数字通信原理第一章课件

数字通信原理吴润泽

Email：wrz_y@126.com数字通信原理吴润泽教材刘颖王春悦赵蓉编著北京邮电大学出版社1999.10李文海毛京丽石方文编著人民邮电出版社2007教材刘颖王春悦赵蓉编著李文海毛京丽石方文编著参考书目编写：韦乐平人民邮电出版社2001.2《SDH及其新应用》肖萍萍

吴健学

人民邮电出版社2008

参考书目编写：韦乐平《SDH及其新应用》肖萍萍

吴健学

课程任务课程任务：掌握脉冲编码调制原、差错控制编码、PDH技术、SDH帧结构、SDH同步复用与映射、SDH网络、SDH设备、光电接口、传输损伤、SDH管理网络等内容。教学目的：掌握PDH、SDH传输系统的基本原理，为今后从事信息与通信工作打下必要的理论基础。

课程任务课程任务：掌握脉冲编码调制原、差错控制编码、PDH技考核总成绩=平时成绩(15%)+期末考试成绩(70%)+实验成绩（15%)平时：出勤、作业、课堂测试期末考试形式：笔试闭卷。考核总成绩=平时成绩(15%)+期末考试成绩(70%)+实课程内容数字通信原理语音信号编码差错控制编码两大传输体系SDHPDH课程内容数字通信原理语音信号编码差错控制编码两大传输体系SD内容2SDH数字同步光传送网31PDH准同步数字序列差错控制编码语音信号编码234内容2SDH数字同步光传送网31PDH准同步数字序列差错控第一章概述第一节通信及通信系统构成第二节信息、信号及分类第三节模拟通信和数字通信第四节数字通信特点及性能指标第一章概述第一节通信及通信系统构成第一节通信及通信系统构成什么是通信系统？移动通信设备Switching&TransportAclearunderstandingofCommunicationITOpenResource第一节通信及通信系统构成什么是通信系统？移动通信设备Sw信息定义：不确定性的东西。

信息量定义：（比特）,P为信息出现的概率。信息形式：话音、图像、文字、数据。信号：信息载体，电压、电流、光波弧度或频率等。信号分类：模拟信号和数字信号（以时间特性区分）信息定义：不确定性的东西。信息形式：话音、图像、文字、数据。通信系统模型无论是哪种通信系统，都是要完成从一地到另一地的信息传递或交换。通信系统概括为一个统一的模型：模型包括信源、变换器、信道、反变换器、信宿和噪声源六个部分。模型框图如图1.1所示。噪声源为传输过程中引入的。图1.1通信系统模型通信系统模型无论是哪种通信系统，都是要完成从一地到另一地的信

模型中各部分功能如下：(1)信源：指发出信息的信息源，或简单地说是信息的发出者。(2)变换器：功能是把信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。(3)信道：信号传输媒介的总称。(4)反变换器：具有与变换器相反的逆变换功能。(5)信宿：指信息传送的终点，也就是信息接收者。(6)噪声源：并不是一个人为实现的实体，但在实际通信系统中又是客观存在的。 模型中各部分功能如下：数字通信发展概况1835年，莫尔斯发明了电报，早期的数字通信方式；1875年，贝尔发明了电话，模拟通信的新领域；1937年，里弗提出PCM通信理论解决噪声累计问题；1961年，实用化的PCM端机用于市话；当前，全球数字化。。。数字通信发展概况1835年，莫尔斯发明了电报，早期的数字通信第二节信息、信号及分类信号分类信号类型模拟信号数字信号物理参量基本特征第二节信息、信号及分类信号分类信号类型模拟信号数字信号物模拟信号及特点模拟信号消息的信号及其参数(幅度、频率和相位)随着消息连续变化的信号；特点：在幅度上连续，但是在时间上可以连续也可以不连续举例连续变化的语音信号/电视图像信号/遥感遥测信号等，而脉冲幅度调制信号（PAM）、脉冲相位调制信号（PPM）和脉冲宽度调制信号（PWM）,时间上不连续，但是幅度连续的信号也是模拟信号。模拟信号及特点模拟信号图1.2模拟信号示例图1.2模拟信号示例数字信号及特点数字信号指的是时间和幅值都是离散的信号形式数字信号的波形特点幅值被限制在有限个数值之内，它不是连续的，而是离散的。举例计算机信号、数据信号和PCM信号都是属于数字信号数字信号及特点数字信号图1.3数字信号示例图1.3数字信号示例图1.8时间离散信号示例图1.7时间连续信号示例图1.8时间离散信号示例图1.7时间连续信号示例第三节模拟通信和数字通信一、模拟通信信源所发出的信息经变换器变换和处理后，送往信道上传输的是模拟信号的通信系统称为模拟通信系统。模拟通信系统的一般构成模型如图1.4所示。图1.5所示就是模拟通信系统的实例。第三节模拟通信和数字通信一、模拟通信模拟通信系统分类

振幅调制系统（AM）单边带调制系统（SSB）频率调制系统（FM）相位调制系统（PM）脉冲幅度调制系统（PAM）脉冲相位调制系统（PPM）脉冲宽度调制系统（PWM）模拟通信系统连续调制系统脉冲调制系统模拟通信系统分类图1.4模拟通信系统模型原始信号是模拟信号，采用模拟调制方式图1.5模拟通信系统实例图1.4模拟通信系统模型原始信号是模拟信号，采用模拟调制抗干扰能力差不易于保密通信设备不易于大规模集成不适应飞速发展的计算机通信的要求简单、易于实现。

模拟通信特点抗干扰能力差模拟通信特点二、数字通信与模拟通信相对应，信源所发出的信息经变换和处理后，送往信道上传输的是数字信号的通信系统称为数字通信系统。语声信号的数字通信系统构成如图1.6所示。图1.6语声数字通信系统示意图二、数字通信图1.6语声数字通信系统示意图信源（信宿）：提供待传递的语声、图象或数据信号。信源编码方法：PCM、ADPCM、DM、SBC等。信道编码：线性分组码、卷积码、循环码等。加密：为提高数字通信的保密性，可通过加密器对数字信号进行逻辑运算加密处理。不需要时可省略。信源（信宿）：提供待传递的语声、图象或数据信号。1）复用方法时分复用TDM：与模拟通信系统中的TDM相似。码分复用CDM：用正交码组调制数字信号的方法。特点，时域重叠，频域也重叠。2）复用方式同步复用：各支路信号速率相同。异步复用：各支路信号速率不相同。1）复用方法2）复用方式三、数字信号的时分复用传输多路信号互不干扰地沿同一条信道传输的过程称为多路复用。复用的目的：提高资源利用率频分复用（FDM）：用于连续调制。特点：频域分离，时域重叠。时分复用（TDM）：用于脉冲调制。特点：时域分离，频域重叠。三、数字信号的时分复用传输频分复用（FDM）：用于连续调制FDM原理框图M：调制，DM：解调，BPF：带通滤波频分复用举例：闭路电视,家用宽带接入系统DXL合路后信号的频谱频分复用框图FDM原理框图M：调制，DM：解调，BPF：带通滤波频分复用TDM原理框图3路模拟信号TDM示意图（n=3）TDM原理框图3路模拟信号TDM示意图（n=3）第四节数字通信特点及性能指标一、数字通信的特点1.抗干扰能力强，无噪声积累在数字通信中，由于数字信号的幅度值为有限个数的离散值(通常取两个幅值)，在传输过程中受到噪声干扰虽然也要叠加噪声，但当信噪比还没有恶化到一定程度时，即在适当的距离，采用再生的方法即可消除噪声干扰，将信号再生成原发送的信号，如图1.11(b)所示。第四节数字通信特点及性能指标一、数字通信的特点图1.11两类通信方式抗干扰性能比较图1.11两类通信方式抗干扰性能比较2.便于加密处理信息传输的安全性和保密性越来越受到重视，数字通信的加密处理比模拟通信更容易实现。以语声数字通信为例，经过数字变换后的信号就可以用简单的数字逻辑运算进行加密处理，如图1.12所示。图1.12数字通信加密方法示意2.便于加密处理图1.12数字通信加密方法示意3.利于采用时分复用实现多路通信数字信号本身可以很容易用离散时间信号表示，在两个离散时间之间可以插入多路离散时间信号以实现时分多路复用。4.设备便于集成化、小型化由于数字通信系统中大部分电路都是由数字电路来实现的，微电子技术的发展可使数字通信便于用大规模和超大规模集成电路来实现。5.占用频带宽路数字电话频带一般为64kHz，而一路模拟电话所占频带仅为4kHz，前者是后者的16倍。3.利于采用时分复用实现多路通信二、数字通信系统的主要性能指标1.有效性指标(1)信息传输速率信道的传输速率是以每秒钟所传输的信息量来衡量的。(2)符号传输速率符号传输速率也叫码元速率。它是指单位时间内所传输码元的数目，其单位为“波特”(Bd)。(3)频带利用率频带利用率是指单位频带内的传输速率。二、数字通信系统的主要性能指标有效性指标：信息传输速率、符号传输速率、频带利用率。传码率RB：单位波特（Baud,orBd）传信率Rb：单位比特/秒（Bit/s，orbps）二者的关系：Rb=RBlog2M（M是进制数）频带利用率：（bit/s/Hz）（Bd/Hz）有效性指标：信息传输速率、符号传输速率、频带利用率。传码率R可靠性指标：误码率、信号抖动。信号抖动概念：数字信号码元相对其标准位置的随机偏移。常用单位为码元间隔（UI，UnitInterval)参考时钟理想的数字信号有抖动的数字信号可靠性指标：误码率、信号抖动。信号抖动概念：数字信号码元相对定时抖动：时钟信号相对其标准位置的随机偏移。说明：黑色实线表示时钟的标准位置。红色虚线表示有抖动的时钟信号。时钟的上升沿（或下降沿）示意图如下：

定时抖动：时钟信号相对其标准位置的随机偏移。说明：黑色实线表误码率：（平均误码率）段内误码率：一个再生段内误码率。

累积误码率：传输系统总的误码率。若每个中继段的误码率均为pe

，经过M个中继总误码率问题：如何测Pe?缩写:终端设备TE,TerminalEquipment,再生中继器R,Regenerator中继传输系统误码率：39

ITU-T：InternationalTelecommunicationUnion-TelecommunicationStandardizationSectorIEEE:InstituteofElectricalandElectronicEngineersFSAN:FullServiceAccessNetwork分贝dB和dBm的区别：分贝dB：常以对数标识两个功率或电压之比的计量单位，用于标识损耗或增益。如绝对功率电平dBm：相对于1mW参考功率的电平数。如专业常用术语：

39ITU-T：InternationalTeleco课后要求：掌握通信系统的基本组成掌握信号形式和种类了解模拟通信和数字通信模型掌握数字通信特点并会计算数字通信性能指标课后要求：小结1．数字信号与模拟信号的主要区别在于幅度取值是离散还是连续。幅度取值为离散者称为数字信号；幅度取值为连续者称为模拟信号。2．当信源为连续信号时需要信源编码。对于话音信号由于它本身冗余度较大，一般不需要信道编码。根据信道传输特性可分为基带传输和频带传输两种方式。3．数字通信方式与模拟通信方式相比，其最主要的特点是抗干扰性强、无噪声积累。4．时分复用是利用各路信号占有不同的时间间隙(时间差)在同一信道上传输。5．数字通信技术是在通信的有效性和可靠性这一对矛盾的不断转化过程中发展的。其中信息传输速率、符号传输速率和频带利用率是通信的有效性指标；而误码率则是通信的可靠性指标。小结1．数字信号与模拟信号的主要区别在于幅度取值是离散还是连习题1.模拟信号与数字信号的区别是什么?2.画出数字电话信号的基带传输的通信系统方框图。3.数字信道的传输质量与传输效率由哪些指标来表示?哪些因素会造成误码?4.今设在125μs(微秒)内传输256个二进制码元。试计算信息传输速率为多少?若该信号在2秒内有3个码元产生误码，试问其误码率等于多少?5.今设某一数字信号的符号传输速率为1200波特。试问它采用四进制或采用二进制数字信号传输时，其信息传输速率各为多少?6.在二进制数字信号中，假设“1”码出现的概串为1，而“0”码出现的概串为0，请问每一个码元的信息量为多少?7.试述数字通信的主要特点，为什么?习题1.模拟信号与数字信号的区别是什么?数字通信原理吴润泽

Email：wrz_y@126.com数字通信原理吴润泽教材刘颖王春悦赵蓉编著北京邮电大学出版社1999.10李文海毛京丽石方文编著人民邮电出版社2007教材刘颖王春悦赵蓉编著李文海毛京丽石方文编著参考书目编写：韦乐平人民邮电出版社2001.2《SDH及其新应用》肖萍萍

吴健学

人民邮电出版社2008

参考书目编写：韦乐平《SDH及其新应用》肖萍萍

吴健学

课程任务课程任务：掌握脉冲编码调制原、差错控制编码、PDH技术、SDH帧结构、SDH同步复用与映射、SDH网络、SDH设备、光电接口、传输损伤、SDH管理网络等内容。教学目的：掌握PDH、SDH传输系统的基本原理，为今后从事信息与通信工作打下必要的理论基础。

课程任务课程任务：掌握脉冲编码调制原、差错控制编码、PDH技考核总成绩=平时成绩(15%)+期末考试成绩(70%)+实验成绩（15%)平时：出勤、作业、课堂测试期末考试形式：笔试闭卷。考核总成绩=平时成绩(15%)+期末考试成绩(70%)+实课程内容数字通信原理语音信号编码差错控制编码两大传输体系SDHPDH课程内容数字通信原理语音信号编码差错控制编码两大传输体系SD内容2SDH数字同步光传送网31PDH准同步数字序列差错控制编码语音信号编码234内容2SDH数字同步光传送网31PDH准同步数字序列差错控第一章概述第一节通信及通信系统构成第二节信息、信号及分类第三节模拟通信和数字通信第四节数字通信特点及性能指标第一章概述第一节通信及通信系统构成第一节通信及通信系统构成什么是通信系统？移动通信设备Switching&TransportAclearunderstandingofCommunicationITOpenResource第一节通信及通信系统构成什么是通信系统？移动通信设备Sw信息定义：不确定性的东西。

信息量定义：（比特）,P为信息出现的概率。信息形式：话音、图像、文字、数据。信号：信息载体，电压、电流、光波弧度或频率等。信号分类：模拟信号和数字信号（以时间特性区分）信息定义：不确定性的东西。信息形式：话音、图像、文字、数据。通信系统模型无论是哪种通信系统，都是要完成从一地到另一地的信息传递或交换。通信系统概括为一个统一的模型：模型包括信源、变换器、信道、反变换器、信宿和噪声源六个部分。模型框图如图1.1所示。噪声源为传输过程中引入的。图1.1通信系统模型通信系统模型无论是哪种通信系统，都是要完成从一地到另一地的信

模型中各部分功能如下：(1)信源：指发出信息的信息源，或简单地说是信息的发出者。(2)变换器：功能是把信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。(3)信道：信号传输媒介的总称。(4)反变换器：具有与变换器相反的逆变换功能。(5)信宿：指信息传送的终点，也就是信息接收者。(6)噪声源：并不是一个人为实现的实体，但在实际通信系统中又是客观存在的。 模型中各部分功能如下：数字通信发展概况1835年，莫尔斯发明了电报，早期的数字通信方式；1875年，贝尔发明了电话，模拟通信的新领域；1937年，里弗提出PCM通信理论解决噪声累计问题；1961年，实用化的PCM端机用于市话；当前，全球数字化。。。数字通信发展概况1835年，莫尔斯发明了电报，早期的数字通信第二节信息、信号及分类信号分类信号类型模拟信号数字信号物理参量基本特征第二节信息、信号及分类信号分类信号类型模拟信号数字信号物模拟信号及特点模拟信号消息的信号及其参数(幅度、频率和相位)随着消息连续变化的信号；特点：在幅度上连续，但是在时间上可以连续也可以不连续举例连续变化的语音信号/电视图像信号/遥感遥测信号等，而脉冲幅度调制信号（PAM）、脉冲相位调制信号（PPM）和脉冲宽度调制信号（PWM）,时间上不连续，但是幅度连续的信号也是模拟信号。模拟信号及特点模拟信号图1.2模拟信号示例图1.2模拟信号示例数字信号及特点数字信号指的是时间和幅值都是离散的信号形式数字信号的波形特点幅值被限制在有限个数值之内，它不是连续的，而是离散的。举例计算机信号、数据信号和PCM信号都是属于数字信号数字信号及特点数字信号图1.3数字信号示例图1.3数字信号示例图1.8时间离散信号示例图1.7时间连续信号示例图1.8时间离散信号示例图1.7时间连续信号示例第三节模拟通信和数字通信一、模拟通信信源所发出的信息经变换器变换和处理后，送往信道上传输的是模拟信号的通信系统称为模拟通信系统。模拟通信系统的一般构成模型如图1.4所示。图1.5所示就是模拟通信系统的实例。第三节模拟通信和数字通信一、模拟通信模拟通信系统分类

振幅调制系统（AM）单边带调制系统（SSB）频率调制系统（FM）相位调制系统（PM）脉冲幅度调制系统（PAM）脉冲相位调制系统（PPM）脉冲宽度调制系统（PWM）模拟通信系统连续调制系统脉冲调制系统模拟通信系统分类图1.4模拟通信系统模型原始信号是模拟信号，采用模拟调制方式图1.5模拟通信系统实例图1.4模拟通信系统模型原始信号是模拟信号，采用模拟调制抗干扰能力差不易于保密通信设备不易于大规模集成不适应飞速发展的计算机通信的要求简单、易于实现。

模拟通信特点抗干扰能力差模拟通信特点二、数字通信与模拟通信相对应，信源所发出的信息经变换和处理后，送往信道上传输的是数字信号的通信系统称为数字通信系统。语声信号的数字通信系统构成如图1.6所示。图1.6语声数字通信系统示意图二、数字通信图1.6语声数字通信系统示意图信源（信宿）：提供待传递的语声、图象或数据信号。信源编码方法：PCM、ADPCM、DM、SBC等。信道编码：线性分组码、卷积码、循环码等。加密：为提高数字通信的保密性，可通过加密器对数字信号进行逻辑运算加密处理。不需要时可省略。信源（信宿）：提供待传递的语声、图象或数据信号。1）复用方法时分复用TDM：与模拟通信系统中的TDM相似。码分复用CDM：用正交码组调制数字信号的方法。特点，时域重叠，频域也重叠。2）复用方式同步复用：各支路信号速率相同。异步复用：各支路信号速率不相同。1）复用方法2）复用方式三、数字信号的时分复用传输多路信号互不干扰地沿同一条信道传输的过程称为多路复用。复用的目的：提高资源利用率频分复用（FDM）：用于连续调制。特点：频域分离，时域重叠。时分复用（TDM）：用于脉冲调制。特点：时域分离，频域重叠。三、数字信号的时分复用传输频分复用（FDM）：用于连续调制FDM原理框图M：调制，DM：解调，BPF：带通滤波频分复用举例：闭路电视,家用宽带接入系统DXL合路后信号的频谱频分复用框图FDM原理框图M：调制，DM：解调，BPF：带通滤波频分复用TDM原理框图3路模拟信号TDM示意图（n=3）TDM原理框图3路模拟信号TDM示意图（n=3）第四节数字通信特点及性能指标一、数字通信的特点1.抗干扰能力强，无噪声积累在数字通信中，由于数字信号的幅度值为有限个数的离散值(通常取两个幅值)，在传输过程中受到噪声干扰虽然也要叠加噪声，但当信噪比还没有恶化到一定程度时，即在适当的距离，采用再生的方法即可消除噪声干扰，将信号再生成原发送的信号，如图1.11(b)所示。第四节数字通信特点及性能指标一、数字通信的特点图1.11两类通信方式抗干扰性能比较图1.11两类通信方式抗干扰性能比较2.便于加密处理信息传输的安全性和保密性越来越受到重视，数字通信的加密处理比模拟通信更容易实现。以语声数字通信为例，经过数字变换后的信号就可以用简单的数字逻辑运算进行加密处理，如图1.12所示。图1.12数字通信加密方法示意2.便于加密处理图1.12数字通信加密方法示意3.利于采用时分复用实现多路通信数字信号本身可以很容易用离散时间信号表示，在两个离散时间之间可以插入多路离散时间信号以实现时分多路复用。4.设备便于集成化、小型化由于数字通信系统中大部分电路都是由数字电路来实现的，微电子技术的发展可使数字通信便于用大规模和超大规模集成电路来实现。5.占用频带宽路数字电话频带一般为64kHz，而一路模拟电话所占频带仅为4kHz，前者是后者的16倍。3.利于采用时分复用实现多路通信二、数字通信系统的主要性能指标1.有效性指标(1)信息传输速率信道的传输速率是以每秒钟所传输的信息量来衡量的。(2)符号传输速率符号传输速率也叫码元速率。它是指单位时间内所传输码元的数目，其单位为“波特”(Bd)。(3)频带利用率频带利用率是指单位频带内的传输速率。二、数字通信系统的主要性能指标有效性指标：信息传输速率、符号传输速率、频带利用率。传码率RB：单位波特（Baud,orBd）传信率Rb：单位比特/秒（Bit/s，orbps）二者的关系：Rb=RBlog2M（M是进制数）频带利用率：（bit/s/Hz）（Bd/Hz）有效性指标：信息传输速率、符号传输速率、频带利用率。传码率R可靠性指标：误码率、信号抖动。信号抖动概念：数字信号码元相对其标准位置的随机偏移。常用单位为码元间隔（UI，UnitInterval)参考时钟理想的数字信号有抖动的数字信号可靠性指标：误码率、信号抖动。信号抖动概念：数字信号码元相对定时抖动：时钟信号相对其标准位置的随机偏移。说明：黑色实线表示时钟的标准位置。红色虚线表示有抖动的时钟信号。时钟的上升沿（或下降沿）示意图如下：

定时抖动：时钟信号相对其标准位置的随机偏移。说明：黑色实线表误码率：（平均误码率）段内误码率：一个再生段内误码率。

累积误码率：传输系统总的误码率。若每个中继段的误码率均为pe

，经过M个中继总误码