第1章数字通信系统概述
数字通信原理-第一章
小结： 通信及通信系统构成
通信的概念 通信系统构成：各部分功能
信息、信号及分类
信源发出的信息经转换成为信道上传输的信号：
模拟信号（幅度取值是连续的）：连续信号 离散信号 数字信号（幅度取值是离散的）： 二进码 多进码 连续信号 离散信号
{
{ {
模拟通信和数字通信 模拟通信：以模拟信号的形式传递消息（采用频分复用
数字通信系统的主要性能指标
有效性指标 可靠性指标
{
{
信息传输速率 符号传输速率 （定义、关 系） 频带利用率 误码率 （定义） 信号抖 动
复习题 1、模拟信号和数字信号的特点分别是什么? 2、数字通信系统的构成模型中信源编码和信源解码 的作用是什么？画出话音信号的基带传输系统模型。 3、数字通信的特点有哪些? 4、为什么说数字通信的抗干扰性强，无噪声积累？ 5、设数字信号码元时间长度为 1微秒，如采用四电 平传输，求信息传输速率及符号速率。 6、接上题，若传输过程中 2 秒误 1 个比特，求误 码率。 7、假设频带宽度为 1024kHz，可传输 2048kbit/s 的比特率，试问其频带利用率为多少？
第四节 数字通信的特点及性能指标
信息传输速率Rb与符号传输速率NB的关系为： Rb=NB （二进制） Rb=NB·log2M Rb>NB （多进制）
{
频带利用率 （ η）
定义:单位频带内的传输速率（真正用来衡量数字通信系统传输效率 的指标）
符号传输速率 （Bd/Hz） 频带宽度 信息传输速率 η= （bit/s/Hz） 频带宽度
实现多路通信）
数字通信:以数字信号的形式传递消息（采用时分复用实
现多路通信）。 数字通信系统的构成（包括发送终端、信源编码、信道编 码、调制、信道以 及收端的解调、 信道解码、信源解码和接收终端）
通信原理与通信技术_张卫钢_第1章_通信与通信系统的基本概念
第1章 通信与通信系统的基本概念
•
总之，数字通信的优点很多，但 事物总是一分为二的。数字通信的许多 长处是以增加信号带宽为代价的。比如， 一路模拟电话信号的带宽为4kHz，而一 路数字电话信号大概要占20～60kHz的 带宽。这说明数字通信的频带利用率低。 尽管如此，数字通信仍将是未来通信的 发展方向。
第1章 通信与通信系统的基本概念
1.2 通信系统
• • 1.2.1 通信系统的定义与组成 用于进行通信的设备硬件、软件和 传输介质的集合叫做通信系统。需要强调 的是，过去对通信系统的定义没有软件部 分，但随着计算机进入通信系统，通信软 件就成为组成通信系统的基本要素，因此 我们在定义中加入软件这一模块。
第1章 通信与通信系统的基本概 念
• • • • • • 1.1 通信的概念 1.2 通信系统 1.3 通信方式 1.4 信道和传输介质 1.5 信号与噪声 1.6 信号频谱与信道通 频带
第1章 通信与通信系统的基本概念
第1章 通信与通信系统的基本概念
• • • • •
1.7 信息的度量与香农公式 1.8 多路复用的基本概念 1.9 常用的通信手段 1.10 通信系统的性能评价 1.11 通信技术发展史
数字通信系统示意图信源信道模拟通信信道数字通信数据通信信道信源通信与通信系统的基本概念需要说明的是自从有了数据通信系统之后这种以信道传输信号的种类为标准对通信系统进行的分类就显得不够严谨因为数据通信系统的信道可以是传输数字信号的信道也可以是传输模拟信号的信道或者说数据通信中的数据信号既可以以数字信号的形式在数字信道中传输比如局域网也可以转换成模拟信号在模拟信道中传输比如通过猫调制解调器上网
第1章 通信与通信系统的基本概念
1.3 通信方式
数字通信概述
第一章 数字通信概述第一节 数字通信的基本知识一、通信系统的组成1． 通信：通信是将信息从一个地方传送到另一个地方。
2． 通信系统的组成：3． 信源：产生和发出信息的人或机器。
4． 变换器：把信源发出的信号进行加工处理，变换成适合在信道上传输的信号。
5．反变换器：把信道送来的电信号按相反过程变换成原始信息，最后由信宿接收。
6． 信宿：信息最后的归宿，它是最后接收信息的处所，可以是人和各种终端设备。
7． 信道：传递信号的通道，按传输媒介有无线信道和有线信道之分。
8． 噪声源：因信号传递时，不可避免地会受到噪声或干扰的影响，且干扰会始终存在。
为了便于分析干扰的影响，所以把始端、终端及传输信道中所在干扰都折合到信道中，等效为一个总的噪声源。
9． 模拟通信系统：若信源的信息是一个幅度和时间连续变化着的模拟信号， 则利用模拟信号进行信息传递的通信方式称为该系统。
10。
数字通信系统：若信源的信息是一个幅度限制个数值之内，不是连续的而是离散的数字信号，则利用数字信号进行传递的通信方式称为该系统。
二．数字通信系统的模型。
1．数字通信系统的基本任务：是把信源产生的信息变换成一定格式的数字信号，通过信道传输，在终端再变成适宜信宿接收的信息形式。
2．数字通信系统的基本模型：接收器 发送器3．信源编码的主要任务：（1）将信源送出的模拟信号数字化，即对连续信息进行模拟/数字（A/D ）变换，用一定的数字脉冲组合来表示信号的一定幅度。
（2）将信源输出的数字信号按实际信息的统计特性进行变换，以提高信号传输的有效性。
4．信道编码（抗干扰编码）：是一种代码变换，产要解决数字通信的可靠问题。
5．同步：通信系统的收、发端要有统一的时间标准，使收端和发端步调一致。
6．数字通信系统的基本模型图中，若信源是数字信息时，则信源编码或信源解码可以去掉，构成数据通信系统。
若在没有用调制器和解调器，构成的是最单的通信系统称为基带传输系统，该系统实际上是将基带信号直接进行传输的系统。
数字通信基础知识
1 接 收 设 备 发 送 设 备 接 收 设 备 …
(a)
(b)
1.1.3 通信方式
3. 按通信网络形式分
(a) 两点间直通方式 (b) 分支方式 (c) 交换方式
终端A (a) 终端B 终端 A 终端 B 终端 C 终端 A 终端 B (b) 图1-3 终端 C … 终端 N (c) 终端 N 交换设备
1.3 通信技术发展概况
年到20世纪80 （2）近代通信阶段。从1948年到20世纪80年代光纤通信 ）近代通信阶段。 1948年到20世纪80年代光纤通信 系统等投入使用共30多年，主要是通信统计理论、 30多年 系统等投入使用共30多年，主要是通信统计理论、数字 传输理论及技术、 彩色电视、 卫星通信等方面的发展, 传输理论及技术 、 彩色电视 、 卫星通信等方面的发展 , 此阶段模拟通信用于普通产品，数字通信用于高端产品。 此阶段模拟通信用于普通产品，数字通信用于高端产品。 世纪80年代商用通信卫星、 （3）现代通信阶段。20世纪80年代商用通信卫星、程控 ）现代通信阶段。20世纪80年代商用通信卫星 数字交换机、光纤通信系统等陆续投入使用至今共20 20多 数字交换机、光纤通信系统等陆续投入使用至今共20多 主要是卫星通信、 光纤通信、 移动通信、 年 , 主要是卫星通信 、 光纤通信 、 移动通信 、 多媒体通 信等方面的发展，数字通信进入寻常百姓家庭。 信等方面的发展，数字通信进入寻常百姓家庭。 3. 通信技术发展史上的重大事件 通信技术发展史上的重大事件 现把从1838年到20世纪80 1838年到20世纪80年代通信发展上的重大事 现把从1838年到20世纪80年代通信发展上的重大事 件列于表1 从中可清楚地看到通信的发展过程。 件列于表1-2，从中可清楚地看到通信的发展过程。 1Biblioteka 3.2 通信技术的现状和发展趋势
《数字通信原理（第三版）》教材课后习题答案
《数字通信原理（第三版）》教材课后习题答案《数字通信原理》习题解答第1章概述1-1 模拟信号和数字信号的特点分别是什么?答：模拟信号的特点是幅度连续；数字信号的特点幅度离散。
1-2 数字通信系统的构成模型中信源编码和信源解码的作⽤是什么?画出话⾳信号的基带传输系统模型。
答：信源编码的作⽤把模拟信号变换成数字信号，即完成模/ 数变换的任务。
信源解码的作⽤把数字信号还原为模拟信号，即完成数/ 模变换的任务。
话⾳信号的基带传输系统模型为1-3 数字通信的特点有哪些?答：数字通信的特点是：（1）抗⼲扰性强，⽆噪声积累；（2）便于加密处理；（3）采⽤时分复⽤实现多路通信；（4）设备便于集成化、微型化；（5）占⽤信道频带较宽。
1-4 为什么说数字通信的抗⼲扰性强，⽆噪声积累?答：对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限的离散值( 通常取⼆个幅值) ，在传输过程中受到噪声⼲扰，当信噪⽐还没有恶化到⼀定程度时，即在适当的距离，采⽤再⽣的⽅法，再⽣成已消除噪声⼲扰的原发送信号，所以说数字通信的抗⼲扰性强，⽆噪声积累。
1-5 设数字信号码元时间长度为1s ，如采⽤四电平传输，求信息传输速率及符号速率。
答：符号速率为N11106 Bd码元时间10 6信息传输速率为R N log2 M 106 log 2 4 2 106 bit / s2Mbit / s1-6 接上例，若传输过程中 2 秒误 1 个⽐特，求误码率。
答：P e 发⽣误码个数 (n)12.5 107传输总码元 ( N ) 2 21061-7 假设数字通信系统的频带宽度为1024 kHz ，可传输 2048kbit / s 的⽐特率，试问其频带利⽤率为多少 bit / s / Hz ?答：频带利⽤率为信息传输速率204810 3（ bit / s / Hz)10242bit / s/ Hz频带宽度10 31-8 数字通信技术的发展趋势是什么？答：数字通信技术⽬前正向着以下⼏个⽅向发展：⼩型化、智能化，数字处理技术的开发应⽤，⽤户数字化和⾼速⼤容量等。
通信 系统
式,例如电话、手机等。
半双工通信是指通信双方都能收、发消息,但不能同时
进行收、发的工作方式,例如使 用同一载频工作的无线电对
讲机就是按这种通信方式工作的。
第1章 绪 论
2.按数字信号码元排列方法分类
按数字信号码元排列方法分类,通信方式可分为串行传
输和并行传输。
串行传输是指数字信号码元序列按时间顺序一个接一个
地在信道中传输。一般的远距 离数字通信大多采用串行传
输方式,因为这种方式只需占用一条通路。
并行传输是指将数字信号码元序列分割成两路或者两路
以上的数字信号,码元序列同 时在信道中传输。一般的近距
离数字通信可采用并行传输方式。
第1章 绪 论
1.4 信息及其度量
第1章 绪 论
通常,这些信号是以它的某个 参量的变化来表示消息的。
按照信号参量的取值方式不同,信号可分为两类,即模拟信号
与数字信号。模拟信号的某个参量与消息相对应而连续取值,
例如电话机话筒输出的语音 信号、电视摄像机输出的电视
图像信号等都属于模拟信号。数字信号的参量是离散取值的,
例如计算机、电传机输出的信号就是数字信号。
超宽带等技术得到了互补的发 展。第四代移动通信技术能
够满足高速率的需求,第三代移动通信技术能够满足广域无
缝 覆盖和强漫游的移动性需求,第二代移动通信技术能够满
足日常通信电话及低速无线网络 的需求,无线局域网能够满
足中距离的较高速数据接入的需求,而超宽带能够满足近距
离 的超高速无线接入的需求。
第1章 绪 论
第1章 绪 论
1.2.2 模拟通信系统的组成
模拟通信系统的模型与图1－1所示相仿,其方框图如图1
通信系统概述
第一章通信系统概述1.1 通信系统模型一、通信的定义1.信息：对收信者来说未知的、待传送、交换、存储或提取的内容﹙包括语音、图象、文字等﹚人与人之间要互通情报，交换消息，这就需要消息的传递。
古代的烽火台、金鼓、旌旗，现代的书信、电报、电话、传真、电子信箱、可视图文等，都是人们用来传递信息的方式。
2.信号：与消息一一对应的电量。
它是消息的物质载体，即消息是寄托在电信号的某一参量上。
3．通信就是由一地向另一地传递消息。
二、电通信1．定义利用“电”来传递信息，是一种最有效的传输方式，这种通信方式称为电通信。
2．特点电通信方式能使消息几乎在任意的通信距离上实现既迅速、有效，而又准确、可靠的传递。
电通信一般指电信，即指利用有线电、无线电、光和其它电磁系统，对于消息、情报、指令、文字、图象、声音或任何性质的消息进行传输。
（1）模拟信号与数字信号：按信号随时间分布的特性信号可分为模拟和数字信号。
模拟信号：信号的取值是连续的。
数字信号：信号的取值是离散的。
（2）基带信号与频带信号：按信号随频率分布的特性信号可分为基带和频带信号。
基带信号：发信源发出的信号。
频带信号：通过调制将基带信号变换为频带信号。
基带传输：在信道中直接传输的信号 (如直流电报、实线电话和有线广播等)。
频带传输:通过调制将基带信号变换为更适合在信道中传输的形式。
（FM、AM、MODEM）三、通信系统的模型1.通信系统的一般模型(1)通信系统：通信系统是指完成信息传输过程的全部设备和传输媒介。
(2)通信系统的基本模型●发信源：是消息的产生来源，其作用是将消息变换成原始电信号。
变换：将非电物理量转换为掂量。
信源可分为模拟信源和离散信源。
模拟信源(如电话机、电视摄像机)输出幅度连续的信号；离散信源(如电传机、计算机)输出离散的数字信号。
●发送设备：作用是将信源产生的消息信号转换为适合于在信道中传输的信号。
它要完成调制、放大、滤波、发射等。
在数字通信系统中还要包括编码和加密。
通信原理 第1章
缺点： 缺点：
需要较大的传输带宽 对同步要求高
第1章 绪论 章
1.3 通信系统分类与通信方式
1.3.1 通信系统的分类
按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、数据 按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、 通信系统、 通信系统、图像通信系统 … … 按调制方式分类：基带传输系统和带通（频带或调制） 按调制方式分类：基带传输系统和带通（频带或调制） 传输系统
1.1 通信的基本概念
实现通信的方式和手段： 实现通信的方式和手段： 非电的：如烽火台、 旌旗、消息树… 非电的：如烽火台、 旌旗、消息树 电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、 电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、 遥测、因特网和计算机通信等。 遥测、因特网和计算机通信等。
1.1 通信的基本概念
1.3 通信系统分类与通信方式
串行传输 ：将数字信号码元序列以串行方式一个码元接 一个码元地在一条信道上传输
优点：只需一条通信信道， 优点 只需一条通信信道，节省线路铺设费用 只需一条通信信道 缺点：速度慢 速度慢， 缺点 速度慢，需要外加码组或字符同步措施
其他分类方式： 其他分类方式：
同步通信和异步通信； 同步通信和异步通信；专线通信和网通信
在工程应用中，习惯把一个二进制码元称作 比特 在工程应用中，习惯把一个二进制码元称作1比特 。
1.4 信息及其度量
若有M个等概率波形（ ），且每一个波形的出现 若有 个等概率波形（P = 1/M），且每一个波形的出现 个等概率波形 ）， 是独立的，则传送 进制波形之一的信息量为 是独立的，则传送M进制波形之一的信息量为
1.2 通信系统的组成
信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。 信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。 是信号传输的通道，分为有线信道和无线信道。 是信号传输的通道，分为有线信道和无线信道。 噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。 噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。 接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。 接收设备 从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。 从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号 受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息， 受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如扬声 ）：把原始电信号还原成相应的消息 器等。 器等。
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1.1 通信系统及其特征
图1-1 通信系统的基本组成
1.1 通信系统及其特征
图1-2 通信网的组成
1.1.1 通信系统的一般模型
图1-3 电通信系统的一般模型
(1)输入转换器 主要担负将输入消息变换为电信号的任务。 (2)发送设备 将基带信号变成适于信道传输特性的信号。 (3)信道 是信号传输的通道，又称传输媒质。 (4)接收设备 将信道传来的信号进行处理，以恢复出与发送端基带 信号一致的信号。
1.5 通信系统的主要性能指标
1.模拟通信系统 2.数字通信系统 (1)码元速率RBN 单位时间内传输的码元数，单位：码的 数目(规定一个二元码含有1bit的信息量)。 (3)系统频带利用率 在比较不同的数字通信系统的效率时，单看它 们的信息传输速率是不够的，即使两个系统的信息传输速率相同， 它们的效率也可能不同，还要看这种信息所占的信道频带的宽度。 (1)误码率Pe 接收错误的码元数在传送总码元数中的比例，即码元 在传输系统中被传错的概率。 (2)误信率Peb
1.模拟信号
1.2.2 数字信号与模拟信号
图1-6 几种数字信号的例子
1.2.2 数字信号与模拟信号
2.数字信号 3.模拟信号与数字信号的区别
1.3 数字通信
•通信系统中若按传送信号的形式可以分为模拟通信和数字通信。模 拟通信系统传输模拟信号，数字通信系统则传输数字信号。应当指 出，模拟通信与数字通信是按信道中所传递的信号差异来区分的， 不是根据信源输出的信号来划分的。若信源发出的是模拟信号，经 过发信设备变换成适合在信道中传输的电信号仍然是模拟信号，则 称这种通信方式为模拟通信。若信源发出的是模拟信号，经过模/数 （A/D）转换数字化处理后，以数字信号的形式在信道中传输一般 称为模拟信号的数字传输，显然这是数字通信。
1.4 信道
1.4.1 有线信道
1)架空明线的主要优点是架设比较容易，建设较快，传输损耗比较 小。 2)对称电缆的通信容量比架空明线大，因而平均到每条电路投资比 明线低，电气性能比较稳定，安全保密性好。 3)同轴电缆是将电磁波封闭在同轴管内，工作频率较高，同轴电缆 之间电磁波的相互干扰也较小，因此适用于高频段、大容量载波电 话(电报)通信，我国现行300路、960路、1800路和4380路长途通信 干线大部分采用同轴电缆构成。 4)光缆。
1.1.1 通信系统的一般模型
(5)输出转换器 将接收设备输出的电信号变换成原来形式的消息。 (6)干扰源 作为一种分析问题的方法，我们将信号在传输过程中混 入的噪声及由于干扰引起的信号失真集中在一起，作为信道中的干 扰源来进行分析处理。
1.1.2 模拟通信和数字通信系统模型
1.模拟通信系统 2.数字通信系统模型
第1章数字通信系统概述
第1章 数字通信系统概述
1)通信系统的基本组成与一般模型； 2)信息与信号的基本概念； 3)数字通信的特点； 4)信道的概念； 5)通信系统的主要性能指标； 6)通信网络的拓扑结构； 7)通信技术的发展趋势。 1.1 通信系统及其特征 1.1.1 通信系统的一般模型 1.1.2 模拟通信和数字通信系统模型 1.2 信息与信号的概念
图1-4 数字通信系统模型
1.2 信息与信号的概念
图1-5 语音信号波形及频谱
1.2.1 基带信号与频带信号
•基带信号即直接由信息转换得到的电信号。这种信号的频率都是比 较低的，含有低频成分甚至直流成分，而且最高频率和最低频率比 值很大，可以远大于1。基带信号不适于较长距离传输，更不能进行 无线电发送。例如语音信号就是一种典型的基带信号，其频率在 100Hz~5kHz范围内，但主要能量集中在200~3000Hz范围内。又 如电视图像信号的频率在0~6MHz范围以内。计算机数据信号的频 率范围与传输速率有关，也属于基带信号。
1.4.2 无线信道
(1)中长波段 工作频率为300~3000kHz，电磁波主要沿地球表面传 播，称为地波传播方式。 (2)短波波段 工作频率范围为3~30MHz，电磁波通过电离层反射的 方式进行传播，称为天波传播方式，适用于中远距离通信(一次反射 最远通信距离可达4000km)。 (3)超短波波段 工作频率范围为30~300MHz，电磁波传播方式为直 线视距传播，称为空间波传播方式，多用于电视、雷达、移动电台 通信。 (4)微波波段 工作频率范围为300MHz~1000GHz。
第1章 数字通信系统概述
1.2.1 基带信号与频带信号 1.2.2 数字信号与模拟信号 1.3 数字通信 1.3.1 数字通信系统 1.3.2 数字通信的特点 1.3.3 数据通信 1.4 信道 1.4.1 有线信道 1.4.2 无线信道 1.5 通信系统的主要性能指标 1.6 通信网简介
第1章 数字通信系统概述
1.3.2 数字通信的特点
1)抗噪声性能好。 2)差错可控。 3)保密性强。 4)便于与现代技术相结合。
1.3.3 数据通信
•若信源本身发出的就是数字形式的信号（电报、数据、指令等）， 那么不管用数字传输还是用模拟传输方式来传输，这种通信方式均 称为数据通信。数据通信系统模型与图1 KG*8〗4所示的数字通 信系统模型大同小异，只是因为信源本身发出的是数字信号，因而 不需要信源编、解码器。一般来说，数据通信有三个特征：①它是 机器对机器或是机器对人的通信。②它传输和处理离散的数字数据， 而不是连续的模拟数据。③它的通信速度很高，可以传输和处理大
1.3.1 数字通信系统
1)收发两端消息与电信号之间互换的过程、模拟信号的数字化及数 字式基带信号的特性。 2)抗干扰编码与解码，即差错控制编码问题。 3)数字调制与解调原理。 4)保密通信问题：当需要保密通信时，可对基带信号的“0”、“1”序列 进行人为“搅乱”(即加上密码信号)，称为加密。 5)信道与噪声的特性及其对信号传输的影响。 6)同步问题：数字通信是一个一个码元传送的，接收端接收时必须 与发送端节拍相同，否则会因收发步调不一致而造成混乱。
1.6.1 通信网的组成 1.6.2 通信网的分类 1.6.3 通信网络的拓扑结构 1.7 通信技术的发展趋势 1.7.1 接入层将继续呈现多种技术共存 1.7.2 传送层将走向智能化和融合 1.7.3 控制层将实现业务与控制相分离 1.7.4 应用层的业务发展是关键 1.7.5 支撑层关键技术发展趋势 1.7.6 终端和用户卡发展趋势