概述
• 五、微波中继通信
• 微波中继通信始于20世纪60年代，它较一般电缆通信 具有易架设，建设周期短等优点。它是目前通信的主要手段 之一，主要用来传输长途电话和电视节目。
• 1．信源是要传输原始电信号，这个信号称为基带信号。 2. 发送设备将信源产生的信号变换为适于信道传输的信号。 • 正弦调制后的信号称为频带信号。
•3．信道是信号传输媒介的总称，传输信道的类型有两种。 •一种是有线信道，如双绞线、电缆、同轴电缆、光纤等； •一种是无线信道，如可以传输电磁信号的自由空间。 •4．接收设备的任务是把接收到的信号进行反变换，从存在 干扰的信号中正确无误地恢复出原基带信号。 •5．信宿是信息传送的终点，与信源相对应。它的任务是将 基带信号变换成原始电信号。
第1章数字通信概述
• 1．信源编码 • 信源编码的主要任务有两个：一是将信源送出的模拟信号 数字化，即 A/D变换，用一定的数字脉冲组合来表示信号的一 定幅度。通常将这种过程称为脉冲编码调制(PCM)，简称为编 码。二是提高信号传输的有效性，进行压缩编码。
• 2．信道编码 • 信道编码主要解决数字通信的可靠性问题，故又称作抗干 扰编码或纠错编码。数字信号在信道中传输，不可避免地会受 到噪声干扰，并有可能导致接收信号的错误判断，产生错码。 信道编码就是为了减少这种错误判断出现的概率而引入的编码。
• 3．误码率 • 在数字通信系统中（尤其是在信道中）存在噪声干扰，接 收到的数字码元可能会发生错误，而使通信的可靠性受到影 响。对于数字通信系统的可靠性指标主要用误码率PS来衡量。 误码率的定义的接收端收到的错误码元数在发送端发出总码 元数中所占的比例。 • 误码率定义为接收端收到的错误码元数在发送端发出总码 元数中所占的比例。用公式表示为：
• 4．数字调制的目的和模拟信号的调制相类似，主要是 达到频分多路复用的目的。
• 5．同步指的是收发双方的同步工作，包括位同步，帧 同步以及载波同步。数字通信的信道可以是有线信道或者是 无线信道。
第1章数字通信概述
• 二、数字通信系统的性能指标
• 数字通信系统的性能指标主要有3个：信息传输速率 （单位bit/s）、频带利用率（单位bit/s.Hz）、误码率。前二 个为有效性能指标，后一个为可靠性指标。 • 数字通信与模拟通信方式相比较，其最主要的优点是 抗干扰能力强，无噪声积累。
第1章数字通信概述
二、通信系统的分类
• 通信系统的分类方法很多。 • 按传递消息的媒质不同分成两大类：一类是用导线作为传 输媒质来传递消息，这类通信系统称为有线通信；另一类是电 磁波在自由空间传播，如中、长、短波通信，微波通信，这类 通信系统称为无线通信。 • 按传输信号的特征不同分成两大类：一类是模拟通信系统， 在这种系统中传输的信号是模拟信号，信号的状态是连续的； 另一类是数字通信系统，在这种系统中传输的信号是数字信号， 信号的状态是离散的。
第1章数字通信概述
• 3．便于组成现代化数字通信网，便于实现多媒体通信。 • 由于各种信息（声音、图像、数据等）都可变换成统一 的二进制数字信号，通过多路复用组合在一起，经同一信道 传输而不互相干扰，故数字通信可以将各种业务和不同的终 端 用 户 组 合 在 一 个 系 统 ， 形 成 综 合 业 务 数 字 网 （ ISDN— Integrated Services Digital Network）。 • 综合业务数字网（ISDN）能实现两重任务：一是各种 通信业务的综合，二是数字传输与数字交换的综合。由于直 接与计算机联网，所以大大提高了通信效率。
• 微波通信的发展方向是采用数字通信方式，为了增加 容量，提高频谱利用率，现已出现3256QAM26、1024QAM 等超多电平调制的数字微波。在40MHz的标准频道间隔内可 传送1920~7680路PCM数字电话，赶上和超过模拟微波通信 容量。尽管微波通信受到光纤通信的严重挑战，但目前仍是 长途通信的一个重要传输手段。
第1章数字通信概述
2020/11/25
第1章数字通信概述
教学重点
• 1．理解数字通信系统的组成及各组成部份的作用; • 2．了解数字通信系统概念; • 3．了解通信系统模型及分类; • 4．了解数字通信的优缺点及性能指标; • 5．常用的几种通信方式的现状和发展趋势。
第1章数字通信概述
• 教学难点
第1章数字通信概述
四、移动通信
• 移动通信是现代通信中发展最为迅速的一种通信手段。 近10年来，在微电子技术和计算机技术的推动下，移动通 信从过去简单的无线对讲或广播方式发展成为一个把有线、 无线融为一体，固定、移动相互连通的全国规模，全球范 围的通信系统。