通信原理 课件 北邮版
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▲ 两者间关系：
Rb = RBNlog2 N (bit/s)
• 差错率：以误码率及误信率衡量
▲ 误码率（码元差错率） Pe ：是指发生差错的 码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切 地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概 率
错误码元数 pe 传输总码元数
• 差错率：以误码率及误信率衡量。 ▲ 误信率（信息差错率、误比特率） Pb ： 是指发生差错的比特数在传输总比特 数中所占的比例， 即
通信系统模型
• 通信系统
▲ 传递或交换信息所需的一切技术设备的整体
• 基本的点对点通信
▲ 把发送端的消息传送到接收端 ▲ 可用通信系统一般模型概括
• 通信系统分类 • 典型通信系统
通信系统一般模型
• 通信系统
▲ 传递或交换信息所需的一切技术设备的整体
信源
发送设备
发送端
信道 噪声
接收设备
信宿
接收端
■ 通常，一般远距离数字通信都采用这种传输 方式
• 数字通信中,按照数字信号码元排列方 法的不同，可分为：
▲ 并行传输：将数字信号码元分割成两路或 两路以上的数字信号码元序列同时在信道 中传输。
■ 节省传输时间，但需要传输信道多，设备复杂， 成本高， 故较少采用。
■ 一般适用于计算机和其他高速数字系统，特 别适用于设备之间的近距离通信
• 基带信号 • 已调信号/频带信号：
▲ 携带有消息 ▲ 适应在信道中传输
数字通信系统
• 数字通信系统可细分为
▲数字频带传输通信系统 ▲数字基带传输通信系统 ▲模拟信号数字化传输通信系统
数字频带通信系统
信 息 源
加 密 器
编调 码制 器器
信 道
解 调 器
译解 码密 器器
受 信 者
噪 声 源
数字频带通信系统模型
模拟通信系统
• 模拟通信系统传输的是模拟信号
信息源
调制器
信道
解调器
受信者
噪声源
模拟通信系统模型
模拟通信系统
• 模拟通信系统传输的是模拟信号 • 需要两种变换：
▲ 发送端：连续消息要变换成原始电信号； 接收端：收到的信号要反变换成连续消息
▲ 调制与解调：将原始电信号变换成其频带适合信 道传输的信号（调制），并在接收端进行反变 换 （解调）
传递和交换信息
• 通信回顾
消息、信息与信号
• 消息：是指为人所感知的语音、文字、图形、 图象、符号等内容
• 信息：是消息中包含的有意义的内容 • 信号：是消息的具体表现形式或消息的载体，
通常是指随时间表现的物理量
• 三者关系：
消息、信号是具体的概念，信息是抽象的概念； 消息是信息的载体，而信号又是消息的载体，是
错误比特数 pb 传输总比特数
▲ 在二进制中有 Pb = Pe
■ 单位：波特，常用“B”表示 ■ 标识符：RB2（二进制）RBN（N进制） ■ 二进制与N进制转换关系：
RB2 = RBNlog2N (B)
• 传输速wenku.baidu.com：通常以码元传输速率和信 息传输速率来衡量
▲ 信息传输速率：
■ 每秒钟传输的信息量，又称信息速率或传信 率
■ 单位：比特/秒，（bit/s或bps） ■ 标识符：Rb
▲ 频带（调制）传输，即将各种信号调制 后传输
• 按信号性质分类： ▲ 模拟通信系统 ▲ 数字通信系统
• 按传输媒介分类： ▲ 有线通信 ▲ 无线通信
• 按信号复用方式分类： ▲ 频分复用 ▲ 时分复用 ▲ 码分复用
有线通信 无线通信
有线电通信
双绞线 同轴电缆
光纤通信
短波通信
微波通信 卫星通信
同步卫星
通信系统的一般模型
信源（信息源）
• 信源是发出信息的源。电话机、电视摄 像机和电传机、计算机等各种数字终端 设备就是信源
• 信源的作用是将各种可能的消息转换成 原始的电信号，称为消息信号或基带信 号
• 信源可以是数字信源，输出离散的数字 信号；也可以是模拟信源，输出模拟信 号
发送设备
• 发送设备：将信源和信道匹配起来，即将信 源产生的原始电信号（基带信号）变换成适 合在信道中传输的信号
■ 使用同一载频的对讲机，收发报机以及问询、 检索、科学计算等数据通信
• 对于点对点通信，按传送方向与时间关 系，通信方式可分为：
▲ 全双工通信， 是指通信双方可同时进行收 发消息的工作方式。一般情况全双工通信 的信道必须是双向信道
■ 普通电话、手机都是最常见的全双工通信方 式， 计算机之间的高速数据通信也是这种方 式
• 可靠性用接收端最终输出信噪比来度量。 不同调制方式在同样信道信噪比下所得 到的最终解调后的信噪比是不同的
数字通信系统主要性能指标
• 有效性可用传输速率来衡量 • 可靠性可用差错率来衡量
• 传输速率：通常以码元传输速率和信 息传输速率来衡量
▲ 码元传输速率：
■ 每秒钟传输码元的个数，又称码元速率或传 码率
• 会话层：允许用户使用简单易记的名称建立 连接
• 传输层：提供终端到终端的可靠连接 • 网络层：使用权数据路由经过大型网络 • 数据链路层：决定访问网络介质的方式
• 物理层：将数据转换为可通过物理介质传送 的电子信号
1.1 通信基本概念
• 消息、信息与信号 • 通信基本概念
▲ 通信就是信息的传输与交换 ▲ 通信表现为消息的传递 ▲ 通信最终目的是有效和可靠地获取、
• 变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的 场合，调制是最常见的变换方式
• 发送设备还包括为达到某些特殊要求而进行 的种种处理，如多路复用、保密处理、纠错 编码处理等等
信道
• 信道：信号传输的通道，可以是有线的， 也可以是无线的，甚至还可以包含某些 设备
• 信道既给信号以通路，也要对信号产生 各种干扰和噪声
串行传输与并行传输示意图
串序传输
通信系统主要性能指标
• 有效性和可靠性
▲ 有效性是指在给定信道内所传输的信息内 容的多少，或者说是传输的“速度”问题
▲ 可靠性是指接收信息的准确程度，也就是 传输的“质量”问题
▲ 这两个问题相互矛盾而又相对统一，通常 还可以进行互换
模拟通信系统主要性能指标
• 有效性可用有效传输频带来度量，同样 的消息用不同的调制方式，则需要不同 的频带宽度
通信方式
• 对于点对点通信，按传送方向与时间关 系，通信方式可分为：
▲ 单工通信， 是指消息只能单方向传输的 工作方式， 因此只占用一个信道
■ 广播、遥测、遥控、无线寻呼等
• 对于点对点通信，按传送方向与时间关 系，通信方式可分为：
▲ 半双工通信，是指通信双方都能收发消息， 但不能同时进行收和发的工作方式
• 对于多路复用信号，还包括解除多路复 用，实现正确分路
信宿（受信者）
• 信宿是传输信息的归宿点
▲ 其作用是将复原的原始信号转换成相应的 消息
通信系统分类
• 按消息的形式分类：
▲ 电报通信系统 ▲ 电话通信系统 ▲ 数据通信系统 ▲ 图像通信系统
• 按是否采用调制分类：
▲ 基带传输，即将未经调制的信号直接传 送；
▲ 通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统
• 数字通信主要特点
▲ 抗干扰能力强
▲ 由于数字通信传输一般采用二进制码，所以可使 用计算机对数字信号进行处理
▲ 在数字通信中，各种消息(模拟的和离散的)都可变 成统一的数字信号进行传输
▲ 数字信号易于加密处理，所以数字通信保密性强
▲ 数字通信的缺点是比模拟信号占带宽
5. 数字信号的基 带传输
6. 数字信号的频 带传输
7. 信源与信源 编码
8. 信道 9. 信道编码
10. 正交码与伪 随机码
11. 通信网的基 本知识
第1讲 绪 论
第1讲 绪 论
• 通信的基本概念 • 通信系统模型与分类 • 通信方式 • 通信系统主要性能指标
OSI网络模型
• 应用层：用户的应用程序和网络之间的接口 • 表示层：协商数据交换格式
具体表现的物理参量
通信回顾
• 古代的烽火台：夜晚点火或白天点狼烟 表示有敌人入侵,无火或无狼烟表示平安 无事 (二进制数据通信)
• 海军的旗语是用两只手的握旗姿势表示 A-Z等符号（多进制数据通信）
• 我国通信事业的起点：李鸿章时代的洋 务运动时代，以四个阿拉伯数字表示一 个汉字的电报
通信回顾
• 一个多世纪以来，通信可以大致划分三 个阶段： ▲1838年电报开始的通信的初级阶段 ▲1948年香农信息论开始的近代通信阶 段 ▲80年代以后的光纤通信应用、综合业 务数字网的崛起的现代通信阶段
数字通信原理 Digital Communication Theory
主讲： 李 波 电话： 87114709 e-mail：Leebo@scut.edu.cn
教学安排
• 总学时：64+18课时 • 课堂教学：64课时，每次2课时，
每周二次 • 实验：18课时 • 共计16个教学周
主要内容
1. 绪论 2. 确定信号分析 3. 随机过程 4. 模拟通信系统
• 传输媒介的固有特性和干扰直接关系到 通信的质量
噪声源
• 噪声源不是人为加入的设备，而是通信 系统中各种设备以及信道所固有的
• 噪声的来源多样：内部噪声和外部噪声 • 外部噪声往往是从信道引入的，因此，
为了分析方便，把噪声源视为各处噪声 的集中表现而抽象加入到信道
接收设备
• 接收设备：完成发送设备的反变换（解 调、译码、解码等），即从带有干扰的 信号中正确恢复出原始电信号来
• 在多数场合下，信源兼为信宿
• 这时通信双方都要有发送和接收设备， 并需要各自的传输媒质，如果通信双方 共用一个信道，就必须用频率或时间分 割的方法来共享信道。因此，通信过程 中涉及通信方式与信道共享问题
通信方式示意图
• 数字通信中,按照数字信号码元排列方 法的不同，可分为：
▲ 串行传输：将数字信号码元序列按时间顺 序一个接一个地在信道中传输
红外线通信 中、低轨道卫星
典型通信系统
• 消息的传递是通过它的物质载体——电 信号来实现的
▲ 即把消息寄托在电信号的某一参量上（如 连续波的幅度、频率或相位； 脉冲波的幅 度、宽度或位置）
• 按信号参量的取值方式不同可把信号分 为模拟信号和数字信号
• 模拟信号
➢ 凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个 值的，且直接与消息相对应的信号，均称 为模拟信号（如，电话机送出的语音信号、 电视摄像机输出的图像信号）
➢ 数字信号有时也称离散信号，这个离散是 指信号的某一参量是离散变化的
• 数字信号波形 (a) 二进制波形； (b) 2PSK波形
f (nT )
1 00 1 101 1 10 01
O
t
(a)
数字信息
001110 0 1
PSK波形
(b)
• 按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号， 相应地：
▲ 通信分成模拟通信和数字通信
➢ 模拟信号有时也称连续信号，这个连续是 指信号的某一参量可以连续变化，或者说 在某一取值范围内可以取无穷多个值
• 模拟信号波形： (a) 连续信号 (b) 抽样信号
f (t)
O
t
(a)
f (nT )
PAM信号
O
t
(b)
• 数字信号
➢ 凡信号参量只能取有限个值，并且常常不 直接与消息相对应的信号，均称为数字信 号（如：电报信号、计算机输入/输出信号、 PCM信号）
Rb = RBNlog2 N (bit/s)
• 差错率：以误码率及误信率衡量
▲ 误码率（码元差错率） Pe ：是指发生差错的 码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切 地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概 率
错误码元数 pe 传输总码元数
• 差错率：以误码率及误信率衡量。 ▲ 误信率（信息差错率、误比特率） Pb ： 是指发生差错的比特数在传输总比特 数中所占的比例， 即
通信系统模型
• 通信系统
▲ 传递或交换信息所需的一切技术设备的整体
• 基本的点对点通信
▲ 把发送端的消息传送到接收端 ▲ 可用通信系统一般模型概括
• 通信系统分类 • 典型通信系统
通信系统一般模型
• 通信系统
▲ 传递或交换信息所需的一切技术设备的整体
信源
发送设备
发送端
信道 噪声
接收设备
信宿
接收端
■ 通常，一般远距离数字通信都采用这种传输 方式
• 数字通信中,按照数字信号码元排列方 法的不同，可分为：
▲ 并行传输：将数字信号码元分割成两路或 两路以上的数字信号码元序列同时在信道 中传输。
■ 节省传输时间，但需要传输信道多，设备复杂， 成本高， 故较少采用。
■ 一般适用于计算机和其他高速数字系统，特 别适用于设备之间的近距离通信
• 基带信号 • 已调信号/频带信号：
▲ 携带有消息 ▲ 适应在信道中传输
数字通信系统
• 数字通信系统可细分为
▲数字频带传输通信系统 ▲数字基带传输通信系统 ▲模拟信号数字化传输通信系统
数字频带通信系统
信 息 源
加 密 器
编调 码制 器器
信 道
解 调 器
译解 码密 器器
受 信 者
噪 声 源
数字频带通信系统模型
模拟通信系统
• 模拟通信系统传输的是模拟信号
信息源
调制器
信道
解调器
受信者
噪声源
模拟通信系统模型
模拟通信系统
• 模拟通信系统传输的是模拟信号 • 需要两种变换：
▲ 发送端：连续消息要变换成原始电信号； 接收端：收到的信号要反变换成连续消息
▲ 调制与解调：将原始电信号变换成其频带适合信 道传输的信号（调制），并在接收端进行反变 换 （解调）
传递和交换信息
• 通信回顾
消息、信息与信号
• 消息：是指为人所感知的语音、文字、图形、 图象、符号等内容
• 信息：是消息中包含的有意义的内容 • 信号：是消息的具体表现形式或消息的载体，
通常是指随时间表现的物理量
• 三者关系：
消息、信号是具体的概念，信息是抽象的概念； 消息是信息的载体，而信号又是消息的载体，是
错误比特数 pb 传输总比特数
▲ 在二进制中有 Pb = Pe
■ 单位：波特，常用“B”表示 ■ 标识符：RB2（二进制）RBN（N进制） ■ 二进制与N进制转换关系：
RB2 = RBNlog2N (B)
• 传输速wenku.baidu.com：通常以码元传输速率和信 息传输速率来衡量
▲ 信息传输速率：
■ 每秒钟传输的信息量，又称信息速率或传信 率
■ 单位：比特/秒，（bit/s或bps） ■ 标识符：Rb
▲ 频带（调制）传输，即将各种信号调制 后传输
• 按信号性质分类： ▲ 模拟通信系统 ▲ 数字通信系统
• 按传输媒介分类： ▲ 有线通信 ▲ 无线通信
• 按信号复用方式分类： ▲ 频分复用 ▲ 时分复用 ▲ 码分复用
有线通信 无线通信
有线电通信
双绞线 同轴电缆
光纤通信
短波通信
微波通信 卫星通信
同步卫星
通信系统的一般模型
信源（信息源）
• 信源是发出信息的源。电话机、电视摄 像机和电传机、计算机等各种数字终端 设备就是信源
• 信源的作用是将各种可能的消息转换成 原始的电信号，称为消息信号或基带信 号
• 信源可以是数字信源，输出离散的数字 信号；也可以是模拟信源，输出模拟信 号
发送设备
• 发送设备：将信源和信道匹配起来，即将信 源产生的原始电信号（基带信号）变换成适 合在信道中传输的信号
■ 使用同一载频的对讲机，收发报机以及问询、 检索、科学计算等数据通信
• 对于点对点通信，按传送方向与时间关 系，通信方式可分为：
▲ 全双工通信， 是指通信双方可同时进行收 发消息的工作方式。一般情况全双工通信 的信道必须是双向信道
■ 普通电话、手机都是最常见的全双工通信方 式， 计算机之间的高速数据通信也是这种方 式
• 可靠性用接收端最终输出信噪比来度量。 不同调制方式在同样信道信噪比下所得 到的最终解调后的信噪比是不同的
数字通信系统主要性能指标
• 有效性可用传输速率来衡量 • 可靠性可用差错率来衡量
• 传输速率：通常以码元传输速率和信 息传输速率来衡量
▲ 码元传输速率：
■ 每秒钟传输码元的个数，又称码元速率或传 码率
• 会话层：允许用户使用简单易记的名称建立 连接
• 传输层：提供终端到终端的可靠连接 • 网络层：使用权数据路由经过大型网络 • 数据链路层：决定访问网络介质的方式
• 物理层：将数据转换为可通过物理介质传送 的电子信号
1.1 通信基本概念
• 消息、信息与信号 • 通信基本概念
▲ 通信就是信息的传输与交换 ▲ 通信表现为消息的传递 ▲ 通信最终目的是有效和可靠地获取、
• 变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的 场合，调制是最常见的变换方式
• 发送设备还包括为达到某些特殊要求而进行 的种种处理，如多路复用、保密处理、纠错 编码处理等等
信道
• 信道：信号传输的通道，可以是有线的， 也可以是无线的，甚至还可以包含某些 设备
• 信道既给信号以通路，也要对信号产生 各种干扰和噪声
串行传输与并行传输示意图
串序传输
通信系统主要性能指标
• 有效性和可靠性
▲ 有效性是指在给定信道内所传输的信息内 容的多少，或者说是传输的“速度”问题
▲ 可靠性是指接收信息的准确程度，也就是 传输的“质量”问题
▲ 这两个问题相互矛盾而又相对统一，通常 还可以进行互换
模拟通信系统主要性能指标
• 有效性可用有效传输频带来度量，同样 的消息用不同的调制方式，则需要不同 的频带宽度
通信方式
• 对于点对点通信，按传送方向与时间关 系，通信方式可分为：
▲ 单工通信， 是指消息只能单方向传输的 工作方式， 因此只占用一个信道
■ 广播、遥测、遥控、无线寻呼等
• 对于点对点通信，按传送方向与时间关 系，通信方式可分为：
▲ 半双工通信，是指通信双方都能收发消息， 但不能同时进行收和发的工作方式
• 对于多路复用信号，还包括解除多路复 用，实现正确分路
信宿（受信者）
• 信宿是传输信息的归宿点
▲ 其作用是将复原的原始信号转换成相应的 消息
通信系统分类
• 按消息的形式分类：
▲ 电报通信系统 ▲ 电话通信系统 ▲ 数据通信系统 ▲ 图像通信系统
• 按是否采用调制分类：
▲ 基带传输，即将未经调制的信号直接传 送；
▲ 通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统
• 数字通信主要特点
▲ 抗干扰能力强
▲ 由于数字通信传输一般采用二进制码，所以可使 用计算机对数字信号进行处理
▲ 在数字通信中，各种消息(模拟的和离散的)都可变 成统一的数字信号进行传输
▲ 数字信号易于加密处理，所以数字通信保密性强
▲ 数字通信的缺点是比模拟信号占带宽
5. 数字信号的基 带传输
6. 数字信号的频 带传输
7. 信源与信源 编码
8. 信道 9. 信道编码
10. 正交码与伪 随机码
11. 通信网的基 本知识
第1讲 绪 论
第1讲 绪 论
• 通信的基本概念 • 通信系统模型与分类 • 通信方式 • 通信系统主要性能指标
OSI网络模型
• 应用层：用户的应用程序和网络之间的接口 • 表示层：协商数据交换格式
具体表现的物理参量
通信回顾
• 古代的烽火台：夜晚点火或白天点狼烟 表示有敌人入侵,无火或无狼烟表示平安 无事 (二进制数据通信)
• 海军的旗语是用两只手的握旗姿势表示 A-Z等符号（多进制数据通信）
• 我国通信事业的起点：李鸿章时代的洋 务运动时代，以四个阿拉伯数字表示一 个汉字的电报
通信回顾
• 一个多世纪以来，通信可以大致划分三 个阶段： ▲1838年电报开始的通信的初级阶段 ▲1948年香农信息论开始的近代通信阶 段 ▲80年代以后的光纤通信应用、综合业 务数字网的崛起的现代通信阶段
数字通信原理 Digital Communication Theory
主讲： 李 波 电话： 87114709 e-mail：Leebo@scut.edu.cn
教学安排
• 总学时：64+18课时 • 课堂教学：64课时，每次2课时，
每周二次 • 实验：18课时 • 共计16个教学周
主要内容
1. 绪论 2. 确定信号分析 3. 随机过程 4. 模拟通信系统
• 传输媒介的固有特性和干扰直接关系到 通信的质量
噪声源
• 噪声源不是人为加入的设备，而是通信 系统中各种设备以及信道所固有的
• 噪声的来源多样：内部噪声和外部噪声 • 外部噪声往往是从信道引入的，因此，
为了分析方便，把噪声源视为各处噪声 的集中表现而抽象加入到信道
接收设备
• 接收设备：完成发送设备的反变换（解 调、译码、解码等），即从带有干扰的 信号中正确恢复出原始电信号来
• 在多数场合下，信源兼为信宿
• 这时通信双方都要有发送和接收设备， 并需要各自的传输媒质，如果通信双方 共用一个信道，就必须用频率或时间分 割的方法来共享信道。因此，通信过程 中涉及通信方式与信道共享问题
通信方式示意图
• 数字通信中,按照数字信号码元排列方 法的不同，可分为：
▲ 串行传输：将数字信号码元序列按时间顺 序一个接一个地在信道中传输
红外线通信 中、低轨道卫星
典型通信系统
• 消息的传递是通过它的物质载体——电 信号来实现的
▲ 即把消息寄托在电信号的某一参量上（如 连续波的幅度、频率或相位； 脉冲波的幅 度、宽度或位置）
• 按信号参量的取值方式不同可把信号分 为模拟信号和数字信号
• 模拟信号
➢ 凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个 值的，且直接与消息相对应的信号，均称 为模拟信号（如，电话机送出的语音信号、 电视摄像机输出的图像信号）
➢ 数字信号有时也称离散信号，这个离散是 指信号的某一参量是离散变化的
• 数字信号波形 (a) 二进制波形； (b) 2PSK波形
f (nT )
1 00 1 101 1 10 01
O
t
(a)
数字信息
001110 0 1
PSK波形
(b)
• 按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号， 相应地：
▲ 通信分成模拟通信和数字通信
➢ 模拟信号有时也称连续信号，这个连续是 指信号的某一参量可以连续变化，或者说 在某一取值范围内可以取无穷多个值
• 模拟信号波形： (a) 连续信号 (b) 抽样信号
f (t)
O
t
(a)
f (nT )
PAM信号
O
t
(b)
• 数字信号
➢ 凡信号参量只能取有限个值，并且常常不 直接与消息相对应的信号，均称为数字信 号（如：电报信号、计算机输入/输出信号、 PCM信号）