1-通信原理绪论解析

通信系统原理北京交通高校电子信息工程学院通信工程教研室郭宇春郑宏云12022/12/272课程描述（1）通信工程专业本科生的重要的专业基础课程和必修课程深化、系统地阐述了通信系统的基本原理，包括模拟通信和数字通信，其中以数字通信为主目的使学生系统地驾驭通信系统的基本原理及其性能的基本分析方法了解当前通信状况及发展方向为学生学习后续专业课程供应必要的基础学问和理论依据为形成良好的专业素养打好基础2022/12/273课程描述（2）课程特点和学习建议理论性较强系统概念,物理思想,系统分析方法（基于“信号分析”和“随机过程”）学问点多纵向：模块——各章内学问点独立横向：关联——各章模块间的联系承上启下的专业基础课，有确定的学问面且和计算机紧密联系在一起。须要进行确定的试验和参观实践，以了解通信技术和通信系统适当多做习题，加深对基本概念的理解留意课堂听讲、细致笔记、课后刚好消化、独立完成作业、扩展学问面、培育专业爱好2022/12/274课程描述（3）先修课程：信号与系统,概率论教学内容及形式：1-9章课堂教学、课后习题、理论研讨、仿真分析探讨、指导自学（自学内容并非不重要内容，而是熬炼自学实力的内容）2022/12/275课程描述（4）教材《通信系统原理（第2版）》，冯玉珉，清华、北方交通高校出版社，2011年参考书：《现代通信系统原理》王秉钧，天津高校出版社《现代通信系统原理》宋祖顺，电子工业出版社《通信原理》樊昌信，国防工业出版社《通信系统原理学习指南》，冯玉珉等，清华、北方交通高校出版社考核方式：平常成果：作业、随堂测试、研讨报告、考勤30%期末成果：闭卷考试70%联系方式地点：九教南306时间：每周二,五14:30~17:30Email:hyzheng@

2022/12/277Chap1绪论1.1信息的概念信息与信号信息量1.2通信系统概述通信系统模型通信系统分类通信方式分类1.3通信系统性能指标1.4信道与干扰信道通信频段划分（自学）干扰信道容量1.5通信技术发展简介（自学）通信和通信系统通信（communication）：信息或其表示方式的时空转移Tele-communication通信、电信电通信：利用电（电流或电波，包括光的特征值）来传递信息通信系统（communicationsystem)：完成传递信息任务所须要的一切技术设备和传输媒介所构成的总体1.1信息的概念信息与信号信息量2022/12/27通信系统原理10消息与信号消息message：人或事物状况的报告信号signal：消息的载体（携带者）电/光信号、模拟/数字信号模拟(数字)信号：凡信号参量是连续的或取无限多个值（只能取有限个值），且与消息对应的信号。2022/12/2711信息information定义通俗信息论:不确定性的消息与消息的区分消息本身是不行测度的信息更抽象，用来测度消息的不确定性任何消息包含确定的信息量（最少为零，最大为无穷）信息量（1）信息量对信息大小的度量定义式I(A)=-log2P(A)P(A):事务A或者信源符号A发生的概率算算最小和最大信息量？单位比特（bit)，哈特（Hat,以10为底)，奈特（net,以e为底）例1-1（教材P3）解：8bit码字共有256个，任一码字发生概率P1=1/2564bit码字共有16个，任一码字发生概率P2=1/16（1）预警发生的概率=2*1/256*(1/16)=2-11信息量=-log2P1(A)=11bit（每个预警事务）(2)告警发生的概率=1/256*(1/16)=2-12信息量=-log2P2(A)=12bit信息量是事务发生概率的函数,I=P(A)P(A)越小，I越大；反之，I越小P(A)=1，I=0;P(A)=0,I=若干个相互独立事务构成的消息，所含信息量等于各独立事务信息量之和，即信息量具有可加性，I=i(Ii)例1-2某离散信源由0,1,2,3四种符号组成，出现的概率分别为3/8,1/4,1/4和1/8。求消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量解：共57个符号，其中0出现23次，1出现14次，2出现13次，3出现7次。此消息的信息量I=i(Ii)=-23log2(3/8)-14log2(1/4)-13log2(1/4)-7log2(1/8)=108.55bit信息量（2）平均信息量——熵（entropy）含义:每个符号所含信息量的统计平均值定义式离散信源是由n个符号组成的符号集，每个符号xi(i=1,2,…,n)出现的概率为P(xi)，则每个符号的平均信息量H(A)=-i=1…,nP(xi)log2P(xi)单位bit/符号例1-3求例1-2中消息的平均信息量。比较：例1-2中算出的消息信息量与用该平均信息量算出的消息信息量留意：信源熵什么时候取得最大值？P(xi)相等时，P(xi)=1/mH=-i=1…,nP(xi)log2P(xi)=-i1/m*log21/m=log2m

1.2通信系统概述通信系统模型通信系统分类通信方式分类2022/12/27182022/12/2719通信系统模型一般模型信宿接收设备发送设备信源消息原始电信号消息原始电信号（sec.1.4，chap.2）图2022/12/2720声音的波形——幅度随时间的变更干净语音信号时间波形（英文发音）2022/12/2721干净语音信号频谱图实际应用中，语音信号的带宽：300-3400Hz2022/12/2723通信系统模型模拟通信系统模型信宿解调器噪声源信道调制器信源基带信号频带信号基带信号频带信号chap.3模拟调制系统2022/12/2724通信系统模型数字通信系统模型信宿信源编码信源模拟信号信道编码数字频带信号数字调制噪声源信道复用加密信源译码信道译码数字解调解复用解密数字基带信号Chap4.信源编码Chap5.数字信号基带传输Chap6.数字信号频带传输Chap7.数字信号最佳接收Chap8.信道编码通信方式分类单工通信发送站接收站信息流向例如：广播电视传送系统、信息采集系统、寻呼系统。发送接收例如：对讲机、计算机与终端间的通信。接收发送信息流向信息流向例如：电话信息流向发送接收接收发送半双工通信全双工通信1.3通信系统质量指标有效性牢靠性指标及其含义2022/12/2726有效性在给定的信道内能够容纳多少信息量指标模拟通信系统：有效传输带宽Bc,Bs数字通信系统：信道通过的信息传输速率，传信率或比特率Rbbit/秒,bps

传码率：单位时间内传输的符号（码元）数，RB

波特

Rb=RB

log2MM=2k2022/12/2727牢靠性在给定的信道内接收到信息的牢靠程度模拟通信系统：输出信噪比通信系统输出信号平均功率与噪声平均功率之比So/No数学通信系统：误码率，接收到信息发生错误的比例Pe2022/12/2728模拟系统数字系统有效性Bc,Bs

Rb,RB可靠性So/NoPe例1-4 已知二进制数字信号在2分钟内共传递了72000个码元 (1)求其码元速率和信息速率各为多少？ (2)假如码元宽度不变（即码元速率不变）,但改为八进制数字信号，信息速率又是多少？例1-5

一个由字母A,B,C,D组成的字，对于传输的每一个字母用二进制脉冲编码，00代表A，01代表B，10代表C，11代表D,每个脉冲宽度为5ms。 （1）若不同的字母是等可能出现的，平均信息速率是多少？ （2）若每个字母出现的可能性分别为PA=1/5,PB=1/4,PC=1/4,PD=3/10,平均信息速率是多少？例1-6

已知某八进制数字通信系统的信息速率为12000b/s，在收端半小时内共测得216个错误码元，试求系统的误码率2022/12/27321.4信道与干扰信道定义：用来连接发信与收信设备的物理媒体分类：狭义信道：传输媒体或传输媒介广义信道：除了传输媒介以外，还包括有关的转换设备，如发送设备、接送设备、调制器、解调器等。这种范围扩大的信道称为广义信道。自学：主要的有线介质和无线介质的主要种类、结构特点、传输特点和主要应用2022/12/2733广义信道分类调制信道：从探讨调制与解调的角度定义，范围编码信道：从探讨编码和解码的角度定义，范围信宿解调器狭义信道编码器调制器发转换器收转换器解码器信源调制信道编码信道2022/12/27通信系统原理34广义信道模型调制信道编码信道线性时变网络ei(t)eo(t)2022/12/2735干扰干扰加性干扰chap2乘性干扰恒参信道随参信道输入信号输出信号乘性干扰加性干扰恒参信道（1）幅频和相频特性不随时间t变更恒参信道（2）引入均衡技术幅度均衡相位均衡把恒参信道改造成为幅度平坦、相位线性的信道随参信道信号的衰耗随时间变更信号的传播时延随时间变更存在多径传播（图1-4）慢衰落快衰落选择性衰落（图1-5）干扰InterferenceInterferencerepresentsman-madesignals.Telephonelinesaresubjecttopower-lineinterference(intheUnitedStatesadistorted60

Hzsinusoid).Cellulartelephonechannelsaresubjecttoadjacent-cellphoneconversationsusingthesamesignalfrequency.Theproblemwithsuchinterferenceisthatitoccupiesthesamefrequencybandasthedesiredcommunicationsignal,andhasasimilarstructureBecauseinterferencehasman-madestructure,wecanwriteanexplicitexpressionforitthatmaycontainsomeunknownaspects(howlargeitis,forexample).噪声NoiseNoisesignalshavelittlestructureandarisefrombothhumanandnaturalsources.Satellitechannelsaresubjecttodeepspacenoisearisingfromelectromagneticradiationpervasiveinthegalaxy.Thermalnoiseplaguesallelectroniccircuitsthatcontainresistors.Thus,inreceivingsmallamplitudesignals,receiveramplifierswillmostcertainlyaddnoiseastheyboostthesignal'samplitude.Allchannelsaresubjecttonoise,andweneedawayofdescribingsuchsignalsdespitethefactwecan'twriteaformulaforthenoisesignallikewecanforinterference.（chap2）2022/12/2741香农(Shannon)信道容量公式信道容量：信道最大无差错传输速率连续信道的信道容量（加性高斯白噪声）给定信道，实际速