数字通信原理-第一章.ppt

2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,前 言 -克服地域、时空障碍，迅速、及时地传递信息是通信的基本任务。 人类社会要进行信息交流就离不开通信，通信是推动人类社会文 明进步与发展的巨大动力。现代的人类社会已进入信息时代，现代 通信系统就是信息时代的生命线。由于人们要进行交换的信息已不 再是单一的电话业务，而是集声、图、文为一体的综合性的多种信 息服务，因此现代通信网应是一个综合业务数字网。为适应世界性 的政治与经济活动的需要，人们已经建立起世界性的全球通信网， 现代通信已成为最重要的信息技术服务。,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,第一章 绪 论 本章要点： 通信系统的组成及分类 数字通信的主要特点和主要技术 数字通信的性能指标,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,第一节 通信技术的发展与信息 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）,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,第二节 通信系统的组成和分类,通信系统的一般模型,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,信源和信宿 信源是发出信息的源，信宿是传输信息的归宿点。 发送设备 发送设备的基本功能是信源和传输媒介匹配起来，即将信源产生的消息信号变换为便于传送的信号形式，送往传输媒介。,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,信道 信道是指传输信号的通道，从发送设备到接收设备之间信号传递所经过的媒介。 接收设备 接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解码等等。它的任务是从带有干扰的信号中正确恢复出原始消息来。,2019年11月5日,电信学院通信教研室,广 义 信 道,2019年11月5日,电信学院通信教研室,通信系统除了完成信息传递之外，还必须进行信息交换。传输系统和交换系统共同组成一个完整的通信系统，乃至通信网络。现代交换系统都使用自动交换机，能自动接续电话呼叫或数据呼叫。,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,通信系统的分类： 1. 按通信的业务和用途分类 根据通信的业务和用途分类，有常规通信和控制通信等。其中常规通信又分为话务通信和非话务通信。控制通信则包括遥测、遥控、遥信和遥调通信等，如雷达数据通信和遥测、遥控指令通信等。,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,1. 按调制方式分类 根据是否采用调制，可将通信系统分为基带传输和调制传输。 基带传输是将未经调制的信号直接传送，如音频市内电话、数字信号基带传输等。 调制传输是对各种信号变换方式后传输的总称。,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,调制的目的： (1)便于信息的传输 (2)改变信号占据的带宽 (3)改善系统性能,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,3. 按传送信号的特征分类 按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地把通信系统分为两类，即模拟通信系统和数字通信系统。,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,模拟信号与数字信号,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,4. 按信号的复用方式分类 传送多路信号有三种复用方式，即频分复用、时分复用、码分复用。 5. 按传输媒介分类 通信系统可分为有线(包括光纤)和无线通信两大类。,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,6. 关于点对点通信，按传送方向与时间关系，通信方式可分为： 单工通信 消息只能单向传输，如：遥测 半双工通信 指通信双方都能收发消息，但不能同时进行，如：使用同一载频工作的无线电机。 全双工通信 指通信双方可同时进行收发消息的工作方式，如普通电话。 通信方式示意图 ：,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,（单工通信）,（半双工通信）,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,发端,收端,正向数据信道,（全双工通信）,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,7. 按照数字信号码元排列方法的不同 ，可分为： 串序传输：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。 并序传输：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。 串序与并序传输示意图：,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,串序传输：,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,并序传输：,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,数字通信系统模型,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,通信系统的组成 信源: 可以是模拟信源，也可以是数字 信源(离散信源)。 信源编码: 对模拟信号进行A/D变换和压缩，对数字信号进行压缩。 信道编码: 提高通信可靠性，Pe Pe 。 调制器: 作用同模拟通信。 发、收滤波器: 作用同模拟通信，且使系统无码间串扰。,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,同步器: 使收发信机步调一致地工作以正确传输信息。 在实际通信系统中，可以根据具体情况省略掉上图中的某些单元。若无调制解调器则为数字基带系统。 与模拟通信类似，在多路数字通信系统中除采用上述数字传输技术外还需采用复用技术，在通信网中还需采用交换技术及网络技术。目前在数字通信系统中常用的复用技术是FDM和TDM(时分复用)。,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,数字通信的主要特点： 无噪声积累，能保证较高的通信质量 便于加密处理 数字信号便于直接与计算机接口形成智能网,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,高度的灵活性和通用性 设备便于集成化、微型化 但是，数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的系统频带为代价而换取得，并且数字通信对同步要求高，系统设备比较复杂。,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,由于数字通信的一系列优点，人们熟悉的短波通信、微波通信以及迅速发展的移动通信、卫星通信、光纤通信等都向数字化方向发展。随着微电子技术和计算机技术的迅速发展和广泛应用，数字通信将在今后的通信方式中取代模拟通信而占据统治地位。,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,第三节 数字通信系统的主要性能指标 数字通信系统的主要性能指标是传输的有效性和可靠性。有效性是指在给定的信道内能传输的信息内容的多少，而可靠性是指接收信息的准确程度。这两者是互相矛盾而又互相联系的，通常也是可以互换的。,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,一、有效性指标 传输的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量。 1 、码元传输速率(RB)、信息传输速率(Rb) RB表示每秒钟传输的码元数目，单位为波特(Bd)， 又称RB为符号速率。 Rb表示每秒钟传输的信息量，单位为每秒比特 (bit/s或bps)，又称Rb为传信率。,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,码元宽度(或码元周期)为T秒时， RB=1/ T（Bd） 信息速率与码速率之间的关系为 Rb=RBH(x) (bit/s) 当信源各个符号等概独立时，则有 Rb=RBlog2M (bit/s),2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,2 、频带利用率() 在数字通信系统中，信号占用的信道带宽Bc可以小于信号带宽，而且信号带宽还与信号的进制数有关，故不用信号带宽来描述有效性，而用频带利用率(B或b)来描述有效性。 B= (Bd/Hz) b= (bit/(sHz)或bps/Hz) 当式Rb=RBlog2M (bit/s)成立时， b=Blog2M 显然，B越大，b越大，有效性越好；采用多进制可以提高b。,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,3 、误码率(Pe)与误比特率(Pb) Pe= 错误码元数 /传输总码元数 Pb=错误比特数 /传输总比特数 误比特率也被称为误信率。在通信系统中传输的各符号一般是独立等概的，因此常用式Rb=RBlog2M (bit/s)来表示Rb与RB之间的关系，在二进制系统中Rb=RB 、Pe=Pb ，在多进制(M2)系统中一般PbPe 。,2019年11月5日,电信学院通信教研室,数 字 通 信 原 理,本章小结 本章主要介绍数字通信的基本知识，以期对数字通信系统建立一个