数字通信理论与系统

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1、数字通信理论与系统‐‐第一章绪论数字通信理论与系统第1章绪论1.1信息化社会中的数字通信ò人类已进入信息社会，信息化是人类社会发展的一次重大飞跃，这次飞跃主要得益于近年来电子信息技术的突破性发展。①微电子技术的高度发展，使信息的高密度存储，复杂算法的低功耗实现成为可能。②计算机和信号处理技术的高速发展，使人类产生和处理信息的效率大幅度提高；③光电子技术的发展，使信息能够通过光纤高速传输，并解决了图像和文字信息的低功耗显示，使人类获取和认知信息的效率大幅度提高。④通信传输与网络技术的大发展，使进行信息交换和传播的方式发生了本质性的变化，人与人之间进行信息交换的

2、效率得到极大的提高。人类在信息的产生、获取、存储、处理、传输和交换等方面取得重大进步的同时，都伴随着信息的数字化，数字化是信息科学技术领域的一次重要革命。ò数字化曾形成一股强盛的潮流①视觉信息的数字化：图像、文字和视频信息的数字表示，以及高质量显示和高效率的人机交互；②听觉信息的数字化：包括语音、音乐信息的数字化；还有其它感觉信息的数字化，包括地理信息、空间信息、其它各种物理量的数字化。③各种信号的分析、表示、处理、自动识别、传输、存储的数字化，以及系统仿真技术的发展等，对信息化社会都起了重要推动作用。④通信的数字化在数字化潮流中起到了引领作用，包括通信内容

3、、信号处理方法、通信系统设备的数字化。它使人类的生产、生活、科学研究以及社会活动发生了前所未有的重大变化和巨大进步。因此数字化也是人类社会的一次重大变革。ò数字化的通信在信息化社会中占有十分重要的地位，地球村的概念首先是通信现代化。信息就是财富，财富的高速增长需要信息的高速传输和高效获取。通信的发展正在改变人们的生活和生产方式，推动信息化社会向更加高级的阶段和更高的水平发展。西安电子科技大学1数字通信理论与系统‐‐第一章绪论1.2通信系统和通信信道1.2.1通信系统的基本结构通信系统的基本结构：发送端包括信源、信源编码、信道编码、调制等单元；接收端包括解调、

4、信道译码、信源译码和信宿等单元；发送信号从发送端经过信道传输到接收端，这三部分一起构成通信系统。图1-1通信系统的基本结构通信系统各部分完成五个方面的信息处理：1）输入/输出信息的转换：发端将信息进行适当编排和数字化，接收端复原；这个过程常常伴随着人机交互，因此实现这些功能的部件一般称为用户终端设备。2）信源编码/译码：发端去除信息冗余以便提高通信的效率，收端恢复信源信息；3）信道编码/译码：传输时编为通信符号（码元）序列，按某种规则加入冗余以便提高通信的可靠性，收端进行纠错译码，恢复原发送信息；4）数字调制/解调：发端把数据流变成适于信道传输的信号波形进行

5、传输，收端进行解调，将信号波形恢复为数据流。5）对抗信道失真的信号处理当信道特性因存在失真而不是理想的加性高斯白噪声信道时，信道传输信息的性能将变坏，甚至完全失效。如果信道失真的特性是已知的，可以采用某种数学模型描述，那么常常可以找到相应的信号处理办法使其传输性能显著改善。1.2.2通信信道ò通信信道的基本特性1)存在噪声干扰，理想情况下可假定为加性高斯白噪声(AWGN)；2)经信号经信道传输后会出现强度衰减，当无线通信系统的收发端之间或中间反射体相对于收发段存在相对运动时，还会引入多普勒频移；3)经信道传输后可能出现信号失真，包括信号波形、频谱形状的线性和

6、非线性失真；无线通信中常常存在多径衰落(Fading)现象；信号经衰落信道传输后，信号传输衰减因子有可能是复西安电子科技大学2数字通信理论与系统‐‐第一章绪论数随机变量，接收信号有可能是多个不同延迟信号分量的加权线性组合。信号失真对数字通信的直接影响是引起码间干扰和误码率上升。4)信道的频带是受限的，被传输的信号频带必须小于或等于信道带宽；无线通信5)经信道传输的功率是受限的，因此通常接收信号的信噪比都不高，而希望系统能在尽可能低的信噪比条件下工作。ò通信信道的种类及其特性1)有线信道：常见的有线信道有双绞线、同轴电缆和波导，它们的带宽可分别达到1MHz、2

7、GHz、100GHz的数量级。122)光纤和空间光信道：光纤信道可达到Tb级（10bps）的信息速率，其传输衰减比电缆小得多，而且可靠性更高。空间光通信也可以达到很高的信息速率，但是在大气中衰减较大，在太空中传输有很大优势，但是需要高精度方向对准。3)无线电磁信道：电磁波的传播需要借助发送、接收天线，天线的尺寸通常必须大于波长的1/10，否则效率很低。电磁波信道的波段划分：¢长波（100KHz-200KHz）：主要靠地面波传播，具有较强的绕射能力和穿透能力；¢中波（200KHz－2MHz）：主要用于无线电广播；也有一定的穿透能力；¢短波（3-30MHz）：近

8、处靠地面波传输，远处靠天波传输，即电离层的反射传播。