数字通信原理课程设计

数字通信原理课程设计课程设计题目设计一个简单的数字通信系统模型，并仿真该数字通信系统。数字通信系统模型数字通信系统模型图所示:要求：该数字通信的设计必须能使三路信号在一个信道上进行远距离传输。编码、调制解调和信道复用方式不限。1．通信系统：传递信号所需的全部技术设备。2．通信系统的组成：由信源、发送设备、信道、接收设备和信宿五部分组成。如图1.1所示:一、通信系统的模型图1.1通信系统模型3．信道是信号传输媒介的总称，传输信道的类型有两种。一种是有线信道，如双绞线、电缆、同轴电缆、光纤等；一种是无线信道，如可以传输电磁信号的自由空间。1．信源是要传输原始电信号，这个信号称为基带信号。2.发送设备将信源产生的信号变换为适于信道传输的信号。正弦调制后的信号称为频带信号。4．接收设备的任务是把接收到的信号进行反变换，从存在干扰的信号中正确无误地恢复出原基带信号。5．信宿是信息传送的终点，与信源相对应。它的任务是将基带信号变换成原始电信号。按传递消息的媒质不同分成两大类：一类是用导线作为传输媒质来传递消息，这类通信系统称为有线通信；另一类是电磁波在自由空间传播，如中、长、短波通信，微波通信，这类通信系统称为无线通信。二、通信系统的分类通信系统的分类方法很多。按传输信号的特征不同分成两大类：一类是模拟通信系统，在这种系统中传输的信号是模拟信号，信号的状态是连续的；另一类是数字通信系统，在这种系统中传输的信号是数字信号，信号的状态是离散的。信道编码主要解决数字通信的可靠性问题，故又称作抗干扰编码或纠错编码。数字信号在信道中传输，不可避免地会受到噪声干扰，并有可能导致接收信号的错误判断，产生错码。信道编码就是为了减少这种错误判断出现的概率而引入的编码。1．信源编码2．信道编码信源编码的主要任务有两个：一是将信源送出的模拟信号数字化，即A/D变换，用一定的数字脉冲组合来表示信号的一定幅度。通常将这种过程称为脉冲编码调制(PCM)，简称为编码。二是提高信号传输的有效性，进行压缩编码。3．数字调制频带传输的主要功能是提高信号在信道上的传输效率，达到信号远距离传输的目的。根据用数字信号控制高频信号的参数不同，数字调制可分为数字调幅（又称幅移键控ASK）、数字调频（频移键控FSK）和数字调相（相移键控PSK）。将基带信号直接送至信道中去传输，称这种传输方式为基带传输。基带传输必须使用有线信道，且传输距离有限。将数字基带信号调制到高频信号上的过程称为数字调制，利用调制技术来传输数字信号的方式称为频带传输。4．同步同步是指通信系统的收、发双方具有统一的时间标准，使它们的工作“步调一致”。同步通常包括有载波同步、位（码元）同步和群（帧）同步等。同步对于数字通信是至关重要的。如果同步存在误差或失去同步，则通信过程中就会出现大量的误码，导致整个通信系统失效。接收端的解调、信道解码、信源解码的功能与发送端相对应的方框正好相反，是一一对应的反变换关系。二、数字通信系统的主要性能指标衡量数字通信的质量指标，常用的有信息传输速率、频带利用率，误码率。信道的传输效率通常是以每秒所传输的信息量多少来衡量。信息传输速率是指每秒传送的信息量。信息量的度量单位是“比特”（bit），一个二进制码元（一个“1”或一个“0”）所含的信息量是一个“比特”，所以信息传输速率的单位是比特/秒(bit/s)。1．信息传输速率例如有一数字通信系统，它每秒传输600个二进制码元，它的信息传输速率是600比特/秒（600bit/s）。2．频带利用率数字通信系统的效率不仅要看它们的信息传输速率，还要看传输这种信息所占的信道频带的宽度。通信系统所占用的频带愈宽，传输信息的能力应该愈大。所以真正用来衡量数字通信系统传输效率的有效性指标应当是单位频带内的传输速率。频带利用率可以表示为：Hzsbit/频带宽度符号传输速率3．误码率在数字通信系统中（尤其是在信道中）存在噪声干扰，接收到的数字码元可能会发生错误，而使通信的可靠性受到影响。对于数字通信系统的可靠性指标主要用误码率PS来衡量。误码率的定义的接收端收到的错误码元数在发送端发出总码元数中所占的比例。误码率定义为接收端收到的错误码元数在发送端发出总码元数中所占的比例。用公式表示为：发送端总的码元接收端的错误码元误码率sp三、数字通信的特点1．抗干扰能力强，无噪声积累图1.3两类通信方式抗干扰性能比较2．保密性能好由于数字信号是将模拟信号变成“0”和“1”码，再经不同组合后才进行传输的，因而无法直接识别，具有固有的保密性。同时数字通信可以很容易地将复杂密码进行编码和解码，所以数字通信可以实现模拟通信无法达到的高质量保密性。3．便于组成现代化数字通信网，便于实现多媒体通信。由于各种信息（声音、图像、数据等）都可变换成统一的二进制数字信号，通过多路复用组合在一起，经同一信道传输而不互相干扰，故数字通信可以将各种业务和不同的终端用户组合在一个系统，形成综合业务数字网（ISDN—IntegratedServicesDigitalNetwork）。综合业务数字网（ISDN）能实现两重任务：一是各种通信业务的综合，二是数字传输与数字交换的综合。由于直接与计算机联网，所以大大提高了通信效率。4．占用信道频带宽在模拟通信系统中，一路电话所占带宽为4kHz，当数字电话用PCM传输时，数码率为64kbit/s，频带为64kHz，后者是前者的16倍。显然，它将使频带资源的利用率降低。本章小结本章主要论述数字通信的三个方面：数字通信系统的组成；数字通信系统的性能指标和优缺点；现代常用几种通信技术的现状和发展趋势。一、数字通信系统1．组成：主要由信源编码和解码、信道编码和解码、数字调制及解调、同步系统及信道五部份构成。2．信源编码的主要任务是模拟信号数字化（A/D变换），以及压缩数字信息（压缩编码），压缩编码视需要而进行。3．信道编码又称抗干扰编码，它的目的是进行传输过程中的差错控制，减少误码。4．数字调制的目的和模拟信号的调制相类似，主要是达到频分多路复用的目的。5．同步指的是收发双方的同步工作，包括位同步，帧同步以及载波同步。数字通信的信道可以是有线信道或者是无线信道。二、数字通信系统的性能指标数字通信系统的性能指标主要有3个：信息传输速率（单位bit/s）、频带利用率（单位bit/s.Hz）、误码率。前二个为有效性能指标，后一个为可靠性指标。数字通信与模拟通信方式相比较，其最主要的优点是抗干扰能力强，无噪声积累。