数字通信理论

数字通信理论是一门研究如何通过数字信号在通信系统中进行高效、准确传输的科学。它涵盖了从信源编码、信道编码、调制解调、信号传输到最终的信号接收、解码以及信息重构等一系列过程。本课件《数字通信理论》详细介绍了数字通信系统的基本组成、通信信道的特征及其数学模型，并对数字通信的历史发展进行了回顾与展望。 数字通信系统主要由模拟信源、数字信源、信源编码器、信道编码器、数字调制器、信道、数字解调器、信道译码器和输出变换器等部分组成。模拟信源包括音频和视频信号，而数字信源包括计算机和电传机等设备。信源编码器的作用是在不增加冗余信息的前提下，将信源输出转换为二进制数字序列，以适应数字通信的需求。信道编码器负责将二进制信息序列映射为特定的信号波形，通过物理媒质传输至接收端。数字调制器则通过将二进制数据映射到信号波形上完成调制过程，而数字解调器的作用则是从接收到的信号波形中解调出二进制数字序列。信道译码器和输出变换器共同工作，将接收到的波形还原成原始的数字信号序列。 通信信道是信息传输过程中信号传播的媒介，具有不同的类型和特征。通信信道类型包括电线、电缆、光纤、水下海洋信道、自由空间和其他媒质，如磁带、磁盘和光盘等。它们的共性问题包括加性噪声、其他噪声和干扰源以及信道损伤，例如信号衰减、失真和多径效应等。信道带宽限制了在任何通信信道上可靠传输的数据量。 信道的数学模型是用数学语言描述信道传输特性的模型，可以帮助我们更好地理解和分析信道的影响。三种常用的信道模型分别是加性噪声信道、线性滤波器信道和线性时变滤波器信道。加性噪声信道是最常用、最主要的信道模型，它将发送信号视为被加性随机噪声过程恶化的信号。线性滤波器信道适用于对传输信号带宽有限制的信道，通过滤波器保证传输信号不超过规定的带宽。线性时变滤波器信道考虑到了发送信号的时变多径效应，例如水声信道和电离层无线信道等，移动通信中的多径传播就是典型的时变滤波器信道的应用实例。 数字通信发展的回顾与展望部分提到了数字通信的发展历史。早期的电通信始于1837年S.Morse的电报发明。而现代数字通信则起源于1924年Nyquist的研究，他提出了关于带宽受限电报信道的最大信号传输速率问题，并探讨了在抽样点上无码间干扰(ISI)的最大比特率以及最优脉冲形状。他得出的结论是，当带宽限制在一定频率范围内时，通过特定的脉冲形状可以达到最大的脉冲速率，例如使用正弦脉冲形状可以在特定条件下实现无码间干扰。 数字通信理论不仅是通信系统设计的基础，也为通信技术的发展提供了理论支撑。理解并掌握这些基础知识，对于通信工程师来说至关重要，它们是实现有效通信、优化系统性能、提高通信质量不可或缺的部分。随着技术的不断进步，数字通信理论也在不断地发展和完善，为未来通信技术的创新和应用奠定了坚实的基础。