乐光新-数字通信讲义

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1、现代数字通信乐光新二零零三年三月1绪论一、什么是通信（对通信应有的基本观点）z通信的任务是传递消息。通信是一种产业，它生产的是一种信息在空间转移的效应。．．z消息是事物状态和状态变化的反应和表征。z消息的本质和价值取决于它所包含的信息量，即对接收者的不确定性（I）。．．．．消息x对接收者的不确定性i1I(x)∝iPiP为x发生的概率ii定义独立消息x的信息量i1Ix()=log（bit）i2Piz信号是消息的负载者，因为最简单的消息是二择一的消息（二元消息）。它所对应的信号称为二元（二进）数字信号。广义数字

2、信号：时间离散、状态取有限的离散值的波形。．．z数字通信：利用数字信号（包括其变换形式）传递消息的通信方式。便于处理和管理便于传输和交换便于集成化、小型化便于与计算机结合便于形成多种新业务z通信系统的基本矛盾：可靠性与有效性可靠性——发送消息在接受端的准确还原（矛盾的主要方面）有效性——信道资源的充分利用（时域、频域）形成这种矛盾的根本原因：信道不理想带宽、时间受限噪声和干扰（内、外）z研究通信系统的基本出发点在一定可靠性要求下，如何尽可能去提高系统的有效性在一定的有效性要求下，如何最大限度的提高可靠性即在

3、一定的代价下，使系统优化．．．．这种矛盾的相对统一，也是通信技术发展的基本动力2二、怎样看待现代通信z通信是一个整体，建立大通信的概念。z通信与计算机的有机结合，密不可分。z通信的三大要素：传输技术（系统）、通信网络、通信业务业务传输技术网络图1.1通信魔方z通信与信息化知识经济——信息化——信息系统——通信信息化信息基础设施（II）信息网络通信网络通信系统图1.2几个概念的关系三、关于课程z通信的数字化信源处理数字化——传输数字化——交换的数字化z出发点：统计的观点，信号空间的方法z基本概念、基本原理、基

4、本分析方法z主要参考书：rd1．Proakis,“DigitalCommunications”.3ed.中译本：《数字通信》电子工业出版社，2001。2．Gitlin,“DataCommunicationsPrinciples”3．Benedetto,“DigitalTransmissionTheory”4．Blahut,”DigitalTransmissionofInformation”3第一章在加性噪声背景下的数字通信一．数字通信系统数字通信是一种通信方式，是一大类通信系统的统称（数字信号的传输系统）。

5、基本组成（物理模型），即最基本的功能结构如下图：噪声zt()信息速率符号速率离散RbS()/sRBC(d)波形信道接收机接收者信源变换器消息x发送波形接收波形恢复消息is()trt()xˆii映射逆映射图1.3数字通信系统的基本组成1．离散信源模拟信号的数字化（波形编码）信源编码（减小冗余，压缩编码）信息（二进）速率（传信率）Rs（bits/s）R(/bs)波形信源加密S编码编码变换连续消息二进制到传输系统信息流图1.4离散信源的基本组成2．波形变换器（信道信号映射）z把离散信源发出的消息映射为适于信道传输

6、的波形，实现离散信息与连续信道的匹配映射xsii→(t)(0≤t≤T)z因为x是离散的有限取值,x与s的对应是固定的唯一的，是发、收双方事先iii约定的。即st()(0≤t≤T)是确知的（known）（注意，不是确定的ideterminant），接收端只是不知道观察时间[0≤t≤T]内，发送端发出的是哪一个波形。RB()d信道多状态符号波形C到信道编码符号形成产生二进信息流二进xisi()t（多进）图1.5波形变换器的基本组成z信道编码：二进制序列间的变换，引入一定冗余,以提高信息传输的可靠性。z多状

7、态符号形成：二进流的N比特码组——>M状态符号(Symbol)NNNN二进R(/bs)SM进xiR()BdC图1.6N比特码组与M状态符号对应关系NM=2N=logM2RR=logM=RN（Bd）CS2SzM个确知信号的每一种对应于一个固定的二进信息流的N比特码组。因此，每一个M状态符号携带的信息量是N比特。M个确知信号中的每一种称为传输信号的一种状态（state）。．．z确知波形的选取{xii}M→{st()}M称为波形设计（WaveformDesign）选取原则：有利于提高接收的可靠性有利于充分利用信道

8、资源3.信道z信道的概念是相对的：指从系统的发送机端口到接收机端口的全体。z信道模型是一个线性四端网络5s入()tst出()H()wh↔(t)图1.7信道模型恒参信道：H(ω)与时间无关周期性变参信道变参信道：H(ω,t)随参信道z传输的可靠性和有效性都取决于信道，实际信道都是非理想信道。影响传输的信道缺陷（impairment）主要是：传递函数H(ω)不理想而带来的传输信号的线性失真，带来相邻符号间的干扰（In