數字通信原理教師：張玉姍1《數字通信原理》課程內容數字通信基本概念（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路系統準同步數字體系（PDH)數字信號傳輸基帶傳輸同步數字體系（SDH)頻帶傳輸SDH傳輸網2

第1章緒論

1.1通信的基本概念1.通信現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：有待于傳輸的語言、活動圖片和文字、數據等。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。模擬信號數字信號4第1章緒論模擬信號和數字信號(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，例如麥克風輸出電壓。5第1章緒論圖1-2數字信號數字信號：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.通信系統信源發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；■

發送設備：將信源產生的消息信號轉變成適合在信道中傳輸的信號。■

接收設備：與發送設備功能相反。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◆模擬通信系統和數字通信系統--通信方式的分類：

根據在信道上傳輸的信號形式的不同，可分為模擬通信和數字通信。圖1-4模擬通信系統模型9數字通信系統：圖1-5數字通信系統模型是利用數字信號來傳遞信息的通信系統。■信源編碼與譯碼目的：--提高信息傳輸的有效性--完成模/數轉換■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■數字調制與解調目的：形成適合在信道中傳輸的信號10數字通信的主要特點：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模擬通信網實現數字通信模擬電話網絡MODEMMODEM數字信號模擬信號模擬信號數字信號模擬電話系統MODEMMODEM數字信號模擬信號模擬信號數字信號數字通信網絡12數字網絡實現模擬通信PCM編碼系統數字信號模擬信號模擬信號數字信號數字通信網絡PCM解碼系統IP電話就是通過數字通信網絡可以實現模擬電話之間的通信13--通信方式的分類根據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，可用其出現的概率來描述。消息出現的可能性越小，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，以相等的概率發送數字“0”或“1”，則信源每個輸出的信息含量為多少？

【例2】四狀態碼元，每種符號出現的概率為，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。【例3】

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

四進制碼元中，“0”符號出現的概率為1/8,“1”符號出現的概率為1/8,“2”符號出現的概率為1/4,“3”符號出現的概率為1/2，求這種信源的信息熵。如果各符號等概率出現，再求其信息熵。解：不等概率出現：等概率出現：bit191.3通信系統的主要性能指標■通信系統的主要性能指標：有效性和可靠性◆有效性：指在給定信道內所傳輸的信息內容的多少，主要指消息傳輸的“速度”問題。◆可靠性：指接收信息的準確程度，也就是傳輸的“質量”問題。傳輸速率、頻帶利用率差錯率201.3通信系統的主要性能指標1.傳輸速率碼元傳輸速率RB：定義為單位時間（每秒）傳送碼元的數目，單位為波特（Baud），簡記為B。式中T－碼元的持續時間（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，單位為比特/秒，記為bit/s，或bps等概時，則有：（M為符號進制數）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通信系統的主要性能指標1.傳輸速率（M為符號進制數）【例4】已知信道碼元速率為1200Baud,分別求傳輸二狀態碼元、四狀態碼元、八狀態碼元的信息速率。解：二狀態碼元信息速率：四狀態碼元信息速率：八狀態碼元信息速率：221.3通信系統的主要性能指標2.頻帶利用率定義系統的頻帶利用率為信號的傳輸速率與系統帶寬之比:或231.3通信系統的主要性能指標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個出現的概率為1/32，其余112個出現的的概率為1/224.信息源每秒發出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、已知某四進制數字信號傳輸系統的信息速率為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Pe的值。252627作業答案1、設一信息源的輸出由128個不同的符號組成。其中16個出現的概率為1/32，其余112個出現的的概率為1/224.信息源每秒發出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、已知某四進制數字信號傳輸系統的信息速率為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Pe的值。