数字通信原理数字通信原理主讲教师：李晓红

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第一章 数字通信简述 第二章 模拟信号的脉冲编码调制第三章 语音信号的压缩编码第四章 差错控制编码 第五章 PDH 的数字复接原理第六章 SDH 的数字复接原理第七章数字信号的传输理论

第一章数字通信简述第一章数字通信简述1.1 数字通信和数据通信

模拟通信：一般指的是信源发出的、信宿接收的和信道传输的都是模拟信号的通信过程或方式。因此，模拟通信系统可以说是以模拟信道传输模拟信号系统。数字通信（ Digital communication)---- 指信源发出和信宿接收的是模拟信号，而信道传输的是数字信号的通信过程或方式。因此，数字通信系统可以说是以数字信号的形式传输模拟信号的系统。

数据通信： (Data communication) 是随计算机和计算机网络的发展而出现的一种新的通信方式，它是指信源、信宿处理的都是数字信号，而传输信道既可以是数字信道也可以是模拟信道的通信过程 ( 方式 ) 。通常，数据通信主要指计算机( 或数字终端 ) 之间的通信。

下图是三种通信系统 ( 方式 ) 的简单示意图。

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(b ) ÈýÖÖͨÐÅϵͳʾÒâͼ

(a ) Êý×ÖͨÐÅϵͳģÐÍ

1.21.2 数字通信系统数字通信系统

1.2.1 通信系统模型

信道信源 变换器 反变换器 信宿

噪声源

链接

1.21.2 数字通信系统数字通信系统 通信过程：变换——传输——反变换 变换：非电信号—电信号 信源编码— A/D D/A 信道编码— a ：纠错编码：使接收端自动检出和纠正传输中数

字信号的错码。 b ：线路编码：进行码型变换，使之适合在信道上传输。使数字信号与传输媒质匹配

加密 : 提高传输的安全性 信道：信号的传输通道，如电缆等 ( 含噪声源和再

生中继器 ) ；

1.21.2 数字通信系统数字通信系统1.1.2 常用通信系统基本系统： 1 、点—点式 多点广播式 网络

式 2 、单一业务，多种业务 3 、基本传输体制 PDH SDH 一、数据通信系统

1.21.2 数字通信系统数字通信系统数据通信系统的组成 从宏观上看，数据通信系统与通信原理中

介绍的通信系统概念一样具有信源、信宿和传输信道（介质）三部分。如果结合数据通信的具体特点更深入地讨论数据通信系统的话，我们认为一个数据通信系统可以由 7 个部分构成，它们是：

(1) 信源数据终端设备 (DTE ， Data Terminal Equipment ）；

(2) 信源数据终端设备和数据通信设备之间的接口；

(3) 信源的数据通信设备 (DCE ， Data Communication Equipment ）；

系统

(4) 信源与信宿之间的传输信道（狭义信道）；

(5) 信宿的数据通信设备 DCE ； (6) 信宿数据终端设备（ DTE ）

和数据通信设备（ DCE ）之间的接口； (7) 信宿数据终端设备（ DTE ）。 数据通信系统的组成示意图见下

图。在 7 个部分数据电路中， DTE 可以是终端设备或计算机，

数据通信系统示意图

DTE DCEDTE/DCE½Ó¿Ú

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DCE DTEDTE/DCE½Ó¿Ú

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DTE DTE

DCE DCE

ModemModem

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二、数字微波中继传输系统

微波中继通信始于 20 世纪 60 年代，它较一般电缆通信具有易架设，建设周期短等优点。它是目前通信的主要手段之一，主要用来传输长途电话和电视节目，其调制主要采用 SSB/FM/FD

M 等方式。

微波中继通信的主要发展方向是数字微波，同时要不断增加系统容量，增加容量的途径是向多电平调制技术发展。目前采用的调制方式有 16QAM 和 64QAM ，并已出现 256QAM 、 102

4QAM 等超多电平调制的方式。采用多电平调制，在 40 MHz

的标准频道间隔内，可传送 1920 至 7680 路 PCM 数字电话

图 中继通信示意图

BC

中继站 中继站

终端站终端站A

图 微波中继通信网线路图

主干线

支 线

微波终端站

微波分路站

微波中继站

微波中继通信线路组成框图

微 波终端站

微 波中继站

数 字终端站

交换机

用户终端

数 字终端站

微 波终端站

微 波中继站

微 波分路站

数字分路终端站

交换机

用户终端

微 波终端站

数 字终端站

用户终端

交换机

数字分路终端站

微 波分路站

微 波中继站

微 波终端站

数 字终端站

交换机

用户 终端

交换机 用户 终端

四、卫星通信系统卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，在两个或多个地面站之间进行的通信过程或方式。卫星通信属于宇宙无线电通信的一种形式，工作在微波频段。

宇宙通信是以宇宙飞行体或通信转发体作为对象的无线电通信。它可分为三种形式：

（ 1 ）地球站与宇宙站间的通信； （ 2 ）宇宙站之间的通信； （ 3 ）通过宇宙站的转发或反射进行的地球站

之间的通信。

卫星通信示意图

AB

CDE

地球

地球

A

B

R0

he

卫星

卫星通信线路组成框图

多路复用

调制器

发射机

多路分离

调制器

接收机

双工器

多路复用

调制器

发射机

多路分离

解调器

接收机

双工器

发射机 频率变换 接收机

双工器

卫星转发器

天线馈电设备

五、移动通信系统 移动通信是现代通信中发展最为迅速的一种通信手段，它是随着汽车、飞机、轮船、火车等交通工具的发展而同步发展起来的。 近 10 年来， 在微电子技术和计算机技术的推动下，移动通信从过去简单的无线对讲或广播方式发展成为一个把有线、 无线融为一体，固定、移动相互连通的全国规模，甚至全球范围的通信系统。 移动通信的发展方向是数字化、微型化和标准化。 20 世纪 90 年代将是蜂窝电话迅速普及的年代。但目前世界上存在八种不同的技术体制，互不兼容，因此标准化成为当务之急。数字化的关键是调制、纠错编码和话音编码方式的确定。微型化的目标是研制重量非常轻的个人携带的手机。

图 移动通信系统的组成

市话局

市话用户

有线电话网

控制交换中心

中继线

1基地站

中继线

中继线

基地站 3

基地站 2

无线区 1

车载台

无线区 2

无线区 3

手持机

手持机

车载台

中继线

固定台

蜂窝网蜂窝网

移动交换中心

电话交换中心

光纤通信

光纤通信具有容量大、成本低等优点，且不怕电磁干扰，与同轴电缆相比可以大量节约有色金属和能源。因此，自 1977 年世界上第一个光纤通信系统在芝加哥投入运行以来，光纤通信发展极为迅速，新器件、新工艺、新技术不断涌现，性能日臻完善。由于长波长激光器和单模光纤的出现 ，使每芯光纤通话路数可高达百万路，中继距离将达到 100 km ，市话中继光纤成本也连续大幅度下降。

我国近几年来光纤通信已得到了快速发展，目前光缆长度累计近几十万 km 。我国已不再敷设同轴电缆，新的工程将全部采用光纤通信新技术。

1.2.31.2.3 发展状况发展状况

数字通信 计算机技术 集成制造及发展 1 、网络化 各类网络互换互通 2 、高速化 信息处理，传输，交换，存储高速化 3 、业务多元化 目前仍以语言通信为主，数据业务大大增加 4 、标准化 制定国际通用标准的组织主要有（ 1 ）、 ITU （ International Telecommunication Union) （国际电信联盟）

I 系列 --------ISDN （综合业务数字网）有关V 系列 ------- 主要提供电话网（ PSTN) 上数据传输的标准其中 PSTN （ Public switching telephone networks)(公共交换电话网 )

X 系列 ------- 主要提供公用数据网上数据传输的标准还有 Q,G 系列等（ 2 ）、国际标准化组织（ ISO) 和国际电工委员会（ IEC) 标准

数据通信系统

连续信息源Continuous (analog) information source

离散信息源Discrete (digital) information source

模拟信号Analog sig

nal

模拟通信Analog co

mm.

模拟通信系统Analog communication system

数字信号Digital sig

nal

数字通信Digital co

mm.

数字通信系统Digital communication system

1.2.31.2.3 发展状况发展状况 数字通信 计算机技术 集成制造及发展 1 、网络化 各类网络互换互通 2 、高速化 信息处理，传输，交换，存储高速化 3 、业务多元化 目前仍以语言通信为主，数据业务大大增加 4 、标准化 制定国际通用标准的组织主要有（ 1 ）、 ITU （ International Telecommunication Union) （国际电信联盟）I 系列 --------ISDN （综合业务数字网）有关V 系列 ------- 主要提供电话网（ PSTN) 上数据传输的标准其中 PSTN （ Public switching telephone networks)(公共交换电话网 )X 系列 ------- 主要提供公用数据网上数据传输的标准还有 Q,G 系列等（ 2 ）、国际标准化组织（ ISO) 和国际电工委员会（ IEC) 标准

1.31.3 数字通信的主要技术数字通信的主要技术1 、传输部分 -----保证信号传输可靠 , 有效主要技术有： a 基带传输 波形形成 均衡 再生 b 频带传输 二进制调制 多进制调制 c 信源编码 语音编码 （波形编码和参数编码） 图像编码（无失真编码和有失真编码）d 信道编码 纠错技术 加密e 复接 ( 复用 ) 技术：如何信道资源共享 低速信号

复接成高速信号 f 同步技术：位同步 帧同步 网同步 载波同步

信

息

源 信源编码

非电/ 电

变换

A/D变换

离

散

连

续数据压缩

2 、交换部分 -----迅速完成各功能层（级）的连接建立（物理层，链路层，分组层，传输层等）

电路交换（包括空分交换和时分交换）分组交换（虚电路和数据报）快速分组交换（帧中继和信之中继）3 、接口标准和协议1.4 数字通信系统的主要性能指标产品设计 制造 维护工程制造 施工 维护 技术指标

指标：先进性 ------ 反映现代技术水平 可行性 --------- 可以实现 可测性 ------ 利用现代的手段，仪器工具测量 分类： 有效性 ----- 提高资源利用率 传输速率，信道利用率 可靠性 ----尽可能准确无误 误码率，错误时间率 抖动 漂移 1.4.1 有效性指标 1 、 信息传输速率 Rb （ bit/s ） 2 、符号传输速率（码元传输速率） 波特 3 、频带利用率

符号传输速率频带宽度 )Bd/Hz(

1.4.2 可靠性指标 1 、错误率衡量 （ 1 ）平均误码率

这里讲的误码是指在一个再生中继段传输过程中，前一个

站的输出与下一个站判决再生输出相比而言的一个中继段

的误码，即指的是一个站的误码。在一个传输链路中，经

多次再生中继后的总误码率是以一定方式累积的，在传输

的终点以累积的结果作为总的误码率。

N

nP

Ne 传输总码数

发生误码个数lim

(2) 平均误块率误块 : 一组 ( 一块 ) 数据作为整体 ,若其

中一个比特或更多比特出错 ,则称为块出错 .

单位时间内 , 错误块数 /总块数 = 平均误块率

2. 错误时间率 :定义为在一个相当长的时间 (TL ) 内 , 错误超过某一门限的时间间隔 (T0)占总时间的百分比

再细分为 : 错误秒比 严重错误秒比 错误时间分类 :误码秒 (ES): 在 1秒的时间周期中有一个或更

多比特出错

误块秒 : 在 1秒时间周期中有一个或更多个块出错误块秒和误码秒统称为错误秒严重误码秒 :(SES) 在 1秒时间周期内比特差错 >> 10-3

3 、信号抖动 （ 1 ）、定义 信号抖动是指数字信号码相对于标准位置的随机偏移

数字信号位置的随机偏移，即信号抖动的定量值的表示也是

统计平均值，它与传输系统特性、信道质量及噪声等有关。

同样，多中继段链路传输时，信号抖动也具有累积效应。

（ 2 ）度量抖动的单位 为单位间隔（ UI ）

信号抖动示意图