數(shù)字通信原理課件整理

《數(shù)字通信原理》

Principlesof

DigitalCommunication

《數(shù)字通信原理》第一章緒論第二章信道第三章模擬調(diào)制系統(tǒng)第四章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)第五章數(shù)字調(diào)制第六章模擬信號的數(shù)字化傳輸?shù)谄哒虏铄e控制編碼第八章擴頻通信第九章同步原理第十章現(xiàn)代通信系統(tǒng)目錄第一章緒論目錄參考書目張傳生 《數(shù)字通信原理》 西安交通大學出版社徐家愷等 《通信原理教程》 科學出版社倪維楨 《數(shù)據(jù)通信原理》 中國人民大學出版社曹志剛等 《現(xiàn)代通信原理》 清華大學出版社J.G.Proakis 《DigitalCommunication》 電子工業(yè)出版社J.G.Proakis,MasoudSalehi 《CommunicationSystemsEngineering》

電子工業(yè)出版社參考書目張傳生 《數(shù)字通信原理》 西安交通大學出版社考核方式課程形式

主課，習題課，作業(yè)，課堂測驗，實驗成績評定

作業(yè)及小測驗，實驗，期末考試比例

作業(yè)及小測驗15%

實驗15%

期末考試70%考核方式課程形式掌握計算機系統(tǒng)中通信的基本原理和基本體系結構；學習信息傳輸?shù)幕炯夹g，為進一步深入學習研究通信系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡、通信網(wǎng)絡安全等打下最基本的理論基礎?；灸康恼莆沼嬎銠C系統(tǒng)中通信的基本原理和基本體系結構；基本目的第一講緒論第一節(jié)通信發(fā)展史第二節(jié)通信系統(tǒng)構成第三節(jié)通信系統(tǒng)分類第四節(jié)主要性能指標第一講緒論第一節(jié)通信發(fā)展史通信舉例古代烽火臺電話短信微波通信塔交通燈衛(wèi)星通信通信舉例古代烽火臺電話短信微波通信塔交通燈衛(wèi)星通信第一節(jié)通信發(fā)展史通信的發(fā)展已有100多年的歷史，可以追溯到“烽火戲諸候”的典故。如夜晚點火或白天點狼煙表示有敵人入侵，無火或狼煙表示平安無事；海軍的旗語是用兩只手的握旗姿勢。通信可以大致劃分三個階段：通信初級階段—1838年電報開始；近代通信階段—1948年香農(nóng)的信息論；現(xiàn)代通信階段—80年代以后的光纖通信應用、綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)等。第一節(jié)通信發(fā)展史通信的發(fā)展已有100多年的歷史，可以追溯通信的發(fā)展史（1）

1838年 Morse發(fā)現(xiàn)有線電報1844年 建立了電報線路1864年 Maxwell預言電磁波輻射存在， 提出電磁輻射方程1876年 Hertz實驗證明無線電通信的理論 Bell發(fā)明有線電話1898年 無線電報技術出現(xiàn)1918年 AM方式通信和無線電廣播出現(xiàn)1925年 三路明線載波電話，多路通信1936－38年 FM、PCM通信、電視廣播1946年 第一臺電子管計算機問世通信的發(fā)展史（1）1838年 Morse發(fā)現(xiàn)有線電報通信的發(fā)展史（2）

1948年 Shannon提出信息論基礎1950年 TDM應用于電話1956年 大西洋越洋電纜1957年 第一顆人造衛(wèi)星1958年 第一顆通信衛(wèi)星1961年 集成電路1962年 同步通信衛(wèi)星1977年 第一個光纖通信系統(tǒng)1970—1980年大規(guī)模集成電路（LSIC）、 程控交換、衛(wèi)星通信、移動 通信、光纖通信通信的發(fā)展史（2）1948年 Shannon提出信息通信的發(fā)展史（3）

1980～1990年 網(wǎng)絡程控化、數(shù)字化、智能化的網(wǎng)絡技術 綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)ISDN、國際互聯(lián)網(wǎng) 寬帶接入網(wǎng)技術等1990～現(xiàn)在 通信網(wǎng)體系結構（QoS體系結構、面向網(wǎng)格 體系結構、移動互聯(lián)網(wǎng)的光互連網(wǎng)格化） 可視電話、可視手機、會議電視終端、移 動終端 數(shù)字TV、HDTV、全球定位系統(tǒng)GPS通信的發(fā)展史（3）1980～1990年當今通信的熱點（1）衛(wèi)星通信82年國際海事通信組織利用四顆地球同步軌道衛(wèi)星組成INMARSAT系統(tǒng)，實現(xiàn)覆蓋地球的移動通信；鑒于同步衛(wèi)星的時延并過于集中及手機小型化等因素，中低軌道的衛(wèi)星系統(tǒng)研究成功，并逐步在98年至2000年開通，其中有Motorala公司的“銥”系統(tǒng)、美國LORAL公司的“全球星”系統(tǒng)，及國際海事通信組織的ICO系統(tǒng)。此外，國際衛(wèi)星組織將于99年1季度發(fā)射電視直播衛(wèi)星、將應用于高速信息公路。移動通信第一代通信為模擬方式，應用在80年代中期。90年代，基于TDM的北美D-AMPS和歐洲的GSM相繼問世，接著出現(xiàn)了基于碼分多址CDMA的移動手機。第三代寬帶碼分多址移動通信系統(tǒng)1MT2000已出現(xiàn)，其主要特點是提供全球無縫覆蓋與漫游；提供數(shù)據(jù)速率為2Mbps的多媒體業(yè)務、可智能化網(wǎng)相連接。當今通信的熱點（1）衛(wèi)星通信當今通信的熱點(2)多媒體通信

多媒體通信是當今熱門話題，其傳媒信息量大，演變出許多應用。如可視電話Videophone、VideoConference、虛擬現(xiàn)實VirtualReality、視頻點播VideoOnDemand、語音郵件VoiceMail、多媒體檢索MultimediaDocumentRetrieval、遠程教學MultimediaTele-teaching等，有的已開始應用，有的正處于襁褓時期，可以預見這些技術將滲透社會各角落。用戶數(shù)據(jù)接入基于銅纜的接入技術，如“高比特率數(shù)字用戶線”等，用戶電話線能傳輸2Mbps以上的數(shù)據(jù)、把圖像等視頻信號引入用戶家庭?；诠饫|的接入技術，如光纖到家等。光纜容量大、干擾小，對傳輸形勢式、帶寬和波長幾乎無嚴格限制。光纖同軸混合接入技術，一種利用有線電視系統(tǒng)的方法，可以額外提供視頻點播，交互式數(shù)據(jù)業(yè)務及電話業(yè)務。無線接入具有建設速度快，方便靈活、造價低廉等特點。當今通信的熱點(2)多媒體通信當今通信的熱點(3)全光網(wǎng)95年美國和歐洲開始了全光網(wǎng)的研究，分為兩步，第一步是在傳輸系統(tǒng)的全程不需要光/電和電/光的轉換，完全靠光波沿光纖傳輸；第二步是用戶端機之間電信號的處理功能，如出/進網(wǎng)、儲存和交換等也由光技術實現(xiàn)。全光網(wǎng)在服務質(zhì)量、帶寬需求、業(yè)務內(nèi)容、網(wǎng)絡的可重構性和可擴展性等方面，都是當今現(xiàn)有網(wǎng)絡所遠遠不能比擬的。其他ATM(異步傳送模式)IPPhone(網(wǎng)絡電話)光纖ADM分插點復用等當今通信的熱點(3)全光網(wǎng)主要的通信技術標準制定機構(1)國際標準化組織（InternationalStandardsOrganization,ISO）：綜合性的非官方機構，由各參與國的國家標準化組織所選派的代表所組成。如TC97、

SC16等；國際電信聯(lián)盟（InternationalTelecommunicationUnion,ITU）：聯(lián)合國的下設機構，是政府間的組織，由它制定國際通信標準。前身是CCITT，93年重新命名為ITU－TS；分為電信標準化（TSB，電信標準局）、無線電通信規(guī)范（RB，無線電通信局）和電信發(fā)展（BDT）三個部分。美國電子工業(yè)協(xié)會（ElectronicIndustriesAssociationEIA）：美國電子工業(yè)界的協(xié)會，主要從事與OSI模型中物理層有關的標準制定。最出名的標準是RS-232C，這是一個應用串行二進制數(shù)據(jù)交換的DTE和DCE之間的接口標準。主要的通信技術標準制定機構(1)國際標準化組織（Intern主要的通信技術標準制定機構(2)美國國家標準學會（AmericanNationalStandardInstituteANSI）：美國全國性的技術情報交換中心，協(xié)調(diào)在美國實現(xiàn)標準化的工作。歐洲計算機制造商協(xié)會(EuropeanComputerManufacturersAssociation,ECMA）；歐洲電信標準組機構(EuropeanTelecommunicationStandardInstitute,ETSI）；亞洲、泛太平洋電信標準化機構ASTAP；主要的通信技術標準制定機構(2)美國國家標準學會（Ameri發(fā)展趨勢和方向

通信技術的發(fā)展小型化、智能化方向高速大容量方向/數(shù)字處理技術的開發(fā)應用，如壓縮頻帶和比特率、提高電路利用率的數(shù)字話音插空技術DSI、數(shù)字電路倍增DCM等。通信技術的應用已應用的：集群通信系統(tǒng)、蜂窩式移動電話、CT2無繩通信正在發(fā)展中的：衛(wèi)星寬帶接入系統(tǒng)、寬帶CDMA蜂窩系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)等系統(tǒng)NGN（基于IP技術的下一代網(wǎng)絡架構）——寬帶、無線移動、多網(wǎng)融合等，致力于兼容性、新服務、QoS及網(wǎng)絡管理規(guī)劃等問題；發(fā)展趨勢和方向通信技術的發(fā)展第二節(jié)通信系統(tǒng)構成通信就是信息的傳遞和交換，一般地說，就是由一個地方向另一個地方傳送消息。通信系統(tǒng)就是用電信號(或光信號)傳遞信息的系統(tǒng)，也叫電信系統(tǒng)。第二節(jié)通信系統(tǒng)構成通信就是信息的傳遞和交換，一般一、通用通信系統(tǒng)構成無論是哪種通信系統(tǒng)，都是要完成從一地到另一地的信息傳遞或交換。在這樣一個總的目的下可以把通信系統(tǒng)概括為一個統(tǒng)一的模型。這一模型包括信源、發(fā)送設備、信道、接收設備、受信者和噪聲源六個部分。模型框圖如圖1.1所示。其中噪聲源為傳輸過程中引入的。一、通用通信系統(tǒng)構成無論是哪種通信系統(tǒng)，都是圖1.1通信系統(tǒng)模型圖1.1通信系統(tǒng)模型 模型中各部分功能如下：(1)信源 信源是指發(fā)出信息的信息源，或簡單地說是信息的發(fā)出者。(2)發(fā)送設備 發(fā)送設備的基本功能是將信息源和傳輸媒介匹配起來，即將信息源產(chǎn)生的消息信號變換為便于傳送的信號形式，送往傳輸媒介。(3)信道 信道是信號傳輸媒介的總稱。 模型中各部分功能如下：(4)接收設備 接收設備的作用是將從信道上接收的信號變換成信息接收者可以接收的信息。(5)信宿 信宿是指信息傳送的終點，也就是信息接收者。(6)噪聲源 噪聲源并不是一個人為實現(xiàn)的實體，但在實際通信系統(tǒng)中又是客觀存在的。(4)接收設備二、信息及信號信息：客觀事物存在的狀態(tài)及其隨時間所發(fā)生變化的反映。信息是指消息中包含的有意義的內(nèi)容，它是通過信號來表達的。為傳遞消息，各種消息需要轉換成電信號。信號是指隨時間變化的物理量。信號是信息的載體。根據(jù)信號物理參量基本特征的不同，信號可以分為兩大類：模擬信號和數(shù)字信號。二、信息及信號信息：客觀事物存在的狀態(tài)及其隨時間所發(fā)生變圖1.2模擬信號示例如果電信號的某一參量連續(xù)取值，稱為模擬信號。如：普通電話機等輸出的信號。模擬信號是時間和幅度都為連續(xù)值的信號，其特點是幅度上連續(xù)。圖1.2模擬信號示例如果電信號的某一參量連續(xù)取值，稱為模圖1.3數(shù)字信號示例若電信號的某一參量是離散取值，稱為數(shù)字信號。如：電傳機、電報等輸出的信號。數(shù)字信號，又稱離散信號，不僅在時間上，而且在幅度上也是離散的。其特點是：幅值被限制在有限個數(shù)值之內(nèi)，它不是連續(xù)的，而是離散的。圖1.3數(shù)字信號示例若電信號的某一參量是離散取值，稱為三、模擬及數(shù)字通信系統(tǒng)模擬通信 信源所發(fā)出的信息經(jīng)變換器變換和處理后，送往信道上傳輸?shù)氖悄M信號的通信系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)的一般構成模型如圖1.4所示。如圖1.5所示，就是模擬通信系統(tǒng)的實例。三、模擬及數(shù)字通信系統(tǒng)模擬通信圖1.4模擬通信系統(tǒng)模型調(diào)制即是將原始電信號變換成其頻帶適合信道傳輸?shù)男盘枴＝庹{(diào)是在接收端將信道中傳輸?shù)男盘栠€原成原始的電信號。圖1.4模擬通信系統(tǒng)模型調(diào)制即是將原始電信號變換成其頻帶圖1.5模擬通信系統(tǒng)實例圖1.5模擬通信系統(tǒng)實例已調(diào)信號、基帶信號、頻帶信號缺點傳輸?shù)男盘柺沁B續(xù)的，疊加噪聲干擾后不易消除，即抗干擾能力較差；不易保密通信；設備不易大規(guī)模集成；不適應飛速發(fā)展的計算機通信的要求。已調(diào)信號、基帶信號、頻帶信號數(shù)字通信 與模擬通信相對應，信源所發(fā)出的信息經(jīng)變換和處理后，送往信道上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)模型及語聲信號的數(shù)字通信系統(tǒng)構成如圖1.6、1.7所示。數(shù)字通信圖1.7語聲數(shù)字通信系統(tǒng)示意圖圖1.6數(shù)字通信系統(tǒng)模型圖1.7語聲數(shù)字通信系統(tǒng)示意圖圖1.6數(shù)字通信系統(tǒng)模編碼器的作用是將信源發(fā)出的模擬或離散的信號，轉換成有規(guī)律的、適應信道傳輸?shù)臄?shù)字信號。譯碼器是把數(shù)字信號還原為原始的信息信號。編碼器和譯碼器一般包括兩部分：信源編碼、信道編碼和信道解碼、信源解碼。加密器是在需要實現(xiàn)保密通信時才用的器件。通過加密器可以產(chǎn)生密碼，人為地把被傳輸?shù)臄?shù)字序列攪亂。編碼器的作用是將信源發(fā)出的模擬或離散的信號，轉換成有規(guī)律的、數(shù)字通信的特點1.抗干擾能力強，無噪聲積累

在數(shù)字通信中，由于數(shù)字信號的幅度值為有限個數(shù)的離散值(通常取兩個幅值)，在傳輸過程中受到噪聲干擾雖然也要疊加噪聲，但當信噪比還沒有惡化到一定程度時，即在適當?shù)木嚯x，采用再生的方法即可消除噪聲干擾，將信號再生成原發(fā)送的信號，如圖1.8(b)所示。數(shù)字通信的特點圖1.8兩類通信方式抗干擾性能比較圖1.8兩類通信方式抗干擾性能比較2.便于加密處理 信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄栽絹碓绞艿街匾?，?shù)字通信的加密處理比模擬通信更容易實現(xiàn)。以語聲數(shù)字通信為例，經(jīng)過數(shù)字變換后的信號就可以用簡單的數(shù)字邏輯運算進行加密處理，如圖1.9所示。2.便于加密處理圖1.9數(shù)字通信加密方法示意圖1.9數(shù)字通信加密方法示意3.利于采用時分復用實現(xiàn)多路通信 數(shù)字信號本身可以很容易用離散時間信號表示，在兩個離散時間之間可以插入多路離散時間信號以實現(xiàn)時分多路復用。4.設備便于集成化、小型化 由于數(shù)字通信系統(tǒng)中大部分電路都是由數(shù)字電路來實現(xiàn)的，微電子技術的發(fā)展可使數(shù)字通信便于用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路來實現(xiàn)。3.利于采用時分復用實現(xiàn)多路通信5.占用頻帶寬 一路數(shù)字電話頻帶一般為64kHz，而一路模擬電話所占頻帶僅為4kHz，前者是后者的16倍。5.占用頻帶寬第三節(jié)通信系統(tǒng)分類按消息的物理特征分類：電報通信系統(tǒng)

電話通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

圖像通信系統(tǒng)按調(diào)制方式分類：基帶傳輸，即將未經(jīng)調(diào)制的信號直接傳送；頻帶（調(diào)制）傳輸，即將各種信號調(diào)制之后傳輸。第三節(jié)通信系統(tǒng)分類按消息的物理特征分類：按信號特征分類：模擬通信系統(tǒng)

數(shù)字通信系統(tǒng)按傳輸媒介分類：有線通信無線通信按信號復用方式分類：頻分復用時分復用碼分復用波分復用按信號特征分類：通信方式關于點對點通信，按傳送方向與時間關系，通信方式可分為：單工通信：消息只能單向傳輸，如：遙測半雙工通信：指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進行，如：使用同一載頻工作的無線電機。

全雙工通信：指通信雙方可同時進行收發(fā)消息的工作方式，如普通電話。通信方式示意圖如圖1.14所示。通信方式關于點對點通信，按傳送方向與時間關系，通信方式可分為（單工通信）發(fā)端收端正向數(shù)據(jù)信道反向信道發(fā)端收端正向數(shù)據(jù)信道反向信道（半雙工通信）發(fā)端收端正向數(shù)據(jù)信道（全雙工通信）圖1.14通信方式示意圖（單工通信）發(fā)端收端正向數(shù)據(jù)信道反向信道發(fā)端收端正向數(shù)據(jù)信道數(shù)字通信中,按照數(shù)字信號碼元排列方法的不同，可分為：串序傳輸：將數(shù)字信號碼元序列按時間順序一個接一個地在信道中傳輸。并序傳輸：將數(shù)字信號碼元分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號碼元序列同時在信道中傳輸。串序與并序傳輸示意圖如圖1.15所示。數(shù)字通信中,按照數(shù)字信號碼元排列方法的不同，可分為：發(fā)送設備接收設備01101101串序傳輸發(fā)送設備接收設備01101001011001101010110110010101……并序傳輸圖1.15串序與并序傳輸示意圖發(fā)送設備接收設備01101101串序傳輸發(fā)送設備接收設備01數(shù)字通信中，根據(jù)實現(xiàn)字符同步方式的不同，可分為：異步傳輸和同步傳輸字符同步：在串行傳輸時，接收端為了從串行數(shù)據(jù)碼流中正確地劃分出發(fā)送的一個個字符所采取的措施異步傳輸：也稱為起止式傳輸，利用起止法來達到收發(fā)同步。每次只傳送一個字符，用起始位和停止位來指示被傳輸字符的開始和結束常見例子：使用終端與計算機進行通信，終端可在任何時刻發(fā)送代碼數(shù)字通信中，根據(jù)實現(xiàn)字符同步方式的不同，可分為：異步傳輸和優(yōu)點：實現(xiàn)字符同步較簡單，收發(fā)雙方的時鐘信號不需要精確地同步。缺點：每個字符增加2～3bit，降低了傳輸效率。主要應用于1200bit/s及其以下的低速數(shù)據(jù)傳輸。同步傳輸：以固定時鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號，每次發(fā)送不是以一個字符而是以一個數(shù)據(jù)塊為傳輸單位，并在數(shù)據(jù)塊的前、后加上標志來表明塊的開始于結束優(yōu)點：比異步傳輸快速得多，它不需要對每一個字符單獨加起、止信號作為識別字符的標志，只是在一串字符的前后加上標志序列。缺點：技術上要復雜。 主要用于速率為2400bit/s及其以上的數(shù)據(jù)傳輸。優(yōu)點：實現(xiàn)字符同步較簡單，收發(fā)雙方的時鐘信號不需要精確地同步

實際通信系統(tǒng)中分為專線和通信網(wǎng)：點到點的通信是專線通信；多點間的通信屬于網(wǎng)通信。通信使用的頻段：信號的傳輸工作在一定的頻段，所以有線通信有頻率特性，有一定帶寬，無線通信電磁波在空間傳播中也有不同的頻段；

實際通信系統(tǒng)中分為專線和通信網(wǎng)：第四節(jié)主要性能指標性能指標:即質(zhì)量指標，它們是對整個系統(tǒng)綜合提出和規(guī)定的，用以衡量系統(tǒng)的質(zhì)量優(yōu)劣。通信系統(tǒng)的性能指標包括：有效性、可靠性、適應性、標準性、經(jīng)濟性及維護使用等等從研究消息的傳輸來說，通信的有效性與可靠性將是衡量通信系統(tǒng)性能的主要指標。有效性是指消息傳輸?shù)摹八俣取眴栴}可靠性主要是指消息的傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題第四節(jié)主要性能指標性能指標:即質(zhì)量指標，它們是對整個系統(tǒng)一、有效性指標(1)信息傳輸速率 信道的傳輸速率是以每秒鐘所傳輸?shù)男畔⒘縼砗饬康?。符號為Rb，單位比特/秒，（bit/s或bps）。(2)符號傳輸速率 符號傳輸速率也叫碼元速率RB2。它是指單位時間內(nèi)所傳輸碼元的數(shù)目，其單位為“波特”(Bd)。一、有效性指標(1)信息傳輸速率 多進制的進制數(shù)與等效對應的二進制碼元數(shù)的關系為：M=2n 式中，M是進制數(shù)；n是二進制碼元數(shù)。因此，信息傳輸速率與符號傳輸速率的關系是Rb=NB·log2M 多進制的進制數(shù)與等效對應的二進制碼元數(shù)的關系為：(3)頻帶利用率 頻帶利用率是指單位頻帶內(nèi)的傳輸速率。(3)頻帶利用率衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的主要指標是誤碼率、誤信率和信號抖動。(1)誤碼率在傳輸過程中發(fā)生誤碼的碼元個數(shù)與傳輸?shù)目偞a元數(shù)之比，通常以Pe來表示，誤碼率Pe是多次統(tǒng)計結果的平均量，所以這里指的是平均誤碼率。二、可靠性指標衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的主要指標是誤碼率、誤(2)誤信率

又稱誤比特率，是指錯誤接收的信息量在傳送總信息量中所占的比例；誤字率：是指錯誤接收的字數(shù)在傳送的總字數(shù)中所占的比例；(2)誤信率(3)信號抖動 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信號抖動是指數(shù)字信號碼相對于標準位置的隨機偏移，其示意圖如圖1.16所示。圖1.16信號抖動示意圖(3)信號抖動圖1.16信號抖動示意圖ITU建立國際綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)ISDN連接的誤碼信能指標要求為：按秒計算，誤碼率大于10-3所占比例少于0.2%；按分計算，誤碼率大于10-6所占比例少于10%；按秒計算，誤碼所占時間比例少于8%。ITU建立國際綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)ISDN連接的誤碼信能指標要求為例1：8路并行傳輸，每路一個單位調(diào)制信號波的時間長度Ti=0.013s，采用二進制，求傳輸?shù)谋忍芈屎筒ㄌ芈省＠?：設一數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳送二進制碼元的速率為1200Baud，試求該系統(tǒng)的信息速率；若該系統(tǒng)改為傳送十六進制信息碼元，碼元速率為2400Baud，則這時的系統(tǒng)信息速率為多少？例3：在二進制中，若平均傳50個漢字錯一個碼元，求誤碼率和誤字率。(假設總共有128個不同漢字）例1：8路并行傳輸，每路一個單位調(diào)制信號波的時間長度Ti=0《數(shù)字通信原理》

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作業(yè)及小測驗15%

實驗15%

期末考試70%考核方式課程形式掌握計算機系統(tǒng)中通信的基本原理和基本體系結構；學習信息傳輸?shù)幕炯夹g，為進一步深入學習研究通信系統(tǒng)、計算機網(wǎng)絡、通信網(wǎng)絡安全等打下最基本的理論基礎?；灸康恼莆沼嬎銠C系統(tǒng)中通信的基本原理和基本體系結構；基本目的第一講緒論第一節(jié)通信發(fā)展史第二節(jié)通信系統(tǒng)構成第三節(jié)通信系統(tǒng)分類第四節(jié)主要性能指標第一講緒論第一節(jié)通信發(fā)展史通信舉例古代烽火臺電話短信微波通信塔交通燈衛(wèi)星通信通信舉例古代烽火臺電話短信微波通信塔交通燈衛(wèi)星通信第一節(jié)通信發(fā)展史通信的發(fā)展已有100多年的歷史，可以追溯到“烽火戲諸候”的典故。如夜晚點火或白天點狼煙表示有敵人入侵，無火或狼煙表示平安無事；海軍的旗語是用兩只手的握旗姿勢。通信可以大致劃分三個階段：通信初級階段—1838年電報開始；近代通信階段—1948年香農(nóng)的信息論；現(xiàn)代通信階段—80年代以后的光纖通信應用、綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)等。第一節(jié)通信發(fā)展史通信的發(fā)展已有100多年的歷史，可以追溯通信的發(fā)展史（1）

1838年 Morse發(fā)現(xiàn)有線電報1844年 建立了電報線路1864年 Maxwell預言電磁波輻射存在， 提出電磁輻射方程1876年 Hertz實驗證明無線電通信的理論 Bell發(fā)明有線電話1898年 無線電報技術出現(xiàn)1918年 AM方式通信和無線電廣播出現(xiàn)1925年 三路明線載波電話，多路通信1936－38年 FM、PCM通信、電視廣播1946年 第一臺電子管計算機問世通信的發(fā)展史（1）1838年 Morse發(fā)現(xiàn)有線電報通信的發(fā)展史（2）

1948年 Shannon提出信息論基礎1950年 TDM應用于電話1956年 大西洋越洋電纜1957年 第一顆人造衛(wèi)星1958年 第一顆通信衛(wèi)星1961年 集成電路1962年 同步通信衛(wèi)星1977年 第一個光纖通信系統(tǒng)1970—1980年大規(guī)模集成電路（LSIC）、 程控交換、衛(wèi)星通信、移動 通信、光纖通信通信的發(fā)展史（2）1948年 Shannon提出信息通信的發(fā)展史（3）

1980～1990年 網(wǎng)絡程控化、數(shù)字化、智能化的網(wǎng)絡技術 綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)ISDN、國際互聯(lián)網(wǎng) 寬帶接入網(wǎng)技術等1990～現(xiàn)在 通信網(wǎng)體系結構（QoS體系結構、面向網(wǎng)格 體系結構、移動互聯(lián)網(wǎng)的光互連網(wǎng)格化） 可視電話、可視手機、會議電視終端、移 動終端 數(shù)字TV、HDTV、全球定位系統(tǒng)GPS通信的發(fā)展史（3）1980～1990年當今通信的熱點（1）衛(wèi)星通信82年國際海事通信組織利用四顆地球同步軌道衛(wèi)星組成INMARSAT系統(tǒng)，實現(xiàn)覆蓋地球的移動通信；鑒于同步衛(wèi)星的時延并過于集中及手機小型化等因素，中低軌道的衛(wèi)星系統(tǒng)研究成功，并逐步在98年至2000年開通，其中有Motorala公司的“銥”系統(tǒng)、美國LORAL公司的“全球星”系統(tǒng)，及國際海事通信組織的ICO系統(tǒng)。此外，國際衛(wèi)星組織將于99年1季度發(fā)射電視直播衛(wèi)星、將應用于高速信息公路。移動通信第一代通信為模擬方式，應用在80年代中期。90年代，基于TDM的北美D-AMPS和歐洲的GSM相繼問世，接著出現(xiàn)了基于碼分多址CDMA的移動手機。第三代寬帶碼分多址移動通信系統(tǒng)1MT2000已出現(xiàn)，其主要特點是提供全球無縫覆蓋與漫游；提供數(shù)據(jù)速率為2Mbps的多媒體業(yè)務、可智能化網(wǎng)相連接。當今通信的熱點（1）衛(wèi)星通信當今通信的熱點(2)多媒體通信

多媒體通信是當今熱門話題，其傳媒信息量大，演變出許多應用。如可視電話Videophone、VideoConference、虛擬現(xiàn)實VirtualReality、視頻點播VideoOnDemand、語音郵件VoiceMail、多媒體檢索MultimediaDocumentRetrieval、遠程教學MultimediaTele-teaching等，有的已開始應用，有的正處于襁褓時期，可以預見這些技術將滲透社會各角落。用戶數(shù)據(jù)接入基于銅纜的接入技術，如“高比特率數(shù)字用戶線”等，用戶電話線能傳輸2Mbps以上的數(shù)據(jù)、把圖像等視頻信號引入用戶家庭。基于光纜的接入技術，如光纖到家等。光纜容量大、干擾小，對傳輸形勢式、帶寬和波長幾乎無嚴格限制。光纖同軸混合接入技術，一種利用有線電視系統(tǒng)的方法，可以額外提供視頻點播，交互式數(shù)據(jù)業(yè)務及電話業(yè)務。無線接入具有建設速度快，方便靈活、造價低廉等特點。當今通信的熱點(2)多媒體通信當今通信的熱點(3)全光網(wǎng)95年美國和歐洲開始了全光網(wǎng)的研究，分為兩步，第一步是在傳輸系統(tǒng)的全程不需要光/電和電/光的轉換，完全靠光波沿光纖傳輸；第二步是用戶端機之間電信號的處理功能，如出/進網(wǎng)、儲存和交換等也由光技術實現(xiàn)。全光網(wǎng)在服務質(zhì)量、帶寬需求、業(yè)務內(nèi)容、網(wǎng)絡的可重構性和可擴展性等方面，都是當今現(xiàn)有網(wǎng)絡所遠遠不能比擬的。其他ATM(異步傳送模式)IPPhone(網(wǎng)絡電話)光纖ADM分插點復用等當今通信的熱點(3)全光網(wǎng)主要的通信技術標準制定機構(1)國際標準化組織（InternationalStandardsOrganization,ISO）：綜合性的非官方機構，由各參與國的國家標準化組織所選派的代表所組成。如TC97、

SC16等；國際電信聯(lián)盟（InternationalTelecommunicationUnion,ITU）：聯(lián)合國的下設機構，是政府間的組織，由它制定國際通信標準。前身是CCITT，93年重新命名為ITU－TS；分為電信標準化（TSB，電信標準局）、無線電通信規(guī)范（RB，無線電通信局）和電信發(fā)展（BDT）三個部分。美國電子工業(yè)協(xié)會（ElectronicIndustriesAssociationEIA）：美國電子工業(yè)界的協(xié)會，主要從事與OSI模型中物理層有關的標準制定。最出名的標準是RS-232C，這是一個應用串行二進制數(shù)據(jù)交換的DTE和DCE之間的接口標準。主要的通信技術標準制定機構(1)國際標準化組織（Intern主要的通信技術標準制定機構(2)美國國家標準學會（AmericanNationalStandardInstituteANSI）：美國全國性的技術情報交換中心，協(xié)調(diào)在美國實現(xiàn)標準化的工作。歐洲計算機制造商協(xié)會(EuropeanComputerManufacturersAssociation,ECMA）；歐洲電信標準組機構(EuropeanTelecommunicationStandardInstitute,ETSI）；亞洲、泛太平洋電信標準化機構ASTAP；主要的通信技術標準制定機構(2)美國國家標準學會（Ameri發(fā)展趨勢和方向

通信技術的發(fā)展小型化、智能化方向高速大容量方向/數(shù)字處理技術的開發(fā)應用，如壓縮頻帶和比特率、提高電路利用率的數(shù)字話音插空技術DSI、數(shù)字電路倍增DCM等。通信技術的應用已應用的：集群通信系統(tǒng)、蜂窩式移動電話、CT2無繩通信正在發(fā)展中的：衛(wèi)星寬帶接入系統(tǒng)、寬帶CDMA蜂窩系統(tǒng)、無線局域網(wǎng)等系統(tǒng)NGN（基于IP技術的下一代網(wǎng)絡架構）——寬帶、無線移動、多網(wǎng)融合等，致力于兼容性、新服務、QoS及網(wǎng)絡管理規(guī)劃等問題；發(fā)展趨勢和方向通信技術的發(fā)展第二節(jié)通信系統(tǒng)構成通信就是信息的傳遞和交換，一般地說，就是由一個地方向另一個地方傳送消息。通信系統(tǒng)就是用電信號(或光信號)傳遞信息的系統(tǒng)，也叫電信系統(tǒng)。第二節(jié)通信系統(tǒng)構成通信就是信息的傳遞和交換，一般一、通用通信系統(tǒng)構成無論是哪種通信系統(tǒng)，都是要完成從一地到另一地的信息傳遞或交換。在這樣一個總的目的下可以把通信系統(tǒng)概括為一個統(tǒng)一的模型。這一模型包括信源、發(fā)送設備、信道、接收設備、受信者和噪聲源六個部分。模型框圖如圖1.1所示。其中噪聲源為傳輸過程中引入的。一、通用通信系統(tǒng)構成無論是哪種通信系統(tǒng)，都是圖1.1通信系統(tǒng)模型圖1.1通信系統(tǒng)模型 模型中各部分功能如下：(1)信源 信源是指發(fā)出信息的信息源，或簡單地說是信息的發(fā)出者。(2)發(fā)送設備 發(fā)送設備的基本功能是將信息源和傳輸媒介匹配起來，即將信息源產(chǎn)生的消息信號變換為便于傳送的信號形式，送往傳輸媒介。(3)信道 信道是信號傳輸媒介的總稱。 模型中各部分功能如下：(4)接收設備 接收設備的作用是將從信道上接收的信號變換成信息接收者可以接收的信息。(5)信宿 信宿是指信息傳送的終點，也就是信息接收者。(6)噪聲源 噪聲源并不是一個人為實現(xiàn)的實體，但在實際通信系統(tǒng)中又是客觀存在的。(4)接收設備二、信息及信號信息：客觀事物存在的狀態(tài)及其隨時間所發(fā)生變化的反映。信息是指消息中包含的有意義的內(nèi)容，它是通過信號來表達的。為傳遞消息，各種消息需要轉換成電信號。信號是指隨時間變化的物理量。信號是信息的載體。根據(jù)信號物理參量基本特征的不同，信號可以分為兩大類：模擬信號和數(shù)字信號。二、信息及信號信息：客觀事物存在的狀態(tài)及其隨時間所發(fā)生變圖1.2模擬信號示例如果電信號的某一參量連續(xù)取值，稱為模擬信號。如：普通電話機等輸出的信號。模擬信號是時間和幅度都為連續(xù)值的信號，其特點是幅度上連續(xù)。圖1.2模擬信號示例如果電信號的某一參量連續(xù)取值，稱為模圖1.3數(shù)字信號示例若電信號的某一參量是離散取值，稱為數(shù)字信號。如：電傳機、電報等輸出的信號。數(shù)字信號，又稱離散信號，不僅在時間上，而且在幅度上也是離散的。其特點是：幅值被限制在有限個數(shù)值之內(nèi)，它不是連續(xù)的，而是離散的。圖1.3數(shù)字信號示例若電信號的某一參量是離散取值，稱為三、模擬及數(shù)字通信系統(tǒng)模擬通信 信源所發(fā)出的信息經(jīng)變換器變換和處理后，送往信道上傳輸?shù)氖悄M信號的通信系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)的一般構成模型如圖1.4所示。如圖1.5所示，就是模擬通信系統(tǒng)的實例。三、模擬及數(shù)字通信系統(tǒng)模擬通信圖1.4模擬通信系統(tǒng)模型調(diào)制即是將原始電信號變換成其頻帶適合信道傳輸?shù)男盘?。解調(diào)是在接收端將信道中傳輸?shù)男盘栠€原成原始的電信號。圖1.4模擬通信系統(tǒng)模型調(diào)制即是將原始電信號變換成其頻帶圖1.5模擬通信系統(tǒng)實例圖1.5模擬通信系統(tǒng)實例已調(diào)信號、基帶信號、頻帶信號缺點傳輸?shù)男盘柺沁B續(xù)的，疊加噪聲干擾后不易消除，即抗干擾能力較差；不易保密通信；設備不易大規(guī)模集成；不適應飛速發(fā)展的計算機通信的要求。已調(diào)信號、基帶信號、頻帶信號數(shù)字通信 與模擬通信相對應，信源所發(fā)出的信息經(jīng)變換和處理后，送往信道上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)模型及語聲信號的數(shù)字通信系統(tǒng)構成如圖1.6、1.7所示。數(shù)字通信圖1.7語聲數(shù)字通信系統(tǒng)示意圖圖1.6數(shù)字通信系統(tǒng)模型圖1.7語聲數(shù)字通信系統(tǒng)示意圖圖1.6數(shù)字通信系統(tǒng)模編碼器的作用是將信源發(fā)出的模擬或離散的信號，轉換成有規(guī)律的、適應信道傳輸?shù)臄?shù)字信號。譯碼器是把數(shù)字信號還原為原始的信息信號。編碼器和譯碼器一般包括兩部分：信源編碼、信道編碼和信道解碼、信源解碼。加密器是在需要實現(xiàn)保密通信時才用的器件。通過加密器可以產(chǎn)生密碼，人為地把被傳輸?shù)臄?shù)字序列攪亂。編碼器的作用是將信源發(fā)出的模擬或離散的信號，轉換成有規(guī)律的、數(shù)字通信的特點1.抗干擾能力強，無噪聲積累

在數(shù)字通信中，由于數(shù)字信號的幅度值為有限個數(shù)的離散值(通常取兩個幅值)，在傳輸過程中受到噪聲干擾雖然也要疊加噪聲，但當信噪比還沒有惡化到一定程度時，即在適當?shù)木嚯x，采用再生的方法即可消除噪聲干擾，將信號再生成原發(fā)送的信號，如圖1.8(b)所示。數(shù)字通信的特點圖1.8兩類通信方式抗干擾性能比較圖1.8兩類通信方式抗干擾性能比較2.便于加密處理 信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄栽絹碓绞艿街匾?，?shù)字通信的加密處理比模擬通信更容易實現(xiàn)。以語聲數(shù)字通信為例，經(jīng)過數(shù)字變換后的信號就可以用簡單的數(shù)字邏輯運算進行加密處理，如圖1.9所示。2.便于加密處理圖1.9數(shù)字通信加密方法示意圖1.9數(shù)字通信加密方法示意3.利于采用時分復用實現(xiàn)多路通信 數(shù)字信號本身可以很容易用離散時間信號表示，在兩個離散時間之間可以插入多路離散時間信號以實現(xiàn)時分多路復用。4.設備便于集成化、小型化 由于數(shù)字通信系統(tǒng)中大部分電路都是由數(shù)字電路來實現(xiàn)的，微電子技術的發(fā)展可使數(shù)字通信便于用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路來實現(xiàn)。3.利于采用時分復用實現(xiàn)多路通信5.占用頻帶寬 一路數(shù)字電話頻帶一般為64kHz，而一路模擬電話所占頻帶僅為4kHz，前者是后者的16倍。5.占用頻帶寬第三節(jié)通信系統(tǒng)分類按消息的物理特征分類：電報通信系統(tǒng)

電話通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

圖像通信系統(tǒng)按調(diào)制方式分類：基帶傳輸，即將未經(jīng)調(diào)制的信號直接傳送；頻帶（調(diào)制）傳輸，即將各種信號調(diào)制之后傳輸。第三節(jié)通信系統(tǒng)分類按消息的物理特征分類：按信號特征分類：模擬通信系統(tǒng)

數(shù)字通信系統(tǒng)按傳輸媒介分類：有線通信無線通信按信號復用方式分類：頻分復用時分復用碼分復用波分復用按信號特征分類：通信方式關于點對點通信，按傳送方向與時間關系，通信方式可分為：單工通信：消息只能單向傳輸，如：遙測半雙工通信：指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進行，如：使用同一載頻工作的無線電機。

全雙工通信：指通信雙方可同時進行收發(fā)消息的工作方式，如普通電話。通信方式示意圖如圖1.14所示。通信方式關于點對點通信，按傳送方向與時間關系，通信方式可分為（單工通信）發(fā)端收端正向數(shù)據(jù)信道反向信道發(fā)端收端正向數(shù)據(jù)信道反向信道（半雙工通信）發(fā)端收端正向數(shù)據(jù)信道（全雙工通信）圖1.14通信方式示意圖（單工通信）發(fā)端收端正向數(shù)據(jù)信道反向信道發(fā)端收端正向數(shù)據(jù)信道數(shù)字通信中,按照數(shù)字信號碼元排列方法的不同，可分為：串序傳輸：將數(shù)字信號碼元序列按時間順序一個接一個地在信道中傳輸。并序傳輸：將數(shù)字信號碼元分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號碼元序列同時在信道中傳輸。串序與并序傳輸示意圖如圖1.15所示。數(shù)字通信中,按照數(shù)字信號碼元排列方法的不同，可分為：發(fā)送設備接收設備01101101串序傳輸發(fā)送設備接收設備01101001011001101010110110010101……并序傳輸圖1.15串序與并序傳輸示意圖發(fā)送設備接收設備01101101串序傳輸發(fā)送設備接收設備01數(shù)字通信中，根據(jù)實現(xiàn)字符同步方式的不同，可分為：異步傳輸和同步傳輸字符同步：在串行傳輸時，接收端為了從串行數(shù)據(jù)碼流中正確地劃分出發(fā)送的一個個字符所采取的措施異步傳輸：也稱為起止式