数字通信原理

第一篇：数字通信原理

批准人： 年 月 日

通信原理概论教案

作 业 提 要

课 目：数字通信原理概述

目 的：通过本节课让同志们了解数字通信的基本原理及概念，为下一步训练打下良好的基础。

内 容：

一、数字通信的概念

二、数字通信系统的模型及主要特点

三、数字通信系统的主要性能指标

四、数字通信网的概念

实施方法：理论讲解、多媒体演示 教学对象：集训队学员 时 间：20时钟 地 点：教室

要 求：

1、认真听课，做好笔记；

2、严格遵守课堂纪律不做与上课无关的事项；

3、大家在上课的过程中要积极思考，积极提问。

教学保障：计算机、投影仪各一台

作业进程

作业准备……………………………………………………3分钟

1.准备器材，清点人数； 2.宣布作业提要；

3.提示科目理论。

作业实施……………………………………………………42分钟

同志们这节课我们一起来学习数字通信的基本原理。现代通信技术的发展趋势为五化：数字化、综合化、宽带化、智能化和个人化；而数字化是其它四化的基础。这不仅因为数字化信息具有很高的传输质量，便于加密、纠错、交换和计算机进行处理。而且采用数字技术可使图像、数据、话音等各种连续的和离散日消息都能转换为0和1形式的数字信号，从而综合在一个网内传送和处理，实现不同业务终端之间的互通，为通信业务的多样化和多媒体通信开辟了道路。还使数字传输与数字交换得以综合而实现网络技术一体化；等等。随着学习的深入，同志们就会逐步体会到“电信技术的革命关键在于数字化”这句话的道理。

模拟通信必将被数字通信所取代已成为世界各国的共识，面临这一变革。我们本节课的目的在于使同志们对数字通信建立初步的概念，主要介绍以下几个问题：

1、数字通信的概念

2、数字通信系统的模型及主要特点

3、数字通信系统的主要性能指标

4、数字通信网的概念

一、数字通信的概念

现代电子通信，就它的基本技术体制来说，可以氛围两种类型，即模拟通信与数字通信。在讲述什么是模拟通信和数字通信之前，我们需要先对模拟信号与数字信号加以说明。

（一）模拟信号与数字信号

1、模拟信号

大家知道，在通信时，消息是携带在信号的某个参量或某几

个参量上的（如连续波的振幅、频率、相位，脉冲波的振幅、宽度、位臵等）。如信号的某个参量可以取无限多个数值并且与消息一一对应则该信号，称为模拟信号。如语声激励话筒而产生的语音信号，电视摄象机输出的亮度信号等。

2、数字信号

凡某一参量只能取有限个数值的信号，我们称之为数字信号。如早期的电报信号、电传机送出的脉冲信号等。图b是数字信号的波形，其特点是：幅值被限制在有限个数值之内。

需要说明的是，模拟信号有时也称为连续信号，因为模拟信号的某一参量可以连续变化（可以取无限多个值）。数字信号有时也称为离散信号，因为数字信号某一参量的去取值是离散的。

（二）模拟通信与数字通信

通信的目的是为了传递和交换携带信息的信号。根据信道上传输的信号是模拟信号还是数字信号，通信技术体制分为模拟通信和数字通信两类。

1、模拟通信 通常以模拟信号的形式来传递消息的通信方式称为模拟通信。所以模拟通信系统将按模拟信号传输特点来设计。

2、数字通信 通常将以数字信号的形式来传递消息的方式称为数字通信。同理，数字通信系统将按数字信号传输的特点来设计。

需要强调的是，模拟信号并非一定要在模拟通信系统中才能传输，任何模拟信号都可经模/数转换边为数字信号后，在数字信道中传输。数字电话通信就是以数字方式传输语音模拟信号的例子。同样，数字信号也并非一定要在数字通信系统中才能传输，只要加上相应的数字终端设备，数字信号也可在模拟通信系统中传输。任何一种信息，即可以用模拟方式传输，也可以用数字方

式传输，而且不论是模拟通信还是数字通信，在整个通信系统中有较大一部分是共用的。这对了解数模兼容的通信技术是十分重要的。

二、数字通信系统模型及主要特点

（一）数字通信系统模型及各部分功能

信源：其功能是把原始消息变换成原始电信号。常见的信源产生模拟信号的电话机、话筒、摄象机和输出数字信号的电子计算机、电传机、纸带读出机等各种数字终端设备。

信源编（译）码：信源编码的功能有二，当信源送来的是模拟信号时，发端的信源编码器要将模拟信号转换为数字信号。信源编码的第二个作用是进行降低信号冗余度的编码，其目的是减少码元数目和降低码元速率，提高传输有效性。这方面的内容我们后面会讲到。

信源译码的作用与信源编码相反。例如，信源编码为模数转换器时，信源译码就是数模转换器。

信道编（译）码：信道编码又称抗干扰编码或纠错编码。它是将信源编码器输出的数字基带信号人为地按照一定的规律加入多余码元，以便在接收端译码器中发现或纠正码元在传输中的错误，这样可以降低码元传输的概率。初看起来，信道编码增加多余度的作用与信源编码降低多余度的作用互相抵消了。其实不然，因为信源编码中降低的是数字信号中的自然冗余度，它是随机的，因此自然冗余度不能起纠正错误的作用。而信道编码中加入的多余码元是为使数码形成一定规律，从而使接收端能识别并纠正错误。

信道译码的作用与信道编码相反。

加（解）密器：其作用是对信码进行加（解）密。数字调制（解调）器：将工作在较低频段上的数子基带信号

经过调制，将数字基带信号的频带搬移到相应的信道频带上。

说明：

1、一个实际的数字系统，并非都具备以上所有环节。

2、由于数字通信传输的是一个接一个按节拍传送的数字信号，所以接收端必须有一个与发送端相同的节拍；不然，会因为收发步调不一制而造成混乱，故数字通信系统必须有一个同步问题

（二）数字通信的主要特点

通过刚才对数字通信系统模型和各部份作用的学习，接下来我们简要介绍一下数字通信的特点。

1、抗干扰能力强，无噪声积累

在模拟通信中，为了提高信噪比，需要及时对传输信号进行放大（增音），但在放大的同时噪声也被放大，由于模拟信号的幅值是连续的，难以把传输信号与干扰噪声分开，随着传输距离增加，噪声积累也随之增大，从而使传输质量恶化。

在数字通信中，由于数字信号的幅度取值只有有限个（通常取0和1两个值），在传输过程中受到噪声干扰时，只要信噪比没有恶化到一定程度（噪声不使判决发生错误），可通过经一段距离再生一次的方法，再生出已消除噪声的原发送信号。由于无噪声积累可实现长距离高质量传输。

2、便于加密

3、可采用信道编码技术使错误率降低；

4、设备便于集成化、微型化；

由于设备中大部分电路都是数字电路，而数字电路比模拟电路更容易集成化，可采用大规模和超大规模集成电路，制成体积小、功耗低、成本低、可靠性高、速度快的设备。

5、更有利于传输和交换的综合

在计算机和程控数字交换技术迅速发展和广泛应用的背景下，数字通信能使传输和程控交换都以数字信号形式进行。这不仅可省去许多设备，而且大大改善男端对端的话音质量。数字交换和数字传输的结合形成了综合数字网（IDN），这将使通信网的建设大为便利和节约，并便于利用计算机对数字信息进行各种处理。

6、可兼容数字、电话、电报、数据和图像及各种信息的传输，组成综合业务数字网；

数字通信中所有的信号（语音、电报、音乐、数据等）都可以转换为统一形式的二进制数字脉冲，进入IDN进行传输和交换，实现端对端的数字连接，成为综合业务数字网（ISDN）。ISDN可为多种业务共用，因此通信网变得更为灵活和经济高效。在实际应用中还可带来极大的便利。

7、占用信道频道宽（缺点）；如：模拟通信一路话占4KHZ，数字电话一路话占十几至几十KHZ；

以上列举了数字通信的主要优点，但数字通信也有它的缺点，最主要的一个缺点是占用的信道频带比较宽。我们只举一个例子给出大致的数量概念，以通电话为例，模拟通信中一路话音信号占用的频带为4kHz，而数字电话一般需要十几~~几十kHz的带宽；此外数字通信的设备一般 也比模拟通信复杂一些。

三、数字通信系统的主要性能指标

在设计及评价一个通信系统时，必然涉及通信系统的性能指标问题。通信系统的性能指标包括信息传输的有效性、可靠性、适应性、经济性、标准性、及维护使用方法等等。因为通信的任务是传递信息，从信息传输角度讲，在各项实际要求中起主导的、决定作用的，主要是通信系统传输信息的有效性和可靠性。

（一）有效性指标

指给定信道和时间内的传输信息的多少，是系统信息数量上的表征；它通常用码元速率RB、信息速率Rb和频带利用率衡量。

1、码元速率（RB）

码元速率RB也称为传码率，符号传输速率等。定义：码元速率RB是指每秒钟传输码元的数目。单位：为波特（baud）简记为B。

2、信息速率（Rb）也称为传信率、比特率。定义：每秒钟传输的信息量。单位：比特/秒，简记为（b/s）

3、频带利用率（η）单位频带内的传输速率。

（二）可靠性指标

是指信道系统传输信息质量上的表征，指的是接收信息的准确程度。衡量数字通信系统可靠性的主要指标是错误率，具体的有误码率Pe和误信率（误比特率）Pb两种表示方法。

1、误码率（Pe）

在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码元数的比值，用Pe表示；

2、误信率（Pb）

系统在传输中发生差错的比特数与传输总比特数的比值，用Pb表示。

错误率的大小由通路的系统特性和信道质量决定。最后需指出的是：可靠性和有效性指标是互相矛盾的和可以互换的，即可通过降低有效性的方法来提高系统的可靠性，或反之。

四、数字通信网的概念

（一）通信网的概念及发展方向

通信的最基本的形式是在点与点之间建立通信系统，但尽管

有许多这样的通信系统，还是不能称为通信网，只有将众多的通信系统按一定拓扑模式组合在一起才称为通信网。即多个点对点的通信系统相互连接构成的通信体系称为通信网。通信网硬件的三要素为：终端节点（对应图中的用户）、交换节点（对应图中的端局，汇接局）及传输链路。对传统的模拟通信方式而言，终端节点发出的和接收的信号都是模拟信号，链路中传输和交换节点交换的信号及是模拟信号，这样的通信网叫模拟通信网。

随着经济的高速发展，要求通信网提供的业务种类越来越多，传递信息的形式已从传统的电话通信向数据通信、图像通信乃至多媒体通信等多样化方向发展。且通过通信网传输、交换、处理的信息量不断增大，质量要求也越来越高，这就要进一步提高传输效能及设备效率等等。现代通信网根据这种形势，正加速采用现代通信技术，以计算机为基础的各种智能终端技术和数据库技术积极使通信网向数字化、综合化、宽带化、智能化和个人化方向发展。世界各国在发展过程中第一步通常是建设本国的综合数字网（IDN），第二步是在IDN的基础上组建综合业务数字网（ISDN）和宽带综合业务数字网（B-ISDN）下面我们就对IDN和ISDN作一简要介绍。

（二）综合数字网（IDN）

由于微电子技术和计算机技术的发展，目前国际上较发达国家长途传输的数字化已接近百分之百，市内电话局中交换设备也基本数字化。采用数字传输与数字交换综合而成的电话网称为综合数字网（IDN）。这里的综合是指传输和交换处理都是以数字方式进行的，但在IDN中，终端节点所发送的信号仍然是模拟信号。

由于终端节点发送的信号是模拟信号，所以，这样的网络不能进行业务的综合，即对不同的通信业务需要不同的专用IDN。为电话通信所建立的IDN就叫电话IDN。

综合数字网除了具有1)、抗干扰性强；2)、失真不积累；3)、终端设备简单；4)、便于加密；5)、网络成本低；6)、传输性能好等数字通信技术所具有的优点外，还由于广泛采用数字设备后，数字网在连接点上不再需要模/数交换和数/模变换，因此可以节省许多费用，降低了网络成本，并能提高传输性能，经济的实现高质量通信，具有较好的经济效益。随着各种电信新业务的日益增多，综合数字网为将来过渡到综合业务数字网（ISDN）创造了必要的条件。

（三）综合业务数字网（ISDN）

1、ISDN的基本定义和特点

ITUT在1984年提出的关于ISDN的一系列建议中指出ISDN是以电话IDN为基础发展而成的网络。它提供对端的数字连接性，用来提供包括话音和非话音业务在内的多种业务；用户能够通过一组标准多用途的用户/网路接口接到这个网络。

ISDN的基本概念和特点可归纳为以下几点： 1）ISDN是可以提供多种业务的电信网络；

2）ISDN在电话IDN的基础上发展而成的，发展初期还是以电话为主；

3）ISDN主要特点是在网内可实现端到端的数字连接； 4）用户通过一组标准多用途的用户/网路接口接入网络，可以适应不同业务的终端；

5）ISDN的用户终端设备中网路组成可以分别开发，网路可用不同方式向用户提供多种业务；

6）为利于网路维护和管理，ISDN应具有包括信息处理在内的综合网路功能。

由上述特点可知，采用ISDN给通信网建设带来的好处为： 1）由于通信网内的技术设备可谓多种业务共用，因此通信网

变得更为经济有效。

2）在规划和介入新任务时具有很大灵活性。

3）传输和交换过程中不需要经过信号形式的变化，有利于传输质量的提高。

4）同一的操作程序，使用者便于操作；同一的技术，简化了运营与维护，节省费用。

5）对光纤等传输介质的宽带特性可充分利用。

一个通信网只要它能够提供数字连接，不论网路如何组成，从用户的观点看，它就是ISDN；只要遵循业务标准，网路能力标准，接口标准，每个国家都可以按照各自的国情以不同方式实现ISDN。

作 业 讲 评

本节课我们利用了约45分钟时间对数字通信原理概述进行了学习，今天的学习过程中，同志们认真听讲、积极思考，对数字通信原理概述知识有了一定的了解。好的同志有XXX，他们学习兴趣浓厚，在课堂中积极发言，希望在以后的学习中大家向他们学习。下节课我们将对数字光纤通信原理进行学习，希望同志们利用课余时间进行预习。今天的就讲到这里。

思 考 题

1、模拟信号与数字信号之间的区别是什么？举例说明。

2、试述数字通信的主要特点有哪些？为什么？

3、数字通信系统中，其可靠性和有效性指是什么？

教员：杨博

2011年12月15日

第二篇：《数字通信原理》教学方法改革方案

《数字通信原理》教学方法改革方案

《数字通信原理》是高校通信类、电子类等专业的专业基础课，既是基础课向专业课的过渡，也是电子通信学科的入门课，在通信类、电子类专业中占有非常重要的地位。这门课的教学直接影响这些专业的教学质量和所培养人才的知识结构及综合能力。这门课综合了电路分析基础、电子电路、高频电路、数字电路等电类基础课以及高等数学、概率论等数学课程，具有相当大的难度和理论深度。不仅要求学生上述课程有较好的基础，而且还要求较强的数学功底和自学能力，如果强调数学推导和理论探讨，无疑将使学生产生畏难情绪，难以激发学生的学习兴趣和积极性；但如果完全不涉及理论分析，教学又无法达到高校的培养目标，即无法培养出既具备一定专业理论素养、又具有较强动手能力的技术应用型人才。

通过前段时间的教学实践及大学期间对该科的学习。我认为，《数字通信原理》课的教学，一方面要强调基本理论、方法的分析，重点培养学生的思考能力，另一方面必须加强实验教学和实训环节，重点是培养岗位技能。该课程的教学目标是使学生掌握典型数字通信系统的组成、工作原理、性能特点、基本分析方法和实验技能等，熟悉当前数字通信技术发展的现状和最新进展。核心是培养学生良好的通信知识和素养，为后续专业课程的学习奠定坚实的基础。

考虑《数字通信原理》课的教学情况和课程地位，为了学生更好的学习，我们需要不断转变教学理念、更新教学内容、完善教学方法、改进教学手段，在《数字通信原理》课程的教学内容、教学模式和实践教学体系等方面进行了富有特色的改革实践。

以线带点，改革教学内容

在《数字通信原理》的传统教学模式中，往往介绍许多通信的数学模型和原理，由于理论抽象、概念繁多，知识点显得零散，那些数学基础、自学能力和自制力均较差的学生难以接受。我认为，应遵循“以线带点”的改革思路进行教学内容的改革。

（一）强化学习路线图，建立数字通信系统的整体观念

在教学中，应该强调数字通信系统整体观念的建立，即以数字通信系统的模型图作为学习的总路线图（如下图），以图中功能框图为“点”，有向线段为“线”。以路线图中的节点涉及的典型技术理论分析为重点，以信号的传输流程为主线，以线带点，使学生掌握通信系统的宏观分析思路和微观分析方法。

在教学初期，首先向学生介绍通信系统的基本概念，核心是让学生掌握通信的本质——将大量有用的信息高效率、无失真地进行传递，并在传递过程中抑制无用、有害的信息；其次，系统阐述数字通信模型如何体现通信的本质以及数字通信系统模型每个节点的知识点在各章的分配。

在教学过程中，根据信号的传递路径，教师应“顺藤摸瓜”，对每个节点进行功能分析，注重强调该节点在数字通信系统中的地位、层次以及关键性能和指标。随着教学的进行，不断强调或强化学习路线图，并标明学习进度在路线图上的体现，重点是强调前后节点之间的内在关系。

在教学后期，教师应不断阐述各节点存在的必要性以及相互间的逻辑关系，在技术实现的基础上进一步帮助学生建立数字通信系统的整体概念。例如，信源编码是保证通信有效性的技术手段，使用的关键技术是脉冲编码调制；信道编码是保障通信可靠性的技术手段，实现的关键技术涉及检错编码和纠错编码。信源编码和信道编码是互相补充的关系，但实现的方法是相互“矛盾”的，信源编码通过压缩消息冗余量实现，信道编码则通过增加消息冗余量实现，这是由通信过程中不同阶段的通信目标决定的。

（二）精选典型技术，强调基本模块的分析和知识运用

在宏观分析的基础上，以信号的传递流程为主线，逐步展开典型数字通信技术实现的具体分析。在教学活动中，对通信技术实现的讲解不应贪多求全，而要精选典型技术进行微观分析，关键是激发学生的学习兴趣和帮助学生建立数字通信技术的知识体系。具体方法是建立积木式教学模块，将全课程的数字通信技术实现分解为信源编码模块、信道编码模块、传输模块（基带传输与频带传输）、同步模块等四个核心模块。针对每个模块精心进行分析，挑选经典技术的实现进行分析，对经典技术坚持目的驱动的教学方式，核心是建立知识体系，充分认识和接受数字通信技术的概念，掌握基本模块的分析方法。

建立了各部分的知识模块后，必须精选相应模块的典型技术。例如，在频带传输分析中，选择ASK、FSK、PSK、DPSK等基本的数字调制技术作为必学内容，要求学生掌握这些典型数字调制技术的实现、解调、带宽分析、画图分析和抗噪声分析等内容。而将多进制调制技术和现代调制技术列入增强模块，仅进行简单的介绍，以知识扩展为目的，不做应会要求。

在对典型技术进行微观分析时，以注重比较研究、概念提炼，避免数学推导和理论复制，应以大量的图示进行理论知识的诠释，强调知识的运用。以数字调制方式的带宽分析为例，将授课重点放在各种调制方式的带宽图示比较上，不进行频域的数学演算；同样，在噪声分析中，不引入误差函数等概念，仅比较各种数字调制方式的抗噪声能力。关键是帮助学生理解带宽、抗噪声能力在实际应用中的意义和作用，理解当考虑带宽、抗噪声能力等因素时选择哪种调制方式才能满足实际需要。

强化互动，改革教学模式

在各种教学模式的争论中，主流的模式有两种，即以教师为中心的教学模式和以学生为中心的教学模式。前者的优点是有利于教师主导作用的发挥，重视情感因素在学习过程中的作用；其突出的缺点则是强调传递——接受式，在教学过程中把学生置于被动接受位置，学习者的主动性难以发挥，不利于激发高职学生的学习积极性。后者的突出优点是有利于激发学生的学习积极性；其缺点是忽视教师主导作用的发挥，不利于系统知识的传授，不重视情感因素在学习过程中的作用。多数大学生的特点一方面是基础知识较差，厌学情绪严重，另一方面是学习的主动性、思考问题的积极性都较差。若采用传统的以教师为中心的教学模式，显然无法实现教学目的。但是，如果完全采用以学生为中心的教学模式，也必然导致教学的失败。因此，必须进行教学模式的改革与探讨。

在高校的教学实践中，我认为应该基于现代网络教学平台，将两种教学模式结合起来，取长补短。一方面，针对学生自学能力差的特点，充分利用教师的指导作用，以教师的专业素养和个人品格强化学生的知识结构和学习态度；另一方面，充分利用网络教学的特点，基于世界上两大网络教学平台之一的Blackboard建立完整的虚拟教学课堂，提供课下网络教学资源，建立自主教学环境，加强教学互动，及时进行师生间的双向反馈，调动学生的学习积极性，培养他们自主学习的方法和独立思考的能力。

从目前的实践看，初期基本上还应以教师为中心的教学模式为主，随着教学的进展，逐步过渡到以学生为中心的教学模式。

突出技能培养，改革实践教学体系

《数字通信原理》是一门实践性很强的课程，对于高校学生来说，加强他们技能培养的途径是建立一套完善的课程实践教学体系。《数字通信原理》的特点是理论性强，知识点丰富，高度抽象，不建立感性的认识，学生很难巩固理论知识。因此，帮助学生建立通信系统的感性认识、培养他们分析和解决实际问题的能力、提高实际操作技能是实践教学体系的目标和出发点。

（一）因材施教，分层次组织实验教学

在实践教学活动中，应建立验证性实验、仿真设计实验和创新性实验层层递进的实践教学体系，针对不同的学生分层次组织实践教学。

验证性实验是指在现有实验平台上对相关理论的正确性进行验证，目的是巩固和加深学生对相关理论知识的理解；仿真设计实验是在验证性实验的基础上，在相关通信技术原理的指导下，以通信系统仿真软件（如System View等）为平台进行通信系统的设计和验证；创新性实验则是组织掌握程度较好、学有余力的学生进行相关项目的开发，项目可以是创新的，也可以是现有的，一般与各类电子竞赛相联系。尤其是System View通过模块搭建进行通信系统的设计，与积木式模块教学方法呼应，不需要学生进行复杂的编码即可实现实际通信系统的仿真实验，并能将结果下载到FPGA芯片中得到实际的产品，对于激发学生的学习兴趣、培养学生的实际动手能力、加强学生的专业思想具有重大意义。

（二）改革实验形式，建立基于项目的实验方式

传统的实验组织形式是安排学生分组，往往全组学生依赖某个能力强的学生，学生中蒙混过关的情况严重。我们提出以项目组织实验，每个学生负责一个或两个具体的项目，做到“人人有项目”，组内其他学生进行辅助工作。

在项目选择上，要求完成数字通信系统模型中的基本“点”项目，同时鼓励学生积极参与综合性实验项目和各类各级竞赛项目，并在实验学分上进行倾斜。

在具体实验实施上，要求作为项目负责人的学生主动参与、进行人员分工，对实验项目的计划和实施全权负责，如安排实验内容讨论、选择实验方式等。鼓励能力强的学生同时选择多种实验平台。项目负责人要负责组织本组学生分析和评价实验结果，对本组学生实验情况进行评价。项目组学生在教师指导下，根据理论学习的进度自己设计实验，自己准备仪器完成实验，以达到培养和提高学生的组织能力、思维能力和创造能力的目的。

（三）改革考核方式，建立新的实验评价标准

《数字通信原理》课程的实验教学分为两个模块，即课内实验和期末集中实训（或课程设计）。传统教学中，课内实验的考核计入课程成绩，集中实训（或课程设计）作为单独的课程计分。我们认为这种实验考核的方式割裂了实验课程的内容，不利于实验课程的改革，应采取将课内实验和期末集中实训（或课程设计）统一为一门课程的考核方式。

具体的考核内容可覆盖实验表现、实验报告和成果、实验难度等方面，建立完整的《数字通信原理》实验考核评价体系，体现“强调过程，重视结果”的考核思想。“强调过程”体现在对实验表现的评价占据整个实验成绩的60%，引导学生重视岗位能力、团队精神、专业素养的培养；“重视结果”体现在对实验结果的分析、讨论上，而不在对错上，关键是分析出原因与对策。此外，如果学生在各级各类竞赛项目上获奖可以获得相应实验加分。

课程特点与高校学生的特点给《数字通信原理》的教学带来很大挑战，本文提出，在教学内容上，以线带点构建模块化教学，降低理论难度，强调系统概念的建立和典型技术的分析；在教学模式上，结合以教师为中心的教学模式和以学生为中心的教学模式的优点，以网络教学手段为平台，强化师生的互动；在实践教学上，构建验证性实验、仿真设计实验和创新性实验层层递进的实践教学体系，改革实验组织形式，建立新的评价体系。

第三篇：数字通信原理教学大纲(80学时)

数字通信原理

（Principles of Digital Communications）

本课程是通信工程专业的专业必修课程，主要介绍数字通信系统的构成、基本工作原理、主要性能指标的计算与分析方法以及数字信号的基本特性。通过学习本课程，使学生对数字通信及数字通信系统有较完整的概念，掌握数字通信的基本理论和技能，为从事数字通信工作奠定一定的基础。该课程总学时为80学时，其中授课学时为66学时，实验为14学时。

一、教学目的与要求

本课程的先行课程有：电路、概率论、信号与系统、通信电子技术等。1.了解通信发展史及信息概念。

2.掌握常用的模拟信号数字化的编码方法。

3.掌握数字信号的基带、频带传输原理，最佳接收原理。4.掌握同步技术。

5.掌握差错控制编码。

二、教学重点与难点

教学重点：PCM、ΔM编码、基带传输、频带传输、信道编码、同步技术。教学难点：各章节所涉及的数学推导、各种系统框图、各点波形。

三、教学方法与手段

课堂讲授和多媒体教学为主，加强实验环节，注重培养学生运用理论知识和实际动手操作的能力。

四、教学内容与目标

教学内容

1.绪论

1.1 通信的基本概念

1.2 通信系统的组成及主要性能指标 1.3 信道与噪声

3.模拟信号的数字传输 3.1 相关概念

3.2 脉冲编码调制（PCM）

3.3 增量调制（ΔM）及其改进型 3.4 其他调制方式

4.多路复用与数字复接 4.1

FDM、TDM

教学目标

了解 掌握 了解

掌握 掌握 掌握 了解

掌握

学时分配（66）1 1 2 10 2 4 2 2 4 2 4.2其他复用方式

6．数字信号的基带传输 6.1

数字基带信号

6.2

数字基带传输系统

6.3

无码间串扰的基带传输系统 6.4

眼图、均衡、部分响应技术 6.5

最佳接收

7.数字信号的频带传输 7.1

数字振幅调制 了解

掌握 掌握 掌握 掌握 掌握

掌握 2 12 2 2 2 3 3 12 2 7.2

数字频率调制 7.3

数字相位调制 7.4

QAM 7.5 其他调制及数字调制系统性能比较 8.同步系统

8.1

载波同步技术 8.2

位同步技术 8.3

群同步技术 9.差错控制编码

9.1

常用的几种简单分组码 9.2

线性分组码 9.3

循环码 9.4

卷积码

10.伪随机序列及编码 10.1 m序列

10.2 伪随机序列的运用 11.实验

PCM单多路编、译码实验 △M编、译码实验 HDB3编、译码实验 FSK调制、解调实验 DPSK调制、解调实验 循环码编、译码实验

五、考试范围与题型

考试范围与分数比例

1.模拟信号的数字传输 2.数字信号的基带传输 3.数字信号的频带传输 4.同步系统

5.差错控制编码

考试题型与分数比例

掌握 2 掌握 2 掌握 2 了解 4 10 掌握 3 掌握 4 掌握 3 10 了解 2 掌握 3 掌握 3 了解 2 4 掌握 2 了解 2 14 4 2 2 2 2

25% 25% 25% 10% 15% 1.2.3.4.填空 选择 分析 计算 20％ 10％ 35％ 25％

六、教材与参考资料

1.教材：王兴亮等编著.《数字通信原理与技术（第三版）》.西安：西安电子科技大学出版社，2009 2.参考教材：

1)程京等编著.《数字通信原理》.北京：电子工业出版社，2001 2)曹志刚.《现代通信原理》.北京：清华大学出版社，1992 3)郭永贞主编.《数字电子技术基础》.西安：西安电子科技大学出版社，2000 4)李文海等编著.《数字通信原理》.北京：人民邮电出版社，2001

（撰写人：胡春筠，审核人：）

第四篇：华南理工大学数字通信原理实验思考题参考答案

AMI、HDB3码实验

1、说明AMI码和HDB3码的特点，及其变换原则。回答：

AMI码的特点：

1、无直流成分，低频成分也少，高频成分少，信码能量集中在fB/2处 ；

2、码型有了一定的检错能力，检出单个误码；

3、当连0数不多时可通过全波整流法提取时钟信息，但是连0数过多时就无法正常地提出时钟信息。

变换规则：二进码序列中“0”仍编为“0”；而二进码序列中的“1”码则交替地变为“+1”码及“-1”码。

HDB3码的特点：

1、无直流成分，低频成分也少，高频成分少，信码能量集中在fB/2处 ；

2、码型有了一定的检错能力，检出单个误码；

3、可通过全波整流法提取时钟信息。

变换规则：(1)二进制信号序列中的“0”码在HDB3码中仍编为“0”码，二进制信号中“1”码，在HDB3码中应交替地成+1和-1码，但序列中出现四个连“0”码时应按特殊规律编码；

(2)二进制序列中四个连“0”按以下规则编码：信码中出现四个连“0”码时，要将这四个连“0”码用000V或B00V取代节来代替(B和V也是“1”码，可正、可负)。这两个取代节选取原则是，使任意两个相邻v脉冲间的传号数为奇数时选用000V取代节，偶数时则选用B00V取代节。

2、示波器看到的HDB3变换规则与书本上和老师讲的有什么不同，为什么有这个差别。

回答:示波器上看到的HDB3编码器的输出P22点的波形比书本上的理论上的输出波形要延时5个码位。原因是实验电路中采用了由4个移位寄存器和与非门组成的四连零测试模块去检测二进制码流中是否有四连零，因此输出的HDB3码有5个码位的延时。

3、用滤波法在信码中提取定时信息，对于HDB3码要作哪些变换，电路中如何实现这些变换。

回答:首先，对HDB3码进行全波整流，把双极性的HDB3码变成单极性的归零码，这个在电路上是通过整流二极管实现的；然后，把归零码经晶体管调谐电路进行选频，提取时钟分量；最后，对提取的时钟分量进行整形来产生定时脉冲。

PCM实验思考题参考答案

1．PCM编译码系统由哪些部分构成?各部分的作用是什么?

回答：

其中，低通滤波器：把话音信号带宽限制为3.4KHz，把高于这个频率的信号过滤掉。

抽样：对模拟信号以其信号带宽2倍以上的频率进行周期性的扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。

量化：把经抽样得到的瞬时值进行幅度离散化，即指定M个规定的电平，把抽样值用最接近的电平标示。

编码：用二进制码组表示有固定电平的量化值。

译码：与编码器的作用相反，把收到的PCM信号还原成相应的PAM信号，实现数模变换。

2．对PCM和△M系统的系统性能进行比较，总结它们各自的特点 ？

回答： PCM系统编码位数小于4，那么它的性能比低通截止频率fL=3000Hz、信号频率fk=1000Hz的△M系统差，如果编码位数大于4，则随着编码位数的增大PCM系统相对于△M系统，其性能会越来越好。

误码性能，由于△M每一位误码仅表示造成±σ的误差，而PCM的每一位误差会造成比较大的误差，所以误码对PCM系统的影响要比△M系统严重些。这就是说，为了获得相同的性能，PCM系统将比△M系统要求更低的误码率。

3.在实际的通信系统中收端(译码)部分的定时信号是怎样获取的?

回答:收端部分的定时信号有两种获取方法：外同步法（插入导频法）和自同步法。

外同步法在发送的信号中插入频率为码元速率或码元速率倍数的同步信号，接收端通过一个窄带滤波器或其它处理方式分离出该信号实现位同步。

自同步法不需要发送专门的位同步导频信号，接收端可以直接对接收信号通过某种变换提取位同步信号，这是数字通信系统中经常用到的方法。主要有两大类自同步方法：

1、非线性变换滤波法：非归零的二进制随机脉冲序列的频谱中虽没有位同步的频率分量，但是可以通过非线性变换就会出现离散的位同步分量，然后用窄带滤波器（或锁相环）提取位同步频率分量，便可以得到所需的位定时信号。

2、位同步锁相环：位同步锁相环利用鉴相器比较接收码元和本地产生的位同步信号之间的相位，若两者相位不一致（超前或滞后），鉴相器就产生误差信号去调整位同步信号的相位，直至获得准确的位同步信号为止。

FSK调制解调实验

2．估算本实验调制器后的通带滤波器应有多宽的通带。回答：△f=|f2-f1|+2fs=|125-100|+2*25=75KHz。

3．说明本实验低通滤波器解调基带的截止频率，及带通滤波器提取位定时的中心频率。回答：本实验低通滤波器解调基带的截止频率为25KHz，带通滤波器提取位定时的中心频率为25KHz。

4．从信码中直接提取位同步是如何使信码变换成含有位同步信息的? 回答：首先把信码通过微分整流变成归零脉冲之后，这些归零脉冲中就含有fs=1/Ts位同步信号分量，经一窄带滤波器就可滤出此信号分量，再将它经相位调整就可形成位同步脉冲。

5．为什么2.9位定时频率抖动大，而2.10频率位定时抖动小。

回答：本实验中我们选用了单T网络作为滤波网络，由于单T网络频带不够窄，Q值不够高，导致提取的位同步信号（2.9测量点输出的信号）有较大的抖动，而2.10测量点输出的信号是2.9输出的信号经一锁相环窄带滤波器进行提纯之后的信号，因为2.10频率位定时抖动小。

DPSK调制解调实验

2．设给定一码组100110011100，画出对这一码组进行2DPSK的调制和解调的波形图。回答：

信码码组：差分编码：2DPSK：解码输出：

3．为什么利用眼图大致可以估计系统性能的优劣? 回答：因为眼图 的 “眼睛” 张开的大小反映着码间串扰的强弱，“眼睛”张的 越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。

当存在噪声时，噪声将叠加在信号上，观察到的眼图的线迹会变得模糊不清。若同时存在码间串扰，“眼睛”将 张开得更小。与无码间串扰时的眼图相比，原来清晰端正的细线迹，变成了比较模糊的带状线，而且不很端正。噪声越大，线迹越宽，越模糊；码间串扰越大，眼图越不端正。

因此，可以从眼图中看出码间串扰的大小和噪声的强弱，可以大致估计系统性能的优劣。

4.简述同相正交环工作原理。

MC1496鉴相器V3LF356低 通V5过 零检 测P13再生码判 决P16、P17V1P11P142DPSK压控振荡器74S124V8环路滤波器V7摸拟相乘器MC1496差 分译 码P15V2P12MC1496鉴相器V4LF356低 通V6回答：如下图所示，通过外力使得压控振荡器输出的频率为载波中心频率，这时从压控振荡器输出两路相互正交的载波信号V1=cos(w0t+θ)和V2= sin(w0t+θ)到鉴相器，在鉴相器中V1和V2分别与2DPSK信号进行模拟相乘得到V3=1/2m(t)*[cos(2w0t+θ)+cos(θ)]和V4=1/2m(t)*[sin(2w0t+θ)+sin(θ)]。V3、V4经过低通滤波器滤除载波频率以上的高频分量，得到基带信号V5=1/2m(t)*cos(θ)和V6=1/2m(t)*sin(θ)。这时的基带信号包含着码元信号，无法对压控振荡器进行控制，将V5、V6经过一个模拟相乘器可得到去掉码元信息之后的信号V7=1/8sin(2θ),即得到了反应压控振荡器输出信号与输入载波间的相位差的控制电压。

5.载波提取发生相位模糊时，必须用什么方法进行解决? 回答：必须用差分编译码方法去除相位模糊问题。

第五篇：通信原理数字通信系统总结性复习

数字通信系统总结性复习

通信系统分为基带和频带传输两类。

数字基带通信系统模型

高速数字通信系统模型

一、A/D转换：

作用：完成模拟信号到数字信号的转换； 过程：采样、量化、编码

方法：PCM脉冲编码、增量调制（△M）、差分脉冲编码调制（DPCM）、自适应差分脉冲编码

调制ADPCM1、A律13折线（PCM脉冲编码）：采用8bit量化，1bit极性码，3bit段落码，4bit段内

码，具体例子见习题答案。

2、增量调制（△M）：对前后样值的变化进行编码：增大编为1，减小编为0，只用一位

编码。

a)避免过载的方法：一是增大Δ，二是减小Δt；

b)增量调制一般采用的数据率为32Kbps或16Kbps；

3、PCM与△M的比较：

a)在比特率较低（低于40Kbps）时，增量调制的量化信噪比高于PCM，话音质量

比PCM的好，增量调制抗误码性能好，可用于比特误码率为10-2～10-3的信道，而PCM要求10-4～10-6

b)增量调制通常采用单纯的比较器和积分器作为编译码器，结构和设备较PCM简

单。

4、差分脉冲编码调制（DPCM）：对信号的抽样值与信号的预测值的差值进行量化、编码，其编码可采用N位二进制码。

5、自适应差分脉冲编码调制ADPCM：与DPCM相比，自适应的量化取代固定量化

二、信源编码：

作用：产生适合于信道传输的信号，提高系统有效性；

信源分类：语音信号和图像信号

语音压缩编码：

1、基本的语音编码方法：波形编码、参量编码和混合编码

2、应用举例：移动通信中多采用混合编码方式，如飞利浦的AMR-WB宽带自适应多速率语音

编码方法：语音带宽范围：50－7000Hz，16KHz抽样，6.6 Kbps~23.85 Kbps，应用领域：GSM、3G及其他

图像编码：

1、图像可压缩的原因:(1)图像信号中存在着大量的冗余度;(2)人眼的视觉特性，对高频信

息的感受度低.2、基本的图像压缩编码方法：

i.JPEG（Joint Photographic Experts Group，联合图像专家组）:静止图像编码标准 ii.MPEG（Moving Picture Experts Group，活动图像专家组）-1：存储介质图像编码

标准

iii.MPEG-2：一般视频编码标准

iv.MPEG-4：多媒体通信编码标准

v.H.261（ITU-T 制定）:会议电视图像编码标准

vi.H.263：极低码速率的编码标准

3、H.261与MPEG-1比较：H.261编码后的数据流速率更低，总体上图象质量略逊于MPEG-1，它适合在网或网上传输运动的图象

三、码型编码：

目的：选择适合于信道传输特性的码型。

基本的常用码型及特点：

NRZ码：无定时

归零码：可提供定时信息

双极性码：减少直流分量，判决电平为“0”

HDB3码：用在复接设备中，如PCM30/

32一、二、三次群中

编码步骤：

1）1→+B、-B

2)经过奇数个B的0000 →000V，经过偶数个B的0000 →B00V，V与前面的B极性一致

差分编码：用在DPSK调制中，传号差分码规则：“1”变，“0”不变

具体编码实例见书p87，说明其中的差分编码参考码为“1”

四、信道编码：

作用：纠检错，提高可靠性基本分类：ARQ（检错重传）、FEC（前向检错）、HEC（混合差错控制）

常见编码方法：奇偶编码、CRC循环冗余校验，具体见作业。

CRC循环冗余编码步骤：

1）生成码：由生成多项式得生成码

2）监督码：信息码补r个0对生成码求r位余数（不足r位，前面补0，r=n-k）

3）循环码：信息码+监督码

五、其他眼图的特点：评价系统性能的基本方法，噪声越大，线迹越宽，越模糊；码间串扰越大，眼图越不端正。

加密：

1.作用：加密；去除长的连零，有利于提取定时

2.基本方法：用移位寄存器的产生的m序列与信息序列模2加。具体见作业。

交织：

1、作用：与信道编码结合，检查或纠正突发性错误

2、基本思想：分散集中型错误，使其在检错或纠错范围内

六、复用、多址与复接：

复用目的：实现信道共享，提高信道的利用率；

多址目的：实现信道共享，区分终端（如地球站、基站或手机）

基本方法及应用

FDM：GSM系统200kHz/频带

TDM：PDH的PCM30/32路一次群

TDMA：GSM系统8时隙/载频

CDMA：3G（第三代移动通信）中区分小区和移动台

复接：在多路复用的基础上在时域上进一步“复用”。

复接存在的原因：电子元器件精度限制

PDH系统：正码速按位准同步复接

SDH系统：按字节的同步复接

七、调制：

实质：实现频谱搬移

目的：改善系统性能，可以实现频分复用

基本的调制方式：ASK、FSK、PSK、DPSK

(G)MSK：最小移频键控，用在GSM系统中

QPSK、QAM：用在3G移动通信系统中

八、同步：收发双方在时间上步调一致

同步获取的基本方法：自同步（滤波法）和外同步（插入法）

位同步：

NRZ获得同步的方法：编成RZ码，在0频处插入同步信号，或采用滤波法

滤波法的基本思想：大量信息工程系中总存在着“0”“1”的交替变化，此部分即为高频分量，将其滤出，既为位同步。

帧同步：一般采用集中插入的方法，如PCM30/32次群采用“集中插入”（TS0=“0011011”）载波同步：相干解调中需要载波同步，基本方法：平方变换法、平方环、科斯塔斯环

在“平方变换法”得到的PSK载波，因为存在2分频所以存在倒Π现象；

科斯塔斯环法：不存在倍频，直接得到载波，适于应用在高频电路中

网同步：数字通信系统中，为保证通信网中任意各站能够进行通信，需要有统一的时钟 我国SDH系统采用“分区等级主从同步”，PDH采用准同步方法。

英文缩写：

ASK：幅移键控、FSKPSKDPSKQPSKQAMGMSK

A/DPCM△MDPCMADPCM

FDMFDMATDMTDMACDM CDMAFDD

SDH：

STM-N ：同步传输模块n级

PDH

ARQ、FEC、HEC

利用以上知识点理解下列系统参数

935.5KHZ935.3KHZ935.1KHZ

双工方式：频分双工

上下行频率间隔：

工作带宽:

复用方式：频道间隔

多址方式： 时分多址

双工方式：

理解GSM手机语音信号的发送过程