数字通信原理与技术(第四版)章 (1)
数字通信原理第1章-绪论
数字通信原理北京理工大学电子与信息学院关于本课程z目的与任务：数字通信原理为专业技术基础课程。
通过对通信系统组成、通信系统建模等基本概念、基础知识的了解，学习和掌握通信理论和通信系统性能分析方法，掌握常用数字通信系统性能指标及其应用条件，并对现代通信技术及其发展方向有所了解，使学生具备初步从事通信系统评价及设计的能力，也为相关课程奠定基础z先修课程：随机信号分析，信号与系统等z学习方式：课堂教学/课后作业z考试方式：笔试(闭卷考试)z答疑：10-311主要参考书z樊昌信等编，通信原理，第6 (5) 版，国防工业出版社z J.G.Proakis. Digital Communication (4rd Edition). 电子工业出版社（影印版：数字通信）z曹志刚等编，现代通信原理，清华大学出版社z郝建军等编，通信原理考研指导，北邮出版社课程的基本内容z绪论（2 学时）z随机过程（2 学时）z信道（4 学时）z模拟调制系统（4 学时）z数字基带传输系统（8 学时）z数字带通传输系统（8 学时）z模拟信号的数字传输（8 学时）z数字信号的最佳接收（4 学时）z差错控制编码（6 学时）z复习课（2 学时）成绩评定初步计划z成绩评定平时+作业：20%期末考试：60%实验：20%z每一章结束，下一次上课时收取作业（一次作业一章的内容）对所交作业进行登记，作为平时成绩依据未按时交的作业不予批改和登记课件邮箱z请将你的邮件地址放到邮件列表第1章绪论z1. 1 通信的基本概念通信的目的：传递消息中所包含的信息。
消息：是物质或精神状态的一种反映，例如语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像等。
信息：是消息中包含的有效内容。
实现通信的方式和手段：非电的：如旌旗、消息树、烽火台…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。
通信的解释z百度百科通信，指人与人或人与自然之间通过某种行为或媒介进行的信息交流与传递，从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下无论采用何种方法，使用何种媒质，将信息从某方准确安全传送到另方。
(完整版)通信原理教程习题答案第四版(最新整理)
第一章习题习题1.1 在英文字母中E 出现的概率最大，等于0.105，试求其信息量。
解：E 的信息量：()()b 25.3105.0log E log E 1log 222E =-=-==P P I 习题1.2 某信息源由A ，B ，C ，D 四个符号组成，设每个符号独立出现，其出现的概率分别为1/4，1/4，3/16，5/16。
试求该信息源中每个符号的信息量。
解：b A P A P I A 241log )(log )(1log 222=-=-== b I B 415.2163log 2=-=b I C 415.2163log 2=-=b I D 678.1165log 2=-=习题1.3 某信息源由A ，B ，C ，D 四个符号组成，这些符号分别用二进制码组00，01，10，11表示。
若每个二进制码元用宽度为5ms 的脉冲传输，试分别求出在下列条件下的平均信息速率。
（1）这四个符号等概率出现； （2）这四个符号出现概率如习题1.2所示。
解：（1）一个字母对应两个二进制脉冲，属于四进制符号，故一个字母的持续时间为2×5ms 。
传送字母的符号速率为Bd100105213B =⨯⨯=-R 等概时的平均信息速率为sb 2004log log 2B 2B b ===R M R R （2）平均信息量为符号比特977.1516log 165316log 1634log 414log 412222=+++=H 则平均信息速率为b 7.197977.1100B b =⨯==H R R 习题1.4 试问上题中的码元速率是多少？解：311200 Bd 5*10B B R T -===习题1.5 设一个信息源由64个不同的符号组成，其中16个符号的出现概率均为1/32，其余48个符号出现的概率为1/96，若此信息源每秒发出1000个独立的符号，试求该信息源的平均信息速率。
解：该信息源的熵为96log 961*4832log 321*16)(log )()(log )()(22264121+=-=-=∑∑==i i i i M i i x P x P x P x P X H =5.79比特/符号因此，该信息源的平均信息速率 。
通信原理第四版
通信原理第四版通信原理（第四版）第一章：引言本章将介绍通信原理的基本概念和背景知识，包括通信系统的定义、通信原理的基本原则以及通信系统的分类和应用领域。
第二章：信号和系统在本章中，我们将学习信号和系统的基本概念。
我们将介绍各种信号的分类以及它们在通信系统中的表示和传输。
我们还将讨论系统的概念，包括线性和时不变系统的特性。
第三章：模拟调制技术本章将重点介绍模拟调制技术，包括调幅、调频和调相等。
我们将详细讨论各种模拟调制技术的原理和特点，以及它们的应用和局限性。
第四章：数字调制技术在本章中，我们将学习数字调制技术的原理和应用。
我们将介绍多种数字调制技术，包括脉码调制、相位移键控和正交振幅调制等。
我们还将讨论数字调制的性能评估和系统设计的基本原则。
第五章：调制器和解调器在本章中，我们将学习调制器和解调器的原理和设计。
我们将介绍各种调制器和解调器的类型，包括同步和非同步调制解调器。
我们还将讨论调制解调器的性能评估和优化方法。
第六章：信道编码技术本章将讨论信道编码技术的原理和应用。
我们将介绍各种信道编码方案，包括纠错编码和压缩编码等。
我们还将讨论信道编码的性能评估和系统设计的基本原则。
第七章：多用户通信技术在本章中，我们将学习多用户通信技术的原理和应用。
我们将介绍多址和多路复用技术，包括时分多址和码分多址等。
我们还将讨论多用户通信系统的性能评估和资源分配方法。
第八章：无线通信技术本章将重点介绍无线通信技术，包括无线信道特性和无线传输技术。
我们将讨论无线信道的模型和衰落特性，以及各种无线传输技术的原理和应用。
第九章：网络和互联网在本章中，我们将学习网络和互联网的基本原理和技术。
我们将介绍网络协议和网络体系结构，包括分层结构和网络设备。
我们还将讨论互联网的发展和应用。
第十章：光纤通信技术本章将重点介绍光纤通信技术，包括光纤传输和光纤接口技术。
我们将讨论光纤的基本原理和特性，以及光纤通信系统的设计和性能评估。
第十一章：卫星和移动通信在本章中，我们将学习卫星和移动通信的原理和应用。
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）
数字通信原理与技术(第四版)复习笔记
数字通信原理与技术（第四版）西安电子科技大学出版社复习笔记第一章我国主要采用欧洲的GSM系统第四代移动通信系统特点：1.传输速度更高2.通信服务多元化3.智能化程度更高4.良好的兼容性关键技术：1.定位技术2.切换技术3.软件无线电技术4.智能天线技术5.无线电在光纤中的传输技术6.网络协议与安全7.传输技术8.调制和信号传输技术“三网融合”趋势：电信网，计算机网，有线电视网一般意义上的通信是指由一地向另一地进行消息的有效传递。
通信从本质上来讲是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将有用的信息无失真、高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。
通信中工作频率与工作波长可互换：公式为λ=c/f，λ工作波长，f工作频率，c光速基带传输：不采用调制频带传输：采用调制脉冲数字调制：APC-自适应可预测编码LPC-线性可预测编码通信方式：1.按消息传送的方向与时间分单工通信：单方向传输。
广播半双工通信：不能同时收和发。
对讲机、收发报机全双工通信：可同时双向传输信息。
普通电话、各种手机2.按数字信号排序分串序传输：代表信息的数字信号序列按时间顺序一个接一个在信道传输并序传输：分割成两路或以上的序列同时在信道传输3.按通信网络形式分点到点通信方式、点到多点通信（分支）方式、多点到多点通信（交换）方式通信必有三个部分：发送端、接收端、信道模拟通信系统两种变换：1.把连续消息变换成电信号（发端信息源完成）和把电信号恢复成最初的连续信号（收端受信者完成）2.将基带信号转换成其频带适合信道传输的信号，由调制器完成；在接收端经过相反的变换，由解调器完成已调信号三个基本特性：1.携带有信息2.适合在信道中传输3.具有较高频率成分数字通信系统：信道中传输数字信号的系统数字频带传输通信系统在数字通信中，称节拍一致为“位同步”或“码元同步”；称编组一致为“群同步”或“帧同步”。
数字基带传输通信系统模拟信号数字化传输通信系统大部分信号（如语音信号）为连续变化的模拟信号模拟信号在数字系统中的传输，必须在发送端将模拟信号数字化，即A/D转换；在接收端进行相反转换，即D/A转换数字通信优点：1.抗干扰、抗噪声性能好2.差错可控3.易加密4.易于与现代技术相结合缺点：1.频带利用率不高2.需要严格的同步系统消息出现概率越小，则信息量越大（为0时信息量无穷大，为1时信息量为0）信息量I=-log a P（X）a=2时，单位为比特，b P（X）消息出现的概率函数平均信息量=-P lb P-（1-P）lb （1-P）（bit/符号）每个符号等概出现时，平均信息量最大=lb N通信系统性能指标：【有效性、可靠性、】适应性、保密性、标准性、维修性、工艺性等有效性指标：数字通信的有效性主要体现在一个信道通过的信息速率基带数字信号采用时分复用（TDM）充分利用信道带宽数字信号频带传输采用多元调制提高有效性码元传输速率（波特率）R B=1/T b 单位：波特与码元进制数无关，与T b码元宽度有关信息传输速率（比特率）R bM=R BM*lb M M进制数频带利用率η=R B/B （B/Hz）η=R b/B （b/（s*Hz））有效性，多进制比二进制效率高；可靠性，二进制比多进制质量好可靠性指标：码元差错率P e=（单位时间）错误码元数/总码元数信息差错率P eb=单位时间出错比特数/单位时间总比特数M进制较大时P b≈1/2 P e信道是指以传输媒介（质）为基础的信号通路狭义信道按具体媒介的不同类型分为有线信道和无线信道广义信道分为调制信道和编码信道。
数字通信原理第一章
分贝dB 和dBm的区别： 分贝dB：常以对数标识两个功率或电压之比的计量单位，用于 标识损耗或增益。如 Pout A=10lg Pin 绝对功率电平dBm：相对于1mW参考功率的电平数。如 Pout B=10lg 1mW
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课后
• 要求： 掌握通信系统的基本组成 掌握信号形式和种类 了解模拟通信和数字通信模型
数字信号及特点
• 数字信号 » 指的是时间和幅值都是离散的信号形式
• 数字信号的波形特点
» 幅值被限制在有限个数值之内，它不是连续的，而
是离散的。
• 举例 » 计算机信号、数据信号和PCM信号都是属于数字信号
图1.3 数字信号示例
图1.7时间连续信号示例
图1.8时间离散信号示例
第三节
模拟通信和数字通信
图1.11
两类通信方式抗干扰性能比较
• 2. 便于加密处理
» 信息传输的安全性和保密性越来越受到重视，数字通信
的加密处理比模拟通信更容易实现。以语声数字通信为 例，经过数字变换后的信号就可以用简单的数字逻辑运
算进行加密处理，如图1.12所示。
图1.12
数字通信加密方法示意
• 3. 利于采用时分复用实现多路通信
肖萍萍 吴健学
人民邮电出版社 2008
课程任务
课程任务：掌握脉冲编码调制原、差错控制编
码、PDH技术、SDH帧结构、SDH同步复用与映 射、SDH网络、SDH设备、光电接口、传输损伤、
SDH管理网络等内容。
教学目的：掌握PDH、SDH传输系统的基本原
理，为今后从事信息与通信工作打下必要的理论
基础。
• 第一节
• 第二节 • 第三节 • 第四节
通信及通信系统构成
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
移动通信原理与系统(第4版) 第一章 移动通信概述
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1.3 移动通信频段
我国移动通信工作频段
原邮电部根据国家无委会规定现阶段取160MHz频段、450MHz 频段、900MHz频段作为移动通信工作频段，即
160 MHz频段：
138~149.9 MHz
150.05~167 MHz
450 MHz频段：
403~420 MHz
450~470 MHz
900 MHz频段：
21世纪的目标是实现任何地方任何时候任何人anywhereanytimeanyone的通信实现处处时时人人everywhereallthetimeeveryone的通现在和未来iotinternetthings11移动通信发展简述通信技术高速发展带来的代价数字芯片的处理能力每个摩尔定律用户数据速率以形式增长数字芯片的处理能力每个18月就增加1倍摩尔定律用户数据速率以指数形式增长无线通信技术的速率发展速度无线通信的速率每增加无线通信的速率每5年增加10倍通信高速发展带来运营商利润降低11移动通信发展简述mobilecommunicationtheory11移动通信发展简述接入方式典型代表第一代1g模拟蜂窝系统fdma美国amps系统欧洲tacs系统第二代2g数字蜂窝系统tdmagsm系统cdmancdma系统目标典型代表过渡代25g高速传输gprscdma20001x系统第三代3gimt2000全球漫游高质量多媒体业务系统容量管理能力保密性和服务质量均有很大改善欧洲wcdma系统北美cdma2000系统中国tdscdma系统第四代4gimtadvanced高速率各种数据话音业务全ip多协议新技术4g网络标准fddltetdlte第五代5g实现增强型移动宽带海量机器通信超高可靠低时延通信需求2020年完成5g终版本移动通信是指通信双方或至少有一方在运动状态下进行信息交换的通信体制先驱者
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第1章 绪 论
年代 1826~1897 1904~1940 1940~1960 1960~1970 1970~1980
1980~1990
1990~今
经历时间 71 年 36 年 20 年 10 年 10 年
激光、第一颗通信卫星、PCM 实验、激光通信、集成电路（IC）、数字信 号处理（DSP）、探月电视实况转播、高速数字计算机、
商用接力卫星通信（音频和数字）、Gbit 数字传输速率、大规模集成电路 （LSIC ）、通信集成电路、陆地间的计算机通信网络、低损耗光纤、光通信系 统、分组交换数字数据系统、星际间大型漫游发射、微处理器、计算机断层成 像、超级计算机
10 年
10 多年
表 1-1 与通信相关的历史事件 相关事件
欧姆定律、有线电报、电磁辐射方程、电话、麦克斯韦理论、无线电报等 二极管、空中辐射传输声音信号、信号放大器、有线电话传输、超外差无 线接收机、抽样定律、电传机、频率调制、调频无线电广播、脉冲编码调制（PCM）、 电视广播 雷达和微波系统、晶体三极管、香农“通信的数学理论”、通信统计理论、时分 多路通信、越洋电话电缆
第1章 绪 论
光传送网是通信网未来的发展方向,它可以处理高速率的 光信号,摆脱电子瓶颈,实现灵活、动态的光层联网,透明地支 持各种格式的信号以及实现快速网络恢复。因此,世界上许多 国家纷纷进行研究、试验,验证由波分复用、光交叉连接设备 及色散位移光纤组成的高容量通信网的可行性。光纤通信的 主要发展方向是单模长波长光纤通信、大容量数字传输技术 和相干光通信。
第1章 绪 论
1.1.2 通信技术的发展与展望 通信技术的发展主要体现在电缆通信、微波中继通信、光
纤通信、卫星通信、移动通信等几个方面。下面通过分析现代 通信技术的现状来看看未来通信的发展趋势。
电缆通信是最早发展起来的通信手段。其用于长途通信已 有60余年历史,在通信中占有突出地位。在光纤通信和移动通信 发展之前,电话、传真、电报等各用户终端与交换机的连接全靠 市话电缆。电缆还曾是长途通信和国际通信的主要手段,大西洋、 太平洋均有大容量的越洋电缆。据1982年统计,我国公用网长途 线路总长为18万余千米,其中90％为明线。目前,同轴电缆所占 的比例已上升到1/3左右。电缆通信主要采用模拟单边带调制和 频分多路复用(SSB／FDM)技术。由于光纤通信的发展,同轴电缆 逐渐被光纤电缆所取代。
卫星“空间接线总机”、移动/蜂窝电话系统、多功能数字显示、每秒 20 亿 取样数字示波、桌面印刷系统、可编程数字信号处理器、自动扫描数字调音接 收机、芯片加密技术、单片数字编码器和解码器、红外数据/控制链、音频播放 压缩盘、200 000 字光存储媒体、以太网、远距贝尔系统、数字信号处理器
全球定位系统（GPS）、高分辨率电视（HDTV）、甚小天线口径卫星（VSAT）、 全球蜂窝卫星系统、综合业务数字网（ISDN）、蜂窝电话、商用因特网
第1章 绪 论
微波中继通信始于20世纪60年代,它弥补了电缆通信的缺 点,较一般电缆通信,具有易架设,建设周期短等优点。它是目 前通信的主要手段之一,主要用于传输长途电话和电视节目, 目前模拟电话微波通信容量每频道可达6000路,其调制主要采 用SSB/FM/FDM等方式。
随着数字通信的发展,数字微波成为微波中继通信的主要 发展方向。早期的数字微波大都采用BPSK、QPSK调制,为了提 高频谱利用率,增加容量,现已向多电平调制技术发展,采用了 16QAM和64QAM调制,并已出现256QAM、1024QAM等超多电平调 制的数字微波。采用多电平调制,在40MHz的标准频道间隔内 可传送1920~7680路脉冲编码调制数字电话,赶上并超过模拟 微波通信容量。
第1章 绪 论
光纤通信是以光导纤维(简容量大、频带宽、传输损耗小、 抗电磁干扰能力强、通信质量高等优点,且成本低,与同轴电缆 相比可以节约大量有色金属和能源。光纤通信已成为各种通信 干线的主要传输手段。
目前,单波长光通信系统速率已达10Gb／s,其潜力已不大, 采用密集波分复用(DWDM)技术来扩容是当前实现超大容量光传 输的重要技术。近年来,DWDM技术取得了较大的进展,美国AT&T 实验室等机构已成功地完成了Tb／s的传输实验。
第1章 绪 论
卫星通信的特点是通信距离远,覆盖面积大,不受地形条 件限制,传输容量大,建设周期短,可靠性高。自1965年第一颗 国际通信卫星投入商用以来,卫星通信得到迅速发展,现在第 六代国际通信卫星即将投入使用。目前,卫星通信的使用范围 已遍及全球,仅国际卫星通信组织就拥有数十万条话路,80％ 的洲际通信业务和100％的远距离电视传输业务均采用卫星通 信,卫星通信已成为国际通信的主要手段。同时,卫星通信已 进入国内通信领域,许多发达国家和发展中国家均拥有国内卫 星通信系统。
第1章 绪 论
我国自20世纪70年代起,开始将卫星通信用于国际通信,从 1985年起开始发展国内卫星通信。至今,我国已发射5颗同步通 信卫星,连同租借的国际卫星的转发器,已拥有22个转发器。并 与182个国家和地区开通了国际通信业务,初步组织了国内公用 卫星通信网及若干专用网。
卫星通信中目前大量使用的是模拟调制及频分多路和频分 多址技术。如同其他通信方式一样,其发展方向也是数字调制、 时分多路和时分多址。卫星通信正向更高频段发展,采用多波 束卫星和星上处理等新技术,地面系统的主要发展趋势是小型 化。近年来蓬勃发展的VSAT(甚小口径终端)小站技术集中反映 了调制／解调、纠错编码／译码、数字信号处理、通信专用超 大规模集成电路、固态功放和低噪声接收、小口径低旁瓣天线 等多项新技术的进步。
第1章 绪 论
第1章 绪 论
1.1 通信的发展 1.2 通信的概念 1.3 通信系统 1.4 信息论基础 1.5 通信系统的性能指标 1.6 通信信道的基本特性
第1章 绪 论
1.1 通信的发展 1.1.1 通信发展简史
远古时代的人类用表情和动作进行信息交流,这是最原始 的通信方式。后来,人类在漫长的生活中创造了语言和文字, 进一步实现了语言和文字的消息交流。除此之外,人类还创造 了许多消息的传递方式,如古代的烽火台、金鼓、锦旗和航行 用的信号灯等,这些都是解决远距离消息传递的方式。