数字通信（微课版）课件全套 李斯伟 第1-8章 数字通信系统认识 -定时与同步

数字通信2自古以来，通信就一直是人类的重要需求。如今，通信已经渗透到我们生活的各个角落，如报纸、手机、电视，还有办公室和家里接入互联网的计算机终端等，它们可以迅速地将世界各地的消息传送给我们。当然，还有许多人类思维不能实时介入的通信方式。例如，两台或多台计算机之间进行的计算机通信。因此，通信在现代社会中发挥着极其重要的作用。未来，人类将进入通信的理想境界——任何人（whoever）能在任何时间（whenever）、任何地点（wherever），以任何方式（whatever）与任何他人（whomever）进行“5W”通信的理想方式。引言3学习完本章，你应重点掌握以下内容：

通信系统的一般模型及各部分的作用

数字通信系统模型

数字通信的优点

数字通信系统的性能度量及相关计算本章学习目标学习指南4

回顾世界通信发展史，使学生感受到通信领域的科学家和专业技术人员不断探索，寻找规律，造福人类的科学精神和创新精神。

通过中国古代通信示例，引导学生认识到中国古人通信技术领先于西方，以提升学生对于中华民族、中国传统文化的自信。

本章素质目标学习指南第一章

数字通信系统认识第1讲通信的概念和通信系统的一般模型第五章信道编码第2讲线性分组码7通信的概念及涵义通信系统模型通信系统的分类通信方式主要通信资源12345内容提要通信系统模型及各部分作用重点难点通信系统是怎么分类的？通信方式是如何划分的？本节学习重点与难点重点重点一、通信的概念及涵义一、通信的概念及涵义通信的目的就是传输信息。

通信的广义范畴：电视

汽车导航一、通信的概念及涵义雷达

互联网遥测遥感飞机一、通信的概念及涵义利用电信号传递信息的通信方法，称为电信（telecommunication）

。利用光信号传递信息的通信方法，称为光通信。现在，“通信”与“电信”几乎是同义词了。通信的含义更加宽广，不仅要传递信息，还要对信息进行采集、处理、存储及显示等。通信的根本任务就是完成信息的传输和交换。

二、通信系统模型通信系统的组成模型：上图概括地描述了通信系统的组成，该模型反映了通信系统的共性。对通信系统及其基本理论的讨论，一般都是围绕这一模型而展开的。二、通信系统模型信源是原始电信号（含光信号）的来源，它的作用是将原始消息转换为相应的电信号（含光信号），这样的电信号通常称为基带信号。信源的作用二、通信系统模型发送设备的作用是将消息进行各种变换和处理，使之适合于在信道中传输。消息转换成信号，通常要经过三个步骤，即变换、编码和调制，它们可分别进行，也可同时进行。发送设备的作用发送设备是一个总体概念，它可能包括许多具体的电路与系统。发送设备包括为达到某些特殊要求所进行的各种处理，如多路复用、加密处理和纠错编码处理等。

二、通信系统模型信道是信号传输的通道，它是发送设备到接收设备之间信号传递所经过的媒介。信道的种类很多，概括起来有两类，即有线信道（如双绞线、同轴电缆、光缆等）和无线信道（如无线电、红外线等），每一种信道都有其特定的应用范围。信号在信道的传输过程中会产生失真。信道中的噪声和干扰信号（来自其他信号源）也会叠加到正在传输的有用信号上，结果使接收信号与发送信号相比出现了畸变。严重时，有用信号甚至完全被噪音湮没，使信息传输无法进行。。信道的作用二、通信系统模型接收设备的功能与发送设备相反，它是对接收信号进行处理，得到原始信号的可识别形式，以便于恢复原始信号。接收机的处理过程包括解调、译码、解码等。对于多路复用信号，还应包括多路复用，实现正确的分路。接收设备的作用二、通信系统模型信宿是消息传输的对象，它的作用与信源相反。信源与信宿可以是人，也可以是设备，有时也把它们分别称为发终端和收终端。信宿的作用二、通信系统模型通信技术实际上就是“通信系统和通信网的技术”。通信系统是指点对点通信所需的全部设施，而通信网是由许多通信系统组成的多点之间能相互通信的全部设施通常意义上的通信系统指除信源与信宿之外的部分。通信系统除了完成信息传递之外，还必须进行信息的交换。也就是说，一个完整的通信系统可能由传输系统和交换系统共同组成。本书讨论的通信系统只限于传输系统。通信系统示例

想一想：上图所示的广播电视系统，你能说出该通信系统中的信源、信宿及信道分别是指什么吗？三、通信系统的分类按信源产生消息的物理特征的不同，也可以说按信源提供的业务种类的不同，通信系统可以分为电话通信系统、电报通信系统、数据通信系统、图像通信系统和多媒体通信系统等。三、通信系统的分类根据系统是否采用调制，可将通信系统分为基带传输和频带传输（调制传输）。基带传输是将未经频带调制的信号直接传送，如音频市话系统、计算机网络等；频带传输是对各种信号调制后传输的总称。按传输媒介，通信系统可分为有线通信系统和无线通信系统两类。有线通信系统，根据有线传输媒介的不同，又可细分为架空明线通信系统、双绞线通信系统、同轴电缆通信系统、光纤通信系统等。

三、通信系统的分类无线通信系统，主要有无线电通信系统和光通信系统（红外线通信系统较多），习惯上将无线电通信系统简称为无线通信系统，可根据无线电波频率的高低或波长的长短，将其更详细地划分为短波通信系统、微波通信系统等。微波天线三、通信系统的分类按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地将通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。按照传送信号的复用方式分类，通信系统有三种复用方式，即频分复用通信系统、时分复用通信系统和码分复用通信系统。实际的通信系统并不局限于使用某一复用方式，很多系统都是同时采用多种复用形式。三、通信方式信号在信道中传输，可采用多种传输方式。通信方式信号传送方向信号排序方向通信网络形式单工半双工全双工串行传输并行传输直通方式分支方式交换方式三、通信方式单工、半双工和全双工①广播、电视就是单工传输的例子。②半双工的典型例子是用同一载频的无线电收发报机。③全双工传输普通电话通信、计算机通信以及利用光波的光纤通信就属于这种通信方式。三、通信方式串行传输与并行传输

①通信网和计算机网络中的数据传输都是以串行方式进行的，但串行传输的缺点是速度较低。②计算机有时利用并行方式给打印机传送信息，从而实现高速的内部运算和数据传输。并行传输提高了传输速率，付出的代价是硬件成本提高了。三、通信方式直通方式、分支方式和交换方式

①直通方式是通信网中最简单的方式。②分支方式及交换方式均属于网通信的范畴，例如网通信中有一套具体的线路交换与消息交换的规定、协议等，其中既有信息控制问题，也有网同步问题等。发射功率信道带宽29四、主要通信资源发射功率是指发射信号的平均功率，信道带宽是为传输信号而分配的一个频带。通常，将通信信道分为功率受限信道和带宽受限信道，电话线路是一个典型的带宽受限的例子，而卫星信道则是典型的功率受限信道。习题1-1习题1-2（1）、（2）、（3）教材练习题30作业布置31学习活动设计第3周将进行一次学习活动设计作业展示，要求如下：两位同学组成一组，针对你感兴趣的现代应用的数字通信系统，以PPT的形式进行宣讲介绍，最好配图片或者音视频材料，时间为10分钟，超时扣分。没有在课堂上展示的提交PPT电子文档给授课教师。数字通信第一章数字通信概论第2讲数字通信和数字通信系统34模拟通信与数字通信数字通信的特点数字通信系统典型实例1234内容提要数字通信与模拟通信的区别重点数字通信系统是怎么构成的？数字通信系统各部分功能理解？本节学习重点与难点重点难点难点一、模拟通信与数字通信根据信号方式的不同，通信可分为模拟通信和数字通信。什么是模拟通信呢？比如在电话通信中，用户线上传送的电信号是随着用户声音大小的变化而变化的。这个变化的电信号无论在时间上或是在幅度上都是连续的，这种信号称为模拟信号。在用户线上传输模拟信号的通信方式称为模拟通信。

数字通信是用数字信号作为载体来传输消息，或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。它可传输电报、数字数据等数字信号，也可传输经过数字化处理的语声和图像等模拟信号。

一、模拟通信与数字通信为什么要进行数字化？与模拟信号相比，数字信号易于再生。

数字电路有很好的抗干扰能力。一、模拟通信与数字通信数字通信的抗干扰、抗噪声能力强。数字信号易于加密，信息传输比较安全。（例如2G、3G手机信号）通信距离远，通信质量受距离影响小。易于处理（数字信号适合于计算机结合，由计算机处理信号）自动发现和控制差错。数字信号便于存储（CD、MP3/MP4、VCD和DVD等）数字通信还可兼容电话、电报、数据和图像等多种信息的传输。

一、模拟通信与数字通信模拟通信的最大优点是直观而且容易实现。数字通信有三个突出缺点：占用频带较宽技术要求复杂，尤其是对同步技术要求的程度高模数转换时会带来量化误差。此外，数字通信需要更多的信号处理技术。数字通信的发展历史数字通信的早期历史是与电报的发展联系在一起的。1937年，英国人A．H．里夫斯提出脉码调制（PCM），从而推动了模拟信号数字化的进程。1946年，法国人E．M．德洛雷因发明增量调制。1950年C．C．卡特勒提出差值编码。1947年，美国贝尔实验室研制出供实验用的24路电子管脉码调制装置，证实了实现PCM的可行性。1953年发明了不用编码管的反馈比较型编码器，扩大了输入信号的动态范围。1962年，美国研制出晶体管24路1.544Mb/s脉码调制设备，并在市话网局间使用。20世纪90年代，数字通信向超高速大容量长距离方向发展，高效编码技术日益成熟，语声编码已走向实用化，新的数字化智能终端将进一步发展。二、数字通信系统点到点的数字通信系统的一般模型。数字通信系统形式多种多样。二、数字通信系统数字卫星通信系统二、数字通信系统一个完整的数字通信系统构成模型各个部分的功能

信源编码是对信源发出的模拟信号进行模数转换，得到相应的数字信号，去除冗余（不需要的）信息。信源编码的作用是用来提高传输有效性而对信号采取的处理功能。二、数字通信系统加密与解密是为了实现保密通信而设置的，通过加密可以产生密码，人为地把待传输的数字序列扰乱。这种编码可以采用周期非常长的伪随机码序列等，在接收端根据已知的解密方法对接收的序列进行解密。信道编码是为解决传输的可靠性而设置的。由于信号传输不可避免地受到各种噪声的干扰，因此可能会导致接收端数字信号的判决错误。信道编码就是按一定规则对传输的数字信号再次编码，使之具有自动检错或纠错的能力。信道译码的过程与信道编码过程正好相反。这种技术也被称为“差错控制编码”。二、数字通信系统脉冲调制：将二进制代码（用二进制数0或1表示电压电平的码元）转换成基带波形。基带是指从直流延伸到某个有限值的信号频谱，这个值通常是小于几MHz的有限数。脉冲调制方框图中通常包含使传输带宽最小化的滤波器。经过脉冲调制后，每个消息码元或信道码元就转变为基带波形。带通调制：将基带波形调制成适合于信道传输的带通波形，这意味着基带波形的频谱通过载波被搬移到一个比基带波形的频谱大得多的频率点处。二、数字通信系统多路复用和多址接入都是把不同特性或不同信源的信号进行合成，以便共享通信信道的资源（如频谱、时间等）。扩频能产生抵御自然或人为干扰的信号，提高通信的保密性，同时它在多址接入方面也是一项很有用的技术。同步：由于数字通信系统传输的是一个接一个按一定节拍传送的数字信号，因此接收端必须有一个与发端相同的节拍，否则就会因收发步调不一致而造成混乱。另外，为了表述消息内容，原始信号（基带信号）都是按消息的特征进行编组的，在收发之间的编组规律必须一致，否则接收时消息的真正内容将无法恢复。故在数字通信系统中，必须解决“同步”问题。二、数字通信系统在方框图的下部，接收机前段或解调器对每个带通波形进行下变频变换，恢复成最佳基带波形，为后面的检测设备做准备。通常还有几个与接收机、解调器相连的滤波器，以滤除不需要的高频部分（带通波形的下变频），并改善脉冲波形。均衡用于补偿（即削弱或消除）由信道引起的任何形式的信号失真，它可以包含在解调器中，也可以在解调器之后处理。取样过程是把成形的脉冲变换成取样信号，而检测则把取样信号变成信道码元或信息码元的估计值。对于具体的数字通信系统，可能只是其中的一部分。例如，对于采用有线传输媒介的数字传输系统来说，就要去掉扩频和多址接入；对于数字电话通信系统来说，无需信道编码。另外，系统中的方框有时会有不同的顺序，例如多路复用可能先于信道编码或先于调制。

二、数字通信系统数字通信系统可进一步细分为数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统、模拟信号数字化传输通信系统。数字基带传输通信系统模拟信号数字化通信系统习题1-2（4）、（5）习题1-8教材练习题49作业布置数字通信第一章数字通信概论第3讲数字通信系统的主要性能52通信系统的性能指标含义相关术语解析有效性指标可靠性指标示例12345内容提要有效性与可靠性的含义重点难点有效性度量及计算可靠性度量及计算本节学习重点与难点重点重点一、通信系统的主要性能指标通信系统的性能指标是一个十分复杂的问题，它涉及到通信系统的诸多方面，例如有效性、可靠性、保密性、标准性、维修性、工艺性等。从通信的目的和根本任务来看，传输的有效性和可靠性是通信系统最主要的两个性能指标。通信的目的就是传输信息。一、通信系统的主要性能指标有效性是在给定信道内能传输信息内容的多少，说的是传输“速度”问题。可靠性是指接收信息的准确程度，说的是传输的“质量”问题。

有效性和可靠性既相互矛盾，又相对统一，都体现了对通信系统最基本的要求。二、相关术语解析二进制数字（binarydigit）（比特）二进制数字是所有数字通信系统的基本信息单元。衡量比特的信息量有多种单位。比特流（bitstream）比特流是指二进制数据0和1流，比特流在数字通信中称为基带信号，基带信号的频谱范围是从直流（或接近直流）到一个有限的频率值。用二电平脉冲表示某一比特流，这里用理想的矩形脉冲表示。注意，实际系统中的脉冲不可能与图中所绘的相同。

二、相关术语解析数字信号波形（digitalsignalwaveform）数字信号波形是指用于表示数字信号的电压或电流波形（脉冲或正弦波），脉冲的波形参数包括脉冲的幅度、频率和相位，正弦波的波形参数包括正弦波的幅度、频率和相位。

注意，该波形虽然看起来具有模拟信号的特性，但由于它已被数字信息进行编码，所以称为数字信号波形。二、相关术语解析数字信息在一般情况下可以表示为一个数字序列：a0,a1,a2,…，简记为{an}，an是数字序列的基本单元，称为码元。码元不是一种物理符号，可以是多进制，因此码元是一个逻辑概念。一个码元由k个比特组成，该k个比特就是一个单元，用来表示一个有限码元集中的消息码元，其中k为码元的比特数，M表示消息码元是M进制码元。码元可以用一组波形表示，对于基带传输，每个码元mi用一组基带脉冲波形表示；对于频带传输，每个脉冲gi(t)都由一组带通波形之一表示。在无线通信中，码元mi通过在Ts内发送的数字波形si(t)来实现，这里T为码元持续时间。下一个码元将在下一个Ts内发送，接收机仅需要判别发送的波形是M个波形中的哪一个。二、相关术语解析

答疑解惑“码元”究竟代表什么？“码元”又称为“符号”，即symbol。码元可以这样理解：在一定持续时间内，具有一定相位或幅度的一段正（余）弦载波，就是码元，如图所示的每个虚线框都是一个码元。三、有效性指标（速率问题）传输速率通常有多种描述方法，通常从信息传输速率、码元传输速率和频带利用率等三个不同的角度来定义传输速率。

信息传输速率简称为信息速率（传信率、比特率），信息传输速率用符号Rb表示。信息传输速率是指单位时间内（每秒）内传送的信息量，单位为bit/s。模拟通信系统数字通信系统有效性传输带宽（系统带宽）传输速率三、有效性指标（速率问题）传输速率通常有多种描述方法，通常从信息传输速率、码元传输速率和频带利用率等三个不同的角度来定义传输速率。码元传输速率简称为码元速率（或传码率），用符号RB表示。码元速率是指单位时间内（每秒）内传送码元的数目，单位为波特/秒（Baud/s），简记为B。数字信号通常有二进制信号（或二电平信号）和多进制信号（或多电平信号），但码元速率与信号的进制无关，只与码元宽度有关。在数字通信中，用具有一些相同的时间间隔来表示一些数字信号，这个时间间隔就是码元宽度（或码元持续时间）Tb。码元速率与码元宽度的关系为

RB=1/Tb

三、有效性指标（速率问题）码元速率和信息速率从两个不同角度定义了传输速率，但码元速率中的码元可以是二进制的，也可以是多进制的，码元速率不管所传输的信号为多少进制，都表示每秒钟所传输的码元个数。对于信息速率，则必须折合为相应的二进制码元来计算。码元速率和信息速率可以相互换算，它们的换算公式为

Rb=RBlog2N

（N为进制数）三、有效性指标（速率问题）数字信号的传输需要一定的频带，数字传输系统占用的频带越宽，传输信息的能力越大。因此，在比较不同的数字通信系统的效率时，不仅要考虑信息速率（或码元速率），也要考虑它所占用的带宽。频带利用率是用单位频带内允许的最大信息传输速率（或码元速率）来衡量，单位是bit/s·Hz，即

在频带宽度相同的条件下，比特传输速率越高，则频带利用率越高，反之越低。三、可靠性指标（质量问题）误码率是指在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码元数之比，通常以Pe来表示，即误码率Pe是多次统计结果的平均量。误码率的大小由传输系统的特性、信道质量及系统噪声等因素决定。模拟通信系统数字通信系统有效性输出信噪比误码率信号抖动三、可靠性指标（质量问题）在数字通信系统中，信号抖动是指数字信号相对于标准位置的随机偏移。数字信号位置的随机偏移，即信号抖动的定量值的表示也是统计平均值，它同样与传输系统的特性、信道质量及系统噪声等因素有关。若采用多中继链路传输时，信号抖动也具有累计效应。误码率和信号抖动都反映了通信质量。如语音信号数字化传输，误码率和信号抖动都会对数—模变换后的语音质量产生直接影响。四、示例【例1-1】在一个数字通信系统中，已知二进制信号在4分钟之内传送了96

000个码元。（1）试求码元速率和信息速率；（2）若码元宽度保持不变，改用八进制数字信号传送，则其码元速率是多少？信息速率又是多少？解：四、示例【例1-2】已知某八进制数字通信系统的信息传输速率为72

000bit/s，接收端在30分钟内测得864个错误码元，试求该系统的误码率。解：一定要把码元速率与信息传输速率这两个概念区分开，此题容易将所给速率直接代入误码率公式中，得出错误的结果。

习题1-3习题1-4~1-7习题1-9（思考）教材练习题68作业布置数字通信Page

70

在对数字通信系统的研究中，人们感兴趣的问题是信号怎样在系统中传输。因此，了解描述信号特征的频谱等概念及利用这些知识对信号进行处理涉及的相关基础知识都是非常必要的，同时也是学习数字通信原理的基础。尽管信号原本表示的是物理量，但当它一旦变换为函数表达式时，信号的相关问题就变为如何处理这些函数的数学问题了。本章的目的是把一些将在本书中出现的数学定义、公式和理论集中在一起，不追求数学上的严密性，力争使物理上的直观和理论上的系统能很好地结合起来。本章的主要内容围绕信号与通信信道展开讨论。引言沟通世界的通信Page

71学习完本章，你应重点掌握以下内容：

典型信号的点及其数学表达式识记

信息量的计算

周期信号的傅里叶级数展开式及频谱图绘制

非周期信号的傅里叶变换简单计算及频谱的物理含义

信号的能量谱和功率谱、互相关与自相关的物理意义

随机过程的数字特征的数学表示式及物理含义

信道的定义和分类及信道容量的相关计算

通信信道的噪声及特征

本章学习重点学习指南Page

72学习指南

建立信息论与通信原理内容之间的关系，使学生认识到数字通信原理课程在专业开设的重要性，树立专业自信。

通过事物的多样性存在的哲学问题，培养学生多角度、多维度观察和处理问题的能力。

将信号时频域分析和香农定理与大师精神结合起来，让学生从无形的宝藏中攫取力量，培养学生正确的世界观、人生观和价值观。本章素质目标Page

73Page

74本讲教学主要内容内容提要1无处不在的信号2信号的分类和特性3信息与信息量4示例通信同样也可以很白话，很生活，很幽默，很好玩。。。。Page

75你在哪里看到过这些手势？Page

76000110100111110001100101010101110110010100011000Page

77波形特征：周期、时间间隔、信号幅度、信号极性等。Page

78一、信号无处不在

通讯古老通讯方式：烽火、旗语、信号灯近代通讯方式：电报、电话、无线通讯现代通讯方式：计算机网络通讯、视频电视传播、卫星传输、移动通讯Page

79一、信号无处不在信息科学已渗透到所有现代自然科学和社会科学领域工业监控、生产调度、质量分析、资源遥感、地震预报、人工智能、高效农业、交通监控宇宙探测、军事侦察、武器技术、安全报警、指挥系统经济预测、财务统计、市场信息、股市分析电子出版、新闻传媒、影视制作远程教育、远程医疗、远程会议虚拟仪器、虚拟手术Page

80信号的描述信号可描述范围极其广泛的一类物理现象。信号可用许多方式来表示。

信号的描述物理上：信号是信息寄寓变化的形式数学上：信号是一个或多个变量的函数形态上：信号表现为一种波形自变量：时间、位移、周期、频率、幅度、相位通信里研究信号做什么？

在通信过程中，时常要对信号进行处理或加工，主要便于信息采集、传输和接收。常见的信号处理有：（1）剔除信号的无用成分；（2）过滤掉噪声和干扰；（3）将信号变换以利于信号的分析、识别。Page

81信号的数学描述——表达式周期=2*pi相位=0.5幅度=APage

82对阻尼振荡的数学描述

信号的数学表达式中体现了幅度、周期、相位以及衰减因子，波形图可用来描述一些现象的轨迹。Page

83一段鸟鸣的声音的时域波形Page

84鸟鸣在不同频率的幅度分布—频谱单从时域信号不能完全提取出信号特征。从信号的频谱中可以看出信号所表现出的一些特征频带和特征尖峰。正是这些特征，可以区别是那一种小鸟的叫声。Page

85鸟鸣声的时—频谱阵图这里是鸟语的声谱阵图。它以时间—频率为座标平面，色彩为该座标处的信号强度。它反映了鸟语有明显的时频结构。人的语音也有明显的时—频结构，只是它的结构更精细，因而音调和语调更丰富，表达的信息也就更多。鸟语的声谱阵Page

86图像携带信息特征——轮廓Page

87波形的三维描述

Page

88二、信号的分类和特征

连续时间信号离散时间信号

连续时间信号：自变量连续可变，信号在自变量的连续值上都有定义。记做x(t)。如果是实数，通常对应一些有实际意义物理量离散时间信号：自变量取一组离散值，信号仅定义在离散时刻点上，记作x[n]。N只能取整数。在两个整数值之间，没有定义。X[n]可以描述自变量本来就是离散的现象，而大多数情况下，它是连续信号经过采样后得到的离散序列。Page

89二、信号的分类和特征周期信号可表示为满足下式的时间函数：

f(t+T)=

f(t)

在通信系统用于测试的正弦信号，雷达系统中的矩形脉冲系列都是周期信号。

非周期信号是不具有重复性的信号。语音信号是非周期信号。Page

90二、信号的分类和特征确定信号是指能够以确定的时间函数表示的信号，该信号在其定义域内的任意时刻都有确定的函数值。随机信号也称为不确定信号，它不是时间的确定函数。例如混有噪声的正弦信号，它无法以确定的时间函数来描述，也无法根据过去的记录准确地预测未来情况，而只能用统计规律来描述。Page

91二、信号的分类和特征电信号也可以由电压或电流x(t)流过电阻R产生的瞬时功率p(t)来表示，定义为：

在通信系统中，通常定义流过1

电阻产生的瞬时功率为“归一化功率值”。不论信号是电压还是电流，归一化瞬时功率可以表示为

Page

92二、信号的分类和特征周期为T的周期信号的平均功率由下式给出：定义在所有时间上的能量不为零且有限时的信号为能量信号，它通常是一个脉冲式的信号。其能量数字表示式为定义信号的功率不为零且有限时间的信号为功率信号，其功率数字表示式为Page

93二、信号的分类和特征能量信号与功率信号是不相容的，能量信号的能量有限而平均功率为零，功率信号的平均功率有限而能量无限。通信系统中的波形要么具有能量值，要么具有功率值。一般来说，直流信号、周期信号和随机信号是功率信号，而非周期信号或者是能量信号，或者是功率信号。【例2-2】矩形脉冲信号和方波信号如图（a）、（b）所示，试求其总能量和平均功率。Page

94二、信号的分类和特征单位阶跃信号定义如左式。T=0处是跳变点，函数未有定义，或定义为1/2。

1t0t01Page

95二、信号的分类和特征连续时间单位冲激信号是一种奇异信号，它定义为那种持续时间无穷小，顺间幅度无穷大，涵盖面积恒为1的一种理想信号。例如：冲击力的作用、雷击、抽样脉冲等。它的特点是只有在t=0的这时刻有能量。持续时间无穷小，瞬间幅度无穷大，涵盖面积恒为1的一种理想信号，记。

0tPage

96三、信息与信息量衡量信息多少的物理量为信息量。信息量的大小与消息所描述事件出现的概率有关。若某一消息出现的概率很小，那么该消息的信息量很大。若消息出现的概率很大，收信者事先已有所估计，则该消息的信息量就较小。如果收到的不是一个消息，而是有若干个互相独立的消息，则总的信息量应该是每个消息的信息量之和。Page

97信息量定义是：若一个消息xi出现的概率为P(xi)，则这一消息所含的信息量为假设信源输出M个统计独立的符号x1，x2，…，xM，它们出现的概率分别为P(x1)，P(x2)，…，P(xM)，则每个符号所含信息量的统计平均值，称为离散信源的平均信息量H(x)，即三、信息与信息量Page

98三、信息与信息量信源的平均信息量又称为信源熵。最大信源熵发生在信源的每个符号等概率独立出现时，最大信源熵为信息熵—你说的话到底有多少信息量？中国足球队何时夺得世界冠军？Page

99【例2-3】四进制离散信息源输出4个独立符号A，B，C和D。（1）A、B、C和D出现的概率分别为，求A，B，C和D每个符号所携带的信息量和信息熵。（2）A，B，C和D等概，求信息熵。解：（1）根据式（2-11），有I(A)

= I(B)

=I(C)= I(D)

=根据式（2-12），有

（2）根据式（2-12），有

四、示例Page

100【例2-4】某数字通信系统用正弦载波的相位0、、

、来传输信息，这4个相位是互相独立的。（1）每秒钟内0、、

、出现的次数分别为500、125125、250，求此通信系统的码速率和信息速率；（2）每秒钟内这4个相位出现的次数都为250，求此通信系统的码速率和信息速率。解：（1）每秒钟传输1

000个相位，即每秒钟传输1

000个符号，故RB=1

000B。每个符号出现的概率分别为P(0)

=，P(/2)

=1/8，P(

)=1/8，P(3/2)=1/4，每个符号所含的平均信息量为信息传输速率

四、示例Page

101（2）每秒钟传输的相位个数仍为1

000，故RB=1

000B 此时4个符号出现的概率相等，故信息传输速率为

四、示例Page

102习题2-1（1）、（2）习题2-3、2-4、2-5、2-6、2-7教材练习题102作业布置数字通信Page

104

在对数字通信系统的研究中，人们感兴趣的问题是信号怎样在系统中传输。因此，了解描述信号特征的频谱等概念及利用这些知识对信号进行处理涉及的相关基础知识都是非常必要的，同时也是学习数字通信原理的基础。尽管信号原本表示的是物理量，但当它一旦变换为函数表达式时，信号的相关问题就变为如何处理这些函数的数学问题了。本章的目的是把一些将在本书中出现的数学定义、公式和理论集中在一起，不追求数学上的严密性，力争使物理上的直观和理论上的系统能很好地结合起来。本章的主要内容围绕信号与通信信道展开讨论。引言Page

105学习完本章，你应重点掌握以下内容：

典型信号的点及其数学表达式识记

信息量的计算

周期信号的傅里叶级数展开式及频谱图绘制

非周期信号的傅里叶变换简单计算及频谱的物理含义

信号的能量谱和功率谱、互相关与自相关的物理意义

随机过程的数字特征的数学表示式及物理含义

信道的定义和分类及信道容量的相关计算

通信信道的噪声及特征

本章学习重点学习指南Page

106Page

107本讲教学主要内容内容提要1信号如何承载信息？2信号的时域与频域特性3周期信号的傅里叶级数及频谱4非周期信号的频谱5通信中的相关Page

108学习路线图123概念的物理意义概念的数学意义熟练相关计算Page

109信号如何承载信息？信号是消息的载体，通过信号的振幅、频率或相位的不同变化来表示消息。模拟信号振幅变化模拟信号频率变化Page

110模拟信号相位偏移信号如何承载信息？Page

111数字信号信号如何承载信息？Page

112周期信号的振幅、周期和相位信号如何承载信息？Page

113比特率和比特间隙（时间宽度）信号如何承载信息？Page

114二、信号的时域与频域特性为什么要对信号进行频谱分析？①频率是信号的一个特有属性。

②对时间域的信号很难分析,频谱只是一种数学工具，就像高中数学要引入向量一样，采用频谱分析更能够了解信号的特性。③不同通信系统对不同频率的信号表现出来的特性是不一样的，所以要知道这个信号的频率成分。例如要滤波，先要知道信号的频谱在哪里才好设计滤波器。

频谱分析仪Page

115信号的时间特性表示确定信号的时间函数，包含了信号的全部信息量，信号的特性首先表现为它的时间特性。时间特性主要指信号随时间变化快慢的特性。同一形状的波形重复出现的周期长短信号波形本身变化的速率（如脉冲信号的脉冲持续时间及脉冲上升和下降边沿陡直的程度）以时间函数描述信号的图象称为时域图，在时域上分析信号称为时域分析。Page

116信号的频率特性信号还具有频率特性，可用信号的频谱函数来表示。在频谱函数中，也包含了信号的全部信息量。频谱函数表征信号的各频率成分，以及各频率成分的振幅和相位。频谱：对于一个复杂信号，可将其各正弦分量的振幅与相位分别按频率高低次序排列成频谱。频带：复杂信号频谱中各分量的频率理论上可扩展至无限，但因原始信号的能量一般集中在频率较低范围内。

在工程应用上一般忽略高于某一频率的分量。频谱中该有效频率范围称为该信号的频带。以频谱描述信号的图象称为频域图，在频域上分析信号称为频域分析。Page

117复合信号波形tfPage

118数字信号的谐波Page

119基伯斯（Gibbs）现象多个正余弦分量的频率信号合成Page

120周期信号的傅里叶级数两种不同形式的展开式三、周期信号的傅里叶级数及频谱单击添加三角函数形式展开式指数形式展开式信号的频带宽度【引例】有三个不同的信号，分别是正弦波、方波和锯齿波，它们的频率都是1000Hz，这三个信号在音质上有区别吗？为什么？Page

121信号分析的利器——傅里叶级数与变换对周期信号的分析，最早来自1784年欧拉对振动弦的研究。欧拉发现所有的振动模式都是x的正弦函数，并称其为谐波关系。欧拉得出结论：如果某一时刻振动弦的形状是其谐波的组合，那么在其后的任何时刻，振动弦的形状也都是这些振荡谐波的组合。1753年，伯努利声称一根弦的实际运动都可以用振动谐波的线性组合来表示。1759年，拉格朗日提出反对意见。1807年，傅里叶在热力学研究时，得出：任何周期信号都可以用成谐波关系的正弦函数来表示。最后由狄里赫利给出数学表达式。Page

122傅里叶生平1768年生于法国1807年提出“任何周期信号都可用正弦函数级数表示”1829年狄里赫利第一个给出收敛条件拉格朗日反对发表1822年首次发表在“热的分析理论”一书中Page

123周期信号的三角函数傅里叶级数展开式一个周期为T的周期信号f(t)，可以展开成如下的傅里叶级数，即直流分量余弦分量正弦分量Page

124任何周期信号的波形是由一个平均分量（直流分量）和一系列谐波相关的正弦波和余弦波组成的。傅里叶级数可写成通信工程上更为实用的形式，即其中，

（谐波振幅）（谐波初相角）周期信号的傅里叶级数工程实用形式Page

125将周期信号的各分量的振幅和相位用图形表示出来，称之为频谱图。频谱图中谐波分量的振幅随频率变化的关系称为振幅谱（或幅度谱），谐波分量的相位随频率变化的关系称为相位谱，一般习惯地将振幅频谱简称频谱。Page

126例题讲解

【例1】试将下图所示的方波信号f(t)展开为傅里叶级数。

解答Page

127矩形脉冲（或矩形脉冲串）也是由一系列谐波相关的正弦波组成，信号谱分量的幅度取决于占空比。一个矩形脉冲的傅里叶级数展开式表示为一个矩形脉冲的直流分量等于。脉冲宽度越窄，直流分量将越小。n次谐波的幅度为Page

128？想一想1.如下式所示的一个信号，试问该信号有几个频率分量？分别是什么？并求该信号的直流功率、交流功率，以及信号输出的最大值和最小值。Page

129？想一想2.下图所示的三个信号，它们的脉宽和频率都相同，它们所含的频率分量相同吗？TTTPage

130周期信号不仅可以用三角函数以及工程实用形式表示，还可以用指数形式的傅里叶级数表示，这种指数形式简洁便于计算，在通信中也获得了广泛应用。（复傅里叶系数）

结论：任意周期信号f（t）可以分解为许多不同频率的虚指数信号

之和，

其各分量的复数幅度为

。周期信号的傅里叶级数复指数形式Page

131实、复傅里叶系数的关系实傅里叶系数：

a0

an

bn复傅里叶系数：

Page

132周期复指数信号的频谱图

周期矩形脉冲信号指数形式傅里叶级数的频谱是一个离散谱。Page

133例题讲解

【例2】设有一个幅度为A，脉冲宽度为的周期性矩形脉冲，其周期为T，如图所示，求其复傅里叶系数。

解答Page

134

频带宽度（带宽）频谱图上第一个零点以内的范围，记作B。例：对周期矩形脉冲信号，

Bω=2π/τ

或Bf=1/τPage

135

频带宽度（带宽）Page

136

频带宽度（带宽）Page

137？想一想1.如下图所示的信号试回答下面的问题：（1）画出该信号指数形式的频谱图。（2）该频谱的第一个过零点对应的频率是多少？（rad/s）（3）该频谱的第一个过零点内有多少个频率分量？（4）试求信号的总功率。11-0.100.11Page

138非周期信号的频谱傅里叶认为，非周期信号可以看做是周期无限长的周期信号。一个非周期信号f(t)可以用其傅里叶变换求其频谱函数，即通常把叫做f(t)的频谱密度函数，或简称频谱密度。Page

139【例2-6】试求图2-13所示的矩形脉冲的频谱。解：利用式（2-5），有

Page

140相关相关是现代通信中广泛应用的概念之一，它也是在时域中描述信号特征的一种重要方法。在通信中通常用相关函数衡量信号波形之间的相似程度或关联程度。互相关函数自相关函数Page

141三字经人之初，性本善。性相近，习相远。苟不教，性乃迁。……

养不教，父之过。教不严，师之惰。子不学，非所宜。幼不学，老何为。玉不啄，不成器。人不学，不知义。为人子，方少时。亲师友，习礼仪。……Page

142长歌行青青园中葵，朝露待日晞（xi）。阳春布德泽，万物生光辉，常恐秋节至，焜（kun）黄华叶衰。百川东到海，何时复西归？少壮不努力，老大徒伤悲。

要珍惜良好的学习机会，认真学习，逐渐培养学习和研讨问题能力，树立完善的人格基础，为将来的进一步学习和工作奠定坚实的基础。Page

143习题2-8习题2-9教材练习题143作业布置数字通信Page

145

在对数字通信系统的研究中，人们感兴趣的问题是信号怎样在系统中传输。因此，了解描述信号特征的频谱等概念及利用这些知识对信号进行处理涉及的相关基础知识都是非常必要的，同时也是学习数字通信原理的基础。尽管信号原本表示的是物理量，但当它一旦变换为函数表达式时，信号的相关问题就变为如何处理这些函数的数学问题了。本章的目的是把一些将在本书中出现的数学定义、公式和理论集中在一起，不追求数学上的严密性，力争使物理上的直观和理论上的系统能很好地结合起来。本章的主要内容围绕信号与通信信道展开讨论。引言沟通世界的通信Page

146学习完本章，你应重点掌握以下内容：

典型信号的点及其数学表达式识记

信息量的计算

周期信号的傅里叶级数展开式及频谱图绘制

非周期信号的傅里叶变换简单计算及频谱的物理含义

信号的能量谱和功率谱、互相关与自相关的物理意义

随机过程的数字特征的数学表示式及物理含义

信道的定义和分类及信道容量的相关计算

通信信道的噪声及特征

本章学习重点学习指南Page

147Page

148本讲教学主要内容内容提要1随机变量及统计特征2随机过程的概念3随机过程的统计特性4示例通信很难学，但也很简单。。。。Page

149先来看看几个术语吧试验（trial）：每次重复的实验。结果（outcomes）：每次试验可能的结果。样本（samples）：一个随机实验，所有试验可能结果称为样本。样本空间（S）：全部样本的集合。Page

150随机变量的概念我们生活中有没有“随机变量”的例子呢？掷硬币掷骰子转动罗盘上述现象的结果都可能存在一个“取值”，类似于函数，但不是函数，而是变量或变量取值集合。可以用数轴形象表示。随机变量在数轴上所表示样本映射的点（可能的取值）仍与样本的概率相对应，它们都要附带其在样本空间的概率特征。一般情况下，用大写X、Y表示随机变量。Page

151随机变量的统计特性概率累计分布函数（cdf）：S全部样本的累计概率（整集为1），而随机变量中的部分事件{Xx}的概率P{Xx}是一切不大于某特定取值x的随机变量X的概率，其大小随x取值变化，称其为概率累计分布函数（cdf），可表示为P{Xx}=FX(x）概率密度函数（pdf），以p（x）表示。概率累计分布函数与概率密度函数互为微积分关系。

在数轴上的实数值代表的样本空间的样本，它们并非确定，只是S中样本的”数字符号“形式的代表，必须与其概率相对应才有意义。Page

152常见的随机变量均匀分布高斯分布：正态分布又名高斯分布（Gaussiandistribution），是一个在数学、物理及工程等领域都非常重要的概率分布，在统计学的许多方面有着重大的影响力。若随机变量X服从一个数学期望为μ、标准方差为σ2的高斯分布，记为：则其概率密度函数为正态分布的期望值μ决定了其位置，其标准差σ决定了分布的幅度。因其曲线呈钟形，因此人们又经常称之为钟形曲线。我们通常所说的标准正态分布是μ=0,σ=1的正态分布。Page

153常见的随机变量（其他类型的概率分布）瑞利分布：

瑞利分布（Rayleighdistribution）：当一个随机二维向量的两个分量呈独立的、有着相同的方差的正态分布时，这个向量的模呈瑞利分布。泊松分布：泊松分布（Poissondistribution），是一种统计与概率学里常见到的离散机率分布（discreteprobabilitydistribution）。泊松分布适合于描述单位时间内随机事件发生的次数。如某一服务设施在一定时间内到达的人数，电话交换机接到呼叫的次数，汽车站台的候客人数，机器出现的故障数，自然灾害发生的次数等等。Page

154随机过程的概念什么是随机过程？为什么通信系统里要研究随机过程？随机过程及统计特性随机过程的概念统计特征数字特征示例Page

155随机过程的概念随机过程及统计特性随机过程的概念统计特征数字特征示例Page

156随机过程的概念随机过程及统计特性随机过程的概念统计特征数字特征示例

一簇时间函数（t和ξ都是可变量）一个确定的时间函数（t可变，ξ固定）一个随机变量（t固定，ξ可变）一个确定值（t和ξ都固定）Page

157随机过程的统计特征随机过程及统计特性随机过程的概念统计特征数字特征示例Page

158随机过程的数字特征随机过程及统计特性随机过程的概念统计特征数字特征示例Page

159随机过程的数字特征随机过程及统计特性随机过程的概念统计特征数字特征示例Page

160随机过程的数字特征随机过程及统计特性随机过程的概念统计特征数字特征示例Page

161随机过程的数字特征随机过程及统计特性随机过程的概念统计特征数字特征示例Page

162习题2-10教材练习题162作业布置数字通信Page

164

在对数字通信系统的研究中，人们感兴趣的问题是信号怎样在系统中传输。因此，了解描述信号特征的频谱等概念及利用这些知识对信号进行处理涉及的相关基础知识都是非常必要的，同时也是学习数字通信原理的基础。尽管信号原本表示的是物理量，但当它一旦变换为函数表达式时，信号的相关问题就变为如何处理这些函数的数学问题了。本章的目的是把一些将在本书中出现的数学定义、公式和理论集中在一起，不追求数学上的严密性，力争使物理上的直观和理论上的系统能很好地结合起来。本章的主要内容围绕信号与通信信道展开讨论。引言沟通世界的通信Page

165学习完本章，你应重点掌握以下内容：

典型信号的点及其数学表达式识记

信息量的计算

周期信号的傅里叶级数展开式及频谱图绘制

非周期信号的傅里叶变换简单计算及频谱的物理含义

信号的能量谱和功率谱、互相关与自相关的物理意义

随机过程数字特征的物理含义

信道的定义和分类及信道容量的相关计算

通信信道的噪声及特征

本章学习重点学习指南Page

166Page

167本讲教学主要内容内容提要1信道的物理特征2信道容量（香农定理）3信道的传输损耗4通信信道的噪声及特点通信很难学，但也很简单。。。。Page

168一、信道的物理特征狭义信道信号的传输通道即为信道。狭义信道是指信号的传输媒介。抽象说法：指定的一段频段，既让信号通过，又对信号进行限制和损害。

有线信道图片名称双绞线同轴电缆对称电缆光纤狭义信道（有线信道）Page

169一、信道的物理特征狭义信道信号的传输通道即为信道。狭义信道是指信号的传输媒介。抽象说法：指定的一段频段，既让信号通过，又对信号进行限制和损害。

无线信道图片名称卫星信道移动信道微波信道狭义信道（无线信道）BSPage

170一、信道的物理特征广义信道将传输介质和各种信号形式的转换、耦合等设备都归纳在一起，包括发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器等部件和电路在内的传输路径或通路，这种扩大了范围的信道称为广义信道。广义信道=传输介质+设备广义信道Page

171一、信道的物理特征

编码器传输介质

调制器

解调器

发送器

接受器

译码器

调制信道

编码信道

广义信道调制信道恒参信道有线信道、微波信道和卫星信道变参信道短波信道、移动无线信道编码信道无记忆编码信道数字调制器、扩频调制器等有记忆编码信道Page

172调制信道模型——调制信道主要用来研究模拟通信系统的调制、解调问题，故调制信道又可称为连续信道。

调制信道对信号的影响是由信道的特性及外界干扰造成的，可以用一个二对端的时变线性网络来表示，即只需关心调制信道输出信号与输入信号之间的关系。一、信道的物理特征时变线性网络二端口

结论：乘性干扰对信号影响较大，它依赖于网络的性质，包括各种畸变（线性、非线性和衰落），只能用随机过程加以描述。加性干扰指干扰和噪声。乘性干扰加性干扰Page

173一、信道的物理特征编码信道的范围是从编码器输出端至译码器输出端，编码器的输出和译码器的输入都是数字序列，故编码信道又称为离散信道。

编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换，因此编码信道可以用数字的转移概率来描述。前提条件：每个数字码元发生差错是相互独立的（互不相关），即这种信道是无记忆的。Page

174二、香农定理通信系统的理想——以无限小的差错率和无限大的传输速率传输信息。信道容量：（1）任何一个信道，都有信道容量C。若信息速率R≤C，理论上存在一种方法，能以任意小的差错概率通过信道传输；若R＞C，在理论上无差错传输是不可能的。（2）对于给定的C，可以用不同的带宽和信噪比的组合来传输。（带宽换功率）Page

175连续信道的信道容量假设信道带宽为B（Hz），信号功率为S（W），而信道中的干扰信号为加性高斯白噪声，噪声功率为N（W）。则可以证明该信道的信道容量为

C=B㏒2（1+S/N）（bit/s）上式是信息论中信道容量的理论公式——著名的香农公式。二、香农定理Page

176由香农公式可推出如下结论：在信道带宽一定的条件下，提高信噪比S/N能增加信道容量。在极限情况下，当S/N趋于∞时，C趋于∞。S/N一定的情况下，增加信道带宽（也即信号带宽）B能增加信道容量，但并不能无限制地使信道容量增大，C和B之间并不是简单的正比关系。信噪比再小，即使S/N<1，信道容量也不会为0。当信道容量一定时，带宽B与信噪比S/N之间可以彼此互换。

C=B㏒2（1+S/N）

由于噪声功率N与信道带宽B有关，故若噪声单边功率谱密度为n0，则噪声功率N将等于n0B。由此可得C=B㏒2（1+S/n0B）

香农公式的另一种形式：二、香农定理Page

177【例2-7】已知某高斯信道的带宽为4kHz，若信道中信号功率与噪声功率之比为63，试确定利用这种信道的理想通信系统的传输速率和差错率。解：此系统的信道容量 理想信道的传输速率为 差错率为 Pe

=0Page

178三、通信信道中的噪声噪声的分类和性质通信中常见的几种噪声信号带宽与信道带宽Page

179１噪声的分类和性质信道内的噪声无线电噪声（来源于各种无线电发射机）工业噪声（各种电气设备，如电力线、点火系统、电源开关等）天电噪声内部噪声（各种电子器件、转换器以天线或传输线等）单频噪声脉冲干扰起伏噪声（噪声的来源）（噪声的性质）

在实验室，示波器中观察到的无规则信号（象茅草一样的信号）就是噪声，通常称之为起伏噪声。三、通信信道中的噪声Page

180按噪声的性质，可将噪声分为：（1）单频噪声（2）脉冲噪声（3）起伏噪声三、通信信道中的噪声Page

181（1）单频噪声单频噪声是一种连续波的干扰，主要是指无线电噪声，还有电源的交流声、信道内设备的自激震荡、高频电炉干扰等也在此类之列。这种噪声的主要特点是其频谱集中在某个频率附近较窄的范围之内，干扰的频率可以通过实测来确定。因此，单频噪声并不是在所有通信系统中都存在，且只要采取适当的措施便可能防止或削弱其对通信的影响。三、通信信道中的噪声Page

182（2）脉冲噪声脉冲噪声是在时间上无规则地突发的短促噪声，如工业上的点火辐射、闪电及偶然的碰撞和电气开关通断等产生的噪声。这种噪声的特点是其突发的脉冲幅度大，但持续时间短，且相邻突发脉冲之间有较长的平静期。从频谱上看，脉冲噪声通常有较宽的频谱（从甚低频到高频）。脉冲噪声主要影响数字信道（编码信道），而对模拟信道（调制信道）的影响比较小。三、通信信道中的噪声Page

183（3）起伏噪声

起伏噪声是最基本的噪声来源，是普遍存在和不可避免的，其波形随时间作不规律的随机变化，且具有很宽的频谱，主要包括信道内元器件所产生的热噪声、散弹噪声和天电噪声中的宇宙噪声。从它的统计特性来看，可认为起伏噪声是一种高斯噪声，且在相当宽的频率范围内且有平坦的功率密度谱，可称其为白噪声，故而起伏噪声又可表述为高斯白噪声，它是通信信道内的主要干扰源。三、通信信道中的噪声Page

1842通信中常见的几种噪声白噪声高斯噪声高斯型白噪声窄带高斯噪声

注意：每一种噪声主要掌握其功率谱密度的分布特点、数学表达式描述和分布曲线。三、通信信道中的噪声Page

185（1）白噪声所谓白噪声是指它的功率谱密度在整个频率域内是常数，即服从均匀分布。所谓“白”是因为它与光谱中的白光类似。热噪声可以把它看成是白噪声。（双边谱）（单边谱）0三、通信信道中的噪声Page

186（2）高斯噪声所谓高斯噪声是指其概率密度函数服从高斯分布（即正态分布）的一类噪声。通常，通信信道中的噪声均值为0，则噪声的平均功率就等于噪声的方差。0三、通信信道中的噪声Page

187（3）高斯白噪声（AGWN）Pn(f)Pn(f0)f0f0Bn-f0所谓高斯白噪声是指噪声的概率密度函数满足正态分布，同时它的功率谱密度是常数的一类噪声。Bn三、通信信道中的噪声Page

188（4）窄带高斯噪声当高斯噪声通过以为中心角频率的窄带系统时，就形成了窄带高斯噪声。窄带系统是指系统的频带宽度B比中心频率小得多的通信系统。随机噪声通过窄带系统后，可表示为：窄带高斯噪声的频谱图和波形图频率近似为缓慢变化的随机包络随机包络服从瑞利分布，相位服从均匀分布00三、通信信道中的噪声Page

1893信号带宽与信道带宽信号带宽（包括噪声带宽）是由信号（或噪声）的能量谱密度或功率谱密度在频域的分布规律来确定的。信道带宽是由传输信道的传输特性所决定的。理论上一般信号的频谱都是分布得无穷宽的。一般信号虽然频谱极宽，但绝大部分实用信号的主要能量都集中在一个不太宽的频率范围内。因此，通常根据信号能量（或功率）集中的情况来定义信号的带宽。（1）集中一定百分比的能量（或功率）定义带宽（2）3dB带宽（或半功率带宽）定义带宽（3）等效矩形带宽三、通信信道中的噪声Page

190习题2-11、2-12、2-13、2-16教材练习题190作业布置数字通信Page

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在对数字通信系统的研究中，人们感兴趣的问题是信号怎样在系统中传输。因此，了解描述信号特征的频谱等概念及利用这些知识对信号进行处理涉及的相关基础知识都是非常必要的，同时也是学习数字通信原理的基础。尽管信号原本表示的是物理量，但当它一旦变换为函数表达式时，信号的相关问题就变为如何处理这些函数的数学问题了。本章的目的是把一些将在本书中出现的数学定义、公式和理论集中在一起，不追求数学上的严密性，力争使物理上的直观和理论上的系统能很好地结合起来。本章的主要内容围绕信号与通信信道展开讨论。引言沟通世界的通信Page

193学习完本章，你应重点掌握以下内容：

典型信号的点及其数学表达式识记

信息量的计算

周期信号的傅里叶级数展开式及频谱图绘制

非周期信号的傅里叶变换简单计算及频谱的物理含义

信号的能量谱和功率谱、互相关与自相关的物理意义

随机过程数字特征的物理含义

信道的定义和分类及信道容量的相关计算

通信信道的噪声及特征

本章学习重点学习指南Page

194Page

195本讲教学主要内容内容提要1恒参信道的物理特征2恒参信道对信号传输的影响3变参信道的物理特征4变参信道对传输信号的影响通信很难学，但也很简单。。。。Page

196恒参信道的传输特性不随时间变化或变化缓慢，例如有线信道、微波信道、卫星信道等可以看成是恒参信道。恒参信道的主要特征参量是频率特征，如幅度频率特性与相位频率特性及频率飘移等。恒参信道的物理特征反映在时域上表现为如信道时延、抖动，还有电平波动和非线性等现象。一、恒参信道的物理特征Page

197二、恒参信道对信号传输的影响对信号的影响：符号间干扰，接收端造成判决错误。传输技术主要解决的问题：解决符号间干扰和判决错误。信号无失真传输是一种理想情况，所谓无失真传输是指系统输出信号与输入信号相比，只有信号幅度大小和出现时间先后的不同，而波形上没有变化。即：H(ω)vi(t)vo(t)=K0vi(t-td)信号的无失真传输Page

198信号的幅度—频率失真（或畸变）在信道有效的传输带宽内，

H(ω)

不是恒定不变的，而是随频率的变化有所波动。这种振幅频率特性的不理想导致信号通过信道时波形发生失真，称为幅度频率失真。线性非线性二、恒参信道对信号传输的影响H（ω）=H（ω）ejΦ（ω）Page

199例1语音信号传送大量统计结果表明，语音的频谱通常在80~8000Hz之间。国际电话电报咨询委员会（CCITT）建议采用300~3400Hz的频带范围，也即单路音频电话信道有效带宽为3100Hz。0.10.20.40.81.63.26.4kHzdB403020100二、恒参信道对信号传输的影响Page

200例2只对基波衰减的信道产生的失真vi(t)=sinωt+1/2sin3ωtvo(t)=1/2sinωt+1/2sin3ωt(a)输入信号波形(b)输出信号波形基波基波二、恒参信道对信号传输的影响Page

201信号的相位-频率失真（畸变）

—群延迟失真

由于信号的各次谐波通过信道后的相位关系发生改变，叠加后波形就产生了失真，称为相位频率失真。由于相位频率特性的非线性性转化为时延不一致而导致的失真，以称为群时延频率失真。

注意：

1模拟信号对幅频失真敏感，对相频失真不敏感。

2数字信号对相频失真敏感。特别是当传输速率高时，相频失真会引起严重的码间干扰。二、恒参信道对信号传输的影响Page

202二、恒参信道对信号传输的影响信号的相位-频率失真（畸变）

—群延迟失真T（ω

）=dΦ（ω

）/dω相位-频率特性群时延-频率特性Page

203例3通过对基波相移π、对三次谐波相移2π的信道产生的失真。vi(t)=sinωt+1/2s