数字通信基本原理.ppt

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1、预备知识——数字通信基本原理一、数字通信的基本概念1.数字通信系统的基本概念（1）模拟信号和数字信号信号波形的特征可用两个物理量（时间、幅度）来表示。①模拟信号模拟信号随波形模拟信息的变化而变化，其特点是幅度连续。②数字信号图0-2所示的是数字信号的波形，其特点是：幅值被限制在有限个数值之内，它不是连续的，而是离散的。(2)数字通信的概念可分为两类通信方式：模拟通信和数字通信。模拟通信是以模拟信号的形式传递消息，采用频分复用实现多路通信。数字通信是以数字信号的形式传递消息，采用时分复用实现多路通信。占空比a=τ/tB，可见，图0-3（a）中a=1，图

2、0-3（b）中a=1/2。（3）数字通信系统的构成数字通信系统的构成模型如图0-4所示。信源是把原始信息变换成原始电信号。信源编码的功能是把模拟信号变换成数字信号，即完成模数变换的任务。信道是指传输信号的通道。接收端的解调、信道解码、信源解码等几个方框的功能与发送端几个对应的方框正好相反，是一一对应的反变换关系。信源解码后的电信号，由受信者接收，通常称之为信宿。信宿可以是人，也可以是各种终端设备。①若信源是数字信息时，则信源编码或信源解码可去掉，这样就构成数据通信系统。②若通信距离不太远，且通信容量不太大时，信道一般采用市话电缆，即采用基带传输方式，这样就

3、不需要调制和解调部分。③传送话音信息时，即使有少量误码，也不影响通信质量，一般不加信道编、解码。④在对保密性能要求比较高的通信系统中，可在信源编码与信道编码之间加入加密器；同时在接收端加入解密器。2.数字通信的特点数字通信具有以下几个主要特点。（1）抗干扰能力强，无噪声积累（2）便于加密处理（3）采用时分复用实现多路通信（4）设备便于集成化、微型化（5）占用信道频带宽3.数字通信系统的主要性能指标衡量数字通信系统性能好坏的指标是有效性和可靠性两项。（1）有效性指标有效性指标具体包括以下三项内容。①信息传输速率（R）信息传输速率简称传信率，也叫数码率（

4、常用fB表示）。它的定义是：每秒所传输的信息量。信息量是消息多少的一种度量，消息的不确定性程度越大，则其信息量越大。信息量的度量单位为“比特”（bit）。②符号速率（N）符号速率也叫码元速率，它的定义是：1秒所传输的码元数目（这里的码元可以是多进制的，也可以是二进制的），其单位为“波特”（d）。符号（或码元）与代码的关系为：一个符号要用log2M个代码来表示（M为进制数或电平数）。综上所述，很容易得出信息传输速率R与符号速率N的关系为：R=Nlog2M可见，二进制码元传输时，信息传输速率与符号速率相等。③频带利用率η通信系统所占用的频带愈宽，传输信息

5、的能力应该愈大。所以真正用来衡量数字通信系统传输效率的指标（有效性）应当是单位频带内的传输速率。（2）可靠性指标误码率的定义为：在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码元之比。二、脉冲编码调制（PCM）由于数字通信是以数字信号的形式来传递消息的，而话音信号是幅度、时间取值均连续的模拟信号，所以数字通信所要解决的首要问题是模拟信号的数字化，即模／数变换（A/D变换）。模／数变换的方法主要有脉冲编码调制（PCM）、差值脉冲编码调制（DPCM）、自适应差值脉冲编码调制（ADPCM）、增量调制（DM）等。1.脉冲编码调制通信系统的构成脉冲编码调制是对模拟信号的瞬时抽样

6、值量化、编码，以将模拟信号转化为数字信号。若模／数变换的方法采用PCM，由此构成的数字通信系统称为PCM通信系统。采用基带传输的PCM通信系统构成方框图如图0-7所示。（1）模／数变换相当于信源编码部分的模／数变换（A／D变换），具体包括抽样、量化、编码三步。抽样——是把模拟信号在时间上离散化，变为脉冲幅度调制（PAM）信号。量化——是把PAM信号在幅度上离散化，变为量化值（共有N个量化值）。编码——是用二进码来表示N个量化值，每个量化值编l位码，则有N=2l。（2）信道部分（3）数/模变换接收端首先利用再生中继器消除数字信号中的噪声干扰，然后进行数/

7、模变换。数/模变换包括解码和低通两部分。解码——是编码的反过程，解码后还原为PAM信号（假设忽略量化误差——量化值与PAM信号样值之差）。低通——收端低通的作用是恢复或重建原模拟信号。2.抽样（1）抽样的概念所谓抽样就是每隔一定的时间间隔Ｔ抽取模拟信号的一个瞬时幅度值（样值）。抽样是由抽样门来完成的，在抽样脉冲ST(t)的控制下，抽样门闭合或断开，如图０-８所示。(2)理想抽样的频谱如图0-9所示。抽样后的样值序列频谱S(ω)是由无限多个分布在ωs各次谐波左右的上下边带所组成，而其中位于n=0处的频谱就是抽样前的话音信号频谱M(ω)的本身（只差一个系数1/

8、T)，如图