增加内容数字通信基础知识.ppt

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1、增加章节 数字通信基础知识2.1 什么是数字通信？2.2 怎样发送数字信息？2.3 信道与干扰问题2.4 怎样接收数字信息？2.5 数字信息传错了怎么办？2.6 数字保密通信概念2.7 同步问题? 2.8 信道多路复用原理2.1什么是数字通信？1.各种消息是怎样转化成数字的？各种消息是怎样转化成数字的？2.数字通信系统的组成数字通信系统的组成3.数字通信的特点数字通信的特点4.数字通信系统的好坏怎样衡量？数字通信系统的好坏怎样衡量？1.各种消息是怎样转化成数字的？l离散的消息：离散的消息：“编码编码” l连续的消息：连续的消息： 第一步：第一步：“取样取样”， 第二步：第二步：“量化量化”，

2、第三步：第三步：“编码编码” F（t）76543210t1 t2 tn t F2F1Fn010 100 101 110 111 101 011 010 000 001 t1 t2 tntF（t）76543210t1 t2 tn t F2F1Fnt(d)(c)(b)(a)图1-1 连续消息的数字化(a)取样 (b)量化 (c)量化误差 (d)编码取样定理与非线形编码取样定理与非线形编码l显然，显然，这些些样品要取得足品要取得足够密，密，究竟要密到什么程度呢究竟要密到什么程度呢? ?l只要取样频率只要取样频率( (即取样时间间隔的倒数即取样时间间隔的倒数) )为曲线为曲线( (即信号即信号) )的

3、的变化率最大值变化率最大值( (即即信号最高频率信号最高频率) )的二倍的二倍即可。满足了这个即可。满足了这个取样定理，就可以用一个取样定理，就可以用一个截止频率等于信号最高频率截止频率等于信号最高频率的低的低通滤波器，从这些样品值序列毫不失真地恢复原信号。通滤波器，从这些样品值序列毫不失真地恢复原信号。l国际电报电话咨询委员会（国际电报电话咨询委员会（ITU-TITU-T）建议的一种话音建议的一种话音PCMPCM编编码率曲线，码率曲线，它是它是针对话音信号音信号动态范范围的的时间分布分布规律律为大部分大部分时间处于小信号状于小信号状态这一特点制定的一特点制定的。按按这条条非线非线形形曲曲线编

4、码，每一路，每一路话音的音的PCMPCM编码速率速率为6464千比特千比特/ /秒秒，可，可以达到国以达到国际长途途电话通信的通信的质量量标准准. . 2.数字通信系统的组成 以传输声音的数字通信系统为例： 声声- -码转换器器的任的任务是把是把连续不断不断输入的声音入的声音转换成由数字信成由数字信息息单元元组成的信息序列成的信息序列 。声音声音声-码转换器波形产生器（调制器）发信机收信机波形识别器（解调器）码-声转换器信道干扰2.数字通信系统的组成波形产生器波形产生器( (又称调制器又称调制器) )的任务是把各种数字信息脉冲转换成的任务是把各种数字信息脉冲转换成适当的数字波形，这些数字波形要

5、根据信道的特点来选择。波适当的数字波形，这些数字波形要根据信道的特点来选择。波形的数目与信息脉冲种类相同，二元制的情况下，波形数为二形的数目与信息脉冲种类相同，二元制的情况下，波形数为二个，个，N N元制情况下，波形数为元制情况下，波形数为N N个。个。声音声音声-码转换器波形产生器（调制器）发信机收信机波形识别器（解调器）码-声转换器信道干扰2.数字通信系统的组成发信机发信机的任务是把数字波形搬到适当的通信频段，并进行的任务是把数字波形搬到适当的通信频段，并进行功率放大，然后送入信道。功率放大，然后送入信道。由于信道衰减，由于信道衰减，收信机收信机收到信号后要进行适当放大，然后收到信号后要进

6、行适当放大，然后把信号搬移到数字波形本身频段上。把信号搬移到数字波形本身频段上。 声音声音声-码转换器波形产生器（调制器）发信机收信机波形识别器（解调器）码-声转换器信道干扰2.数字通信系统的组成理想情况下的理想情况下的收信机收信机输出应该与发信机输入相同。可惜，实际输出应该与发信机输入相同。可惜，实际信道传输特性不是理想的，信号通过后总要产生一定程度的畸信道传输特性不是理想的，信号通过后总要产生一定程度的畸变。另外，进入收信机的还有来自其他电磁波源的干扰，加上变。另外，进入收信机的还有来自其他电磁波源的干扰，加上收信机内部的噪声。收信机内部的噪声。所以实际收信机的输出是已经某种畸变的所以实际

7、收信机的输出是已经某种畸变的数字波形、干扰与噪声的混合物。数字波形、干扰与噪声的混合物。声音声音声-码转换器波形产生器（调制器）发信机收信机波形识别器（解调器）码-声转换器信道干扰2.数字通信系统的组成波形波形识别器器( (又称解又称解调器器) )的任的任务是是对收信机收信机输出的混合物出的混合物进行行识别，判断究，判断究竞收到的是什么波形收到的是什么波形? ?并把数字波形序列并把数字波形序列转换成数成数字信息序列。字信息序列。码/ /声声转换器器输出的声音中会出出的声音中会出现所所谓的的量化噪声量化噪声。声音声音声-码转换器波形产生器（调制器）发信机收信机波形识别器（解调器）码-声转换器信道

8、干扰声音声音声-码转换器波形产生器（调制器）发信机收信机波形识别器（解调器）码-声转换器信道干扰消息出消息入模-数转换器波形产生器数-模转换器波形识别器信道干扰图1-3数字通信系统基本组成“差错控制技术差错控制技术” 由由于于干干扰扰和和噪噪声声的的破破坏坏，传传输输数数字字信信息息，难难免免要要出出错错，出出了了错错有有没没有有办办法法纠纠正正呢呢? ? 要要完完全全纠纠正正过过来来，目目前前还还没没有有办法，但是把差错纠正到一定限度以下是有办法的。办法，但是把差错纠正到一定限度以下是有办法的。 办办法法是是对对要要传传输输的的原原始始数数字字信信息息加加入入一一些些保保护护成成分分，组组成

9、成所所谓谓抗抗干干扰扰编编码码，在在接接收收端端按按一一定定的的规规则则进进行行解解码码，从从解解码码中中发发现现错错误误或或纠纠正正错错误误。关关于于这这方方面面的的内内容容，总总称称为为“差差错错控控制制技技术术”。差差错错控控制制技技术术不不仅仅在在数数字字通通信信中中，而且在计算机、自动控制等领域均有很多应用。而且在计算机、自动控制等领域均有很多应用。“保密” 此此外外，在在数数字字通通信信中中，还还可可以以比比较较简简单单而而有有效效地地实实现现保保密密通通信信。办办法法是是用用人人为为产产生生的的密密码码把把被被传传的的数数字字序序列列搅搅乱乱，这这种种密密码码可可以以采采用用周周

10、期期非非常常长长的的伪伪随随机机序序列列，甚甚至至采采用用完完全全无无规规律律的的噪噪声声码码，这这叫叫作作加加密密；在在接接收收端端，利利用用与与发发端端完完全全相相同同的的密密码码复复制制品品，对对接接收收到到的的数数字字序序列进行列进行解密解密。 这这样样，如如果果我我们们把把“差差错错控控制制”、“保保密密”等等内内容容都都考考虑虑进进去去，一一个个完完整整的的数数字字通通信信系系统统的的组组成成，就就如如下下图图所所示。示。消 息 源模数转换器加 密 器抗干扰编码器波形产生器收 信 者数模转换器解 密 器抗干扰解码器波形识别器信道干扰图1-4 一个完整的保密数字通信系统的组成“同步同

11、步” 其其实实，真真正正要要构构成成数数字字通通信信系系统统，仅仅按按图图1-1-4 4组组成成是是不不行行的的，还有一个必不可少的组成部分，叫做还有一个必不可少的组成部分，叫做“同步同步”。为什么？。为什么？数数字字信信息息序序列列，是是按按一一定定的的节节拍拍传传输输的的，如如果果收收、发发两两地地节拍不同，步调不一致，必定要乱套。节拍不同，步调不一致，必定要乱套。发发送送的的数数字字信信息息序序列列常常常常是是分分组组的的，在在收收端端必必须须知知道道这这些些分分组组的的头头尾尾，否否则则就就无无法法把把收收到到的的信信息息序序列列恢恢复复成成原原始始的的消消息。息。打打个个比比方方来来

12、说说，同同步步问问题题可可以以看看做做是是一一个个“对对表表”问问题题，收收发发两两地地两两块块表表的的秒秒针针要要走走得得一一样样快快慢慢，而而且且时时针针、分分针针还还要要对对准准。秒秒针针走走得得一一样样快快慢慢叫叫节节拍拍同同步步( (或或位位同同步步) )，时时针针、分分针针对准叫对准叫群同步群同步。（3）（1）（2）同 步 形 成数字信息源编码器波形产生器用户解码器波形识别器同 步 提 取信道干扰图1-5 数字信息传输系统方框图(1)数字波形传输方式，(2)差错控制. (3)同步从从理理论论上上及及目目前前的的专专业业分分工工上上看看，数数字字通通信信科科学学可可划划归如下两大部分

13、归如下两大部分: :1.1.消息处理部分消息处理部分，包括，包括: :(1)(1)把各种形式的消息以把各种形式的消息以简单而有效的简单而有效的方法方法转换转换成数字信息成数字信息; ;(2)(2)对数字信息进行对数字信息进行加密与解密加密与解密。2.2.数字信息传输部分数字信息传输部分，包括，包括: :(1)(1)数字波形传输方式数字波形传输方式(2)(2)差错控制差错控制(3)(3)同步同步3.数字通信的特点1.1.数数字字通通信信方方式式是是把把各各种种消消息息都都转转化化成成基基本本信信息息单单元元再再进进行行传传输输的的，因因此此数数字字信信息息传传输输系系统统对对任任何何消消息息都都

14、没没有有“偏偏见见”，同同一一个个数数字字信信息息传传输输系系统统可可以以传传各各种种不不同同类类型型的的消消息息：文文字字，声音，图象或其它任何消息。声音，图象或其它任何消息。2.2.数数字字通通信信系系统中中传输的的各各种种消消息息，通通常常都都以以最最简单的的数数字字“1 1”与与“0 0”表表示示，这与与数数字字计算算机机中中所所采采用用的的数数字字是是完完全全一一致致的的，因因此此，数数字字通通信信线路路可可直直接接与与数数字字计算算机机接接口口。数数字字通通信信机与数字机与数字计算机算机相结合如虎添翼。相结合如虎添翼。 3.3.数字通信方式在远程多站接力通信中特别有利。原因是数字通

15、信方式在远程多站接力通信中特别有利。原因是数字信号只有有限的几种，尤其是二元制，信号只有两种，数字信号只有有限的几种，尤其是二元制，信号只有两种，在每两站之间传输的过程中，只要噪声与干扰不足以造成在每两站之间传输的过程中，只要噪声与干扰不足以造成所传的数字发生差错，那么只要在每个中继站采取所传的数字发生差错，那么只要在每个中继站采取“再生再生”的办法，就可消除噪声与干扰的累积的办法，就可消除噪声与干扰的累积。这一点在模拟通。这一点在模拟通信方式中是办不到的。下图是信方式中是办不到的。下图是“再生再生”的示意图。的示意图。图1-6“再生”示意图(a)混有干扰与噪声的信号(b)“再生”后的信号4.

16、数字通信有一个重大缺点，它比模拟通信要数字通信有一个重大缺点，它比模拟通信要占据较宽的频占据较宽的频带带。 为此要在消息数字化处理过程及数字信息传输过程中想为此要在消息数字化处理过程及数字信息传输过程中想办法。办法。4.4.数字通信系统的好坏怎样衡量？数字通信系统的好坏怎样衡量？l传输速率传输速率： ( (信息速率信息速率、码元速率、消息速率元速率、消息速率) ) l差错率差错率：（：（比特差比特差错率率 、错字率字率 、错句率句率；随机差随机差错、成群差成群差错 、混合差混合差错）l通信建立时间通信建立时间l经济性（成本、频带利用、功率利用）经济性（成本、频带利用、功率利用）l适应性适应性l

17、使用维修性使用维修性l可靠度可靠度l标准化、系列化标准化、系列化传输速度传输速度1.码码元元速速率率( (调调制制速速度度) ):即每秒所传输的码元数。单位是“波波特特”。2.信息速率信息速率:即每秒所传输的信息量。单位是“比特比特/ /秒秒。” 实践证明码元速率与信息速率这两个概念容易混淆，须注意以下两点:1)“比特”是信息量的单位，“波特”是速度单位，虽然仅差一字，意义截然不同，2)“比特/秒”与“波特”在数量上有一定关系，这决定于传输数字信息是几元制。对于N元制来说，每个码元携带log2N比特信息量，故若它的码元速率为M波特，那么它的信息速率为(Mlog2N)比特/秒。对二元制来说，N=

18、2, log22=1，此时两者在数值上是相同的。3.消消息息速速率率:即每秒传输的消息数。例如所传消息为汉字，那么其单位就是“汉字汉字/ /秒秒”。差错率差错率1.1.比比特特差差错错率率: :即即所所传传信信息息总总量量中中发发生生错错误误的的比比特特与与总总比比特特的的比比例例，这这是是一一个个统统计计平平均均数数。例例如如，说说比比特特错错误误率率为为1010-3-3就就是是指指平平均均每每传传10001000比特信息，要传错比特信息，要传错1 1比特。比特。2.2.码码元元差差错错率率: :错错字字率率就就是是在在所所传传的的总总码码元元数数中中发生的错误码元数所占的比例。发生的错误码

19、元数所占的比例。3.3.码字差错率码字差错率: :在所传的总句数中，发生错误的在所传的总句数中，发生错误的码字数所占的比例。码字数所占的比例。 随机差随机差错、成群差成群差错 、混合差混合差错(1)(1)随随机机独独立立差差错错。这这种种差差错错的的出出现现位位置置是是随随机机的、离散的，前后差错之间没有什么依存关系。的、离散的，前后差错之间没有什么依存关系。(2)(2)成成群群差差错错。这这种种差差错错的的特特点点是是“成成群群”地地出出现，即要错就错一大批，要不错就一个不错。现，即要错就错一大批，要不错就一个不错。(3)(3)混合差错混合差错。即随机独立差错及成群差错混合。即随机独立差错及

20、成群差错混合在一起的差错。在一起的差错。 可靠度可靠度适应性及使用维修性适应性及使用维修性适适应性性就是机器对各种客观条件变化的适应能力。例如对环境温度、湿度、电源等变动范围以及震动、加速度等等条件的适应能力。使使用用维修修性性就是操作与维修是否简单方便。应有必的性能指示及故障报警装置。尽可能做到故障自动检测(或有方便的故障检测专用附加装置，以使一旦发生故障能迅速排除。此外，要体积小、重量轻，才能机动灵活。通信建立时间通信建立时间l通通信信建建立立时时间间主主要要是是反反映映数数传传机机同同步步性性能能的的一一个个指指标标。数传机要正常工作，必须建立收发端的同步，包括位同步与群同步。建立同步所

21、需时间由位同步建立时间及群同步建立时间二部分组成。同步建立时间就是通信建立时间的一个主要部分。此外，对于采用相干识别器的系统，还要首先从接收到的带有噪声的信号中提取发送信号的模本，这部分也要花费时间，当然也包括在通信建立时间内。l通信建立时间这项指标，对于长时间连续通信系统来说，意义不是很大的。但对对间间歇歇式式通通信信或或瞬瞬间间通通信信来来说说，这这项项指指标标就就十十分分重重要要。例如:潜艇通信，通常采用瞬间通信方式，为避免暴露目标，每次通信时间只有零点几秒,此时，为了多传一些信息，不但要求传输速度快，而且还要求通信建立时间尽可能短。经济性经济性 经济性经济性就是使机器获得一定的性能指标

22、所花的代价。就是使机器获得一定的性能指标所花的代价。 (1)(1)数传机经济成本，数传机经济成本，(2)(2)信信息息速速率率与与占占用用的的频频带带宽宽度度之之比比，也也就就是是单单位位带带宽宽的的信信息息速度。这是衡量速度。这是衡量频带利用率的指标频带利用率的指标，(3)(3)为为保保证证一一定定差差错错率率指指标标所所需需归归一一化化信信号号噪噪声声比比，这这是是衡衡量量信信号号功功率率利利用用率率的的指指标标。所所谓谓归归一一化化信信号号噪噪声声比比，就就是是每每比比特信息的接收能量与每赫频带的噪声功率之比。特信息的接收能量与每赫频带的噪声功率之比。标准化、系列化标准化、系列化 标准化

23、、系列化是现代科技及工业高速发展的产标准化、系列化是现代科技及工业高速发展的产物，它反过来又大大推动科技及工业的发展，是物，它反过来又大大推动科技及工业的发展，是缩短研制周期、投产时间及降低成本的一个重要缩短研制周期、投产时间及降低成本的一个重要措施。措施。图：数字波形传输系统基本组成图：数字波形传输系统基本组成收 信 者12N数 字 信 息 源S1(t)波形产生器S2(t)波形产生器SN(t)波形产生器门1门2门N信道干扰源S1(t)波形识别器S2(t)波形识别器SN(t)波形识别器判 决 器针对数字波形传输系统针对数字波形传输系统 需要知道下述几个基本问题:(1)基本的数字波形有哪几种?怎

24、样产生这些波形?(2)信道对波形造成些什么样的畸变?干扰的特性是怎样的?信道对波形选择有什么影响?(3)怎样构成波形的识别器?(4)判决器的判决规则是怎样的,差错率怎样计算?(5)在选择各种波形传输方式时有哪些是考虑的因素?2.2 怎样发送数字信息？怎样发送数字信息？l数字波形的种类数字波形的种类 ：l有规则的电振荡可分两大类：有规则的电振荡可分两大类： 简谐振荡，即简谐振荡，即正弦波正弦波； 多谐振荡，即多谐振荡，即矩形脉冲波矩形脉冲波。l数字波形只有从数字波形只有从这两两类波形中去派生。波形中去派生。 以正弦波为基础的数字波形以正弦波为基础的数字波形式中，式中，变量量t t代表代表时间，A

25、(t)A(t)是正弦波的振幅，是正弦波的振幅，(t)(t)是它是它的角的角频率，率，(t)(t)是相位。是相位。振幅振幅、频率率及及相位相位是确定一个正是确定一个正弦波的三个参量，其中任一参量弦波的三个参量，其中任一参量变化，就化，就变成另一正弦波。成另一正弦波。显然，我然，我们可以采用下述几种可以采用下述几种办法法产生个正弦波，用它生个正弦波，用它们来分来分别代表种信息元代表种信息元: : 1.1.把频率、相位定为常量，而把频率、相位定为常量，而振幅为变量振幅为变量，即即: :振幅健控振幅健控( (AK)AK) 振幅振幅A At)t)可取可取A A1 1， A A2 2，A AN N这种不同

26、的数这种不同的数值，每一种振幅值代表一种信息元值，每一种振幅值代表一种信息元 。在二元制情况下，只有在二元制情况下，只有“1 1”，“0 0”两种信息元，故只需两种信息元，故只需要两种振幅，通常采取要两种振幅，通常采取A A2 20 0， A A1 1为某值。假如用为某值。假如用A A2 20 0代代表表0 0，A A1 1代表代表“1 1”，此时，振幅键控波形序列及其与信息，此时，振幅键控波形序列及其与信息元序列的关系如图元序列的关系如图2-12-1所示。所示。图2-1二元制振幅键控波形序列 (a)信息元序列;(b)波形序列。2.2.把振幅、相位定为常量，而把振幅、相位定为常量，而频率为变量

27、频率为变量，即：即：频率键控频率键控( (FSK)FSK)。频率频率可取可取1 1，2 2，N N 这这N N种不同的数值，每一种频率值代表一种信息元。种不同的数值，每一种频率值代表一种信息元。图22 二元制频率键控波形序列 （a）信息元序列 (b)波形序列3.3.把振幅、频率定为常量，而把振幅、频率定为常量，而相位为变量相位为变量. .即即: :相位相位键控控( (PSK)PSK)。相位相位(t)(t)可取可取1 1 ，2 2 ，N N 这N N种不同的数种不同的数值，用，用这N N种相位来代表种相位来代表N N种信息元种信息元 。 图2-3 二元制绝对移相绝对移相波形序列 （a)消息元序列

28、 (b)波形序列绝对移相绝对移相( (PSK)PSK):用一种相位值固定代表一种信息元。如二元制，若令1 0代表“0”， 2 代表“1”；相对移相相对移相( (DPSK)DPSK):用前后相邻两波形的相位变化值 来代表各种信息元。例如二元制，若令起始1 0，代表“0”， 2 代表“1”，并令起始相位0，则对应于图2-3同样的信息元序列，相对移相波形序列就如图2-4所示。图2-4 二元制相对移相相对移相波形序列 （a)信息元序列，(b)波形序列。以脉冲波为基础的数字波形以脉冲波为基础的数字波形l脉脉冲冲波波的的参参量量有有: :周周期期、脉脉宽宽、脉脉幅幅、脉脉位位。除除直直通通导导线线外外，含

29、含有有直直流流分分量量的的脉脉冲冲波波是是不不能能通通过过实实际际信信道道传传输输的的，故故脉脉冲冲波波作作为为数数字字波波形形受受到到很很大大的的限限制制, ,主主要要用用于于近近距距离离的的基基带带传输传输。l有有一一类类脉脉冲冲数数字字波波形形具具有有实实用用价价值值，它它是是具具有有+1+1，0 0，-1-1三三种种脉脉幅幅的的双双极极性性脉脉冲冲波波，已已被被用用在在电电缆缆信信道道中中。二二元元制制信信息息脉脉冲冲序序列列转换成成双双极极性性脉脉冲冲波波形形的的规则有有好好几几种种，其其中中有有一一种种是是这样的的: :信信息息脉脉冲冲序序列列中中的的“0 0”对应于于双双极极脉脉

30、冲冲序序列列中中的的0 0电平平，信信息息脉脉冲冲的的“l l”，则交交替替转换成成双双极极性性脉脉冲冲中中的的+1+1电平平与与-1-1电平平。这样转换的的结果果，使使产生生的的双双极极性性脉脉冲冲序序列列中中消消去去了了直直流流分分量量，而而且且接接近近零零频的的分分量量也也减减少少了，了，这正适合子正适合子电缆信道的信道的传输特性。特性。 二元制脉冲序列转换成双极性脉冲序列的图解。二元制脉冲序列转换成双极性脉冲序列的图解。图2-5双极性脉冲波形 (a)二元制信息序列，(b)双极性脉冲序列。脉冲波与正弦波脉冲波与正弦波组合的数字波形组合的数字波形l在后面将要介绍在后面将要介绍编码正交波形编

31、码正交波形，这些波形有完，这些波形有完整的数学结构并具有很有用的一些性质。但这整的数学结构并具有很有用的一些性质。但这些波形不能直接进入信道，在进入信道前还要些波形不能直接进入信道，在进入信道前还要借助于正弦波，从而产生脉冲波与正弦波组合借助于正弦波，从而产生脉冲波与正弦波组合的数字波形。的数字波形。基本的数字波形的产生基本的数字波形的产生 为产生各种数字波形所采用的基本部件有下述几种为产生各种数字波形所采用的基本部件有下述几种: : 1.1.自激正弦波振荡器；自激正弦波振荡器；2.2.触发器触发器；3.3.反相器反相器 ；4.4.与门与门 ；5.5.或门；或门；6.6.正弦门正弦门 ；7.7

32、.环形调制器环形调制器 (a)计数触发器，(b)置位复位触发器， (c)反相器，（d)与门 （e)或门。 图3-11 (a)正弦门正弦门外特性 (b)二极管正弦门(c)三极管正弦门。（a）环形调制器功能方框图 (b)环形调制器电路原理图几种基本数字波形产生器几种基本数字波形产生器1.1.二元制振幅键控波形二元制振幅键控波形(2(2ASK)ASK)产生器产生器 2.2.二元制频率键控波形二元制频率键控波形(2(2FSK)FSK)产生器产生器 3. 3. N N元制频率键控波形元制频率键控波形( (NFSK)NFSK)产生器产生器 4.4.二元制绝对移相波形二元制绝对移相波形(2(2PSK)PSK

33、)产生器产生器5.5.二元制相对移相波形二元制相对移相波形(2(2DPSK)DPSK)产生器产生器 6.6.四元制相对移相波形四元制相对移相波形(4(4DPSK)DPSK)产生器产生器 l前面我们介绍了数字波形的种类及其中最重要的几种波形的产生方法。自然会产生这样的问题：这么多的波形应该怎样来选择呢?l粗糙地说，在选择波形时，主要受到信道特性与在选择波形时，主要受到信道特性与干扰类型的影响，另外还要结合信息速度、差错干扰类型的影响，另外还要结合信息速度、差错率的要求、波形识别器组成难易程度等一起进行率的要求、波形识别器组成难易程度等一起进行考虑。考虑。 波形的选择：波形的选择：l选择数字波形时

34、，考虑的重要问题是：选择数字波形时，考虑的重要问题是：代表信息代表信息元的各数字波形之间的差异要尽量大一些元的各数字波形之间的差异要尽量大一些，另外，另外数字波形与干扰波形的差异也要尽量大数字波形与干扰波形的差异也要尽量大。这样，。这样，当数字波形通过信道到达波形识别器，才不容易当数字波形通过信道到达波形识别器，才不容易受到破坏而转变成别的波形，从而不容易被认错。受到破坏而转变成别的波形，从而不容易被认错。l反映两种波形之间差异的定量参数叫做反映两种波形之间差异的定量参数叫做波形相关波形相关系数系数。 2.3 2.3 信道与干扰问题信道与干扰问题l关于信道关于信道： 现实信道种类现实信道种类

35、l关于干扰关于干扰： 相乘性干扰相乘性干扰 相加性干扰相加性干扰 关于信道：关于信道：现实信道种信道种类 (1)(1)架空明线；架空明线； (2)(2)地下及水底同轴电缆；地下及水底同轴电缆；(3)(3)水声；水声； (4)(4)中长波地波传播；中长波地波传播；(5)(5)超短波及微波视线传播超短波及微波视线传播( (包括地一空、空一地、包括地一空、空一地、地面微波接力及用人造卫星作公共转发器的微地面微波接力及用人造卫星作公共转发器的微波接力波接力) )； (6)(6)短波电离层反射；短波电离层反射；(7)(7)超短波流星余迹反射；超短波流星余迹反射；(8)(8)超短波及微波对流层散射；超短波

36、及微波对流层散射；(9)(9)超短波电离层散射；超短波电离层散射；(10)(10)超视线的超短波障碍绕射；超视线的超短波障碍绕射；(11)(11)利用人造卫星利用人造卫星( (金属带等金属带等) )散射散射关于信道：关于信道：变参信道变参信道 变参信道有三个特点：变参信道有三个特点： 1. 1.信道衰减随时间而变；信道衰减随时间而变； 2. 2.信道传输延时随时间而变；信道传输延时随时间而变； 3. 3.多途径传播。多途径传播。1.1.信道衰减随时间而变信道衰减随时间而变: :衰落衰落 1.1.短波电离层反射信道情况短波电离层反射信道情况 : 短波电离层信道的衰减主要随电离层对电波吸收的变化而

37、变化，因此它有年月、季节、日时(白天黑夜、日出日落等)变化，另外十一年太阳黑子的周期变化及核爆炸等都会造成信道衰减变化。这种变化比较慢，叫做慢衰落。慢衰落周期从几分钟到几小时。 另外短波信道存在多径传播，由于各径相对延时变化，合成信号电平也发生变化，这种变化比较快，叫做快衰落。快衰落电平变化规律基本上服从瑞利分布律。快衰落的周期在十分之几秒到几秒之间。 慢衰落与快衰落合在一起，接收信号电平在秒量级内的变化可超过30分贝以上。当然衰落的情况与通信距离、地理位置、工作频率、工作时间等因素密切相关。描述衰落特性的常用参数有两个，即衰落深度与衰落率。 1.1.信道衰减随时间而变信道衰减随时间而变: :

38、衰落衰落 2. 2. 对流层散射信道情况对流层散射信道情况 离离地地面面 10101616公公里里以以下下的的大大气气层层称称对对流流层层。在在这这一一层层中中大大气气的的组组成成与与接接近近地地面面的的一一样样，即即主主要要的的是是由由氮氮和和氧氧组组成成。由由于于对对流流层层中中大大气气温温度度（T T）、压压力力（P P）和和度度（S S）等等变变化化。使使大大气气介介电电常常数数也也随随着着高高度度而而变变化化。特特别别是是由由于于大大气气的的湍湍流流运运动动，使使得得对对流流层层内内存存在在着着许许许许多多多多介介电电常常数数作作随随机机变变化化的的不不均均匀匀介介质质团团，每每一一

39、不不均均匀匀介介质质团团的的尺尺寸寸平平均均约约5050米米6060米米。当当无无线线电电波波投投射射到到这这些些不不均均匀匀介介质质团团时时，每每一一不不均均匀匀介介质质团团就就变变成成一一个个二二次次波波源源，向向周周围围散散射射电电磁磁波波，其其中中一一部部分分能能量量就就被被散散射射到到接接收收地地点点而而被被接接收收天天线线所所接接收收，这这就就形形成成了了对对流流层层散散射射通通信信。为为了了能能有有效效地地进进行行散散射射传传播播，这这种种传传播播方方式式只只能能用用在在频频率率范范围围约约在在10010050005000MHzMHz范范围围、通通信信距距离离约约在在100100

40、700700公里范围。公里范围。 对流层散射传播示意图信道传输延时随时间而变：多卜勒频移信道传输延时随时间而变：多卜勒频移 在在短短波波电电离离层层反反射射信信道道及及超超短短波波、微微波波散散射射信信道道中中，由由于于信信道道结结构构不不断断变变化化，通通过过信信道道的的各各射射线线的的传传输输延延时时也也是是变变化化的的。如如果果发发端端信信号号相相位位保保持持不不变变，由由于于传传输输延延时时的的变变化化，收收到到的的信信号号相相位位就就要要发发生生变变化化，当当相相位位随随时时间间而而变变化化时时，就就要要产产生生附附加加的的频频移移，由由于于这这种种频频移移是是由由电电离离层层及及公

41、公共共散散射射体体相相对对于于收收发发天天线线位位置置的的运运动动而而产产生生的的，故故叫叫多多普普勒勒频频移移。多多卜卜勒勒频移移通通常常是是比比较低低的的，在在散散射射信信道道中中大大致致是是十十分分之之几几赫赫到到十十几几赫。赫。l多普勒效应与移动物体的运动速度多普勒效应与移动物体的运动速度v v，接收信号载波的波长，接收信号载波的波长，电波到达的入射角电波到达的入射角有关，即有关，即变参信道的改造变参信道的改造分集接收分集接收 主要种类：主要种类： (1) (1)空间分集空间分集 (2) (2)频率分集频率分集 (3) (3)时间分集时间分集 合并方法：合并方法： (1) (1)最大比

42、值相加最大比值相加 (2) (2)等增益相加等增益相加 (3) (3)选择式选择式 主要好处主要好处： (1)(1)提高了接收信号质量提高了接收信号质量 (2) (2)改善了快衰落，平滑了信道衰减改善了快衰落，平滑了信道衰减 关于干扰关于干扰1.1.相乘性干扰相乘性干扰 ：变参信道传输特性变参信道传输特性 2.2.相加性干扰相加性干扰：凡是自然界存在的电磁波源都是相加性：凡是自然界存在的电磁波源都是相加性干扰源，如各种宇宙射线，收信机天线周围大气中及干扰源，如各种宇宙射线，收信机天线周围大气中及收信机输入端器件中无规则的热电子、离子运动产生收信机输入端器件中无规则的热电子、离子运动产生的噪声，

43、其它无线电系统发射时的信号，工业用电机的噪声，其它无线电系统发射时的信号，工业用电机的火化，电气设备的通、断，以及雷电等等。的火化，电气设备的通、断，以及雷电等等。 可分三可分三类类 随机随机噪声、脉冲、连续波干扰噪声、脉冲、连续波干扰2.4 2.4 怎样接收数字信息怎样接收数字信息“波形识别器波形识别器”的种类的种类极限传输能力：香农公式极限传输能力：香农公式“波形识别器波形识别器”的种类的种类粗糙的波形识别器粗糙的波形识别器相干识别器相干识别器非相干识别器非相干识别器差动相干识别器差动相干识别器最粗糙的波形识别器最粗糙的波形识别器 图图中中，带带通通滤滤波波器器的的中中心心频频率率按按发发

44、送送端端AKAK波波形形的的载载频频设设计计。对对滤滤波波器器的的频频率率特特性性的的要要求求主主要要是是两两条条:1):1)信信道道输输出出波波形形通通过过此此滤滤波波器器后后，输输出出波波形形序序列列不不发发生生前前后后波波形形间间的的串串扰扰，2)2)在在满满足足条条件件1)1)的的情情况况下下，滤滤波波器器带带宽宽应应尽尽可可能能窄窄，以以便便尽尽可可能能多多地地排排除除接接收收波波形形频频带带以以外外的的干干扰扰与与噪噪声声。通通常常，设设计计该该带带通滤波器的通滤波器的3 3分贝带宽分贝带宽f=2/T,f=2/T,这里这里T T是波形宽度。是波形宽度。相干识别器相干识别器相干识别器

45、的特点是接收端相干识别器的特点是接收端“掌握掌握”接收波形的载频与接收波形的载频与相位，以及波形持续时间，就是基本上掌握了构成波相位，以及波形持续时间，就是基本上掌握了构成波形的要素。形的要素。相干相干识别器器执行的任行的任务无非就好比用手中的照片去无非就好比用手中的照片去对照照风尘扑扑面扑扑面带倦容的倦容的远道来客道来客混混杂干干扰与噪声的信与噪声的信道道输出波形，看看来客与哪出波形，看看来客与哪张照片中的形象最象照片中的形象最象? ? “对波形照片波形照片”这个个办法就是法就是计算波形的相关系数。算波形的相关系数。计算算波形相关系数，又称相关运算，而完成相关运算的机波形相关系数，又称相关运

46、算，而完成相关运算的机构称构称为相关器。相关器。 非相干识别器非相干识别器l接收机不知道对方的波形特征，需要利用波形的接收机不知道对方的波形特征，需要利用波形的其他信息来对波形进行判决。其他信息来对波形进行判决。l “在接收端是怎样取得干净的接收波形在接收端是怎样取得干净的接收波形模本的模本的? ?” 获取波形取波形载频与其相位称与其相位称为相干相干载波提取，波提取，简称称“提提载”。极限传输能力：香农公式极限传输能力：香农公式如何提高频带利用率与如何提高频带利用率与功率利用率功率利用率的问题的问题：在在高高斯斯白白噪噪声声、接接收收信信号号平平均均功功率率限限定定与与带带宽宽为为矩矩形形的的

47、恒恒参参连续信道条件下，极限传输能力是由下述公式确定的连续信道条件下，极限传输能力是由下述公式确定的: :这这个个公公式式叫叫香香农农公公式式。式式中中W-W-带带宽宽赫赫; ;p-p-接接收收信信号号平平均均功功率率瓦瓦，N N0 0噪噪声声谱谱密密度度瓦瓦/ /赫赫; ;C-C-极极限限信信息息速速度度比比/ /秒秒。在在信信息息论论中中，把把P P、W W及及N N0 0看看成成是是信信道道三三要要素素，更更确确切切地地称称上上述述公公式中的式中的C C为信道极限传输能力为信道极限传输能力( (信道容量信道容量) )。香农公式有两层意思：香农公式有两层意思：(1)只只要要信信息息速速度度

48、低低于于信信道道极极限限传传输输速速度度，那那么么一一定定可以找到办法实现无误的信息传递；可以找到办法实现无误的信息传递；(2)如如果果信信息息速速度度超超过过信信道道极极限限传传输输能能力力，那那么么无无论论什什么么办办法法，都都不不能能传传递递这这样样的的信信息息或或者者说说差差错错率率必定为必定为1/2(也就是什么也没有传送也就是什么也没有传送)。频带利用率与频带利用率与功率利用率功率利用率的问题的问题 如果实现了极限信息速度如果实现了极限信息速度C C，那么每比特接收信那么每比特接收信号能量号能量E Eb b当然就为当然就为: : E Eb b=p/C;=p/C;而每赫而每赫带宽的极限

49、速的极限速度就是度就是C/W C/W 。于是：于是： 可以看出功率利用率与频带利用率存可以看出功率利用率与频带利用率存在着定量的互换关系。在着定量的互换关系。 与 关系曲线 香农公式规定的潜力怎么挖掘潜力怎么挖掘1.1.如何挖频带利用率的潜力如何挖频带利用率的潜力? ? 在在信信道道频频带带受受限限制制的的条条件件下下，挖挖掘掘频频带带利利用用率率的的潜潜力力的的途途径径是是增加功率以采用多元制增加功率以采用多元制。2.2.如何挖掘功率利用率的潜力如何挖掘功率利用率的潜力? ? 当当频频带带WW时时，只只要要求求归归一一化化信信噪噪比比为为-1.6-1.6分分贝贝。在在信信息息速速度度为某某常

50、常数数情情况况下下，“增增加加波波形形的的持持续时间T T与与带宽W W的的乘乘积值TWTW，采用多元制采用多元制, ,可以提高功率利用率可以提高功率利用率”。 3 3 在在提提高高频频带带利利用用率率方方而而，已已发发展展了了单单边边带带技技术术、残残留留单单边边带带技技术术、正正交交载载波波技技术术、相相关关编编码码技技术术等等。在在提提高高功功率率利利用用率率方方面面，比比较较好好的的办办法法是是把把数数字字波波形传输方式与差错控制技术结合起来考虑。形传输方式与差错控制技术结合起来考虑。 2.5 数字信息传错了怎么办？ 一个启发性的对比一个启发性的对比 数字信息传输中的差错，可以与货物运

51、输中的数字信息传输中的差错，可以与货物运输中的“损耗损耗”相比拟。在通常的货物运输中，防止或减少运输损相比拟。在通常的货物运输中，防止或减少运输损耗也是一个基本要求。为了满足这一要求，除了运输耗也是一个基本要求。为了满足这一要求，除了运输系统提高运输质量外，对所运输的货物进行系统提高运输质量外，对所运输的货物进行“包装包装”或者派一些专门人员或者派一些专门人员“押运押运”，也是常用的行之有效，也是常用的行之有效的方法。采用的方法。采用“包装包装” 及及“押运押运”措施后，当然要多措施后，当然要多运输一些本来不必要运输的运输一些本来不必要运输的“包装箱包装箱”之类，但以此之类，但以此为代价，使得

52、不可避免的运输损耗不直接造成或少造为代价，使得不可避免的运输损耗不直接造成或少造成有用货物的损坏。成有用货物的损坏。 抗干扰编码抗干扰编码数数字字信信息息传传输输中中对对付付信信息息传传输输差差错错的的办办法法与与上上述述货货物物运运输输系系统统中中对对付付运运输输损损耗耗的的办办法法类类似似，也也是是采采取取了了对对所所传传的的有有用用信信息息进进行行“包包装装”与与“押押运运”的的措措施施，只只是是这这里里采采用用另另一一种专业术语，叫种专业术语，叫“抗干扰编码抗干扰编码”。编编码码的的基基本本思思想想，就就是是在在送送有有用用信信息息的的同同时时，还还传传送送一一些些附附加加的的监监督督

53、信信息息，这这些些监监督督信信息息与与有有用用信信息息之之间间按按某某种种事事先先确确定定的的规规则则，满满足足一一定定的的代代数数关关系系。这这些些附附加加的的监监督督信信息息就就相相当当于于“包包装装箱箱”及及“押押运运人人员员”，而而抗抗干干扰扰编编码码规规则则就是包装的形式。就是包装的形式。“包装包装”的好坏就体现在编码规则上。的好坏就体现在编码规则上。“差错控制差错控制”差错控制的能力具体表现为两点差错控制的能力具体表现为两点: :(1)(1)差错到什么程度还差错到什么程度还能发现能发现？(2)(2)差错到什么程度尚差错到什么程度尚能纠正能纠正？ 差差错错控控制制能能力力不不仅仅取取

54、决决于于编编码码规规则则，也也取取决决于于如如何何利利用用编编码码规规则则来来发发现现与与纠纠正正差差错错，这这就就涉涉及到及到解码解码( (或称译码或称译码) )方法与方法与差错控制方式差错控制方式。差错控制方式分类差错控制方式分类 基基本本上上分分两两类类: :一一类类叫叫“反反馈馈纠纠错错”，另另一一类类叫叫“前前向向纠错纠错”。在这两类基础上又派生出一类叫。在这两类基础上又派生出一类叫“混合纠错混合纠错”。反馈纠错反馈纠错 这种种办法的出法的出发点仍以运点仍以运货打个比方打个比方; ;货物运物运输前前进行行简单的的“包装包装”，在卸，在卸货时若若发现受受损，不管，不管损坏程度如何，坏程

55、度如何，都把原都把原货退回，要求重退回，要求重发好好货。 具体到反具体到反馈纠错来来说，就是，就是采用某种能发现一定程度传采用某种能发现一定程度传输差错的简单编码方法差错的简单编码方法，在发信端对所传信息进行编码，加，在发信端对所传信息进行编码，加入少量监督元，在接收端则根据编码规则检查收到的编码入少量监督元，在接收端则根据编码规则检查收到的编码信息，一旦发现差错，就向发信端发出询问信号，信息，一旦发现差错，就向发信端发出询问信号，要求重要求重发发。发信端收到询问信号后，就重发己发生传输差错的那。发信端收到询问信号后，就重发己发生传输差错的那部分信息。部分信息。前向纠错、混合纠错前向纠错、混合

56、纠错前前向向纠纠错错的的出出发发点点是是这这样样的的: :运运输输前前对对“货货物物”实实行行较较良良好好的的“包包装装”，并并派派上上“押押运运人人员员”，在在卸卸货货时时，不不仅仅能能检检查查出出货货物物是是否否已已受受损损，而而且且在在一一定定的的损损坏坏限限度度内内有有能能力力进进行行“修复修复”。具具体体来来说说，就就是是采采用用某某种种在在解解码码时时能能纠纠正正一一定定程程度度传传输输差差错错的较复杂的编码方法，在接收端自动纠正发生的差错。的较复杂的编码方法，在接收端自动纠正发生的差错。混混合合纠错的的办法法是是: :少少量量差差错在在接接收收端端自自行行纠正正，差差错较严重重、

57、超超出出自自行行纠正正能能力力时，就就向向发信信端端发询问信信号号，要要求求重重发。因此，因此，混合混合纠错是前向是前向纠错及反及反馈纠错两两类方式的混合。方式的混合。 差错与信道分类差错与信道分类 从差错控制角度来分类从差错控制角度来分类，信道可分为三类：，信道可分为三类： (1)(1)随机信道随机信道：随机信道的差错是随机出现的。：随机信道的差错是随机出现的。信道的特性可以用信道的特性可以用差差错率来描述。恒参高斯信道的差率来描述。恒参高斯信道的差错完全由相加白噪声造成，它完全由相加白噪声造成，它的差的差错就是随机的、独立的（即前后差就是随机的、独立的（即前后差错没有任何关系没有任何关系)

58、 )。 (2)(2)突突发信道信道：突突发信道中差信道中差错是成群出是成群出现的。突的。突发信道的特性要信道的特性要用突用突发持持续时间及突及突发间隔隔时间的分布来描述。的分布来描述。例如电话例如电话信道信道就就是是突突发信道信道。 (3)(3)混合信道混合信道：随机差随机差错与成群差与成群差错都占有相当份都占有相当份额的信道的信道为混合混合信道。信道。变参变参信道信道就是就是混合信道混合信道。这些信道中衰落及脉冲干些信道中衰落及脉冲干扰是是产生成群差生成群差错的原因，而随机噪声又造成随机差的原因，而随机噪声又造成随机差错。 差差错性性质不同，要采用不同的差不同，要采用不同的差错控制控制对策，

59、否策，否则将事倍功半。将事倍功半。 编码方法分类(1)(1)从从差差错错对对象象考考虑虑，编编码码方方法法可可分分为为三三大大类类。一一类类是是针针对对随随机机差差错错制制订订的的方方法法，另另一一类类是是针针对对成成群群差错制订的，第三类是针对混合差错制订的。差错制订的，第三类是针对混合差错制订的。 (2) (2)从编码的从编码的数学结构数学结构考虑，可分两大类：考虑，可分两大类： 分组码分组码 卷积码卷积码 ( (或称连环码或称连环码) )。 解码方法分类 解解码码方方法法与与编编码码方方法法密密切切关关联联，每每种种编编码码方方法法当当然然有有与与之之对对应应的的解解码码方方法法。虽虽然

60、然各各种种具具体体解解码码方方法法的的细细节节要要随随具具体体编编码码规规律而定，但就各种解码方法的共同性质来说，不外乎两类。律而定，但就各种解码方法的共同性质来说，不外乎两类。 (1)(1)代代数数法法: :这这种种方方法法按按编编码码代代数数关关系系来来解解码码，比比较较简简单单常常用用。这这类类方方法法中中最最值值得得注注意意的的是是门门限限解解码码法法，方方法法简简便便，效效果果又又较好。较好。 (2)(2)概概率率法法: :这这类类方方法法不不仅仅按按编编码码的的代代数数关关系系，还还根根据据噪噪声声的的统统计计特特性性，对对各各种种可可能能的的结结果果进进行行试试验验比比较较，取取

61、错错误误概概率率接接近近最最小小的的结结果果为为解解码码输输出出。这这种种方方法法比比较较复复杂杂。但但在在高高斯斯随随机机信信道道中中，其其理理论论性性能能是是最最好好的的。从从理理论论上上看看，它它是是趋趋近近信信道道极限传输能力的一个较为合理的方法。极限传输能力的一个较为合理的方法。几种简单而常用的几种简单而常用的能发现差错能发现差错的编码方法的编码方法1.1.定定比比码码: :在在国国外外又又叫叫范范德德仑仑码码。这这种种编编码码方方法法，简简单单说说来来就就是是“从从n n中中取取m m”(mn)(mn)，这这里里n n为为码码组组长长度度，m m为为每每个个许许用用码码组组中中“1

62、 1”的的数数目目。例例如如“从从5 5中中取取3 3”的的定定比比码码，就就是是以以5 5位位二二元元制制信信息息组组成成一一个个码码组组，大大家家知知道道，5 5位位二二元元制制数数字字组组成成的的码码组组总总共共有有2 25 5=32=32种种，定定比比码码规规定定只只有有确确切切地地含含有有3 3个个“1 1”，2 2个个“0 0”的的那那些些码码组组为为许许用用码码组组，其其它它码码组组一一概概不不准准使使用用。也也就就是是说说，发发送送端端发发送送的的一一定定是是这这些些许许用用码码组组中中的的成成员员。因因此此经经传传输输后后如如果果有有了了差差错错，使使接接收收到到的的码码组组

63、变变为为许许用用码码组组以以外外的的禁禁用用码码组组，那那么么就就可可以以断断定定一一定定出出现现了了差差错错。在在中中文文电报中中应用用“5 5中中取取3 3”的的定定比比码，英英文文电报中中应用用“7 7中中取取3 3”定定比比码。定定比比码不不能能发现的的差差错只只有有这样一一类: :“1 1”错成成“0 0”的的数数目目正好等于正好等于“0 0”错成成“1 1”的数目。的数目。 2.2.奇偶校验码奇偶校验码奇奇偶偶校校验验码码分分两两种种，一一种种叫叫奇奇数数校校验验码码，它它的的规规则则是是一一个个码码字字中中“1 1”的的数数目目为为奇奇数数，另另一一种种叫叫偶偶数数校校验验码码，

64、它它的的规规则则是是码码字字中中“1 1”的的数数目目为为偶偶数数。奇奇偶偶校校验验码码的的编编码码规规则则可可以以用用一一个个简简单单的的数数学学关关系系来来表表述述。设设码码长长度度为为”n n”，组组成成的的元元素素依依次次为为: :x x1 1，x x2 2， x xn n，若令若令 那么，那么， 奇偶校验码能发现奇数个差错而不能发现偶数个差错奇偶校验码能发现奇数个差错而不能发现偶数个差错，“n n”位位长的的码组共有共有2 2n n个，个，显然其中具有奇数个然其中具有奇数个“1 1”与与具有偶数个具有偶数个“1 1”的的码组各占一半各占一半 。3.3.矩阵码矩阵码 图中图中“”表示表

65、示信息信息位位，“0 0”表示表示监督位监督位，它的一致监督关系按它的一致监督关系按行及列组成，每一行行及列组成，每一行每一列都是一个奇偶每一列都是一个奇偶校验码。校验码。矩矩阵码不能不能发现的差的差错只有只有这样一一类: :差差错数正好数正好为4 4的倍数，而且差的倍数，而且差错位位置所构成矩形的四个置所构成矩形的四个角。角。 几种简单而常用的能几种简单而常用的能纠正纠正差错的编码方法差错的编码方法1.1.简单的重复码简单的重复码： (1)(1)逐位重复：逐位重复：若原始信息若原始信息为1011010010110100则三重三重码为111000111111000111000011100011

66、11110001110000（2)2)分段重复：分段重复：原始信息原始信息10111011，0100.0100.可得三重可得三重码为1011, 1011, 10111011, 1011, 1011，0100,01000100,0100，01000100，。 只要正确只要正确传输的次数多于的次数多于传错的次数，就可用少数服的次数，就可用少数服从多数的原从多数的原则排除差排除差错。重复次数一般需取奇数，以。重复次数一般需取奇数，以避免出避免出现一半一半“赞成成”一半一半“反反对”的僵局。的僵局。 2.2.汉明明码 在二元制情况下，一个一致在二元制情况下，一个一致监督督关系的解只有两个关系的解只有两

67、个: :“1 1”或或“0 0”，所以对问题只能作最简单的回答：，所以对问题只能作最简单的回答：“是是”与与“否否”。能否从奇偶校验码的思想出发，找到效率较高一些的能纠正差能否从奇偶校验码的思想出发，找到效率较高一些的能纠正差错的码呢？譬如一个码组中多添几位监督元，让每个监督元错的码呢？譬如一个码组中多添几位监督元，让每个监督元与码组中一部分信息构成一致监督关系，那么这几个监督关与码组中一部分信息构成一致监督关系，那么这几个监督关系的解就一定能表示好几种意见。系的解就一定能表示好几种意见。若用若用r r位位监督元，就能得督元，就能得到到2 2r r种解，就能表示种解，就能表示2 2r r种意种

68、意见。对于只于只纠正一位差正一位差错的的码来来说，可以，可以让这些解分些解分别对应于一个差于一个差错位置，如果每个差位置，如果每个差错位置都有一个解指示，那么位置都有一个解指示，那么该码不就具不就具备了了纠正一位差正一位差错的的能力了能力了吗? ?卷积码卷积码 ( (连环码连环码) )的概念的概念接收到的码序列为接收到的码序列为纠正成群差错的方法：纠正成群差错的方法：交织法交织法 交织法的原理可以用图来说明。发端，编码序列在传输前通过一个交织寄存器矩阵，这个矩阵逐行(即按A1A2ANB1B2BNM1M2MN次序)寄存输入的序列，存满以后，按列的次序(即按A1B1M2A2B2M2ANBNMN)取

69、出，送入传输信道。收端，收到的序列先存到一个与发端相同的交织寄存器矩阵，但按列的次序存入，存满以后，按行的次序取出，送进解码器。由于收发端存取的程序正好相反，因此，送进解码器的序列与编码器输出序列次序完全相同，解码器丝毫感觉不出交织矩阵的存在与否。假设交织矩阵每行的寄存器数目N正好等于分组码的码长，传输过程中产生的成群差错长度，亦正好等于交织矩阵每列寄存器的数目M。图表明，由于交织措施，送入解码器的差错被分解开了，每组只分配到一个。因此，如果所采用的分组码能纠正一个差错，那么长度为M的成群差错就可全部纠正。可见，交织法结合纠正离散差错的简单编码就可完成纠正成群差错的任务。交织器原理交织器原理2

70、.6数字保密通信原理 解密解密信源加密器解密器接收者密钥源k1密钥源k2非法接入者窃听者加密加密(Encryption) 解密解密(decryption) 密钥信道搭线信道 攻 击密码学应用与信息系统安全密码学应用与信息系统安全1.为了防止消息被篡改、删除和伪造的一种有效方法是使发送的为了防止消息被篡改、删除和伪造的一种有效方法是使发送的消息具有被验证的能力。使接收者能够识别和确认消息的真消息具有被验证的能力。使接收者能够识别和确认消息的真伪，实现这类功能的密码系统称为伪，实现这类功能的密码系统称为论证系统论证系统（authenticationsystem) 。 如如数字签字（数字签字（dig

71、ital signature)就是一种论证系统。双钥体制就是一种论证系统。双钥体制也可以用作论证系统：也可以用作论证系统：发端发端用秘密的用秘密的k2加密（数字签字），加密（数字签字），收端收端用用公开的公开的k1解密。解密。2. 信息保密与密码分析。信息保密与密码分析。3. 信息系统安全：保密性、论证性和完整性。信息系统安全：保密性、论证性和完整性。 伪随机序列（伪随机序列（PNPN序列）序列）输出输出移位脉冲移位脉冲伪随机序列产生器结构伪随机序列产生器结构输出输出f (x1，x2，,，xm)x1x2xm-1xm移位移位脉冲脉冲2.7 同步问题 在数字通信中，同步信息问题有下面几个特点在数字

72、通信中，同步信息问题有下面几个特点: : (1)(1)正正常常信信息息传传输输只只有有在在收收发发两两地地建建立立了了“同同步步”以以后后才才能能进进行，因此同步信息必须领先传输。行，因此同步信息必须领先传输。(2)(2)正常信息传输时，收发两地必须维持正常信息传输时，收发两地必须维持“同步同步”。(3)(3)点对点通信中，同步信息包括两类点对点通信中，同步信息包括两类: :一是一是节拍同步节拍同步( (或称位或称位同步同步) )信息信息，这是指数字波形的起止时刻；另一是，这是指数字波形的起止时刻；另一是群同步信群同步信息，息，这是指有相互依赖关系的一群数字信息的头尾位置。这是指有相互依赖关系

73、的一群数字信息的头尾位置。（4）数字通信网中还有网同步问题。）数字通信网中还有网同步问题。传输同步信息的方法传输同步信息的方法 (1)(1)外外同同步步法法。这这类类方方法法的的特特点点是是用用专专门门信信道道传传输输同同步信息。步信息。（2)2)自自同同步步法法。这这类类方方法法不不用用专专门门信信道道传传输输同同步步信信息息，而而是是从从接接收收到到的的数数字字波波形形中中去去提提取取它它所所携携带带的的同同步步信息。信息。 在在节节拍拍同同步步中中，外外同同步步法法及及自自同同步步法法都都有有采采用用，根根据据情情况况而而定定。在在群群同同步步中中，通通常常采采用用外外同同步步法法，在在

74、有些编码具有自同步性能时，也可采用自同步法。有些编码具有自同步性能时，也可采用自同步法。2.8 信道多路复用原理多路复用方法包括： 频分复用 时分复用 码分复用 空分复用频分复用频分复用频分复用：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。频率时间频率1频率2频率3频率4频率5波分复用波分复用 WDMl波分复用就是波分复用就是光的频分复用光的频分复用。82.5Gb/s1310nm1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557n

75、m20Gb/s复用器分用器EDFA120km时分复用时分复用l时分复用：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。频率时间B C DB C DB C DB C DAAAA在TDM帧中的位置不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧频率时间C DC DC DAAAABBBB C D在TDM帧中的位置不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧时分复用时分复用频率时间BDBDBDAAAA BCCCC D在TDM帧中的位置不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧时分复用时分复用频率时间B CB CB CAAAA B CDDDD在TDM帧中的位置不变TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧TDM帧时分复用

76、时分复用时分复用可能会造成线路资源的浪费时分复用可能会造成线路资源的浪费ABCDaabbcdb cattttt4个时分复用帧#1acbcd时分复用#2#3#4用户统计时分复用STDM用户ABCDabcdttttt3个STDM帧#1acbab bcacd#2#3统计时分复用准同步时分复用数字体系 国际电报电话咨询委员会国际电报电话咨询委员会( (CCITT)CCITT)有一种建议，把每路编码速率有一种建议，把每路编码速率为为6464千比特千比特/ /秒的秒的3232路路PCMPCM时分多路电话信号称为基群，总速率为时分多路电话信号称为基群，总速率为20482048千比特千比特/ /秒，以它为基础

77、产生速度为秒，以它为基础产生速度为88488848千比特千比特/ /秒二次群，秒二次群，3436834368千比特千比特/ /秒的三次群，秒的三次群，139264139264千比特千比特/ /秒的四次群等等秒的四次群等等 。称。称为为准同步数字体系准同步数字体系PDH（plesiochronous digital hierarchy）。）。 （注注：我国和欧洲各国采用：我国和欧洲各国采用PCM30/32PCM30/32路系统，其中每一帧的帧长路系统，其中每一帧的帧长是是125125ss，共用共用3232个个时隙（隙（TS0-TS31TS0-TS31），），其中其中3030个个为话路（路（TS0

78、-TS0-TS15TS15和和TS17-TS31TS17-TS31），），时隙隙TS0TS0被用作被用作帧同步信号的同步信号的传输，而，而时隙隙TS16TS16用作信令及复用作信令及复帧同步信号的同步信号的传输。每个。每个时隙包含隙包含8 8 bit,bit,所以所以每每帧有有8 83232256 256 bitbit。码速率速率256 256 bitbit（1/125s1/125s）2.048 2.048 Mb/sMb/s。） 同步数字体系同步数字体系SDH1988年年 11月月 CCITT全全 会会 通通 过过 关关 于于 同同 步步 数数 字字 体体 系系（Synchronous Dig

79、ital HierarchySDH）的建议的建议 同步数字体系表同步数字体系表序 列比特速率速率简称STM1155520150Mbit/sSTM2311040300Mbit/sSTM4622080600Mbit/sSTM812441601.2Gbit/sSTM1218662401.8Gbit/sSTM1624883202.4Gbit/s码分复用码分复用 CDMl常用的名词是码分多址常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。l各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。干扰。l这种

80、系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。白噪声，不易被敌人发现。 l每一个比特时间划分为每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为个短的间隔，称为码片码片(chip)。 码分多路码分多路复用复用码分多路复用复用在在发发送送端端，四四路路输输入入分分别别与与四四个个互互相相正正交交的的波波形形相相乘乘，四四个个相乘器的输出相加起来就得合成信号：相乘器的输出相加起来就得合成信号：在接收端，也用四个相乘器，由四个正交波形分别对合在接收端，也用四个相乘器，由四个正交波形分别对合成信号成信号 进行处理，得到进行处理，得到 ：这表明四路信号在接收端互不干扰地分开了。这表明四路信号在接收端互不干扰地分开了。 多路复用的本质多路复用的本质 “正交波形复用”的概念是具有普遍意义的：其实时分复用中采用的各路取样选通脉冲波形也是一种正交波形，同样“频分复用”中采用的各路副载波也是正交的。所以归根到底，各种信道复用技术就是选择不同的“正交波形”来实现的。空分多址空分多址SDMA