1送至其他信宿數(shù)字通信系統(tǒng)的組成多址噪聲+干擾多址信源

編碼信源

譯碼發(fā)送

設(shè)備信道接收設(shè)備信源信宿同步與定時(shí)信道

編碼多路

復(fù)接多路

分接信道

譯碼調(diào)制解調(diào)加密解密通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的分類及通信方式信息及其度量通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)通信的概念2345第一章

緒論3第1章

緒

論本章學(xué)習(xí)目標(biāo)：1、掌握通信基本概念。2、掌握通信系統(tǒng)的組成及各部分的作用。3、了解通信系統(tǒng)的分類和工作方式。4、理解數(shù)字通信系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)。5、掌握通信系統(tǒng)的有效性和可靠性指標(biāo)。4一、通信系統(tǒng)的基本模型●不同的通信系統(tǒng)均可概括為如下基本模型信

源

發(fā)送設(shè)備

信

道

接收設(shè)備

受信者(發(fā)送端)

(接收端)噪聲源圖1

—

1

通信系統(tǒng)的一般模型三、模擬通信和數(shù)字通信●模擬通信：用模擬信號(hào)傳消息的通信●數(shù)字通信：用數(shù)字通信傳消息的通信●相應(yīng)地的通信系統(tǒng)為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)

字通信系統(tǒng)。6圖1.2

模擬通信系統(tǒng)模型問(wèn)題1:何為基帶信號(hào)?話音和圖像基帶信號(hào)的

頻率范圍大致為多少?問(wèn)題2:為何基帶信號(hào)往往要經(jīng)過(guò)調(diào)制以后進(jìn)行

傳輸?1、模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)模型噪聲源變換器

反變換器非電/電變換器

調(diào)制器

(發(fā)話器)電/非電變換器(收話器)發(fā)信者

k發(fā)話者收信者

受話者)信道解調(diào)器信

宿信源譯碼器信道譯碼器解

調(diào)

器調(diào)制器信道編碼器信源編碼器信

源2、數(shù)字通信系統(tǒng)模型噪聲源2、數(shù)字通信系統(tǒng)模型信

源

：輸出的是待傳送的信號(hào)。它可以是模擬信號(hào)，也可

以是數(shù)字信號(hào)。信源編碼器：信源輸出為模擬信號(hào)時(shí)，完成模/數(shù)變換；信源輸

出為數(shù)字信號(hào)時(shí)，完成壓縮編碼等功能。加密器：用于需要保密通信的系統(tǒng)92、數(shù)字通信系統(tǒng)模型信道編碼器：作用是提高可靠性，進(jìn)行差錯(cuò)控制編碼。調(diào)制器：將待傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)適當(dāng)變化，以適于信道傳輸。信道

：信號(hào)在媒質(zhì)中傳輸?shù)耐?。噪聲?/p>

：信號(hào)在信道傳輸過(guò)程中受到的加性干擾。解調(diào)器：將調(diào)制信號(hào)還原成基帶信號(hào)102、數(shù)字通信系統(tǒng)模型信道解碼器：對(duì)信號(hào)完成糾檢錯(cuò)功能解密器：加密的反變換。信源解碼器：完成數(shù)/模變換或解壓縮編碼等功能信宿

：受信者同步系統(tǒng)：因分散未畫出。但它卻是數(shù)字通信系統(tǒng)中必不可少的組成部分。111.3.1通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)的分類方式很多，我們僅介紹如下的常見(jiàn)方式。按通信業(yè)務(wù)：話務(wù)通信和非話務(wù)通信按傳輸媒介：有線通信系統(tǒng)和無(wú)線通信系統(tǒng)按信號(hào)特征：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)按調(diào)制方式：基帶傳輸和頻帶(調(diào)制)傳輸按工作頻段：長(zhǎng)波通信、中波通信、短波通信和微波通信按信號(hào)的復(fù)用方式：FDM/TDM/CDM121.3.2通信方式●按數(shù)字信號(hào)代碼排列的順序可分為●并行傳輸：將代表信息的數(shù)字序列以成組的

方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸行方式接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備(a)(b)(a)

并行傳輸；(b)串行傳輸131.3.2通信方式在點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信系統(tǒng)中●按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系分為●單工通信：消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣?/p>

式●半雙工通信：通信雙方都能收發(fā)消息，但

不能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方式●全雙工通信：通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消

息的工作方式14I=op

1ogP(信息量的單位取決于底a,當(dāng)a=2時(shí)，則信息量的單位為比特

(bit);當(dāng)a=e

時(shí)，則信息量的單位為奈特

(nite);當(dāng)a=10時(shí)，則信息量的單位為十進(jìn)制單位(或

哈特萊)。15三、數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)傳輸速率——有效性差錯(cuò)概率——可靠性161、傳輸速率●碼元傳輸速率●信息傳輸速率●頻帶利用率17傳輸速率——碼元傳輸速率RB碼元傳輸速率(碼元速率或傳碼率):每秒傳送的碼元(波形)數(shù)，即碼元(波形)數(shù)/秒。RB=1/Tb其單位為波特(Baud),簡(jiǎn)稱波特率，常用符號(hào)“B”表示。碼元速率與數(shù)字信號(hào)的進(jìn)制沒(méi)有關(guān)系，只與碼元寬度有關(guān)。即碼元傳輸

速率僅僅表征單位內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)目，而沒(méi)有限定碼元是何種進(jìn)制的，

即碼元可以是多進(jìn)制的，也可以是二進(jìn)制的。18傳輸速率——信息傳輸速率RB信息傳輸速率簡(jiǎn)稱傳信率，又稱信息速率。它表示單位時(shí)間(每秒)

內(nèi)傳送數(shù)據(jù)信息的比特?cái)?shù)，單位為比特/秒，可記為“b/s”。在信息論中已定義：

信源發(fā)出信息量的度量單位是“比特”。

一

個(gè)二進(jìn)制碼元，即一個(gè)“0”或“1”,在等概率(即P=1/2)發(fā)送

條件下輸出1

bit信息，所以信息速率的單位是b/s。19【例1.3】某二元碼序列的信息速率是2400bit/s,若改用八元碼序列傳送該

序列，試求碼元速率為多少?角

繹

=

畫【例1

.4】某消息用十六元碼序列傳送時(shí)，碼元速率是300

baud,

問(wèn)：其信息速率為多少?若碼元寬度不變，改用二元碼序列傳送該消

息，試求信息速率為多少?角

軍

∈l谷20信息傳輸速率頻帶寬度”=B

b/s/Hz對(duì)二進(jìn)制傳輸時(shí)可表示為η=212、主要性能指標(biāo)——差錯(cuò)概率●誤碼率：錯(cuò)誤接收碼元在傳送碼元總數(shù)中

所占的比例?！裾`信率：又稱誤比特率。是錯(cuò)誤接收的信

息量在總傳送信息量中的比例?！翊a組差錯(cuò)率：差錯(cuò)碼組占總碼組的比例。22(3)誤碼率與誤信率的關(guān)系二進(jìn)制時(shí)，Pe=Pb,

多進(jìn)制時(shí)，與譯碼方式等有關(guān)，

一般Pe>Pb,顯然，誤碼率越小，通信的可靠性越高?！纠?.5】某消息以2Mbit/s的信息速率通過(guò)

有噪聲的信道，在接收機(jī)輸出端平均每小時(shí)

出現(xiàn)72bit

差錯(cuò)。試求誤信率。角

軍

=譯23作業(yè)處理：P12

頁(yè)242.1

信號(hào)分析2.2信道的定義與分類2.3

信道的模型2.4信道特性對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?.5

信道中的噪聲2.6

信道容量25第2章

信號(hào)與信道2026/1/10251.掌握信號(hào)的頻譜和頻帶寬度。2.掌握信道的概念和分類。3.理解調(diào)制信道和編碼信道的模型4.掌握恒參信道的傳輸特性。5.了解變參信道對(duì)信號(hào)的影響。6.理解噪聲的概念和分類。7.掌握信道容量的概念。2026/1/10

26

262.1.1基本信號(hào)的時(shí)域描述1.

正弦信號(hào)正弦信號(hào)和余弦信號(hào)，兩者僅在相位上相差

,可以統(tǒng)稱為正弦信號(hào)，一般寫為：式中，好辰幅，

為角頻率，其波形如圖2-1所示2026/1/1027

27為初相位。上式表明，除t=0時(shí)刻外，單位沖激信號(hào)的

函數(shù)值處處為零，而在t=0時(shí)刻，其函數(shù)值

為無(wú)限大，并且整個(gè)信號(hào)與橫軸所包圍的面

積為1。2026/1/10282.

單位沖28對(duì)于任一連續(xù)時(shí)間函數(shù)f(t),

若它在t=t?時(shí)

刻連續(xù)，且函數(shù)值為f(t?),則有2026/1/10

29

29當(dāng)t=0時(shí)，有3.

Sa(t)函數(shù)(取樣函數(shù))所謂取樣函數(shù)是指

sin

t與t之比構(gòu)的函數(shù)，以符號(hào)

Sa(t)

表示。sintSat)=t2026/1/10

30

30Sa(t)函數(shù)特性

：(1)Sa(t)

是一個(gè)偶函數(shù)，隨著時(shí)間t的增大，其函

數(shù)值逐漸減小。(

2

)當(dāng)t=0時(shí)，Sa(t)的值最大且為1。(3)當(dāng)

時(shí)

，Sa(t)的值等于

零。2026/1/10

31

31F(w)0F(-2)+F(o+O)W?

W4f(t)(a)0f(t)cos(b)2026/1/10

32tw?t2.2

信道的定義與分類2.2.1信道的定義信道，通俗地說(shuō)，是指以傳輸媒質(zhì)為基礎(chǔ)的信號(hào)通路。具體地說(shuō)，信道是指由有線或無(wú)線電線路提供的信號(hào)通路。信道的作用是傳輸信號(hào)，它提供一段頻帶讓信號(hào)通過(guò)，同時(shí)又給信號(hào)加以限制和損害。2026/1/10

33

33狹義信道出

收討論數(shù)字通信一般原理時(shí)，常用廣義信道?！皬V義信道”簡(jiǎn)稱

“

信

道

”石

石

器

器譯碼器調(diào)制信道編碼信道信道的定義342.5.1噪聲的分類根據(jù)噪聲的來(lái)源不同，噪聲可以分為人為噪聲和自然噪聲兩大類。按照噪聲性質(zhì)的不同，噪聲可以分為脈沖噪聲、窄帶噪聲和起伏噪聲三類。2026/1/10

35

352.香農(nóng)公式假設(shè)連續(xù)信道的加性高斯白噪聲功率為N(W),信道的帶寬為B(Hz),信號(hào)功率

為S(W),

則該信道的信道容量為：當(dāng)信道特性

(B

、S

和n0)給定以后，上式表示理論上單位時(shí)間內(nèi)可能傳輸?shù)男畔⒘康臉O限數(shù)值。2026/1/10

3636第4章模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸37是

C?=1Is≥128△否

C?=0否C?=0是

C?=1I≥256△否

C?=0是

C4=1Is≥64△Is≥512△否

C?=0是

C?=1逐次比較型的編碼原理Is≥32△否

C?=0否

C?=0是

C4=1Is≥16△是

C4=1Is≥1024△段落碼的判定過(guò)程否

C?=0

38是

C?=1樣值I2026/1/10編碼舉例【例4.5】設(shè)輸入信號(hào)抽樣值Is

=+1260

△(其中△為一個(gè)量化單位，表示輸入信號(hào)歸

一化值的1/2048),采用逐次比較型編碼器，

按A律13折線編成8位C1C2C3C4C5C6C7C839結(jié)

論●經(jīng)過(guò)七次比較，對(duì)于模擬抽樣值+1260△

編出的PCM碼組為11110011●它表示的量化值應(yīng)該在第8段落的第3間隔中間，即等于1216△+64△/2=1248△。

將此量化值和信號(hào)抽樣值相比，得知量化

誤差等于1260

△-1248△

=12△●7位非線性碼11110011對(duì)應(yīng)的11

位線性

碼為1001100000040量化段序號(hào)段落標(biāo)志非線性碼(幅度碼)線

性

碼

(幅度碼)起始電平(J)段落

碼a2

a3

a4段內(nèi)碼的權(quán)值(S)a5

a6

a7

a8B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10B1110245122561286432168421(8)C8

·1024111512256128641a5a6a7.a81*000000(7)C751211

02561

8643201a5a6a7a81*00000(6)C62561

0

1128643216001a5&6a7a81*0000(5)C512810

064321680001a5a6a7a81*000(4)C4640

1

132168400001&5a6a7a81*00(3)C3320

1

016842000001a5a6a7a81*0(2)C2160

0

1842100.0.0001a5a627a81

·(1)CI00

0084210000、000a5a6a7a81*注：①a5～as碼以及B1～B12碼下方的數(shù)值為該碼的權(quán)值1*項(xiàng)為收端解碼時(shí)

補(bǔ)差項(xiàng)，在發(fā)端編碼時(shí)，該兩項(xiàng)均為零城213折線A律非線性碼與線性碼之間的關(guān)系41譯碼舉例【例4.6】設(shè)收到的碼組11110011,將其譯碼輸

出。1

.

極

性

碼●碼組D1=1●可見(jiàn)●樣值脈沖為正極性42第4章模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸2、傳輸PCM

信號(hào)所需的最小帶寬：※抽樣速率的最小值f?=2fH,這時(shí)碼元傳輸速率為

RB=kf?=2kfμ,

按照第5章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中分析的

結(jié)論，在無(wú)碼間串?dāng)_和采用理想低通傳輸特性的情況

下，所需最小傳輸帶寬(Nyquist

帶寬)為BpcM=RB/2=kf?/2=kfn

?！?/p>

采用升余弦傳輸特性的情況下，所需最小傳輸帶寬

為

BPcM=RB=kf?=2k

fH必以常用的k=8,f?=8kHz

為例，實(shí)際應(yīng)用的帶寬

B=k

·f?=64

kHz,

顯然比直接傳輸語(yǔ)音信號(hào)m(t)的

帶寬(

4kHz

)

要大得多。x;(2)※

幀

-

T?2T※時(shí)隙

-

T/3通通23通4.6

時(shí)分復(fù)用

(

TDM)旋轉(zhuǎn)開關(guān)傳輸系統(tǒng)3x?(t)x?(t)x(t)→PAM

時(shí)分

復(fù)用

原理x?(7)x?()低低低低低低通通通x??(t)3T.x?()24.6時(shí)分復(fù)用

(

TDM)

m?(t)0

T

3T4Tt(b)信號(hào)3而(7)的采樣m?(t)T+T/N(c信號(hào)2T古的采樣N2T

3T

4T

t旋轉(zhuǎn)

開關(guān)采集到的信

號(hào)時(shí)隙13T+T/N(d)45數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的組成數(shù)字基帶信號(hào)的波形及其頻譜

基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型無(wú)碼間串?dāng)_的基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶信號(hào)的再生中繼傳輸眼圖46

465.1>5.2

>5.

3

>5.4

5.5

>

5.62026/1/10特性。5.理解再生中繼器的組成和作用。6

.

理

解眼圖的

功

能

。2026/1/10

47

47基帶傳輸和頻帶傳輸基帶信號(hào)來(lái)自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號(hào)，往往包含豐富的低頻分量，甚至直流分

量，稱之為數(shù)字基帶信號(hào)。數(shù)字基帶傳輸直接傳數(shù)字基帶信號(hào)的方式。頻帶傳輸大多數(shù)信道不能直接傳輸數(shù)字基帶信號(hào)，必須把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬

移到適合信道的頻域才能傳輸，這種傳輸稱為頻帶傳輸。485.2.1

數(shù)字基帶傳輸常用的碼型單極性非歸零碼雙極性非歸零碼單極性歸零碼雙極性歸零碼差分碼(相對(duì)碼)多電平碼49 四種基本碼型的對(duì)比1

0

1

0

1

1

單極性不歸零碼十E單極性歸零碼

1

0

01

0

1

1雙極性不歸零碼雙極性歸零碼差分碼參考電平

1

0

10

0

11十E0

….—E用脈沖極性的變化與否表示“1”和“0”。編碼：見(jiàn)“1”就改變極性。見(jiàn)“0”不變極性。譯碼：極性變就譯為1,極性不變譯為0。o

0.81.62.43.24.O

0.81.62.43.24.Of/fb

f/fb※凡是信源“0”、“1”等概的雙極性碼均無(wú)離散譜

。單極性歸雯碼的離散逆中右主宣的定時(shí)公量0

0.4

O.

8

1.2

1.62.O0

0.40.8

1.21.62.0f/fbf/fb單極性歸零半

占

空P=

0.50.

O0422雙極性不歸零P=0.5雙極性歸零半

占

空P=0.5單極性不歸零P=0.50.120.080.0625o.040.60.40.250.22.01.51.00.50.60.40.20.050752T5.3.2

基帶傳輸?shù)某Ｓ么a型AMI

碼HDB3碼數(shù)字雙相碼密勒碼CMI

碼531、AMI碼(傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼)Alternate

MarkInversionAMI碼的全稱是傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼。是一種將消息代碼0(空號(hào))和1(傳號(hào))按

如下規(guī)則進(jìn)行編碼的碼：代碼中“0”仍為0,而代碼中的“1”交替地變換為

+1、-1、+1、-1..…。消息代碼：10011000111IAMI

碼：+100-1+I000-1+1-1+154HDB3

碼總結(jié)HDB3

碼編碼規(guī)則為：連0數(shù)少于4時(shí)同AMI碼連0數(shù)等于或大于4時(shí)，加取代節(jié)000V,V

為破壞脈沖，極性與前面一個(gè)“1”極性相同，碼中破壞脈沖的極性要求正、負(fù)交替，當(dāng)取代節(jié)間“1”

的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則所加的取代節(jié)均為000

V連0數(shù)等于或大于4時(shí)，但取代節(jié)間“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，雖第一個(gè)取代

節(jié)仍為000

V,

但第二取代節(jié)要變?yōu)锽OOV,B為補(bǔ)“1”脈沖，極性與前面

“1”相反，目的是保證破壞脈沖極性的正、負(fù)交替。這時(shí)V

脈沖的極性

與B脈沖相同。55001000011000011001AMI(a)(b)56HDB3

碼HDB3

的譯碼：·

因?yàn)镠DB3編碼的結(jié)果，凡是單個(gè)的同極性脈沖

都代表1,且中間少于四個(gè)連0;凡是雙連的同極性

脈沖都代表存在四個(gè)連0。碼流中不存在三連或更多

的同極性脈沖?！に宰g碼規(guī)則很簡(jiǎn)單：雙連的同極性脈沖，將后

面的V

碼譯為0的同時(shí)，且將V

碼前面的三個(gè)碼元也

都譯為0;單個(gè)的同極性脈沖，無(wú)論什么級(jí)性都譯為1。這樣一來(lái)，B00V和000V都被譯為0000,既不會(huì)

把B

當(dāng)作1,也不會(huì)把000V

前面的1當(dāng)作0。HDB?碼：-10100010

00-101-100-101信息代碼：

1010000000101000001單極性歸零

0A雙極性歸零-A

A差分碼

0A數(shù)字雙相碼

-A

ACMI碼

0A密勒碼

-A波