数字通信原理与技术(王兴亮)绪论

数字通信原理与技术(王兴亮)绪论汇报人：AA2024-01-20Contents目录绪论信号与信道模拟信号数字化传输数字基带传输系统数字频带传输系统同步原理与技术差错控制编码现代数字通信技术发展动态绪论01数字通信与模拟通信的区别信号形式、传输方式、抗干扰能力等。数字通信的优点抗干扰能力强、易于加密和差错控制、易于实现综合业务数字网等。数字通信定义通过数字信号传输信息的通信方式。数字通信概述产生原始信息，如语音、图像、文本等。信源信源编码信道编码将原始信息转换为数字信号，进行压缩编码以提高传输效率。增加冗余信息，提高信号抗干扰能力，保证传输可靠性。030201数字通信系统模型

数字通信系统模型调制将数字信号转换为适合信道传输的模拟信号。信道传输信号的媒介，如光纤、电缆、空气等。解调将接收到的模拟信号还原为数字信号。去除冗余信息，恢复原始数字信号。信道译码接收并处理还原后的数字信号，如扬声器、显示器等。信宿数字通信系统模型发展历程从模拟通信到数字通信的演进，包括PCM脉码调制、DPCM差分脉码调制、ADPCM自适应差分脉码调制等技术的发展。当前趋势数字化、网络化、智能化、综合化等成为数字通信发展的主要趋势，如5G/6G移动通信技术、物联网技术、云计算技术等的应用和发展。数字通信发展历程及趋势信号与信道02根据信号的性质和特征，可以将其分为模拟信号和数字信号两大类。模拟信号是连续时间信号，其幅度和时间都是连续的；数字信号则是离散时间信号，其幅度和时间都是离散的。信号分类信号具有多种特性，如幅度、频率、相位等。这些特性决定了信号的传输方式和处理方法。例如，信号的幅度决定了信号的强弱，频率决定了信号的音调高低，相位则决定了信号的波形形状。信号特性信号分类与特性信道特性信道是信号传输的通道，其特性直接影响信号的传输质量。信道特性包括带宽、噪声、失真等。带宽决定了信道能够传输的信号频率范围，噪声则会对信号产生干扰，导致信号失真。传输媒质信号的传输需要借助一定的媒质，如电线、光纤、空气等。不同的媒质具有不同的传输特性和适用范围。例如，电线适用于短距离传输，光纤则适用于长距离高速传输。信道特性及传输媒质信道容量与香农公式信道容量信道容量是指在给定条件下，信道能够传输的最大信息量。它受到信道带宽、信噪比等因素的影响。提高信道容量可以通过增加带宽、降低噪声等方式实现。香农公式香农公式是描述信道容量的重要公式，它给出了在给定信噪比和带宽条件下，信道能够传输的最大信息量。香农公式的应用为数字通信系统的设计提供了重要的理论依据。模拟信号数字化传输03抽样定理是模拟信号数字化传输的基础，它指出在满足一定条件下，一个连续时间信号可以完全由其离散时间样本重建。抽样定理的基本概念奈奎斯特抽样定理给出了无失真地重建模拟信号所需的最小抽样频率，即抽样频率应大于或等于模拟信号最高频率的两倍。奈奎斯特抽样定理抽样定理在数字通信、音频和视频处理等领域有着广泛的应用，如电话通信中的语音信号数字化、数字电视中的图像信号数字化等。抽样定理的应用模拟信号抽样定理均匀量化均匀量化是一种简单的量化方法，它将模拟信号的幅度范围均匀地划分为若干个量化间隔，每个间隔对应一个数字值。均匀量化具有实现简单、性能稳定的优点，但在小信号时信噪比性能较差。非均匀量化非均匀量化是一种改进的量化方法，它根据模拟信号的幅度概率分布特性来划分量化间隔。非均匀量化可以提高小信号时的信噪比性能，但需要更复杂的实现电路。自适应量化自适应量化是一种动态调整量化间隔的方法，它根据输入信号的统计特性或误差反馈来实时调整量化间隔。自适应量化可以进一步提高信噪比性能，但需要更复杂的算法和实现电路。模拟信号量化方法PCM基本原理：脉冲编码调制（PCM）是一种将模拟信号转换为数字信号的方法，它包括抽样、量化和编码三个基本步骤。PCM通过抽样定理将连续时间模拟信号转换为离散时间信号，然后通过量化将离散时间信号的幅度转换为数字值，最后通过编码将数字值转换为二进制码流。PCM系统组成：PCM系统主要由输入滤波器、抽样器、量化器、编码器和输出滤波器等组成。输入滤波器用于限制模拟信号的带宽，避免抽样时产生混叠失真；抽样器按照抽样定理对模拟信号进行抽样；量化器将抽样后的离散时间信号进行幅度量化；编码器将量化后的数字值转换为二进制码流；输出滤波器用于平滑二进制码流中的高频分量，以便于传输和存储。PCM性能指标：评价PCM系统性能的主要指标包括信噪比（SNR）、动态范围（DR）和编码效率等。信噪比反映了PCM系统重建模拟信号的精度；动态范围表示PCM系统能够处理的模拟信号的最大幅度与最小幅度之比；编码效率则反映了PCM系统对数字资源的利用效率。脉冲编码调制（PCM）原理数字基带传输系统0403带宽概念数字基带信号的带宽通常定义为信号功率谱密度下降到最大值一半时的频率范围。01数字基带信号的定义数字基带信号是由数字信息直接控制的信号，通常表现为矩形脉冲序列。02频谱特性数字基带信号的频谱具有离散性和周期性，其频谱形状与信号的码元速率、脉冲形状以及调制方式有关。数字基带信号及其频谱特性基带传输常用码型归零码（RZ码）在每个码元周期内，信号电平会回归到零电平，具有自同步能力。非归零码（NRZ码）信号电平在码元周期内保持不变，需要外部同步信号。曼彻斯特码（Manchester码）在每个码元周期的中间时刻发生跳变，具有自同步能力和良好的抗干扰性能。差分曼彻斯特码（Differential…在每个码元周期的起始时刻发生跳变，同样具有自同步能力和良好的抗干扰性能。眼图概念01眼图是一种用于观察和分析数字基带信号传输性能的时域图形表示方法。通过叠加多个码元周期的波形，可以形成一个类似“眼睛”的图形。眼图参数02眼图的参数包括眼睛张开度、眼睛高度、眼睛宽度和交叉点位置等，这些参数反映了信号的传输性能。传输性能分析03通过观察眼图，可以评估数字基带信号的传输质量，如定时误差、幅度失真、噪声干扰等。同时，眼图还可以用于调整和优化传输系统参数，以提高传输性能。眼图及传输性能分析数字频带传输系统05123通过改变载波的振幅来表示二进制数字信号，如2ASK、4ASK等。振幅键控（ASK）通过改变载波的频率来表示二进制数字信号，如2FSK、4FSK等。频移键控（FSK）通过改变载波的相位来表示二进制数字信号，如BPSK、QPSK等。相移键控（PSK）二进制数字调制原理多进制振幅调制（MASK）通过改变载波的振幅来表示多进制数字信号，提高了频带利用率。多进制频移键控（MFSK）通过改变载波的频率来表示多进制数字信号，具有较好的抗干扰性能。多进制相移键控（MPSK）通过改变载波的相位来表示多进制数字信号，可实现高速数据传输。多进制数字调制原理030201新型数字调制技术简介结合ASK和PSK的原理，通过同时改变载波的振幅和相位来表示数字信号，提高了频带利用率和抗干扰性能。正交频分复用（OFDM）将高速数据流分成多个低速子数据流，分别调制到多个正交子载波上进行传输，具有高频谱利用率和抗多径干扰能力。扩频通信通过扩展信号的频谱宽度来提高抗干扰能力和保密性，常见的扩频通信方式有直接序列扩频（DS-SS）和跳频扩频（FH-SS）等。正交幅度调制（QAM）同步原理与技术06锁相环（PLL）技术利用锁相环实现本地振荡器频率和相位的自动调整，使其与接收信号保持一致。插入导频法在发送端插入一个已知频率和相位的导频信号，接收端通过提取导频信号实现载波同步。载波提取方法通过接收信号中提取载波频率和相位信息，实现本地振荡器与接收信号的同步。载波同步技术通过在每个字符前后添加起始位和停止位，实现接收端对字符的同步接收。起止式同步法在发送端连续发送一串固定频率的同步信号，接收端通过检测该同步信号实现位同步。连贯式插入法利用数字信号处理技术对接收信号进行自适应调整，实现位同步。自适应位同步法位同步技术连贯式插入法在数据块中连续插入多个同步码元，接收端通过检测同步码元实现群同步。循环冗余检验（CRC）法在发送端对数据块添加CRC校验码，接收端通过校验CRC码实现数据块的正确接收和群同步。起止式群同步法通过在数据块前后添加起始标志和结束标志，实现数据块的群同步。群同步技术差错控制编码07差错控制编码是一种在数字通信中用于提高传输可靠性的技术。通过在发送端对信息进行特定的编码处理，以及在接收端进行相应的解码和错误检测与纠正，可以有效地减少或消除传输过程中可能出现的误码，从而提高通信系统的性能。差错控制编码的基本概念差错控制编码的基本原理是在发送端对原始信息进行冗余度的增加，即添加一些与原始信息相关的冗余比特。这些冗余比特在接收端被用来检测和纠正传输过程中可能出现的错误。通过合理地设计编码方案，可以使得在接收端能够准确地恢复出原始信息，即使传输过程中发生了一定数量的误码。差错控制编码的原理差错控制编码基本概念和原理线性分组码构造方法线性分组码是一种将信息序列划分为等长的组，并对每组信息进行线性变换得到相应监督序列的编码方法。其构造方法主要包括确定码长、信息位长度、监督位长度以及生成矩阵和校验矩阵等参数，然后通过一定的编码规则将信息序列转换为码字序列。循环码构造方法循环码是一种具有循环特性的线性分组码，其构造方法主要基于多项式运算。循环码的编码过程可以通过将信息多项式与生成多项式进行模2除法运算得到相应的码字多项式，然后将其转换为二进制序列进行传输。在接收端，通过同样的多项式运算进行解码和错误检测与纠正。线性分组码和循环码构造方法卷积码是一种连续处理的编码方式，其编码过程不仅与当前输入的信息比特有关，还与之前若干个输入比特有关。卷积码的构造方法主要包括确定约束长度、生成多项式以及编码规则等参数，然后通过一定的编码电路或算法实现卷积编码过程。在接收端，通过相应的解码算法进行解码和错误纠正。卷积码构造方法Turbo码是一种采用迭代解码思想的纠错编码技术，具有接近香农极限的性能。其构造方法主要包括并行级联卷积码编码器、交织器以及迭代解码器等部分。在发送端，原始信息经过两个或多个并行的卷积编码器进行编码，并通过交织器进行交织处理以增加码字的随机性。在接收端，通过迭代解码器进行多次迭代解码，逐步逼近最优解，从而实现高可靠性的通信传输。Turbo码构造方法卷积码和Turbo码构造方法现代数字通信技术发展动态08采用更高速率的调制格式、复用技术和先进的光纤类型，实现Tbit/s级别传输。高速大容量传输技术构建全光交换和全光路由的光网络，提高网络灵活性和可扩展性。全光网络技术发展无源光网络（PON）和时分复用（TDM）PON等光接入技术，提升宽带接入能力和用户体验。光接入网技术光纤通信技术发展动态高通量卫星通信技术采用高频段、多点波束和频率复用等技术，提高卫星通信系统的容量和传输速率。卫星导航与位置服务利用卫星