通信原理绪论

绪论基本概念通信系统的组成通信系统的分类及通信方式信息及其度量评价通信系统性能的指标通信的发展历史通信起源于19世纪30年代1837年，莫尔斯电磁式电报机出现1866年，利用大西洋海底电缆实现了越洋电报通信1876年，贝尔发明了电话机，开始了有线电报、电话通信19世纪末，出现了无线电报；20世纪，电子管、晶体管、集成电路出现，使通信迅速发展20世纪80年代以来，微波通信、卫星通信、光纤通信、移动通信和计算机通信等各种现代通信系统的竞相发展。通信的展望未来的通信技术正在向数字化、智能化、综合化、宽带化、个人化方向迅速发展通信的最终目标：即无论何时、何地都能实现与任何人、任何物体进行任何形式的信息交换。基本概念通信消息信息信号模拟通信系统数字通信系统基本概念通信---信息的传输和交换消息---信息的物理表现形式离散消息---消息状态是可数的和有限的如文字、数据等连续消息---消息状态是连续变化的如语音、活动图象等基本概念信息---消息的内涵，即消息中所包含的受信者原来不知而待知的内容。通信的根本目的在于传输含有信息的消息信号---与消息相对应的电量或光量。消息的传递是通过它的物质载体—信号来实现的基本概念数字信号---信号的参量只能取有限的个值，并且常常不直接与离散消息相对应。如电报信号、计算机数据信号、PCM信号等模拟信号---信号的参量连续取值或有无穷多个值，且直接与连续消息相对应。如电话机送出的语音信号、电视摄象机输出的模拟图象信号通信系统的分类分类方法通信网的结构通信方式通信系统模型通信系统的分类按信号特征分类：模拟通信系统；数字通信系统。按调制方式分类：基带传输；调制传输。按工作波段分类：长波、中波、短波、光波等。按信号复用方式：频分复用、时分复用、码分复用、波分复用。按传输媒介分类：有线通信、无线通信。按通信业务分类：固定电话通信、移动通信、数据通信、多媒体通信等。通信方式单工通信：消息只能单方向传输的工作方式。如广播、遥测、遥感、无线寻呼等等半双工通信：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。全双工通信：通信双方都能同时收发消息的工作方式。通信系统模型信源调制器解调器信宿噪声源信道模拟通信系统定义：利用模拟信号来传递信息的系统信源：其作用是把消息转换为原始电信号—基带信号。调制器：作用是将基带信号变换成适合在信道中传输的信号。信道：信号传输的通道。分为有线和无线两大类。解调调器器：：作作用用是是将将调调制制信信号号反反变变换换为为原原始始电电信信号号。。信宿宿：：信信息息传传输输的的归归宿宿点点。。其其作作用用是是将将原原始始电电信信号号转转换换成成相相应应的的消消息息。。噪声声源源：：是是通通信信系系统统中中各各种种设设备备以以及及信信道道中中噪噪声声与与干干扰扰的的集集中中表表示示。。模拟通信系统统中的两个重重要变换：连续消息----基带信信号；基带信信号----已调信号（（频带信号））信源调制器解调器信宿噪声源信道数字通信系统统模型信源信源编码器信道编码器数字调制器数字解调器信道译码器信源译码器信宿信道噪声源加密解密加密/解密：：实现信息的的安全传输。。信源编/译码码器：数据压缩/解压，提高高通信效率。。信道编/译码码器：提高系统的的抗干扰能力力。*抗干扰能力强强，无噪声积积累数字通信特点点发端放大收端模拟噪声发端再生中继收端数字噪声数字通信的特特点抗干扰能力强强，可消除噪噪声积累；差错可控；便于与各种数数字终端接口口连接；方便对信号进进行处理和变变换，保密性性强；便于集成化。。数字通信的特特点缺点：*占用频带宽模拟：一路模模拟电话所占占频带仅为４４KHz。数字：一路数数字电话频带带一般为64KHz。随着光纤、数数字微波等宽宽带信道的使使用以及数字字频带压缩技技术的发展，，该缺点的影影响已减小。。需要同步信息及其度量量信息---消息的的内涵信息量---消息所所含信息多少少的度量信息量的大小小与消息发生生的概率密切切相关，概率率越小，信息息量越大。反反之，越小。。信息及其度量量信息量的数学学表示：信息量的单位位a=2时，单单位为比特bita=e时，单位为奈奈特nita=10时，，单位为哈特特莱Hartly信息及其度量量离散消息的信信息量如M个离散消消息的每个消消息是等概率出现的，则一一个消息的信信息量为：例：四进制离离散信源（0，1，2，，3），独立立等概率发送送，传送每一一波形的信息息量为:(M=2k进制的每一波波形包含的信信息量是二进进制每一波形形包含信息量量的k倍)信息及其度量量平均信息量（（信源熵）非等概率情况况下的离散信信源的概率分分布为：且有：则每个X所含含信息量的统统计平均值---信源熵熵为：信息及其度量量当信源中每个个符号等概率率独立出现时时，信源的熵熵有最大值：：若干个事件组组合构成的消消息，所含信信息量可表示示为：mi为同一个事件件在消息中出出现的次数举例（1））已知知英文文字母母e和和v出出现的的概率率分别别为0.105和0.008，e和和v的的信息息量各各为多多少。。Ie=-log2P（e）=-log20.105=3.25（（bit））Iv=-log2P（v）=-log20.008=6.96（（bit））（2））信源源符号号集由由A、、B、、C、、D、、E、、F组组成，，设每每个符符号独独立出出现，，其概概率分分别为为1/4、、1/4、、1/16、1/8、1/16、、1/4，，求该该信源源输出出符号号的平平均信信息量量（信信源的的熵））。H（x）=-P（（xi）log2P（xi）=-3×（1/4））×log2¼-（（1/8）×log21/8-2×（1/16）×log21/16=2.375（（bit/符号号）通信系系统的的性能能指标标如何评评价通通信系系统的的优劣劣有效性性、可可靠性性、适适应性性、标准性性、经经济性性等等等对于传传输系系统来来说，，主要要的性性能指指标是是：有效性性---信信号传传输的的速率率可靠性性---信信号传传输的的正确确性通信系系统的的性能能指标标模拟通通信系系统的的评价价有效性性---有有效传传输频频带可靠性性---均均方误误差或或信噪噪比数字通通信系系统的的评价价有效性性---传传输速速率和和频带带利用用率可靠性---误误码率、、误信率率通信系统统的性能能指标传输速率率码元传输输速率（（传码率率）RB---单单位时间间内传输输码元的的数目，，单位为为波特（（B）。。码元速率率(没有规规定采用用的进制制)与进制数数无关，，仅与传传输的码码元长度度TS有关：RB=1/TS（B）信息速率率不变条条件下，，M进制制的码元元速率RBM与二进制制的码元元速率RB2之间的关关系：通信系统统的性能能指标传输速率率比特率Rb（亦称信信息传输输速率））---单单位时间间内传递递的平均均信息量量或比特特数，单单位是比比特/秒秒（bit/s、bps）。。比特率与与码元速速率的关关系为Rb=RBH（（b/s）等概率条条件下，，熵取最最大值，，比特率率有最大大值（式式中M为为进制数数）：通信系统统的性能能指标频带利用用率单位频带带内的码码元传输输速率或或单位频频带内的的比特率率。式中中B为传传输带宽宽：通信系统统的性能能指标误码率---码码元在传传输系统统中被传传错的概概率。Pe=错错误接收收的码元元数/传传输的总总码元数数误信率---接接收到的的发生差差错的比比特数在在传输总总比特数数中所占占的比例例。Pb=错误比比特数/传输总总比特数数二进制表表示时有有：Pe=Pb举例（1）由由字母A、B、、C、D组成的的消息，，对于传传输的每每一个字字母用二二进制脉脉冲编码码，00代替A，01代替B，10代替C，11代替D，每个个脉冲宽宽度为5ms。。（a））不同的的字母是是等可能能出现时时，计算算传输的的平均信信息速率率；（b）若ABCD出现的的概率分分别为1/5、、1/4、1/4、3/10，计算算传输的的平均信信息速率率。（a）一一个字母母对应两两个二进进制脉冲冲，属于于四进制制符号，，故一个个字母的的持续时时间为2×5ms。传传送字母母的符号号速率为为：RB=1/TS=1/（（2×5××10-3）=100（（B）等概率时时的平均均信息速速率为：：（b）平平均信息息量为：：H（（x）=-P（xi）log2P（xi）=-（1/5））×log21/5-2××（1/4））×log21/4-（3/10）××log23/10=1.958（bit/符符号）则平均信信息速率率为：Rb=RBH=100×1.985=198.5（b/s））可见，等等概率时时才能获获得最大大信息速速率举例（2）设设一数字字传输系系统传送送二进制制码元的的速率为为2400B，，求该系系统的信信息速率率；若该该系统改改为传送送十六进进制信号号码元，，码元速速率不变变，则这这时的系系统信息息速率为为多少，，设各码码元