數(shù)字通信原理1

數(shù)字通信原理教師：張玉姍1《數(shù)字通信原理》課程內容數(shù)字通信基本概念（緒論）脈沖編碼調制（PCM)語音信號壓縮編碼時分復用多路技術PCM30/32路系統(tǒng)準同步數(shù)字體系（PDH)數(shù)字信號傳輸基帶傳輸同步數(shù)字體系（SDH)頻帶傳輸SDH傳輸網(wǎng)2

第1章緒論

1.1通信的基本概念1.通信現(xiàn)象電話通信銀行通信3第1章緒論

通信：消息傳遞的全過程，即信息的傳輸與交換。2.通信是什么消息：有待于傳輸?shù)恼Z言、活動圖片和文字、數(shù)據(jù)等。信息：消息中包含的有意義的內容。信號：與信息一一對應的電量，是信息的物質載體。模擬信號數(shù)字信號4第1章緒論模擬信號和數(shù)字信號(a)話音信號(b)抽樣信號圖1-1模擬信號常見的模擬信號有電話語音信號、傳真、電視信號。模擬信號：代表消息的信號參量取值連續(xù)，例如麥克風輸出電壓。5第1章緒論圖1-2數(shù)字信號數(shù)字信號：代表消息的信號參量取值為有限個，例如計算機輸入輸出信號。6第1章緒論

3.通信系統(tǒng)信源發(fā)送設備接收設備信宿信道噪聲源消息信號信號消息信號圖1-3通信系統(tǒng)基本模型■

信源：將各種可能的消息轉換成原始電信號，非電/電轉換；■

信宿：將復原的電信號轉換成相應的消息，電/非電轉換；■

發(fā)送設備：將信源產(chǎn)生的消息信號轉變成適合在信道中傳輸?shù)男盘??！?/p>

接收設備：與發(fā)送設備功能相反。能從帶有干擾的接收信號中正確復原出相應的原始信號。7第1章緒論

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信道（傳輸媒介）可分為兩大類：①有線信道如雙絞電話線、同軸電纜、波導、光纖等。②無線信道如大氣、真空、海水等。信道有幾個特性：①對不同種類的信號有不同的傳輸特性；②信道中存在噪聲，信號在信道中傳輸時產(chǎn)生衰減；③信道中還會包括有源放大設備，保證信號電平高于噪聲的電平；④有多徑現(xiàn)象，每條路徑的信號有不同的時延和衰減特性。8◆模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)--通信方式的分類：

根據(jù)在信道上傳輸?shù)男盘栃问降牟煌?，可分為模擬通信和數(shù)字通信。圖1-4模擬通信系統(tǒng)模型9數(shù)字通信系統(tǒng)：圖1-5數(shù)字通信系統(tǒng)模型是利用數(shù)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)。■信源編碼與譯碼目的：--提高信息傳輸?shù)挠行?-完成模/數(shù)轉換■信道編碼與譯碼目的：增強抗干擾能力■加密與解密目的：保證所傳信息的安全■數(shù)字調制與解調目的：形成適合在信道中傳輸?shù)男盘?0數(shù)字通信的主要特點：①抗干擾能力強，無噪聲積累；②易于加密處理，且保密性好；③利于采用時分復用實現(xiàn)多路通信；④設備便于集成化、小型化；⑤占用信道頻帶寬；11模擬通信網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)字通信模擬電話網(wǎng)絡MODEMMODEM數(shù)字信號模擬信號模擬信號數(shù)字信號模擬電話系統(tǒng)MODEMMODEM數(shù)字信號模擬信號模擬信號數(shù)字信號數(shù)字通信網(wǎng)絡12數(shù)字網(wǎng)絡實現(xiàn)模擬通信PCM編碼系統(tǒng)數(shù)字信號模擬信號模擬信號數(shù)字信號數(shù)字通信網(wǎng)絡PCM解碼系統(tǒng)IP電話就是通過數(shù)字通信網(wǎng)絡可以實現(xiàn)模擬電話之間的通信13--通信方式的分類根據(jù)信息傳遞的方向不同，可分為單工、半雙工和全雙工通信。14

第1章緒論

1.2信息量度量信息：是消息中包含的有效內容。如何度量離散消息中所含的信息量?度量信息量的原則能度量任何消息，并與消息的種類無關。度量方法應該與消息的重要程度無關。消息中所含信息量和消息內容的不確定性有關 【例】“某客機墜毀”這條消息比“今天下雨”這條消息包含有更多的信息。 上例表明：消息所表達的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。

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1.2信息量度量

單一1.2信息量度量1.單一消息信息量的計算事件的不確定程度，可用其出現(xiàn)的概率來描述。消息出現(xiàn)的可能性越小，則消息包含的信息量就越大。設：某離散消息X發(fā)生的概率為P(x)，則其所攜帶的信息量為：---信息量的定義上式中對數(shù)a的底：

若a=2，信息量的單位稱為比特(bit)，可簡記為b

若a=e，信息量的單位稱為奈特(nit)，若a=10，信息量的單位稱為哈特(hart)

161.2信息量度量1.單一消息信息量的計算【例1】

設一個二進制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字“0”或“1”，則信源每個輸出的信息含量為多少？

【例2】四狀態(tài)碼元，每種符號出現(xiàn)的概率為，求單個符號的信息量。解：解：單個符號的信息量bit171.2信息量度量2.平均信息量的計算若干個互相獨立信號構成的消息，其平均信息量計算如下：由于H同熱力學中的熵形式一樣，通常也將平均信息量稱為信息熵?！纠?】

四進制碼元中，“0”符號出現(xiàn)的概率為1/8,“1”符號出現(xiàn)的概率為1/8,“2”符號出現(xiàn)的概率為1/4,“3”符號出現(xiàn)的概率為1/2，求這種信源的信息熵。如果各符號等概率出現(xiàn)，再求其信息熵。182.平均信息量的計算【例3】

四進制碼元中，“0”符號出現(xiàn)的概率為1/8,“1”符號出現(xiàn)的概率為1/8,“2”符號出現(xiàn)的概率為1/4,“3”符號出現(xiàn)的概率為1/2，求這種信源的信息熵。如果各符號等概率出現(xiàn)，再求其信息熵。解：不等概率出現(xiàn)：等概率出現(xiàn)：bit191.3通信系統(tǒng)的主要性能指標■通信系統(tǒng)的主要性能指標：有效性和可靠性◆有效性：指在給定信道內所傳輸?shù)男畔热莸亩嗌伲饕赶鬏數(shù)摹八俣取眴栴}?！艨煽啃裕褐附邮招畔⒌臏蚀_程度，也就是傳輸?shù)摹百|量”問題。傳輸速率、頻帶利用率差錯率201.3通信系統(tǒng)的主要性能指標1.傳輸速率碼元傳輸速率RB：定義為單位時間（每秒）傳送碼元的數(shù)目，單位為波特（Baud），簡記為B。式中T－碼元的持續(xù)時間（秒）

信息傳輸速率Rb：定義為單位時間內傳遞的平均信息量或比特數(shù)，單位為比特/秒，記為bit/s，或bps等概時，則有：（M為符號進制數(shù)）若信源的碼元速率為RB,熵為H,則該信源的信息速率為：211.3通信系統(tǒng)的主要性能指標1.傳輸速率（M為符號進制數(shù)）【例4】已知信道碼元速率為1200Baud,分別求傳輸二狀態(tài)碼元、四狀態(tài)碼元、八狀態(tài)碼元的信息速率。解：二狀態(tài)碼元信息速率：四狀態(tài)碼元信息速率：八狀態(tài)碼元信息速率：221.3通信系統(tǒng)的主要性能指標2.頻帶利用率定義系統(tǒng)的頻帶利用率為信號的傳輸速率與系統(tǒng)帶寬之比:或231.3通信系統(tǒng)的主要性能指標3.可靠性指標◆誤碼率◆誤信率，又稱誤比特率在二進制中有24習題：1、設一信息源的輸出由128個不同的符號組成。其中16個出現(xiàn)的概率為1/32，其余112個出現(xiàn)的的概率為1/224.信息源每秒發(fā)出1000個符號，且每個符號彼此獨立。試計算該信息源的平均信息速率及最大可能的信息速率。2、已知某四進制數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)的信息速率為2400bit/s,接收端在半小時內共收到216個錯誤碼元，試計算該系統(tǒng)Pe的值。252627作業(yè)答案1、設一信息源的輸出由128個不同的符號組成。其中16個出現(xiàn)的概率為1/32，其余112個出現(xiàn)的的概率為1/224.信息源每秒發(fā)出1000個符號，且每個符號彼此獨立。試計算該信息源的平均信息速率及最大可能的信息速率。解：每個符號的平均信息量：已知符號速率RB=1000Baud故平均信息速率為等概時可獲得最大可能信息速率282、已知某四進制數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)的信息速率為2400bit/s,接收端在半小時內共收到216個錯誤碼元，試計算該系統(tǒng)Pe的值。