通信原理第1章 绪论

1、通信原理通信原理 刘姝延刘姝延TEL/6693395E-Mail：lshy_ 课件下载课件下载 密码：密码：dztxgc第第1章章 绪论绪论第第2章章 确知信号确知信号第第3章章 随机过程随机过程第第4章章 信道信道第第5章章 模拟调制系统模拟调制系统第第6章章 数字基带传输系统数字基带传输系统第第7章章 数字带通传输系统数字带通传输系统第第9章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输第第10章章 数字信号的最佳接收数字信号的最佳接收 实验安排：实验安排：共共6个实验，个实验，18学时。学时。 课程考试：课程考试：期末成绩：期末成绩：70分分平时成绩（实验、作业）：平

2、时成绩（实验、作业）：30分分满分：满分：100分。分。课程安排课程安排理论课时：理论课时：72学时学时信号与系统信号与系统概率论与数理统计概率论与数理统计随机信号分析随机信号分析数字电子技术基础数字电子技术基础高频电子线路高频电子线路先修课程：先修课程： 教材及主要参考书教材及主要参考书樊昌信等编，通信原理，国防工业出版社樊昌信等编，通信原理，国防工业出版社周炯磐等编，通信原理，北京邮电大学出版社周炯磐等编，通信原理，北京邮电大学出版社曹志刚等编，现代通信原理，清华大学出版社曹志刚等编，现代通信原理，清华大学出版社Leon W.Couch.Digital and Analog Communi

3、cation Systems). 清华大学出版社清华大学出版社Simon Haykin, Communication Systems, 电子工业电子工业出版社出版社J.G.Proakis. Digital Communication(4rd Edition). 电子工业出版社电子工业出版社 学习本课程的几点建议学习本课程的几点建议先修课程较多，要掌握好相关内容。先修课程较多，要掌握好相关内容。课程研究通信系统的一般原理，不是从具体课程研究通信系统的一般原理，不是从具体电路出发，而是从系统的物理模型、数学模电路出发，而是从系统的物理模型、数学模型着手进行分析，要注意掌握好基本概念。型着手进行分析

4、，要注意掌握好基本概念。本课程是一门理论性较强的课程，要多做些本课程是一门理论性较强的课程，要多做些练习题，以加深对基本概念的理解。练习题，以加深对基本概念的理解。第第1章章 绪论绪论1.1 通信的基本概念通信的基本概念1.2 通信系统的组成通信系统的组成1.3 通信系统的分类及通信方式通信系统的分类及通信方式1.4 信息及其度量信息及其度量1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第第1章学习目标章学习目标掌握通信系统的组成模型、信息量的概念、信息量掌握通信系统的组成模型、信息量的概念、信息量的定义及计算；的定义及计算；理解通信系统两个主要指标及计算；理解通信系统两个主要指标及计算

5、；了解通信系统的分类、通信方式。了解通信系统的分类、通信方式。重点：重点： 1. 模拟和数字通信系统模型。模拟和数字通信系统模型。 2. 信息量、平均信息量（熵）的计算、码元速率、信息量、平均信息量（熵）的计算、码元速率、 信息速率、频带利用率、误码率、误信率。信息速率、频带利用率、误码率、误信率。 3. 主要性能指标主要性能指标有效性和可靠性。有效性和可靠性。本章作业：本章作业：P15 1-2 1-4 1-6 1-8 1-101.1 通信的基本概念通信的基本概念通信的目的：传递通信的目的：传递消息消息中所包含的中所包含的信息信息。消息消息：是物质或精神状态的一种反映，如有：是物质或精神状态的

6、一种反映，如有待于传输的文字、符号、数据或者语音、活待于传输的文字、符号、数据或者语音、活动图片等。前者是离散消息，后者称为连续动图片等。前者是离散消息，后者称为连续消息。消息。消息是信息的载体消息是信息的载体。信息信息：是消息中包含的：是消息中包含的有效（有意义）有效（有意义）内容。内容。信号信号：在电通信系统中，消息的传递是通过：在电通信系统中，消息的传递是通过电信号来实现的。它是与信息一一对应的电电信号来实现的。它是与信息一一对应的电量，是量，是信息的物质载体信息的物质载体。即信息被承载在电。即信息被承载在电信号的某一参量上。信号的某一参量上。幅值连续的时间信号幅值连续的时间信号 幅值离

7、散的时间信号幅值离散的时间信号 l实现通信的方式和手段：实现通信的方式和手段：l非电的：如旌旗、消息树、烽火台非电的：如旌旗、消息树、烽火台 l电的：如电报、电话、广播、电视、遥电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、互联网和计算机通信等。控、遥测、互联网和计算机通信等。l在自然科学领域涉及在自然科学领域涉及“通信通信”这一术语这一术语时，一般均是指时，一般均是指“电通信电通信”，包括光通，包括光通信，因为光也是一种电磁波。信，因为光也是一种电磁波。l电信发明史电信发明史l1837年：莫尔斯发明有线电报年：莫尔斯发明有线电报l1876年：贝尔发明有线电话年：贝尔发明有线电话 l1918年：

8、调幅无线电广播、超外差接收机问世年：调幅无线电广播、超外差接收机问世l1936年：商业电视广播开播年：商业电视广播开播 信息源信息源的作用是把各种可能消息转换成原的作用是把各种可能消息转换成原始电信号。始电信号。发送设备发送设备对原始信号完成某种变换，使之对原始信号完成某种变换，使之适合在信道中传输。适合在信道中传输。信道信道是信号传输的通道，可能是一条是信号传输的通道，可能是一条简易的传输线路简易的传输线路,也可能是一个复杂的也可能是一个复杂的网络。网络。接收设备接收设备的功能与发送设备相反，它从接的功能与发送设备相反，它从接收信号中恢复出原始信号。收信号中恢复出原始信号。受信者（信宿）受信

9、者（信宿）是将复原的原始信号转是将复原的原始信号转换成相应的消息。换成相应的消息。噪声源噪声源是信道中的噪声及分散在通信系统其是信道中的噪声及分散在通信系统其它各处噪声的集中表示。它各处噪声的集中表示。1.2 通信系统的组成通信系统的组成噪声源噪声源发送发送设备设备接收接收设备设备信息源信息源 受信者受信者 信道信道(发送端发送端)(接收端接收端)（信源（信源 ）（信宿）（信宿）1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型1.2.2 模拟通信系统模型和数字通信系统模型模拟通信系统模型和数字通信系统模型l模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号l模拟信号：代表消息的信号参量取值连续，模拟信号：代

10、表消息的信号参量取值连续，例如麦克风输出电压：例如麦克风输出电压： ( (a) ) 话音信号话音信号 ( (b) ) 抽样信号抽样信号图图1-2 模拟信号模拟信号l数字信号：代表消息的信号参量取值为有限数字信号：代表消息的信号参量取值为有限个，例如电报信号、计算机输入输出信号：个，例如电报信号、计算机输入输出信号： (a) 二进制信号二进制信号 (b) 2PSK信号信号图图1-3 数字信号数字信号 通常，按照通常，按照信道中传输信道中传输的是模拟的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系信号还是数字信号，相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。统分为模拟通信系统和数字通信系统。1、模拟通

11、信系统模型、模拟通信系统模型模拟信息源调制器信道解调器受信者噪声源基带基带信号信号已调已调信号信号已调已调信号信号基带基带信号信号发送发送设备设备接收接收设备设备信宿信宿两种变换：两种变换：模拟消息模拟消息 原始电信号（基带信号）原始电信号（基带信号）基带信号基带信号 已调信号（带通信号）已调信号（带通信号）2、数字通信系统模型数字通信系统模型信信息息源源信信源源编编码码器器信信道道编编码码器器数数字字调调制制器器信信道道数数字字解解调调器器信信道道译译码码器器信信源源译译码码器器受受信信者者噪声源噪声源发发射射机机可以包含可以包含加密加密功能功能接接收收机机可以包含可以包含解密解密功能功能滤

12、波、放大滤波、放大信源编码与译码目的：信源编码与译码目的：提高信息传输的有效性，数据压缩减少码元数目和提高信息传输的有效性，数据压缩减少码元数目和 降低码元速率降低码元速率完成模完成模/数转换数转换 加密与解密目的：保证所传信息的安全。加密与解密目的：保证所传信息的安全。信道编码与译码目的：增强抗干扰能力。信道编码与译码目的：增强抗干扰能力。数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号。数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号。同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一致同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一致基带信号形成器：可以包括信源编码基带信号形成器：可以包括信源

13、编码、信道编码、以信道编码、以及波形变换（码型变换）等。及波形变换（码型变换）等。 接收滤波器：包括信道译码、信源译码等。接收滤波器：包括信道译码、信源译码等。 数字基带传输系统模型数字基带传输系统模型信息源基带信号形成器信道接收滤波器 受信者噪声源在数字通信系统框图中，在数字通信系统框图中，基带传输在任何时候都不需基带传输在任何时候都不需要调制器和解调器。要调制器和解调器。1.2.3 数字通信的特点数字通信的特点数字通信的主要优点：数字通信的主要优点：抗干扰、抗干扰、 抗噪声性能好，且噪声不积累。抗噪声性能好，且噪声不积累。 (2) 差错可控。差错可控。 (3)易于与现代技术相结合。易于与现

14、代技术相结合。(1) (4)易加密，保密性好。易加密，保密性好。 数字通信的缺点：数字通信的缺点： （1）频带利用率不高）频带利用率不高 数字通信中，数字信号占用的频带宽。数字通信中，数字信号占用的频带宽。以电话为例，一路数字电话一般要占据约以电话为例，一路数字电话一般要占据约2060kHz的带宽，而一路模拟电话仅占用的带宽，而一路模拟电话仅占用约约4kHz带宽。如果系统传输带宽一定的话，带宽。如果系统传输带宽一定的话，模拟电话的频带利用率要高出数字电话的模拟电话的频带利用率要高出数字电话的515倍。倍。(2) 需要严格的同步系统需要严格的同步系统 数字通信中，要准确地恢复信号，必须数字通信中

15、，要准确地恢复信号，必须要求收端和发端保持严格同步（载波同步、要求收端和发端保持严格同步（载波同步、位同步、帧同步、网同步）。因此，数字通位同步、帧同步、网同步）。因此，数字通信系统及设备一般都比较复杂，体积较大。信系统及设备一般都比较复杂，体积较大。1.3 通信系统的分类及通信方式通信系统的分类及通信方式按通信业务分类按通信业务分类按调制方式分类按调制方式分类按信号特征分类按信号特征分类按传输媒介分类按传输媒介分类按工作波段分类按工作波段分类按信号复用方式分类按信号复用方式分类 1.3.1 通信系统的分类通信系统的分类(1)按通信业务分类：按通信业务分类：语音通信系统语音通信系统 如电话系统

16、、广播系统等。如电话系统、广播系统等。图像通信系统图像通信系统 如电视广播系统、可视电话系统、如电视广播系统、可视电话系统、会议电视系统、远程教学系统等。会议电视系统、远程教学系统等。数据通信系统数据通信系统 如电报系统、计算机网络如电报系统、计算机网络(2)按调制方式分类按调制方式分类： 由是否采用调制、是否搬移数据信由是否采用调制、是否搬移数据信号频带的角度出发，通信传输系统可以号频带的角度出发，通信传输系统可以分为以下两类：分为以下两类：基带传输系统基带传输系统 直接传送未调制的信号。如计算机直接传送未调制的信号。如计算机数据传输、音频市内电话、有线广播等。数据传输、音频市内电话、有线广

17、播等。频带传输系统频带传输系统 是对各种信号调制后传输的总称。是对各种信号调制后传输的总称。主要有连续波调制和脉冲调制两种。主要有连续波调制和脉冲调制两种。常见的调制方式常见的调制方式调调 制制 方方 式式 用途用途 连连续续波波调调制制线性线性调制调制常规双边带调幅常规双边带调幅AM广播广播 抑制载波双边带调抑制载波双边带调幅幅 DSB立体声广播立体声广播 单边带调幅单边带调幅SSB 载波通信、无线电话载波通信、无线电话残留边带调幅残留边带调幅VSB 电视广播、电视广播、 传真传真 非线性非线性调制调制频率调制频率调制FM 微波中继、卫星通信、广播微波中继、卫星通信、广播 相位调制相位调制P

18、M 中间调制方式中间调制方式 数字数字调制调制振幅键控振幅键控ASK 数据传输数据传输 频移键控频移键控FSK数据传输数据传输 调调 制制 方方 式式 用途用途 脉脉冲冲调调制制数字数字调制调制相位键控相位键控PSK、 DPSK、 QPSK等等 数据传输、数据传输、 数字微波、数字微波、 空空间通信间通信 其他高效数字调制其他高效数字调制QAM、 MSK等等 数字微波、数字微波、 空间通信空间通信 脉冲脉冲模拟模拟调制调制脉幅调制脉幅调制PAM 中间调制方式、中间调制方式、 遥测遥测 脉宽调制脉宽调制PDM(PWM) 中间调制方式中间调制方式 脉位调制脉位调制PPM 遥测、遥测、 光纤传输光纤

19、传输 脉冲脉冲数字数字调制调制脉码调制脉码调制PCM 市话、市话、 卫星、卫星、 空间通信空间通信 增量调制增量调制DM 军用、军用、 民用电话民用电话 差分脉码调制差分脉码调制DPCM 电视电话、电视电话、 图像编码图像编码 其他语言编码方式其他语言编码方式ADPCM、 APC等等中低速数字电话中低速数字电话 (3) 按信号特征分类：按信号特征分类：模拟通信系统模拟通信系统 若若通信信道中通信信道中传送的是模拟信号，传送的是模拟信号，则称该通信系统为模拟通信系统。则称该通信系统为模拟通信系统。数字通信系统数字通信系统 若若通信信道中通信信道中传送的是数字信号，传送的是数字信号，则称该通信系统

20、为数字通信系统。则称该通信系统为数字通信系统。(4)按传输媒介分类：按传输媒介分类：有线有线通信系统：用导线作为传输媒质通信系统：用导线作为传输媒质 电缆通信系统，如架空明线、同轴电缆电缆通信系统，如架空明线、同轴电缆 光纤通信系统光纤通信系统无线无线通信系统：依电磁波在空间传播传递消息。通信系统：依电磁波在空间传播传递消息。 微波通信系统微波通信系统 卫星通信系统卫星通信系统 无线电及移动通信系统无线电及移动通信系统（5）按工作波段分类）按工作波段分类 按通信设备的工作频率不同可分按通信设备的工作频率不同可分为为长波通信、长波通信、 中波通信、中波通信、 短波通信、短波通信、 远红外线通信远

21、红外线通信等。等。P7表表1-2(6)按信号复用方式分类按信号复用方式分类频分复用频分复用方式方式 FDMA 用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围。用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围。时分复用时分复用方式方式 TDMA 抽样或脉冲调制方法使不同信号占据不同的时间区间。抽样或脉冲调制方法使不同信号占据不同的时间区间。 码分复用码分复用方式方式 CDMA 用一组包含互相正交的码字的码组携带多路信号。用一组包含互相正交的码字的码组携带多路信号。1.3.2 通信方式通信方式对于点与点之间的通信，按消息传送的对于点与点之间的通信，按消息传送的方向与时间关系，通信方式可分为方向与时间关系

22、，通信方式可分为单工单工通信、半双工通信及全双工通信。通信、半双工通信及全双工通信。在数字通信中，按照数字信号码元排列在数字通信中，按照数字信号码元排列方法不同，有方法不同，有串行传输与并行传输串行传输与并行传输之分。之分。单工通信单工通信所谓单工通信，是指消息只能单方向传输所谓单工通信，是指消息只能单方向传输的工作方式。如广播、电视、遥控等。的工作方式。如广播、电视、遥控等。 发端发端 收端收端 信道信道1、单工通信、半双工通信及全双工通信、单工通信、半双工通信及全双工通信半双工通信半双工通信所谓半双工通信，是指通信双方都能收发消息，所谓半双工通信，是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收

23、发的工作方式。如使用同一但不能同时进行收发的工作方式。如使用同一载频工作的无线电对讲机载频工作的无线电对讲机。 发端发端 收端收端 信道信道 发端发端 收端收端全双工通信全双工通信所谓全双工通信，是指通信双方可同时所谓全双工通信，是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。如普通电话。进行收发消息的工作方式。如普通电话。 发端发端 收端收端 信道信道 发端发端 收端收端 信道信道2、并行传输和串行传输、并行传输和串行传输l并行传输并行传输：将代表信息的数字信号码元序：将代表信息的数字信号码元序列以成组的方式在两条或两条以上的并行列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输。信道上同时传输。

24、l串行传输串行传输 ：将数字信号码元序列以串行将数字信号码元序列以串行方式一个码元接一个码元地在一条信道上方式一个码元接一个码元地在一条信道上传输。传输。1.4 信息及其度量信息及其度量 信息信息是是消息消息（事件）中包含的（事件）中包含的有意有意义义的内容。的内容。 通信系统传输信息的多少使用通信系统传输信息的多少使用“信信息量息量”去衡量。去衡量。 消息中所含的信息量消息中所含的信息量I与消息与消息x发生的概率发生的概率P(x)有以下关系：有以下关系：(1)消息中所含的信息量是出现该消息的概消息中所含的信息量是出现该消息的概率的函数。即：率的函数。即：I=IP(x)(2)消息出现的概率越小

25、，所含的信息量越消息出现的概率越小，所含的信息量越大；反之，信息量愈小。即：大；反之，信息量愈小。即：I1/P(x)，且当且当P(x)=1，I=0； 当当P(x)=0，I=。(3)若干个相互若干个相互独立独立事件构成的消息，所含事件构成的消息，所含的信息量等于各独立事件信息量的和。的信息量等于各独立事件信息量的和。即：即：IP(x1)P(x2)=IP(x1)+IP(x2)+信息量的定义：信息量的定义：设有消息设有消息x发生的概率为发生的概率为P(x)，则所带来的，则所带来的信息量为：信息量为： I(x)=loga 1/ P(x)=-loga P(x) 若若a=2， 则则I的单位为比特（的单位为

26、比特（bit），）， a=e， 则则I的单位为奈特的单位为奈特 (Net），）， a=10，则，则I的单位为哈特莱（的单位为哈特莱（Hatle）。）。例例1-1 计算计算独立等概独立等概率发生的离散消息的率发生的离散消息的信息量。信息量。二进制符号消息，二进制符号消息，P(0)=P(1)=1/2 I0=I1=22=1 (bit) 1个二进制符号携带个二进制符号携带1 bit的信息量的信息量M进制符号消息进制符号消息, P(0)=P(1)=P(M-1)=1/M IM=2M (bit) 若若M=2K(K=1,2,3,)，则，则 IM=22K=K(bit) 1个个M进制符号携带进制符号携带K bit

27、的信息量的信息量平均信息量（信息源的熵）的定义平均信息量（信息源的熵）的定义 设离散信息源是一个由设离散信息源是一个由n个符号组成的集合，个符号组成的集合，各个符号各个符号xi(i=1,2, ,n)在消息中按概率在消息中按概率P(xi)独独立出现，概率场立出现，概率场 x1, x2, , xnP(x1),P(x2),P(xn) 且且 P(xi)=1 则定义则定义信息熵信息熵为该离散信息源为该离散信息源各符号的统计平均各符号的统计平均信息量信息量，以，以H(x)表示：表示： H(x)=P( xi)I(xi)= -P(xi)2P(xi)(bit/符号符号)例例1-2 一信息源由一信息源由4个符号个

28、符号0，1，2，3组成，组成，它们出现的概率分别为它们出现的概率分别为3/8、1/4、1/4、1/8，求该信息源的熵（统计平均信息量）。求该信息源的熵（统计平均信息量）。解：解： H= -P(xi)2P(xi) = - 3/82(3/8)+ 1/42(1/4) + 1/42(1/4) + 1/82(1/8) =1.906(bit/符号符号)例例1-3 对例对例1-2中同一信息源，试求某个消息中同一信息源，试求某个消息20102,01302,13001, 20321, 01003, 21010，02310,20020, 10312, 03210, 01202, 10的信息量。的信息量。解：解：

29、方法一：方法一： H=1.906(bit/符号符号) I=571.906108.64 (bit) 方法二：方法二： I=2328/314241324728 =107.55 (bit) 以上两个结果略有差别的原因在于，它们以上两个结果略有差别的原因在于，它们平均处理方法不同。前一种按平均处理方法不同。前一种按统计平均统计平均，后一，后一种按种按算术平均算术平均。这种误差将随消息中符号数的。这种误差将随消息中符号数的增加而减少增加而减少。信息源的最大熵信息源的最大熵 12221loglog/HxI xI xM bitM 符符号号 22 ,log 2/kkMH xk bit 例例如如符符号号结论：信

30、息源的最大熵，发生在每一个结论：信息源的最大熵，发生在每一个符号等概率出现时。符号等概率出现时。如果各符号如果各符号x1 x2 xn等概出现，即等概出现，即P(xi)=1/M，则有，则有连续消息的平均信息量连续消息的平均信息量 连续消息的信息量可用概率密度来描述。连续消息的信息量可用概率密度来描述。可以证明，连续消息的平均信息量（相对熵）可以证明，连续消息的平均信息量（相对熵）为为 dxxfxfxH)(log)()(21式中，式中，f(x) 连续消息出现的概率密度。连续消息出现的概率密度。1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标一般通信系统的性能指标一般通信系统的性能指标(1) 有

31、效性。有效性。 指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度 和时间间隔），和时间间隔）， 或者说是传输的或者说是传输的“速度速度”问题，即快慢问题。问题，即快慢问题。 (2) 可靠性。可靠性。 指接收信息的准确程度，或者说是传输消息的指接收信息的准确程度，或者说是传输消息的“质质量量”问题，问题， 即好坏问题。即好坏问题。 (3) 适应性。适应性。 指通信系统使用时的环境条件。指通信系统使用时的环境条件。 (4) 经济性。经济性。 指系统的成本问题。指系统的成本问题。 (5) 保密性。保密性。 指系统对所传信号的加密措施指系统对所传信号的加密措施.

32、 (6) 标准性。标准性。 指系统的接口、各种结构及协议是否合乎国家、指系统的接口、各种结构及协议是否合乎国家、 国际标准。国际标准。 (7) 维修性。维修性。 指系统是否维修方便。指系统是否维修方便。 (8) 工艺性。工艺性。 指通信系统各种工艺要求。指通信系统各种工艺要求。 返回本章返回本章 通信的任务是传递信息。从信息传输的通信的任务是传递信息。从信息传输的角度来说，最基本也是最主要的性能指标是角度来说，最基本也是最主要的性能指标是信息传输的信息传输的有效性有效性和和可靠性可靠性。 有效性和可靠性常常是一对矛盾。有效性和可靠性常常是一对矛盾。模拟通信系统的主要性能指标模拟通信系统的主要性

33、能指标有效传输频带（有效性）有效传输频带（有效性） 传输给定的信号所需要的有效传输频带越窄，传输给定的信号所需要的有效传输频带越窄，或者说，在给定传输带宽的信道中，能同时传输或者说，在给定传输带宽的信道中，能同时传输的信号路数越多，则系统的传输有效性就越高。的信号路数越多，则系统的传输有效性就越高。即信号的复用程度越高，有效性越好。即信号的复用程度越高，有效性越好。某处噪声的功率某处信号的平均功率信噪比00NS 信噪比越高，信息传输的准确性就越信噪比越高，信息传输的准确性就越高，通信质量就越好。高，通信质量就越好。信噪比（可靠性）信噪比（可靠性） 在数字通信中常用时间间隔相同的符号来表在数字通

34、信中常用时间间隔相同的符号来表示一位二进制数字。示一位二进制数字。 这个间隔被称为这个间隔被称为码元长度码元长度（码元宽度码元宽度）。）。 这样的时间间隔内的信号称为这样的时间间隔内的信号称为二进制码元二进制码元。 同样，同样，N进制的信号也是等长的，并被称为进制的信号也是等长的，并被称为N进制码元进制码元。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（1）有效性有效性 码元传输速率码元传输速率RB （简称（简称传码率或符号速率传码率或符号速率） 是指系统单位时间内传送的码元数目，其单位为波是指系统单位时间内传送的码元数目，其单位为波 特（特（Baud,常用常用B表示），又称为表示），

35、又称为波特率、数码率波特率、数码率。 码元速率与所传码元的进制无关码元速率与所传码元的进制无关,仅与码元的仅与码元的宽度宽度TB有关，有关，B1 BBRT 1 0 1 1 1 01 0 0 0 1 1码元宽度码元宽度=TB 2 0 1 3 0 0 1 1 0 3 1 TB 信息传输速率信息传输速率Rb （简称（简称传信率传信率） 是指系统单位时间（每秒）内传递的信息量是指系统单位时间（每秒）内传递的信息量（bit)。单位为比特。单位为比特/秒（秒（bit/s），），或或 b/s ，或，或bps，又又称称比特率比特率。若码元传输速率为若码元传输速率为RB，信息传输速率为，信息传输速率为Rb，则，

36、则 对二进制码元有：对二进制码元有： Rb=RB 对对M进制码元有：进制码元有： Rb=RB2M，)(log2BMRRbB)(xHRRBb平均信息速率：平均信息速率：例例1-4 一传输系统每秒传送一传输系统每秒传送1200个码元，个码元，对等概发生的离散信息源，若采用四进制，对等概发生的离散信息源，若采用四进制，其传信率为多少？若采用十六进制，其传其传信率为多少？若采用十六进制，其传信率又为多少？信率又为多少？解解：该系统的波特率为该系统的波特率为RB =1200B 采用四进制采用四进制,则每个码元携带则每个码元携带2比特信息比特信息 传信率传信率 Rb4 =2400bit/s 采用十六进制采

37、用十六进制,则每个码元携带则每个码元携带4比特信息，比特信息， 传信率传信率 Rb16 =4800bit/s。 即：即：Rb=RB2M例例1-5 已知二进制数字信号在已知二进制数字信号在2min内共传送了内共传送了72 000个个码元，码元，(1) 问其码元速率和信息速率各为多少问其码元速率和信息速率各为多少? (2) 如如果码元宽度不变果码元宽度不变(即码元速率不变即码元速率不变)，但改为八进制数，但改为八进制数字信号，字信号， 则其码元速率为多少则其码元速率为多少? 信息速率又为多少信息速率又为多少? 解：解： (1) 在在260s内传送了内传送了72 000个码元个码元 RB2=7200

38、0/(260)=600(B) Rb2=RB2=600 (b/s)(2) 若改为若改为8进制，则进制，则 RB8=72 000/(260)=600 (B)Rb8=RB8log28=1 800 (b/s)频带利用率频带利用率 比较不同通信系统的比较不同通信系统的有效性有效性时，单看它们的时，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传输速率是不够的，还应看在这样的传输速率下所占的信道的频带宽度。所以，真正衡量所占的信道的频带宽度。所以，真正衡量数字通数字通信系统传输效率的应当是单位频带内的码元传输信系统传输效率的应当是单位频带内的码元传输速率速率，即，即 为了比较不同系统的传输效率，为了

39、比较不同系统的传输效率， 又可定义频又可定义频带利用率为带利用率为b/ /bRb s HzB)/(HzBBRBB（2）可靠性）可靠性 衡量数字通信系统可靠性的指标是差衡量数字通信系统可靠性的指标是差错率，错率， 常用误码率和误信率表示。常用误码率和误信率表示。 误码率误码率，又称，又称误符号率误符号率，是指错误接收，是指错误接收的码元数在传送总码元数中所占的比例，的码元数在传送总码元数中所占的比例，或者更确切地说，误码率即是码元在传输或者更确切地说，误码率即是码元在传输系统中被传错的概率。系统中被传错的概率。传输总码元数传输总码元数错误码元数错误码元数ep例：语音信号数字化传输时，一般要求误码

40、率例：语音信号数字化传输时，一般要求误码率要求要求pe10-3；传输数据要求；传输数据要求 pe10-5-10-6误信率误信率，又称又称误比特率误比特率，是指错误接收是指错误接收的信息量在传送信息总量中所占的比例，的信息量在传送信息总量中所占的比例，或者说，它是码元的信息量在传输系统或者说，它是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。中被丢失的概率。 传传输输总总比比特特数数错错误误比比特特数数bp显然，显然， 在二进制中有在二进制中有 Pb=Pe例例1-6 已知某八进制数字通信系统的信息已知某八进制数字通信系统的信息速率为速率为12 000 b/s，在收端半小时内共测得，在收端半小时内共测得出

41、现了出现了216个错误码元，试求系统的误码率。个错误码元，试求系统的误码率。 528881036030400021640008log/12000ebBbPBRRsbR例例1-7 8路并行传输，每路一个单位调路并行传输，每路一个单位调制信号波的时间长度制信号波的时间长度T=0.013s，采用二，采用二进制，求传输的比特率。进制，求传输的比特率。解：波特率为解：波特率为RB=1/T=75Baud1路传输的比特率为路传输的比特率为Rb = RBlog2N=75 (bit/s)8路传输的比特率为路传输的比特率为75 8=600(bit/s)通信发展趋势通信发展趋势 在过去三四十年间，对数据传输需在过去

42、三四十年间，对数据传输需求的增长以及大规模集成电路的发展，求的增长以及大规模集成电路的发展，促进了数字通信的发展。目前数字通信促进了数字通信的发展。目前数字通信在在卫星通信卫星通信、光纤通信光纤通信、移动通信移动通信、微微波通信波通信等领域有了新的进展。下面我们等领域有了新的进展。下面我们就从这几个方面来了解通信的现状和未就从这几个方面来了解通信的现状和未来发展趋势。来发展趋势。1 卫星通信系统卫星通信系统 卫星通信系统是将通信卫星作为空中中继卫星通信系统是将通信卫星作为空中中继站，它能够将地球上某一地面站发射来的无线站，它能够将地球上某一地面站发射来的无线电信号转发到另一个地面站，电信号转发

43、到另一个地面站， 从而实现两个或从而实现两个或多个地域之间的通信。根据通信卫星与地面之多个地域之间的通信。根据通信卫星与地面之间的位置关系，可以分为间的位置关系，可以分为静止通信卫星静止通信卫星(或或同同步通信卫星步通信卫星)和和移动通信卫星移动通信卫星。静止通信卫星。静止通信卫星是轨道在赤道平面上的卫星，它离地面高度为是轨道在赤道平面上的卫星，它离地面高度为35 780 km，采用三个相差，采用三个相差120的静止通信卫的静止通信卫星就可以覆盖地球的绝大部分地域星就可以覆盖地球的绝大部分地域(两极盲区两极盲区除外除外)。 卫星通信的特点是：通信距离远、覆盖卫星通信的特点是：通信距离远、覆盖地

44、域广、不受地理条件限制、地域广、不受地理条件限制、 通信容量通信容量大、可靠性高等。自从大、可靠性高等。自从1957年年10月第一月第一颗卫星发射成功以来，卫星通信作为一颗卫星发射成功以来，卫星通信作为一种重要的通信手段被广泛用于国际、国种重要的通信手段被广泛用于国际、国内和区域通信。内和区域通信。2 光纤通信系统光纤通信系统 光纤通信是以光导纤维光纤通信是以光导纤维(简称光纤简称光纤)作为传作为传输媒质、以光波为运载工具（载波）的通信方输媒质、以光波为运载工具（载波）的通信方式。光纤通信具有容量大、式。光纤通信具有容量大、 频带宽、传输损耗频带宽、传输损耗小、抗电磁干扰能力强、通信质量高等优

45、点，小、抗电磁干扰能力强、通信质量高等优点，且成本低，与同轴电缆相比可以大量节约有色且成本低，与同轴电缆相比可以大量节约有色金属和能源。自从金属和能源。自从1977年世界上第一个光纤通年世界上第一个光纤通信系统投入运营以来，信系统投入运营以来， 光纤通信发展迅速，已光纤通信发展迅速，已成为各种通信干线的主要传输手段。成为各种通信干线的主要传输手段。 3 数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统 数字蜂窝移动通信系统是将通信范数字蜂窝移动通信系统是将通信范围分为若干相距一定距离的小区，移动围分为若干相距一定距离的小区，移动用户可以从一个小区运动到另一个小区，用户可以从一个小区运动到另一个小区，依靠终端对基站的跟踪，使通信不中断。依靠终端对基站的跟踪，使通信不中断。移动用户从一个城市漫游到另一个城市，移动用户从一个城市漫游到另一个城市，另一个国家与原注册地的用户终端通话。另一个国家与原注册地的用户终端通话。 目前广泛应用的是第二代移动通