数字通信原理第1次课教案(2012)

1*课程名称：数字通信原理*使用教材：李文海等编著数字通信原理（第二版）人民邮电出版社2007赵蓉等编著现代通信原理教程北京邮电大学出版社2009*主要参考书目：毛京丽等编著数字通信原理（第3版）人民邮电出版社2011*授课计划：章节各章授课计划学时数第1章概述第2章语音信号波形编码第4章时分多路复用及PCM30/32路系统第6章数字信号复接第7章数字信号的传输第10章差错控制编码测验2学时6学时6学时4学时2学时8学时*课程性质：选修课*学时数：总学时数为32学时，其中理论教学28学时，实验4学时。第1章概述本章学习要点通信和数字通信系统的有关概念（复习）以及本课学习的主要内容。1.1通信及通信系统构成1.通信的定义通信就是信息的传输与交换。一般地说，通信是指由一地向另一地进行消息的有效传递。2.通信系统的组成(1)通信系统的定义传递或交换信息所需的一切技术设备的总和称为通信系统。(2)通信系统一般模型以点对点通信为例，由图1-1可以看出要实现消息从一端向另一端的传递，必须有五部分：信息源、发送设备、信道、接收设备、受信者（信宿）。图1-1通信系统一般模型其中，①信息源：将各种可能的消息转换成电信号；2②发送设备：对信源所产生的原始电信号进行处理和变换，把它变换为适合信道传输的信号；③信道：信号的传输通道，一般指传输媒质；④接收设备：从接收信号中恢复出相应的原始电信号；⑤受信者：将原始信号转换成相应的消息。⑥噪声源：噪声源不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及信道所固有的，并且是人们所不希望的干扰源。1.2信息、信号及分类1.信息与消息消息是信息的物理表现形式，例如：文字、语音、数据、图片、活动图像等等都是消息所具有的不同的表现形式。而信息则是指消息中包含的有意义的内容（有效内容）。2.信号及其分类为了实现既迅速又可靠的远距离通信，通常需要将消息转换成电信号，例如，利用电话机将语音转换为语音信号，利用摄像机将活动图像转换为图像信号等等。可以说信号是携带信息的载体。信号波形的特征可用二个物理量（时间、幅度）来表示。根据信号波形基本特征的不同，信号可以分为两大类：模拟信号和数字信号。·模拟信号是时间、幅度都是连续的信号。常见的产生模拟信号的信源有电话机、话筒和摄像机等。·数字信号是时间、幅度都是离散的信号。电子计算机、各种数字（用户）终端是输出数字信号的信源。1.3模拟通信和数字通信按在传输信道中所传输信号的类别不同，通信系统可分为模拟通信和数字通信两大类。1.3.1模拟通信系统信源所发出的携带信息的电信号经发送设备变换和处理后，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。1.3.2数字通信系统及本课学习的主要内容信源所发出的携带信息的电信号经发送设备变换和处理后，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。数字通信系统的模型如图1-2所示。图1-2数字通信系统的模型(1)信道编码与译码信道编码或差错控制编码又称可靠性编码，是为了改善数字通信系统的传输3质量。通过信道编译码，以实现信道与通信系统在可靠性指标上的优化。（第10章差错控制编码）(2)信源编码与译码所谓信源编码（又称有效性编码）是指将原来不适于在数字通信系统内传输的信号变换为比较理想和有效的数字信号。信源编码有两个基本功能：模拟信号的数字化和数据压缩。①通过某种数据压缩技术设法减少码元数目以降低数码率（传码率），因为数码率决定传输所占的带宽，而传输带宽反映了通信的有效性，所以信源编码可以提高信息传输的有效性。（第3章语音信号压缩编码、第5章图像信号压缩编码）②将信息源输出的模拟信号转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输（第2章语音信号的数字化、第5章图像信号数字化）。本课以PCM通信系统为例重点讨论实现这一过程的基本理论及相关实用技术，它们包括：码型变换与反变换：三阶高密度双极性码（HDB3码）；传号反转码（MCI码）。（第7.2节基带传输的线路码型）对PCM信号线路（接口）码型的要求：其码型的功率谱密度结构适合于给定信道的传输特性和对定时时钟提取的要求。·数字传输技术数字复接方法（数字复接系列）：准同步数字体系（PDH）；同步数字体系（SDH）。（第6章数字信号复接）数字复接的概念：将若干低速数字信号合并成一个大容量高速数字信号的过程。·数字复接技术时分多路复用通信：时分多路复用的概念及同步问题；PCM30/32路系统。（第4章时分多路复用及PCM30/32路系统）语音信号数字化：脉冲编码调制（PCM）（第2章语音信号波形编码）·数字终端技术4图1-3PCM通信系统原理框图1.4.1数字通信的特点1.抗干扰能力强，无噪声积累；2.便于加密处理；3.利于采用时分复用实现多路通信；4.设备便于集成化、小型化；5.占用频带宽。1.5电平和衰减的预备知识1.功率电平和电压电平（dB）①分贝（dB）是以常用对数表示两功率之比的一种计量单位。②定义式dBPPD01lg10(1-1)式中，0P表示以参考点0作为比较的基准功率；1P为测试点1的功率。或dBVVD01lg20(1-2)其中，0V表示以参考点0作为比较的基准电压；1V为测试点1的电压。2.用分贝表示的绝对功率电平（mdB）①度量信号绝对功率电平大小而使用的单位是mdB。②如果信号的功率为1P，则用分贝表示的绝对功率电平为5mdBPmWmWPD11lg101lg10(1-3)显然，信号绝对功率电平是相对于mW1功率的电平单位。当信号功率1P为mW1时，绝对功率电平为mdB0。3.传输衰减①衰减是表示信号通过网络后功率损耗的程度。②定义：传输衰减是网络的输入端功率与输出端功率之差。即式(1-1)又可表示成dBPPD01lg10lg10(1-4)例1.5.1某数字基带传输系统的发送信号功率为40dB，信道衰减70dB，求接收信号平均功率。解：设发送信号功率为TS，接收信号平均功率为RS，则由题意可知：TSlg10=40dB，RTSSlg10=70dB于是得RTSSlg10lg1070dB接收信号平均功率为dBdBSSTR3070lg10lg10或WST410，710RTSS,mWSR1101047。