么么哒打么么
范文一：基于matlab的数字通信系统
目录
第一章绪论.................................................................................................................... 3
1.1什么是数字通信系统？ ................................................................................. 3
1.2数字通信系统的基本组成 ............................................................................. 3
1.3 数字通信系统的特点 .................................................................................... 4
第二章 MATLAB 软件 ................................................................................................... 6
2.1 MATLAB 软件介绍 ........................................................................................ 6
2.2 MATLAB 软件的应用 .................................................................................... 6
第三章2ASK 仿真设计和运行结果 ............................................................................. 8
3.1 2ASK 调制和解调原理 ............................................................................... 8
3.2主要程序的介绍 ............................................................................................. 9
3.2.1基带信号的产生 .................................................................................. 9
3.2.2 载波的产生 ....................................................................................... 9
3.2.3 噪声的产生 ....................................................................................... 10
3.2.4 2ASK 的调制 .................................................................................... 10
3.2.5 2ASK 的解调 .................................................................................... 10
3.2.6 判决输出 ........................................................................................... 11
3.3仿真结果 ....................................................................................................... 11
第四章2FSK 仿真设计和运行结果 . ........................................................................... 12
4.1 2FSK 调制和解调原理 . ............................................................................... 12
4.2主要程序的介绍 ........................................................................................... 13
4.2.1基带信号和的产生 ............................................................................ 13
4.2.2两种不同频率载波的产生 ................................................................ 14
4.2.3 2FSK 调制 . ........................................................................................ 14
4.2.4 2FSK 解调 . ........................................................................................ 15
4.2.5判决输出 ............................................................................................ 15
4.3 仿真结果 .................................................................................................... 16
第五章2PSK 仿真设计和运行结果............................................................................ 17
5.1 2PSK的调制和解调原理............................................................................... 17
5.2主要程序的介绍 ........................................................................................... 18
5.2.1基带信号的产生 ................................................................................ 18
5.2.2双极型码的产生 ................................................................................ 18
5.2.3载波信号的产生 ................................................................................ 18
5.2.4 2PSK 调制 ........................................................................................ 19
5.2.5 2PSK 的解调 .................................................................................... 19
5.2.6判决输出 ............................................................................................ 19
5.3 仿真结果 .................................................................................................... 20
第六章2DPSK 的仿真设计和运行结果 ..................................................................... 21
6.1 2DPSK的调制与解调原理 ............................................................................ 21
6.2主要程序的介绍 ........................................................................................... 22
6.2.1基带信号(绝对码) 的产生 .................................................................. 22
6.2.2相对码及其反码的产生 .................................................................... 23
6.2.3载波信号的产生 ................................................................................ 23
6.2.4 2DPSK 调制 ...................................................................................... 24
6.2.5 2DPSK 解调 ...................................................................................... 24
6.2.6判决输出 ............................................................................................ 25
6.2.7码反变换 ............................................................................................ 25
6.3 仿真结果 ...................................................................................................... 25
第七章GUI 界面仿真设计及结果 ............................................................................. 27
7.1 GUI界面设计 ................................................................................................ 27
7.2 仿真结果 ...................................................................................................... 27
第八章总结和体会...................................................................................................... 30
第一章绪论
1.1什么是数字通信系统？
数字通信系统是利用数字信号传输信息的系统，是构成现代通信网的基础。
1.2数字通信系统的基本组成
通信的基本功能是传递信息，即由信源产生的信息，通过一定的媒介(即信道) 传输，最后被信宿(收信暂) 接收。一个数字通信系统的基本任务就是把信源产生的信息变换成一定格式的数字信号，迩过信道传输，到达接收端后，再变换为适宜于信宿接受的信息形式送至信宿。图1是实现这个过程的数字通信系统的基本框图。
（1）信息源
信源是发出信息的源，其作用是把各种可能消息转换成原始电信号。信源可分为模拟信源和数字信源。模拟信源(如电话机、电视摄像机) 输出连续幅度的模拟信号; 数字信源(如电传机、计算机等各种数字终端设备) 输出离散的数字信号。
（2）变换器
因语声、图像等原始的消息不能以电磁波来传送，所以需要通过变换器将原始的非电消息变换成电信号，并再对这种电信号进一步转换，使其变换成适合某种具体信道传输的电信号。这种电信号同样载有原有的信息。例如电话机的送话器，就是将语声变换成幅度连续变化的电话信号，再进一步转换后送到信道上去。
（3）信道
信道是指传输信号的通道，可以是有线的，也可以是无线的，有线和无线均有多种传输媒质。信道既给信号以通路，也对信号产生各种干扰和噪声。传输媒质的固有特性和干扰直接关系到通信的质量。
（4）反变换器
反变换器的基本功能是完成变换器的反变换，即进行解调、译码、解码等等。它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始信号来。对于多路复用信号，接收设备还具有解除多路复用和实现正确分路的功能。
（5）信宿
信宿是传输信息的归宿，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。
（6）噪声源
噪声源是信道中的噪声以及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。
1.3 数字通信系统的特点
数字通信系统的优点如下：
1、抗干扰能力强
由于在数字通信中，传输的信号幅度是离散的，以二进制为例，信号的取值只有两个，这样接收端只需判别两种状态。信号在传输过程中受到噪声的干扰，必然会使波形失真，接收端对其进行抽样判决，以辨别是两种状态中的哪一个。只要噪声的大小不足以影响判决的正确性，就能正确接收（再生）。而在模拟通信中，传输的信号幅度是连续变化的，一旦叠加上噪声，即使噪声很小，也很难消除它。
2、差错可控
数字信号在传输过程中出现的错误（差错），可通过纠错编码技术来控制，以提高传输的可靠性。
3、易加密
数字信号与模拟信号相比，它容易加密和解密。因此，数字通信保密性好。
4、易于与现代技术相结合
由于计算机技术、数字存贮技术、数字交换技术以及数字处理技术等现代技术飞速发展，许多设备、终端接口均是数字信号，因此极易与数字通信系统相连接。
第二章MATLAB 软件
2.1 MATLAB 软件介绍
MATLAB[1] 是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 和Simulink 两大部分。
MATLAB 是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。是由美国mathworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C 、Fortran ）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB 和Mathematica 、Maple 并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB 可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB 来解算问题要比用C ，FORTRAN 等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB 也吸收了像Maple 等软件的优点，使MATLAB 成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C ，FORTRAN ，C++，JA V A 的支持。
2.2 MATLAB 软件的应用 MATLAB 产品族可以用来进行以下各种工作：
●数值分析
●数值和符号计算
●工程与科学绘图
●控制系统的设计与仿真
●数字图像处理技术
●数字信号处理技术
MATLAB 在通讯系统设计与仿真的应用
●通讯系统设计与仿真
●财务与金融工程
●管理与调度优化计算（运筹学）
MATLAB 的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB 函数集）扩展了MATLAB 环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。
第三章2ASK 仿真设计和运行结果
3.1 2ASK 调制和解调原理
（1）调制
振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。在2ASK 中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”或“1”。一种常用的、也是最简单的二进制振幅键控方式称为通—断键控（OOK ）。其表达式为
?A cos w c t e ook (t ) =?0?以概率P 发送“1”时以概率1-P 发送“0”时
2ASK 信号的一般表达式为
e 2ASK (t ) =s (t ) cos w c t
其中
s (t ) =∑a n g (t -nT S )
n
二进制振幅键控信号的产生通常有两种：模拟调制法和键控法，相应的调制器如图3-1-1所示。图（a ）就是一般的模拟幅度调制的方法，用乘法器实现；图（b ）是一种数字键控法，其中的开关电路受s （t ）控制。本次课设采用数字键控法。
图3-1-1 2ASK/OOK信号调制器原理框图
（2）解调
本次课设用的是相干解调。ASK 信号有两种基本的解调方法：非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）。与模拟信号的接收系统相比，这里增加了一个“抽样判决器”方框，这对提高数字信号的接收性能是必要的。
3.2主要程序的介绍
3.2.1基带信号的产生
因为a （n ）的产生是在x=(rand(1,i) 产生0-1之间的随机数，然后a=round(x)取最接近的自然数。相当于在（0，1）中任意取‘0’和‘1’。n 代表取随机数的个数。上面代码意思是当a （n ）小于1时，则令信号为1，否则为0。
3.2.2载波的产生
由程序可知y=cos（2*pi*fc*t），fc 是该函数的频率，我们可以通过修改fc 的值来改变载波信号的频率。
3.2.3 噪声的产生
因为噪声是随机的，所以在加上噪声时，可以用随机函数来产生随机数，用于现实中噪声干扰。
3.2.4 2ASK 的调制
将基带信号和载波相乘，就可以得到调制波。
3.2.5 2ASK 的解调
因为我们用的是相干解调，而且通过书本知识可知当基带信号和载波相乘后，再通过低通滤波器就可以得出解调波形
3.2.6判决输出
由可知at （1，m*500+250）是在解调波形中取点，当值在（0，0.5）之间时，就判决输出为0，当值为（0.5，1）之间时判决输出为1
3.3仿真结果
第四章2FSK 仿真设计和运行结果
4.1 2FSK调制和解调原理
（1）调制
频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。在2FSK 中，载波的频率随二 进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。故其表达式为
?A cos(w 1t +?)
e 2FSK (t ) =?
?A cos(w 2t +θ)
发送“1”时发送“0”时
2FSK 信号的产生方法主要有两种。一种可以采用模拟调频电路来实现；另一种可以采用键控法实现，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每一个码元Ts 期间输出f1或f2两个载波之一，如图4-1-1所示。本次课设用的是键控法实现。
图4-1-1 2FSK信号调制器原理框图
（2）解调
2FSK 信号的常用解调方法是采用如图4-1-2所示的非相干解调（包络检波）和相干解调。其解调原理是将2FSK 信号分解为上下两路2ASK 信号分别进行解调， 然后进行判决。这里的抽样判决时直接比较两路信号抽样值得大小，可以不专门设置门限。判决规则应与调制规则相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波 频率f1，则接收时上支路的样值较大，应判为“1”；反之则判为“0”。
图4-1-2 2FSK信号相干解调解调原理图
图4-1-3 2FSK信号相干解调解调原理图
4.2主要程序的介绍
4.2.1基带信号和的产生
图1图2
图1是FSK 的基带信号产生和ASK 的基带信号产生的原理是一样的，都是产生0到1之间的10个数。然后大于0.5的为1，小于0.5的为0
图2是求基带信号的反码。它是通过判断基带信号是否小于1，如果小于1则为1，如果不小于1则为0。 4.2.2两种不同频率载波的产生
因为FSK 的调制方法是数字键控法需要两个不同频率的信号，在该程序里我们可以通过修改f1和f2的值得到两个频率不同的载波信号。 4.2.32FSK 调制
将载波1和载波2分别和基带信号和基带信号反码相乘，再相加，就可以得到调制信号。
4.2.4 2FSK 解调
上面程序写的是相干解调的方法，解调原理是将FSK 分解为上下两路信号分别进行解调，然后判决。也就是将上下路分别和相应载波相乘，再判决。 4.2.5判决输出
根据解调原理，判断若规定“1”符号对应载波频率f1，则接受时上支路的样值较大，则判为“1”；反之为“0”。
4.3 仿真结果
第五章2PSK 仿真设计和运行结果
5.1 2PSK的调制和解调原理
（1）调制
相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK 中，通常用初始相位0和 π分别表示二进制“1”和“0”。因此，2PSK 信号的时域表达式为
e 2PSK (t ) =A cos(w c t +?)
2PSK 信号的调制原理框图如图5-1-1所示。与2ASK 信号的产生方法相比较，只是对s(t)的要求不同，在2ASK 中s(t)是单极性的，而在2PSK 中s(t)是双极性的基带信号。
图5-1-1 2PSK信号的调制原理框图
（2）解调
2PSK 信号的解调通常采用相干解调法：解调器原理框图如图5-1-2所示：
图5-1-2 2PSK信号的解调原理框图
5.2主要程序的介绍
5.2.1基带信号的产生
图1基带信号图2基带信号反码
由于PSK 中的是双极性信号，因此对上面所求单极性信号取反来与之一起构成双极性码，所以这里需要求出基带信号及其反码，为后面求双极型码做准备。 5.2.2双极型码的产生
将基带信号减去基带信号反码，就可以得出双极型码。
5.2.3载波信号的产生
载波信号的产生原理ASK 一样，可以通过改变fc 的值来改变载波的频率
5.2.4 2PSK 调制
2PSK 的调制原理和2ASK 调制原理一致，都是基带信号和载波相乘。 5.2.5 2PSK 的解调
因为我们用的是相干解调，所以需要已调波和载波相乘，再经过低通滤波器。 5.2.6判决输出
判决规则为当已调小于‘0’时为‘0’，否则为‘1’。
5.3 仿真结果
第六章2DPSK 的仿真设计和运行结果
6.1 2DPSK的调制与解调原理
（1）调制
2DPSK 是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称相对相移键控。
2DPSK 信号的产生方法：先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把数字信息序列的绝对码变换成相对码（差分码），然后再根据相对码进行绝对调相，从而产生二进制差分相移键控信号。2DPSK 信号调制器原理框图如图6-1-1所示：
图6-1-1 2DPSK信号调制器原理框图
（2）解调
2DPSK 信号的解调方法之一是相干解调（极性比较法）加码反变换法，其解调原理是：对2DPSK 信号进行相干解调，恢复出相对码，再经码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调中，由于载波相位模糊性的的影响，使得解调出的相对码也可能是“1”和“0”倒置，但经差分译码（码反变换）从而解决了载波相位模糊性带来的问题。2DPSK 的相干解调原理框图如图6-1-2所示
图6-1-2 2DPSK的相干解调原理框图
2DPSK 信号的另一种解调方法是差分相干解调（相位比较法），其原理框图如图6-1-3所示。用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需要由收到的2DPSK 信号延时一个码元间隔T ，然后与2DPSK 信号本身相乘。相乘器起着相位比较的作用，相乘结果反映了前后码元的相位差，经低通滤波器后再抽样判决，即可直接恢复出原始数字信息，故解调器中不需要码反变换器。2DPSK 的差分相干解调器原理框图如图6-1-2所示：
图6-1-3 2DPSK的差分相干解调器原理框图
6.2主要程序的介绍
6.2.1基带信号(绝对码) 的产生
先是产生（0，1）的随机数，再取最接近的整数，然后将加其10
等分的码
中。即可得到基带信号。 6.2.2相对码及其反码的产生
图1相对码 图2反码
相对码产生需要和基带信号相比较，由图1和基带信号程序可知，图1的起始码是2，基带信号的起始码是1，然后再进行前后对比，相同为0，不同为1。就产生来相对码。
反码则是由相对码判决得出，判决规则为，若相对码为1，则为0；否则为1。
6.2.3载波信号的产生
因为2DPSK 是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以需要两个频率相同但香味相差pi 的载波。
6.2.4 2DPSK 调制
通过相对码及其反码分别和载波1，2相乘，再相加，就可以得到已调波。 6.2.5 2DPSK 解调
通过和载波1相乘，通过低通滤波器后得到了解调后的波形。
6.2.6判决输出
判决规则是:小于0为0，否则为1。
而且上面的全零矩阵st 将DPSK 的状态记忆下来，在接下来的码反变换上有作用。
6.2.7码反变换
这个时候，st 记忆的矩阵在这里可以排上用场了。
由程序可以得知当st(n)-st(n-1))<=0&&(st(n)-st(n-1))>-1时为0，否则为1。 简单来说，这个和相对码的产生原理一样，当前后码型相同时为0，不同为1。
6.3 仿真结果
第七章GUI 界面仿真设计及结果
7.1 GUI界面设计
7.2 仿真结果
图1初始图
图2 2ASK GUI界面
图3 2FSK GUI界面
图4 2PSK GUI界面
图4 2DPSK GUI 界面
第八章总结和体会
首先感谢邹丹老师在这几天对我的指导。正因为有老师的帮助，这次课程设计才可以顺利进行下去。
在一开始时，我想的是实验4的软件是自己用过的，设计起来可能会更简单一点，但现实却和预期相反，刚做设计时毫无头绪，后面经过老师指导后，才渐渐对设计有来明确的目标，但过程却相对来说比较痛苦。不同于书本上的知识，通过实际的动手操作，能够将理论知识与实际联系起来。自己了解了通信专业的基础知识，开阔了眼界，增加了见闻，明白了一些通信设备的简单原理，也明白了目前该行业的最新发展，把平时书本的知识应用在了实践中，自己得到了很多宝贵的知识财富，另一面自己也看见了自己的不足，还需要努力学习，了解更多相关知识。
这次课程设计主要是在培养自己解决问题的能力和复习我们曾经学习到的基础知识。不但知道来如何解决一些课程设计上的问题，还将理论和实践相结合，加深对数字通信系统的理解。
范文二：数字通信系统中的“带宽”
数字通信系统中的“带宽”
引言
在通信系统中我们经常会遇到“带宽”(Bandwidth)这个词，但我们也会遇到“带宽”的单位有时用赫兹(Hz)表示，而有时却用比特/秒(bit/S)表示，那么我们平时所说的“带宽”到底指的是什么呢,
1、数字通信系统中带宽的概念
早期的电子通信系统都是模拟系统。当系统的变换域研究开始后，人们为了能够在频域定义系统的传递性能，便引进了“带宽”的概念。当输入的信号频率高或低到一定程度，使得系统的输出功率成为输入功率的一半时(即,3dB)，最高频率和最低频率间的差值就代表了系统的通频带宽，其单位为赫兹(Hz)。比如在传统的固定电话系统中，从固定话机终端到交换中心的双绞线路系统(Twist pair)，所能提供的通信带宽可以到2MHz以上，其中我们的语音通信只使用了从300Hz~3400Hz的频段，使用的通信带宽约为3KHz。现在，基于双绞线传输的xDSL接入网技术，能够充分使用语音带宽以外的频率，高速传送数据业务，实现宽带网接入。
图1 模拟电话线的频带
(300Hz~3400Hz为语音通信频带，25KHz~1.1MHz为ADSL频带)
数字通信系统中“带宽”的含义完全不同于模拟系统，它通常是指数字系统中数据的传输速率，其表示单位为比特/秒(bit/S)或波特/秒(Baud/S)。带宽越大，表示单位时间内的数字信息流量也越大;反之，则越小。衡量二进制码流的基本单位称为“比特”，若传输速率达到64kb/s，就表示二进制信息的流量是每秒64,000比特。衡量多进制码流的的基本单位为“波特”，若多进制码流的传输速率达80KB/S，就表示多进制符号的信息流量是每秒80,000波特，如果将多进制码，比
2如四进制码(2)，换算成的二进制来衡量，则信息比特流量为80X2=160Kb/S。
不同的数字业务其提供或需求的带宽也不一样。如前面所说在固定电话网中的局与局之间的中继接口，所提供的带宽为64Kb/S;ISDN网中的用户网络侧接口(UNI)中的U接口(2B1Q码)，带宽为80KB/S(160Kb/S);局间E1接口所提供的带宽为2Mb/S;同步数字传输网(SDH)中的STM,1
信号速率为155Mb/S，等等。有时对于某一种业务却很难给出其带宽的确切值，因为数字信号的传输还与业务的带宽需求、传输质量、传输时间等因素有关。对于数字通信系统来说，一般情况下系统所提供的带宽越宽，其业务的实时性也越好。图2给出了各种业务与相应传输速率间的大略对应关系。
图2 各种数字业务的数据速率
2、传输介质的通信带宽
数据信号是通过相应的信道来发送和接收的。信道可以是物理的信道，也可以是逻辑的信道。物理信道是由传输介质与通信设备构成;逻辑信道是在物理信道基础上建立的两个节点之间的通信链路。其中，物理信道中的传输介质是通信网络中最底层、最基本和最重要的资源。
传输介质从大的方面可分为导向介质和非导向介质，也即有线介质和无线介质。
, 常见的有线介质有:
1. 光缆(光纤)，其传输带宽为几百MHZ~几十THz(多模、单模光纤)。因为其传输带宽
非常大，受外界电磁干扰小，所以在数字通信的高速传送网中最为常用。
2. 同轴电缆，其传输带宽为几十MHz~1GHz(RG,8、RG,58、RG,59、RG,62等)，如在
CATV网中用户终端到光节点间的部分，为75欧的同轴电缆(RG,59)。
3. 双绞线(Twist Pair)，传输带宽为几MHZ~几十MHz(22~26AWG，1~5类)。
, 无线介质主要是指无线电波，其中能够使用的频段也非常宽，可使用的范围为
3KHz~3000GHz。当前只划分到了9KHz~400GzH的范围，而目前使用的频段仅到几十吉赫
兹。
3、信道容量与香农定理(Shannon Theroy)
也许我们会有这样一个问题:在xDSL系统中，我们使用的传输介质是仅有几兆带宽的双绞线，而上面要传送几兆、十几兆甚至几十兆带宽的数据，如此高的速率能保证在几兆带宽的双绞线上可靠传输吗,或者说从另一个角度说，在给定通频带宽(Hz)的物理信道上，到底可以有多高的数据速率(b/S)来可靠传送信息,这也就是信道容量问题，早在半个多世纪以前，贝尔实验室(原AT&T贝尔实验室，现朗讯贝尔实验室)的香农(Claude Elwood Shannon)博士就已经解答这个问题。
1948年，在《通信的数学原理》(Mathematical Theory of Communication)一文中，香农博士提出了著名的香农定理，为人们今天通信的发展垫定了坚实的理论基础。
香农定理指出，在噪声与信号独立的高斯白噪信道中，假设信号的功率为S，噪声功率为N，信道通频带宽为W(Hz)，则该信道的信道容量C有
SC,Wlog(1，)(b/s)2N (1)
这就是香农信道容量公式。从公式(1)中我们可以看出，在特定带宽(W)和特定信噪比(S/N)的信道中传送信息的速率是一定的。由信道容量公式还可得出以下结论:
(1) 提高信号S与噪声N功率之比，可以增加信道容量。
(2) 当信道中噪声功率N,0时，信道容量C,,，这就是说无干扰信道的信道容量可以为无穷
大。
(3) 信道容量C一定时，带宽W与信噪比S/N之间可以互换，即减小带宽，同时提高信噪比，
可以维持原来信道容量。
(4) 信噪比一定时，增加带宽W可以增大信道容量。但噪声为高斯白噪声时(实际的通信系统背
景噪声大多为高斯白噪)，增加带宽同时会造成信噪比下降，因此无限增大带宽也只能对应
有限信道容量，该极限容量为:
SC,1.44W,,n0 (2)
其中，n为噪声功率谱密度,n=N/W。 00
香农公式可以画成图3中的曲线。该图横坐标为信噪比S/N，以分贝dB为单位;纵坐标为C/W，单位为b/S/Hz，其物理意义为归一化信道容量，即单位频带的信息传输速率。显然，C/W越大，频带的利用率越高，也即信道的利用率越高。该曲线表示任何实际通信系统理论上频带利用能达到的极限。曲线下方是实际通信系统能实现的频带利用区域，而上方为不可实现区域。
图3 归一化信道容量与信噪比关系曲线
香农定理的伟大之处在于它的理论指导意义。香农公式给出频带利用的理论极限值，人在围绕着如何提高频带利用率这一目标展开了大量的研究，取得了辉煌的成果。比如航天技术中的宇际通信，由航天器发回的信号往往掩埋在比它高几十分贝的宇宙噪声之中，虽然信号非常微弱，但香农公式指出信噪比和带宽可以互换，只要信噪比在理论计算的范围内，我们总可以找到一种方法将有用信号恢复出来。另外，如移动通信中的多址接入技术(FDMA、TDMA、CDMA、SDMA以及OFDM)，还有各种信源编码、信道传输编码、纠错编码技术等等，都得益于香农定理。在xDSL传送系统中，人们正是选择了合理的信道编码技术(DMT和CAP编码调制方式)，可以保证信息在有限的通频带宽内可靠的传递，从而实现数据的高速传输，满足了人们宽带上网的需求。
结语
现在我们知道，在模拟通信系统或传输介质中，所说的“带宽”是指信号频率的通频范围，单位为“赫兹”。而数字通信系统中“带宽”，理论上是指传输信道的信道容量，也即信道中传递信息的最大值，单位为“比特/秒”。由于数字系统中的信道多指逻辑信道，而信道容量又是理论上的最大值(不可能达到)，所以平时我们使用的“带宽”一词，是指信道中数据的实际传输最高速率。
范文三：数字通信系统的分析研究
龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn
数字通信系统的分析研究
作者:任晓云 严东曼
来源:《城市建设理论研究》 2013年第 05期
摘要:数字通信系统是一种全新的利用数字信号进行消息传输的通信模式。本文主要介绍 了数字通信系统的组成以及相对于传统模拟通信的优势,并对数字通信的主要技术应用进行了 论述。
关键词:数字通信;模拟通信;应用
Abstract: Digital communication system is a new digital signal transmission of messages communication mode. This paper mainly introduces the composition of digital communication system and the traditional analog communication advantages with respect to, and the main technology and application of the digital communication are discussed.
Key words: digital communication simulation communication; application;
中图分类号:F626.3
一、数字通信系统概述
数字通信是指用数字信号作为载体来传输信息,或者用数字信号对载波进行数字调制后在 传输的通信方式。它的主要技术设备包括发射器、接收器以及传输介质。数字通信系统的通信 模式主要包括数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统以及模拟信号数字化传输通信系 统三种。
数字通信与模拟通信相比具有明显优点。它抗干扰能力强、通信质量不受距离影响、信号 易于调制、保密性高能自动和控制差错可与计算机相连能支持多种通信业务。具体介绍如下: (1)数字通信比模拟通信抗干扰能力强。一种数字信号传播形式简单只有 “0” 、 “1” 两种区别 鲜明形式。即是传播过程中经由信号放大器,信号在到达终端接收器时仍然可重新再生复原。 另一数字信号是以离散性形式进行传播。虽然也不可避免会受到系统外部以及系统内部噪声干 扰,但是只要噪声绝对值在一定范围内就可以消除噪声干扰,不会出现信号噪声叠加在一起并 随着信号被传输、被放大进而将影响通信质量现象。(2)更适于远距离传输。在进行远距离 的信号传输时,通信质量依然能够得到有效保证。因为在数字通信系统当中利用再生中继方 式,能够消除长距离传输噪音对数字信号的影响,而且再生的数字信号和原来的数字信号一 样,可以继续进行传输,这样一来数字通信的质量就不是因为距离的增加而产生强烈的影响, 所以它也比传统的模拟信号更适合进行高质量的远距离通信。(3)数字信号易于调制。虽然 数字信号较模拟信号更加方便快捷但是在实际生活中模拟电路占有通信比例仍然不小那么数字 信号能否利用已经建立起来四通八达模拟电路进行传输呢?答案是肯定只需在数字终端设备和 模拟电路之间加装以调制、解调为主体接口设备便可实现由于数字信号只存在 “0” 和 “1” 两种状
范文四：数字通信系统的设计
摘要
本文是关于一个数字语音通信系统的设计与实现，首先介绍数字通信系统的基本原理，然后分别从信源编码、信道编码和数字调制与解调三个方面介绍本系统的设计与实现，最后通过Matlab 程序分模块仿真，完成通信系统的实现。本系统信源编码中脉冲编码调制采用非均匀量化，A 律压缩13折线法编码，非均匀量可以得到较高的信噪比并且非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。信道编码采用循环码，循环码的编码和解码设备都不太复杂，而且纠错的能力较强。在数字调制中采取了二进制频移键控调制方式，此方法利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息，解调时用了相干解调，方法简便，容易实现。
关键字：信源编码与译码 信道编码与译码 数字调制与解调
1. 背景介绍
随着数字通信系统的发展，语言通信已成为人们日常生活的一部分，手机，电话和网络语音通信等已经逐渐深入人们的日常生活，通信技术是信息技术中极重要的组成部分。从广义说，各种信息的传递均可称之为通信。但由于现代信息的内容极为广泛，因而人们并不把所有信息传递纳入通信的范围。通常只把语音、文字、数据、图像等信息的传递和传播称为通信。面向公众的单向通信，如报纸、广播、电视便不包括在内。但这种单向传播方式，由于通信技术的发展，也在发生变化。现代通信技术的主要内容及发展方向，是以光纤通信为主体调卫星通信、无线电通信为辅助的宽带化、综合化（有的称数字化）、个人化、智能化的通信网络技术。本设计基于数字通信系统设计的基本原理，通过信源编码与译码，信道编码与译码以及数字调制与解调等模块的设计以实现语音通信。
2. 数字通信系统基本原理
2.1数字通信系统的模型
图1 数字通信系统的模型
2.2信息源
它的作用是把各种消息转换为原始电信号，信源分为模拟信源和数字信源。本文的输入信号采用模拟信源，通过A/D转换把输入的模拟信号转换为数字信号，模拟信号转化为数字信号包括三个步骤：抽样、量化和编码。模拟信号首先被抽样。通常抽样是按照等时间间隔进行的，虽然在理论上并不是必须如此的。模拟信号被抽样后，成为抽样信号，它在时间上是离散的，但是其取值仍然是连续的，所以是离散模拟信号。第二步是量化。量化的结果使抽样信号变成量化信号，其取值是离散的。故量化信号已是数字信号了，它可以看成是多进制的数字脉冲信号。第三步是编码。
第一步：抽样的定理。设一个连续模拟信号m(t)中的最高频率
第二步：量化。模拟信号的抽样值为m(KT)，其中T 是抽样周期，k 是整数。量化原理公式：m q (kT ) =q i , 当m i-1≤m(kT)
y =f
(x )
第三步：脉冲编码调制。通常把从模拟信号抽样、量化，直到变换成为二进制符号的过程，称为脉冲编码调制。
2.3信源编码与译码
它的基本功能一是提高信息传输的有效性，即通过某种数据压缩技术设法减少码元数目和降低码元速率。码元速率决定传输所占的带宽，而传输带宽反映了通信的有效性。二是完成模/数（A/D）转换，即当信息源给出的是模拟信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。信源译码是信源编码的逆过程。 2.4信道编码与译码
信道编码的目的是增强数字信号的抗干扰能力。数字信号是信道传输时受到噪声等影响后将会引起差错。为了减小差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓的“抗干扰编码”。接收端的信道译码器按相应的逆规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性。 2.6数字调制与解调
二进制频移键控，是用载波的频率来携带二进制信息的调制方式。也就是说，0值对应一个频率f1，1对应另一个频率f2。二进制频移键控可以采用模拟信号调频电路来实现；但更容易实现的方法是键控法。
由于二进制频移键控已调信号可以看作两个不同载波的幅度键控已调信号之和，它的频带宽度是两倍的基带信号宽度（B ）和| f2- f1|之和，2FSK 键控法理论框图如图所示。
图2 2FSK调制器
2FSK 的解调有很多方法，本系统采用相干解调，原理图3如图所示
图3 2FSK非相干解调
3. 脉冲编码调制
3.1脉冲编码调制
脉冲编码调制(pulse code modulation，PCM) 是概念上最简单、理论上最完善的编码系统，是最早研制成功、使用最为广泛的编码系统，但也是数据量最大的编码系统。PCM 的编码原理比较直观和简单，下图为PCM 系统的原理框图：
PCM 通信系统方框图
图中，输入的模拟信号m(t)经抽样、量化、编码后变成了数字信号(PCM信号) ，经信道传输到达接收端，由译码器恢复出抽样值序列，再由低通滤波器滤出模拟基带信号m(t)。通常，将量化与编码的组合称为模/数变换器（A/D变换器) ；而译码与低通滤波的组合称为数/模变换器(D/A变换器) 。前者完成由模拟信号到数字信号的变换，后者则相反，即完成数字信号到模拟信号的变换。
PCM 在通信系统中完成将语音信号数字化功能，它的实现主要包括三个步
骤完成：抽样、量化、编码。分别完成时间上离散、幅度上离散、及量化信号的二进制表示。根据CCITT 的建议，为改善小信号量化性能，采用压扩非均匀量化，有两种建议方式，分别为A 律和μ律方式，我国采用了A 律方式，由于A 律压缩实现复杂，常使用 13 折线法编码, 采用非均匀量化PCM 编码。 3.2 PCM编码原理 3.2.1 抽样
所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。 3.2.2 量化
量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电
平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。
从数学上来看，量化就是把一个连续幅度值的无限数集合映射成一个离散幅度值的有限数集合。一个模拟信号经过抽样量化后，得到已量化的脉冲幅度调制信号，它仅为有限个数值。
如下图所示，量化器输出L 个量化值y k ，k=1，2，3，?，L 。y k 常称为重建电平或量化电平。当量化器输入信号幅度x 落在x k 与x k +1之间时，量化器输出电平为
y k 。这个量化过程可以表达为：
k =1,2,3, , L
y =Q (x ) =Q {x k
这里
x k 称为分层电平或判决阈值。通常?k =x k +1-x k 称为量化间隔。
模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。 (a).均匀量化：
用这种方法量化输入信号时，无论对大的输入信号还是小的输入信号一律都采用相同的量化间隔。为了适应幅度大的输入信号，同时又要满足精度要求，就需要增加样本的位数。但是，对话音信号来说，大信号出现的机会并不多，增加的样本位数就没有充分利用。为了克服这个不足，就出现了非均匀量化的方法。
(b).非均匀量化：
非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔?v 也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突出的优点。首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中常常是这样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。
实际中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广泛采用的两种对数压缩律是μ压缩律和A 压缩律。美国采用μ压缩律，我国和欧洲各国均采用A 压缩律，所谓A 压缩律也就是压缩器具有如下特性的压缩律：
y =
Ax 11+ln Ax 1
, 0
1+ln A A ， 1+ln A A 。
由于A 律压缩实现复杂，常使用 13 折线法编码, 压扩特性图如下图所示：
A 律函数13折线压扩特性图
这样，它基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路实现，本设计中所用到的PCM 编码正是采用这种压扩特性来进行编码的。
表1 13折线时的x 值与计算x 值的比较
表1中第二行的值是根据 时计算得到的，第三行的值是13折线分段时的值。可见，13折线各段落的分界点与曲线十分逼近，同时按2的幂次分割有利于数字化。 3.2.3. 编码
所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。
在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：低速编码和高速编码。通信中一般都采用第二类。编码器的种类大体上可以归结为三类：逐次比较型、折叠级联型、混合型。在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。下面结合13折线的量化来加以说明。
表2 段落码 表3 段内码
在13折线法中，无论输入信号是正是负，均按8段折线（8个段落）进行编码。若用8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值，其中用第一位表示量化值的极性，其余七位（第二位至第八位）则表示抽样量化值的绝对大小。
具体的做法是：用第二至第四位表示段落码，它的8种可能状态来分别代表8个段落的起点电平。其它四位表示段内码，它的16种可能状态来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。这样处理的结果，8个段落被划分成27＝128个量化级。段落码和8个段落之间的关系如表2所示；段内码与16个量化级之间的关系见表3。
3.3PCM 脉冲编码调制的仿真 3.3.1 PCM抽样的仿真
PCM 抽样的MATLAB 程序设计按如下步骤进行： （1）确定输入的模拟信号为sa(200t)；
（2）根据输入的模拟信号，确定抽样频率，对输入信号进行抽样，并将正常抽样和会产生失真的抽样进行对比，对抽样定理加以验证； （3）编写程序，画出满足采样定理和不满足的时、频域图形。 MATLAB 源程序： function sample()
t0=10; %定义时间长度 ts=0.001; fs=1/ts;
t=[-t0/2:ts:t0/2]; %定义时间序列 df=0.5; %定义频率分辨率 x=sin(200*t); m=x./(200*t+eps);
w=t0/(2*ts)+1; %确定t=0的点 m(w)=1; %修正t=0点的信号值 m=m.*m;
[M,mn,dfy]=fft_seq(m,ts,df); %傅立叶变换 M=M/fs;
f=[0:dfy:dfy*length(mn)-dfy]-fs/2; %定义频率序列 figure(1)
subplot(2,1,1); plot(t,m);
xlabel('时间');ylabel('幅值');title('原始信号(fh=200/2piHz)的波形');
axis([-0.15,0.15,0,1.5]); subplot(2,1,2);
plot(f,abs(fftshift(M))); xlabel('频率');ylabel('幅值');
axis([-500,500,0,0.03]);title('原始信号的频谱'); t0=10; %信号持续的时间
ts1=0.005; %满足抽样条件的抽样间隔 fs1=1/ts1;
t1=[-t0/2:ts1:t0/2]; %定义满足抽样条件的时间序列 x1=sin(200*t1); m1=x1./(200*t1+eps); w1=t0/(2*ts1)+1;
m1(w1)=1; %修正t=0时的信号值 m1=m1.*m1; %定义信号
[M1,mn1,df1]=fft_seq(m1,ts1,df); %对满抽样条件的信号进行傅立叶变换
M1=M1/fs1;N1=[M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1,M1]; f1=[-7*df1*length(mn1):df1:6*df1*length(mn1)-df1]-fs1/2; figure(2)
subplot(2,1,1); stem(t1,m1); xlabel('时间');ylabel('幅值');
title('抽样正常(fs=200Hz)时的信号波形');axis([-0.15,0.15,0,1]); subplot(2,1,2)
plot(f1,abs(fftshift(N1)));
xlabel('频率');ylabel('幅值');axis([-500,500,0,0.05]); title('抽样正常时的信号频谱');axis([-500,500,-0.01,0.03]); t0=10; fs2=1/ts2;
t2=[-t0/2:ts2:t0/2]; %定义不满足抽样条件的时间序列 x2=sin(200*t2); m2=x2./(200*t2+eps); w2=t0/(2*ts2)+1; m2(w2)=1;
%修正t=0时的信号值
m2=m2.*m2; %定义信号
[M2,mn2,df2]=fft_seq(m2,ts2,df);%对不满足抽样条件的信号进行傅立叶变换
M2=M2/fs2;N2=[M2,M2,M2,M2,M2,M2,M2,M2,M2,M2,M2,M2,M2]; f2=[-7*df2*length(mn2):df2:6*df2*length(mn2)-df2]-fs2/2; figure(3)
subplot(2,1,1); stem(t2,m2);
xlabel('时间');ylabel('幅值');title('抽样失真(fs=100Hz)时的信号波形');
axis([-0.15,0.15,0,1]);subplot(2,1,2) plot(f2,abs(fftshift(N2)));
xlabel('频率');ylabel('幅值');axis([-500,500,0,0.02]); title('抽样失真时的信号频谱');axis([-500,500,0.005,0.02]); function [M,m,df]=fft_seq(m,ts,df) fs=1/ts;
%信号持续的时间
%不满足抽样条件的抽样间隔
ts2=0.01;
if nargin==2 n1=0
else n1=fs/df
end
n2=length(m);n=2^(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2)));
M=fft(m,n);m=[m,zeros(1,n-n2)];df=fs/n
PCM 抽样仿真结果：
原始信号的波形和频谱
PCM 正常抽样时信号的波形及频谱
PCM 抽样失真时信号的波形及频谱
3.3.2 PCM均匀量化的仿真
PCM 均匀量化的MATLAB 程序设计按如下步骤进行：
（1）确定输入模拟信号为sin(t)；
（2）根据均匀量化的原理均匀量化的算法程序；
（3）绘制并比较模拟输入信号与量化输出的波形。
PCM 均匀量化源程序如下：
function average()
t=[0:0.01:4*pi];
y=sin(t);
w=jylh(y,1,64);
subplot(2,1,1);
plot(t,y);
xlabel('时间');
ylabel('幅度');
axis([0,4*pi,-1.1,1.1]);
title('原始信号');
subplot(2,1,2);
plot(t,w);
xlabel('时间');
ylabel('幅度');
axis([0,4*pi,-1.1,1.1]);
title('均匀量化后的信号');
function h=jylh(f,V,L)
n=length(f);t=2*V/L;
p=zeros(1,L+1);
for i=1:L+1,p(i)=-V+(i-1)*t;end
for i=1:n
if f(i)>V,h(i)=V;end
if f(i)<>
flag=0;
for j=2:L/2+1
if(flag==0)
if(f(i)<>
h(i)=p(j-1);
flag=1;
end;
end;
end;
for j=L/2+2:L+1
if(flag==0)
if(f(i)<>
h(i)=p(j);
flag=1;
end
end
end
end
nq=V^2/(3*L^2);
仿真结果：
3.3.3 PCM A律非均匀量化的MATLAB 实现
PCM A律非均匀量化的MATLAB 程序设计按如下步骤进行：
（1）确定输入模拟信号；
（2）根据非均匀量化的原理确定A 律非均匀量化的算法程序；
（3）绘制并比较模拟输入信号与量化输出的波形。
源程序如下：
function a_quantize()
t=0:0.00000125:0.0005;
y=sin(8000*pi*t);
figure
subplot(2,1,1)
plot(t,y)
axis([0 0.0005 -1.2 1.2])
xlabel('时间') ylabel('幅度')
title('原始信号')
z=a_pcm(y,87.6);
subplot(2,1,2) plot(t,z)
axis([0 0.0005 -1.2 1.2])
xlabel('时间')
ylabel('幅度')
title('A律量化后的信号')
function y=a_pcm(x,a)
t=1/a;
for i=1:length(x)
if x(i)>=0
if(x(i)<>
y(i)=(a*x(i))/(1+log(a));
else
y(i)=(1+log(a*x(i)))/(1+log(a));
end
else
if(x(i)>=-t)
y(i)=-(a*-x(i))/(1+log(a));
else
y(i)=-(1+log(a*-x(i)))/(1+log(a));
end
end
end
仿真结果：
3.3.4 PCM A律13折线编码的MATLAB 实现
PCM 均匀量化的MATLAB 程序设计按如下步骤进行：
（1）确定输入模拟信号；
（2）根据给均匀量化的原理确定非均匀量化的算法程序；
（3）将上述编码的十进制数转化成8位二进制数。
源程序如下：
function a_13code()
t=0:0.000025:0.00025;
y=sin(8000*pi*t)
z=line13(y)
c=pcmcode(z)
function y=line13(x)
x=x/max(x);
z=sign(x);
x=abs(x);
for i=1:length(x)
if((x(i)>=0)&(x(i)<1>
y(i)=16*x(i);
else
if((x(i)>=1/64)&(x(i)<1>
y(i)=8*x(i)+1/8;
else
if((x(i)>=1/32)&(x(i)<1>
y(i)=4*x(i)+2/8;
else
if((x(i)>=1/16)&(x(i)<1>
y(i)=2*x(i)+3/8;
else
if((x(i)>=1/8)&(x(i)<1>
y(i)=x(i)+4/8;
else
if((x(i)>=1/4)&(x(i)<1>
y(i)=1/2*x(i)+5/8;
else
if((x(i)>=1/2)&(x(i)<>
y(i)=1/4*x(i)+6/8;
end
end
end
end
end
end
end
end
y=z.*y;
function f=pcmcode(y)
f=zeros(length(y),8);
z=sign(y);
y=y.*128;
y=fix(y);
y=abs(y);
for i=1:length(y)
if(y(i)==128)
y(i)=127.999;
end
end
for i=1:length(y)
for j=6:-1:0
f(i,8-j)=fix(y(i)/2^j);
y(i)=mod(y(i),(2^j));
end
end
for i=1:length(y);
if(z(i)==1)
f(i,1)=0;
else
f(i,1)=1;
end
end
程序运行结果：
y =
0 0.5878 0.9511 0.9511 0.5878 0.0000 -0.5878
-0.9511 -0.9511 -0.5878 -0.0000
z =
0 0.9045 1.0000 1.0000 0.9045 0.0000 -0.9045 -1.0000 -1.0000 -0.9045 -0.0000
c =
1 0 0 0 0 0 0 0
0 1 1 1 0 0 1 1
0 1 1 1 1 1 1 1
0 1 1 1 1 1 1 1
0 1 1 1 0 0 1 1
0 0 0 0 0 0 0 0
1 1 1 1 0 0 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 1 1 1 1
1 1 1 1 0 0 1 1
1 0 0 0 0 0 0 0
4. 信道编码和译码
在数字电视和通信系统中，为提高信息传输可靠性，广泛使用了具有一定纠错能力的信道编码技术，如奇偶校验码、行列监督码、恒比码、汉明码、循环码（CRC ）等编码技术。信道编码的本质是增加通信的可靠性，或者说增加整个系统的抗干扰性。对信道编码有以下要求：1. 透明性：要求对所传消息的内容不加任何限制；2. 有纠错能力；3. 效率高：为了与信道频谱匹配和具有纠错
能力，通常要向原信号添加一些码，要求加入最少的比特数而得到最大的利益；4. 包含适当的定时信息。在这些要求中，除编码的必须信息外，所作的处理主要有两条：一是要求码列的频谱特性适应通道的频谱特性从而使传输过程中能量损失最小，提高信噪比。减少发生差错的可能性；二是增加纠错能力，使得即便出现差错，也能得到纠正。
4.1差错控制的基本概念
4.1.1差错的特点
由于通信线路上总有噪声存在，噪声和有用信息中的结果，就会出现差错。噪声可分为两类，一类是热噪声，另一类是冲激噪声，热噪声引起的差错是一种随机差错，亦即某个码元的出错具有独立性，与前后码元无关。冲激噪声是由短暂原因造成的，例如点击的启动、停止，电器设备的放弧等。冲击噪声引起的差错是成群的，其差错持续时间称为突发错的长度。
衡量信道传输性能的指标之一是误码率PO ，PO=错误接收的码元数/接收的总码元数。目前普通电话线路中，当传输速率在600~2400bit/s时，PO
在
之间，对于大多数通信系统，PO
在
的数据传输则要求误码率低于
4.1.2 差错控制的基本方式
差错控制方式基本上分为两类，一类称为“反馈纠错”，另一类称为“前向纠错”。在这两类基础上又派生出一种称为“混合纠错”。
(1)反馈纠错
这种方式在是发信端采用某种能发现一定程度传输差错的简单编码方法对所传信息进行编码，加入少量监督码元，在接收端则根据编码规则收到的编码信号进行检查，一量检测出(发现) 有错码时，即向发信端发出询问的信号，要求重发。发信端收到询问信号时，立即重发已发生传输差错的那部分发信息，直到正确收到为止。所谓发现差错是指在若干接收码元中知道有一个或一些是错的，但不一定知道错误的准确位置。
(2)前向纠错
这种方式是发信端采用某种在解码时能纠正一定程度传输差错的较复杂的编码方法，使接收端在收到信码中不仅能发现错码，还能够纠正错码。采用前向纠错方式时，不需要反馈信道，也无需反复重发而延误传输时间，对实时传输有利，但是纠错设备比较复杂。
(3)混合纠错 。 之间，而计算机之间
混合纠错的方式是：少量纠错在接收端自动纠正，差错较严重，超出自行纠正能力时，就向发信端发出询问信号，要求重发。因此，“混合纠错”是“前向纠错”及“反馈纠错”两种方式的混合。
对于不同类型的信道，应采用不同的差错控制技术，否则就将事倍功半。 反馈纠错可用于双向数据通信，前向纠错则用于单向数字信号的传输，例如广播数字电视系统，因为这种系统没有反馈通道。
4.1.3 误码控制编码的分类
随着数字通信技术的发展，研究开发了各种误码控制编码方案，各自建立在不同的数学模型基础上，并具有不同的检错与纠错特性，可以从不同的角度对误码控制编码进行分类。
按照误码控制的不同功能，可分为检错码、纠错码和纠删码等。检错码仅具备识别错码功能而无纠正错码功能；纠错码不仅具备识别错码功能，同时具备纠正错码功能；纠删码则不仅具备识别错码和纠正错码的功能，而且当错码超过纠正范围时可把无法纠错的信息删除。
按照误码产生的原因不同，可分为纠正随机错误的码与纠正突发性错误的码。前者主要用于产生独立的局部误码的信道，而后者主要用于产生大面积的连续误码的情况，例如磁带数码记录中磁粉脱落而发生的信息丢失。按照信息码元与附加的监督码元之间的检验关系可分为线性码与非线性码。如果两者呈线性关系，即满足一组线性方程式，就称为线性码；否则，两者关系不能用线性方程式来描述，就称为非线性码。
按照信息码元与监督附加码元之间的约束方式之不同，可以分为分组码与卷积码。在分组码中，编码后的码元序列每n 位分为一组，其中包括k 位信息码元和r 位附加监督码元，即n=k+r，每组的监督码元仅与本组的信息码元有关，而与其他组的信息码元无关。卷积码则不同，虽然编码后码元序列也划分为码组，但每组的监督码元不但与本组的信息码元有关，而且与前面码组的信息码元也有约束关系。
按照信息码元在编码之后是否保持原来的形式不变，又可分为系统码与非系统码。在系统码中，编码后的信息码元序列保持原样不变，而在非系统码中，信息码元会改变其原有的信号序列。由于原有码位发生了变化，使译码电路更为复杂，故较少选用。
根据编码过程中所选用的数字函数式或信息码元特性的不同，又包括多种编码方式。对于某种具体的数字设备，为了提高检错、纠错能力，通常同时选用几种误码控制编码方式。以下，以线性分组码为例，对几种简单的编码方式
进行介绍。 4.2循环码（CRC ）
循环码是线性码的一个重要的子类，它有以下两大特点：第一，码的结构可以用代数方法来构造和分析，并且可以找到各种实用的译码方法；第二，由于其循环特性，编码运算和伴随式计算，可用反馈移位寄存器来实现，硬件实现简单。
循环码是在严密的代数学理论基础上建立起来的，这种码的编码和解码设备都不太复杂，而且纠错的能力较强。顾名思义，循环码除具有线性码的一般性质之外，还具有循环性，即任一码组循环一位以后，仍为该码中的一个码组。
4.2.1循环码定义 设C 使某它的循环移位
线性分组码的码字集合，如果对任C =(c n -1, c n -2, , c 0) ∈C ，
也属于C ，则称该
码为循环码。
C (1) =(c n -2, c n -3, c 0, c n -1)
该码在结构上有另外的限制，即一个码字任意循环移位的结果仍是一个有效码字。其特点是：（1）可以用反馈移位寄存器很容易实现编码和伴随式的计算；（2）由于循环码有很多固有的代数结构，从而可以找到各种简单使用的译码办法。
如果一个
c ={c 0, c 1, , c n -1}
线性码具有以下的属性，则称为循环码：如果n 元组是子空间S 的一个码字，则经过循环移位得到的
也同样是S 中的一个码字；或者，一般来说，经过j
也是S 中的一个码
c (1) ={c n -1, c 0, , c n -2}
次循环移位后得到的字。
c (j ) ={c n -j , c n -j +1, , c n -1, c 0, c 1, , c n -j -1}
4.2.2循环码的多项式描述
码字的多项式描述，一个n 元码字可以用一个次数不超过n-1的多项式唯一表示
c =(c n -1c n -2 c 1c 0)
,
c (x ) =c n -1x n -1+c n -2x n -2+ +c 1x 1+c 0
（1-1）
其中，我们不关心x 的具体位置，其次数只表示相应码元的位置。称这样的
为c 的码字多项式。
4.2.3生成多项式及生成矩阵G
如果一种码的所有码多项式都是多项式g (x ) 的倍式，则称g (x ) 为该码的生成多项式。在循环码中，次数最低的多项式（0除外）就是生成多项式g (x ) ，
n
其他码多项式都是其倍数。且该g (x ) 的阶数为r =n -k ，常数项为1，是x +1
n
的一个因式。为了寻求生成多项式，必须对x +1进行因式分解。
循环码的生成矩阵多项式为：
?X k -1g (X ) ??k -2?X g (X ) ??
?G (X ) =?
??Xg (X ) ???g (X ) ??? （1-2）
然后将系数提出就得到生成矩阵G 。 4.2.4 系统循环码
循环码也可以构成为系统循环码。为方便系统码的构造，将消息多项式和码式都记为高位在前，即
3）
又
设
码
式
的
高
次
幂
部
分
等
于
m(x)
，
即
m =(m k -1, m k -2, , m 1, m 0)
的消息多项式为m (x ) ，
m (x ) =m 0+m 1x + +m k -1x k -1
（1-
c (x ) =c 0+c 1x + +c n -k x n -k +c n -k +1x n -k +1+ +c n -1x n -1
=x n -k ?m (x ) +p (x )
（1-4）
其中p(x)称为校验位多项式，由于码式是生成式的倍式，所以
n -k
p (x ) +x m (x ) =a (x ) g (x ) =0(modg (x ))
? p (x )
（1-5）
r
p (x ) =-x ?m (x )(modg (x )) （1-6）
因此循环码的系统码码式为
r r
c (x ) =x m (x ) -[x m (x ) (modg (x ))] （1-
7）
将循环码的系统码构造步骤总结为：
r r
x m (x ) =(x m (x )) 多项式乘
r
(x m (x ))(modg (x )) =p (x ) 多项式求模（余式）
（1-8）
r
(x m (x )) -p (x ) =c (x ) 多项式减
r +1m (x ) x 如果令为单项式，i =0, 1, , k -1
9）
x r +1=a (x ) g (x ) +p i (x ),
c i (x ) =p i (x ) +x r +i
c i (x )
对应的向量
G s
c i
? p i (x ) <>
（1-
（1-10）
那么容易看到，
，i =0, 1, , k -1是线性无关的，从
而得到循环码系统码的生成矩阵为
p 01?p 00?p p 1110?G s =? ?
?p k -1, 0p k -1, 1
4.2.5循环码的编码
p 0, r -1p 1, r -1
p k -1, r -1
100?010?? ?
?
001?
（1-11）
利用生成多项式g (x ) 实现编码：如上所述，但循环码的生成多项式g (x ) 确定时，码就完全确定了。现在讨论生成多项式g (x ) 给定以后，如何实现循环码
的编码问题。
若已知
g (x ) =
g x
n -k
n -k
+gn -k -1xn -k -1+ g 1x +g 0
（2-1）
并设信息元多项式
m (x ) =mk -1xk -1+mk -2xk -2+ m 1x +m 0 （2-2） 要编码成系统循环码形式，即码字的最左边k 位是信息元，其余n -k 位是校验元，则要用x 项式c (x ) 为
c (x ) =xn -km (x ) +r (x )
=mk -1xn -1+mk -2xn -2+ m 0xn -k +rn -k -1xn -k -1+ r 1x +r 0 （2-n -k
乘以m (x ) ，再加上校验元多项式r (x ) , 这样得到的码字多
3）
其中 r (x ) =rn -k -1xn -k -1+ r 1x +r 0
c (x ) 一定是g (x ) 的倍式，即有
c (x ) =
c (x ) =
x
n -k
m (x ) +r (x ) =q (x ) g (x )
（2-4）
x
n -k
m (x ) +r (x ) =0
. mod g (x ) （2-5）
注意到g (x ) 为n -k 次多项式，而r (x ) 最多为n -k -1次多项式，必有 r (x ) =xm (x ) , mod g (x ) （2-6） 即r (x ) 必是xn -km (x ) 除以g (x ) 的余式。
式(2-6)指出了系统循环码的编码方法：首先将信息元多项式m (x ) 乘以
x
n -k
成为x
n -k
m (x )
，然后将x
n -k
m (x )
除以生成多项式g (x ) 得到余式r (x ) ，该
余式就是校验元多项式，从而得到码字多项式c (x ) =xn -km (x ) +r (x ) 。 （2-7）
综上所述，系统循环码的编码问题，可以归结为两个多项式的除法运算，即将xn -km (x ) 除以生成多项式g (x ) 得到余式r (x ) 的运算，因此研究多项式除法的电路实现是必要的。2.6循环码的解码
利用生成多项式g (x ) 实现编码：如上所述，但循环码的生成多项式g (x ) 确定时，码就完全确定了。现在讨论生成多项式g (x ) 给定以后，如何实现循环码的编码问题。
若已知 （3-1）
并设信息元多项式 2）
要编码成系统循环码形式，即码字的最左边k 位是信息元，其余n -k 位是校验元，则要用x
n -k
g (x ) =
g
n -k
x
n -k
+
g
n -k -1
x
n -k -1
+ g 1x +g 0
m (x ) =m k -1x k -1+m k -2x k -2+ m 1x +m 0
（3-
乘以x
n -k
，再加上校验元多项式r (x ) , 这样得到的码字多
c (x ) =x n -k m (x ) +r (x ) =m k -1x n -2+ m 0x n -k +r n -k -1x n -k -1+ r 1x +r 0c (x ) 项式为
（3-3） 其中
r (x ) =r n -k -1x n -k -1+ r 1x +r 0
（3-4）
c (x ) 一定是g (x ) 的倍式，即c (x ) =x n -k m (x ) +r (x ) =q (x ) g (x ) （3-5）
c (x ) =x n -k m (x ) +r (x ) =0. mod g (x ) （3-6）
注意到g (x ) 为n -k 次多项式，而r (x ) 最多为n -k -1次多项式，必有
n -k r (x ) =x m (x ) , mod g (x ) （3-7）
n -k
r (x ) x m (x ) 除以g (x ) 的余式。 即必是
n -k m (x ) x 式(3-7)指出了系统循环码的编码方法：首先将信息元多项式乘以成
n -k n -k
x m (x ) x m (x ) 除以生成多项式g (x ) 得到余式r (x ) ，该余式就是为，然后将
校验元多项式，从而得到码字多项式
c (x ) =x n -k m (x ) +r (x ) （3-8）
综上所述，系统循环码的编码问题，可以归结为两个多项式的除法运算，
n -k x m (x ) 除以生成多项式g (x ) 得到余式r (x ) 的运算。 即将
4.2.6循环码检错与纠错能力
由于循环码是一种线性分组码，所以其纠检错能力与线性分组码相当。而线性分组码的最小距离可用来衡量码的抗干扰能力，那么一个码的最小距离就与它的纠检错能力有关。
定理： 对于任一个(n , k ) 线性分组码，若要在码字内 检测个错误，要求码的最小距离d ≥e +1； 纠正个错误，要求码的最小距离d 纠正个错误同时检测
≥2t +1；
个错误，则要求d ≥t +e +1；
循环码的译码分检错译码与纠错译码两类。在无记忆信道上，对码字c ，差错图案e 和接收向量r 的多项式描述为
r (x ) =c (x ) +e (x ) （4-1）
定义
r (x ) 的伴随多项式为s (x )
s (x ) =r (x ) (modg (x ))
=s 0+s 1x +s 2x 2+ +s r -1x r -1 （4-2）
由于c (x ) =a (x ) g (x ) =0(modg (x )), 所以
s (x ) =e (x )(modg (x )) （4-3）
由此可见，
s (x ) ≠0
则一定有差错产生，或说满足
e (x )(modg (x )) ≠0的差错图样e (x ) 产生，它满足e (x )(modg (x )) =0。
循环码的检错译码即是计算
s (x ) 并判断是否为0
Matlab 代码直接实现
N=11; %信息码的行数 n=7; %码长 k=4; %信息位长 sig=randint(N,k) %信号码元 code=encode(sig,n,k,'cyclic') %循环编码 sig1=decode(code,n,k,'cyclic') %循环解码 errs1=biterr(sig,sig1)
noise=randerr(N,n,2) %rsig=double(xor(code, noise)) %sig2=decode(rsig,n,k,'cyclic') %errs2=biterr(sig,sig2) %运行结果：
sig =
1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 code =
1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0
产生随机噪声 加噪 加噪解码
计算加噪后的误差比特数
1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 sig1 =
1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 errs1 = 0 noise =
0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 rsig =
1 1 1 1 1 1 0
1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 1 sig2 =
1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 errs2 = 15
5. 数字调制与解调
为了使数字信号在带通信道中传输，必须用数字信号对载波进行调制。如同传输模拟信号时一样，传输数字信号时也有三种基本的调制方式：幅度键控、频移键控、和相移键控。它们分别对应于用正弦波的幅度、频率和相位传递数字基带信号，可以看成是模拟线性调制角调制的特殊情况。 5.1 2FSK调制原理 5.1.1 2FSK信号的产生
2FSK 是利用数字基带信号控制在波的频率来传送信息。例如，1码用频率f1来传输，0码用频率f2来传输，而其振幅和初始相位不变。故其表示式为
cos(ωt +θ) 发送" 1" 时
?2FSK (t ) ={A A cos(ωt +θ) 发送" 0" 时
1
12
2
式中，假设码元的初始相位分别为θ1和θ2；ω1=2πf 1和ω2=2πf 2为两个不同的码元的角频率；幅度为A 为一常数，表示码元的包络为矩形脉冲。 2FSK信号的产生方法有两种：
（1）模拟法，即用数字基带信号作为调制信号进行调频。如下图（a ）所示。 （2）键控法，用数字基带信号g (t ) 及其反g (t ) 相分别控制两个开关门电路，以此对两个载波发生器进行选通。如图下（b ）所示。
这两种方法产生的2FSK 信号的波形基本相同，只有一点差异，即由调频器产生的2FSK 信号在相邻码元之间的相位是连续的，而键控法产生的2FSK 信号，则分别有两个独立的频率源产生两个不同频率的信号，故相邻码元的相位不一定是连续的。
(a) (b)
2FSK 信号产生原理图
由键控法产生原理可知，一位相位离散的2FSK 信号可看成不同频率交替发送的两个2ASK 信号之和，即
?2FSK (t ) =g (t ) cos(ω1t +θ1) +g (t ) ·cos(ω2t +θ2)
=[∑a n g (t -nT s ) ]cos(ω1t +θ1) +[∑a n g (t -nT s ) ]cos(ω2t +θ2)
n =-∞
n =-∞
∞
∞
其中g (t ) 是脉宽为T s 的矩形脉冲表示的NRZ 数字基带信号。
a n =
{
0, 概率P
1，概率1-P
a n =
{
0, 概率1-P 1，概率P
其中，a n 为a n 的反码，即若a n =1，则a n =0；若a n =0，则a n =1。 5.1.2 2FSK信号的频谱特性
由于相位离散的2FSK 信号可看成是两个2ASK 信号之和，所以，这里可以
直接应用2ASK 信号的频谱分析结果，比较方便，即：
S 2FSK (f ) =S 2ASK 1(f ) +S 2ASK 2(f )
2222S
=T [|Sa π(f -f ) T |+|Sa π(f +f ) T |+|Sa π(f -f ) T |+|Sa π(f +f ) T |]1S 1S 2S 2S 161+[δ(f -f 1) +δ(f +f 1) +δ(f -f 2) +δ(f +f 2)]
2FSK 信号带宽为 B 2F S K ≈|f 1-f 2|+2f s =|f 1-f 2|+2R s 式中，R s =f s 是基带信号的带宽。
5.2 2FSK二进制数字调制的仿真 附录程序：
i=10; %基带信号码元数 j=5000;
a=round(rand(1,i)); %产生随机序列 t=linspace(0,5,j);
f1=10; %载波1频率 f2=5; %载波2频率 fm=i/5; %基带信号频率 B1=2*f1; %载波1带宽 B2=2*f2; %载波2带宽 %产生基带信号 st1=t; for n=1:10
if a(n)<>
for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=0; end else
for m=j/i*(n-1)+1:j/i*n st1(m)=1; end end end
st2=t;
%基带信号求反 for n=1:j;
if st1(n)>=1;
st2(n)=0; else st2(n)=1; end end;
figure(1); subplot(411); plot(t,st1);
title('基带信号'); axis([0,5,-1,2]); subplot(412); plot(t,st2);
title('基带信号反码');
axis([0,5,-1,2]);
% s1=cos(2*pi*f1*t); s2=cos(2*pi*f2*t); subplot(413) plot(s1);
title('载波信号1'); subplot(414), plot(s2);
title('载波信号2');
% F1=st1.*s1; % F2=st2.*s2; % figure(2);
subplot(311);
plot(t,F1); %s1*st1 title('s1*st1'); subplot(312); plot(t,F2);
title('s2*st2'); %s2*st2 e_fsk=F1+F2; subplot(313);
plot(t,e_fsk);
title('二进制频移键控调制信号') %
载波信号 调制 加入载波1 加入载波2 信号 信号 二进制频移键控调制信号
运行结果： 1. 基带信号
2. 载波信号：
3. 已调信号：
4.3.1相关调制解调的原理图：
4.3.2 调制解调仿真程序：
fs=2000; %采样频率 dt=1/fs; f1=20;
f2=120; %两个信号的频率
a=round(rand(1,10)); %随机信号
g1=a
g2=~a; %信号反转，和g1反向 g11=(ones(1,2000))'*g1; %抽样 g1a=g11(:)';
g21=(ones(1,2000))'*g2; g2a=g21(:)'; t=0:dt:10-dt; t1=length(t);
fsk1=g1a.*cos(2*pi*f1.*t);
fsk2=g2a.*cos(2*pi*f2.*t);
fsk=fsk1+fsk2; %no=0.01*randn(1,t1); %sn=fsk+no; subplot(311);
plot(t,no); %title('噪声波形') ylabel('幅度') subplot(312); plot(t,fsk); title('产生的波形') ylabel('幅度') subplot(313); plot(t,sn);
title('将要通过滤波器的波形') ylabel('幅度的大小') xlabel('t')
figure(2) %FSKb1=fir1(101,[10/800 20/800]);
b2=fir1(101,[90/800 110/800]); %H1=filter(b1,1,sn);
H2=filter(b2,1,sn); %subplot(211);
plot(t,H1);
title('经过带通滤波器f1后的波形') ylabel('幅度') subplot(212); plot(t,H2);
产生的信号 噪声 噪声波形 解调 设置带通参数
经过带通滤波器后的信号
title('经过带通滤波器f2后的波形') ylabel('幅度') xlabel('t') sw1=H1.*H1;
sw2=H2.*H2; %经过相乘器 figure(3) subplot(211);
plot(t,sw1);
title('经过相乘器h1后的波形') ylabel('幅度') subplot(212); plot(t,sw2);
title('经过相乘器h2后的波形') ylabel('?幅度') xlabel('t')
bn=fir1(101,[2/800 10/800]); %经过低通滤波器 figure(4)
st1=filter(bn,1,sw1); st2=filter(bn,1,sw2); subplot(211); plot(t,st1);
title('经过低通滤波器sw1后的波形') ylabel('幅度') subplot(212);
plot(t,st2);
title('经过低通滤波器sw2后的波形') ylabel('幅度')
xlabel('t')
%判决 for i=1:length(t) if(st1(i)>=st2(i)) st(i)=0; else st(i)=st2(i); end end
figure(5) st=st1+st2;
subplot(211);plot(t,st); title('经过抽样判决器后的波形')ylabel('幅度')
subplot(212);plot(t,sn); title('原始的波形') ylabel('幅度') xlabel('t') 运行结果：
参考文献
[1] 樊昌信等. 通信原理（第6版）【M 】．北京：国防工业出版社，2001 [2] 曹志刚，钱亚生． 现代通信原理【M 】． 北京：清华大学出版社，2001 [3] 李建新等． 现代通信系统分析与仿真——MATLAB 通信工具箱【M 】．西安：西安电子科技大学出版社，2000
范文五：数字通信系统的模型
数字通信系统的模型 数字通信系统的分类 数字通信系统可进一步细分为数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统、模拟信号数字化传输通信系统。 1. 数字频带传输通信系统 数字通信的基本特征是它的消息或信号 具有 “离散”或“数字”的 特性从而使数字通信具有许多特殊的问题。例如前边提到的第二种变换在模拟通信中强调变换的线性特性即强调已调参量与代表消息的基带信号之间的比例特性而在数字通信中则强调已调参量与代表消息的数字信号之间的一一对应关系。 另外数字通信中还存在以下突出问题第一数字信号传输时信道噪声或干扰所造成的差错原则上是可以控制的。这是通过所谓的差错控制编码来实现的。于是就需要在发送端增加一个编码器而在接收端相应需要一个解码器。第二当需要实现保密通信时可对数字基带信号进行 人为 “扰乱” 加密此时在收端就必须进行解密。第三由于数字通信传输的是一个接一个按一定节拍传送的数字信号因而接收端必须有一个与发端相同的节拍否则就会因收发步调不一致而造成混乱。另外为了表述消息内容基带信号都是按消息特征进行编组的于是在收发之间一组组的编码的规律也必须一致否则接收时消息的真正内容将无法恢复。在数字通信中称节拍一致 为 “位同步”或“码元同步”而称编组一致为“群同步”或“帧同步”故数字通信中还必须有“同步”这个 重要问题。 综上所述点对点的数字通信系统模型一般可用图 1-3 所示。 需要说明的是图中调制器 / 解调器、加密器 / 解密器、编码器 / 译码器等环节在具体通信系统中是否全部采用这要取决于具体设计条件和要求。但在一个系统中如果发端有调制 / 加密 / 编码则收端必须有解调 / 解密 / 译码。通常把有调制器 / 解调器的数字通信系统称为数字频带传输通信系统。 2. 数字基带传输通信系统 与频带传输系统相对应我们把没有调制器 / 解调器的数字通信系统称为数字基带传输通信系统如图 1-4 所示。 图中基带信号形成器可能包括编码器、加密器以及波形变换等接收滤波器亦可能包括译码器、解密器等。 3. 模拟信号数字化传输通信系统 上面论述的数字通信系统中信源输出的信号均为数字基带信号实际上在日常生活中大部分信号如语音信号为连续变化的模拟信号。那么要实现模拟信号在数字系统中的传输则必须在发端将模拟信号数字化即进行 A/D 转换在接收端需进行相反的转换即 D/A 转换。实现模拟信号数字化传输的系统如图 1-5 所示。 数字通信系统的优缺点 一、数字通信系统的优点 1、抗干扰能力强 由于在数字通信中传输的信号幅度是离散的以二进制为例信号的取值只有两个这样接收端只需判别两种状态。信号在传输过程中受到噪声的干扰必然会使波形失真接收端对其进行抽样判决以辨别是两种状态中的哪一个。只要噪声的大小不足以影响判决的正确性就能正确接收再生。而在模拟通信中传输的信号幅度是连续变化的一旦叠加上噪声即使噪声很小也很难消除它。 数字通信抗噪声性能好还表现在微波中继通信时它可以消除噪声积累。这是因为数字信号在每次再生后只要不发生错码它仍然像信源中发出的信号一样没有噪声叠加在上面。因此中继站再多数字通信仍具有良好的通信质量。而模拟通信中继时只能增加信号能量对信号放大而不能消除噪声。 2、差错可控 数字信号在传输过程中出现的错误差错可通过纠错编码技术来控制以提高传输的可靠性。 3、易加密 数字信号与模拟信号相比它容易加密和解密。因此数字通信保密性好。 4、易于与现代技术相结合 由于计算机技术、数字存贮技术、数字交换技术以及数字处理技术等现代技术飞速发展许多设备、终端接口均是数字信号因此极易与数字通信系统相连接。 二、数字通信系统的缺点 1、 频带利用率不高 系统的频带利用率可用系
统允许最大传输带宽信道的带宽与每路信号的有效带宽之比来数字通信中数字信号占用的频带宽以电话为例一路模拟电话通常只占据 4kHz 带宽但一路接近同样话音质量的数字电话可能要占据 20 60kHz 的带宽。因此如果系统传输带宽一定的话模拟电话的频带利用率要高出数字电话的 5 15 倍。 2、系统设备比较复杂 数字通信中要准确地恢复信号接收端需要严格的同步系统以保持收端和发端严格的节拍一致、编组一致。因此数字通信系统及设备一般都比较复杂体积较大。 不过随着新的宽带传输信道如光导纤维的采用、窄带调制技术和超大规模集成电路的发展数字通信的这些缺点已经弱化。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展和广泛应用数字通信在今后的通信方式中必将逐步取代模拟通信而占主导地位。 数字通信系统的各部分作用 1、信源:把原始信息变换成原始电信号。 2、信源编码 ?实现模拟信号的数字化传输即完成A/D变化。 ?提高信号传输的有效性。即在保证一定传输质量的情况下用竟可能少的数字脉冲来表示信源产生的信息。信源编码也称作频带压缩编码或数据压缩编码。 3、信道编码 ?信源编码的目的 信道编码主要解决数
信道编码的原理对传输的信息码元按一定的规则加入一些字通信的可靠性问题。 ?
冗余码监督码形成新的码字接收端按照约定好的规律进行检错甚至纠错。 ?信道编码又称为差错控制编码、抗干扰编码、纠错编码 。 4、数字调制 ?数字调制技术的概念把数字基带信号的频谱搬移到高频处形成适合在信道中传输的频带信号。 ?数字调制的主要作用提高信号在信道上传输的效率达到信号远距离传输的目的。 ?
、频移键控FSK、相移键控PSK。 5、同步 ?同基本的数字调制方式振幅键控ASK
步的概念指通信系统的收、发双方具有统一的时间标准使它们的工作“步调一致”。 ?同步的作用对于数字通信时是至关重要的。如果同步存在误差或失去同步通信过程中就会出现大量的误码导致整个通信系统失效。 6、信道 信道是信号传输媒介的总称传输信道的类型有无线信道如电缆、光纤和有线信道如自由空间两种。 7、噪声源 通信系统中各种设备以及信道中所固有的为了分析方便把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。 首先对模拟信号进行采样NYQUIST定理抽样频率大于等于模拟信号最高频率2倍然后根据采样到的信号的幅度比如单位V对应一个二进制值比如0V对应001V对应012V对应10只是理论实际按工程需要或者相关协议这个过程即为量化然后输出这样的2进制BIT流即数字信号。 1频分多路复用用户在同样的时间占用不同的频率带宽 2时分多路复用所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度分为时分复用和统计时分复用两种。 3波分复用光的频分复用用于光纤通信 4码分复用CDMA码分多址。 多路复用是指两个或多个用户共享公用信道的一种机制。通过多路复用技术多个终端能共享一条高速信道从而达到节省信道资源的目的多路复用有频分多路复用FDMA时分多路复用TDMA码分多路复用CDMA几种。 频分多路复用FDMA 频分制是将传输频带分成N部分每一个部分均可作为一个独立的传输信道使用。如图所示。这样在一对传输线路上可有N对话路信息传送而每一对话路所占用的只是其中的一个频段。频分制通信又称载波通信它是模拟通信的主要手段。 时分多路复用TDMA 时分制是把一个传输通道进行时间分割以传送若干话路的信息如图所示。把N个话路设备接到一条公共的通道上按一定的次序轮流的给各个设备分配一段使用通道的时间。当轮到某个设备时这个设备与通道接通执行操作。与此同时其它设备与通道的联系均被切断。待指定的使用时间间隔一到则通过时分多路转换开关把通道联接到下一个要连接的设备上去。时分制通信也
称时间分割通信它是数字电话多路通信的主要方法因而PCM通信常称为时分多路通信。 码分多路复用CDMA CDMA技术不是一项新技术作为一种多址方案它已经成功地应用于卫星通信和蜂窝电话领域并且显示出许多优于其他技术的特点。但是由于卫星通信和移动通信中带宽的限制所以CDMA技术尚未充分发挥优点。光纤通信具有丰富的带宽能够很好地弥补这个缺陷。近年来OCDMA已经成为一项备受瞩目的热点技术。 OCDMA技术在原理上与电码分复用技术相似。OCDMA通信系统给每个用户分配一个唯一的光正交码的码字作为该用户的地址码。在发送端对要传输的数据该地址码进行光正交编码然后实现信道复用在接收端用与发端相同的地址码进行光正交解码。 32 评论8 microwave communication 定义 使用波长为10.1m频率为0.33GHz的电磁波进行的通信。包括地面微波接力通信、对流层散射通信、卫星通信、空间通信及工作于微波频段的移动通信。 微波通信Microwave Communication是使用波长在0.1毫米至1米之间的电磁波——微波进行的通信。微波通信不需要固体介质当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波传送。利用微波进行通信具有容量大、质量好并可传至很远的距离因此是国家通信网的一种重要通信手段也普遍适用于各种专用通信网。 采用中继方式的直接原因: 对于地面上的远距离微波通信采用中继方式的直接原因有两个首先是因为微波波长短接近于光波是直线传播具有视距传播特性而地球表面是个曲面因此若在通信两地直接通信当通信距离超过一定数值时电磁波传播将受到地面的阻挡为了延长通信距离需要在通信两地之间设立若干中继站进行电磁波转接。其次是因为微波传播有损耗随着通信距离的增加信号衰减有必要采用中继方式对信号逐段接收、放大后发送给下一段延长通信距离。 人造卫星绕地球的周期和地球的自转同步称为同步卫星Geostationary Satellite它的优点是使用者只要对准人造卫星就可进行沟通而不必再追踪卫星的轨迹。 地球同步卫星是人为发射的一种卫星它相对于地球静止于赤道上空从地面上看卫星保持不动故也称静止卫星从地球之外看卫星与地球共同转动角速度与地球自转角速度相同故称地球同步卫星运转周期24小时地球同步卫星距赤道的高度约为 36000千米线速度的大小约为3.1公里每秒 卫星通信的特点是通信范围大只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内从任何两点之间都可进行通信不易受陆地灾害的影响可靠性高只要设置地球站电路即可开通开通电路迅速同时可在多处接收能经济地实现广播、多址通信多址特点电路设置非常灵活可随时分散过于集中的话务量同一信道可用于不同方向或不同区间多址联接。 是利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式。由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点光纤通信中的光波主要是激光所以又叫做激光-光纤通信。 光纤通信的原理是在发送端首先要把传送的信息如话音变成电信号然后调制到激光器发出的激光束上使光的强度随电信号的幅度频率变化而变化并通过光纤发送出去在接收端检测器收到光信号后把它变换成电信号经解调后恢复原信息。 单工通信 数据信息在通信线上始终向一个方向传输。数据信息永远从发送端传输到接收端。列如广播电视就是单工传输方式收音机电视机只能分别接受来自电台 电视台的信号不能进行相反方向的信息传输。 2半双工通信 数据信息可以双向传输但必须交替进行同一时刻一个信道只允许单向传送。半双工通信要求A B端都有发送装置和接受装置若想改变信息的传输方向有开关K1 K2进行切换再任意时刻保证A端发送装置与B端接受装置A端接受装置与B端发送装置介入信道。半双工通信由于通信中要濒反的调换信道的方向所以效率交底。如对讲
机通信就是典型的半双工通信方式在一方讲话的时候另一方不能讲话但通过开切换可以切换可以改变童话方式。 全双工通信同时进行二个方向的通信既二个信道可同时进行双向的数据传输。它相当于把二个相反方向的单工通信方式组合起来。全双工通信效率高控制容易士与计算机间的通信普通电话是一种典型的全双工通信。 定义 分布在不同地点的多个用户通信设备、传输设备、交换设备用通信线路互相连接在相应通信软件支持下所构成的传递信息的系统。 通信网是一种使用交换设备传输设备将地理上分散用户终端设备互连起来实现通信和信息交换的系统。通信最基本的形式是在点与点之间建立通信系统但这不能称为通信网只有将许多的通信系统传输系统通过交换系统按一定拓扑结构组合在一起才能称之为通信。也就是说有了交换系统才能使某一地区内任意两个终端用户相互接续才能组成通信网。通信网由用户终端设备交换设备和传输设备组成。交换设备间的传输设备称为中继线路简称中继线用户终端设备至交换设备的传输设备称为用户路线简称用户线。 通信网在分处异地的用户之间传递信息的系统。属于电磁系统的也称电信网。它 通信网 是由相互依存、相互制约的许多要素所组成的一个有机整体以完成规定的功能。通信网的功能就是要适应用户呼叫的需要以用户满意的程度沟通网中任意两个或多个用户之间的信息。 离散信源: 指发出在时间和幅度上都是离散分布的离散消息的信源如文字、数字、数据等符号都是离散消息。 连续信源指发出在时间和幅度上都是连续分布的连续消息模拟消息的信源。 离散信号可分两类:1抽样信号2数字信号 抽样信号
幅值连续 数字信号的特点是时间..幅值均离散 抽样信号等于的特点是时间离散...
离散信号吗 不能笼统的这么说因为抽样信号是离散信号中的一种 什么样的离散信号才算抽样信号 符合抽样信号特点的离散信号 数字信号和离散信号有什么区别呢 数字信号是离散信号中的一种 模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号。 或在一段连续的时间间隔内其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。 模拟信号与数字信号之间的相互转换 模拟信号和数字信号之间可以相互转换模拟信号一般通过PCM脉码调制Pulse Code Modulation方法量化为数字信号即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值例如采用8位编码可将模拟信号量化为28256个量级实用中常采取24位或30位编码数字信号一般通过对载波进行移相Phase Shift的方法转换为模拟信号。 计算机、计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号目前在计算机广域网中实际传送的则既有二进制数字信号也有由数字信号转换而得的模拟信号。但是更具应用发展前景的是数字信号。 光纤是光导纤维的简写是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。前香港中文大学校长高锟和George A. Hockham首先提出光纤可以用于通讯传输的设想高锟因此获得2009年诺贝尔物理学奖一种传输光能的波导介质一般由纤芯和包层组成。 光缆optical fiber cable主要是由光导纤维细如头发的玻璃丝和塑料保护套管及塑料外皮构成光缆内没有金、银、铜铝等金属一般无回收价值。光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心外包有护套有的还包覆外护层用以实现光信号传输的一种通信线路。 即:由光纤光传输载体经过一定的工艺而形成的线缆. 定义1 以光纤为传输元件的缆有时含有若干电线一般都含有加强元件及必要的护套。 应用学科 电力一级学科输电线路二级学科 定义2 一种由单根光纤、多根光纤或光纤束加上外护套制成满足光学特性、机械特性和环境性能指标要求的缆结构实体。 应用学科 通信科技一级学科光纤传输与接入二级学科 信系统是用以完成信息传输过程
的技术系统的总称。现代通信系统主要借助电磁波在自由空间的传播或在导引媒体中的传输机理来实现前者称为无线通信系统后者称为有线通信系统。 通信网是一种使用交换设备传输设备将地理上分散用户终端设备互连起来实现通信和信息交换的系统。通信最基本的形式是在点与点之间建立通信系统但这不能称为通信网只有将许多的通信系统传输系统通过交换系统按一定拓扑结构组合在一起才能称之为通信。也就是说有?私换幌低巢拍苁鼓骋坏厍 谌我饬礁鲋斩擞没 嗷ソ有 拍茏槌赏ㄐ磐 ,ㄐ磐 捎没е斩松璞附换簧璞负痛 渖璞缸槌伞,换簧璞讣涞拇 渖璞赋莆 屑滔呗芳虺浦屑滔哂没е斩松璞钢两换簧璞傅拇 渖璞赋莆 没 废呒虺朴没
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