第一章 數(shù)字通信引言

第一章數(shù)字通信引言第1頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月21緒論數(shù)字通信：采用針對(duì)數(shù)字信息的加工、處理和傳輸技術(shù)，把信源產(chǎn)生的信息（消息、信號(hào)）有效、可靠地傳送到一個(gè)或多個(gè)接收者（用戶、目的地）。優(yōu)點(diǎn)：資源利用率高；實(shí)現(xiàn)容易，成本低；多用戶系統(tǒng)中，數(shù)字傳輸支持信息的電子尋址（Addressing）和路由（Routing）；不同形式的信息通過數(shù)字傳輸機(jī)制變得統(tǒng)一，即不同形式或種類的信源可以通過復(fù)接，合成為一個(gè)數(shù)字信源，實(shí)現(xiàn)多媒體通信；數(shù)字信息比模擬波形更容易加密；數(shù)字信息可以用電子方法，精確、快速地實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)和提??；多級(jí)接力傳輸系統(tǒng)中，數(shù)字信息在每一級(jí)重構(gòu)、再生，而模擬系統(tǒng)中，噪聲和失真為逐級(jí)累積等。第2頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月31.1數(shù)字通信系統(tǒng)的組成目的掌握數(shù)字通信系統(tǒng)的分析方法，即給定一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)，分析其特定傳輸環(huán)境下所能達(dá)到的性能指標(biāo)；數(shù)字通信系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)方法，包括兩方面：給定傳輸條件（信道特性），設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)，在規(guī)定允許失真條件下，提供最大的數(shù)字通信能力；在給定要求的失真和業(yè)務(wù)負(fù)載條件下，設(shè)計(jì)有效的信道完成數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。數(shù)字通信系統(tǒng)的構(gòu)成第3頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月41.1數(shù)字通信系統(tǒng)的組成信道編碼：用適合信道傳輸?shù)拇a進(jìn)行傳輸，或?qū)υ创a進(jìn)行重編碼使具有檢錯(cuò)、糾錯(cuò)能力。信源編碼：降低信息冗余度的編碼，以較少的碼元傳輸較多的信息，提高傳輸效率。數(shù)字調(diào)制/解調(diào)：把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號(hào)。同步：包括載波同步、位同步、幀同步、網(wǎng)同步，是接收端正確恢復(fù)數(shù)字信息所不可缺少的。第4頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月51.2通信信道及數(shù)學(xué)模型信道是指以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通道。狹義信道：僅是指信號(hào)的傳輸媒質(zhì)。

廣義信道：為了研究的需要，將有關(guān)轉(zhuǎn)換設(shè)備一并劃入狹義信道，稱為廣義信道。廣義信道中除傳輸媒質(zhì)外，還包括有關(guān)發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、天線、調(diào)制、解調(diào)等。廣義信道按功能可分為：電纜光纜狹義信道短波廣播超短波、微波傳輸衛(wèi)星通信移動(dòng)通信有線信道無線信道調(diào)制信道——研究的著眼點(diǎn)只關(guān)心調(diào)制器輸出和解調(diào)器的輸入編碼信道——研究的著眼點(diǎn)只關(guān)心編碼和譯碼（數(shù)字通信系統(tǒng)）

第5頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月61.2通信信道及數(shù)學(xué)模型廣義信道調(diào)制信道

——指調(diào)制器輸出到接收端的解調(diào)器輸入編碼信道

——從編碼器輸出至譯碼器輸入

調(diào)制信道數(shù)字信源調(diào)制器解調(diào)器終端媒質(zhì)編碼器譯碼器發(fā)轉(zhuǎn)換器收轉(zhuǎn)換器編碼信道第6頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月71.2通信信道及數(shù)學(xué)模型通信信道及特性

1有線信道★雙絞線、同軸電纜、波導(dǎo)、光纖等。頻率范圍從kHz-100GHz-★有線信道屬于典型的恒參信道?！镄盘?hào)在信道中傳輸會(huì)造成幅度和相位失真，這種線性畸變可以通過接收機(jī)端的均衡技術(shù)措施減小或消除?！锏?章將研究帶限濾波信道的最佳傳輸信號(hào)和信號(hào)的最佳接收問題，第10章研究信道均衡器的設(shè)計(jì)。2光纖信道★光纖信道提供的帶寬比同軸電纜信道大幾個(gè)數(shù)量級(jí)?！镉捎诘蛽p耗光纜和光子器件技術(shù)的不斷成熟，光纖通信得到了廣泛應(yīng)用。如:地面市話網(wǎng)數(shù)字話音傳輸、地面數(shù)字視頻廣播、跨洋通信網(wǎng)絡(luò)等?！镎{(diào)制方式采用幅度調(diào)制，頻率和相位調(diào)制及相干解調(diào)仍存在困難。第7頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月8頻率范圍波長(zhǎng)符號(hào)傳輸媒質(zhì)用途3Hz~30kHz104~108m甚低頻VLF有線線對(duì)、長(zhǎng)波無線電音頻、電話、數(shù)據(jù)終端長(zhǎng)距離導(dǎo)航、時(shí)標(biāo)30~300kHz103~104m低頻LF有線線對(duì)、長(zhǎng)波無線電導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線通信300kHz~3MHz102~103m中頻MF同軸電纜、短波無線電調(diào)幅廣播、移動(dòng)陸地通信、業(yè)余無線電3~30MHz10~102m高頻HF同軸電纜、短波無線電移動(dòng)無線電話、短波廣播定點(diǎn)軍用通信、業(yè)余無線電30~300MHz1~10m甚高頻VHF同軸電纜、米波無線電電視、調(diào)頻廣播、空中管制、車輛、通信、導(dǎo)航3無線電信道通信頻段與用途

300MHz~3GHz電電10~100cm特高頻UHF波導(dǎo)分米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)3~30GHz1~10cm超高頻SHF波導(dǎo)厘米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)30~300GHz1~10mm極高頻EHF波導(dǎo)毫米波無線電雷達(dá)、微波接力、射電天文學(xué)43T~3000THz0.1~7um紫外可見光紅外光纖激光空間傳播光通信傳播方式：地波傳播、天波傳播、視線傳播第8頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月91.2通信信道及數(shù)學(xué)模型通過對(duì)調(diào)制信道進(jìn)行大量的分析研究，發(fā)現(xiàn)它具有如下共性：（1）有一對(duì)（或多對(duì)）輸入端和一對(duì)（或多對(duì)）輸出端；（2）絕大多數(shù)的信道都是線性的，即滿足線性疊加原理；

（3）信號(hào)通過信道具有固定的或時(shí)變的延遲時(shí)間；（4）信號(hào)通過信道會(huì)受到固定的或時(shí)變的損耗；（5）即使沒有信號(hào)輸入，在信道的輸出端仍可能有一定的輸出（噪聲）?？梢杂靡粋€(gè)二對(duì)端(或多對(duì)端)的時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)表示調(diào)制信道。時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)時(shí)變線性網(wǎng)絡(luò)二端對(duì)網(wǎng)絡(luò)多端對(duì)網(wǎng)絡(luò)第9頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月101.2通信信道及數(shù)學(xué)模型信道的數(shù)學(xué)模型（理想信道、線性濾波信道、線性時(shí)變?yōu)V波信道）加性噪聲信道（理想信道）加性高斯白噪聲信道，簡(jiǎn)稱AWGN信道；線性濾波信道理想信道為線性濾波信道的特例，即信道沖擊響應(yīng)為第10頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月111.2通信信道及數(shù)學(xué)模型線性時(shí)變?yōu)V波信道對(duì)離散多徑信道，信道的時(shí)變沖激響應(yīng)為信道的輸出信號(hào)為第11頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月121.3數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)（有效性、可靠性、適應(yīng)性、標(biāo)準(zhǔn)性、經(jīng)濟(jì)性及維護(hù)性等)傳輸速率符號(hào)（碼元）傳輸速率比特傳輸速率信息傳輸速率差錯(cuò)率符號(hào)差錯(cuò)率比特差錯(cuò)率幀差錯(cuò)率利用率功率利用率頻率利用率第12頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月131.4數(shù)字通信的發(fā)展1837年，莫爾斯電報(bào)通信系統(tǒng)是最早的數(shù)字通信系統(tǒng)；1924年，奈奎斯特研究了帶限信道無碼間干擾傳輸?shù)淖畲笏俾?-----現(xiàn)代數(shù)字通信系統(tǒng)的起源；對(duì)于帶寬為W（Hz）的基帶傳輸系統(tǒng)，發(fā)送信號(hào)無碼間傳輸?shù)淖畲笏俾蕿?W波特，基帶波形為1948年，香農(nóng)導(dǎo)出了數(shù)字通信系統(tǒng)的基本限制，信道容量公式1950年，漢明糾錯(cuò)編碼的研究，開創(chuàng)了糾錯(cuò)編解碼的研究領(lǐng)域；第13頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月141.4數(shù)字通信的發(fā)展1960年，里德、所羅門(Reed&Solomon)發(fā)展了新的分組碼，RS碼；1966年，福尼(Forney)發(fā)展了級(jí)聯(lián)碼；1961~1971年，卷積碼編譯碼的發(fā)展；1982年，恩格伯克(Ungerboeck)發(fā)展了網(wǎng)格編碼調(diào)制；1993年，伯羅（Berrou）等人的Turbo碼和迭代譯碼。第14頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月151.5課程主要內(nèi)容內(nèi)容安排第一章：緒論第二章：數(shù)字調(diào)制方法第三章：AWGN信道中的數(shù)字通信第四章：限帶信道中的數(shù)字通信第五章：信道容量與信道編碼第六章：載波與符號(hào)同步第七章：分組碼與卷積信道碼第八章：多徑衰落信道中的數(shù)字通信第15頁，課件共16頁，創(chuàng)作于2023年2月16參考教材參考教材1．JohnG.Proakis.DigitalCommunications,(4th,Ed)（影印版），電子工業(yè)出版社，20012．BernardSklar.DigitalCommunica