数字通信原理 第1章

1、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1.1.1 1.1.1 信息、信号及分类l信息的概念信息的概念（1）信息的定义）信息的定义 “信息信息”一词在英文、法文、德文、西班牙文中均是一词在英文、法文、德文、西班牙文中均是“information”,日文中为日

2、文中为“情报情报”，我国台湾称之为，我国台湾称之为“资讯资讯”，我国古代用的是我国古代用的是“消息消息”。作为科学术语最早出现在哈特莱（作为科学术语最早出现在哈特莱（R.V.Hartley）于）于1928年撰写年撰写的信息传输一文中。的信息传输一文中。20世纪世纪40年代，信息的奠基人香农（年代，信息的奠基人香农（C.E.Shannon）给出了信）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：的定义。具有代表意义的表述如下： “用来消除不定性的东西用来消除不定性的东西”(2）信息的

3、基本特征 a. 可度量性 b. 可识别性 c. 可转换性 d. 可存储性 e. 可处理性 f. 可传递性 g. 可再生性 h. 可压缩性 i. 可利用性 j. 可共享性l 信号的感念信号是信息的载体，信息是其信号载体所携带的内容。l 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u 模拟信号：信号强度(幅度)随时间连续变化。u 数字信号：信号强度(幅度)的取值是离散的。连续信号离散信号模拟信号数字信号1.1.2 1.1.2 通信系统的组成l信息传递和交换的过程称为通信。信息传递和交换的过程称为通信。通信技术

4、发展史：通信技术发展史： 第一阶段：语言第一阶段：语言 第二阶段：文字、邮政第二阶段：文字、邮政 第三阶段：印刷术第三阶段：印刷术 第四阶段：电气通信（技术发展迅速）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，传输速率第五阶段：信息时代（信源多样化，传输速率，存储，存储量量，信号处理复杂，信号处理复杂）通信系统的一般模型信源变换器 信道反变换器噪声源 信宿图1 .4通信系统模型通信系统模型：通信系统模型：l（1）信源：信息的发出者。）信源：信息的发出者。l（2）变换器：将信源发出的信息变换成适合在信道）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。上传输的信号

5、。l（3）信道：信号的传输通道。）信道：信号的传输通道。l（4）反变换器：与变换器的功能相反。）反变换器：与变换器的功能相反。l（5）信宿：信息传送的终点。）信宿：信息传送的终点。l（6）噪声源：在终端和通信过过程中的噪声的总和。）噪声源：在终端和通信过过程中的噪声的总和。 广广 义义 信信 道道编码器输出调制器发转换器媒质收转换器解调器解调器输出调制信道编码信道按照范围分，信道可以分为按照范围分，信道可以分为狭义狭义的信道和的信道和广义广义的信道的信道 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

6、输介质，是目前局域网最常用到的一种布线材料。为了降成的一种传输介质，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。相互扭绕而成，双绞线也因此而得名。可传输数字信号和模拟信号可传输数字信号和模拟信号信道传输特性呈低通特性。信道传输特性呈低通特性。同轴电缆同轴电缆同轴电缆(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

7、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。纶材料的护套包住。同样具备低通型特性，频带较宽。同样具备低通型特性，频带较宽。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。传输原理是输原理是光的全反射光的全反射。前香港中文大学校长高锟和。前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham首首先提出光纤可以用于通讯传输

8、的设想，高锟因此获得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。年诺贝尔物理学奖。光纤的结构：光纤的结构：光纤的种类：折射率、传输模式、材料的划分光纤的种类：折射率、传输模式、材料的划分按折射率分：阶跃型光纤、渐变型光纤按折射率分：阶跃型光纤、渐变型光纤按传输模式分：单模光纤、多模光纤按传输模式分：单模光纤、多模光纤按材料分：石英系光纤、石英芯和塑料包层光纤、按材料分：石英系光纤、石英芯和塑料包层光纤、 多成分玻璃纤维、塑料光纤多成分玻璃纤维、塑料光纤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

9、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 1.1.3 模拟通信和数字通信1、模拟通信：、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。拟信号的通信系统称为模拟通信系统。2、数字通信

10、：、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。数字信号的通信系统称为数字通信系统。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 1.2 数字通信的特点1、抗干扰能力强，无噪声积累、抗干扰能力强，无噪声积累2、便于加密处理、便于加密处理3、利于采用时分复用实现多路通信、利于采用时分复用实现多路通信4、设备便于小型化、设备便于小型化5、占用频带宽、占用频带宽抗干扰能力强，无噪声积累

11、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 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。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，二进制信号在图中，二进制信号波形有：波形有：（a）单极性波形，）单极性波形，（b）双极性波形，）双极性波形，

12、（c）单极性归零波形，）单极性归零波形，（e）差分波形。）差分波形。（d）双极性归零波形为三元码。）双极性归零波形为三元码。二进制和多进制码元波形在图中：在图中：(a) 二进制单极性信号二进制单极性信号(b)基带多电平单极性不归零信号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：信息传输速率和符号传输速率的关系：MNRBb2logbR 为符号传输速率。为符号传输速率。BNM为信息传输速率。为信息传输速率。为码元的进制数。为码元的进制数。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，单看它们的传输速在比较

13、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。率是不够的，还应看在这样的传输速率下所占的频带宽度。即：即：)/Hzsbit（频带宽度信息传输速率)/ HzBd（频带宽度符号传输速率或：NnPNe传输总码数发生误码的个数lim 误码率是多次统计误码率是多次统计结果的平均值，所以结果的平均值，所以这里指的是平均误码这里指的是平均误码率。率。 误码率的大小由误码率的大小由传输系统特性、信道传输系统特性、信道质量及系统噪声等因质量及系统噪声等因素决定。素决定。1.3.2 1.3.2 可靠性指标（1）误码率比特误码率测试器安捷伦t 信号抖动示意图（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。第一章 概述1.1 数字通信系统的基