數(shù)字通信原理（第3版）課件 第1章 緒論

課程說(shuō)明：

《數(shù)字通信原理》是電子信息類專業(yè)一門重要的主干專業(yè)課程，主要介紹通信的基本概念、理論與技術(shù)、通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成與性能分析方法、通信系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)思想和優(yōu)化方法、通信系統(tǒng)的模擬仿真方法、通信新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。先修課程：

電子電路基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、信號(hào)與系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)選用教材：

數(shù)字通信原理（第3版），周冬梅

主編，電子工業(yè)出版社，2025主要參考教材：1.通信原理（第7版），樊昌信曹麗娜編，國(guó)防工業(yè)出版社，20152.精通LabVIEW信號(hào)處理（第2版），周鵬編，清華大學(xué)出版社，20183.基于MATLAB的通信系統(tǒng)高級(jí)仿真，藏國(guó)珍編，西安電子科技大學(xué)出版社，201941.1通信系統(tǒng)的組成1.2通信系統(tǒng)的分類及通信方式1.3信息及其度量1.4通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)第1章

緒論第1章

緒論6一、通信的定義

通信的目的是傳遞消息,包括傳輸和交換。

通信——由一方向另一方進(jìn)行消息的有效傳遞。電信——利用“電”來(lái)傳遞消息的方法稱為電信。1.1通信系統(tǒng)的組成通信——利用電子等技術(shù)手段，借助電信號(hào)（含光信號(hào)）實(shí)現(xiàn)從一地向另一地進(jìn)行消息的有效傳遞和交換稱為通信。第1章

緒論7古代烽火臺(tái)電話短信微波通信塔交通燈衛(wèi)星通信第1章

緒論8第1章

緒論二、消息、信號(hào)、信號(hào)的概念消息：通信系統(tǒng)傳輸?shù)膶?duì)象，有連續(xù)消息（語(yǔ)言、溫度、圖像等）和離散消息（數(shù)據(jù)、文字、符號(hào)等）。信號(hào)：消息的電表示形式/傳輸載體。有模擬信號(hào)（信號(hào)參量取值連續(xù)）和數(shù)字信號(hào)（信號(hào)參量取值離散）。信息：消息中蘊(yùn)含的有效內(nèi)容。9第1章

緒論三者關(guān)系信號(hào)消息信息傳輸載體模擬信號(hào)

數(shù)字信號(hào)表現(xiàn)形式內(nèi)涵10三、通信系統(tǒng)的一般模型第1章

緒論11作用——把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)。定義——產(chǎn)生消息的來(lái)源。類型——電話機(jī)、攝像機(jī)、電傳機(jī)、計(jì)算機(jī)等分類———模擬信源、數(shù)字信源第1章

緒論信源12第1章

緒論發(fā)送設(shè)備信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)使信源和信道匹配。發(fā)送設(shè)備的變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場(chǎng)合，調(diào)制是最常見(jiàn)的變換方式。對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)，發(fā)送設(shè)備常常又包括編碼器與調(diào)制器。13第1章

緒論信道信道是指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理媒質(zhì)。無(wú)線信道中，信道可以是大氣（自由空間）。有線信道中，信道可以是明線、電纜或光纖。14第1章

緒論接收設(shè)備功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始基帶信號(hào)來(lái)，對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路。收信者（信宿）信宿是傳輸信息的歸宿點(diǎn)，其作用是將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。15第1章

緒論噪聲源（干擾源）干擾源源是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的，并且是人們所不希望的。干擾的來(lái)源是多樣的，它可分為內(nèi)部干擾和外部干擾，而且外部干擾往往是從信道引入的，因此，為了分析方便，把干擾源視為各處干擾的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道----加性噪聲。

16通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng)調(diào)制傳輸系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng)調(diào)制傳輸系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)第1章

緒論17

模擬通信系統(tǒng)模型如下:第1章

緒論18

第1章

緒論基帶和頻帶傳輸：系統(tǒng)中有無(wú)調(diào)制解調(diào)設(shè)備。信源發(fā)出的是基帶信號(hào)，具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸。把基帶信號(hào)變換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)，并可在接收端進(jìn)行反變換，是用調(diào)制器和解調(diào)器實(shí)現(xiàn)的。模擬通信系統(tǒng)模型中的發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備主要是調(diào)制器和解調(diào)器。調(diào)制：把信息寄托到載波上解調(diào)：從已調(diào)信號(hào)中卸載信息19數(shù)字通信系統(tǒng)模型如下:第1章

緒論20第1章

緒論信源編碼與譯碼信源編碼的作用：1.信息源給出的是模擬語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。2.設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說(shuō)的數(shù)據(jù)壓縮。碼元速率將直接影響傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬又直接反映了通信的有效性。信源譯碼是信源編碼的逆過(guò)程。

21第1章

緒論加密與解密在需要實(shí)現(xiàn)保密通信的場(chǎng)合，為了保證所傳信息的安全，人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，即加上密碼，這種處理過(guò)程叫加密。在接收端利用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對(duì)收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密，恢復(fù)原來(lái)信息，叫解密。22第1章

緒論信道編碼與譯碼為了減少差錯(cuò)，信道編碼器對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成所謂“抗干擾編碼”。接收端的信道譯碼器按一定規(guī)則進(jìn)行解碼，從解碼過(guò)程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤，從而提高通信系統(tǒng)抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)可靠通信。23第1章

緒論數(shù)字調(diào)制與解調(diào)數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到載頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號(hào)?；镜臄?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。對(duì)這些信號(hào)可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原為數(shù)字基帶信號(hào)。數(shù)字調(diào)制是本課程的重點(diǎn)內(nèi)容之一。24四、數(shù)字通信的主要特點(diǎn)1.主要優(yōu)點(diǎn)(1)抗噪聲性能好:信號(hào)的取值只有兩個(gè),容易判別和處理.(2)差錯(cuò)可控:通信中出現(xiàn)的差錯(cuò)可通過(guò)糾錯(cuò)編碼技術(shù)來(lái)控制(3)保密性好:與模擬信號(hào)相比更容易加密和解密(4)易于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合。目前的終端接口均是數(shù)字信號(hào)第1章

緒論252.主要缺點(diǎn)

(1)頻帶利用率不高。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20-60kHz的帶寬，而一路模擬電話僅占用約4kHz帶寬。

(2)需要嚴(yán)格的同步系統(tǒng)。故設(shè)備復(fù)雜、成本高、體積較大。第1章

緒論261.2通信系統(tǒng)的分類及通信方式一、通信系統(tǒng)的分類第1章

緒論按信道信號(hào)特征分類按傳輸媒質(zhì)分類按傳輸方式分類按信號(hào)復(fù)用方式分類按工作波段分類模擬通信數(shù)字通信有線通信無(wú)線通信基帶傳輸頻帶傳輸頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用、

長(zhǎng)波、中波、短波、微波、紅外以及激光通信等27二、通信方式1.按消息傳送的方向與時(shí)間分單工通信半雙工通信全雙工通信第1章

緒論282.按數(shù)字信號(hào)排序方式分（a）串行通信（b）并行通信第1章

緒論293.按通信網(wǎng)絡(luò)的形式分通信的網(wǎng)絡(luò)形式可分為：兩點(diǎn)間直通、分支和交換方式。第1章

緒論30思考通信系統(tǒng)通過(guò)傳輸信號(hào)而傳遞了消息，其傳輸能力該如何度量？第1章

緒論31第1章

緒論1.3信息及其度量通信系統(tǒng)傳輸?shù)木唧w對(duì)象是消息，其最終的目的在于通過(guò)消息的傳送使收信者獲知信息。信息:消息中包含的有意義的內(nèi)容。信息與消息的關(guān)系：消息是具體的，而信息是抽象的。為了對(duì)通信系統(tǒng)的傳輸能力進(jìn)行定量的分析和衡量，就必須對(duì)信息進(jìn)行定量的描述。不同的消息含有不同數(shù)量的信息。同一個(gè)消息對(duì)不同的接收對(duì)象來(lái)說(shuō)信息的多少也不同。對(duì)信息的度量應(yīng)當(dāng)是客觀的。32信息量：衡量信息多少的物理量為信息量。關(guān)于信息量的理解：1、信息量的大小與消息所描述事件的出現(xiàn)概率有關(guān)。信息量應(yīng)該是消息出現(xiàn)概率的單調(diào)遞減函數(shù)。2、如果收到的不是一個(gè)消息，而是若干個(gè)互相獨(dú)立的消息，則總的信息量應(yīng)該是每個(gè)消息的信息量之和。第1章

緒論一、信息量的定義33若xi出現(xiàn)的概率為，則其信息量為：

單位比特（bit，簡(jiǎn)寫(xiě)為b）單位奈特（nit，簡(jiǎn)寫(xiě)為n）單位哈特萊（Hartly）第1章

緒論34

例1.1設(shè)二進(jìn)制離散信源，數(shù)字0或1以相等概率出現(xiàn)，試計(jì)算每個(gè)符號(hào)的信息量。

bit解：二進(jìn)制等概時(shí)第1章

緒論35對(duì)離散信源，若M個(gè)符號(hào)等概出現(xiàn)，且每一個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)獨(dú)立，則每個(gè)符號(hào)的信息量相等，為bit第1章

緒論

2、平均信息量設(shè)N種信息源中第i種信息出現(xiàn)次，且其出現(xiàn)的概率為，則整個(gè)消息的信息量為：

統(tǒng)計(jì)平均信息量(熵）為：通過(guò)平均信息量計(jì)算總信息量，利用下式：信息源中各種符號(hào)等概出現(xiàn)信息量最大，即：第1章

緒論例：一信息源由4個(gè)符號(hào)0、1、2、3組成，它們出現(xiàn)概率分別為3/8、1/4、1/4、1/8，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求信源的平均信息量；(2)當(dāng)四種符號(hào)等概出現(xiàn)時(shí)，求信源的平均信息量。解(1)不等概時(shí)信源的平均信息量為(bit/符號(hào))(bit/符號(hào))(bit/符號(hào))(2)等概時(shí)信源的平均信息量為最大值，即第1章

緒論381.4通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)第1章

緒論一、一般通信系統(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(wèn)題，即快慢問(wèn)題。(2)可靠性。指通信系統(tǒng)傳輸消息的“質(zhì)量”問(wèn)題，即好壞問(wèn)題。(3)適應(yīng)性。指通信系統(tǒng)使用時(shí)的環(huán)境條件。(4)經(jīng)濟(jì)性。指系統(tǒng)的成本問(wèn)題。(5)保密性。指系統(tǒng)對(duì)所傳信號(hào)的加密措施.(6)標(biāo)準(zhǔn)性。指系統(tǒng)的接口、各種結(jié)構(gòu)及協(xié)議是否合乎國(guó)家、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)的有效性和可靠性，對(duì)模擬通信系統(tǒng)，用系統(tǒng)頻帶利用率和輸出信噪比衡量；對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)，用傳輸速率和差錯(cuò)率衡量。39有效性用傳輸速率來(lái)衡量碼元速率（波特率）RB,單位波特（B）

單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)目信息速率（比特率）Rb，單位比特/秒(bit/s)

單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘看a元速率與信息速率間關(guān)系

Rb=

RBlog2NN—為N進(jìn)制碼元二進(jìn)制中，在數(shù)值上Rb2=

RB2二、有效性指標(biāo)的具體表述第1章

緒論40三、

可靠性指標(biāo)的具體表述

可靠性用差錯(cuò)率來(lái)衡量碼元差錯(cuò)率(誤碼率)Pe

Pe