《数字通信原理》第1章 绪论

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1、数字通信原理数字通信原理说说 明明本课件是电子工业出版社数字通信原理(2012年版)的教学辅助材料；本课件提供给使用本教材的所有老师使用。老师们使用时可根据需要进行各种必要的修改；本课件强调数字通信原理的基本概念和原理，强调学生对通信过程物理意义的理解；有关各种定理的详细证明过程的分析和理解，期待学生通过阅读教材获得，在本课件中省略。第第1 1章章 绪论绪论本章的基本内容本章的基本内容：简要介绍通信的目的；简要介绍通信技术发展的历史；介绍通信系统、特别是数字通信系统的基本组成和特点；介绍数字通信系统的有关术语、主要性能指标和度量参数。第一章第一章 绪论绪论1.1 1.1 引言引言第一章第一章

2、绪论绪论第一章第一章 绪论绪论本课程的特点：系统综合性课程。本课程的特点：系统综合性课程。通信的基本概念通信的基本概念 通信的目的通信的目的：要克服某种障碍，实现信息高效、准确地传递。 (1) 克服距离上的障碍，实现信息的传送； (2) 克服时间上的障碍，实现信息传递和传承。 狭义的通信系统狭义的通信系统：利用电信号和光信号来传递信息的电通信、光通信或电光混合的通信系统。 广义的通信系统广义的通信系统：电通信、光通信，普通邮件、报纸、杂志、各种介质的记录与重放等等。第一章第一章 绪论绪论 通信的基本概念(续)通信通信：克服距离上的障碍，交换和传递消息；消息消息：文字、符号、数据、图片、语音和活

3、动图像；信息信息：信息是消息的内涵，消息是信息的载体；内涵，消息是信息的载体；信号信号：与消息一一对应的电量，它是消息的物质载体；数字信号数字信号：时间和幅度取值均为离散的信号；通信系统通信系统：传递信息所需的一切技术设备的总和；数字通信系统数字通信系统：传输数字信号的通信系统。1.2 1.2 近代与现代通信技术的发近代与现代通信技术的发展与现状展与现状第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪论近代通信的发展重要事件近代通信的发展重要事件1837年莫尔斯发明了有线电报;1864年麦克斯韦提出电磁辐射(麦克斯韦)方程组;1887年赫兹的实验验证了电磁波的存在;1876年贝尔发明了电话机，实现了

4、声音的传递;1892年阿.勃.史瑞乔发明自动电话交换机1896年马可尼发明了无线电报1918年出现调幅无线广播1924年奈奎斯特提出了抽样定理 1933年阿姆斯特朗发明了调频无线广播 1937年瑞维斯发明脉冲编码调制 第一章第一章 绪论绪论近代通信的发展重要事件(续)1938年开通电视广播;1942年维纳提出了加性噪声环境下最佳线性滤波方法;1946年第一台数字电子计算机诞生;1948年香农创立信息论;1948年巴丁、布拉顿和肖克利等人发明晶体管1958年发射第一颗通信卫星1960年发明激光1961年研制出集成电路1964年高锟发明光纤 1969年建立分组交换网第一章第一章 绪论绪论近代通信的

5、发展重要事件近代通信的发展重要事件( (续续) )1973年V. Cerf和B. Kahn发表了有关分组交换通信协议的论文1977年分组交换通信协议演变成当今全球通信和计算机互联互通的标准：TCP/IP协议1980(80年代)到现在蜂窝移动通信系统获得广泛应用(1G/2G/3G/(LTE)4G)1990(90年代)到现在光纤获得广泛应用 1.3 1.3 数字通信系统的基本组成数字通信系统的基本组成第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪论数字通信系统的基本组成数字通信系统的基本组成第一章第一章 绪论绪论数字通信系统的基本组成(续)信源信源：输出的待传输的消息;信源编码器信源编码器：信源编码器

6、完成模拟信号到数字信号的转化;信道编码器信道编码器：对传输的数字信号提供差错控制的保护;数字调制器数字调制器：将数字符号序列变换成适合在特定的信道中传输的信号波形;信道信道：信道是传送信号的物理媒质。数字解调器、信道译码器、信源解码器数字解调器、信道译码器、信源解码器完成与数字调制器、信道编码器和信源编码器相反的功能 1.4 1.4 数字通信的特点数字通信的特点第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪论数字通信的优点数字通信的优点 (1)(1)抗噪声和干扰能力强：抗噪声和干扰能力强：数字信号最大的特点是它只有有限种状态，易于识别和重构; 示例示例1：数字通信中的每个数字符号形式上可以是一个连

7、续信号。 四相调相信号(QPSK)，每个的符号差异在于其不同的相位，QPSK信号只有有限的4种相位； 第一章第一章 绪论绪论数字通信的优点(续) 示例示例2：两状态的基带信号经传输后在可识别情况下很容易实现重建。 第一章第一章 绪论绪论数字通信的优点(续) 示例示例3：受扰的四相调相信号的失真容限。 失真容限 信号重建 第一章第一章 绪论绪论数字通信的优点(续) (2)便于提高消息传输效率便于提高消息传输效率 很容易对数字信号进行各种压缩变换处理； 很容易实现时分复用以提高电缆光缆等的传输效率。 示例示例4 4：时分复用： 第一章第一章 绪论绪论数字通信的优点数字通信的优点( (续续) ) (

8、3)便于在传输过程进行差错控制便于在传输过程进行差错控制 示例示例5 5 纠错编码： 原信息码组：100 通过纠错编码生成的码字：110100 传输，码字受到噪声和信道非理想等影响 因受干扰接收端收到出错的码字：110000 纠错译码恢复正确的码字：110100 译码后恢复原信息码组：100 第一章第一章 绪论绪论数字通信的优点(续) (4)便于对信息进行加密处理便于对信息进行加密处理 示例示例6 6 古典置换密码编译码 密钥CHINADigitalCommunicationIsFun明文：明文： DigitalCommunicationIsFun DigitalCommunicationIs

9、Fun 密文：密文： tmcnnDamaiIilutsgCniFioioutmcnnDamaiIilutsgCniFioiou第一章第一章 绪论绪论数字通信的特点(续) (5)便于采用大规模集成电路实现便于采用大规模集成电路实现 利用专用的集成电路芯片(ASIC)搭建 利用通用的集成电路芯片(FPGA)搭建 利用专用的数字信号处理器(DSP)构建 利用通用的通用的数字信号处理器(DSP)构建 利用通用计算机系统构建 综合利用上述一种或多种方法构建 第一章第一章 绪论绪论数字通信的缺点数字通信的缺点 (1)需要采用较复杂的同步技术； (2)当信号的失真大于失真门限时，收到的是完全错误的符号。 1

10、.5 1.5 数字通信系统的基本性能数字通信系统的基本性能指标及其度量参数指标及其度量参数第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 绪论绪论数字通信系统的主要性能指标及度量参数数字通信系统的主要性能指标及度量参数 (1)比特率比特率 ：比特率是指在单位时间内可传输的二进制数据（“0”或“1”）的位数。 单位：比特/秒，bits/s，b/s 或 bps。 (2)码元速率码元速率 ：又称符号速率、波特率。码元速率是指在单位时间内可传输的码元的个数。 单位: 波特波特（Baud） 波特率与比特率间的关系： 第一章第一章 绪论绪论数字通信系统的主要性能指标及度量参数(续) (1)带宽带宽 ：对信号信号来说，带宽一般是指该信号所占据的频带宽度；对信道信道来说，带宽一般是指该可利用的频带宽度。 带宽单位：赫兹。 (2)带宽利用率带宽利用率 定义定义1 1 每秒每赫兹可传输的比特位数： 单位： 定义定义2 2 每秒每赫兹可传输的符号数： 单位：第一章第一章 绪论绪论数字通信系统的主要性能指标及度量参数(续) (3)信噪比信噪比 信号平均功率与噪声平均功率的比值 SNR的分贝值： 平均传输1比特所需能量 与噪声功率密度谱 的比值第一章第一章 绪论绪论数字通信系统的主要性能指标及度量参数(续) (4)误码率误码率 (5)误比特率误比特率 第一章第一章 绪论绪论第一章第一章 结结 束束