通信原理第1章绪论

1、通通 信信 原原 理理第1章 绪论2课课 程程 介介 绍绍本课程主要介绍现代通信系统所涉及的基础理论、通信中常用的信号及噪声分析、通信系统的构成、原理及性能分析。 掌握数字通信的基本原理，对信息的表示、信道的通信能力、信源的编码、信道的编码以及同步原理有基本的了解。 对通信系统的有效性和可靠性的分析，并能根据一定的参数要求，设计相应的数字通信系统。 学学 习习 目目 的的 1.1 通信技术与通信系统的发展通信技术与通信系统的发展 1.2 通信系统的组成通信系统的组成 1.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式 1.4 信息及其度量信息及其度量 1.5 通信系统的主要技术指标通信系统的

2、主要技术指标 第第 1 1 章章 绪论绪论v 常用通信术语常用通信术语v 模拟信号与数字信号的区别模拟信号与数字信号的区别v 通信系统的组成和分类、通信方式通信系统的组成和分类、通信方式v 数字通信系统的主要特点数字通信系统的主要特点v 离散消息的信息量，平均信息量（信源熵）离散消息的信息量，平均信息量（信源熵）v 通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标学习目标学习目标第1章 绪论61.1 1.1 通信技术与通信系统的发通信技术与通信系统的发展展 v 通信: 信息（或消息）的传输和交换。（要求准确、迅速） 1、几个概念、几个概念v消息：信息的物理表现形式。如语言、文字、 数据或图像等。

3、v信息：消息的内涵，即信息是消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。第1章 绪论7消息消息信息信息1.1 1.1 通信技术与通信系统的发展通信技术与通信系统的发展第1章 绪论8v 电通信：是利用电（电流或电波，包括光）来传递信息。现代通信一般均是指“电通信”。 1.1 1.1 通信技术与通信系统的发通信技术与通信系统的发展展v信号：消息的电的表示形式。在电通信系统中，电信号是消息传递的物质载体。v 通信系统：是完成传递信息任务所需要的一切技术设备和传输媒介所构成的总体。第1章 绪论91.1 通信技术与通信系统的发展通信技术与通信系统的发展通信概念通信概念通信：通信：克服距离、时间和干扰等障碍，

4、迅速、准确克服距离、时间和干扰等障碍，迅速、准确地地传递传递和和交换交换信息。信息。古代通信古代通信：通过语言、声、光等直觉的方式传递信：通过语言、声、光等直觉的方式传递信 息。如：息。如： 人力、马力和烽火台等；人力、马力和烽火台等；近代通信近代通信：文字、印刷术的发明，邮政的出现；：文字、印刷术的发明，邮政的出现； 现代通信现代通信：电报、电话、广播与电视的发明：电报、电话、广播与电视的发明电电 信时代信时代 当代通信当代通信：计算机、互联网、手机：计算机、互联网、手机 信息时代信息时代； 未来通信未来通信： 第1章 绪论101.1 通信技术与通信系统的发展通信技术与通信系统的发展现代通信

5、与信息社会现代通信与信息社会语言语言文字文字图像图像人力人力马力马力电话、广播、电话、广播、信鸽、邮政信鸽、邮政电报电报Email、烽火台烽火台电视、电视、 视频会议视频会议信息社会信息社会信号弹信号弹现代通信现代通信第1章 绪论11语言文字 印刷术 计算机网络 云存储2、通信的发展、通信的发展不可存储；速度低；广泛性低。可存储；广泛性低。 表情动作可存储；速度低；广泛性高。 电报电话在任何时刻可以在网上获得有效信息。1.1 1.1 通信技术与通信系统的发通信技术与通信系统的发展展第1章 绪论12现代通信发展历史现代通信发展历史1838莫尔斯莫尔斯 有线电报有线电报1948晶体管晶体管 香农香

6、农IT 通信统计理论通信统计理论1864麦克斯韦电磁辐射方程麦克斯韦电磁辐射方程1950时分多路通信时分多路通信 应用于电话应用于电话1876贝尔贝尔 电话电话1956越洋电话铺设越洋电话铺设1896马克尼马克尼 无线电报无线电报1957第一颗人造卫星发射第一颗人造卫星发射1906真空管真空管1958第一颗通信卫星发射第一颗通信卫星发射1918调幅广播调幅广播 超外差接收机超外差接收机1960发明激光发明激光1925载波电话多路通信载波电话多路通信1961发明集成电路发明集成电路1936调频广播调频广播1962第一颗同步通信卫星第一颗同步通信卫星 PCM实用实用1937脉冲编码调制脉冲编码调制

7、1960彩电彩电 数字传输理论数字传输理论 高速计算机高速计算机1938电视广播电视广播1970LSI 商用卫星商用卫星 程控交换程控交换 光纤通讯光纤通讯1940二战刺激雷达和微波系统二战刺激雷达和微波系统1980SLSI 长波光纤通信长波光纤通信 ISDN 3G1.1 通信技术与通信系通信技术与通信系统的发展统的发展第1章 绪论13 塞缪尔塞缪尔莫尔斯（莫尔斯（Samuel Finley Breese Morse，1791-1872），作为一名画家是成功的。莫尔斯曾两度赴），作为一名画家是成功的。莫尔斯曾两度赴欧洲留学，在肖像画和历史绘画方面成了当时公认的一欧洲留学，在肖像画和历史绘画方面

8、成了当时公认的一流画家。流画家。1826年至年至1842年任美国画家协会主席。年任美国画家协会主席。 在在一一次次远洋远洋旅途中，莫尔斯结识了杰克逊。杰克逊是旅途中，莫尔斯结识了杰克逊。杰克逊是波士顿城的一位医生，也是一位电学博士。闲聊中，杰波士顿城的一位医生，也是一位电学博士。闲聊中，杰克逊把话题转到电磁感应现象上。克逊把话题转到电磁感应现象上。 从此，莫尔斯走上了科学发明的崎岖道路。为了维持生活，莫尔斯于从此，莫尔斯走上了科学发明的崎岖道路。为了维持生活，莫尔斯于1836年不得不重操旧业，担任纽约大学艺术及设计教授。课余时间，他仍年不得不重操旧业，担任纽约大学艺术及设计教授。课余时间，他仍

9、然继续从事电报发明工作。终于在然继续从事电报发明工作。终于在1837年年9月月4日，莫尔斯制造出了一台电日，莫尔斯制造出了一台电报机。报机。 1844年年5月月24日，在华盛顿国会大厦联邦最高法院会议厅里，进行电日，在华盛顿国会大厦联邦最高法院会议厅里，进行电报发收试验。年过半百的莫尔斯在预先约定的时间，兴奋地向巴尔的摩发报发收试验。年过半百的莫尔斯在预先约定的时间，兴奋地向巴尔的摩发出人类历史上的第一份电报。他的助手很快收到那份只有一句话的电报：出人类历史上的第一份电报。他的助手很快收到那份只有一句话的电报：“上帝创造了何等的奇迹上帝创造了何等的奇迹!”第1章 绪论141862年，年， 31

10、岁的麦克斯韦发表了岁的麦克斯韦发表了论物理力线论物理力线论论文，得到了电场变化产生磁场的结果文，得到了电场变化产生磁场的结果 ，由此预言了，由此预言了电磁波的存在，并证明了这种波的速度等于光速，电磁波的存在，并证明了这种波的速度等于光速，揭示了光的电磁本质。这篇文章包括了麦克斯韦研揭示了光的电磁本质。这篇文章包括了麦克斯韦研究电磁理论达到的主要结果。究电磁理论达到的主要结果。1864年他的论文年他的论文电电磁场的动力学理论磁场的动力学理论，从几个基本实验事实出发，从几个基本实验事实出发，运用场论的观点，以演绎法建立了系统的电磁理论。运用场论的观点，以演绎法建立了系统的电磁理论。1873年出版的

11、年出版的电学和磁学论电学和磁学论一书是集电磁学大一书是集电磁学大成的划时代著作，全面地总结了成的划时代著作，全面地总结了19世纪中叶以前对世纪中叶以前对电磁现象的研究成果，建立了完整的电磁理论体系。电磁现象的研究成果，建立了完整的电磁理论体系。 麦克斯韦的主要科学贡献在电磁学方面，同时在天体物理学、气体分麦克斯韦的主要科学贡献在电磁学方面，同时在天体物理学、气体分子运动论、热力学、统计物理学等方面，都作出了卓越的成绩。正如量子子运动论、热力学、统计物理学等方面，都作出了卓越的成绩。正如量子论的创立者普朗克（论的创立者普朗克（Max Plank l8581947）指出的：）指出的：“麦克斯韦的光

12、辉名麦克斯韦的光辉名字将永远镌刻在经典物理学家的门扉上，永放光芒。从生地来说，他属于字将永远镌刻在经典物理学家的门扉上，永放光芒。从生地来说，他属于爱丁堡；从个性来说，他属于剑桥大学；从功绩来说，他属于全世界爱丁堡；从个性来说，他属于剑桥大学；从功绩来说，他属于全世界”。第1章 绪论15 赫兹是一个短命的物理学家。他于赫兹是一个短命的物理学家。他于1894年逝世时，年仅年逝世时，年仅36岁。岁。 1886年年29岁发现电磁波，其后不到岁发现电磁波，其后不到6年，意年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现厂大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现厂无线电传播，并很快投人实际使用。其他无线电传播，并很快

13、投人实际使用。其他利用电磁波的技术：无线电报（利用电磁波的技术：无线电报（1894年）、年）、无线电广播（无线电广播（1906年）、无线电导航（年）、无线电导航（1911年）、无线电话（年）、无线电话（1916年）、短波通讯年）、短波通讯（1921年）、无线电传真（年）、无线电传真（1923年）、电视年）、电视（1929年）、微波通讯（年）、微波通讯（1933年）、雷达年）、雷达（1935年），以及遥控、遥感、卫星通讯、年），以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学射电天文学它们使整个世界面貌发生它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。了深刻的变化。 赫兹关于电磁波的实验，为无线电技术的发展开拓了新的

14、道路，构成赫兹关于电磁波的实验，为无线电技术的发展开拓了新的道路，构成了现代文明的骨架，后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。了现代文明的骨架，后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。第1章 绪论16 信息论的创始人香农信息论的创始人香农Shannon，1916年生于美年生于美国，大学时代在美国密执安大学和麻省理工学院学国，大学时代在美国密执安大学和麻省理工学院学习，修过布尔代数课，并曾在发明微分分析仪的数习，修过布尔代数课，并曾在发明微分分析仪的数学家布什的指导下使用微分分析仪，这使他对继电学家布什的指导下使用微分分析仪，这使他对继电器电路的分析产生兴趣。他认为这些电路的设计可器电路的分析产生

15、兴趣。他认为这些电路的设计可用符号逻辑来实现，并意识到分析继电器的有效数用符号逻辑来实现，并意识到分析继电器的有效数学工具正是布尔代数。学工具正是布尔代数。1938年，香农发表了著名的年，香农发表了著名的论文论文继电器和开关电路的符号分析继电器和开关电路的符号分析，首次用布，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算，可以通过继电器电路来实现。运算，可以通过继电器电路来实现。 后来，香农到贝尔实验室工作，他进一步证明了可以采用能实现布尔后来，香农到贝尔实验室工作，他进一步证明了可以采用能实现布尔代数运算的继电器或电子元件来制造计算机，香

16、农的理论还为计算机具有代数运算的继电器或电子元件来制造计算机，香农的理论还为计算机具有逻辑功能奠定了基础，从而使电子计算机既能用于数值计算，又具有各种逻辑功能奠定了基础，从而使电子计算机既能用于数值计算，又具有各种非数值应用功能，使得以后的计算机在几乎任何领域中都得到了广泛的应非数值应用功能，使得以后的计算机在几乎任何领域中都得到了广泛的应用。无失真变长信源编码定理用。无失真变长信源编码定理(香农第一定理香农第一定理) 有噪信道编码定理有噪信道编码定理(香农第香农第二定理二定理) 保真准则下信源编码定理保真准则下信源编码定理(香农第三定理香农第三定理) . 第1章 绪论17 1.2.1 通信系

17、统的一般模型通信系统的一般模型1.2 1.2 通信系统的基本模型通信系统的基本模型图图 1 1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型信息源发送设备信息接收设备受信者噪声源发送端接收端信道第1章 绪论18v 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(基带信号)。q 电话机、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。q 前者属于模拟信源，输出的是模拟信号；q 后者是数字信源，输出离散的数字信号。 1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型第1章 绪论19v 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(如已调信号）。

18、 1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型v 信道是指传输信号的物理媒质。在无线信道中，信道可以是大气（自由空间），在有线信道中，信道可以是明线、电缆、光纤。电梯用综合电缆75射频同轴电缆室外非金属光缆布线金属光缆第1章 绪论21v 噪声源是通信系统中各种设备以及信道中噪声与干扰的集中表现。 1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型v 接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，它的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。第1章 绪论22v 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。 1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型图

19、1 - 1 概括地描述了一个通信系统的组成，它反映了通信系统的共性，因此称之为通信系统的一般模型。 第1章 绪论23v 连续消息：是指消息的状态连续变化或是不可数的，如语音、图像等。v 离散消息：是指消息的状态是可数的或离散的，如符号、数据、文字等。 1、 连续消息和离散消息连续消息和离散消息1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第1章 绪论24 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.2、 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第1章 绪论25 （1）模拟信

20、号 取值是连续的或取无穷多个值的信号。v 如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等。v 连续是指信号的某一参量可以连续变化或取无穷多个值，而不一定在时间上也连续，如图 1 - 2(b)所示的脉冲振幅调制抽样信号脉冲振幅调制信号。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第1章 绪论26Of (t)t(a)f (nT )tPA M信号(b)O图图 1 2 模拟信号波形模拟信号波形 (a) 连续信号；连续信号； (b) 抽样信号抽样信号1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第1章 绪论27v 只能取有限个值的

21、信号。如电报信号、计算机输入/输出信号等。v 幅度离散、时间离散。即函数形式表现为自变量和函数值都离散取值的函数。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型（2）数字信号第1章 绪论28按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。 1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第1章 绪论29模拟通信系统是传输模拟信号的通信系统。 信源发出的原始电信号是基带信号，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3003400Hz， 图像信号为06MHz。模拟信号具有频率很低

22、的频谱分量，一般不宜直接传输，需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的频带信号，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调制器和解调器。3、 模拟通信系统模型模拟通信系统模型1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第1章 绪论30已调信号有三个基本特征：已调信号有三个基本特征：v 携带有信息携带有信息v 适合在信道中传输适合在信道中传输v 信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，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带信号。因而已调信号又称频带信号。 1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模

23、型与数字通信系统模型第1章 绪论31模拟通信系统模型可由图 1 - 1 略加演变而成， 如图 1 - 3 所示。图中的调制器和解调器就代表图 1 - 1 中的发送设备和接收设备。 信息源调制器信道解调器受信者噪声源图图 1-3 模拟通信系统模型模拟通信系统模型1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第1章 绪论324、 数字通信系统模型数字通信系统模型 信息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信源译码器受信者噪声源图图 1 4 数字通信系统模型数字通信系统模型数字通信系统是传输数字信号的通信系统， 如图 1 -4 所示。1.2.2 模

24、拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第1章 绪论33 数字通信涉及的技术问题很多，其中主要有信源编码/译码、信道编码/译码、数字调制/解调、数字复接、 同步以及加密等。 1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第1章 绪论34 信源编码的作用：v 一是将模拟信号转换成数字信号，即模/数转换。以后将讨论模拟信号数字化传输的两种方式：脉冲编码调制(PCM)和增量调制(M)。v 二是设法减少码元数目和减少冗余信息，即数据压缩。 1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型（1）信源编码与译码）信

25、源编码与译码第1章 绪论35信源译码是信源编码的逆过程。 码元：数字通信中传输的一个接一个按节拍传送的数字信号单元。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第1章 绪论36 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（监督元），组成所谓“抗干扰编码”。 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。 1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型（2） 信道编码与译码

26、信道编码与译码第1章 绪论37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，这种处理过程叫加密。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。 1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型（3） 加密与解密加密与解密第1章 绪论38数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。S(t) Acos(t+)S(t)Acos(t+)信源信源 载波信号载波信号 已调信号已调信号1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模

27、型（4） 数字调制与解调数字调制与解调第1章 绪论39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条件。同步是使收、发两端的信号在时间上保持步调一致。按照同步的功用不同，可分为载波同步、位同步、群同步和网同步。 1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型（5） 同步同步第1章 绪论40图 1 - 5 是数字通信系统的一般化模型， 实际的数字通信系统不一定包括图 1 - 1中的所有环节。 如在某些有线信道中，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，称之为数字信号的基带传输，其模型中就不包括调制与解调环节。1.2.

28、2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第1章 绪论41模拟信号经过数字编码后可以在数字通信系统中传输，数字信号也可以在模拟通信系统中传输，可见，模拟通信与数字通信的区别仅在于信道中传输的信号种类。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第1章 绪论42v 抗干扰能力强，可消除噪声积累；v 差错可控，可以采用信道编码技术使误码率降低， 提高传输的可靠性； v 易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网；v 易于集成化，从而使通信设备微型化； v 易于加密处理，且保密强度高。 5、

29、 数字通信的主要优点数字通信的主要优点1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第1章 绪论436、 数字通信的主要不足数字通信的主要不足v 占用带宽大；模拟电话4KHz,数字电话20-64KHzv 需要同步。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第1章 绪论441.3 1.3 通信系统的分类与通信方式的划分通信系统的分类与通信方式的划分1 、按消息的物理特征分类、按消息的物理特征分类 根据消息的物理特征的不同，通信系统可以分为电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统等。第1章 绪论45 根据是否采用

30、调制，可将通信系统分为基带传输和频带（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。频带传输是对各种信号调制后传输的总称。调制方式很多，表 1 - 1 列出了一些常见的调制方式。 1.3 1.3 通信系统的分类与通信方式的划分通信系统的分类与通信方式的划分 2、 按调制方式分类按调制方式分类表表 1- 11- 1常见的调制方式（略）常见的调制方式（略） 调调 制制 方方 式式 用途用途 连续连续波调波调制制线性调制线性调制常规双边带调幅常规双边带调幅广播广播 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅 立体声广播立体声广播 单边带调幅单边带调幅SSB 载波通信、无线电台、数传载波通

31、信、无线电台、数传 残留边带调幅残留边带调幅VSB 电视广播、电视广播、 数传、数传、 传真传真 非线性调制非线性调制频率调制频率调制FM 微波中继、卫星通信、广播微波中继、卫星通信、广播 相位调制相位调制PM 中间调制方式中间调制方式 数字调制数字调制幅度键控幅度键控ASK 数据传输数据传输 相位键控相位键控数据传输数据传输 调调 制制 方方 式式 用途用途 脉冲脉冲调制调制数字调制数字调制相位键控相位键控PSK、 DPSK、 QPSK等等 数据传输、数据传输、 数字微波、数字微波、 空空间通信间通信 其他高效数字调制其他高效数字调制QAM、 MSK等等 数字微波、数字微波、 空间通信空间通

32、信 脉冲模拟调脉冲模拟调制制脉幅调制脉幅调制PAM 中间调制方式、中间调制方式、 遥测遥测 脉宽调制脉宽调制PDM(PWM) 中间调制方式中间调制方式 脉位调制脉位调制PPM 遥测、遥测、 光纤传输光纤传输 脉冲数字调脉冲数字调制制脉码调制脉码调制PCM 市话、市话、 卫星、卫星、 空间通信空间通信 增量调制增量调制DM 军用、军用、 民用电话民用电话 差分脉码调制差分脉码调制DPCM 电视电话、电视电话、 图像编码图像编码 其他语言编码方式其他语言编码方式ADPCM、 APC、 LPC 中低速数字电话中低速数字电话 续表（续表（1）第1章 绪论48按照信道中所传输的是模拟信号还是数字相应地把

33、通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。1.3 1.3 通信系统的分类与通信方式的划分通信系统的分类与通信方式的划分3、 按信号特征分类按信号特征分类第1章 绪论49可分为有线通信系统和无线通信系统两大类。v 有线通信是用导线（如架空明线、同轴电缆、 光导纤维、波导等）作为传输媒质完成通信的，如市内电话、有线电视、海底电缆通信等。v 无线通信是依靠电磁波在空间传播达到传递消息的目的的，如短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继等。 4、 按传输媒质分类按传输媒质分类1.3 1.3 通信系统的分类与通信方式的划分通信系统的分类与通信方式的划分第1章 绪论50v 按通信设备的工作频率不同可分为长波通

34、信、中波通信、短波通信、微波通信、远红外线通信等。表 1-2 列出了通信使用的频段、常用的传输媒质及主要用途。v 工作波长和频率的换算公式为； =为工作波长， f为工作频率， c为光速)()/(1038Hzfsmfc5、按工作波段分类、按工作波段分类1.3 1.3 通信系统的分类与通信方式的划通信系统的分类与通信方式的划分分第1章 绪论51 常见传输多路信号有两种复用方式，即频分复用、时分复用。频分复用是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围。时分复用是用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间。1.3 1.3 通信系统的分类与通信方式的划分通信系统的分类与通信方式的划分6、 按信号复

35、用方式分类按信号复用方式分类第1章 绪论52单工：发送方只能发送，接收方只能接收。全双工：发方有接收功能，同时发方也能发。半双工：发方、收方都有收发功能，但不能同时进行。1.3 1.3 通信系统的分类与通信方式的划分通信系统的分类与通信方式的划分7、 通信方式通信方式第1章 绪论53工作站 A工作站 B工作站 A工作站 B工作站 A工作站 B（a）单工通信（b）双工通信（c）半双工通信图图1-4 单工、双工和半双工通信单工、双工和半双工通信正向信道反向信道通信方式（单工、双工和半双工通信）通信方式（单工、双工和半双工通信）第1章 绪论541.4 1.4 信息及其度量信息及其度量 信号是消息的载

36、体，而信息是其内涵。任何信源产生的输出都是随机的，信息含量就是对消息中这种不确定性的度量，是用统计方法来定性的。 消息出现的概率越小，消息中包含的信息量就越大。 第1章 绪论55（1） 信息量是概率的函数， 即 I=fP(x)（2） P(x)越小， I越大； 反之， I越小， 且 P(x)1时， I0 P(x)0时， I假设P(x)是一个消息发生的概率（3）若干个互相独立事件构成的消息，所含信息具有相加性: IP(x1)P(x2)=IP(x1)+IP(x2)+1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第1章 绪论56信息量I与消息出现的概率P(x)之间的关系应为： 1、信息量的计算、信息量的计算

37、信息量的单位与对数底数a有关。 a=2时， 信息量的单位为比特(bit)；a=e时， 信息量的单位为奈特(nit)； a=10时， 信息量的单位为哈特莱（Hartly）。目前广泛使用的单位为比特。1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量1loglog( )( )aaIP xP x 第1章 绪论57可见，传送等概率的二进制波形之一（P=1/2）的信息量为1比特。2211I(0)I(1)loglog1(bit)p1/2 例 1 1 设二进制离散信源，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多少？1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第1章 绪论58P：每一个波形出现的概率M：传送的

38、波形数。对于离散信源，M个波形等概率（P=1/M）发送，且每一个波形的出现是独立的，即信源是无记忆的，则传送M进制波形之一的信息量为：22211Ilogloglog M(bit)p1/M 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第1章 绪论59例1-1中，如果传送等概率的四进制波形之一（P=1/4）的信息量为2比特，这时每一个四进制波形需要用2个二进制脉冲表示；传送等概率的八进制波形之一（P=1/8）的信息量为3比特，这时至少需要3个二进制脉冲。1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第1章 绪论60设离散信源是一个由n个符号组成的符号集，其中每个符号xi(i=1， 2， 3， ， n)出现的

39、概率为P(xi)， 且有nii 1P()1x 2、非等概情况的信息量的计算、非等概情况的信息量的计算则x1, x2, ， xn 所包含的信息量分别为-log2 P(x1)， -log2 P(x2)， ，-log2 P(xn)。1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第1章 绪论61该消息的信息量为：该消息的信息量为：nnIn In logP(x )i ii2ii1i1ni 其其中中为为事事件件发发生生次次数数1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量例 1 2 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

40、某消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。 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，故该消息的信息量为：)(1088log74log134log1438log232222bitInnIn In logP(x )i ii2ii1i1 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第1章 绪论633、平均信息量、平均信息量(信息源的熵信息源的熵)每个符号所含信息量的统计平均值，即平均信息量H为：12n12n12n1222n2ni2ii 1H(x)P(x ) (x )P(x

41、) (x ).P(x ) (x )P(x ) log P(x )P(x ) log P(x ).P(x ) log P(x )P(x )log P(x )(bit/ 符符号号）1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第1章 绪论64由于由于H同热力学中的熵形式一样，同热力学中的熵形式一样， 故通常又称它为信息源的熵。故通常又称它为信息源的熵。 当信源中每个符号等概独立出现时，式1.4-5即成为式(1.4 - 3)， 此时信源的熵有最大值。 n2iii 12i2H(x)log P(x )P(x )log P(x )log M(bit/ 符符号号）1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第1章 绪

42、论65 每个符号的算术平均信息量为：符号位）符号位/(89. 157108bitII若用熵的概念来计算， 由式（1.4 - 5）得： 81log8141log4141log4183log832222H符号位）/(906.1bit4、算术平均信息量、算术平均信息量1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第1章 绪论66可见，两种算法的结果有一定误差，但当消息很长时， 用熵的概念来计算比较方便。 而且随着消息序列长度的增加， 两种计算误差将趋于零。 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第1章 绪论67一离散信源由一离散信源由A A，B B，C C，D D四个符号组四个符号组成，它们出现的概率分

43、别为成，它们出现的概率分别为1/21/2， 1/41/4， 1/81/8， 1/81/8，且每个符号的出现都是独，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息立的。试求某消息AAAAABBACCDDBAAAAABBACCDDB的的信息量及熵。信息量及熵。 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第1章 绪论68解：此消息中，A出现6次，B出现3次，C出现2次，D出现2次，共有13个符号，故该消息的信息量及熵分别为：ni2i2222i 11111In log p6log3log2log2log24(bit)2488 222211111111H ( xlo glo glo glo g2244888812

44、331 .7 5 ( b it /2488 ）符 号 位 ）1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第1章 绪论691.5 1.5 通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标通信的任务是快速、准确地传递信息。评价一个通信系统优劣的主要性能指标是系统的有效性和可靠性。有效性是指在给定时间内所传输的信息内容的多少，或者说是传输的“速度”问题；可靠性是指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。第1章 绪论701、模拟通信系统、模拟通信系统有效性指标：用单位时间传送的信息量来衡量，传送信息量越大，有效性越好；可靠性指标：用接收端最终输出信噪比来度量，信噪比越大，可靠性越好。1.5 1.5 通信

45、系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标第1章 绪论71（1）信道容量信道容量2log (1)SCBNB:带宽S/N:信噪比1.5 1.5 通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标第1章 绪论72 接接收收端端输输出出的的信信号号功功率率信信噪噪比比噪噪声声平平均均功功率率（2）信噪比信噪比1.5 1.5 通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标第1章 绪论73数字通信系统的有效性用传输速率来衡量；可靠性用差错率来衡量。 2、 数字通信系统指标数字通信系统指标1.5 1.5 通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标第1章 绪论74（1）传码率）传码率RB1.5 1.5 通信系统的主

46、要技术指标通信系统的主要技术指标码元传输速率RB简称传码率，又称符号速率。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（Baud），记为B。 例如，若1秒内传2400个码元，则传码率为2400B。第1章 绪论75在数字通信中常用时间间隔相同的符号来表示一位二进制数字，这个间隔被称为码元长度BBBB11TR1.51RT 或或（）数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与传输的码元长度TB有关(2) 码元长度码元长度TB1.5 1.5 通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标第1章 绪论76信息传输速率Rb简称传信率，又称比特率等。它表示单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是

47、比特/秒，可记为bit/s ，或 b/s ，或bps。（3）传信率）传信率Rb1.5 1.5 通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标Rb=RBH(b/s) (1.5 - 3)H：信源中每个符号所含的平均信息量（熵）第1章 绪论77例如：码元速率为1200B，采用八进制（N=8）时，信息速率为3600b/s；采用二进制（N=2）时，信息速率为1200b/s。或或 Rb=RB log2 N (b/s) （等概率情况下）（等概率情况下） (1.5 -4)N：每个码元可能采用的符号数：每个码元可能采用的符号数二进制的码元速率和信息速率在数量上相等，有时简称它们为数码率。1.5 1.5 通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标第1章 绪论78在保证信息速率不变的情况下，M进制的码元速率RBM与二进制的码元速率RB2之间有以下转换关系：若有信号x1x2.x256（共N种信号）用2进制描述需8位用4进制描述需4位用8进制描述需3位用M进制描述，需logMN位RB2=RBMlog2 M (B)(1.5-2)1.5 1.5 通信系统的主要技术指标通信系统的主要技术指标例题例题 某信息源的符号集由某信息源的符号集由A，B，C，D和和E组组成，设每一个符号独立出现，其出现概率分别为成，设每一个符号独立出现，其出现概率分别为1