首页 > 编程知识 正文

数字通信系统举例,数字通信系统的一般模型

时间:2023-05-05 04:34:36 阅读:59658 作者:882

数字通信系统模型如图1所示。 根据信号流程,对其中的各模块逐一说明。

图1数字通信系统模型信源【百度百科】信源是指信息的信源,可以是人、机、自然界物体等。 当始发者发送信息时,通常被表示为某种消息的可以是诸如文字、语言之类的符号或者可以是诸如图像、声音之类的信号。

图1中的第一个模块是源,源输出的波形或数据流进入第二个模块,源进行编码。 一般来说,源可能是模拟的,也可能是数字的。 如果源极是模拟的,则可以认为输出一定的信号波形。 例如,麦克风生成模拟音频信号或模拟视频生成模拟视频信号意味着源生成的波形集中波形数量无限。 如果源是数字,则它的输出被认为是“0”和“1”数据流。

源代码【百度百科】源代码是为了提高通信的有效性而转换源代码或者为了减少或消除源冗馀而进行的源代码转换。

一般来说,源代码有两种不同的类型。 如果源是数字,则源代码的主要作用是减少冗馀并进行压缩。 这样的源代码称为数字源代码,它对输入的数据流进行编码以输出新的比特流。 以下示例将简要介绍,更多内容将在《信息论与编码》课程中学习。

例如,在人脸的静止图像中,背景、人脸、头发等的亮度、颜色等缓慢地变化。 相邻像素和色度信号值比较接近,有很强的相关性。 如果将各像素的亮度和色度的信息原样保存,则数据中有很多空间冗馀性。 如果在去除冗馀数据后进行编码,则每个像素所需的位数会减少。 这就是通常所说的图像帧内编码,可以通过减少空间冗馀来进行数据压缩。

此外,视频是时间轴方向上的帧图像序列,并且相邻帧图像也具有很强的相关性,通常以减少帧之间的方式减少时间冗馀。 例如草坪上的鸟。 如果这只鸟几秒钟不动的话,几十、一百帧的图像可能不会变。 很明显,不需要存储和传输每帧图像的每个像素。 因此,进行帧间压缩,在重构时通过运动估计和运动补偿技术能够满足解码质量的要求。

如果源是模拟的,那么源代码的主要作用是将由模拟源生成的模拟信号转换为数字信号,以使其可通过数字系统被传输。 这样的源代码被称为模拟源代码。 对输入的模拟波形进行编码并作为数据流输出。 在第14、15次中,学习模拟语音编码,即如何将语音信号转换为数据流。

信道码【百度百科】移动通信存在干扰和衰落,信号传输中会出现差错,因此对数字信号采用纠错、检错技术,即纠错、检错编码技术,提高数据对信道传输时各种干扰的保护能力信道上传输的数字信号的纠错、检错编码是信道编码。 信道编码之所以能够检测和校正接收比特流中的错误,是因为追加若干冗馀比特,将几个比特中所承载的信息扩展为更多的比特。 为此付出的代价是,必须向该信息发送所需以上的比特。

很明显,通道代码起着与源代码完全相反的作用。 源代码是将冗馀减少到最小限度,而信道码是增加冗馀。 同样,这里将举例简要说明,更多内容将在《信息论与编码》课程中学习。

第一个例子是在微机原理、单片机等课程中遇到的奇偶校验。 事实上,奇偶校验是最简单的错误检测码。 将要传输的几个二进制数据位组合成一帧,并在每帧中添加冗馀位(奇偶校验位)。 如果整个帧包含偶数个“1”,则将奇偶校验设置为“0”。 如果有奇数个“1”,则设为“1”。 显然,如果在传输该帧期间发生了奇数个错误,则在奇偶校验位中能够检测。 想想看。 为什么只有奇数的错误才能被检测出来呢? )

奇偶校验只能检测传输中的部分错误,无法纠正错误。 再举一个简单的纠错码例子。 是重复符号。 例如,计划发送二进制数据流' 10010 '。 使用重复代码时,每个bit重复发送三次二进制数据' 111000000111000 '。 很明显,这里引入了冗馀的bit。 在接收端,由于噪声的影响,与第1位对应的3位编码输出' 111 '错误为' 101 '时,利用投票原则,即使去我们3个中的2个相同的东西也能得到正确的输出'1'。

从上述例子中,检错码是指导入奇偶校验位等冗馀比特来检测错误。 另一方面,纠错编码引入冗馀比特,例如重复编码中的重复发送比特来校正错误。 当然,能够检测或纠正的错误的个数与代码增加的冗馀个数有关。 一般来说,引入冗馀度越多,纠错能力也就越高。

显然,信道编码器的输出仍然是比特串,由{ b n } {b_n} {bn }来表示。 那么,进入第9次讨论的内容,脉冲调制。

脉冲调制

脉冲调制也称为基带调制,是相对于比特序列{ b n

} {b_n} {bn​}的波形表达,更具体来说,在这个部分,是基带波形表达。通俗点说,就是要把一个一个的bit,表示成为具体的波形,才好发送到信道上去。
  比如,对于比特序列“11101001”,我们可以下图中左边图中的波形来表示,即“1”用持续时间为 T s T_s Ts​的 + A +A +A电平来表示【图中 g 1 ( t ) g_1(t) g1​(t)】,"0"用持续时间为 T s T_s Ts​的-A电平来表示【图中 g 2 ( t ) g_2(t) g2​(t)】,这样就可以得到比特序列“11101001”的波形了。事实上,我们可以选取任意的两个波形表示"0"和“1”,比如用下图右边图中的两个波形,其中 g 1 ( t ) g_1(t) g1​(t)为在 T s T_s Ts​时间间隔内的某种波形, g 2 ( t ) g_2(t) g2​(t)为持续时间为 T s T_s Ts​的一段零电平,也可以得到比特序列“11101001”的波形。

  甚至于,我们还可以用四种波形,来表示比特序列“11101001”。如下图所示,我们用四个基带波形来分别表示四种两位二进制bit组合,即
" 00 " → g 1 ( t ) ,   " 01 " → g 2 ( t ) ,   " 10 " → g 3 ( t ) ,   " 11 " → g 4 ( t ) . "00"rightarrow g_1(t), "01"rightarrow g_2(t), "10"rightarrow g_3(t), "11"rightarrow g_4(t). "00"→g1​(t), "01"→g2​(t), "10"→g3​(t), "11"→g4​(t).其中,左边图中我们用了四种幅度不同的基带矩形脉冲信号作为波形,右边图中我们用了四种频率不同的单音信号作为波形(当然如果单音信号频率很高的时候,就不再是基带信号了。我们把这个例子放在这里,还是想说明,波形的选取可以是任意的)。

  把上面例子推而广之,我们可以看出,事实上我们可以选取任意的波形来表示想要发送的二进制比特序列。那么该如何选择波形呢?或者说,什么样的波形能够带来更好的通信性能呢。这就是我们下面要学习的重点内容。我们看有些什么约束限制了波形的设计,什么样的波形设计能够带来什么样的更好性能?这都是我们会讨论的问题。在这里,我们首先需要了解的,就是脉冲调制是用合适的基带信号波形来表示想要发送的比特流。当然到接收端,就需要从接收到的波形里面,再把比特流提取出来,这就是“检测”这个模块实现的功能。

带通调制
  如图中所标出的那样,这里的带通调制是把基带波形变成频带波形,类似于我们在模拟调制部分讨论的,是一个上变频的过程。我们在频带数字传输部分会详细讨论。注意,如果为数字基带传输,系统中是不包括这个模块的。信道
  尽管实际信道会很复杂,特别在无线通信中,我们这门课程只讨论AWGN信道,即在进入接收机之前,有用信号与加性高斯白噪声叠加。我们会讨论两种AWGN信道,一种是频带无限的,第二种是频带有限的。带通解调
  作用正好与带通调制相反,进行下变频。因此,其输入信号为带通波形,输出为基带波形。同样,如果为数字基带传输,系统中是没有这个模块的。检测
  作用正好与脉冲调制相反,把波形中的比特序列提取出来。由于噪声干扰的影响,其输出 { b ^ n } {hat b_n} {b^n​}往往与原始发送的 { b n } { b_n} {bn​}不完全一样,即出现传输错误。信道译码
   信道译码是将冗余比特去掉,实现检错或者纠错功能。信源译码
   如果发送端为数字信源编码,这里的信源译码恢复原始信息;如果为模拟信源编码,则恢复模拟信号。

版权声明:该文观点仅代表作者本人。处理文章:请发送邮件至 三1五14八八95#扣扣.com 举报,一经查实,本站将立刻删除。