高等数字通信第1讲 - 2013年清华最新《高等数字通信》课件
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【大学】数字通信技术PPT课件
（1）不应含有直流分量和只有很小的低频分量 ； （2）便于从信号中提取位同步定时信息； （3）传输码型应具有误码检测功能； （4）对任何信源具有透明性，解决长连‘1’和
长连‘0’问题 ； （5）编译码的设备应尽量简单。
.
24
2.3.1 数字基带传输
常用码型 曼彻斯特码（又称分相码、数字双相码） 传号交替反转码（AMI码） 传号反转码（CMI码） 三阶高密度双极性码（HDB3码）
.
9
2.2.2 量化
因此，将x轴的0～1的变化域分成了16×8＝ 128个非均匀量化级，以使输入信号的抽样值进 行非均匀量化；
另外，对-x轴也作同样的分段处理，则x轴共有 256个非均匀量化级。
对于y（或-y）轴的0～1的变化域被均匀地分成 8大段，每大段再均匀地分成16等份，故y轴同 样也被分成128×2＝256个量化级，不过它是 均匀量化级。
HDB3码
-1 000-V 0 +1 –1 +B00+V -1 +1-B00+V +1
HDB3码是CCITT建议PCM30/32标准系 列的基群、二次群、三次群的线路码型。
.
29
2.3.1 数字基带传输
传号反转码（CMI码：Code Mark Inversion） 001 100/11交替。 CCITT建议四次群接口码型。 101110011 11 01 00 11 00 01 01 11 00
第一步，把x轴的区间［－1，1］不均匀地分 成16大段，正半轴8大段，负半轴8大段。
.
7
2.2.2 量化
其具体分法如下:
将区间[0，1]一分为二，其中点为1/2,取区间 [1/2,1]作为第八段;
长连‘0’问题 ； （5）编译码的设备应尽量简单。
.
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2.3.1 数字基带传输
常用码型 曼彻斯特码（又称分相码、数字双相码） 传号交替反转码（AMI码） 传号反转码（CMI码） 三阶高密度双极性码（HDB3码）
.
9
2.2.2 量化
因此，将x轴的0～1的变化域分成了16×8＝ 128个非均匀量化级，以使输入信号的抽样值进 行非均匀量化；
另外，对-x轴也作同样的分段处理，则x轴共有 256个非均匀量化级。
对于y（或-y）轴的0～1的变化域被均匀地分成 8大段，每大段再均匀地分成16等份，故y轴同 样也被分成128×2＝256个量化级，不过它是 均匀量化级。
HDB3码
-1 000-V 0 +1 –1 +B00+V -1 +1-B00+V +1
HDB3码是CCITT建议PCM30/32标准系 列的基群、二次群、三次群的线路码型。
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29
2.3.1 数字基带传输
传号反转码（CMI码：Code Mark Inversion） 001 100/11交替。 CCITT建议四次群接口码型。 101110011 11 01 00 11 00 01 01 11 00
第一步，把x轴的区间［－1，1］不均匀地分 成16大段，正半轴8大段，负半轴8大段。
.
7
2.2.2 量化
其具体分法如下:
将区间[0，1]一分为二，其中点为1/2,取区间 [1/2,1]作为第八段;
数字通信-PPT课件
1
本课程研究的主要内容
介绍数字通信系统分析和设计基础的基本原理，介 绍数字通信技术发展的新成果；
研究内容包括：数字形式的信息从信源到一个或多 个目的地的传输问题。
先修课程： 通信原理；概率论和随机过程等
参考教材： Digital communication， Proakis，
电子工业出版社
2
第1章 绪论
xl (t) xi (t) jxq (t)
从带通信号中 提取低通信号 的处理过程
—— 解调
解调器
23
第2章 确定与随机信号分析
介绍后续各章所需的背景知识 自己复习相关的基础知识：傅里叶变换及 其性质；随机过程，等等
2.1 带通与低通信号的表示
频谱：
X ( f ) F[x(t)] x(t)e j2 ftdt Re[xl (t)e j2 f0t ] e j2 ftdt
介绍后续各章所需的背景知识 自己复习相关的基础知识：傅里叶变换及 其性质；随机过程，等等
2.1 带通与低通信号的表示
带通信号（系统）
是一种实窄带高频信号，其频谱集中在某个频率（±f0）附近， 且频谱宽度远小于f0的信号（系统）
双边带调制DSB：
传输信号的信道带宽限制在以载 波为中心的一个频段上。
单边带调制SSB：
xl (t) x (t)e j2 f0t [x(t) jxˆ(t)]e j2 f0t xl (t) [x(t) cos 2 f0t xˆ(t) sin 2 f0t] j[xˆ(t) cos 2 f0t x(t) sin 2 f0t]
xi (t) x(t) cos 2 f0t xˆ(t) sin 2 f0t xq (t) xˆ(t) cos 2 f0t x(t) sin 2 f0t
本课程研究的主要内容
介绍数字通信系统分析和设计基础的基本原理，介 绍数字通信技术发展的新成果；
研究内容包括：数字形式的信息从信源到一个或多 个目的地的传输问题。
先修课程： 通信原理；概率论和随机过程等
参考教材： Digital communication， Proakis，
电子工业出版社
2
第1章 绪论
xl (t) xi (t) jxq (t)
从带通信号中 提取低通信号 的处理过程
—— 解调
解调器
23
第2章 确定与随机信号分析
介绍后续各章所需的背景知识 自己复习相关的基础知识：傅里叶变换及 其性质；随机过程，等等
2.1 带通与低通信号的表示
频谱：
X ( f ) F[x(t)] x(t)e j2 ftdt Re[xl (t)e j2 f0t ] e j2 ftdt
介绍后续各章所需的背景知识 自己复习相关的基础知识：傅里叶变换及 其性质；随机过程，等等
2.1 带通与低通信号的表示
带通信号（系统）
是一种实窄带高频信号，其频谱集中在某个频率（±f0）附近， 且频谱宽度远小于f0的信号（系统）
双边带调制DSB：
传输信号的信道带宽限制在以载 波为中心的一个频段上。
单边带调制SSB：
xl (t) x (t)e j2 f0t [x(t) jxˆ(t)]e j2 f0t xl (t) [x(t) cos 2 f0t xˆ(t) sin 2 f0t] j[xˆ(t) cos 2 f0t x(t) sin 2 f0t]
xi (t) x(t) cos 2 f0t xˆ(t) sin 2 f0t xq (t) xˆ(t) cos 2 f0t x(t) sin 2 f0t
高等数字通信第13讲 - 2013年清华最新《高等数字通信》课件
《高等数字通信》 Advanced Digital Communications
第十三讲 分集与复用折中
陈巍 教授
上若干讲回顾
MIMO信道，ISI信道与并行信道
MIMO信道和ISI信道都可以通过SVD转化为并行信道 进行讨论。ISI信道由于其Toeplitz形式，其等效 并行信道的增益独立同分布。 并行信道既可以用来传多路不同信息提高吞吐量， 又可以用来传多路重复信息提高可靠性，有效性和 可靠性具有某种联合的约束 基于误码率，中断概率等形式可以找到可靠性与独 立路径（遍历性）之间的共性关系 在V-BLAST部分也提出了用容量曲线的斜率描述有 效性的方法，但是有效性和可靠性的关系尚不清楚
通用编码的渐进准则
若满足信息论意义非中断条件
2 log 1 | h | l LR
l 1 L
高SNR近似
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2 LR L | h | 2 / l
l 1
L
则高SNR时，成对差错概率可近似为
1/ L L L 2 2 2 2 Pr{x A x B | h} Q | hl | | dl | Q L | hl | | dl | 2 2 l 1 l 1
分集与复用增益的定义
分集增益
中断概率曲线的斜率
注意目标速率是信噪比的函数
log pout ( R ( )) d lim log
复用增益
目标速率曲线的斜率
注意高信噪比时这个等号严格成立
R ( ) R ( ) r lim lim log(1 ) log( )
带入分集增益定义后得到
log pout (r log( )) d (r ) lim log
第十三讲 分集与复用折中
陈巍 教授
上若干讲回顾
MIMO信道，ISI信道与并行信道
MIMO信道和ISI信道都可以通过SVD转化为并行信道 进行讨论。ISI信道由于其Toeplitz形式，其等效 并行信道的增益独立同分布。 并行信道既可以用来传多路不同信息提高吞吐量， 又可以用来传多路重复信息提高可靠性，有效性和 可靠性具有某种联合的约束 基于误码率，中断概率等形式可以找到可靠性与独 立路径（遍历性）之间的共性关系 在V-BLAST部分也提出了用容量曲线的斜率描述有 效性的方法，但是有效性和可靠性的关系尚不清楚
通用编码的渐进准则
若满足信息论意义非中断条件
2 log 1 | h | l LR
l 1 L
高SNR近似
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2 LR L | h | 2 / l
l 1
L
则高SNR时，成对差错概率可近似为
1/ L L L 2 2 2 2 Pr{x A x B | h} Q | hl | | dl | Q L | hl | | dl | 2 2 l 1 l 1
分集与复用增益的定义
分集增益
中断概率曲线的斜率
注意目标速率是信噪比的函数
log pout ( R ( )) d lim log
复用增益
目标速率曲线的斜率
注意高信噪比时这个等号严格成立
R ( ) R ( ) r lim lim log(1 ) log( )
带入分集增益定义后得到
log pout (r log( )) d (r ) lim log
数字通信概述演示文稿
误码率ps
接收端的错误码元 发送端总的码元
三、数字通信旳特点
1．抗干扰能力强，无噪声积累
图 1.3 两类通信方式抗干扰性能比较
2．保密性能好
因为数字信号是将模拟信号变成“0”和“1”码，再 经不同组合后才进行传播旳，因而无法直接辨认，具有固 有旳保密性。同步数字通信能够很轻易地将复杂密码进行 编码和解码，所以数字通信能够实现模拟通信无法到达旳 高质量保密性。
1．通信系统：传递信号所需旳全部技术设备。 2．通信系统旳构成：由信源、发送设备、信道、接受设备
和信宿五部分构成 。如图 1.1 所示:
图1.1 通信系统模型
1．信源是要传播原始电信号，这个信号称为基带信号。 2. 发送设备将信源产生旳信号变换为适于信道传播旳信号。 正弦调制后旳信号称为频带信号。
第一章 数字通信概述
教学要点
1．了解数字通信系统旳构成及各构成部份旳作用; 2．了解数字通信系统概念; 3．了解通信系统模型及分类; 4．了解数字通信旳优缺陷及性能指标; 5．常用旳几种通信方式旳现状和发展趋势。
教学难点
了解数字通信系统旳构成及各部分旳作用。
课时分配
序号
内容
1 • 1.1 通信系统旳构成
频带传播旳主要功能是提升信号在信道上旳传播效率，到 达信号远距离传播旳目旳。根据用数字信号控制高频信号旳参 数不同，数字调制可分为数字调幅（又称幅移键控ASK）、数 字调频（频移键控FSK）和数字调相（相移键控PSK）。
4．同步
同步是指通信系统旳收、发双方具有统一旳时间原则， 使它们旳工作“步调一致” 。
3．便于构成当代化数字通信网，便于实现多媒体通信。 因为多种信息（声音、图像、数据等）都可变换成统一
数字通信PPT课件
-2-
Principles of Digital Communications
从理论上讲，语音信号包含大量的冗余，这个速率完全是 可以压缩的，信源编码技术的核心就是研究压缩编码算法， 用尽可能低的传信率获得尽可能好的语音质量。
按照处理方式的不同，信源压缩编码方法有以下几种：
• 概率匹配编码：根据编码对象出现的概率分配不同长 度的代码，以保证总的代码长度最短。
• 预测编码：利用信号之间的相关性，预测未来信号， 对预测的误差(或残差)进行编码。
• 变换编码：利用信号在不同函数空间分布的不同，选 择合适的函数变换将信号从一种信号空间变换到另一 种更有利于压缩编码的信号空间，再进行编码。
-3-
Principles of Digital Communications
0.125
< 50 0.125
-8-
Principles of Digital Communications
5.2 语音信号的波形编码
1. 脉冲编码调制(PCM)
m(t)抽样A/D来自换 msq(t)量化编码
ms(t)
干扰 信道
m^(t)
低通 滤波
m^sq(t) 译码
PCM通信系统模型
-9-
Principles of Digital Communications
• 编解码延时：对语音信号的分帧处理以及复杂的算法实现 会产生比较明显的编解码延时，它与传输延时一起构成了 系统的主要延时。在实时语音系统中，总延时太长会影响 双方的正常交谈。一般要求语音编解码延时低于100ms。
-5-
Principles of Digital Communications
• 算法复杂度：考虑到硬件实现的可能性、复杂度和成本， 一种实用的算法必须在保持一定性能的前提下，尽可能将 其运算复杂度降到最低。
《数字通信原理》课件
信道编码
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
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
精品课件-数字通信原理PPT课件
(1)、ITU(International Telecommunication Union) (国际电信联盟) I系列--------ISDN(综合业务数字网)有关 V系列-------主要提供电话网(PSTN)上数据传输的标准 其中 PSTN(Public switching telephone networks)(公共交换电话网 X系列-------主要提供公用数据网上数据传输的标准 还有 Q,G系列等 (2)、国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)标准
(1)、ITU(International Telecommunication Union) (国际电信联盟) I系列--------ISDN(综合业务数字网)有关 V系列-------主要提供电话网(PSTN)上数据传输的标准 其中 PSTN(Public switching telephone networks)(公共交换电话网) X系列-------主要提供公用数据网上数据传输的标准 还有 Q,G系列等 (2)、国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)标准
微波中继通信的主要发展方向是数字微波,同时要不断增加 系统容量,增加容量的途径是向多电平调制技术发展。目前采用 的调制方式有16QAM和64QAM,并已出现256QAM、1024QAM 等超多电平调制的方式。采用多电平调制,在40 MHz的标准频道 间隔内,可传送1920至7680路PCM数字电话
C B
我国近几年来光纤通信已得到了快速发展,目前光缆长度累计近几 十万km。我国已不再敷设同轴电缆,新的工程将全部采用光纤通信新 技术。
1.2.3发展状况
数字通信 计算机技术 集成制造及发展 1、网络化 各类网络互换互通 2、高速化 信息处理,传输,交换,存储高速化 3、业务多元化 目前仍以语言通信为主,数据业务大大增加 4、标准化 制定国际通用标准的组织主要有
(1)、ITU(International Telecommunication Union) (国际电信联盟) I系列--------ISDN(综合业务数字网)有关 V系列-------主要提供电话网(PSTN)上数据传输的标准 其中 PSTN(Public switching telephone networks)(公共交换电话网) X系列-------主要提供公用数据网上数据传输的标准 还有 Q,G系列等 (2)、国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)标准
微波中继通信的主要发展方向是数字微波,同时要不断增加 系统容量,增加容量的途径是向多电平调制技术发展。目前采用 的调制方式有16QAM和64QAM,并已出现256QAM、1024QAM 等超多电平调制的方式。采用多电平调制,在40 MHz的标准频道 间隔内,可传送1920至7680路PCM数字电话
C B
我国近几年来光纤通信已得到了快速发展,目前光缆长度累计近几 十万km。我国已不再敷设同轴电缆,新的工程将全部采用光纤通信新 技术。
1.2.3发展状况
数字通信 计算机技术 集成制造及发展 1、网络化 各类网络互换互通 2、高速化 信息处理,传输,交换,存储高速化 3、业务多元化 目前仍以语言通信为主,数据业务大大增加 4、标准化 制定国际通用标准的组织主要有
《数字通信技术》课件
《数字通信技术》 ppt课件
contents
目录
• 数字通信技术概述 • 数字通信技术基础 • 数字通信协议与标准 • 数字通信网络架构 • 数字通信技术发展趋势与挑战 • 数字通信技术应用案例
01
CATALOGUE
数字通信技术概述
定义与特点
定义
数字通信技术是一种利用数字信 号进行信息传输的技术。
自动化生产线
通过数字通信技术实现生产线各环节的自动 化控制和协同作业。
云计算数据中心中的数字通信技术应用
数据传输与存储
利用数字通信技术实现大规模数据的 快速传输和可靠存储。
云计算资源管理
通过数字通信技术对云计算资源进行 动态管理和调度，提高资源利用率。
虚拟化技术
利用数字通信技术实现服务器、存储 和网络的虚拟化，提高数据中心的灵 活性和可扩展性。
SDH/MSTP传输协议广泛应用于大型企业、运营 商等需要高速、可靠数据传输的场景。
04
CATALOGUE
数字通信网络架构
接入网与核心网
接入网
负责将用户连接到通信网络，提供宽 带接入、移动接入等服务。
核心网
负责在通信网络中传输和交换信息， 提供高速、可靠的数据传输服务。
路由器与交换机
路由器
用于连接不同网络，实现网络间信息传输和路由选择。
安全防护
利用数字通信技术保障云计算数据中 心的安全稳定运行，防止数据泄露和 攻击。
THANKS
感谢观看
交换机
用于连接同一网络中的设备，实现数据交换和传输。
卫星通信网络
• 卫星通信网络：利用卫星作为中继站，实现全球范围内的 通信和信息传输。
物联网通信架构
• 物联网通信架构：通过各种传感器、智能终端等 设备，实现物与物之间的信息交互和远程控制。
contents
目录
• 数字通信技术概述 • 数字通信技术基础 • 数字通信协议与标准 • 数字通信网络架构 • 数字通信技术发展趋势与挑战 • 数字通信技术应用案例
01
CATALOGUE
数字通信技术概述
定义与特点
定义
数字通信技术是一种利用数字信 号进行信息传输的技术。
自动化生产线
通过数字通信技术实现生产线各环节的自动 化控制和协同作业。
云计算数据中心中的数字通信技术应用
数据传输与存储
利用数字通信技术实现大规模数据的 快速传输和可靠存储。
云计算资源管理
通过数字通信技术对云计算资源进行 动态管理和调度，提高资源利用率。
虚拟化技术
利用数字通信技术实现服务器、存储 和网络的虚拟化，提高数据中心的灵 活性和可扩展性。
SDH/MSTP传输协议广泛应用于大型企业、运营 商等需要高速、可靠数据传输的场景。
04
CATALOGUE
数字通信网络架构
接入网与核心网
接入网
负责将用户连接到通信网络，提供宽 带接入、移动接入等服务。
核心网
负责在通信网络中传输和交换信息， 提供高速、可靠的数据传输服务。
路由器与交换机
路由器
用于连接不同网络，实现网络间信息传输和路由选择。
安全防护
利用数字通信技术保障云计算数据中 心的安全稳定运行，防止数据泄露和 攻击。
THANKS
感谢观看
交换机
用于连接同一网络中的设备，实现数据交换和传输。
卫星通信网络
• 卫星通信网络：利用卫星作为中继站，实现全球范围内的 通信和信息传输。
物联网通信架构
• 物联网通信架构：通过各种传感器、智能终端等 设备，实现物与物之间的信息交互和远程控制。
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标量和矢量总比函数 好处理！这是数字传 输理论成功的原因！
管窥“高等”体现在何处？
用渐进分析的方法刻画传输性能
例：复用增益
R r : lim SNR log SNR
刻画高SNR下的通信效率 分集增益
渐进分析隐藏在通信理 论的各个角落，没有她 你寸步难行，只是你不 一定能注意到它…
二者具有何种关系？其关系决定于那些因素？
蹲马步与绝世神功：A Connection
Some Priori Information
我们这门课具体什么？
通信理论基础部分
与信息论课程有一 定联系与衔接！
MIT 6.450讲义（Prof. R. Gallager） 系统总论 通信波形 信号空间 调制解调 随机噪声 检测解码 与信息论课程的区别一： 关注连续波形的传输
会根据进度和大家的兴趣适当增删内容
与信息论课程的区别二： 关注线性高斯信道的传输理论
Some Priori Information
一点点先修知识
微积分 线性代数 概率
会算 会想 会用
如果你知道如下几件事情更好
Fourier展开 Shannon公式
教材与参考书
PPT 参考书
还有另外一套参考书体系… 但不是我们关注的重点
log Pr C (SNR) R d : lim SNR SNR
刻画高SNR下的通信可靠性
管窥“高等”体现在何处？
在Shannon公式基础上理解性能极限
例：比较MQAM与Shannon公式 给定BER，MQAM可以支持的速率为
1.5SNR Pb 2exp M 1
信息传输的基本问题
有效性
用最少的bit表示信源 给定资源（功率，带宽），传输尽可能多的信息
可靠性
传输中产生的差错尽可能小
时效性
传输的延时尽可能小
本课程主要介绍典型信道中 的数字传输，但这里有必要 对信源部分先做一点说明
信源编码的基本模型
信源的编码与译码
有效性是信源编码中最核心的问题
信源编码的功能模块
About Myself
陈巍 教授、博导、通信研究所副所长
国家973计划项目首席科学家 “全国五一劳动奖章”获得者 国家优秀青年科学家基金获得者 首届全国高校青年教师教学竞赛一等奖第一名（工科） 北京市优秀教师 教育部新世纪优秀人才 北京市科技新星 IEEE通信学会亚太区最杰出青年学者 IEEE Wireless Communications Letters等3个SCI期刊编委 IEEE马可尼论文奖等4次IEEE论文奖 中国通信学会青年工作委员会副主任 多个国际会议的技术委员会主席（TPC Chair）
《高等数字通信》 Advanced Digital Communications
第一讲 数字通信引论
陈巍 教授
Some Priori Information
我们这门课想传递什么信息？
基于较为严格的数学基础，深入理解数字信息传输 的理论和方法 了解数字通信理论常用的语言和工具，为从事相关 的研究和论文写作打好基础 感受通信理论中建立理论框架的思维方法，培养一 定的“学术审美观” 熟悉一些前沿研究中常见的模型假设和性能测度
x(t ) n un pn (t ) n un p (t nT )
这是一个正交展开！其正交基同Nyquist准则什么关系？
pn (t ) p (t nT )
平移正交函数为成形脉冲 解调的数学本质是什么？ 由此引申出的等效基带模型
• （标量） • （矢量）
y hx z Y HX Z
R. Gallager, Principles of Digital Communication. Cambridge University Press, 2008.（严格、深刻、简洁的大师之作） D.TSE and P. Viswanath, Fundamentals of Wireless Communications. (英文版) 人民邮电出版社, 2009.（读懂了有助于出 Paper） J. Wonzencraft and I. Jacobs, Principles of Communication Engineering, John Wiley & Sons, 1965.（对信号空间方法有精彩论 述） A. Lapidoth, A Foundation in Digital Communication, Cambridge University Press, 2009. （严谨、优美、有深度） U. Madhow, Fundamentals of Digital Communications. Cambridge University Press, 2008. （全面）
推荐阅读
Shannon C. E., A mathematical theory of communication, Bell Syst. Tech. J. 27: 379 - 423,623 - 656. Gallager R. G., Claude E. Shannon: a retrospective on his life, work, and impact, IEEE T-IT, Nov, 2001: 2681 – 2695. Verdu S. Fifty years of Shannon theory, IEEE T-IT, Oct，1998: 2057-2078 Chiang M., Low, S.H., Calderbank, A.R., and Doyle, J.C. Layering as Optimization Decomposition: A Mathematical Theory of Network Architectures, Proceedings of the IEEE, Jan. 2007: 255 – 312.
不引入这个界面会如何？
Binary Interface
二进制界面中的非理想因素
Unequal Rates：信源编码器输出速率与信道编码 器输入速率的失配 Errors：信道解码器输出可能有差错，而信源解码 一般没有纠错机制 Networks：信源编码器输出可能经历多条信道，而 非简单的点到点传输
Robert G. Gallager
数字通信基本模型
Shannon，1948，Bell Lab，Math Center
Standardization (Simplifies Implementation) Layering (Simplifies Conceptualization) Lose nothing in performance (Shannon says)
Binary Interface
实际通信系统非常复杂，需要通过简单的构架 原理（Architectural Principle）进行理解
任意信源输出可以通过二进制比特流（近似）表示 任意信道可以传递二进制比特流 二进制比特流衍生的信息量概念，既可以联系信源 特性，又可以联系信道特性，从而构成了一个界面 目前的硬件水平，适合处理二进制比特流，从理论 到实现的门槛较低
协议的实现
信道模型
我们将学习三类典型信道对于通信的影响
AWGN信道
信道是不可控制的！但是某些参数可以测量 AWGN信道是分析其它很多信道的基础
稍微复杂一点的信道
线性高斯信道
可退化成如下两种特殊情况
时变信道
这里只考虑单径的时变信道 传输系统的设计需要 适应信道的特性
ISI(码间串扰)信道
这里只考虑时不变的ISI信道
时变信道
本课程关注最简单的时变信道
只有一个变化参数
h(t ) X (t )
不严格的说：
Z (t ) Y (t ) h(t ) X (t ) Z (t )
• h(t)变化快，则称快衰落信道 • h(t)变化慢，则称慢衰落信道 h(t)是什么样的随机过程？
在两种不同信道状态 下，刻画系统性能的 参数各是什么？
——出自《清华大学教学简报》（817期）“教学效果特别好的教师”部分 8 ——出自《新清华》（第1851期）“研究式教学让课堂充满创新的魅力”专题
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信道编码的分层模型
调制
符号->连续波形（实际系统：基带->频带）
编码（Discrete Coding）
离散集合->离散集合 增加冗余，代价增大速率
这种分层是否最优？ Coded Modulation 的产生
离散译码 解调 离散编码 调制
信道
Internet中的分层
Internet分层模型
各层之间采用二进制数字界面
通信理论之美
A good theory (and information theory is one of the best) allows for simple analysis of simplified models. It also provides structural principles that allow insights from these simple models to be applied to more complex and realistic models.
Shannon公式为
1.5 R log 1 SNR ln(0.5 Pb )
C log 1 SNR
实际自适应调制系统可以达到的速率（含随机误码）， 相对于Shannon公式只相差一个确定的SNR损失，因 此基于Shannon公式的分析结果在实际中具有普适性！