01现代数字通信-绪论教程方案

T.

LUO2·什么是通信？数字通信？·几个基本概念·数字通信系统概述·关于本课程数字通信系统例举1·电信系统·蜂窝系统·网络存储·……采用PCM时分复用，每个用户占用64kbit/s带宽，常以2Mbit/s或更高速率的复用群传送话音/数据。BY

T.

LUO3ADSL（Asymmetric

Digital

Subscriber

Line)数字通信系统例举2BY

T.

LUO4什么是通信？·通信的任务是传递消息。通信是一种产业，它生产的是一种信息在空间转移的效应。·消息是事物状态和状态变化的反应和表征。·消息的本质和价值取决于它所包含的信息量，即对接收者的不确定性(Ｉ)消息xi

对接收者的不确定性:定义独立消息xi

的信息量:BY

T.

LUO5什么是通信？BY

T.

LUO6信号是消息的承载者。最简单的消息是二择一的消息(二元消息)，它所对应的信号称为二元(二进)数字信号。广义数字信号：时间离散、状态取有限的离散值的波形。数字通信：利用数字信号(包括其变换形式)传递消息的通信方式。便于处理和管理便于传输和交换便于集成化、小型化便于与计算机结合便于形成多种新业务绪论BY

T.

LUO7·什么是通信？数字通信？·几个基本概念信号与数字信号噪声信道与信道模型·数字通信系统概述·关于本课程信号定义及描述方式信号：信息的物理表现形式，一般表现为随时间、空间或其它独立变量变化的某种物理量，是传递和记录信息的一种工具。电压、电流信号信息和信号的关系：内容和形式的关系信号的描述方式：解析函数表达形式与图象表达形式时域表示法与频域表示法BY

T.

LUO8时-频分析1：正弦信号正弦信号的数学表达式为

u(t)=

Um×sin(

t+

)Um：正弦波的振幅,表示正弦波的最大值：正弦波的角频率,

=2

, 为频率(Hz),表示波单位时间内重复变化的次数。周期T=1/f

=2

/：正弦彼的初相角,

当t＝0时,

u

(0)=

Um×sin ,

所值决定u

(0)的大小。fBY

T.

LUO9时-频分析2：正弦信号BY

T.

LUO10·

两个正弦信号：时-频分析3：语音信号推广到一般任何波形的信号都可以分解为若干个不同振幅、不同频率正弦波的叠加。如语音信号可分解为

=20Hz~20kHz的很多个正弦波的叠加，称B=

H－

L=20kHz~20Hz为信号带宽。波形分解是采用数学工具正交函数完成的。BY

T.

LUO11时-频分析4：傅立叶最主要贡献·周期信号：都可表示为成谐波关系的正弦信号的加权和（正交函数线性组合的无穷级数）三角函数形式的傅立里叶级数展开{cosn

1t,sinn

1t}，三角函数集是正交函数集1t复指数函数形式的傅里叶级数{

e

j

n

}·非周期信号：都可用正弦信号的加权积分表示傅氏变换时间域频率域BY

T.

LUO12信号分类根据物理量的不同特性，可把信号区分为声信号、光信号、电信号等不同类别确知性确定信号：能用明确的数学式、数据表或明确的规则来描述的信号随机信号：信号随时间的变化不可预测时间离散否，幅度连续否连续时间信号（模拟信号）

：如果一个信号在所讨论的时间内随其时间的变化除个别（有限）不连续点外，其它点均连续，则称此为连续信号，也称模拟信号。离散时间信号或称抽样数据信号（数字信号）：信号只在某些不连续时刻上有定义，而在其它时刻信号无定义的信号。BY

T.

LUO13·模拟信号：波形模拟信号—幅度为连续的时间函数，并只含有分立的不连续点。特点：时间连续，幅度连续（幅度理论上无限精确，实际受测试仪器的精度限制）。阶跃信号：正弦信号：BY

T.

LUO14模拟信号1·

语音信号：当发话者的话音改变时,信号的波形也改变即模拟信号待传递的信息包含在信号的波形之中模拟信号2BY

T.

LUO1516模拟信号3·二维图象信号BY

T.

LUO离散信号离散信号（离散时间信号）只在离散的时间点上有数值，而在其他时间上其值为零或未知。特点：时间离散（通常时间上等间隔；不等间隔）取样信号（抽样数据信号）离散信号的幅度在一定范围内可连续取值抽样：将已知的模拟信号每隔一定的时间

T

抽出一个样本数据特点：时间离散（通常时间上等间隔；不等间隔）；幅度连续（同模拟信号一样具有无限精度）BY

T.

LUO17数字信号1

2

3

45

6135tf(t)2BY

T.

LUO1846325数字信号：将离散信号的幅值也离散，并用二进制编码表示量化：用一些不连续的幅值逼近信号精确值的过程特点：时间离散、幅值离散数字信号是离散信号的特例，是离散信号最重要的子集。19模拟信号与数字信号1模拟信号：时间和幅值均为连续的信号。抽样取样信号：时间离散，幅值连续的信号。量化数字信号：时间和幅值均为离散的信号编码BY0Y0T0.

1LU,O

010,010,011,100,100,100,101,101,101,101,101,……..模拟信号与数字信号2抽样器A/D变换器量化器编码器抽样频率量化电平线性/非线性模拟信号数字信号BY

T.

LUO20模拟信号与数字信号3BY

T.

LUO21信号处理与系统信号处理及分析系统的方法很大程度上依赖于信号的属性不同类型的信号对应有不同类型的处理系统连续时间系统与离散时间系统模拟系统与数字系统数字信号处理与数字通信系统数字信号处理定义：研究如何用数字或符号序列来表示信号，以及对这些序列作处理（滤波、变换、压缩、增强、估计、识别等）的一门学科方法：数字信号处理通常是进行各种数字函数的运算，如加、减、乘、除各种逻辑运算等。时域——频域1965年，Cooley和Tukey在《计算数学》上发表了“一种用机器计算复序列傅里叶级数的算法”论文后，“数字信号处理”可以在时域和频域两个域中进行。数字通信系统BY

T.

LUO22信号处理方法BY

T.

LUO23软件处理信号的产生、存储、滤波（变换）等非实时处理。通用灵活方便；处理速度受计算机速度的限制。目前有许多数学处理软件，如Matlab等。硬件处理加法器、乘法器、延时器、逻辑器件等基本数字器件以及它们的各种组合构成专用的数字信号处理芯片或电路。处理速度快，可以实时信号处理。专用芯片（通信、图象处理等）；FPGA/EPLD等现场可编程器件：处理速度、集成度和可编程。现场下载或自动调用不同的功能模块，从而得到不同的系统功能软硬结合数字信号处理器：TI

TMS320、Motorola

DSP5600等精度高模拟：10－3，数字：10－4，14位字长可靠性高模型信号对波形失真敏感，数字信号对误码敏感只有

0，1两种电平，受温度和噪声影响小，抗干扰强灵活性高性能由乘法器系数决定，系数存放在存储器中，改变系数，改变系统便于集成化由逻辑和记忆器件构成，具有高度的规范性，便于集成便于处理低频信号：例如地震信号等便于加密处理便于纠错编码便于采用压缩技术，节省频带……….局限性：高频信号，实时性A/DDSPD/A模拟滤波器x(t)前置滤波器x(n)y(n)y(t)数字存储BY

T.

LUO24数字信号处理的特点及系统构成·

大部分的

DSP运算可分为信号分析和信号滤波两类信号分析：涉及信号特性的测量，它通常是一个频域的运算。√谱分析（频率或相位）√语音分析√图像分析√目标检测信号滤波：特征是“信号入-信号出”，它通常作时域运算。√消除不需要的背景噪声√去除干扰√频带分割√信号谱的成形数字信号处理的两大主要功能数字信号信号分析数字滤波测量所需信号两者是结合在一起使用。√语音合成√数字通信√安全保密√图像处理、视频处理√声纳、遥感、雷达、测量与控制等BY

T.

LUO25信号带宽的几种定义(1)信号带宽：信号能量或功率主要部分集中的频率范围(正频率部分)--Hz定义方法：B=a/T

（T：调制符号的持续时间）零点带宽：B1，a=23dB(半功率点)带宽：B2，a=0.88等效矩形带宽：B3，a=1BY

T.

LUO26信号带宽的几种定义(2)·基带信号：信号能量或功率集中在零频率附近·频带信号：信号能量或功率集中在某一载频附近占总能量(功率)的百分比带宽：B4BY

T.

LUO27噪声噪声无处不在，只要应用电子器件就会产生噪声，为分析方便，认为噪声是从信道集中引入的噪声的分析模式：加性白高斯噪声AWGN(AdditiveWhite

Gaussian

Noise)加：以相加的形式叠加于传输信号白：占据无穷带宽，且双边功率谱处处为常量N0/2(W/Hz)高斯：瞬时幅度满足高斯分布接收机噪声模型为带通型BY

T.

LUO28信道·信道的概念是相对的：指从系统的发送机端口到接收机端口的全部。·信道模型是一个线性四端网络与时间无关周期性变参信道随参信道恒参信道：变参信道：BY

T.

LUO29信道与信道模型·传输的可靠性和有效性都取决于信道，实际信道均非理想。影响传输的信道缺陷(impairment)：传递函数H()不理想而带来的传输信号的线性失真，带来相邻符号间干扰ISI(Inter-symbol-interference)由信道引入的噪声是造成接收机判决失误的主要原因之一。BY

T.

LUO30信道与信道模型·AWGN信道模型信道+n(t):加性白高斯噪声，均值为零，双边功率谱N0/2·接收机噪声模型：带通型BY

T.

LUO31绪论BY

T.

LUO32·什么是通信？数字通信？·几个基本概念·数字通信系统概述·关于本课程系统构成：通信系统模型信息源发送设备传输媒介接收设备收信者噪声干扰两个挑战？通信系统的类型BY

T.

LUO3334模拟通信与数字通信系统数字系统模拟系统数字通信系统的基本组成·

数字通信是一种通信方式，是一大类通信系统的统称(数字信号的传输系统)。BY

T.

LUO35离散信源模拟信号的数字化(波形编码)信源编码(减小冗余，压缩编码)信息(二进制)速率(传信率)(bits/s)BY

T.

LUO36波形变换器(信道信号映射)·

把离散信源发出的消息映射为适于信道传输的波形，实现离散信息与连续信道的匹配BY

T.

LUO37·

因为xi

是离散的有限取值,与si

的对应是固定的唯一的，是发、收双方事先约定的。即si(t)是确知的(known)(注意，不是确定的determinant)，接收端只是不知道观察时间[0,T]内，发送端发出的是哪一个波形波形变换器信道编码：二进制序列间的变换，引入一定冗余，以提高信息传输的可靠性。多状态符号形成：二进流的N

比特码组——>M

状态符号(Symbol)符号波形产生BY

T.

LUO38波形变换器·多状态符号形成：M个确知信号的每一种对应于一个固定的二进信息流的N比特码组。因此，每一个M状态符号携带的信息量是N比特。M个确知信号中的每一种称为传输信号的一种状态(state)。(Bd)BY

T.

LUO39波形变换器·

确知波形(模拟信号波形)的选取称为波形设计(Waveform

Design)BY

T.

LUO40选取原则有利于提高接收的可靠性有利于充分利用信道资源接收机在[0,T]内并不知道发送端发出的是哪一个消息xi，唯一得到的是一段波形由于si(t)被z(t)掩盖不能直接作出逆映射接收机的根本任务：对r(t)进行处理，按一定的标准(判决准则)，判定[0,T]内发送端发出的是哪一个消息xi，这一过程称为判决(decision)。在数字通信中，接收机的主要功能不是单纯的解调，而在于作出“判决”，这是与模拟通信最大的不同。判决方法不唯一解调

判决BY

T.

LUO41接收机BY

T.

LUO42·研究数字通信系统理论的目的：在信道给定的条件下，设计传输信号的形式(确知波形)，并选择最好的判决方法，使传输的信息有最大的可靠性和

尽可能高的有效性。·由于传输信道不理想，接收信号r(t)不可能是发送波形si(t)的精确再现，(r(t)是一个随机过程)。按定标准作出的判决就可能出错，设计接收机应当使这种错误极小化，这称为接收机的优化。数字通信系统的基本质量指标·

基本可靠性指标：误信息率(判决错误概率)Pe代表判决器每作出一个判决可能发生错误的概率，称为判决错误概率。·

误符号率BY

T.

LUO43数字通信系统的基本质量指标·

基本有效性指标：频带利用率表征系统每赫兹带宽在单位时间内平均能传输的信息量(b/s/Hz)，代表系统信道资源的利用程度。·

类似地，亦可用符号传信率计算频带利用率BY

T.

LUO44什么是通信(对通信应有的基本观点)BY

T.

LUO45·通信系统的基本矛盾：可靠性与有效性可靠性——发送消息在接收端的准确还原（矛盾的主要方面）有效性——信道资源的充分利用（时域、频域）·形成这种矛盾的根本原因：信道不理想带宽、时间受限噪声和干扰（内、外）什么是通信(对通信应有的基本观点)BY

T.

LUO46·研究通信系统的基本出发点在一定可靠性要求下，如何尽可能去提高系统的有效性在一定的有效性要求下，如何最大限度的提高可靠性即在一定的代价下，使系统优化。·这种矛盾的相对统一，也是通信技术发展的基本动力怎样看待现代通信？通信是一个整体，建立大通信的概念。通信与计算机的有机结合，密不可分。通信的三大要素：传输技术(系统)、通信网络、通信业务图1.1通信魔方BY

T.

LUO47怎样看待现代通信？通信与信息化知识经济——信息化——信息系统——通信BY

T.

LUO48绪论BY

T.

LUO49·什么是通信？数字通信？·几个基本概念·数字通信系统概述·关于本课程