2010年 5月 16日电信学院通信教研室
数 字 通 信 原 理
前 言
----克服地域、时空障碍，迅速、及时地传递信息是通信的基本
任务。
人类社会要进行信息交流就离不开通信，通信是推动人类社会文
明进步与发展的巨大动力。现代的人类社会已进入信息时代，现代
通信系统就是信息时代的生命线。由于人们要进行交换的信息已不
再是单一的电话业务，而是集声、图、文为一体的综合性的多种信
息服务，因此现代通信网应是一个综合业务数字网。为适应世界性
的政治与经济活动的需要，人们已经建立起世界性的全球通信网，
现代通信已成为最重要的信息技术服务。
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数 字 通 信 原 理
第一章 绪 论
本章要点：
? 通信系统的组成及分类
? 数字通信的主要特点和主要技术
? 数字通信的性能指标
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数 字 通 信 原 理
第一节 通信技术的发展与信息
通信技术发展史：
第一阶段：语言
第二阶段：文字、邮政
第三阶段：印刷术
第四阶段：电气通信（技术发展迅速）
第五阶段：信息时代（信源多样化，传输
速率 ↑,存储量 ↑,信号处理复杂 … ）
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数 字 通 信 原 理
第二节 通信系统的组成和分类
信息源 发送设备 信道 接收设备 受信者
噪声源
通信系统的一般模型
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数 字 通 信 原 理
? 信源和信宿
信源是发出信息的源，信宿是传输信息的归宿
点。
? 发送设备
发送设备的基本功能是信源和传输媒介匹配起
来，即将信源产生的消息信号变换为便于传送
的信号形式，送往传输媒介。
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? 信道
信道是指传输信号的通道，从发送设备到接收
设备之间信号传递所经过的媒介。
? 接收设备
接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，
即进行解调、译码、解码等等。它的任务是从
带有干扰的信号中正确恢复出原始消息来。
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广 义 信 道
编码器输出
调
制
器
发
转
换
器
媒
质
收
转
换
器
解
调
器
解调器输出
调制信道
编码信道
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通信系统除了完成信息传递之外，还必须进
行信息交换。传输系统和交换系统共同组成一个
完整的通信系统，乃至通信网络。现代交换系统
都使用自动交换机，能自动接续电话呼叫或数据
呼叫。
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通信系统的分类：
1,按通信的业务和用途分类
根据通信的业务和用途分类，有常规通
信和控制通信等。其中常规通信又分为话务
通信和非话务通信。控制通信则包括遥测、
遥控、遥信和遥调通信等，如雷达数据通信
和遥测、遥控指令通信等。
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1,按调制方式分类
根据是否采用调制，可将通信系统分为基
带传输和调制传输。
基带传输是将未经调制的信号直接传送，
如音频市内电话、数字信号基带传输等。
调制传输是对各种信号变换方式后传输的
总称。
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调制的目的：
(1)便于信息的传输
(2)改变信号占据的带宽
(3)改善系统性能
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3,按传送信号的特征分类
按照信道中所传输的是模拟信号还是
数字信号，可以相应地把通信系统分为
两类，即模拟通信系统和数字通信系统。
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模拟信号与数字信号
PM:
FM:
AM:
正弦:
二进制代码
二进制基带信号
1 0
t
t
t
t
2 A S K
2 F S K
2 P S K
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4,按信号的复用方式分类
传送多路信号有三种复用方式，即频分复用、
时分复用、码分复用。
5,按传输媒介分类
通信系统可分为有线 (包括光纤 )和无线通信
两大类。
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6,关于 点对点 通信，按 传送方向与时间关系,
通信方式可分为：
单工通信 消息只能单向传输，如：遥测
半双工通信 指通信双方都能收发消息，但
不能同时进行，如：使用同一载频工作的无
线电机。
全双工通信 指通信双方可同时进行收发消
息的工作方式，如普通电话。
通信方式示意图,
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发端 收端
正向数据信道
反向信道
（单工通信）
发端 收端
正向数据信道
反向信道
（半双工通信）
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发端 收端
正向数据信道
（全双工通信）
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7,按照 数字信号码元排列方法 的不同,
可分为：
串序传输,将数字信号码元序列按时间顺序
一个接一个地在信道中传输。
并序传输,将数字信号码元分割成两路或两
路以上的数字信号码元序列同时在信道中传
输。
串序与并序传输示意图：
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串序传输：
发
送
设
备
接
收
设
备
01101101
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并序传输：
发
送
设
备
接
收
设
备
01101001
01100110
10101101
10010101
……
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数字通信系统模型
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通信系统的组成
?信源, 可以是模拟信源，也可以是数字
信源 (离散信源 )。
?信源编码, 对模拟信号进行 A/D变换和压缩, 对
数字信号进行压缩 。
信道编码, 提高通信可靠性, Pe’ < Pe。
?调制器, 作用同模拟通信 。
?发, 收滤波器, 作用同模拟通信, 且使系统无
码间串扰 。
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同步器, 使收发信机步调一致地工作以正确传输
信息。
在实际通信系统中, 可以根据具体情况省略
掉上图中的某些单元 。 若无调制解调器则为数
字基带系统 。
与模拟通信类似, 在多路数字通信系统中除
采用上述数字传输技术外还需采用复用技术,
在通信网中还需采用交换技术及网络技术 。 目
前在数字通信系统中常用的复用技术是 FDM和
TDM(时分复用 )。
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数字通信的主要特点：
?无噪声积累，能保证较高的通信质量
?便于加密处理
?数字信号便于直接与计算机接口形成智
能网
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? 高度的灵活性和通用性
?设备便于集成化、微型化
但是，数字通信的许多优点都是用比
模拟通信占据更宽的系统频带为代价而
换取得，并且数字通信对同步要求高，
系统设备比较复杂。
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由于数字通信的一系列优点，人们熟悉的
短波通信、微波通信以及迅速发展的移动通信、
卫星通信、光纤通信等都向数字化方向发展。
随着微电子技术和计算机技术的迅速发展和广
泛应用，数字通信将在今后的通信方式中取代
模拟通信而占据统治地位。
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第三节 数字通信系统的主要性能指标
数字通信系统的主要性能指标是传输的有
效性和可靠性。有效性是指在给定的信道内能
传输的信息内容的多少，而可靠性是指接收信
息的准确程度。这两者是互相矛盾而又互相联
系的，通常也是可以互换的。
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数 字 通 信 原 理
一、有效性指标
传输的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量。
1,码元传输速率 (RB)、信息传输速率 (Rb)
? RB表示每秒钟传输的码元数目, 单位为波特 (Bd)，
又称 RB为符号速率 。
? Rb表示每秒钟传输的信息量, 单位为每秒比特
(bit/s或 bps),又称 Rb为传信率 。
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码元宽度 (或码元周期 )为 T秒时,
RB=1/ T（ Bd）
信息速率与码速率之间的关系为
Rb=RB·H(x) (bit/s)
当信源各个符号等概独立时, 则有
Rb=RBlog2M (bit/s)
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2,频带利用率 (η )
在数字通信系统中, 信号占用的信道带宽 Bc可以小于信号带宽,
而且信号带宽还与信号的进制数有关, 故不用信号带宽来描述有
效性, 而用频带利用率 (η B或 η b)来描述有效性 。
η B= (Bd/Hz)
η b= (bit/(s·Hz)或 bps/Hz)
当式 Rb=RBlog2M (bit/s)成立时,
η b=η Blog2M
显然, η B越大, η b越大, 有效性越好；采用多进制可以提高 η b。
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3,误码率 (Pe)与误比特率 (Pb)
Pe= 错误码元数 /传输总码元数
Pb=错误比特数 /传输总比特数
误比特率也被称为误信率 。 在通信系统中传输的各符号
一般是独立等概的, 因此常用式 Rb=RBlog2M (bit/s)来
表示 Rb与 RB之间的关系, 在二进制系统中 Rb=RB,
Pe=Pb, 在多进制 (M>2)系统中一般 Pb<Pe 。
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本章小结
本章主要介绍数字通信的基本知识，以期
对数字通信系统建立一个总体概念，主要内容
有通信系统的组成和分类；数字通信的主要技
术问题及其特点：消息、信号、信息的概念；
数字通信系统的主要性能指标。
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? 模拟信号与数字信号之间的区别是什么？
?试述数字通信有那些优点，为什么?
?设在 125?微秒内传输 256个二进制码元，计算信息传输
速率；若该信码在 2秒内有 3个码元产生误码，试问其
误码率是多少？
思考题
数 字 通 信 原 理
前 言
----克服地域、时空障碍，迅速、及时地传递信息是通信的基本
任务。
人类社会要进行信息交流就离不开通信，通信是推动人类社会文
明进步与发展的巨大动力。现代的人类社会已进入信息时代，现代
通信系统就是信息时代的生命线。由于人们要进行交换的信息已不
再是单一的电话业务，而是集声、图、文为一体的综合性的多种信
息服务，因此现代通信网应是一个综合业务数字网。为适应世界性
的政治与经济活动的需要，人们已经建立起世界性的全球通信网，
现代通信已成为最重要的信息技术服务。
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第一章 绪 论
本章要点：
? 通信系统的组成及分类
? 数字通信的主要特点和主要技术
? 数字通信的性能指标
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第一节 通信技术的发展与信息
通信技术发展史：
第一阶段：语言
第二阶段：文字、邮政
第三阶段：印刷术
第四阶段：电气通信（技术发展迅速）
第五阶段：信息时代（信源多样化，传输
速率 ↑,存储量 ↑,信号处理复杂 … ）
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第二节 通信系统的组成和分类
信息源 发送设备 信道 接收设备 受信者
噪声源
通信系统的一般模型
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? 信源和信宿
信源是发出信息的源，信宿是传输信息的归宿
点。
? 发送设备
发送设备的基本功能是信源和传输媒介匹配起
来，即将信源产生的消息信号变换为便于传送
的信号形式，送往传输媒介。
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? 信道
信道是指传输信号的通道，从发送设备到接收
设备之间信号传递所经过的媒介。
? 接收设备
接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，
即进行解调、译码、解码等等。它的任务是从
带有干扰的信号中正确恢复出原始消息来。
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广 义 信 道
编码器输出
调
制
器
发
转
换
器
媒
质
收
转
换
器
解
调
器
解调器输出
调制信道
编码信道
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通信系统除了完成信息传递之外，还必须进
行信息交换。传输系统和交换系统共同组成一个
完整的通信系统，乃至通信网络。现代交换系统
都使用自动交换机，能自动接续电话呼叫或数据
呼叫。
2010年 5月 16日电信学院通信教研室
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通信系统的分类：
1,按通信的业务和用途分类
根据通信的业务和用途分类，有常规通
信和控制通信等。其中常规通信又分为话务
通信和非话务通信。控制通信则包括遥测、
遥控、遥信和遥调通信等，如雷达数据通信
和遥测、遥控指令通信等。
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1,按调制方式分类
根据是否采用调制，可将通信系统分为基
带传输和调制传输。
基带传输是将未经调制的信号直接传送，
如音频市内电话、数字信号基带传输等。
调制传输是对各种信号变换方式后传输的
总称。
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调制的目的：
(1)便于信息的传输
(2)改变信号占据的带宽
(3)改善系统性能
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3,按传送信号的特征分类
按照信道中所传输的是模拟信号还是
数字信号，可以相应地把通信系统分为
两类，即模拟通信系统和数字通信系统。
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模拟信号与数字信号
PM:
FM:
AM:
正弦:
二进制代码
二进制基带信号
1 0
t
t
t
t
2 A S K
2 F S K
2 P S K
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4,按信号的复用方式分类
传送多路信号有三种复用方式，即频分复用、
时分复用、码分复用。
5,按传输媒介分类
通信系统可分为有线 (包括光纤 )和无线通信
两大类。
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6,关于 点对点 通信，按 传送方向与时间关系,
通信方式可分为：
单工通信 消息只能单向传输，如：遥测
半双工通信 指通信双方都能收发消息，但
不能同时进行，如：使用同一载频工作的无
线电机。
全双工通信 指通信双方可同时进行收发消
息的工作方式，如普通电话。
通信方式示意图,
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发端 收端
正向数据信道
反向信道
（单工通信）
发端 收端
正向数据信道
反向信道
（半双工通信）
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发端 收端
正向数据信道
（全双工通信）
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7,按照 数字信号码元排列方法 的不同,
可分为：
串序传输,将数字信号码元序列按时间顺序
一个接一个地在信道中传输。
并序传输,将数字信号码元分割成两路或两
路以上的数字信号码元序列同时在信道中传
输。
串序与并序传输示意图：
2010年 5月 16日电信学院通信教研室
数 字 通 信 原 理
串序传输：
发
送
设
备
接
收
设
备
01101101
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数 字 通 信 原 理
并序传输：
发
送
设
备
接
收
设
备
01101001
01100110
10101101
10010101
……
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数字通信系统模型
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通信系统的组成
?信源, 可以是模拟信源，也可以是数字
信源 (离散信源 )。
?信源编码, 对模拟信号进行 A/D变换和压缩, 对
数字信号进行压缩 。
信道编码, 提高通信可靠性, Pe’ < Pe。
?调制器, 作用同模拟通信 。
?发, 收滤波器, 作用同模拟通信, 且使系统无
码间串扰 。
2010年 5月 16日电信学院通信教研室
数 字 通 信 原 理
同步器, 使收发信机步调一致地工作以正确传输
信息。
在实际通信系统中, 可以根据具体情况省略
掉上图中的某些单元 。 若无调制解调器则为数
字基带系统 。
与模拟通信类似, 在多路数字通信系统中除
采用上述数字传输技术外还需采用复用技术,
在通信网中还需采用交换技术及网络技术 。 目
前在数字通信系统中常用的复用技术是 FDM和
TDM(时分复用 )。
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数字通信的主要特点：
?无噪声积累，能保证较高的通信质量
?便于加密处理
?数字信号便于直接与计算机接口形成智
能网
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数 字 通 信 原 理
? 高度的灵活性和通用性
?设备便于集成化、微型化
但是，数字通信的许多优点都是用比
模拟通信占据更宽的系统频带为代价而
换取得，并且数字通信对同步要求高，
系统设备比较复杂。
2010年 5月 16日电信学院通信教研室
数 字 通 信 原 理
由于数字通信的一系列优点，人们熟悉的
短波通信、微波通信以及迅速发展的移动通信、
卫星通信、光纤通信等都向数字化方向发展。
随着微电子技术和计算机技术的迅速发展和广
泛应用，数字通信将在今后的通信方式中取代
模拟通信而占据统治地位。
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第三节 数字通信系统的主要性能指标
数字通信系统的主要性能指标是传输的有
效性和可靠性。有效性是指在给定的信道内能
传输的信息内容的多少，而可靠性是指接收信
息的准确程度。这两者是互相矛盾而又互相联
系的，通常也是可以互换的。
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一、有效性指标
传输的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量。
1,码元传输速率 (RB)、信息传输速率 (Rb)
? RB表示每秒钟传输的码元数目, 单位为波特 (Bd)，
又称 RB为符号速率 。
? Rb表示每秒钟传输的信息量, 单位为每秒比特
(bit/s或 bps),又称 Rb为传信率 。
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码元宽度 (或码元周期 )为 T秒时,
RB=1/ T（ Bd）
信息速率与码速率之间的关系为
Rb=RB·H(x) (bit/s)
当信源各个符号等概独立时, 则有
Rb=RBlog2M (bit/s)
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2,频带利用率 (η )
在数字通信系统中, 信号占用的信道带宽 Bc可以小于信号带宽,
而且信号带宽还与信号的进制数有关, 故不用信号带宽来描述有
效性, 而用频带利用率 (η B或 η b)来描述有效性 。
η B= (Bd/Hz)
η b= (bit/(s·Hz)或 bps/Hz)
当式 Rb=RBlog2M (bit/s)成立时,
η b=η Blog2M
显然, η B越大, η b越大, 有效性越好；采用多进制可以提高 η b。
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数 字 通 信 原 理
3,误码率 (Pe)与误比特率 (Pb)
Pe= 错误码元数 /传输总码元数
Pb=错误比特数 /传输总比特数
误比特率也被称为误信率 。 在通信系统中传输的各符号
一般是独立等概的, 因此常用式 Rb=RBlog2M (bit/s)来
表示 Rb与 RB之间的关系, 在二进制系统中 Rb=RB,
Pe=Pb, 在多进制 (M>2)系统中一般 Pb<Pe 。
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数 字 通 信 原 理
本章小结
本章主要介绍数字通信的基本知识，以期
对数字通信系统建立一个总体概念，主要内容
有通信系统的组成和分类；数字通信的主要技
术问题及其特点：消息、信号、信息的概念；
数字通信系统的主要性能指标。
2010年 5月 16日电信学院通信教研室
数 字 通 信 原 理
? 模拟信号与数字信号之间的区别是什么？
?试述数字通信有那些优点，为什么?
?设在 125?微秒内传输 256个二进制码元，计算信息传输
速率；若该信码在 2秒内有 3个码元产生误码，试问其
误码率是多少？
思考题
