数字通信原理_1：绪论
通信原理 (完整)精选全文
数字通信的主要优点：
(a) 失真的数字信号
(b) 恢复的数字信号
数字信号波形的失真和恢复
数字通信的主要缺点：
➢ 占用带宽大 ➢ 设备复杂 ➢ 同步要求高
宽带通信、压缩编码 VLSI、SOC、ASIC 信号处理技术
应用实例：
➢ 数字传输技术：电话、电视、计算机数据等 信号的远距离传输。
➢ 模拟传输技术：有线电话环路、无线电广 播、电视广播等。
狭义信道
有线信道 无线信道
中长波地波 短波电离层反射 超短波、微波视距传输 超短波、微波对流层散射 卫星中继
编码信道 调制信道
信 源
加 密 器
编 码 器
调 制 器
发 转 换 器
信 道
收 转 换 器
解 调 器
解解 码密 器器
信 宿
发送设备
噪 声
接收设备
广义信道
广义信道
调制信道：
调制器输出端到解调器输入端的所有设备和媒介。 研究调制和解调时，常用调制信道。 连续信道/模拟信道。
eo(t)
e0t htei t nt e0t kt ei t nt
n(t)
n(t): 加性干扰 k(t): 乘性干扰
k t 依赖于网络的特性，k t 反映网络特性对 ei t 的作用。
干扰
加性干扰：本地噪声
始终存在
乘性干扰：非理理想信道 与信号共存
sR t sT tht nt
乘性 加性
增量调制DM
军用、 民用电话
Hale Waihona Puke 差分脉码调制DPCM电视电话、 图像编码
其 他 语 言 编 码 方 式 中低速数字电话 ADPCM、 APC、 LPC
按信号复用方式分类
通信原理第一章总结
第一章 绪论
课程要点（2）
3
本节要点
信息如何度量？与何参数有关？计算公式？
离散信源的信息量：
1 I log 2 log 2 P ( x) bit P( x)
熵（统计平均信息量）： n H ( x) P ( xi ) l og 2 P ( xi ) 等概时熵最大：
i 1
bit/符号
H max log 2 M
算术平均信息量存源的信息量如何求？（不要求，可自学）
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本节要点
有效性和可靠性是通信系统的两个重要指标
模拟系统：有效性（带宽B） 可靠性（信噪比S/N） 数字系统：有效性（传输速率） 可靠性（差错率） 码元速率(传码率)RB与信息速率(传信率)Rb的关系：
Rb= RB log2M= RB H bit/s (H为等概时信源的熵)
频带利用率：
η= RB /B
误码率与误比特率（误信率）
有效性和可靠性常常是一对矛盾
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第一章思考题和作业
什么是通信？通信的目的是什么？如何进行通
信？ 通信系统的组成以及分类？ 什么是模拟通信系统、数字通信系统？并比较它 们的异同。 什么是信息、消息和信号？信息是如何度量的？ 衡量通信系统优劣的指标有哪些？ 作业：
必做：1-4，1-5，1-7 选作：1－6 , 1-9 ，1-10
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第一章 绪论
课程要点（1）
1
本节要点
通信发展简史 通信的目的和通信系统的概念、模型 通信系统一般由发送端、接收端、信道三大部
分组成，模拟与数字通信系统模型
通信系统可以按许多形式进行分类 通信系统中的两种变换：
非电信号 电信号（基带信号） 基带信号 频带信号（模拟强调变换的线性 ，数字强调变 换的一一对应。无此变换的系统为基带通信系统）
精品课件-数字通信原理(李白萍)-第1章
第 1 章 绪论 1.3 数字通信系统的主要性能指标 (1) 有效性。 (2) 可靠性。 (3) 适应性。 (4) 经济性。 (5) 保密性。 (6) 标准性。 (7) 维修性。
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第 1 章 绪论
1.3.1 1. 例如， 某系统在2 s内传送4800个码元， 则系统的传码率
为2400 Baud。 虽然数字信号有二进制与多进制的区分， 但码 元速率RB与信号的进制无关，只与码元宽度TB有关， 即
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第 1 章 绪论 1.2.5
相对于模拟通信系统而言， 数字通信系统具有以下优点。 (1) 抗干扰、 抗噪声能力强， 无噪声积累。 (2) 便于加密处理， 保密性强。 (3) 差错可控。 (4) 利用现代技术， 便于对信息进行处理、 存储、 交换。 (5) 便于集成化， 使通信设备微型化。
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第 1 章 绪论 数字通信系统相对于模拟通信系统来说， 主要有以下两个 缺点。 (1) 数字信号占用的频带宽。 (2) 对同步要求高， 系统设备比较复杂。
在多进制中， RBN与RbN的数值不同， 单位亦不同。 它 们之间在数值上有关系式
(1-7)
RbN=RBN lb N
在码元速率保持不变的条件下， 二进制信息速率Rb2与
多进制信息速率RbN之间的关系为
Rb2
RbN lbN
(1-8)
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第 1 章 绪论 在信息速率保持不变的条件下， 二进制码元速率RB2与 多进制码元速率RBN之间的关系为
单位时间内错误接收的比特数 Pb 单位时间内系统传输的总比特数
(1-13)
二进制时， Pe=Pb； N进制时， 与解码方式等有关， 一般情况下Pb<Pe。
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第 1 章 绪论 【例1-2】 某信息源包含A、 B、 C、 D四个符号， 这 四个符号出现的概率相等， 传输时编码为二进制比特， 并已知 信息速率Rb=1 Mb/s (1) 求码元传输速率； (2) 若信息源工作1 h后， 大致均匀地发现了36个差错比特， 求误信率和误码率。
通信原理简答题及答案
通信原理简答题及答案第一章绪论1-2 何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量值仅可能取有限个值。
模拟信号：电信号的参量取值连续。
两者的根本区别是携带信号的参量是连续取值还是离散取值。
1-3何谓数字通信？数字通信偶哪些优缺点？答：利用数字信号来传输信息的通信系统为数字通信系统。
优点：抗干扰能力强，无噪声积累传输差错可控；便于现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、储存；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。
缺点：一般需要较大的传输带宽；系统设备较复杂。
1-4 数字通信系统的一般模型中各组成部分的主要功能是什么？答：信源编码：提高信息传输的有效性（通过数字压缩技术降低码速率），完成A/D转换。
信道编码/译码：增强数字信号的抗干扰能力。
加密与解密：认为扰乱数字序列，加上密码。
数字调制与解调：把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。
同步：使收发两端的信号在时间上保持步调一致。
1-5 按调制方式，通信系统如何分类？答：基带传输系统和带通传输系统。
1-6 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：模拟通信系统和数字通信系统。
1-7 按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？答：FDM,TDM,CDM。
1-8 单工、半双工及全双工通信方式是按什么标准分类的？解释他们的工作方式。
答：按照消息传递的方向与时间关系分类。
单工通信：消息只能单向传输。
半双工：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。
全双工通信：通信双方可以同时收发消息。
1-9 按数字信号码元的排列顺序可分为哪两种通信方式？他们的适用场合及特点？答：分为并行传输和串行传输方式。
并行传输一般用于设备之间的近距离通信，如计算机和打印机之间的数据传输。
串行传输使用与远距离数据的传输。
1-10 通信系统的主要性能指标是什么？答：有效性和可靠性。
1-11 衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：有效性：传输速率，频带利用率。
数字通信原理与技术(一)
因此，调制和解调原理是通信原理所包含的最基本的 内容。
注意：一个信息传输系统是模拟式的还是数字式的，不是根据被传输的 信息信号，而是根据信道中传输的信号是模拟的还是数字的来决定。
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第一 章 绪 论
11..11 信信息息与与信信息息传传输输
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第一 章 绪 论
11..11 信信息息与与信信息息传传输输
11..22 通通信信系系统统的的组组成成及及各各部部分分作作用用
11..33 调调制制与与解解调调
11..44 通通信信系系统统的的主主要要性性能能指指标标
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1.2 通信系统的组成及各部分作用
经济性 成本
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一、模拟通信系统性能指标
•有效性 •可靠性
通过有效传输带宽Ｂ来衡量 通过接收端输出信噪比来衡量
有效性：用被传输的信息信号所占用的信道有效传输带 宽来衡量。
同一信息信号，采用的调制方式不同，其占用的有效传 输带宽也不同。调幅方式比调频方式所需要的有效传输带宽 窄，因此调幅的有效性比调频高。
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二、数字通信系统性能指标
1 、 有效性 用数字信号的传输速率来衡量
① 码元速率：每秒钟传送的码元数目。RB 波特（B） RB=1/Tb ，与采用的进制数无关； Tb ：码元间隔
② 信息速率：每秒钟传送的信息量。Rb 比特/秒( bit/s) 与码元采用的进制数N有关。
11..44 通通信信系系统统的的主主要要性性能能指指标标
通信原理 1-1_概述
西安工业大学
计算机学院信控系
计算机 通信
第一章 绪论
1.2 数据通信的基本概念
1.2.1 通信术语 1、消息（message） 、消息（ ） 是通信系统中传输的具体对象。消息的形式是多样的， 是通信系统中传输的具体对象。消息的形式是多样的， 传输的具体对象 它包括符号，文字，语音，数据，图像，视频等。 它包括符号，文字，语音，数据，图像，视频等。 同一种信息的内容可用不同形式的消息来表达。 同一种信息的内容可用不同形式的消息来表达。例如 天气预报可用文字消息，也可用话音消息来表达。 天气预报可用文字消息，也可用话音消息来表达。 2、信息（information） 、信息（ ） 消息所包含的内容。 是消息所包含的内容。例如每天的天气预报是一 种消息，预报中告知某日某时的天气情况如何， 种消息，预报中告知某日某时的天气情况如何，就 是该消息所包含的“信息” 即消息的含义。 是该消息所包含的“信息”，即消息的含义。
西安工业大学 计算机学院信控系
计算机 通信
第一章 绪论
通信系统举例： 通信系统举例：智能大楼
• 智能大楼的定义有两种
– 通过对建筑物的结构、系统、服务和管理四个基本要素以 结构、系统、服务和管理 结构 及它们之间内在关联的最优组合，提供一个投资合理并且 高效、舒适、便利的环境。 • 这种定义从用户观点 从用户观点出发，突出了智能大楼在管理和信 从用户观点 息传输以及服务方面的特点。 – 在大楼建设中建立一个独立的局域网，通过结构化布线系 统组成一个集成环境，连接用户的各种设备，让大楼的管 理机构能够随时监测，并能自动采取相应的措施。 • 这种定义突出智能大楼“智能”的根本 智能大楼“ 智能大楼 智能”的根本所在——信息传 输系统
第一章 绪论
樊昌信,通信原理(第七版)-第1章 绪论_BN_20190926
2、 定义
假设P x 表示消息发生的概率， I 表示消息中所含的信息量。
（1）信息量是该消息出现的概率的函数，即 （2）信息量与消息出现的概率成反比
I = I P x
（3）信息量具有相加性，关系式为 I loga P x
1. 离散消息 x 的信息量
P 1，I0
为什么 取对数 ？
P 0，I
示
将信号放 大和反变
换
信息源
模拟信源 数字信源
声音→音频信号 图像→视频信号 字符→数字信号 键盘→数字信号
发送设备
包含变换、放大、滤波、编码、调制等 过程
信道
无线信道 有线信道
自由空间 明线电缆光纤
接收设备
包含分路、解调、译码、纠错等过程
受信者
电信号还原为消息，如扬声器等。
1.2.2 模拟通信系统模型
光纤通信
频分复用 用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率 FDM 范围；
时分复用 用抽样或脉冲调制方法使各路不同信号占用不 TDM 同的时间区间；
码分复用 用一组包含互相正交的码字的码组携带多路信 CDM 号。
1.3.2 通信方式
按传输方向和时间分： 单工通信： （单向）
半双工通信： （双向、不同时）
信源
发送设备
信道
接收设备
信宿
噪声
两对重要变换：
模拟消息 原始电信号（基带） 信源，信宿 基带信号 已 调 信号（带通） 调制器，解调器
模拟信源
调制器
信道
解调器
信宿
噪声
信号可以分为模拟信号和数字信号。
➢模拟信号特征：幅度连续，时间可连续也可以不连续。 ➢数字信号特征：幅度离散，一般时间也离散。 通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统。
通信原理教案(第1章)李白萍
第1章绪论本章教学基本要求：掌握：1. 通信基本概念2. 信息量、主要性能指标计算3. 数字通信系统的组成理解：1. 通信系统的分类2. 通信系统的发展本章核心内容：一、通信的基本概念二、通信系统的组成、分类三、数字通信系统的性能指标四、数字通信技术及发展一、通信的基本概念1. 通信：消息传递的全过程，即信息的传输与交换。
2. 消息：是有待于传输的语言、活动图片和文字、数据等。
3. 信息：消息中包含的有意义的内容。
4. 信号：信息的物质载体。
5. 信息量：度量信息多少的量值，它和消息的总类，消息的重要程度无关，它只反应一个量值。
1）信息量的计算消息中所含信息量与消息出现的概率有关。
（1）信息量（I ）是消息出现的概率（P(x)）的函数：I=I[P(x)] （2）消息出现的概率愈小，它所包含信息量愈大；反之信息量愈小。
且P(x)=1时，I=0，P(x)=0时，I=（3）若干个互相独立事件构成的消息，所含信息量等于各独立事件信息量的和。
I[P(x 1)P (x 2)…P(x n )] = I[P(x 1)]+ I[P(x 2)]+…+ IP(x n )]所以，I=log a)(1x p = - log a p(x) 信息量I 的单位与对数的底数有关：当对数底a 取2时，信息量的单位为比特（bit ）；当对数底a 取e 时，信息量的单位为奈特（nit ）；当对数底a 取10时，信息量的单位为哈特（hart ）。
通常使用的单位为比特。
1比特（bit ）的含义：是信息量的度量单位；一位二进制数不经压缩所含的信息量；一个脉冲波形所含的信息量；一比特等于488微秒。
2）离散信源的平均信息量（1）离散等概时信息量的计算假设有M(M=2K )个消息，它们是等概的，每条消息的概率P(x)=M1，以2为底时：I=lb)(1x P =lbM=K(bit) （2）离散不等概时信息量的计算某离散信息源输出x 1,x 2,…,x M M 个不同符号，它们出现的概率分别为P(x 1),P(x 2),…,P(x M )。
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7、通信系统性能的度量（续）
（2）误码率与误信率 误码率（Ps）：Ps＝（错误码元符号数）/（总码元符号数）； 误信率（误比特率）（Pb）：Pb＝（错误比特数/（总比特数） 数字话音通信：要求Pb在10-3--10-6以下；
计算机系统：要求Pb在10-7以下。
系统的性能通常用（Eb：比特能量；N0噪声功率密度谱） Eb/N0 －－ Pb 关系特性曲线来描述。 （3）频带利用率（B：带宽） R b b /( s Hz ) B
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7、数字通信系统性能的度量
一、有效性：单位时间内系统能传输信息量的大小；
（1）二进制符号：只有两种状态，每个码元符号最多能够携带1 比特信息；
（2）N进制符号：每个码元符号有N种可能的状态，每个码元符 号可携带的最大信息量为log2N比特。 （3）波特率（Rs）：单位时间内传输的码元数，波特 (Baud); （4）比特率（Rb）：单位时间内传输的比特数（信息速率）， 比特/秒，b/s，bps。
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6、典型的数字通信系统（续） （7）带通调制：将基带信号搬移到适合特定介质传输的频段； （8）频率扩展：提高信号的隐蔽性和抗干扰能力； （9）多址接入：实现信道的共享分配；
接收端功能模块： （1）多址接入、（2）频率解扩、（3）解调、（4）信号检测、 （5）多路分离、（6）信道译码、（7）解密、（8）信源译码、 （9）格式化。 分别完成与发送端对应模块相反的功能。
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第一章 绪论
4、模拟通信与数字通信
模拟通信的信号特点：
从无限多种可能的波形中选择一种进行发送。
数字通信的信号特点：
从有限多种可能的波形中选择一种进行发送。
接收端无需精确地接收被传输的波形，而只要从受到噪声 干扰的信号中判断发送端发送的是哪一个波形。 一般地，只要噪声干扰小于一定的门限，接收端可再生发 送端发送的波形。
数字通信系统：传输数字信号的通信系统。
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2、通信发展的主要历程
1837年：莫尔斯发明（有线）电报系统
1864年：麦克斯韦建立电磁场理论 1875年：贝尔发明电话机 1887年：赫兹证明电磁波的存在 1892年：史端乔发明自动电话机 1901年：马可尼发明无线电通信 1918年：开通无线调幅（AM）广播
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RS B
Baud / Hz
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第一章完
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数字通信原理_1
绪 论
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第一章 绪论
1、通信（Telecommunication）
通信：克服距离上的障碍，交换和传递消息； 消息：文字、符号、数据、图片、语音和活动图像； 信息：信息是消息的内涵，消息是信息的载体； 信号：与消息一一对应的电量，它是消息的物质载体； 数字信号：时间和幅度取值均为离散的信号； 通信系统：传递信息所需的一切技术设备的总和；
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7、通信系统性能的度量（续）
波特率（Rs）与比特率（Rb）之间的关系 ： Rb ＝ Rslog2（N） （b/s） 二、可靠性：接收信号的准确程度
（1）信噪比（S/N）:
信号功率与噪声功率之比
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数字通信的缺点：
（1）数字通信一般需要较复杂的同步技术； （2）具有“门限效应”：当信噪比下降到一定限度时，传 输质 量会急剧恶化。
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例：信号的失真与再生：
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6、典型的数字通信系统
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1924年：奈奎斯特提出抽样定理理论
1937年：里夫发明脉冲编码调制（PCM）
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第一章 绪论
2、通信发展的主要历程（续）
1938年：开通电视广播
1948年：香农创立信息论基础，同年库柏等发明晶体管 1957年：成功发射人造地球卫星，次年发射通信卫星 1960年：发明激光 1961年：发明集成电路 1966年：高锟提出采用光导纤维传输信号 1971年：美国建立最早的互联网（APPANET）
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6、典型的数字通信系统（续）
发送端功能模块：
（1）格式化：将模拟信号抽样量化变成数字信号； （2）信源编码：去除信源消息序列的冗余性，提高传输效率； （3）加密：防止信息被未经授权者截获； （4）信道编码：对信息加入检错和纠错的功能，提高抗干扰 能力； （5）多路复用：将多个低速的数据流复接成高速的数据流； （6）脉冲调制（波形编码）：将信息序列变换成适合在基带 或通带信道中传输的码型；
1980s： 建立蜂窝移动通信系统
………
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第一章 绪论
3、通信系统模型
信源
编码
信道
译码
信宿
信源：信息的发出者 信宿：信息的接收者
信道：传输信息的物理媒质
编码：把信源输出的信号变换成适合特定信道传输的信号 译码：恢复原来信源的信号
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第一章 绪论
5、数字通信的特点 数字通信的优点：
（1）数字信号有良好的抑止噪声累积干扰的能力，信号易 于再生； （2）可通过信源编码提高传输效率； （3）可通过信道编码降低传输的差错概率； （4）易于对信息进行加密和各种复杂的信号处理； （5）易于实现基于网络的各种信息交换。