數(shù)字通信原理課件：第1章緒論

1、第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 數(shù)字通信原理簡(jiǎn)介數(shù)字通信原理簡(jiǎn)介 適用專業(yè)：適用專業(yè)：通信工程、電子信息工程、電子科學(xué)與技術(shù) 學(xué)分學(xué)分/學(xué)時(shí)：學(xué)時(shí)：3.0/56（課堂教學(xué)48學(xué)時(shí)、實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)） 先修課程：先修課程：信號(hào)與系統(tǒng)、概率與隨機(jī)過程、高數(shù)等 課程目的：課程目的：熟悉數(shù)字通信系統(tǒng)的基本概念、基本原理、掌握分析和研究通信系統(tǒng)的基本方法，并為后續(xù)專業(yè)課打下必要的理論基礎(chǔ)第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 分分 類類 值值 別別 課課 程程 名名 稱稱課堂考勤課堂考勤（占5%以內(nèi)）隨堂測(cè)驗(yàn)隨堂測(cè)驗(yàn)（包括課堂提問、課堂討論、課堂小測(cè)驗(yàn)等至少3次，占25%或以上）課程作業(yè)課程作業(yè)（包括

2、課后習(xí)題、等至少3次，占20%或以上）其其 他他數(shù)字通信原理52520期末考試評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)：1、課堂考勤： 第1周到第4周， 第1次 2分；第5周到第8周，第2次1分； 第9周到第12周，第3次2分。 2、隨堂測(cè)驗(yàn)： 第1周到第4周，課堂小測(cè)驗(yàn)，20分鐘，9分；第5周到第10周，課堂小測(cè)驗(yàn)，20分鐘，8分；第11周到14周，課堂小測(cè)驗(yàn)，20分鐘，8分。 3、課程作業(yè)： 第1次，第一、三章課后習(xí)題，4分；第2次，第六、七章課后習(xí)題，4分；第3次，第九、十章課后習(xí)題，4分；實(shí)驗(yàn)，8分。 4、其他： 加分情況：課堂提問回答正確；能主動(dòng)回答問題；一次一分。 ： 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 第第

3、1章章 緒緒 論論 1.1 通信的基本概念通信的基本概念1.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 及及主要技術(shù)問題主要技術(shù)問題 1.3 信信息論初步息論初步1.4 信信道與噪聲道與噪聲第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.1 通信的基本概念通信的基本概念 什么是通信、消息、信號(hào)、通信系統(tǒng)？什么是通信、消息、信號(hào)、通信系統(tǒng)？n 通信：通信：克服距離上的障礙，交換和傳遞信息；克服距離上的障礙，交換和傳遞信息；n 消息消息：文字、符號(hào)、數(shù)據(jù)、圖片、語音和活動(dòng)圖像；：文字、符號(hào)、數(shù)據(jù)、圖片、語音和活動(dòng)圖像；n 信號(hào)信號(hào)：與消息一一對(duì)應(yīng)的電量，它是消息的物質(zhì)載體；：與消息一一對(duì)

4、應(yīng)的電量，它是消息的物質(zhì)載體；n 通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)：傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和；：傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和；n 數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)：傳輸數(shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng)。：傳輸數(shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng)。什么是數(shù)字信號(hào)？模擬信號(hào)？什么是數(shù)字信號(hào)？模擬信號(hào)？第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 Of (t)t(a)f (nT )tPAM信號(hào)(b)O100110111001Of (nT )t00111001數(shù)字信息PSK 波形(a)(b)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)（Bit Stream）第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 Of (t)t(a)f (nT )tPAM信號(hào)(b)OPAM是模擬信號(hào)第 1 章

5、緒 論 第 1 章 緒 論 數(shù)字信息：0 0 1 1 1 0 0 1PSK是數(shù)字信號(hào)（Digital Bandpass Waveform）第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 模擬信號(hào)模擬信號(hào)：凡信號(hào)的某一參量(如連續(xù)波的振幅、頻率、相位，脈沖波的振幅、寬度、位置等)可以取無限多個(gè)數(shù)值。 數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)：凡信號(hào)的某一參量(如連續(xù)波的振幅、頻率、相位，脈沖波的振幅、寬度、位置等)只可取有限多個(gè)數(shù)值。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 4. 按調(diào)制方式分按調(diào)制方式分基帶傳輸基帶傳輸：指信號(hào)沒有經(jīng)過調(diào)制（頻率搬移）調(diào)制（頻率搬移）而直接送到信道中去傳輸?shù)囊环N方式(基帶信號(hào))。頻帶傳輸頻帶傳輸

6、：指信號(hào)經(jīng)過調(diào)制調(diào)制后再送到信道中傳輸，收端有相應(yīng)解調(diào)措施的一種通信方式(頻帶信號(hào)) 。 3. 按工作頻段分：按工作頻段分：長(zhǎng)波、中波、短波、微波通信見書上的表格見書上的表格P7：表：表1-2 通信的分類通信的分類 1. 按傳輸媒質(zhì)分：按傳輸媒質(zhì)分：無線通信、有線通信 2. 按傳輸信號(hào)分：按傳輸信號(hào)分：模擬通信、數(shù)字通信第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 (a) simplex communication（單工）； (b) half-duplex communication（半雙工）； (c) duplex communication（全雙工）發(fā)端信 道收端發(fā)端信 道收端發(fā)端收端(a)(b

7、)發(fā)端信 道收端發(fā)端收端信 道(c)1. 按消息傳送的方向與時(shí)間分按消息傳送的方向與時(shí)間分 通信方式通信方式 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2. 按數(shù)字信號(hào)排序分按數(shù)字信號(hào)排序分 按數(shù)字信號(hào)排序劃分的通信方式(a) 串序傳輸方式 ； (b) 并序傳輸方式 發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備110(a)發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備(b)第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 3. 按通信網(wǎng)絡(luò)形式分按通信網(wǎng)絡(luò)形式分 按網(wǎng)絡(luò)形式劃分的通信方式(a) 兩點(diǎn)間直通方式； (b) 分支方式； (c) 交換方式 圖1-3終端A終端B終端C交換設(shè)備終端N(c)終端A終端B(a)轉(zhuǎn)接站終端A終端B終端C(b)終端N第 1 章 緒

8、論 第 1 章 緒 論 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 通信系統(tǒng)的模型 信息源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備受信者噪聲源發(fā)送端接收端圖1-4發(fā)送端：信息源將消息變成原始的電信號(hào)。 發(fā)送設(shè)備將原始的電信號(hào)變成適合在信道上傳送的信號(hào)信道：信號(hào)傳輸?shù)拿劫|(zhì)，分為有線和無線信道。接收端：接收設(shè)備將信道中送來的信號(hào)轉(zhuǎn)換成原始的電信號(hào)。 受信者將原始的電信號(hào)還原成消息。 噪聲源：信道中或通信系統(tǒng)中干擾的集中表現(xiàn)。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.2.2 數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng) 基帶傳輸系統(tǒng)涉及一系列技術(shù)問題，如信號(hào)類型(傳輸碼型)、 碼間串?dāng)_， 實(shí)現(xiàn)無串?dāng)_傳輸?shù)睦硐霔l件及如何具體克服和減少碼間串?dāng)_的

9、措施等(chapter 6)。 信息源信道接收濾波器取樣判決受信者噪聲源cp基形帶成信器號(hào)1. 數(shù)字?jǐn)?shù)字基帶基帶傳輸通信系統(tǒng)傳輸通信系統(tǒng) 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2. 數(shù)字?jǐn)?shù)字頻帶頻帶傳輸通信系統(tǒng)傳輸通信系統(tǒng) 信息源信源編碼器信道編碼器數(shù)字調(diào)制器信道數(shù)字解調(diào)器信道譯碼器信源譯碼器受信者噪聲源數(shù)字通信系統(tǒng)還有一個(gè)非常重要的控制單元，即同步系統(tǒng)（沒有畫出）。它可以使通信系統(tǒng)的收端或整個(gè)通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流能與發(fā)送端同步、有序同步、有序而準(zhǔn)確而準(zhǔn)確地接收與恢復(fù)原信息。 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.3 數(shù)字通信的主要技術(shù)問題數(shù)字通信的主要技術(shù)問題 1.3.1 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)

10、制/解調(diào)解調(diào) 調(diào)制與解調(diào)是數(shù)字通信系統(tǒng)的核心，是最基本的也是最重要的技術(shù)之一。調(diào)制的作用是將輸入的數(shù)字信號(hào)(基帶數(shù)字信號(hào))變換為適合于信道傳輸?shù)念l帶信號(hào)。常見的基本數(shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、 絕對(duì)相移鍵控(PSK)、 相對(duì)(差分)相移鍵控(DPSK)等四種(chapter 7)。 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.3.2 信源編碼信源編碼/譯碼譯碼 信源編碼的主要任務(wù)：第一是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)(即模擬信號(hào)數(shù)字化問題)，從實(shí)現(xiàn)方法上看，模擬信號(hào)數(shù)字化主要有兩種基本形式， 一是脈沖編碼調(diào)制(PCM)，另一種是增量調(diào)制(M) (chapter 3。第二是實(shí)

11、現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮(數(shù)據(jù)壓縮已超出我們的大綱范圍,參考信息論與編碼)。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.3.3 信道編碼信道編碼/譯碼譯碼 信道編碼/譯碼又稱差錯(cuò)控制編碼/譯碼，信道編碼技術(shù)主要研究檢錯(cuò)、糾錯(cuò)碼概念及基本實(shí)現(xiàn)方法（chapter 9）。1.3.4 基帶傳輸技術(shù)基帶傳輸技術(shù)（chapter 6）第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.3.5 同步同步 同步是數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成部分。 數(shù)字通信離不開同步， 同步系統(tǒng)性能的好壞，直接影響著通信系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。 (chapter8)。1.3.6 保密編碼保密編碼/譯碼譯碼本書未做詳細(xì)深入的專章討論，但 chapter 10的偽

12、隨機(jī)序列有實(shí)現(xiàn)通信加密的功能。 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 此外，在數(shù)字通信系統(tǒng)中還涉及：多路復(fù)接技術(shù)多路復(fù)接技術(shù)將低速的數(shù)據(jù)流合成高速數(shù)據(jù)流。多址接入技術(shù)多址接入技術(shù)實(shí)現(xiàn)信道的共享分配（chapter 4 、5）第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.2.3 數(shù)字通信的主要優(yōu)缺點(diǎn)數(shù)字通信的主要優(yōu)缺點(diǎn) 1. 數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn)數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn)(1) 抗干擾、 抗噪聲性能好。 (2) 差錯(cuò)可控。 (3) 易加密。 (4) 易于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合。 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 抗干擾能力強(qiáng)：信號(hào)的失真與再生抗干擾能力強(qiáng)：信號(hào)的失真

13、與再生第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2. 數(shù)字通信的缺點(diǎn)數(shù)字通信的缺點(diǎn) (1) 頻帶利用率不高。數(shù)字通信中，數(shù)字信號(hào)占用的頻帶寬，以電話為例，一路數(shù)字電話一般要占據(jù)約2060kHz的帶寬，而一路模擬電話僅占用約4 kHz帶寬。如果系統(tǒng)傳輸帶寬一定的話， 模擬電話的頻帶利用率要高出數(shù)字電話的515倍。 (2) 需要嚴(yán)格的同步系統(tǒng)。數(shù)字通信中，要準(zhǔn)確地恢復(fù)信號(hào)，必須要求收端和發(fā)端保持嚴(yán)格同步。因此，數(shù)字通信系統(tǒng)及設(shè)備一般都比較復(fù)雜，體積較大。 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.4 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 1.4.1 一般通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)一般通信系

14、統(tǒng)的性能指標(biāo)(1) 有效性。 指通信系統(tǒng)傳輸消息的“速率”問題， 即快慢問題。 (2) 可靠性。 指通信系統(tǒng)傳輸消息的“質(zhì)量”問題， 即好壞問題。 其他指標(biāo)： 適應(yīng)性、 經(jīng)濟(jì)性、 保密性、 標(biāo)準(zhǔn)性、維修性、 工藝性。對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)而言：有效性用“傳輸速率”衡量，常用的為傳碼率（波特率）、傳信率（比特率）、頻帶利用率?？煽啃杂谩罢`碼率”衡量，常用的為誤碼率、誤信率。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.4.2 有效性指標(biāo)的具體表述有效性指標(biāo)的具體表述 1. 碼元傳輸速率（碼元傳輸速率（又可稱為碼元速率、傳碼率等) 單位時(shí)間單位時(shí)間(每秒鐘每秒鐘)內(nèi)傳輸碼元內(nèi)傳輸碼元(symbol 符號(hào)符號(hào)

15、)的數(shù)目的數(shù)目，單位為波特(Baud)，用符號(hào)RB來表示例如，某系統(tǒng)在2秒內(nèi)共傳送4 800個(gè)碼元，則系統(tǒng)的傳碼率為RB 2 400B。 碼元速率是碼元速率RB與碼元寬度Tb有關(guān)bBTR1第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2. 信息傳輸速率信息傳輸速率(又可稱為傳信率、比特率)指單位時(shí)間指單位時(shí)間(每秒鐘每秒鐘)內(nèi)傳送的信息量，內(nèi)傳送的信息量，單位為比特/秒(bit/s)，簡(jiǎn)記為b/s或bps，用符號(hào)Rb表示。通常認(rèn)為一個(gè)二進(jìn)制碼元所攜帶的信息量為通常認(rèn)為一個(gè)二進(jìn)制碼元所攜帶的信息量為1bit。（思考：每。（思考：每一個(gè)多進(jìn)制碼元所攜帶的信息量？）一個(gè)多進(jìn)制碼元所攜帶的信息量？）例：若一

16、個(gè)系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)傳送了2400個(gè)二進(jìn)制碼元，則系統(tǒng)的傳碼率為2400B，系統(tǒng)的傳信率為2400 bps。若系統(tǒng)在單位時(shí)間內(nèi)傳送了2400個(gè)四進(jìn)制碼元，則系統(tǒng)的傳碼率為2400B，系統(tǒng)的傳信率為240024800 bps。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 3. Rb與與RB之間的互換之間的互換 在二進(jìn)制中，碼元速率RB2同信息速率Rb2的關(guān)系在數(shù)值上相等，但單位不同。 在多進(jìn)制中，RBN（波特率）與RbN （比特率）之間數(shù)值不同，單位亦不同。它們之間在數(shù)值上有如下關(guān)系式 NRRBNbN2log第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 4.頻帶利用率：頻帶利用率：?jiǎn)挝活l帶內(nèi)碼元（或信息）傳輸

17、速率的大小。(/)BRBaud HzB/()bRbits HzB第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 例例1 已知二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)在2min內(nèi)共傳送了72 000個(gè)碼元，(1) 問其碼元速率和信息速率各為多少? (2) 如果碼元寬度不變(即碼元速率不變)，但改為八進(jìn)制數(shù)字信號(hào)， 則其碼元速率為多少? 信息速率又為多少? 解解 (1) 在260s內(nèi)傳送了72 000個(gè)碼元RB2=72 000/(260)=600 (B)Rb2=RB2=600 (b/s)(2) 若改為8進(jìn)制則 RB8=72 000/(260)=600 (B) Rb8=RB8log28=1 800 (b/s) 第 1 章 緒 論 第

18、 1 章 緒 論 1.4.3 可靠性指標(biāo)的具體表述可靠性指標(biāo)的具體表述 1. 碼元差錯(cuò)率碼元差錯(cuò)率Pe 碼元差錯(cuò)率Pe簡(jiǎn)稱誤碼率，它是指接收錯(cuò)誤的碼元數(shù)在傳送總碼元數(shù)中所占的比例，用表達(dá)式可表示成 )(錯(cuò)誤碼元數(shù)正確碼元數(shù)總碼元數(shù)單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)傳輸?shù)拇a元數(shù)單位時(shí)間內(nèi)接收的錯(cuò)誤Pe第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2. 信息差錯(cuò)率信息差錯(cuò)率Peb 信息差錯(cuò)率Peb簡(jiǎn)稱誤信率，或誤比特率，它是指接收錯(cuò)誤的信息量在傳送信息總量中所占的比例，用表達(dá)式可表示成 )()()(總信息量總比特?cái)?shù)單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒘康谋忍財(cái)?shù)丟失出錯(cuò)單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)傳輸中ebP數(shù)字話音通信：要求數(shù)字話音通信：要求P P

19、ebeb在在1010-3-3-10-10-6-6以下；以下； 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：要求計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：要求P Pebeb在在1010-7-7以下。以下。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 例例 2 已知某八進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)的信息速率為12 000 b/s，在收端半小時(shí)內(nèi)共測(cè)得出現(xiàn)了216個(gè)錯(cuò)誤碼元，試求系統(tǒng)的誤碼率。 528881036030000421600048log/00012ebBbPBRRsbR解解 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.4.4 信息論基礎(chǔ)信息論基礎(chǔ) (1) 消息中所含信息量I是消息出現(xiàn)的概率P(x)的函數(shù)，即 )(xPII (2) 消息出現(xiàn)的概率愈小， 它所含信息量愈

20、大； 反之信息量愈小。 且 時(shí)時(shí)01PPII0第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 (3) 若干個(gè)互相獨(dú)立事件構(gòu)成的消息， 所含信息量等于各獨(dú)立事件信息量的和， 即 1212( )( )( )( )I P xP xI P xI P x可以看出I與P(x)間應(yīng)滿足以上三點(diǎn)， 則它們有如下關(guān)系式： )(log)(1logxPxPIaa第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 信息量I的單位與對(duì)數(shù)的底數(shù)a有關(guān)： a=2 單位為比特(bit，簡(jiǎn)寫為b)； a=e單位為奈特(nat，簡(jiǎn)寫為n)；a=10單位為笛特(Det)或稱為十進(jìn)制單位； a=r單位稱為r進(jìn)制單位。 通常使用的單位為比特。 第 1 章

21、 緒 論 第 1 章 緒 論 例例 1-1 試計(jì)算二進(jìn)制符號(hào)等概率和多進(jìn)制(M進(jìn)制)等概率時(shí)每個(gè)符號(hào)的信息量。 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 例例 1-2 試計(jì)算二進(jìn)制符號(hào)不等概率時(shí)的信息量(設(shè)P(1)=P)。 iiixpxpI)(log)(2第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 例例 1-3 設(shè)由5個(gè)符號(hào)組成的信息源，相應(yīng)概率為 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.6 信道的定義、分類與模型信道的定義、分類與模型 1、基本概念及分類、基本概念及分類 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1. 信道信道:指以傳輸媒介(質(zhì))為基礎(chǔ)的信號(hào)通路信號(hào)通路。信道有一定的頻帶寬度，它

22、讓信號(hào)通過的同時(shí)又不可避免的給信號(hào)以限制和損害。 2.狹義信道狹義信道:僅指信號(hào)傳輸媒介傳輸媒介的信道（包括有線信道和無線信道）。 3.廣義信道廣義信道:指除包括傳輸媒介外，還包括通信系統(tǒng)的其它部分（包括調(diào)制信道和編碼信道）。 各種信道的含義各種信道的含義第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 調(diào) 制 器發(fā) 轉(zhuǎn) 換 器 媒 質(zhì)收 轉(zhuǎn) 換 器解 調(diào) 器調(diào)制信道編碼信道狹義廣義編碼器譯碼器第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 4.調(diào)制信道調(diào)制信道:指從調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端的所有轉(zhuǎn)換器及調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端的所有轉(zhuǎn)換器及傳輸媒質(zhì)構(gòu)成的信號(hào)通路傳輸媒質(zhì)構(gòu)成的信號(hào)通路。是為研究調(diào)制與解調(diào)的

23、基本問題而定義的一個(gè)信道范疇。（圖 2-1 ）5.編碼信道編碼信道:從編碼器輸出端到譯碼器輸入端的所有轉(zhuǎn)換器及傳輸出端到譯碼器輸入端的所有轉(zhuǎn)換器及傳輸媒質(zhì)構(gòu)成的信號(hào)通路輸媒質(zhì)構(gòu)成的信號(hào)通路。是為研究編碼和譯碼的基本問題而定義的一個(gè)信道范疇。（圖 2-1） 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2、 信道的模型信道的模型 1. 調(diào)制信道（連續(xù)信道）調(diào)制信道（連續(xù)信道） )()()(tntefteio ei(t)輸入的已調(diào)信號(hào)； eo(t)信道輸出波形；n(t)信道噪聲(或稱信道干擾)； fei(t)表示信道對(duì)信號(hào)影響(變換)的某種函數(shù)關(guān)系第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 由于由于fei(

24、t)可以表示為形式可以表示為形式k(t)*ei(t)。 k(t)稱為稱為乘性干擾，乘性干擾，n(t)稱為稱為加性干擾加性干擾)()()()(tntetkteio1、 k(t)是調(diào)制信道傳輸特性的表示，一般是個(gè)復(fù)雜的函數(shù)，可能包括各種線性畸變、非線性畸變等，往往只能用隨機(jī)過程表示。2、這是由于網(wǎng)絡(luò)的延遲特性與衰減特性會(huì)隨時(shí)間隨機(jī)變化的結(jié)果。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 恒參信道恒參信道： k(t)不隨時(shí)間變化或變化極為緩慢的一類信道。包括架空明線、電纜、光纖、中長(zhǎng)波地表傳播等是恒參信道。變參信道變參信道： k(t) 隨時(shí)間隨機(jī)變化的一類信道。包括：超短波及微波、短波電離層反射、對(duì)流層散

25、射、電離層散射等是變參信道。理想信道：k(t)=常數(shù)，n(t)=0，即 )()(tekteio（2）調(diào)制信道分類）調(diào)制信道分類第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2. 編碼信道（離散信道）編碼信道（離散信道） 信道的入口和出口均為數(shù)字序列。因此，編碼信道的模型可用數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)移概率來描述。（1）信道模型）信道模型圖 2-3 二進(jìn)制二進(jìn)制無記憶編碼信道模型 “0”“1”“0”“1”P(0/0)P(1/0)P(0/1)P(1/1)第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 信道轉(zhuǎn)移概率：P(0/0)、P(1/0)、P(0/1)、P(1/1)正確轉(zhuǎn)移概率：P(0/0)和P(1/1)錯(cuò)誤轉(zhuǎn)移概率：P(

26、1/0)和P(0/1)概率間的關(guān)系為：1) 1/0() 1/1 (1)0/1 ()0/0(PPPP第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 （2）編碼信道分類）編碼信道分類無記憶信道無記憶信道：任一碼元發(fā)生差錯(cuò)與它前后碼元的差錯(cuò)無任何關(guān)系，是獨(dú)立的。有記憶信道：有記憶信道： 前一碼元的差錯(cuò)會(huì)影響后面碼元的差錯(cuò)。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 3、狹義信道、狹義信道 有許多對(duì)相互絕緣的雙導(dǎo)線。 導(dǎo)線材料是鋁或銅， 直徑為0.41.4 mm。 為了減小各線對(duì)之間的相互干擾，每一對(duì)線都擰成扭絞狀。 能傳送模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 通信距離為幾千米到十幾千米。 通常有兩種類型： 非屏蔽（UTP） 和

27、屏蔽（STP）。1. 雙絞線雙絞線第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2、同軸電纜同軸電纜比雙絞線具有更寬的帶寬、更好的噪聲抑制特性。在有線電視網(wǎng)絡(luò)中大量采用這種結(jié)構(gòu)的同軸電纜。由里到外：銅心、絕緣材料、金屬網(wǎng)絲、絕緣材料、外皮。通常有兩種類型（按照特性阻抗的大小分）：50歐：用于傳送數(shù)字信號(hào)。75歐：用于傳送寬帶模擬信號(hào)。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 3、光纖（略）光纖（略）4、無線信道（載體為無線電波和光波、無線信道（載體為無線電波和光波,略）略）第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 1.7 信道內(nèi)的噪聲信道內(nèi)的噪聲(干擾干擾) 根據(jù)噪聲來源噪聲來源分： （1）無線電噪聲

28、：來源于無線電發(fā)射機(jī)。特點(diǎn)：干擾頻率固定(2) 工業(yè)噪聲：來源于電器設(shè)備。特點(diǎn)：干擾頻率較低。(3) 天電噪聲：來源于自然界的雷電、宇宙射線等自然現(xiàn)象。(4) 內(nèi)部噪聲：來源于通信系統(tǒng)本身。又稱“起伏噪聲、隨機(jī)噪聲”可以用隨機(jī)過程來描述。 特點(diǎn)：頻率范圍寬，頻率不固定特點(diǎn)：波形不規(guī)則變化第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 根據(jù)噪聲性質(zhì)噪聲性質(zhì)分： (1) 單頻噪聲：?jiǎn)我活l率或頻率范圍比較窄。(2) 脈沖干擾： 電火花、雷電等。特點(diǎn)：脈沖窄，頻譜寬。 (3) 起伏噪聲：信道內(nèi)部熱噪聲和器件噪聲等，用隨機(jī)過程來描述。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 通信中常見的幾種噪聲通信中常見的幾種噪

29、聲 1 白噪聲白噪聲：指功率譜密度函數(shù)在整個(gè)頻率域(-+)內(nèi)是常數(shù)，即服從均勻分布均勻分布。 有色噪聲有色噪聲：不符合上述條件的噪聲就稱為有色噪聲。說明：完全理想的白噪聲是不存在。只要噪聲功率譜密度函數(shù)均勻分布的頻率范圍超過通信系統(tǒng)工作頻率范圍很多時(shí)，就可近似認(rèn)為是白噪聲。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 理想的白噪聲功率譜密度通常被定義為（雙邊功率譜密度） 2)(0nPn)(若采用單邊頻譜單邊頻譜，即頻率在0到無窮大范圍內(nèi)時(shí)0)(nPn)0( 功率信號(hào)的功率譜密度與其自相關(guān)函數(shù)R()互為傅氏變換對(duì)，即 001( )( )222jnnnRed 第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 功率

30、信號(hào)的功率譜密度與其自相關(guān)函數(shù)R()互為傅氏變換對(duì)，即 001( )( )222jnnnRed 圖 理想白噪聲的功率譜密度和自相關(guān)函數(shù) Pn( )n0/ 20( a )Rn( )n0/ 20( b )第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 什么是自相關(guān)函數(shù)？什么是自相關(guān)函數(shù)？1、它是信號(hào)處理、時(shí)間序列分析中常用的數(shù)學(xué)工具，反映了信號(hào)在不同時(shí)刻的取值之間的相關(guān)程度，是信號(hào)在時(shí)域中的特性。定義為：2、自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)：自相關(guān)函數(shù)是偶函數(shù)當(dāng) 為最大值，也即信號(hào)的均方值 dttXtXTRTTX0)()(1lim)()()(XXRRXTTXtXTR202)(1lim)0(, 0周期信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)仍為同

31、頻率的周期信號(hào)第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 時(shí)間歷程 自相關(guān)函數(shù)圖形 正弦波 正弦波加隨機(jī)噪聲 窄帶隨機(jī)噪聲寬帶隨機(jī)噪聲常見四種典型信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)如圖常見四種典型信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)如圖第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 自相關(guān)函數(shù)的典型應(yīng)用包括：自相關(guān)函數(shù)的典型應(yīng)用包括：（1）檢測(cè)信號(hào)回聲（反射）。若在寬帶信號(hào)中存在著帶時(shí)間延遲 的回聲，那么該信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)將在 處也達(dá)到峰值（另一峰值在 處），這樣可根據(jù) 確定反射體的位置.(2)檢測(cè)淹沒在隨機(jī)噪聲中的周期信號(hào)。由于周期信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)仍是周期性的，而隨機(jī)噪聲信號(hào)隨著延遲增加，它的自相關(guān)函數(shù)將減到零。因此在一定延遲時(shí)間后，被干擾

32、信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)中就只保留了周期信號(hào)的信息，而排除了隨機(jī)信號(hào)的干擾。第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 2 高斯噪聲高斯噪聲：概率密度函數(shù)概率密度函數(shù)服從高斯分布(即正態(tài)分布)的一類噪聲。 222)(exp21)(axxp式中，a噪聲的數(shù)學(xué)期望值（均值），通常為0 2噪聲的方差；第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 圖 2-11 高斯分布的密度函數(shù) (1) p(x)對(duì)稱于x=a直線，即有p(a+x)=p(a-x)(2) p(x)在(-, a)內(nèi)單調(diào)上升，在(a, +)內(nèi)單調(diào)下降， 且在點(diǎn)a處達(dá)到極大值，當(dāng)x時(shí) 0)(xp第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 (3)1d)(xxp且有 21d)(d)(xxpxxpaa (4) 對(duì)不同的a，表現(xiàn)為p(x)的圖形左右平移；對(duì)不同的，p(x)的圖形將隨的減小而變高和變窄。 (5) 當(dāng)a=0, =1，則成為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，即： 2exp21)(2xxp第 1 章 緒 論 第 1 章 緒 論 高斯分布函數(shù)：高斯分布函數(shù)：