数字通信基本原理
通信技术的基本原理及分类

通信技术的基本原理及分类一、引言通信技术是指利用无线或有线的电子设备和方式来传送和交换信息的技术。
随着科技的发展,通信技术在现代社会中扮演着重要的角色。
本文将介绍通信技术的基本原理及其分类,并逐步分解步骤进行详细阐述。
二、通信技术的基本原理1.信息传输原理- 信息的产生:信息源将产生的原始信号转换为电信号,例如声音的模拟信号转换为电压的模拟信号。
- 编码处理:通过将模拟信号进行数字化编码,使其适合于数字通信。
- 调制技术:将数字信号通过调制技术转换为模拟信号,包括频率调制、幅度调制和相位调制等。
- 信号的传输与接收:通过无线电波、光纤、导线等介质将调制后的信号传输到接收端,然后解调还原为数字信号。
- 数据处理和解码:接收端对数字信号进行解码和处理,还原为原始的信息信号。
2.信道特性- 信道的带宽:衡量信道传输能力的宽度,即它能够传输的频率范围。
- 信号的传播特性:根据传输介质的不同,信号的传播特性也有所差异,例如无线电波的传播性能受到天线的方向性和电波衰减的影响。
- 信号的失真和干扰:信号在传输过程中会受到噪声和干扰的影响,导致信号质量下降。
- 容量和速率:信道的容量定义了最大的传输速率,不同的信道其容量和速率也有所不同。
三、通信技术的分类1.有线通信技术- 光纤通信:利用光纤作为传输介质,通过光的全内反射将信号传输到目标地点,具有高带宽和长传输距离的优势。
- 导线通信:通过金属导线传输信号,包括电视原理、电话线路等。
2.无线通信技术- 广播与电视:利用地面或卫星等广播电波传输音频和视频信号。
- 移动通信:无线手机、蜂窝网络和卫星通信等。
- 无线局域网:如Wi-Fi技术。
3.卫星通信技术- 地球站:在地面上进行信号的发射和接收,实现地面与卫星之间的通信。
- 卫星:作为中继站,接收地面信号后再向其他地方发送。
四、通信技术的步骤1.信息源产生信号。
2.信号编码和数字化处理。
3.通过调制将信号转换为适合传输的模拟信号。
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)
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。
31
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
28
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。
29
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)
35
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。
39
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。
数字通信基本原理

均匀量化的特点是:在量化区内, 大、小信号的量化间隔相同,最大量 化误差也就相同,所以小信号的量化 信噪比小,大信号的量化信噪比大。 N(或l) 大小适当时,均匀量 化小信号的量化信噪比太小,不满足 要求(数字通信系统中要求量化信噪 比≥26dB),而大信号的量化信噪比 较大,远远满足要求。
( 2)
① 模拟压扩法方框图如图0-13
压缩器和扩张器特性如图0-14所 示(以5折线为例)。
· 上述为了分析问题方便,图0-14的压
缩特性采用5折线(正、负合起来有5段折 线)。实际压缩特性常采用μ律压缩特性、 A律压缩特性及A律13
· 对压缩特性的要求是:当输入u=0时,
输出v=0;当输入u=U(过载电压)时,输
预备知识—— 数字通信基本原理
一、 数字通信的基本概念
1.数字通信系统的基本概念
(1) 模拟信号和数字信号
信号波形的特征可用两个物理量(时
①
模拟信号随波形模拟信息的变化而变 化,其特点是幅度连续。
②
图0-2所示的是数字信号的波形,其特
点是:幅值被限制在有限个数值之内,它
不是连续的,而是离散的。
信源编码的功能是把模拟信号变换成
数字信号,即完成模数变换的任务。 信道是指传输信号的通道。
接收端的解调、信道解码、信源解码
等几个方框的功能与发送端几个对应的方
框正好相反,是一一对应的反变换关系。
信源解码后的电信号,由受信者接收,通
常称之为信宿。信宿可以是人,也可以是 各种终端设备。
① 若信源是数字信息时,则信源 编码或信源解码不太大时,信道一般采用市话电缆, 即采用基带传输方式,这样就不需要
1.时分多路复用通信 (1) 时分多路复用的概念
《数字通信原理》课件

为了提高数字信号传输的可靠性和稳定性,通过增加冗余信息对数字信号进行 编码。
常见信道编码技术
线性分组码、循环码、卷积码等。
差错控制编码
差错控制编码
通过在数字信号中添加额外的信息,以检测和纠正传输过程中可能出现的错误。
常见差错控制编码技术
奇偶校验码、海明码、循环冗余校验(CRC)等。
加密与解密技术
THANKS
抗干扰能力
抗噪声干扰能力
数字通信系统在存在噪声干扰的情况 下仍能正常工作的能力。
抗多径干扰能力
数字通信系统抵抗多径效应干扰的能 力。
误码率与信噪比
误码率(BER)与信噪比(SNR)的关系
随着信噪比的增加,误码率逐渐降低,通信质量提高。
信噪比优化
通过合理配置信号功率和噪声抑制措施,降低误码率,提高通信性能。
数字信号在传输过程中可能会受到噪声 、干扰和衰减的影响,需要进行相应的 处理和补偿。
数字信号的同步技术
01
载波同步
通过提取载波频率和相位信息 ,使接收端与发射端保持一致
的载波频率和相位。
02
位同步
使接收端的抽样时钟与发送端 的时钟保持一致,以便正确地
进行抽样判决。
03
帧同步
使接收端正确地识别出数字信 号中的帧结构,以便正确地提
物联网与智能家居系统的组成
物联网与智能家居系统由传感器、控制器、智能家电等组成,实现家庭设施的远程控制和 智能化管理。
物联网与智能家居系统的特点
物联网与智能家居系统具有便捷性、智能化、节能环保等特点,能够提高家庭生活的舒适 度和便利性。
未来数字通信技术的发展趋势
01
未来数字通信技术的发展趋势概述
数字光纤通信系统的工作原理

数字光纤通信系统的工作原理数字光纤通信系统是一种高速、高带宽的数据传输技术,其工作原理基于光学和电学的相互作用。
数字光纤通信系统主要由三部分组成:发射机、光纤传输线路和接收机。
发射机是数字光纤通信系统中的第一部分,它将电信号转换为光信号并将其发送到光纤传输线路上。
发射机主要由三个部分组成:激光器、调制器和驱动电路。
激光器是发射机的核心部件,它能够产生高强度、单色、相干的激光束。
调制器则是将电信号转换为激光脉冲的设备,它能够对激光束进行调制以便在传输过程中能够正确地识别出每一个二进制位。
驱动电路则是用来控制调制器的工作状态,以便让其按照正确的时间序列进行工作。
光纤传输线路是数字光纤通信系统中的第二部分,它是负责将激光脉冲从发射机传输到接收机的媒介。
在传输过程中,激光脉冲会在光纤中不断地反射和折射,以保证光信号能够稳定地传输到目的地。
光纤传输线路主要由两个部分组成:光纤和连接器。
光纤是数字光纤通信系统中最重要的部件之一,它具有非常高的抗干扰性和传输带宽。
在数字光纤通信系统中,常用的是单模光纤,它能够将激光脉冲通过一个非常小的核心直接传送到接收机中。
连接器则是用来连接不同段光纤的设备,它能够确保激光脉冲在传输过程中不会受到损失或干扰。
接收机是数字光纤通信系统中的第三部分,它负责将从传输线路上接收到的激光脉冲转换为电信号并将其输出。
接收机主要由两个部分组成:探测器和前置放大器。
探测器是接收机中最重要的部件之一,它能够将从传输线路上接收到的激光脉冲转换为电信号。
前置放大器则是用来增强探测器输出信号强度,并将其输出到后续的数字处理器中进行解码和处理。
总之,数字光纤通信系统是一种高速、高带宽的数据传输技术,其工作原理基于光学和电学的相互作用。
通过发射机将电信号转换为光信号并将其发送到光纤传输线路上,再通过接收机将从传输线路上接收到的激光脉冲转换为电信号并将其输出,从而实现了数字信息在长距离范围内的高速、稳定地传输。
通信的数学原理

通信的数学原理
通信的数学原理包括调制、信道编码、差错控制和解调等技术。
这些技术可以有效地在数据传输过程中提高数据传输的可靠性和效率。
调制是指将数字信号转换成模拟信号的过程。
常用的调制技术有调幅(AM)、调频(FM)和调相(PM)等。
调制技术可
以将数字信息转换成模拟信号,以便在信道中传输。
信道编码是为了抵抗信道噪声而设计的重要技术。
通过引入冗余信息,信道编码可以在传输过程中检测和纠正错误。
最常用的信道编码形式是纠错码,如海明码、卷积码和低密度奇偶校验码(LDPC码)等。
差错控制是为了提高信号传输的可靠性而采取的措施。
差错控制技术通过检测和纠正传输过程中产生的差错,保证数据的完整性。
常用的差错控制技术有前向纠错(FEC)和自动重传请
求(ARQ)等。
解调是将模拟信号还原成数字信号的过程。
解调器可以将接收到的模拟信号转换成数字信号,以便在终端设备中进行处理和解码。
解调还可以进行信号恢复和时钟恢复等操作,以确保数据传输的准确性。
综上所述,调制、信道编码、差错控制和解调等数学原理是现代通信系统中不可或缺的核心技术。
这些技术的应用可以提高
数据传输的可靠性和效率,为人们的通信活动提供了强大的支持。
通信底层原理最详细讲解

通信底层原理最详细讲解通信底层原理涉及多个领域,包括信号传输、编解码、调制解调、物理介质等。
以下是对通信底层原理的详细讲解:1.信号传输:•通信系统的基础是信息的传输。
在数字通信中,信息通常被表示为二进制序列(0和1),称为比特流。
•信号可以通过导线、光纤、无线电波等介质进行传输。
在有线通信中,电信号沿着导线传输;在无线通信中,电信号被转换成电磁波并通过空气传播。
•信号传输时可能会受到噪声、衰减和失真等干扰,因此需要采取措施对信号进行增强、修复和保护。
2.编解码:•信息在传输前需要经过编码和解码的过程。
编码将原始数据转换为适合传输的形式,而解码则将接收到的数据还原成原始信息。
•编解码技术有很多种,常见的包括奇偶校验、CRC校验、汉明码等。
这些技术可以检测和纠正传输过程中产生的错误,提高通信的可靠性。
3.调制解调:•调制是将数字信号转换成模拟信号的过程,解调是将模拟信号转换回数字信号的过程。
调制技术有幅度调制(AM)、频率调制(FM)、相位调制(PM)等。
•调制技术可以使信号适应不同的传输介质和通信环境,提高信号的传输效率和质量。
4.物理介质:•物理介质是信号传输的载体,可以是有线介质(如电缆、光纤)或无线介质(如电磁波、红外线)。
•不同的物理介质具有不同的传输特性,如带宽、传输距离、抗干扰能力等。
选择合适的物理介质可以提高通信系统的性能和稳定性。
5.协议与协议栈:•通信协议规定了通信设备之间的通信规则和数据格式。
常见的网络协议有TCP/IP、HTTP、FTP等。
•协议栈是一组按照层次结构组织的通信协议,分为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
每一层负责不同的功能,协议栈的设计使得通信系统更加模块化和可扩展。
综上所述,通信底层原理涵盖了信号传输、编解码、调制解调、物理介质和协议等多个方面。
了解这些原理可以帮助我们理解通信系统的工作原理,从而设计和优化通信系统。
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0 2 4 6 8 10 sampling time, tk [ms]
采样频率 fS = 1/ tS
Vk V (t) δ(t nTs ) n
V (nTs )δ(t nTs )
其中 Ts 1/ fs
, fs : 采样频率
如果一个信号,所包含的最高频率为fMAX,当以 fS 定理 >=2 fMAX 的频率对信号进行采样,则该信号完全
模拟信号编码 脉冲编码调制
模拟 随时间连续变化的函数 : V(t).
数字
仅在离散的时刻有取值的离散 函数: Vk = V(tk).
Voltage [V] Voltage [V]
0.3 0.2 0.1
0 -0.1 -0.2
0
246 time [ms]
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
ts
-0.2
8 10
数字数据编码 曼彻斯特码和差分码
数字数据编码 多电平信号编码
8B6T MLT-3
100Mb/s以太网的编码原则: 1)如果下一比特是0,电位保持不变; 2)如果下一比特是1并且当前电位非0, 下一电平为0; 3)如果下一比特是1并且当前电位是0, 下一电位是最后一个非零电平的相反值。
数字数据编码 块编码
加性噪声对信号的影响
12. 信道特性
H ()
m 0
m
H ()
2 B
c mc c m
0
2 B
c m c c m
H ()
A 0.707 A
0
1
2
无失真传输特性
H () K 0
Hale Waihona Puke ( ) jt00e(t)
r(t)
system
t0
数字数据编码 信号的两电平表示
数字数据编码 归零码和不归零码
1. 数字通信系统的组成
• 发送端 • 接收端 • 传输媒介 • 噪音 • 传输协议
规则1 规则2
. . . 规则n
发送设备
传输媒体 信道
噪音
规则1 规则2
. . . 规则n
发送设备
1. 数据和信号
• 数据:信息的表示形式 • 信号:信息在媒体上的表示形式,它以电
磁能量的方式在媒体上传输。
1. 数据和信号
时间
振幅 1s
01 10 01 11 11 00 10
电平4
电平3
电平2
电平1
脉宽
时间
二电平信号 四电平信号
7. 频谱分析
傅氏变换,傅氏级数
8. 脉冲信号波形及所包含的频率分量
9. 单个矩形脉冲的频谱
f (t) E
2
2
t
10. 周期型矩形脉冲的频谱
11. 噪声和信号
• 噪声
– 加性噪声:外部叠加干扰信号 – 乘性噪声:主要指不理想的信道特性
把数字信号解调出来,被传输的信号频谱发生了变化
3. 数据通信模式
• 单工
– 单方向通信,一端只能发送数据,另一端只能接收数据。 – 无线广播,传统的有线电视
• 半双工
– 可以实现分时的双向通信,通信的两端设备既可以发送数据,也 可以接收数据,但不能同时进行双向数据传输,在任意一个时刻, 信道上只有一个方向流动的数据。
– 根据同步方式分为:异步通信和同步通信
5. 通信系统主要性能指标
• 数据传输率
– 比特率 – 波特率 – 无噪信道最大传输速率 –…
• 数据传输质量
– 频带利用率 – 差错率 –…
6. 比特率和波特率
同样的波特率下, 二电平信号和多电 平信号的比特速率 不同。
振幅
1s
1011001 电平1
电平2 脉宽
• 数字数据模拟信号传输系统
– 传统的有线电视网(CATV)是模拟传输系统,使用线缆调制解调器(Cable Modem) 可以传送数字数据;
• 数字数据数字信号传输系统
– 例如:计算机网络 – 基带传输:数字信号直接加到信道上,信号频谱未发生变化; – 频带/宽带传输:把数字信号调制到另一高频信号上,进行传输,在接收端,还要
1. 数据和信号
• 信号
– 模拟信号和数字信号 – 光信号和电信号
2. 模拟传输系统和数字传输系统
• 模拟数据模拟信号传输系统:
– 无线电广播,传统的有线电视网、早期的固定电话和第一代移动电话均属于这一 类型。
• 模拟数据数字信号传输系统
– 由于数字传输的优越性,要将模拟数据在数字信道上传输,必须要将模拟数据变 为数字信号。通常采用PCM编码和Δ调制(delta modulation),先把模拟数据变为 数字数据,然后再把数字数据变为数字信号在信道上传输。现代的固定电话系统 只在用户到端局的几公里的传输是模拟的,到了交换局以后已是数字传输,到了 用户接收端又还原为模拟数据。因此,可以把固定电话系统看作模拟数据在数字 信道的传输系统。
– 音频:语音或音乐的表示形式。通过话筒以及相关电压放大电路 把声波转换成电压的波形。通过“采样”和“量化”可以实现模 拟量的数字化。由于音频数据时连续变化的数据流,对传输的延 迟很敏感。
– 视频:影像信息的表示形式。电视信号由每秒25帧的图像序列组 合而成。图像进而编码成数据。视频信号的特点是数据量大。视 频数据也是一个连续的数据流,在传输中对传输的延迟变化要求 很严格。
• 数据
– 文本:用一个字节或多个字节的二进制比特序列编码表示。例如 可以用ASCII码(1个字节)编码表示字符和符号,汉字用两个字节 编码表示;
– 图像:由行列排列的像素点构成。每个像素点的值代表该像素点 的亮度或颜色,全部像素点的集合就表示一副图像。一张400行 600列的图像大小是400×600=24万像素。如果是数字图像,若每 个像素用8个比特表示,则该图像的大小事1.92Mb。
可以通过采样点的数据表示。
• 采样值的频谱:
对v(t) 进行采样,得到
Vk V (t) δ(t nTs ) n
V (nTs )δ(t nTs ) n
Vk 的频谱为
Vk ( f
)
1 Ts
V(f
n
nfs )
Voltage [V]
0.3
0.2
0.1
0
-0.1
ts
-0.2
0 2 4 6 8 10 sampling time, tk [ms]
– 步话机
• 全双工
– 双向通信。任意时刻,信道上可以有向两个方向传输的数据流。 – 电话系统,计算机通信系统
4. 数据传输方式
• 并行通信
– 传送效率高,一次传送多个比特数据,但要用 多根数据线并行连接,用在要求高数据传输速 率,且两个设备相距不远的场合。
• 串行通信
– 数据只在一根数据线上传输,节省传输线,传 输效率低,用在远距离传输的场合。为了提高 数据传输速率,可选用高带宽的信道。