《數(shù)字通信原理》第1章 緒論

1、數(shù)字通信原理說 明本課件是電子工業(yè)出版社數(shù)字通信原理(2012年版)的教學(xué)輔助材料；本課件提供給使用本教材的所有老師使用。老師們使用時(shí)可根據(jù)需要進(jìn)行各種必要的修改；本課件強(qiáng)調(diào)數(shù)字通信原理的基本概念和原理，強(qiáng)調(diào)學(xué)生對(duì)通信過程物理意義的理解；有關(guān)各種定理的詳細(xì)證明過程的分析和理解，期待學(xué)生通過閱讀教材獲得，在本課件中省略。第1章 緒論本章的基本內(nèi)容：簡(jiǎn)要介紹通信的目的；簡(jiǎn)要介紹通信技術(shù)發(fā)展的歷史；介紹通信系統(tǒng)、特別是數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成和特點(diǎn)；介紹數(shù)字通信系統(tǒng)的有關(guān)術(shù)語(yǔ)、主要性能指標(biāo)和度量參數(shù)。第一章 緒論1.1 引言第一章 緒論第一章 緒論本課程的特點(diǎn)：系統(tǒng)綜合性課程。通信的基本概念 通信的目

2、的：要克服某種障礙，實(shí)現(xiàn)信息高效、準(zhǔn)確地傳遞。 (1) 克服距離上的障礙，實(shí)現(xiàn)信息的傳送； (2) 克服時(shí)間上的障礙，實(shí)現(xiàn)信息傳遞和傳承。 狹義的通信系統(tǒng)：利用電信號(hào)和光信號(hào)來(lái)傳遞信息的電通信、光通信或電光混合的通信系統(tǒng)。 廣義的通信系統(tǒng)：電通信、光通信，普通郵件、報(bào)紙、雜志、各種介質(zhì)的記錄與重放等等。第一章 緒論 通信的基本概念(續(xù))通信：克服距離上的障礙，交換和傳遞消息；消息：文字、符號(hào)、數(shù)據(jù)、圖片、語(yǔ)音和活動(dòng)圖像；信息：信息是消息的內(nèi)涵，消息是信息的載體；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；數(shù)字信號(hào)：時(shí)間和幅度取值均為離散的信號(hào)；通信系統(tǒng)：傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和；數(shù)

3、字通信系統(tǒng)：傳輸數(shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng)。1.2 近代與現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀第一章 緒論第一章 緒論近代通信的發(fā)展重要事件1837年莫爾斯發(fā)明了有線電報(bào);1864年麥克斯韋提出電磁輻射(麥克斯韋)方程組;1887年赫茲的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁波的存在;1876年貝爾發(fā)明了電話機(jī)，實(shí)現(xiàn)了聲音的傳遞;1892年阿.勃.史瑞喬發(fā)明自動(dòng)電話交換機(jī)1896年馬可尼發(fā)明了無(wú)線電報(bào)1918年出現(xiàn)調(diào)幅無(wú)線廣播1924年奈奎斯特提出了抽樣定理 1933年阿姆斯特朗發(fā)明了調(diào)頻無(wú)線廣播 1937年瑞維斯發(fā)明脈沖編碼調(diào)制 第一章 緒論近代通信的發(fā)展重要事件(續(xù))1938年開通電視廣播;1942年維納提出了加性噪聲環(huán)境下最佳線性

4、濾波方法;1946年第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)誕生;1948年香農(nóng)創(chuàng)立信息論;1948年巴丁、布拉頓和肖克利等人發(fā)明晶體管1958年發(fā)射第一顆通信衛(wèi)星1960年發(fā)明激光1961年研制出集成電路1964年高錕發(fā)明光纖 1969年建立分組交換網(wǎng)第一章 緒論近代通信的發(fā)展重要事件(續(xù))1973年V. Cerf和B. Kahn發(fā)表了有關(guān)分組交換通信協(xié)議的論文1977年分組交換通信協(xié)議演變成當(dāng)今全球通信和計(jì)算機(jī)互聯(lián)互通的標(biāo)準(zhǔn)：TCP/IP協(xié)議1980(80年代)到現(xiàn)在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)獲得廣泛應(yīng)用(1G/2G/3G/(LTE)4G)1990(90年代)到現(xiàn)在光纖獲得廣泛應(yīng)用 1.3 數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成第一章

5、 緒論第一章 緒論數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成第一章 緒論數(shù)字通信系統(tǒng)的基本組成(續(xù))信源：輸出的待傳輸?shù)南?信源編碼器：信源編碼器完成模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)化;信道編碼器：對(duì)傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)提供差錯(cuò)控制的保護(hù);數(shù)字調(diào)制器：將數(shù)字符號(hào)序列變換成適合在特定的信道中傳輸?shù)男盘?hào)波形;信道：信道是傳送信號(hào)的物理媒質(zhì)。數(shù)字解調(diào)器、信道譯碼器、信源解碼器完成與數(shù)字調(diào)制器、信道編碼器和信源編碼器相反的功能 1.4 數(shù)字通信的特點(diǎn)第一章 緒論第一章 緒論數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn) (1)抗噪聲和干擾能力強(qiáng)：數(shù)字信號(hào)最大的特點(diǎn)是它只有有限種狀態(tài)，易于識(shí)別和重構(gòu); 示例1：數(shù)字通信中的每個(gè)數(shù)字符號(hào)形式上可以是一個(gè)連續(xù)信號(hào)。 四相調(diào)

6、相信號(hào)(QPSK)，每個(gè)的符號(hào)差異在于其不同的相位，QPSK信號(hào)只有有限的4種相位； 第一章 緒論數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)(續(xù)) 示例2：兩狀態(tài)的基帶信號(hào)經(jīng)傳輸后在可識(shí)別情況下很容易實(shí)現(xiàn)重建。 第一章 緒論數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)(續(xù)) 示例3：受擾的四相調(diào)相信號(hào)的失真容限。 失真容限 信號(hào)重建 第一章 緒論數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)(續(xù)) (2)便于提高消息傳輸效率 很容易對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行各種壓縮變換處理； 很容易實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用以提高電纜光纜等的傳輸效率。 示例4：時(shí)分復(fù)用： 第一章 緒論數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)(續(xù)) (3)便于在傳輸過程進(jìn)行差錯(cuò)控制 示例5 糾錯(cuò)編碼： 原信息碼組：100 通過糾錯(cuò)編碼生成的碼字：110100 傳輸，

7、碼字受到噪聲和信道非理想等影響 因受干擾接收端收到出錯(cuò)的碼字：110000 糾錯(cuò)譯碼恢復(fù)正確的碼字：110100 譯碼后恢復(fù)原信息碼組：100 第一章 緒論數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)(續(xù)) (4)便于對(duì)信息進(jìn)行加密處理 示例6 古典置換密碼編譯碼 密鑰CHINADigitalCommunicationIsFun明文： DigitalCommunicationIsFun 密文： tmcnnDamaiIilutsgCniFioiou第一章 緒論數(shù)字通信的特點(diǎn)(續(xù)) (5)便于采用大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn) 利用專用的集成電路芯片(ASIC)搭建 利用通用的集成電路芯片(FPGA)搭建 利用專用的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP

8、)構(gòu)建 利用通用的通用的數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)構(gòu)建 利用通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)建 綜合利用上述一種或多種方法構(gòu)建 第一章 緒論數(shù)字通信的缺點(diǎn) (1)需要采用較復(fù)雜的同步技術(shù)； (2)當(dāng)信號(hào)的失真大于失真門限時(shí)，收到的是完全錯(cuò)誤的符號(hào)。 1.5 數(shù)字通信系統(tǒng)的基本性能指標(biāo)及其度量參數(shù)第一章 緒論第一章 緒論數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)及度量參數(shù) (1)比特率 ：比特率是指在單位時(shí)間內(nèi)可傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)（“0”或“1”）的位數(shù)。 單位：比特/秒，bits/s，b/s 或 bps。 (2)碼元速率 ：又稱符號(hào)速率、波特率。碼元速率是指在單位時(shí)間內(nèi)可傳輸?shù)拇a元的個(gè)數(shù)。 單位: 波特（Baud） 波特率與比特率間的關(guān)系： 第一章 緒論數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)及度量參數(shù)(續(xù)) (1)帶寬 ：對(duì)信號(hào)來(lái)說，帶寬一般是指該信號(hào)所占據(jù)的頻帶寬度；對(duì)信道來(lái)說，帶寬一般是指該可利用的頻帶寬度。 帶寬單位：赫茲。 (2)帶寬利用率 定義1 每秒每赫茲可傳輸?shù)谋忍匚粩?shù)： 單位： 定義2 每秒每赫茲可傳輸?shù)姆?hào)數(shù)： 單位：第一章 緒論數(shù)