数字通信-课件

Viterbi等人，卷积码及译码
Ungerboeck，Fony，Wei，1982～1987，网格编码
调制TCM
Berrou，1993，Turbo码和迭代译码
13
1.4 数字通信发展的回顾与展望
在过去的半个世纪以来：
数字传输需求的增长 大规模集成电路的发展
2
本课程研究的主要内容
介绍数字通信系统分析和设计基础的基本原理，介 绍数字通信技术发展的新成果；
研究内容包括：数字形式的信息从信源到一个或多 个目的地的传输问题。
先修课程： 通信原理；概率论和随机过程等 参考教材： Digital communication， Proakis，
电子工业出版社
3
பைடு நூலகம்
第1章
结论：
当带宽限于 w Hz 时，最大脉冲速率是 2w 脉冲/秒 采用脉冲形状 g (t )
sin(2 wt ) ，可以达到此脉冲速率。 2 wt 10
1.4 数字通信发展的回顾与展望
带限信号的抽样定理： 带宽为w的信号可以用以奈奎斯特速率抽样的样值s(nT) 通过下列插值公式重构：
n sin2wt n / 2w s(t ) s 2w 2wt n / 2w n
成果： 最佳线性滤波器 —— 在均方近似意义上的最佳 Shannon 1948
信息论 奠定了信息传输的数学基础，导出了数字通信 系统的基本限制。
信道容量：
（在高斯白噪声下）
P C W log 2 1 WN 0
bit/s
Shannon信道最大传输极限一直作为通信系统设计的基准。
s( t )
线性滤波器 c( t )
r(t)=s(t)c(t)+n(t) n(t)
信道
特点：
适用于对传输信号带宽有限制的信道 采用滤波器保证传输信号不超过规定的带宽限制
8
1.3 通信信道的数学模型
线性时变滤波器信道
线性时变 滤波器 c(τ,t )
s(t)
r (t ) s(t ) c( , t ) n(t )
解决途径之一：通过增加发送信号功率来减小噪声的影响
限制条件： 发送信号功率
信道带宽
限制了在任何通信信道 上能可靠传输的数据量
6
1.3 通信信道的数学模型
通信系统的分析设计中，用数学模型来反映传输媒质最重要的特征。
内部因素 —— 加性噪声（热噪声） 外部因素 —— 其它噪声和干扰源
三种常用的信道模型
信道
n(t)
c( , t ) s(t )d n(t )


特点： 考虑到了发送信号的时变多径效应
例：移动通信中的多径传播
时变冲激响应 接收信号：
c( , t ) ak (t ) (t k )
k 1 L
（如：水声信道， 电离层无线信道等）
L条传播路径
r (t ) ak (t )s(t k ) n(t )
k 1
L
9 由L个路径分量组成
1.4 数字通信发展的回顾与展望
电通信 —— 最早起源于电报 S.Morse，1837 现代数字通信：起源于Nyquist的研究，1924
在给定带宽的电报信道上，最大信号传输速率？
s(t ) an g (t nT )
n
发送信号
要解决的问题：
1. 抽样点上无 ISI 的最大比特率？ 2. 最佳脉冲形状？
电线、电缆 （以电信号形式传输）
光纤
自由空间 其它媒质
（以光信号形式传输）
（以电磁波形式传输） （磁带、磁盘、光盘）
水下海洋信道 （以声波形式传输）
特征： 无论用什么媒质来传输信息，发送信号都要随机地
受到各种可能机理的恶化。 共性问题 —— 加性噪声 其它噪声和干扰源 信道损伤（如信号衰减, 失真, 多径效应等）
数字通信系统的组成
绪论
通信信道的特征及数学模型
数字通信发展的回顾与展望
1.1 数字通信系统的组成
模拟信源(音频,视频), 数字信源(计算机,电传机)
输入 信号
以受控方式引入冗余, 克服信道噪声和干扰
将二进制信息序列 映射为信号波形
信源和 输入变换器
信源 编码器
不产生冗余
信道 编码器
码率: k/n
Digital Communications
本课程的研究背景
信息技术快速发展的动因和特点
计算机技术、数字通信技术（特别是宽带移动无线通信
技术）的快速发展；
计算机网络、通信网络（包括移动无线网络）相互融合； 各种类型的数字通信网是互联网的载体。
数字通信：
从网络的物理层上研究数字信号的传输机理及其可靠性 和有效性。为建立可靠和高效的互联网提供坚实的物理基 础
加性噪声信道
信道
特点： r(t)=as(t)+n(t)
发送信号 s( t ) 被加性
随机噪声过程 n( t ) 恶化
噪声统计地表征为高
s( t ) n(t)
斯噪声过程
简单、适用面广、数
学上易于处理
7 是最常用、最主要的信道模型
1.3 通信信道的数学模型
线性滤波器信道
（带有加性噪声的线性滤波器）
Hartley
1928
多进制数据通信（用多幅度电平在带限信道上传输数据）
结论：
当最大的信号幅度限于Amax（固定功率限制），且幅度分辨 率为Aδ时，存在一个能在带限信道上可靠通信的最大数据速率。
11
1.4 数字通信发展的回顾与展望
Kolmogorov & Winer 1939～1942
解决了在加性噪声n( t ) 存在的情况下，从接收信号 r( t )=s( t ) + n( t ) 中估计信号波形s( t ) 的问题
数字 调制器
将信源输出变换为二进制数字 序列. 输出:二进制数字序列
输出 信号
连接发送机和接收 机的物理媒质
信道
输出 变换器
信源 译码器
指标:失真
信道 译码器
指标:误码率
数字 解调器
将接收波形还原 成数字序列
5
重构原始信号
依据信道编码规则重 构出初始的信息序列
1.2 通信信道及其特征
通信信道
类型：
12
1.4 数字通信发展的回顾与展望
随后的几十年中，尤其是在编码领域，人们开始向 逼近Shannon极限进行了不懈的努力：
Hamming，1950，纠错和纠错编码的经典研究 Muller，Reed，Solomen，1960，新的分组码 Fony，1966，级连码 Bose-Chaudhuri-Hocquenghem，BCH码