1、數字通信技術及應用模塊一 初識數字通信教學導航教知識重點 知識難點 推薦教學方式 建議學時通信基本概念 。數字通信系統的組成及其各部分功能。數字通信系統的有效性和可靠性指標。數字通信的優缺點。知識重點數字通信系統的有效性和可靠性之間的關系。信息量、傳碼率、傳信率、頻帶利用率、誤碼率及誤信率的計算。知識難點通過實用通信系統案例介紹，導出數字通信系統組成理論知識，激發學生學習興趣。 通過實用通信系統現場認知實踐訓練，加深對通信系統組成的感性認識。另舉一實用通信系統進行案例分析，鞏固理論知識，將理論與實際結合起來，同時拓展學生知識面。推薦教學方式教學導航推薦學習方法 必須掌握的理論知識 必須掌握的技

2、能 學本模塊要注重概念的理解。理論學習要注意結合給出的案例及實踐訓練來理解，要注重實際系統與理論模型的對應關系。 通過典型例題掌握信息量、傳碼率、傳信率、頻帶利用率、誤碼率及誤信率的計算方法。 推薦學習方法會計算數字通信系統有效性和可靠性指標。針對任意的實用通信系統，能找出與系統模型的對應關系。 必須掌握的技能案例導入VoIP網絡電話系統VoIP全稱Voice over Internet Protocol，中文就是“通過IP數據包發送實現的語音業務”，通俗來說也就是通過互聯網打電話。VoIP網絡電話是建立在IP技術上的分組化、數字化傳輸技術，其基本原理是：通過語音壓縮算法對語音數據進行壓縮編碼

3、處理，然后把這些語音數據按IP等相關協議進行打包，經過IP網絡把數據包傳輸到接收地，再把這些語音數據包串起來，經過解碼解壓處理后，恢復成原來的語音信號，從而達到由IP網絡傳送語音的目的。VoIP網絡電話系統我國VoIP網絡電話系統的組網結構如圖1-2所示。VoIP網絡電話系統圖1-2 我國VoIP網絡電話系統的組網結構VoIP網絡電話系統思考題： VoIP網絡電話系統由哪些部分構成？各部分的作用是什么？通信（Communication）是信息（或消息）的傳輸和交換過程。消息（Message）是信源所產生的信息的物理表現形式，是我們感覺器官所能感知的語言、文字、數據、圖像等的統稱。消息可分為離散

4、消息和連續消息兩類。信息（Information）是消息的內涵，即消息中所包含的對受信者（信宿）有意義的內容。信號（Signal）是消息的物理載體。與消息相對應，可將信號分為模擬信號和數字信號。1.1通信基本概念思考題：“通信”、“信息”、“消息”及“信號”分別什么涵義？它們之間有怎樣的聯系和區別？1.1通信基本概念一個基于點與點之間的通信系統概括地講可以由發送端、傳輸媒介、接收端三大部分構成，點對點通信系統的一般模型如圖1-3所示。 1.2數字通信系統組成1.2.1通信系統的一般模型圖1-3 通信系統的一般模型通信系統一般模型的各組成部分功能：信源（Source）是原始電信號的來源。它的作用

5、是把原始消息轉換成原始電信號，即完成非電量到電量的變換，這樣的電信號通常稱為基帶信號。發送設備（Transmitter）是許多電路和系統的總稱。發送設備的主要功能有兩個：放大和變換。信道（Channel）是用于在發送設備和接收設備之間傳輸信號的媒質。根據傳輸媒質的不同，可分為有線信道和無線信道兩大類。噪聲源（Noise）不是人為加入的設備，而是通信系統中各種設備以及信道中噪聲與干擾的集中表示。接收設備（Receiver）的任務是對帶有干擾的接收信號進行必要的處理和變換，從中正確恢復出相應的原始信號來。即進行與發送設備相對應的反變換。信宿（Destination）是信息傳輸的歸宿點或通信系統的終

6、點，可以是人或者機器。其作用與信源的作用相反，即完成電量到非電量的變換，將恢復出來的原始電信號轉換成相應的消息。1.2數字通信系統組成1.2.1通信系統的一般模型通信系統按傳輸信號類型可分為模擬通信系統和數字通信系統。利用模擬信號來傳遞信息的系統稱為模擬通信系統；利用數字信號來傳遞信息的系統稱為數字通信系統。數字通信系統模型如圖1-4所示。 1.2數字通信系統組成1.2.2數字通信系統模型圖1-4 數字通信系統模型數字通信系統模型的各組成部分功能：信源編碼的功能有兩個：一是將模擬信號轉換成相應的數字信號，即模/數轉換，以進入數字通信系統傳輸；二是通過數據壓縮設法降低數字信號的數碼率，從而提高消

7、息傳輸的有效性。信道編碼的功能有兩個：一是對傳輸的信息碼元按一定的規則加入監督碼元，組成所謂的“抗干擾編碼”，提高數字通信系統的抗干擾能力，實現可靠通信。二是為了使信源編碼后的數字信號更適合于在信道上傳輸，進行碼型變換。調制是將數字基帶信號轉換成適于信道傳輸的數字頻帶信號。將基帶信號的頻譜搬移到適合于無線信道傳輸的頻譜上才能在無線信道中傳輸。接收端的解調、信道解碼、信源解碼等設備的功能與發送端對應設備的功能正好相反，是一一對應的反變換關系。噪聲分為系統內部噪聲與系統外部噪聲兩大類。同步是使收發兩端的信號在時間上保持步調一致，它是保證數字通信系統有序、準確、可靠工作的前提條件。1.2數字通信系統

8、組成1.2.2數字通信系統模型1.3數字通信系統性能指標1.3.1信息量信息量定義 衡量某消息中包含信息多少的物理量稱為信息量。信息量的定義為：若一消息xi 出現的概率為 P(xi)，則這一消息所含的信息量為 （1-1） 離散獨立等概消息的信息量若某消息集由M個可能的消息（事件）所組成，每次只取其中之一，各消息之間相互統計獨立，且出現概率相等， ，則這類消息為離散獨立等概消息。當 （二進制）時， ，則 bit （1-2） 即對于等概的二進制波形，其每個符號（碼元）所包含的信息量 為1bit。當 （進制）時， ，則 bit （1-3） 即等概進制的每個符號（碼元）所包含的信息量為 N bit，是

9、二進 制的 N 倍。1.3數字通信系統性能指標1.3.1信息量有效性是指傳輸一定信息量時所占用的信道資源數（頻率范圍或時間間隔）。在模擬通信系統中主要用帶寬來衡量；在數字通信系統中，一般用傳輸速率來衡量，具體指標有傳碼率、傳信率和頻帶利用率。傳碼率：又稱碼元速率，指系統在單位時間內傳送碼元數目的多少，用RB表示，單位為碼元/秒，又稱波特（Baud）。 （1-8）傳信率：又稱比特率，指系統在單位時間內傳送信息量的多少，用Rb表示，單位為比特/秒（bit/s）。 （1-10）頻帶利用率：指通信系統在單位頻帶內所能達到的傳信率，用 或 表示，單位為比特/秒/赫茲（bit/s/Hz）。其定義式為 Bd

10、/Hz （1-12） bit/(sHz) （1-13）1.3數字通信系統性能指標1.3.2有效性指標可靠性是指接收信息的準確程度，在模擬通信系統中主要用信噪比來衡量；在數字通信系統中，一般用差錯率來衡量，具體指標有誤碼率、誤信率。誤碼率:指在傳輸碼元總數中發生差錯的碼元數所占的比例。 （1-14）誤比特率:指在傳輸比特總數中發生差錯的比特數所占的比例。 （1-15） 對于二進制系統而言，Pb=Pe ；對于多進制系統而言，PbPe 。因此，從傳輸可靠性考慮，二進制比多進制好。1.3數字通信系統性能指標1.3.3可靠性指標1.3數字通信系統性能指標思考題：1何謂碼元速率和信息速率？它們之間的關系如

11、何？2什么是通信系統的誤碼率和誤信率？兩者是否相等？抗干擾能力強，可消除噪聲積累，因此可中繼，可多次復制（再生）。 可采用信道編碼技術，降低傳輸誤碼率。 便于與各種數字終端接口，可用現代計算機技術對數字信號進行處理、變換、存儲，形成智能網。 便于加密處理，且保密性好。便于集成化，從而使通信設備微型化，降低成本。 1.4數字通信的特點1.4.1優點占用頻帶寬。同步技術要求高。 1.4數字通信的特點1.4.2缺點1.4數字通信的特點思考題：何謂數字通信？數字通信有哪些優缺點？1.5通信技術發展現狀與趨勢1.5.1通信發展簡史年代事件1820年丹麥物理學家奧斯特發現電流磁效應1831年英國法拉弟發現

12、電磁感應定律1837年美國科學家莫爾斯(Morse)發明有線電報，發明了莫爾斯電碼1865年英國物理學家麥克斯韋(Maxwell)發表電磁場理論1876年貝爾(Bell)利用電磁感應原理發明了電話機1887年德國物理學家赫茲(Hertz)實驗證明電磁波的存在1898年意大利科學家馬可尼(Marconi)和俄國波波夫發明無線電報1904年英國物理學家弗萊明(Fleming)發明真空二極管1906年美國工程師福雷斯特(Forest)發明真空三極管1936年FM廣播出現；黑白電視機發明1937年英國人里夫斯提出脈沖編碼調制理論1945年美國發明第一臺計算機ENIAC1948年肖克萊(Shockley

13、)等人發明了晶體三極管；香農（Shannon）提出了信息論1950年時分多路（TDM）技術出現1954年彩色電視機發明1958年美國發明第一片集成電路（IC）1960年第一顆通信衛星發射；激光器研制成功1962年美國研究成功了脈碼調制設備1966年英籍華人高錕提出用石英玻璃可以制成低損耗光纖的設想1969年 出現了激光通信；世界第一個計算機網絡（ARPANET）誕生19701980大規模集成電路、衛星通信、程控數字交換機、光纖通信等迅速發展19801990超大規模集成電路、移動通信、光纖通信的廣泛應用；綜合數字網崛起1990年以后衛星通信、光纖通信、移動通信進一步飛速發展；HDTV、GPS廣泛

14、應用1.5通信技術發展現狀與趨勢1.5.2通信的種類按通信業務分類：單媒體通信系統、多媒體通信系統、實時通信系統、非實時通信系統、單向傳輸系統、交互傳輸系統、窄帶通信系統、寬帶通信系統。按傳輸媒質分類：無線通信系統和有線通信系統。按調制方式分類：基帶傳輸和調制傳輸。按信道中傳輸的信號分類：模擬通信和數字通信。 按信號復用方式分類：頻分復用、時分復用和碼分復用。 按通信者是否運動分類：固定通信和移動通信。 通信技術數字化通信業務綜合化 網絡互通融合化 通信網絡寬帶化網絡管理智能化 通信服務個人化 1.5通信技術發展現狀與趨勢1.5.3通信技術發展趨勢1.5通信技術發展現狀與趨勢思考題： 結合實際

15、，想想數字通信的發展趨勢如何？實訓數字程控交換系統認知 熟悉數字程控交換系統組成及主要部件作用。體會數字程控交換系統進行電話通信的過程。畫出數字程控交換系統框圖及連線圖。數字程控交換系統認知 實訓目的 數字程控實訓平臺數字程控交換系統認知 實訓條件 某一典型數字程控交換實訓平臺如圖1-7所示，主要設備有C&C08數字程控交換機、網絡電源、綜合配線機柜、匯集交換機、計算機及電話機。 圖1-7 數字程控交換實訓平臺網絡拓撲圖數字程控交換系統認知 實訓原理 對照設備熟悉數字程控交換實訓平臺的組成及各部分作用。根據現場實訓環境了解數字程控交換實訓平臺各設備間的拓撲關系，并畫出各設備連線圖。體會數字程控

16、交換系統進行電話通信的過程，說明該系統和通信系統模型的對應關系。數字程控交換系統認知 實訓內容與要求 案例分析TD-SCDMA移動通信系統TD-SCDMA移動通信系統TDSCDMA的中文含義為時分同步碼分多址接入。如圖1-9所 示是TD-SCDMA系統網絡結構。圖1-9 TD-SCDMA系統網絡結構TD-SCDMA移動通信系統以手機和基站間的信號傳輸為例，TD-SCDMA系統信號傳輸的主要處理過程如圖1-10所示。 圖1-10 TD-SCDMA信號傳輸主要處理過程 TD-SCDMA移動通信系統思考題： TD-SCDMA移動通信系統中話音通信的過程是怎樣的？知識梳理與總結知識體系知識要點重要公式

17、 知識體系知識要點通信是信息（或消息）的傳輸和交換過程。消息是信息的物理表現，信息是消息的內涵。信號是與消息相對應的電量，它是消息的物理載體。根據攜載消息的信號參量是連續取值還是離散取值，信號分為模擬信號和數字信號。數字通信系統主要由信源、信源編碼、信道編碼、調制、信道、解調、信道解碼、信源解碼及信宿所組成。數字通信具有抗干擾能力強，可消除噪聲積累；差錯可控；數字處理靈活，可以將來自不同信源的信號綜合到一起傳輸；易集成，成本低；保密性好等優點。缺點是占用頻帶寬、同步要求高。通信的分類有多種形式。按傳輸媒質分為有線通信和無線通信；按所傳信號分為模擬通信和數字通信；按業務分為電話、電報、圖像、傳真

18、通信等；按通信者是否運動分為固定通信和移動通信；按信號復用的方式分為頻分復用、時分復用和碼分復用通信；按調制方式分為基帶傳輸和調制傳輸。信息量是對消息發生概率（不確定性）的度量。一個二進制碼元含1b的信息量；一個M進制碼元含有log2M比特的信息量。等概率發送時，信源的熵有最大值。有效性和可靠性是通信系統的兩個主要性能指標。兩者相互矛盾而又相對統一，且可互換。數字通信系統中，有效性指標有傳碼率、傳信率及頻帶利用率；可靠性指標有誤碼率和誤信率。通信技術的發展趨勢可概括為”六化”，即數字化、綜合化、融合化、寬帶化、智能化和個人化。 知識要點通信是信息（或消息）的傳輸和交換過程。消息是信息的物理表現

19、，信息是消息的內涵。信號是與消息相對應的電量，它是消息的物理載體。根據攜載消息的信號參量是連續取值還是離散取值，信號分為模擬信號和數字信號。數字通信系統主要由信源、信源編碼、信道編碼、調制、信道、解調、信道解碼、信源解碼及信宿所組成。數字通信具有抗干擾能力強，可消除噪聲積累；差錯可控；數字處理靈活，可以將來自不同信源的信號綜合到一起傳輸；易集成，成本低；保密性好等優點。缺點是占用頻帶寬、同步要求高。通信的分類有多種形式。按傳輸媒質分為有線通信和無線通信；按所傳信號分為模擬通信和數字通信；按業務分為電話、電報、圖像、傳真通信等；按通信者是否運動分為固定通信和移動通信；按信號復用的方式分為頻分復用

20、、時分復用和碼分復用通信；按調制方式分為基帶傳輸和調制傳輸。信息量是對消息發生概率（不確定性）的度量。一個二進制碼元含1b的信息量；一個M進制碼元含有log2M比特的信息量。等概率發送時，信源的熵有最大值。有效性和可靠性是通信系統的兩個主要性能指標。兩者相互矛盾而又相對統一，且可互換。數字通信系統中，有效性指標有傳碼率、傳信率及頻帶利用率；可靠性指標有誤碼率和誤信率。通信技術的發展趨勢可概括為”六化”，即數字化、綜合化、融合化、寬帶化、智能化和個人化。 某離散消息xi所含的信息量 離散信源的熵 比特/符號 信源熵最大值 比特/符號 傳碼率與傳信率的關系 頻帶利用率 Bd/Hz ， bit/(sHz) 誤碼率 誤信率 重要公式單元測試選擇題判斷題計算題 參考答案（1）某數字傳輸系統傳送八進制碼元的傳碼率為1200Baud，此時該系統的傳信率為 。 A1200bit/s B4800 bit/s C3600 bit/s D9600 bit/s（2）某信號的頻率范圍從40kHz到4MHz，則該信號的帶寬為 。 A36MHz B360kHz C3.96MHz D396kHz（3）某數字通信系統在1min內傳送了360000個四進制碼元，則其碼元速率為 。 A60波特 B3600波特 C6000波特 D36000波特（4）某數字通信系統的碼元速率為1200Baud，接收端在半小