数字通信原理 第1章
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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。
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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。
重庆科创学院数据通信原理第一章思考与练习题答案
数据通信原理2015新版教材配套习题答案第一章思考题与练习题消息和信息各自概念是什么？两者之间有何关系？答：消息是物质或者精神状态的一种反应，语音，文字，图片数据等都是消息，消息不一定有用，其中有用的部分称为信息。
信息是对事物状态或存在方式的不确定性表述。
香农关于通信的定义是什么？答：通信的本质就是在一点精确或近似的再生另一点的信息。
什么是数据通信？答：据通信是在计算机出现之后，通信与计算机相结合而产生的一种通信业务。
由分布在不同地理位置的数据终端设备、数据交换设备和数据传输链路构成网络，并由协议进行控制和管理，实现数据的交换和传输。
模拟信号和数字信号的区别是什么？答：不同的数据必须转换为相应的信号才能进行传输：模拟数据一般采用模拟信号(Analog Signal)，例如用一系列连续变化的电磁波(如无线电与电视广播中的电磁波)，或电压信号(如电话传输中的音频电压信号)来表示；数字数据则采用数字信号(Digital Signal)，例如用一系列断续变化的电压脉冲(如我们可用恒定的正电压表示二进制数1，用恒定的负电压表示二进制数0)，或光脉冲来表示。
当模拟信号采用连续变化的电磁波来表示时，电磁波本身既是信号载体，同时作为传输介质；而当模拟信号采用连续变化的信号电压来表示时，它一般通过传统的模拟信号传输线路(例如电话网、有线电视网)来传输。
当数字信号采用断续变化的电压或光脉冲来表示时，一般则需要用双绞线、电缆或光纤介质将通信双方连接起来，才能将信号从一个节点传到另一个节点。
5.画出通信系统的一般模型，并简述每个部分的主要功能。
答：通信系统的构成（参见教材P21图1-1）(（要求能画出这个图）通信系统的一般组成是：信息源——发送设备——信道——接收设备——受信者。
其中信息源是把各种消息转换成原始电信号（如话筒：声音——音频）；发送设备的作用是产生适合于在信道中传输的信号（内容涵盖变换，放大，滤波，编码，调制等过程）；信道是一种物理煤质（可以是自由空间，明线，电缆或光纤）；接收设备的功能是将信号放大和反变换（如译码，解调等）；受信者是把原始信号还原相应的消息（如扬声器）。
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。
通信原理基础
第二节：数据通信研究的内容
一、传输
研究传输通路和所适应的信号形式。
二、通信接口
研究把发送端的信号变换为适合传输通路的 信号；把接收端的信号变换为终端设备可接 收的形式。
三、通信处理
通讯处理可分为三类
1．编辑：差错控制、格式化处理和编辑 2．转换：速度转换和代码转换 3．控制：网络控制、查询和路由
第三节：数据通信系统的组成
2．数字通信：是以数字信号方式传送消息 的通信方式。(图1-4)
信息源
信源 编码器
信道 编码器
调制器
传输媒质 噪声源
受信者
信源 译码器
信道 译码器
解调器
数字通信的优点：抗干扰性强、保密性好。
数字通信的缺点：信道频带比模拟信道宽， 信道利用率低。
3．数据通信：依据通信协议，利用数据传 输技术在两个功能单元之间传递信息。
的不确定性的一种信号。
确定信号是一种没有不确定值的信号。
• 周期信号和非周期信号 如果用时间函数表示的信号s(t)满足s(t+T)=s(t)
则该信号为周期信号。
T 为信号的周期。 如不满足s(t+T)=s(t)则该信号为非周期信号。
重要特征：信号的幅值、频率、相位。 幅值是信号各个时刻的瞬时值。 频率是周期的倒数，用赫兹来表示。
一、制定标准的意义： 二、制定标准的不利因素： 三、制定标准的机构
第七节：数据通信的应用及发展前景
一、数据通信的 2．消息处理系统 3．分组无线网PRNET及分组卫星网PSNET 4．综合业务数字网ISDN 5．利用各种通信网络的消息系统 6．应用于计算机综合制造（CIM）
相位是描述周期信号在时间轴上的相对位置， 用弧度表示。
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
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U R 7 U B 6 8 6 2 6 256 8 16 2 16 416
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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
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答： （1） f 0 1kHz, f M 5kHz, B f M f 0 5 1 4kHz
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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
通信原理第一章
P7
特点：随机性的，无法预知的。
信号：反映消息的电信号。
信息：把消息中的内容用概率统计的方法抽象出来。 信息是消息和信号中包含的某种有意义的抽象的东西。
2、信息量：是信息或消息的一种度量。信息的 大小由信息量来衡量。
不同的消息人们对它的反映是不同的，如：下雨、地震
（太阳从东方升起） 下雨：经常发生，不足为奇，信息量小； 地震：不常发生，很惊讶，信息量大。 （太阳从西方升起）
P（x）：消息的概率 a ：2的整数次幂 P8
信息量的单位的确定取决于底数a：
若对数以2为底时单位是“比特”（bit — binary unit的缩 写）；
若以e为底时单位是“奈特”（nat—nature unit的缩写）；
若以10为底时单位是“哈特”（Hart — Hartley的缩写）。
数字通信系统还有一个非常重要的控制单元， 即同步系统。使收发两端的信号在时间上保持 步调一致
3、数字通信的主要特点 目前，无论是模拟通信还是数字通信， 在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。 但是，数字通信更能适应现代社会对通信技 术越来越高的要求，数字通信技术已成为当 代通信技术的主流。
与模拟通信相比，它有如下优点： 1、抗干扰、抗噪声性能好 2、差错可控 3、易加密 4、数字通信设备和模拟通信设备相比，设计 和制造更容易，体积更小，重量更轻。 5、数字信号便于计算机处理，数字信号可以 通过信源编码进行压缩，以减少冗余度，提 高信道利用率。 6、易于与现代技术相结合。
消息出现的概率越大，则消息中包含的信息量 越小； 消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量 越大。
信息量：I information ∵ P（x）＝1 必然事件 P（x）＝0 不可能发生事件 I＝0 I＝∞
通信原理第一章小结
通信原理第一章小结通信原理是一门介绍通信系统基本原理和技术的学科。
本文将对通信原理第一章内容进行小结，包括通信系统的基本构成、模拟信号与数字信号的特点以及常用的调制技术。
一、通信系统的基本构成通信系统是由发送机、信道和接收机组成的。
发送机将信息转化为信号，并通过信道传输到接收机，接收机将信号恢复为信息。
在通信系统中，发送机的主要任务是将信息转化为便于传输的信号。
信道是信息传输的媒介，可以是有线传输线路、光纤或者无线信道等。
接收机负责将接收到的信号恢复为原始的信息。
二、模拟信号与数字信号的特点1. 模拟信号模拟信号是一种连续的信号，它的取值可以是任意的实数。
模拟信号可以通过不同的方式表示，例如电压、电流或者声音的振幅。
模拟信号具有以下特点：•连续性：模拟信号在时间和幅度上都是连续变化的。
•无失真传输：模拟信号在传输过程中不会发生形状或幅度的变化。
2. 数字信号数字信号是一种离散的信号，它的取值只能是离散的整数。
数字信号通过采样和量化将连续的模拟信号转化为离散的信号。
数字信号具有以下特点：•离散性：数字信号在时间和幅度上都是离散的。
•误差累积：数字信号在采样和量化过程中会引入误差，这些误差会随着传输的进行不断累积。
三、常用的调制技术调制是指将原始信号转换为适合传输的信号。
常用的调制技术包括模拟调制和数字调制。
1. 模拟调制模拟调制是指通过改变载波的某些参数来表示原始信号的调制技术。
常见的模拟调制技术有： - 幅度调制（AM）：通过改变载波的振幅来表示原始信号。
- 频率调制（FM）：通过改变载波的频率来表示原始信号。
- 相位调制（PM）：通过改变载波的相位来表示原始信号。
2. 数字调制数字调制是指将原始信号转换为离散的数字信号的调制技术。
常见的数字调制技术有： - 脉冲调制（PAM）：通过改变脉冲的幅度来表示数字信号。
- 正交幅度调制（QAM）：通过改变两个正交载波的幅度和相位来表示数字信号。
- 正交频分复用（OFDM）：将数字信号分成多个子载波进行传输。
《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。
通信原理第1章18158ppt课件
通信原理第1章18158教学
通信原理
第1章 绪论
2
第1章 绪论
1. 1 通信的基本概念
通信的目的：传递消息中所包含的信息。 消息：是物质或精神状态的一种反映，例如 语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像 等。 信息：是消息中包含的有效内容。 实现通信的方式和手段：
非电的：如旌旗、消息树、烽火台…
1.3.1 通信系统的分类
按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、 数据通信系统、图像通信系统 … … 按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传 输系统
调制传输系统又分为多种调制，详见书中表1-1。
按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统 按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统 按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通 信…… 按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分 12 复用
I 是 P(x) 的函数： I ＝I [P(x)] P(x) ，I ； P(x) ，I ； P(x) = 1时，I ＝ 0； P(x) = 0时，I ＝ ； I [ P ( x ) P ( x ) ] I [ P ( x )] I [ P ( x )] 1 2 1 2
8比特依次发送
01100100
0 1 1 0 0 1 0 0 串行/并行 转换器
接 收 方
优点：只需一条通信信道，节省线路铺设费用 缺点：速度慢，需要外加码组或字符同步措施
其他分类方式：
同步通信和异步通信 专线通信和网通信
15
第1章 绪论
1.4 信息及其度量
信息：是消息中包含的有效内容 如何度量离散消息中所含的信息量?
通信原理
第1章 绪论
2
第1章 绪论
1. 1 通信的基本概念
通信的目的：传递消息中所包含的信息。 消息：是物质或精神状态的一种反映，例如 语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像 等。 信息：是消息中包含的有效内容。 实现通信的方式和手段：
非电的：如旌旗、消息树、烽火台…
1.3.1 通信系统的分类
按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、 数据通信系统、图像通信系统 … … 按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传 输系统
调制传输系统又分为多种调制，详见书中表1-1。
按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统 按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统 按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通 信…… 按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分 12 复用
I 是 P(x) 的函数： I ＝I [P(x)] P(x) ，I ； P(x) ，I ； P(x) = 1时，I ＝ 0； P(x) = 0时，I ＝ ； I [ P ( x ) P ( x ) ] I [ P ( x )] I [ P ( x )] 1 2 1 2
8比特依次发送
01100100
0 1 1 0 0 1 0 0 串行/并行 转换器
接 收 方
优点：只需一条通信信道，节省线路铺设费用 缺点：速度慢，需要外加码组或字符同步措施
其他分类方式：
同步通信和异步通信 专线通信和网通信
15
第1章 绪论
1.4 信息及其度量
信息：是消息中包含的有效内容 如何度量离散消息中所含的信息量?
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 基础知识--信号、噪音和调制
对于物理可实现系统， t r t 0 时，f t 0 ，有总响应： t 0 f ht d 时域分析法示意图如下图所示：
激励 t
f
t
22
（2）频域分析法 可以将激励函数 f t 由付氏变换表示为指数函数的 （连续）和，获得系统的响应，称为傅立叶（也可用拉 普拉斯方法）方法。 我们定义特殊类型的乘积是卷积： ，则： f t f t f f t d
f 2 t ~ 激励 r2 t ~ 响应
r1 t r2 t f1 t f 2 t
r1 t r2 t f1 t f 2 t
对确定性信号通过线性时不变系统，表述激励与响 应、输入输出之间的关系有：
时域法(利用信号的时间特性) 频域性(利用信号的频率特性)
，
n 0
谱线距离渐密 趋于零
谱线长度渐小（短） 趋于零
不连续变量 趋于连续变量
16
通过积分变换，非周期性信号
f (t )
f t
的表示：
1 1 jt [ f (t )e jt dt ] e jt d F ()e d 2 2
1 2 1 2
r t lim f ht
0
f ht d
f t ht ht f t
(满足交换律)
利用卷积定理得 其中
R F H H F
2、频域冲激信号
F t e jt dt 1
F
1
0
t
t
1 jt 1 e d , 2
数字通信原理与技术(王兴亮)第 1 章绪论
带传输和频带传输。所谓基带传输是指信号没有经过调制而
直接送到信道中去传输的一种方式，而频带传输是指信号经
过调制后再送到信道中传输，收端有相应解调措施的通信系
统。
第1章
绪 论
5. 按业务的不同分
目前通信业务可分为电报、电话、 传真、 数据传输、
可视电话、 无线寻呼等。 另外从广义的角度来看，广播、
另外，通信还有其它一些分类方法，如按多地址方式可
分为频分多址通信、时分多址通信、码分多址通信等。按用
户类型可分为公用通信和专用通信等。
第1章
绪 论
1.1.3 通信方式
1. 按消息传送的方向与时间分
A 信道 B
(a )
A
信道
B
(b )
A
信道
B
(c )
图 1-1 按消息传送的方向和时间划分的通信方式 (a) 单工方式； (b) 半双工方式； (c) 全双工方式
I [ P1 ( x ) P2 ( x ) ] I [ P1 ( x )] I [ P2 ( x )
可以看出I与P(x)间应满足以上三点， 则它们有如下关系式：
I log
1
a
log
P(x)
a
P(x)
第1章
绪 论
信息量I的单位与对数的底数a有关： a=2 单位为比特(bit，简写为b)；
MHz的标准频道间隔内，可传送1920至7680路PCM数字电话。
第1章
绪 论
1.4 数字通信系统的主要性能指标
1.4.1 一般通信系统的性能指标
(1) 有效性。 指通信系统传输消息的“速率”问题， 即快慢问 题。
(2) 可靠性。 指通信系统传输消息的“质量”问题， 即好坏问 题。 (3) 适应性。 指通信系统使用时的环境条件。 (4) 经济性。 指系统的成本问题。 (5) 保密性。 指系统对所传信号的加密措施. (6) 标准性。 指系统的接口、 各种结构及协议是否合乎国家、 国际标准。 (7) 维修性。 指系统是否维修方便。
直接送到信道中去传输的一种方式，而频带传输是指信号经
过调制后再送到信道中传输，收端有相应解调措施的通信系
统。
第1章
绪 论
5. 按业务的不同分
目前通信业务可分为电报、电话、 传真、 数据传输、
可视电话、 无线寻呼等。 另外从广义的角度来看，广播、
另外，通信还有其它一些分类方法，如按多地址方式可
分为频分多址通信、时分多址通信、码分多址通信等。按用
户类型可分为公用通信和专用通信等。
第1章
绪 论
1.1.3 通信方式
1. 按消息传送的方向与时间分
A 信道 B
(a )
A
信道
B
(b )
A
信道
B
(c )
图 1-1 按消息传送的方向和时间划分的通信方式 (a) 单工方式； (b) 半双工方式； (c) 全双工方式
I [ P1 ( x ) P2 ( x ) ] I [ P1 ( x )] I [ P2 ( x )
可以看出I与P(x)间应满足以上三点， 则它们有如下关系式：
I log
1
a
log
P(x)
a
P(x)
第1章
绪 论
信息量I的单位与对数的底数a有关： a=2 单位为比特(bit，简写为b)；
MHz的标准频道间隔内，可传送1920至7680路PCM数字电话。
第1章
绪 论
1.4 数字通信系统的主要性能指标
1.4.1 一般通信系统的性能指标
(1) 有效性。 指通信系统传输消息的“速率”问题， 即快慢问 题。
(2) 可靠性。 指通信系统传输消息的“质量”问题， 即好坏问 题。 (3) 适应性。 指通信系统使用时的环境条件。 (4) 经济性。 指系统的成本问题。 (5) 保密性。 指系统对所传信号的加密措施. (6) 标准性。 指系统的接口、 各种结构及协议是否合乎国家、 国际标准。 (7) 维修性。 指系统是否维修方便。
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在图中： (a) 二进制单极性信号 (b)基带多电平单极性不归零信号 (c)基带多电平双极性不归零信号
信息传输速率和符号传输速率的关系：
Rb
为信息传输速率。 为符号传输速率。 为码元的进制数。
NB
M
频带利用率：单位频带内的传输速率
在比较不同通信系统的传输效率时，单看它们的传输速 率是不够的，还应看在这样的传输速率下所占的频带宽度。
信息传输速率：用每秒传输的信息量来衡量。单位：bit/s。
符号传输速率：单位时间内所传输的码元的数目。单位： 波特/s。
基带数字信号的基本波形
在图中，二进制信号波形有： （a）单极性波形， （b）双极性波形， （c）单极性归零波形， （e）差分波形。 （d）双极性归零波形为三元码。
二进制和多进制码元波形
f. 可传递性
h. 可压缩性 j. 可共享性
信号是信息的载体，信息是其信号载体所携带的内容。
信号的分类
（1）根据信源发出的信息形式不同分类 语音信号、图像信号、数据信号等。 （2）根据信号物理参数基本特征不同分类
模拟信号和数字信号
模拟信号：信号强度(幅度)随时间连续变化。 数字信号：信号强度(幅度)的取值是离散的。
20世纪40年代，信息的奠基人香农（C.E.Shannon）给出了信 息的明确定义，此后许多研究者从各自的研究领域出发，给出了不 同的定义。具有代表意义的表述如下： “用来消除不定性的东西”
(2）信息的基本特征
a. 可度量性 c. 可转换性 b. 可识别性 d. 可存储性
e. 可处理性
g. 可再生性 i. 可利用性 信号的感念
1.1.1 信息、信号及分类
信息的概念 （1）信息的定义 “信息”一词在英文、法文、德文、西班牙文中均是 “information”,日文中为“情报”，我国台湾称之为“资讯”， 我国古代用的是“消息”。
作为科学术语最早出现在哈特莱（R.V.Hartley）于1928年撰写 的《信息传输》一文中。
数 字 信 号
模 拟 信 号
连续信号 离散信号
1.1.2 通信系统的组成
信息传递和交换的过程称为通信。
通信技术发展史： 第一阶段：语言 第二阶段：文字、邮政 第三阶段：印刷术
第四阶段：电气通信（技术发展迅速）
第五阶段：信息时代（信源多样化，传输速率↑，存储 量↑，信号处理复杂…）
课程相关内容和要求
数字通信基本理论和技术 侧重于数字通信传输体制和数字信号传输的技术问题 课堂和实验课均要抽点名，5次缺课（不含请假）取消期末考试资格 上课请关闭手机铃声，禁止喧哗 期末考试闭卷考，卷面分+平时分 平时分包括：点名情况、实验报告、课堂积极性、作业等
第一章 概述
1.1 数字通信系统的基本概念 1.2 数字通信的特点 1.3 数字通信系统的主要性能指标 1.4 数字通信技术的发展概况
光纤
光纤是光导纤维的简写，是一种由玻璃或塑料制成的纤维，可作为光传导工具。传 输原理是‘光的全反射’。前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham首 先提出光纤可以用于通讯传输的设想，高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖。
无线信道
对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻，对于无线电波而言， 它从发送端传送到接收端，其间并没有一个有形的连接，它的传播路径也有可能 不只一条，但是我们为了形象地描述发送端与接收端之间的工作，我们想象两者 之间有一个看不见的道路衔接，把这条衔接通路称为无线信道。 微波频率：300MHZ-300GHZ
按照范围分，信道可以分为狭义的信道和广义的信道
广义信道
编码器输出
调 制 器
发 转 换 器
媒 质 调制信道 编码信道
收 转 换 器
解 调 器
解调器输出
双绞线电缆
双绞线电缆是将一对或一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中而形 成的一种传输介质，是目前局域网最常用到的一种布线材料。为了降 低信号的干扰程度，电缆中的每一对双绞线一般是由两根绝缘铜导线 相互扭绕而成，双绞线也因此而得名。
数字通信系统构成模型：
第一章 概述
1.1 数字通信系统的基本概念 1.2 数字通信的特点 1.3 数字通信系统的主要性能指标 1.4 数字通信技术的发展概况
1.2 数字通信的特点
1、抗干扰能力强，无噪声积累 2、便于加密处理 3、利于采用时分复用实现多路通信 4、设备便于小型化
5、占用频带宽
抗干扰能力强，无噪声积累
通信系统的一般模型
噪声源
信源
变换器
信道
反变换器
信宿
图1 .4通信系统模型
通信系统模型： （1）信源：信息的发出者。 （2）变换器：将信源发出的信息变换成适合在信道 上传输的信号。 （3）信道：信号的传输通道。 （4）反变换器：与变换器的功能相反。 （5）信宿：信息传送的终点。
（6）噪声源：在终端和通信过过程中的噪声的总和。
能量损耗模型
电波传播模式：空间波、地表面波和天波
噪声源
模型中噪声源是一个集中表现方式
按照统计特性分为高斯噪声和白噪声 信噪比是衡量传输系统性能的重要指标之一
1.1.3 模拟通信和数字通信
1、模拟通信：
信源发出的信息经变换器变换和处理后，送往信道上的是模 拟信号的通信系统称为模拟通信系统。
2、数字通信： 基本概念：信源发出的信息经变换处理后，送往信道上的是 数字信号的通信系统称为数字通信系统。
Ø比特误码率测试器安伦（2）信号抖动 在数字通信系统中，信号的抖动是数字信号码相对于 标准位置的随机偏移，其示意图如图所示。
t 信号抖动示意图
第一章 概述
1.1 数字通信系统的基本概念 1.2 数字通信的特点 1.3 数字通信系统的主要性能指标 1.4 数字通信技术的发展概况
数字通信技术的趋势
便于加密处理
第一章 概述
1.1 数字通信系统的基本概念 1.2 数字通信的特点 1.3 数字通信系统的主要性能指标 1.4 数字通信技术的发展概况
1.3.1 有效性指标：
在数字通信中衡量系统传输能力的重要指标，常用比特率 和波特率表示。对于任何形式的数字传输，接收机必须知道 发射机发送的信息速率。在基带传输系统中用比特率表示传 输的信息速率。
可传输数字信号和模拟信号 信道传输特性呈低通特性。
同轴电缆
同轴电缆(Coaxial Cable)是指有两个同心导体，而导体和屏蔽层又共用同 一轴心的电缆。最常见的同轴电缆由绝缘材料隔离的铜线导体组成，在里层绝 缘材料的外部是另一层环形导体及其绝缘体，然后整个电缆由聚氯乙烯或特氟 纶材料的护套包住。 同样具备低通型特性，频带较宽。
1. 向着小型化、智能化方 向发展
2. 向着数字处理技术的开 发应用发展
3. 向着用户数字化发展 4. 向着高速大容量发展
总结
模拟信号与数字信号的特点
数字通信的特点 数字通信抗干扰性强，无噪声积累
作业： 教材P15， 1-5、1-6
即：
符号传输速率 （Bd / Hz ) 频带宽度
信息传输速率 （bit / s / Hz ) 频带宽度
或：
1.3.2 可靠性指标
（1）误码率
发生误码的个数n Pe lim 传输总码数N N
Ø
误码率是多次统计 结果的平均值，所以 这里指的是平均误码 率。 误码率的大小由 传输系统特性、信道 质量及系统噪声等因 素决定。