通信原理-第1章 绪论

1、通信原理 与本课有关的几个问题与本课有关的几个问题 l学时数：学时数：8888学时，其中学时，其中7676学时理论课、学时理论课、1212学时实验课学时实验课 l课程性质：必修课（考试）课程性质：必修课（考试） l相关课程：高频电路、信号与系统、电磁场与电磁波相关课程：高频电路、信号与系统、电磁场与电磁波 随机信号分析、信息论、移动通信、随机信号分析、信息论、移动通信、 卫星通信、高频通信、光纤通信等卫星通信、高频通信、光纤通信等 l教材：教材：通信原理通信原理( (第六版第六版) ) 国防工业出版社国防工业出版社 通信原理通信原理( (第七版第七版) ) 国防工业出版社国防工业出版社 与本课

2、有关的几个问题与本课有关的几个问题 参考书： （1 1）通信原理教程通信原理教程, ,冯玉珉冯玉珉, ,清华大学出版社，清华大学出版社， 北京交通大学出版社北京交通大学出版社 （2 2）通信原理学习辅导与考研指导通信原理学习辅导与考研指导, ,曹丽娜曹丽娜, , 国防工业出版社国防工业出版社 （3 3）通信系统原理通信系统原理, ,曹志刚曹志刚, ,清华大学出版社清华大学出版社 （4 4）其他教材、教学指导书及习题解答）其他教材、教学指导书及习题解答 通信原理 第第1章章 绪论绪论 第第1章章 绪论绪论 1.1通信的基本概念 1.2 通信系统的组成 1.3通信系统的分类及通信方式 1.4信息及

3、其度量 1.5 通信系统的性能指标 习题 第第1章章 绪论绪论 l2121世纪是信息时代，通信技术占主导地位，现代世纪是信息时代，通信技术占主导地位，现代 社会中通信的作用是无法估量的，因此对通信系社会中通信的作用是无法估量的，因此对通信系 统理论的学习和研究是很必要的，本课程着重介统理论的学习和研究是很必要的，本课程着重介 绍信息传输基本原理，即通信理论和技术。研究绍信息传输基本原理，即通信理论和技术。研究 对象是通信系统，研究的目的是利用尽可能小的对象是通信系统，研究的目的是利用尽可能小的 通信资源，获得尽可能高的通信质量，研究方法通信资源，获得尽可能高的通信质量，研究方法 是在系统级、模

4、块级层次上将实际通信系统抽象是在系统级、模块级层次上将实际通信系统抽象 成数学模型，采用数学分析和计算机模拟的方法成数学模型，采用数学分析和计算机模拟的方法 进行研究，得到系统性能与系统参数之间的定量进行研究，得到系统性能与系统参数之间的定量 关系。关系。 第第1章章 绪论绪论 l1. 1 通信的基本概念通信的基本概念 n通信的定义：信息的传输与交换 n通信的目的：传递消息中所包含的信息。 n消息：是物质或精神状态的一种反映，例如 语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像 等。 n信息：是消息中包含的有效内容。 n实现通信的方式和手段： u非电的：如旌旗、消息树、烽火台 u电的：如电报、电话、广

5、播、电视、遥控、遥测、 因特网和计算机通信等。 第第1章章 绪论绪论 n电信发明史 u1837年：莫尔斯发明有线电报 u1876年：贝尔发明有线电话 u1918年：调幅无线电广播、超外差接收机问世 u1936年：商业电视广播开播 n后面讲述中，“通信”这一术语是指“电通信”， 包括光通信，因为光也是一种电磁波。 n在电通信系统中，消息的传递是通过电信号来实 现的。 第第1章章 绪论绪论 l通信网的概念：为了完成多用户中任意两通信网的概念：为了完成多用户中任意两 个用户之间信源与信宿之间的通信过程个用户之间信源与信宿之间的通信过程, , 一般需要建立一个网络，这个多用户通信一般需要建立一个网络，

6、这个多用户通信 系统互连的通信体系称之为通信网。系统互连的通信体系称之为通信网。 第第1章章 绪论绪论 l1.2 通信系统的组成 n1.2.1 通信系统的一般模型 实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总 和称为通信系统。一般通信系统的简化模型如下图和称为通信系统。一般通信系统的简化模型如下图 第第1章章 绪论绪论 l信息源信息源（简称信源）：（简称信源）：信源是消息的产生地，其作用是把各种消息信源是消息的产生地，其作用是把各种消息 转换成原始电信号。转换成原始电信号。 l麦克风、麦克风、电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设电话机、

7、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设 备就是信源。备就是信源。 信源可分为模拟信源和数字信源。信源可分为模拟信源和数字信源。 l模拟信源，输出的是模拟信号。模拟信源，输出的是模拟信号。 l数字信源，输出离散的数字信号。数字信源，输出离散的数字信号。 第第1章章 绪论绪论 u发送设备： l发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信 源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。 l变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制 是最常见的变换

8、方式。是最常见的变换方式。 l对数字通信系统来说，发送设备常常又可分为信源编码对数字通信系统来说，发送设备常常又可分为信源编码 与信道编码。与信道编码。 第第1章章 绪论绪论 u信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。分 为有线信道和无线信道两大类。 l在无线信道中，信道可以是大气，在有线信道中，信道可以是明线、在无线信道中，信道可以是大气，在有线信道中，信道可以是明线、 电缆或光纤。有线和无线信道均有多种物理媒质。电缆或光纤。有线和无线信道均有多种物理媒质。 l信道媒质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。信道媒质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。 根据

9、研究对象的不同，需要对实际的物理媒质建立不同的数学模型，根据研究对象的不同，需要对实际的物理媒质建立不同的数学模型， 以反映传输媒质对信号的影响。以反映传输媒质对信号的影响。 。 第第1章章 绪论绪论 l噪声源噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。 l噪声源不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及信道中噪声源不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及信道中 所固有的，并且是人们所不希望的。所固有的，并且是人们所不希望的。 l噪声的来源是多样的，它可分为内部噪声和外部噪声，而且外部噪噪声的来源是多样的，它可分为内部噪声和外部噪声，而且外部噪

10、声往往是从信道引入的，因此，为了分析方便，把噪声源视为各处声往往是从信道引入的，因此，为了分析方便，把噪声源视为各处 噪声的集中表现而抽象加入到信道。噪声的集中表现而抽象加入到信道。 第第1章章 绪论绪论 u接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电 信号。 即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。 l其任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带其任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带 信号来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确信号来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确 分路。分路。 第第1章章 绪论绪论 l受信者（信

11、宿）：受信者（信宿）：信宿是传输信息的归宿 点。其作用是将复原的原始信号转换成相 应的消息，如扬声器等。，如扬声器等。 n1.2.2 模拟通信系统模型和数字通信系统模型 消息的分类与电信号 l消息可分为消息可分为: :连续消息和离散消息。连续消息和离散消息。 l连续消息是指消息的状态连续变化或是不可数的，如语连续消息是指消息的状态连续变化或是不可数的，如语 音、活动图片等。音、活动图片等。 l离散消息则是指消息的状态是可数的或离散的，如符号、离散消息则是指消息的状态是可数的或离散的，如符号、 数据等。数据等。 l消息的传递是通过它的物质载体消息的传递是通过它的物质载体电信号来实现的，电信号来实

12、现的， 即把消息寄托在电信号的某一参量上（如连续波的幅度、即把消息寄托在电信号的某一参量上（如连续波的幅度、 频率或相位；脉冲波的幅度、宽度或位置）。频率或相位；脉冲波的幅度、宽度或位置）。 l消息与电信号之间必须建立单一的对应关系，否则在接消息与电信号之间必须建立单一的对应关系，否则在接 收端就无法复制出原来的消息。收端就无法复制出原来的消息。 第第1章章 绪论绪论 第第1章章 绪论绪论 u模拟信号和数字信号 按信号参量的取值方式不同可把信号分为模拟信号和 数字信号。 p模拟信号：凡信号参量的取值是连续的或取无穷 多个值的，且直接与消息相对应的信号，均称为 模拟信号，如电话机送出的语音信号、

13、电视摄像 机输出的图像信号、麦克风输出电压等。 第第1章章 绪论绪论 n模拟信号有时也称连续信号，这个连续是指信号的某 一参量可以连续变化，或者说在某一取值范围内可以 取无穷多个值，而不一定在时间上也连续。 (a) 话音信号 (b) 抽样信号 图1-2 模拟信号 第第1章章 绪论绪论 p数字信号：凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直 接与消息相对应的信号，均称为数字信号，如电报信号、 计算机输入/输出信号、PCM信号等。 n数字信号有时也称离散信号，这个离散是指信号的某一参 量是离散变化的，而不一定在时间上也离散。 u通常，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号， 相应地把通信系统分为模拟通

14、信系统和数字通信系统。 (a) 二进制信号 (b) 2PSK信号 图1-3 数字信号 第第1章章 绪论绪论 u模拟通信系统模型 p模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统： p两种变换： 模拟消息 原始电信号（基带信号） 基带信号 已调信号（带通信号） 图1-4 模拟通信系统模型 第第1章章 绪论绪论 模拟通信系统模型几个基本概念 l信源发出的原始电信号是信源发出的原始电信号是基带信号，基带的含义是指信，基带的含义是指信 号的频谱从零频附近开始，如语音信号为号的频谱从零频附近开始，如语音信号为3003003400Hz3400Hz， 图像信号为图像信号为0 06MHz6MHz。 l由于这种

15、信号具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接由于这种信号具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接 传输，这就需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输，这就需要把基带信号变换成其频带适合在信道中 传输的信号，并可在接收端进行反变换。完成这种变换传输的信号，并可在接收端进行反变换。完成这种变换 和反变换作用的通常是和反变换作用的通常是调制器和解调器。 l经过调制以后的信号称为经过调制以后的信号称为已调信号。 第第1章章 绪论绪论 模拟通信系统模型基本特征 l已调信号有三个基本特征：已调信号有三个基本特征： n携带有信息 n适合在信道中传输 n信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而 已调信号又称频

16、带信号频带信号。 l实际通信系统中可能还有滤波、放大、天线辐射、控制等过程。实际通信系统中可能还有滤波、放大、天线辐射、控制等过程。 n由于调制与解调两种变换对信号的变化起决定性作用，而其他过 程对信号不会发生质的变化，只是对信号进行了放大或改善了信 号特性，因而被认为是理想的而不予讨论。 第第1章章 绪论绪论 l模拟通信系统模型模拟通信的主要特点 1 1） 抗干扰能力差抗干扰能力差 2 2） 不易于保密通信不易于保密通信 3 3） 设备不易于大规模集成设备不易于大规模集成 4 4） 不适应飞速发展的计算机通信的要求不适应飞速发展的计算机通信的要求 5 5） 简单、易于实现。简单、易于实现。

17、第第1章章 绪论绪论 u数字通信系统模型 p数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统 数字通信系统模型主要技术问题 l数字通信系统的技术问题主要有信源编码数字通信系统的技术问题主要有信源编码/ /译码（包括压缩译码（包括压缩/ /解压、加密解压、加密/ / 解密等）、信道编码解密等）、信道编码/ /译码、数字调制译码、数字调制/ /解调、数字复接、同步等。解调、数字复接、同步等。 l在某些有线信道中，若传输距离不太远且通信容量不太大时，数字基带信在某些有线信道中，若传输距离不太远且通信容量不太大时，数字基带信 号无需调制，可以直接传送，称之为数字信号的号无需调制，可以直接传送，称之为数字

18、信号的基带传输，其模型中就不，其模型中就不 包括调制与解调环节。包括调制与解调环节。 图1-5 数字通信系统模型 第第1章章 绪论绪论 数字通信系统模型信源编码与译码 l作用一作用一: :是设法减少码元数目和降低码元速率，即通常所说的数据压缩。是设法减少码元数目和降低码元速率，即通常所说的数据压缩。 n码元速率将直接影响传输所占的带宽，而传输带宽又直接反映了通信的有效性。 l作用二作用二: : 是当信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码器将其转换成数字信号，是当信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码器将其转换成数字信号， 以实现模拟信号的数字化传输。以实现模拟信号的数字化传输。 l信源编码方法

19、：信源编码方法：PCMPCM、ADPAMADPAM、DMDM等等 l信源译码是信源编码的逆过程。信源译码是信源编码的逆过程。 p信源编码与译码目的： 提高信息传输的有效性 完成模/数转换 图1-5 数字通信系统模型 第第1章章 绪论绪论 数字通信系统模型信道编码与译码 l数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干扰等，将会引起差错。数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干扰等，将会引起差错。 为了减少差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分为了减少差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分 （监督元），组成所谓（监督元），组成所谓“抗干扰编码抗干扰编码”

20、。 l接收端的信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正接收端的信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正 错误，从而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。错误，从而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。 l信道编码：线性分组码、卷积码、循环码等。信道编码：线性分组码、卷积码、循环码等。 p信道编码与译码目的：增强抗干扰能力 图1-5 数字通信系统模型 第第1章章 绪论绪论 数字通信系统模型加密与解密 l在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的安全，人为将被在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的安全，人为将被 传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程叫

21、加密。传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程叫加密。 l在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解 密，恢复原来信息，叫解密。密，恢复原来信息，叫解密。 p加密与解密目的：保证所传信息的安全 图1-5 数字通信系统模型 第第1章章 绪论绪论 数字通信系统模型数字调制与解调 l数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处， 形成适合在形成适合在 信道中传输的频带信号。信道中传输的频带信号。 l基本的数字调制方式有振幅键控基本的数字调制方式有振幅键控ASKASK、频移键控、

22、频移键控FSKFSK、绝对相移键控、绝对相移键控 PSKPSK、相对（差分）相移键控、相对（差分）相移键控DPSKDPSK。 l对这些信号可以采用相干解调或非相干解调还原为数字基带信号。对这些信号可以采用相干解调或非相干解调还原为数字基带信号。 l对高斯噪声下的信号检测，一般用相关器接收机或匹配滤波器实现。对高斯噪声下的信号检测，一般用相关器接收机或匹配滤波器实现。 p数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带 通信号 图1-5 数字通信系统模型 第第1章章 绪论绪论 数字通信系统模型同步与数字复接 l同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的不可缺少的前提同步是保证数字通信系统有序、准确

23、、可靠工作的不可缺少的前提 条件。同步是使收、发两端的信号在时间上保持步调一致。条件。同步是使收、发两端的信号在时间上保持步调一致。 l按照同步的功用不同，可分为按照同步的功用不同，可分为 n载波同步、位同步、群同步和网同步 l数字复接就是依据时分复用基本原理把若干个低速数字信号合并成数字复接就是依据时分复用基本原理把若干个低速数字信号合并成 一个高速的数字信号，以扩大传输容量和提高传输效率。一个高速的数字信号，以扩大传输容量和提高传输效率。 p同步目的：使收发两端的信号在时间上保持步调一 致 图1-5 数字通信系统模型 第第1章章 绪论绪论 数字通信系统模型模拟与数字通信的联系 l模拟信号经

24、过数字编码后可以在数字通信系统中传输模拟信号经过数字编码后可以在数字通信系统中传输 n数字电话系统 l数字信号也可以在模拟通信系统中传输数字信号也可以在模拟通信系统中传输 n计算机数据可以通过模拟电话线路传输，但这时必须使用调制解 调器（Modem）将数字基带信号进行正弦调制，以适应模拟信道 的传输特性。 第第1章章 绪论绪论 数字通信系统模型模拟与数字通信的区别 l模拟通信与数字通信的区别之一在于信道中传输的信号模拟通信与数字通信的区别之一在于信道中传输的信号 种类不同。种类不同。 l模拟通信中强调变换的线性特性，即强调已调参量与基模拟通信中强调变换的线性特性，即强调已调参量与基 带信号成比

25、例；而在数字通信中则强调已调参量与基带带信号成比例；而在数字通信中则强调已调参量与基带 信号之间的一一对应关系。信号之间的一一对应关系。 l数字通信相比模拟通信的许多优点都是通过比模拟通信数字通信相比模拟通信的许多优点都是通过比模拟通信 占据更多的系统频带宽度来换取的。占据更多的系统频带宽度来换取的。 第第1章章 绪论绪论 n1.2.3 数字通信的特点 u优点 p抗干扰能力强，且噪声不积累 p传输差错可控 p便于处理、变换、存储 p便于将来自不同信源的信号综合到一起传输 p易于集成，使通信设备微型化，重量轻 p易于加密处理，且保密性好 u缺点： p需要较大的传输带宽 p对同步要求高 第第1章章

26、 绪论绪论 l1.3 通信系统分类与通信方式 n1.3.1 通信系统的分类 u按通信业务分类： 话务通信和非话务通信。 n非话务通信主要是分组数据业务、计算机通信、数据库检索、电子信箱、 电子数据交换、传真存储转发、可视图文及会议电视、图像通信等。 n电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统 u按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传输系统 调制传输系统又分为多种调制，详见书中表1-1。 u按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统 u按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统 u按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通信 u按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用

27、 第第1章章 绪论绪论 调调 制制 方方 式式 用途用途 连连 续续 波波 调调 制制 线性线性 调制调制 常规双边带调制常规双边带调制广播广播 抑制载波双边带调抑制载波双边带调 幅幅 立体声广播立体声广播 单边带调幅单边带调幅SSB SSB 载波通信、无线电台、数载波通信、无线电台、数 传传 残留边带调幅残留边带调幅VSB VSB 电视广播、电视广播、 数传、数传、 传真传真 非线非线 性性 调制调制 频率调制频率调制FM FM 微波中继、卫星通信、广微波中继、卫星通信、广 播播 相位调制相位调制PM PM 中间调制方式中间调制方式 数字数字 调制调制 幅度键控幅度键控ASK ASK 数据传

28、输数据传输 相位键控相位键控数据传输数据传输 第第1章章 绪论绪论 调调 制制 方方 式式 用途用途 脉脉 冲冲 数数 字字 调调 制制 数字数字 调制调制 相位键控相位键控PSKPSK、 DPSKDPSK、 QPSKQPSK等等 数据传输、数字微波、数据传输、数字微波、 空间通信空间通信 其他高效数字调制其他高效数字调制QAMQAM、 MSKMSK等等 数字微波、空间通信数字微波、空间通信 脉冲脉冲 模拟模拟 调制调制 脉幅调制脉幅调制PAM PAM 中间调制方式、遥测中间调制方式、遥测 脉宽调制脉宽调制PDM(PWM) PDM(PWM) 中间调制方式中间调制方式 脉位调制脉位调制PPM P

29、PM 遥测、遥测、 光纤传输光纤传输 脉冲脉冲 数字数字 调制调制 脉码调制脉码调制PCM PCM 市话、卫星、空间通信市话、卫星、空间通信 增量调制增量调制DM DM 军用、民用电话军用、民用电话 差分脉码调制差分脉码调制DPCM DPCM 电视电话、图像编码电视电话、图像编码 其他语言编码方式其他语言编码方式ADPCMADPCM、 APCAPC、 LPC LPC 中低速数字电话中低速数字电话 第第1章章 绪论绪论 频率频率 范围范围 波长波长 符号符号 传输媒质传输媒质 用途用途 3Hz3Hz 30kHz 30kHz 10104 4 10108 8m m 甚低频甚低频 VLF VLF 有线

30、线对长有线线对长 波无线电波无线电 音频、电话、数据终端长距音频、电话、数据终端长距 离导航、时标离导航、时标 3030300 300 kHz kHz 10103 3 10104 4m m 低频低频LF LF 有线线对长有线线对长 波无线电波无线电 导航、信标、电力线通信导航、信标、电力线通信 300kHz300kHz 3MHz 3MHz 10102 2 10103 3m m 中频中频MF MF 同轴电缆短同轴电缆短 波无线电波无线电 调幅广播、移动陆地通信、调幅广播、移动陆地通信、 业余无线电业余无线电 3 330MHz 30MHz 1010 10102 2m m 高频高频HF HF 同轴电

31、缆短同轴电缆短 波无线电波无线电 移动无线电话、短波广播定移动无线电话、短波广播定 点军用通信、业余无线电点军用通信、业余无线电 3030 300MHz 300MHz 1 110m 10m 甚高频甚高频 VHF VHF 同轴电缆米同轴电缆米 波无线电波无线电 电视、调频广播、空中管制、电视、调频广播、空中管制、 车辆、通信、导航车辆、通信、导航 第第1章章 绪论绪论 频率范围频率范围 波长波长 符号符号 传输媒质传输媒质 用途用途 300 300 MHzMHz3 3 GHz GHz 1010100 100 cm cm 特高频特高频UHF UHF 波导波导分米波分米波 无线电无线电 微波接力、微

32、波接力、 卫星和卫星和 空间通信、空间通信、 雷达雷达 3 330 30 GHz GHz 1 110cm 10cm 超高频超高频SHF SHF 波导波导厘米波厘米波 无线电无线电 微波接力、微波接力、 卫星和卫星和 空间通信、空间通信、 雷达雷达 3030300 300 GHz GHz 1 110mm 10mm 极高频极高频EHF EHF 波导波导毫米波毫米波 无线电无线电 雷达、雷达、 微波接力、微波接力、 射电天文学射电天文学 第第1章章 绪论绪论 l前述通信系统是单向通信系统前述通信系统是单向通信系统 l但在多数场合下，信源兼为信宿，需要双但在多数场合下，信源兼为信宿，需要双 向通信，电

33、话就是一个最好的例子向通信，电话就是一个最好的例子 l这时通信双方都要有发送和接收设备，并这时通信双方都要有发送和接收设备，并 需要各自的传输媒质，如果通信双方共用需要各自的传输媒质，如果通信双方共用 一个信道，就必须用频率或时间分割的方一个信道，就必须用频率或时间分割的方 法来共享信道。因此，通信过程中涉及通法来共享信道。因此，通信过程中涉及通 信方式与信道共享问题。信方式与信道共享问题。 第第1章章 绪论绪论 n1.3.2 通信方式 通信方式分类之一 l对于点与点之间的通信，按消息传递的方向与时间关系，通对于点与点之间的通信，按消息传递的方向与时间关系，通 信方式可分为单工、半双工及全双工

34、通信三种。信方式可分为单工、半双工及全双工通信三种。 l单工单工通信：消息只能单方向传输的工作方式通信：消息只能单方向传输的工作方式 l广播、遥测、遥控、无线寻呼等。 第第1章章 绪论绪论 l半双工通信，是指通信双方都能收发消息，但不能同时半双工通信，是指通信双方都能收发消息，但不能同时 进行收和发的工作方式。进行收和发的工作方式。 n使用同一载频的对讲机，收发报机以及问询、检索、 科学计算等数据通信。 第第1章章 绪论绪论 l全双工通信，是指通信双方可同时进行收发消息的工作全双工通信，是指通信双方可同时进行收发消息的工作 方式。一般情况全双工通信的信道必须是双向信道。方式。一般情况全双工通信

35、的信道必须是双向信道。 n普通电话、手机都是最常见的全双工通信方式， 计 算机之间的高速数据通信也是这种方式。 第第1章章 绪论绪论 l在数字通信中，按数字信号代码排列的顺序可分为并行传输和串行传输。在数字通信中，按数字信号代码排列的顺序可分为并行传输和串行传输。 u并行传输和串行传输 p并行传输：将代表信息的数字信号码元序列以成组的方 式在两条或两条以上的并行信道上同时传输 优点：节省传输时间，速度快：不需要字符同步措施 缺点：需要 n 条通信线路，成本高 一般适用于计算机和其他高速数字系统，特别适用于设备之间的近距离通信 第第1章章 绪论绪论 p串行传输 ：将数字信号码元序列以串行方式一个

36、码元接 一个码元地在一条信道上传输 优点：只需一条通信信道，节省线路铺设费用 缺点：速度慢，需要外加码组或字符同步措施通常， 一般的远距离数字通信都采用这种传输方式。 第第1章章 绪论绪论 l其他分类方式：其他分类方式： p同步通信和异步通信 p专线通信和网通信 l此外，还可以按通信的网络形式划分。由于通信网的基此外，还可以按通信的网络形式划分。由于通信网的基 础是点与点之间的通信，所以本课程的重点放在点与点础是点与点之间的通信，所以本课程的重点放在点与点 之间的通信上。之间的通信上。 第第1章章 绪论绪论 l1.4 信息及其度量信息及其度量 l消息是通信系统的传输对象消息是通信系统的传输对象

37、( (携带信息的携带信息的 物理量物理量),),是包含有信息的物理量是包含有信息的物理量. .如如: :数据数据 符号、图象、语音等，它是信息的载体。符号、图象、语音等，它是信息的载体。 l信号是消息的载体，（运载消息的生光电信号是消息的载体，（运载消息的生光电 物理量）。电信号：随参数变化的电量。物理量）。电信号：随参数变化的电量。 l信息是消息中有意义的内容。对接收者来信息是消息中有意义的内容。对接收者来 说事先不知道的消息。说事先不知道的消息。信息信息：是消息中包：是消息中包 含的有效内容。含的有效内容。 第第1章章 绪论绪论 n如何度量离散消息中所含的信息量? u度量信息量的原则 p能

38、度量任何消息，并与消息的种类无关。 p度量方法应该与消息的重要程度无关。 p消息中所含信息量和消息内容的不确定性有关 【例】 “某客机坠毁”这条消息比“今天下雨”这 条消息包含有更多的信息。 上例表明： 消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。 第第1章章 绪论绪论 l任何信源产生的输出都是随机的，也就是说，信源输出任何信源产生的输出都是随机的，也就是说，信源输出 是用统计方法来定性的。是用统计方法来定性的。 l对接收者来说，只有消息中不确定的内容才构成信息。对接收者来说，只有消息中不确定的内容才构成信息。 因此，信息含量就是对消息中这种不确定性的度量因此，信息含量就是对消息中这种不确定性

39、的度量. . l根据概率论知识，事件的不确定性可用事件出现的概率根据概率论知识，事件的不确定性可用事件出现的概率 来描述。来描述。 l消息出现的概率越小，消息中包含的信息量就越大。消息出现的概率越小，消息中包含的信息量就越大。 第第1章章 绪论绪论 u度量信息量的方法 p事件的不确定程度可以用其出现的概率来描述： 消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量就越 大。 p设：P(x) 消息发生的概率， I 消息中所含的信息量， p则 P(x) 和 I 之间应该有如下关系： I 是 P(x) 的函数： I I P(x) P(x) ，I ； P(x) ，I ； P(x) = 1时，I 0； P(x)

40、= 0时，I ； 若干个互相独立事件构成的消息，所含信息 量等于各独立事件信息量之和，也就是说， 信息具有相加性，即 )()()()( 2121 xPIxPIxPxPI 第第1章章 绪论绪论 p满足上述3条件的关系式如下： 信息量的定义 )(log )( 1 logxP xP I aa 第第1章章 绪论绪论 p上式中对数的底： 若a = 2，信息量的单位称为比特(bit) ，可简记为b 若a = e，信息量的单位称为奈特(nat)， 若 a = 10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley) 。 p通常广泛使用的单位为比特，这时有 (b) 等概情况下信息量的计算 【例例】 设一个二进制离散信源

41、，以相等的概率发送数字“0” 或“1”，则信源每个输出的信息含量为 p在工程应用中，习惯把一个二进制码元称作1比特 )(log )( 1 logxP xP I aa 22 1 loglog( ) ( ) IP x P x )b(12log 2/1 1 log) 1 ()0( 22 II 第第1章章 绪论绪论 p若有M个等概率波形（P = 1/M），且每一个波形的出现 是独立的，则传送M进制波形之一的信息量为 p若M是2的整幂次，即 M = 2k，则有 当M = 4时，即4进制波形，I = 2比特， 当M = 8时，即8进制波形，I = 3比特。 )b(log /1 1 log 1 log 22

42、2 M MP I 2 log 2( ) k Ikb 第第1章章 绪论绪论 p对于非等概率情况 设：一个离散信源是由M个符号组成的集合，其中每个符 号xi (i = 1, 2, 3, , M)按一定的概率P(xi)独立出现，即 且有 则x1 , x2, x3, xM 所包含的信息量分别为 于是，每个符号所含平均信息量为 由于H(x)同热力学中的熵形式相似，故称它为信息源的熵 12 12 , , M M xxx P xP xP x 1 ()1 M i i P x 21222 log()log()log() M P xP xP x， ， 1212222 2 1 ( )( ) log( )() log

43、()() log() ( ) g( )(/(1.4 6) MM M ii i H xP xP xP xP xP xP x P x loP x 比特 符号） 第第1章章 绪论绪论 u【例例1】 一离散信源由“0”，“1”，“2”，“3”四个符 号组成，它们出现的概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8， 且每个符号的出现都是独立的。试求某消息 2010201302130 01203210100321010023102002010312032100120210的 信息量。 【解解】此消息中，“0”出现23次，“1”出现14次，“2” 出现13次，“3”出现7次，共有57个符号，故该消息的 信息量 每个符号的算术平均信息量为 )b(1088log74log134log143/8log23 2222 I 符号）比特 符号数 /(89. 1 57 108