通信原理 第1章 (第七版)

1、 第1章 绪 论 通信的基本概念1.1 击鼓鸣金电报烽火电话电视因特网数字化智能化高速化宽带化移动化个人化。综合化 1.1.1 通信的发展1837年莫尔斯1876年贝尔1936年声音音频信号将音频信号放大、调制，产生 AM信号，并耦合到发射天线接收天线将电磁波转换为 AM信号（含有噪声）将AM信号解调还原为音频信号，再经音频功放后，驱动扬声器，还原为声音。发射天线将AM信号感应成可以辐射到大气中的电磁波 （无线电波） 1.1.2 消息 信息 信号：消息中蕴含的有效内容。消息中蕴含的有效内容。 ：通信系统传输：通信系统传输的对象。形式多种的对象。形式多种: : ：消息消息的电表示的电表示形式形式

2、/ /传输载体。传输载体。模拟信号：模拟信号： 数字信号：数字信号： 信号参量取值连续信号参量取值连续 信号参量取值离散信号参量取值离散 语音、温度、图像语音、温度、图像 数据、文字、符号数据、文字、符号连续消息：连续消息： 离散消息：离散消息： 信号信号消息消息信息信息信号消息信息传输载体 模拟信号 数字信号 表现形式 内涵 n 三者关系 模拟信号 和 数字信号:话筒（声音传感器）把声音转变成音频信号；话筒（声音传感器）把声音转变成音频信号；数字终端把符号转变成数字信号；数字终端把符号转变成数字信号；摄像机把图像转变成视频信号；摄像机把图像转变成视频信号；热敏电阻（温度传感器）把温度转变成电

3、信号。热敏电阻（温度传感器）把温度转变成电信号。 消息 电信号的转换:基于以上对 消息 、信息 和 信号 的理解：通信通信系统 通信系统模型1.2 1.2.1 通信系统一般模型消息消息 电信号电信号如如 电话机的电话机的话话筒筒把声音把声音音频信号音频信号电信号电信号 消息消息如如电话机的电话机的听听筒筒把音频信号把音频信号声音声音原始电信号原始电信号适合在信道中传输适合在信道中传输的信号。的信号。如如 编码、调制编码、调制其功能与发送设备相反。其功能与发送设备相反。 如如 译码、解调译码、解调destination source transmitter receiver channel no

4、ise 能传输信号的能传输信号的 各种物理媒介各种物理媒介l 模拟消息 原始电信号（基带）l 基带信号 已 调 信号（带通） 1.2.2 模拟通信系统模型n ：n信源编码：l模模/ /数转换数转换 l提高有效性提高有效性n信道编码：l增强抗干扰能力增强抗干扰能力 1.2.3 数字通信系统模型l抗干扰能力强，且噪声不积累；抗干扰能力强，且噪声不积累；l传输差错可控；传输差错可控；l便于处理、变换、存储；便于处理、变换、存储；l便于将来自不同信源的信号综合传输；便于将来自不同信源的信号综合传输；l易于集成；易于加密。易于集成；易于加密。l可能需要较大的传输带宽；可能需要较大的传输带宽；l对同步要求

5、高。对同步要求高。优点优点缺点缺点 1.2.4 数字通信的特点 通信系统分类 与 通信方式1.3 详见表详见表3-13-1n按复用方式划分：频分、时分、码分复用。n同一个通信系统可以分属于不同分类。 AM广播系统中短波通信、模拟通信、 带通传输系统（调制系统）。 1.3.1 通信系统分类 l单工单工通信：通信： （单向）（单向）l半双工半双工通信：通信： （双向、不同时）（双向、不同时）l全双工全双工通信：通信： （双向、同时）（双向、同时） ： 1.3.2 通信方式在并行信道上在并行信道上同时同时传输传输 n 个比特信息。个比特信息。l并行传输：0 1 1 0 0 1 0 0 1 10101

6、0l串行传输：数字码元序列按时间顺序数字码元序列按时间顺序一个接一个一个接一个地在地在一条一条信道中传输。信道中传输。 优点：优点：只需一条通信信道，节省线路铺设费用；缺点缺点：速度慢，需要外加码组或字符同步措施；应用：应用：设备之间的远距离通信： 计算机和计算机之间串口数据传输。 信息及其度量1.4 l信息是消息的内涵；信息是消息的内涵；l通信的目的在于传输消息中所包含的信息；通信的目的在于传输消息中所包含的信息；l消息中消息中不确定的内容不确定的内容才构成信息；才构成信息；l信息量就是对这种不确定性的定量描述。信息量就是对这种不确定性的定量描述。n信息具有以下特性：l在当今信息社会中，信息

7、是最宝贵的资源之一。在当今信息社会中，信息是最宝贵的资源之一。时效压缩存储传输相对共享存在度量扩充：l度量方法与消息的度量方法与消息的种类种类无关。无关。l与消息的与消息的重要程度重要程度无关。无关。：l“美国世贸大楼被炸（美国世贸大楼被炸（9.119.11事件）事件）”（时效性） l“明天下雨明天下雨”可见：可见：消息中所含信息量和不可预测性或不确定性有关。消息中所含信息量和不可预测性或不确定性有关。消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。如何度量如何度量消息中所含的消息中所含的信息量信息量 ? ?根据概率论知识：事件的不确定性根据概率论知识：

8、事件的不确定性 可用事件出现的可用事件出现的概率概率来描述。来描述。：l度量方法与消息的度量方法与消息的种类种类无关。无关。l与消息的与消息的重要程度重要程度无关。无关。：l“美国世贸大楼被炸（美国世贸大楼被炸（9.119.11事件）事件）”（时效性） l“明天下雨明天下雨”可见：可见：消息中所含信息量和不可预测性或不确定性有关。消息中所含信息量和不可预测性或不确定性有关。消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。如何度量如何度量消息中所含的消息中所含的信息量信息量 ? ?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。I P I = f

9、 P(x) P 1，I0P 0，IP(x) I(y)相加性相加性a= 2，比特比特(bit) ，简记为，简记为ba= e，奈特，奈特(nat) a=10，哈特莱，哈特莱(Hartley)1 nat=1.44 b 1. 离散消息 x 的信息量 概率相同，每个符号蕴含的信息量也相同；概率相同，每个符号蕴含的信息量也相同； 二二进制的每个码元含进制的每个码元含 1 （b) ) 四四进制的每个码元含进制的每个码元含 2 （b) ) 推广：推广：M进制的每个码元含进制的每个码元含 log2M （b) ) 【1-1】二进制信源二进制信源（0 0，1 1） 【1-2】四进制信源四进制信源（0 0，1 1，2

10、, 32, 3）解解：试求：等概独立发送符号时，每个符号的信息量试求：等概独立发送符号时，每个符号的信息量 。例例例例 信源中每个符号所含信息量的统计平均值。信源中每个符号所含信息量的统计平均值。 设设 则则 统计独立的统计独立的M个符号的离散信源的平均信息量为个符号的离散信源的平均信息量为 H与热力学中的熵形式一样，故称为与热力学中的熵形式一样，故称为信源的熵信源的熵。211( )log(b/( )MiiiHp xp x符号） 2. 离散消息的平均信息量 比较例比较例【1-31-3】与与【1-21-2】可知：可知： 等概时，熵最大等概时，熵最大:211( )log( )MiiiHp xp x

11、0123(0)(1)(2)(3)(1.90b6/HPIPIPIPI符号）21log( )iiIP x例例解利用信息相加性概念来计算：利用信息相加性概念来计算：利用利用熵熵的概念来计算：的概念来计算：01232314137108bIIIII总（ ）5757 1 906108.64 (b)IH 总1.906 (b/H 符号）例例解： 归纳：归纳：通信系统性能指标1.5 可靠性可靠性有效性有效性性能性能指标指标模模 拟拟 通通 信信数数 字字 通通 信信l 传输带宽传输带宽l 输出信噪比输出信噪比l 频带利用率频带利用率 l 差错概率差错概率 矛盾、关联、互换1BsRT 例如：例如：1 1秒内传输秒内传输10001000个码元，则个码元，则 RB =1000 BaudBaud 1.5.1 数字通信系统的有效性指标 Rb与与 RB的关系的关系 H为纽带（3）频带利用率）频带利用率把把 B 与与 传输速率传输速率 联系起来联系起来r定义为单位带宽内的传输速率，定义为单位带宽内的传输速率，即 Q&A A系统：系统：2 000 b/s，占用，占用 2 000 Hz的带宽；的带宽； B系统：系统：1 500 b/s，占用，占用 1 000 Hz的带宽。的带宽。（1）误