数字信号的信道传输
数字传输技术
数字信号载波传输
载波S(t) S(t)=Asin(ω t+Φ) S(t)的参量包括：
A：振幅 ω ：角频率 Φ：相位
数字调制就是使上述三个参量随数字基带 信号的变化而变化。
最基本的数字数据→模拟信号调制方式有 以下三种（如图2-5所示）。
（1）幅移键控方式（ASK，Amplitude-Shift Keying） （2）频移键控方式（FSK，Frequency-Shift Keying） （3）相移键控方式（PSK，Phase-Shift Keying）
．宽带传输
宽带是指比音频带宽更宽的频带，它包括大部 分电磁波频谱。利用宽带进行的传输称为宽带传 输，这样的系统称为宽带传输系统。宽带传输系 统属于模拟信号传输系统，它能够在同一信道上 进行数字信息或模拟信息服务，宽带传输系统可 以容纳全部广播信号，并可进行高速数据传输。
局域网中，传输方式分基带传输和宽带传输。它们 的区别在于：基带传输的信号主要是数字信号， 宽带传输的是模拟信号；基带传输的数据传输速 率范围为0～10Mb/s，其典型的数据传输速率范 围为1～2.5Mb/s；宽带传输的数据传输速率范围 为0～400Mb/s，通常使用的传输速率是5～ 10Mb/s。一个宽带信道还可以被划分为多个逻辑 基带信道。宽带传输能把声音、图像和数据等信 息综合到一个物理信道上进行传输。宽带传输采 用的是频带传输技术，但频带传输不一定是宽带 传输。
简单说来，就是将数字信号1或0直接用两种 不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。 如短距离的脉冲编码调制（PCM）局间中继、 局域网计算机间的数据传送常采用基带传输 方式。
数字信号载波传输
数字信号无线传输技术
数字信号无线传输技术摘要：数字信号已进入了现代社会的各个领域，同模拟信号传输相比，数字信号传输有很大的变化。
本文简要阐述了数字信号无线传输特性，以及无线信道对信号的影响，提出了信号改善途径。
关键词：数字信号；信道；无线传输中图分类号：TN 文献标识码：A0 引言在信号传输中，不同的数据必须转换为相应的信号。
模拟数据一般采用模拟信号(Analog Signal)，数字数据则采用数字信号(Digital Signal)。
模拟信号的瞬时值的状态数是无限的，如低频正弦信号、语音信号、图像信号等；而数字信号的瞬时值的状态数是有限的，如计算机和电报机的输出信号等。
模拟信号在传输过程中，由于噪声的干扰和能量的损失总会发生畸变和衰减，所以模拟传输时，每隔一定的距离就要通过放大器来放大信号的强度。
然而放大信号强度的同时，由噪声引起的信号失真也随之放大。
当传输距离增大时，多级放大器的串联会引起失真的叠加，从而使信号的失真越来越大。
而数字传输，只有代表了0和1变化模式的数据，方波脉冲式的数字信号在传输过程中除了会衰减外，也会发生失真，但它是采用转发器来代替放大器。
转发器可以通过阈值判别等手段，识别并恢复其原来的0和1变化的模式，并重新产生一个新的完全消除了衰减和畸变的信号传输出去，这样多级的转发不会累积噪声引起的失真。
1 数字信号无线传输的特性信道是信号的传输媒质，按传输媒质的不同，信道可分为有线信道和无线信道，其中无线信道随机性较大，变化快，主要有长波信道、中波信道、短波信道、地面微波信道、卫星信道、散射信道、红外信道及空间激光信道等。
现代移动通信系统都使用数字调制技术，随着超大规模集成(VLSI)技术和数字信号处理(DSP)技术的发展，数字传输系统比模拟传输系统更有效。
数字传输有许多优点：（1）数字信号本身具有更好的抗噪能力和更强的抗信道损耗性能。
采用再生中继、纠错编码等差错控制措施后，数字信号可以再生而消除噪声的累积，甚至可在噪声远大于有用信号的情况下，保证获得可接受的保真度和误码率。
数字通信的概念
数字通信的概念数字通信是指通过数字信号传输数据、音乐、视频等信息的过程。
相比于模拟通信，数字通信具有更高的传输质量、安全性和灵活性。
下面将详细介绍数字通信的概念、原理和应用。
一、数字通信的概念数字通信是指利用数字技术实现信息传输的通信方式。
它是一种通过编码将传输数据转化为数字信号的过程，然后将数字信号通过信道传输到接收端进行解码还原数据的通信方式。
数字通信的应用涉及电信、无线通信、互联网和媒体等领域。
二、数字通信的原理数字通信的原理包括信源编码、信道编码和误差控制编码三个方面。
首先，信源编码是将原始信息进行编码，以满足信道带宽限制和传输保密性等需求。
其次，信道编码是将信号进行压缩和保护，以适应信道传输的异态条件，例如信道噪声、干扰和时延等。
最后，误差控制编码是对传输信号进行纠错，保证数据传输的可靠性和稳定性。
三、数字通信的应用数字通信的应用非常广泛，包括以下几个方面：1. 电信通信：数字通信是实现电话通话的重要技术手段，它能够稳定传输高质量的音频和视频信息。
2. 无线通信：数字通信在无线通信系统中得到了广泛应用，尤其是在移动通信和卫星通信中，数字技术有着不可替代的地位。
3. 互联网：数字通信技术使互联网得以快速发展，它不仅提供了一种便捷的通信手段，而且为全球的信息共享和交流提供了基础支持。
4. 媒体传输：数字通信技术广泛应用于多媒体传输领域，例如数字电视、数字广播、数字电影等领域，使得人们能够更加方便地收看和分享画面和声音信息。
以上就是数字通信的概念、原理和应用的详细介绍。
随着科技的进步和发展，数字通信技术将会得到进一步的改进和应用。
通信原理第5章数字基带传输系统
N
sT (t) sn (t)
n N
为了使频谱分析的物理概念清楚，推导过程简 化，将sT(t)分解成稳态波vT(t)和交变波uT(t)。
24
稳态波：是随机序列s(t)的统计平均分量，
取决于每个码元内出现g1(t)、 g2(t)的概率加 权平均，且每个码元统计平均波形相同，因
此可表示成：
13
2. 双极性不归零码波形（BNRZ）
脉冲的正、负电平分别对应于二进制代码1、0。
特点：当0、 1符号等概出现时无直流分量（幅度相 等、极性相反的双极性波形） 。 接收端判决电平为 0，不受信道特性变化的影响，抗干扰能力较强。双 极性波形有利于在信道中传输。
E
10
-E
14
3. 单极性归零波形（RZ）
f
s
Pg1(t) (1 P)g2 (t) e jms d
f s PG1(m s ) (1 P)G2 (ms )
28
式中
G1(ms ) g1(t)e jmstdt
G2 (ms ) g2 (t)e jmstdt
29
把得到的Cm代回v(t)表达式得
v(t) f s PG1(m s ) (1 P)G2 (m s )e jmst
代码
10
0
Ts
12
此波型不宜传输。因为：
1）有直流分量，一般信道难于传输零频附近的 频率分量。 2）收端判决门限电平与信号功率有关，受信道特 性变化影响，不方便。 3）不能直接用来提取位同步信号，因NRZ连0序 列中不含有位同步信号频率成分。 4）要求传输线路有直流传输能力，即有一根需要 接地。
此波形只适用于计算机内部或极近传输。
信道匹配， 便于传输，减小码间串扰，利于同步提取
第5章 数字信号的基带传输系统
HDB3码： －1000 －V ＋1000 ＋V －1 ＋1 －B00 －V ＋1 —1
虽然HDB3码的编码规则比较复杂，但译码比较简单。从上述 原理看出，每一个破坏符号V总是与前一非“0”符号同极性（包括
B符号在内），故从收到的符号序列中可以容易地找到破坏点V，
从而断定V符号及其前面的3个符号必是连“0”符号，然后恢复4个
一、单极性不归0二进制脉冲序列的功率谱密度数字 基带信号单个波形的频谱：
（设“1”、“0”码等概率出现，码元宽度）。
19
天津电子信息职业技术学院
20
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二、单极性归零二进制码序列的功率谱密度：
g1(t)
g2 (t )
A
Ts 2 Ts
2Ts 3Ts t
(a) 单极性归0二进制序列
6
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占空比指的是脉冲宽度τ与码元宽度Tb之比τ/Tb。单极性RZ码 的占空比为50％。
4．双极性归零（RZ）码 双极性归零码的构成原理与单极性归零码相同，如图5-1d）。 每一个码元被分成两个相等的间隔，“1”码是在前一个间隔为正 电平而后一个间隔回到零电平，而“0”码则是在前一个间隔内为 负电平而后一个间隔回到零电平。
1
1…
AMI码： ＋100 —1 ＋1000 －1 ＋1 －1 …
通信原理基础知识
通信原理基础知识
通信原理是指信息在传输过程中所遵循的一组基本规律和原则。
下面介绍几个通信原理的基础知识：
1. 信号传输：通信中的信息通过信号的传输来实现。
信号可以是一种物理量（如电流、电压），也可以是一种电磁波（如无线电波）。
信号的传输可以通过导线、光纤等媒介进行，也可以通过无线电等无线方式进行。
2. 信号调制：为了适应传输媒介和提高传输效率，信息信号通常需要进行调制。
调制是指将信息信号转换成适合传输的调制信号。
常见的调制方式有模拟调制（如调幅、调频）和数字调制（如调制解调器中的ASK、FSK、PSK等）。
3. 信道传输：信道是指信号传输的通道或媒介，包括有线信道和无线信道。
在信道传输过程中，信号可能会受到噪声、干扰和衰减等影响，从而导致传输质量下降。
为此，通信系统需要采取一些手段来提高传输的可靠性和性能。
4. 信号解调：在接收端，接收到的调制信号需要进行解调，将其转换回原始的信息信号。
解调过程通常与调制过程相反，可以恢复出原始信号。
5. 编码与解码：在数字通信中，对于数字信号的传输，常常需要进行编码与解码处理。
编码是指将数字信号转换成一种特定的编码格式，以便在传输中进行处理和恢复。
解码则是将接收到的编码信号转换回原始的数字信号。
以上是通信原理的一些基础知识，了解这些原理对理解通信系统的工作原理和性能优化有很大帮助。
通信系统中的信号传输与传播特性
通信系统中的信号传输与传播特性随着科技的发展和互联网的普及，通信系统在我们日常生活中扮演着越来越重要的角色。
而在通信系统中，信号的传输和传播特性起着至关重要的作用。
本文将介绍通信系统中信号传输的基本概念和传播特性，并探讨其对通信质量的影响。
一、信号传输的基本概念在通信系统中，信号是信息的载体，其传输是指将信号从发送端通过信道传输到接收端的过程。
信号传输的基本概念包括以下几个方面：1.1 发送端与接收端发送端是指信号的发出地，也就是信息的来源；接收端是指信号的接收地，也就是信息的目的地。
在信号传输过程中，发送端将信息编码成信号后发送到信道，而接收端则从信道接收信号并将其解码成原始信息。
1.2 信号编码和解码信号编码是指将原始信息转换为可传输的信号的过程，常用的编码方式包括模拟信号与数字信号。
模拟信号是连续的信号，而数字信号是离散的信号。
在信号传输过程中，模拟信号常通过调制的方式转换为数字信号进行传输。
1.3 信道和噪声信道是指信号从发送端到接收端的传输媒介，可以是导线、光纤、无线电波等不同的媒介。
而噪声是指信号传输过程中产生的干扰信号，会对信号的质量产生影响。
为了保证信号传输的质量，需要采取一定的信号处理技术来降低噪声的影响。
二、信号传播特性信号在传输过程中会受到各种因素的影响，从而导致信号的失真和衰减。
因此，了解信号的传播特性对于优化通信系统的设计和性能提升具有重要意义。
以下是常见的信号传播特性：2.1 衰减信号在传输过程中会遇到各种衰减现象，如传输媒介的阻抗、传输距离和信号频率等因素会导致信号的衰减。
衰减会使信号的幅度减小，影响信号的可靠性和传输距离。
2.2 延迟信号在传输过程中会产生一定的传播延迟，即信号从发送端到接收端的时间间隔。
延迟会导致时序失真，影响信号的准确性和实时性。
在某些应用场景中，如实时语音通话和视频传输中，需要控制延迟在可接受的范围内。
2.3 多径效应多径效应是指信号在传播过程中由于经过不同路径导致的多次反射、散射和干涉等现象。
第7章数字信号传输
2 4
传输码型
–
HDB3码
例：
传输的HDB3码： -1000-1+1-1+100+1 -1000-1+1 0 0+10-1
恢复的二进码序列： 1000 0 1 1 0 0 0 0 100 0 0 0 0 0 0 0 1
《数字通信原理》 传输码型特性的分析比较
2 6
传输码型特性的分析比较
常见的传输码型：
●不归零码——连续谱第一个零点为 fB
1
归零码——连续谱第一个零点为 2 fB
不归零码：
fB
1 TB
1
归零码：
2 fB
2 TB
2
2
1
9
《数字通信原理》 传输码型–单极性码
1 1
主要内容
1 对基带传输码型的要求
2 单极性不归零码
3
单极性归零码
11
1 2
传输码型
–
单极性码
1、对基带传输码型的要求
➢传输码型的功率谱中应不含直流分量， 同时低频分量要尽量少； ➢传输码型的功率谱中高频分量应尽量少； ➢便于定时时钟的提取； ➢传输码型应具有一定的检测误码能力； ➢对信源统计依赖性最小； ➢要求码型变换设备简单、易于实现。
《数字通信原理》 传输码型–HDB3码
1 9
传输码型
–
HDB3码
常见的传输码型：
➢单极性不归零码（即NRZ码）
➢单极性归零码（即RZ码）
➢AMI码
➢HDB3码
➢CMI码
不适合基 带传输
2 0
传输码型
–
HDB3码
HDB3码 二进码序列：0000
V V+ (+1)
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发射机发出的载波频率1850MHz，汽车行驶速度26.82 m/s。
λ=c/fc=0.162m f=fc+fd=1850000000+28.82/0.162=1850000166Hz f=fc- fd=1850000000-28.82/0.162 =1849999834Hz 如果汽车向着远离且垂直于电波来到的方向行驶，则
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1.数字信号几个表征量
MERratio
1
N
N
(I
2 j
Q2j )
j 1
1
N
N
(I
2 j
Q2j )
j 1
Crms
1
N
N
(I
2 j
Q
2 j
)
j 1
式中：Crms 是星座点矢量模的均方根值。
Q 误差矢量
实测信号矢量
参考信号矢量
I
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1.数字信号几个表征量
数字信号的信道传输
浙江传媒学院 温怀疆
1.数字信号几个表征量
数字信号包括DVB数字电视广播信号、CMTS下行信号以 及用于其他功能的QAM及QPSK信号。
在数字信号传输中，用来表示每一个信码的数字单元称为 码元，码元的物理表示称为符号。一个码元持续时间称为 码元长度。
码元中所包含的信息的多少用信息量来衡量，单位为“b （比特）”。在通信系统中规定每1位二进制码元携带1b 的信息量，而1位m进制码元所携带辟的信息量为
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1.数字信号几个表征量
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1.数字信号几个表征量
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1.数字信号几个表征量
2）星座图（Constellation）
在QAM调制方式中，同时利用载波的幅度 和相位来表示被调制数据。 纵轴矢量“I”串流和横轴矢量“Q”串流可描绘为九十度相位差形成的格 子，代表“I”乘“Q”数的可能状态，此格子通常称为“星座图” 。星 座图中反映了QAM调制技术的两个基本参数，载波的幅度和相位。
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1.数字信号几个表征量
数字信号更能够容忍信噪比的劣化，但对系统相 位噪声、相干干扰、周期性干扰和增益压缩等的 更加敏感。数字信号表征量在原先模拟系统的基 础上带来很多新的变化。数字系统最基本的测量 是传输错误率，传输错误率通常用比特误码率 （BER）来表示。另外还有一些参数：信号电平、 误差矢量幅值（EVM）、调制误码比(MER)、信 噪比等。
Q
2 j
)
j 1
C2 max
100%
EVMratio
1
N
N
(I
2 j
Q
2 j
)
j 1
Cm2 ax
式中：I
2 j
Q2j是各星座点的矢量坐标；I
2 j
Q是2j 到对应理想星座点的矢量偏差。
Cmax 是最大最远星座点的矢量的模 。
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1.数字信号几个表征量
EVM表征平均误码量值与最大符号量值的比值，EVM和 MER是有一定关系的但又表达同一个信息的两个量， MER比较容易地理解成是一种类似S/N的参数，而EVM则 可以理解成类似模拟电路中的波形失真率的一个参数。
这个损耗是发射机和接收机彼此相隔的距离的函数，即
PL (d) ∝（d/d0）n
式中，n为路径损耗指数，它表明路径损耗是以怎样的速
率随距离的增加而增加的；d0为距离基准，由距发射机不 远处的测量值选定；d为发射机和接收机相隔的距离。在
自由空间中，路径损耗指数为2；对于典型的室外环境，
其值为3~5。在有密集的建筑物或树木的环境中，路径损
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2.信道中在噪声衰落和干扰
衡常用的做法是在接收滤波器和抽样判决器之间插入一个 称之为横向滤波器的可调滤器。它的功能是将输入端抽样 时刻上有码间干扰的响应波形变换成抽样时刻上又无码间 干扰的响应波形。
θ =90，cosθ =0，所以没有多普勒频移。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
(1)快衰落 在快衰落信道内，符号周期内信道的冲击响应快速变化。这时信道的
相干时间Tc小于传送信号的符号周期Ts，即Ts > Tc。因为信道的衰 落特性将在一个符号周期内改变多次次，从而起基带脉冲波形的失真。 这里失真是因为在符号持续时间内，接收信号的谱分量并不能一直保 持相关性。 (2)慢衰落 如果Tc > Ts ，则信道是慢衰落的，这时信道的相关时间大于符号持 续时间，因此信道状态在一个符号持续时间内保持不变，传送的符号 就可能不会遭受前面所描述的脉冲失真，如平坦衰落一样。慢衰落信 道主要性能降低的原因是信噪比的损失。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
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2.信道中在噪声衰落和干扰
a.平坦衰落
如果汽车无线信道在一定带宽Bc内有恒定的增益和线性相位响应，而且这个 带宽要大于送信号的带宽Bs，即Bc > Bs.么接收的信号会承受平坦衰落。如 果信道增益随时间而变，接收到的信号的幅度就会改变，即接收到的信号r(t) 的幅度随时间变化。但它的谱R(f)与当初发射信号的谱S(f)一样，即所有S(f ) 中的频率成分方承受同样的衰减和相移。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
由于路径不同，信号到达接收 机的时间就不一样，直接路径 （如果有一个的话）的信号最 先到达，反射路径的信号后到 达。为了算出天线上的瞬时幅 度可以画一个如图8-4所示的 矢量图，各个多径用它的幅度 和相对于直接路径的相位角来 表示。若VWG和VEG方向相反， 就有可能彼此抵消，合成矢量 VEW为零。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
6)均衡
上面提到由于传输系统的传输特性不理想而引起的码间干扰，破坏了 不失真的传输条件。为了校正或补偿系统的特性，可以在基带系统中 插入一个可调滤波器，减小码间干扰的影响。这种起补偿作用的滤波 器称为均衡器。所谓均衡，是指从校正系统的频率特性出发，使包括 均衡器在内的基带系统的总特性满足不失真传输条件。
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1.数字信号几个表征量
6）载噪比CNR（Carrier Noise Ratio） BER和载噪比直接有关。
CNR C dB N
式中：C为数字载波的电平有效值，N为噪声电平均方根 值。
在数字调制中，往往将载波抑制掉，所传输的信号中不出 现载波，载噪比就无从谈起，但是习惯上我们将已调的射 频/中频信号的总功率对有效带宽内噪声功率之比，定义 为CNR。
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1.数字信号几个表征量
5）误差矢量幅值EVM（Error Vector Magnitude）
它的定义式为：是发射信号的理想的测量分量I（同相位）和Q（正交相位）
（称为基准信号“R”）与实际接收到的测量信号“M”的 I和Q分量幅值之间
的矢量差
EVMRMS
1
N
N
(I
2 j
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1.数字信号几个表征量
1）信号电平 数字信号的电平与模拟信号的电平不同。对数字信号来说，
信号电平就是指有效带宽内射频或中频信号的平均功率电 平。 数字信号电平可以直接用专用数字信号场强仪（如天津德 力DS1191A ）或频谱仪测量。 在用频谱仪测试时需要注意以下几点：正确连接系统，校 准仪器，确保阻抗匹配；调节频谱仪中心频率到被测频道， 选择合适的扫宽和电平显示，使频谱仪能够显示整个频道；
其定义式为：MERd源自 10log1 NN
(I
2 j
j 1
1 N
N
(I
2 j
j 1
Q
2 j
)
Q
2 j
)
20log
1
N
N
(I
2 j
Q
2 j
)
j 1
1
N
N
(I
2 j
Q2j )
j 1
式中：I
2 j
Q2j
是各星座点的矢量坐标；I
2 j
Q2j
是到对应理想星
座点的矢量偏差。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
b.频率选择性衰落
如果汽车无线信道在一定带宽内有恒定的增益和线性相位响应，但这 个带宽Bc小于传送信号的带宽Bs，那么这个信道会使接收到的信号 发生频率选择性衰落。频率选择性衰落信道的特性如图8-7所示。这 时S(f)在频带内承受不同的增益和相移。这是由于有多径时延接近或 超过传送信号的符号周期，接收到的信号必然会失真。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
4）多普勒频移 多普勒频移 fd=ΔΦ/(2πΔt)=(v/λ) cosθ 上式将多普勒频移和汽车的行驶速
度、汽车的运动方向和到达天线的 电波的方向之间的角度联系起来。 如果汽车沿着电波向着发射机的方 向行驶，多普勒频移是正的的，反 之则是负的。
耗指数可超过8。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
2）阴影衰落 接收到的信号常会受到室外的小山和建筑物，以及室内墙
壁的阻隔。事实上，接收到的信号功率是个随机变量，取 决于障碍物的数量和电气特性。由于这些障碍物而引起的 信号改变称为阴影衰落。
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2.信道中在噪声衰落和干扰
3）多径衰落 当信号被悬崖或高楼等大的物体反射时，如图8-2所示，
错误比特数 Pb 传送总比特数
错误码元数 Ps 传送总码元数
落在邻区的错误码
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1.数字信号几个表征量
数字信道条件变坏有悬崖效应