通信原理Chp1

1、通信通信原理原理2012-2013 第二學(xué)期第二學(xué)期 電子、通信電子、通信11級級工學(xué)院電子信息通信學(xué)科通信工程教研室工學(xué)院電子信息通信學(xué)科通信工程教研室1/181/18課程信息課程信息v 教教 材材 - -通信原理通信原理 樊昌信樊昌信 曹麗娜曹麗娜 主編主編 國防工業(yè)出版社國防工業(yè)出版社v 主主 講講 - - 朱朱 東東 弼弼 副教授副教授 教研室：通信工程（工學(xué)院教研室：通信工程（工學(xué)院509509） E-mail ： Tel ： 138443395482/18v 學(xué)學(xué) 時時 數(shù)數(shù)：7272學(xué)時學(xué)時 ( (實驗實驗 8 8學(xué)時）學(xué)時）v 課程性質(zhì)課程性質(zhì)：必修課：必修課v 教教 材材：通

2、信原理：通信原理 國防工業(yè)出版社國防工業(yè)出版社v 考核方法考核方法： 平時成績占總成績平時成績占總成績3030( (考勤、作業(yè)、實驗構(gòu)成考勤、作業(yè)、實驗構(gòu)成) ) 期末期末 閉閉卷，占總成績卷，占總成績 7070。v 相關(guān)課程相關(guān)課程：信號與系統(tǒng)、隨機(jī)信號分析、信息論、：信號與系統(tǒng)、隨機(jī)信號分析、信息論、 移動通信、衛(wèi)星通信等移動通信、衛(wèi)星通信等課程信息課程信息3/18v 課程內(nèi)容課程內(nèi)容：講述通信系統(tǒng)基本模型、信道、模擬通信系統(tǒng)、講述通信系統(tǒng)基本模型、信道、模擬通信系統(tǒng)、 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)、數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)等。數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)、數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)等。v 課程目的課程目的：了解各種通信系統(tǒng)的基本

3、組成，掌握通信系統(tǒng)的了解各種通信系統(tǒng)的基本組成，掌握通信系統(tǒng)的 基礎(chǔ)理論和工作原理；培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)代通信基礎(chǔ)理論和工作原理；培養(yǎng)學(xué)生進(jìn)行現(xiàn)代通信 技術(shù)研究、開發(fā)和通信工程設(shè)計與調(diào)測能力。技術(shù)研究、開發(fā)和通信工程設(shè)計與調(diào)測能力。v 參參 考考 書書：通信原理通信原理馬海武等馬海武等 北京郵電大學(xué)出北京郵電大學(xué)出版社版社 通信原理簡明教程通信原理簡明教程南利平南利平 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社 其他教材、教學(xué)指導(dǎo)書及習(xí)題解答其他教材、教學(xué)指導(dǎo)書及習(xí)題解答課程信息課程信息4/18v 本學(xué)期講課內(nèi)容本學(xué)期講課內(nèi)容 第一章第一章 緒論緒論 第二章第二章 確知信號確知信號 第三章第三章 隨機(jī)過程隨機(jī)過程

4、 第四章第四章 信道信道 第五章第五章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng) 第六章第六章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) 第七章第七章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)課程信息課程信息5/181.1 1.1 概述概述n 通信的定義及發(fā)展階段通信的定義及發(fā)展階段n 通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史第一章第一章 緒緒 論論6/18第一階段：語言、手勢、烽火臺、金鼓等第一階段：語言、手勢、烽火臺、金鼓等第二階段：文字、印刷術(shù)、郵政第二階段：文字、印刷術(shù)、郵政第三階段：電報、電話、廣播等第三階段：電報、電話、廣播等第四階段：通信與計算機(jī)的結(jié)合、網(wǎng)絡(luò)第四階段：通信與計算機(jī)的結(jié)合、網(wǎng)絡(luò)通信（通信（Communicat

5、ionCommunication）是把消息從一地有效地是把消息從一地有效地傳遞到另一地，即消息傳遞的全過程。傳遞到另一地，即消息傳遞的全過程。1.1 1.1 概述概述 通信的定義及發(fā)展階段通信的定義及發(fā)展階段v 通信的發(fā)展階段通信的發(fā)展階段（按人類交流方式的不同）按人類交流方式的不同）v 通信的定義通信的定義7/18v 最早的電通信設(shè)想最早的電通信設(shè)想 17531753年年2 2月月1717日日，蘇格蘭人雜志上發(fā)表了，蘇格蘭人雜志上發(fā)表了一封署名一封署名C.MC.M的書信。在這封信中，作者提的書信。在這封信中，作者提出了用電流進(jìn)行通信的大膽設(shè)想。他建議：出了用電流進(jìn)行通信的大膽設(shè)想。他建議：把

6、一組金屬線從一個地點延伸到另一個地點，把一組金屬線從一個地點延伸到另一個地點，每根金屬線與一個字母相對應(yīng)。每根金屬線與一個字母相對應(yīng)。 1.1 1.1 概述概述 通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史8/18v 最早的有線電報最早的有線電報18441844年年5 5月月2424日日， 莫爾斯莫爾斯從華盛頓到巴爾的摩從華盛頓到巴爾的摩 拍發(fā)人類歷史上的第一份電報拍發(fā)人類歷史上的第一份電報?！吧系蹌?chuàng)造了何等奇跡上帝創(chuàng)造了何等奇跡!”!”莫爾斯發(fā)出第一封莫爾斯發(fā)出第一封電報設(shè)備的復(fù)制品電報設(shè)備的復(fù)制品 1.1 1.1 概述概述 通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史9/18v 最早的有線電話最早的有線電話 187518

7、75年年6 6月月2 2日日， 美國人亞力山大美國人亞力山大. .格雷厄姆格雷厄姆. .貝爾貝爾( (Bell,Bell,Alekander Graham)Alekander Graham)發(fā)明了電話。發(fā)明了電話。“1875“1875年年6 6月月2 2日電話誕生在這里日電話誕生在這里”18761876年年2 2月月1414日日， 貝爾申請了那個著名的他和沃森一直貝爾申請了那個著名的他和沃森一直研究著的裝置研究著的裝置電話的專利。電話的專利。貝爾獲得電話的貝爾獲得電話的專利證書專利證書 1.1 1.1 概述概述 通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史10/18v 電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn) 1887188

8、7年年3 3月月2121日日， 德國物理學(xué)家德國物理學(xué)家赫茲赫茲（HertzHertz）在實驗中發(fā)現(xiàn)，電火花在實驗中發(fā)現(xiàn)，電火花的能量能夠越過空間傳到遠(yuǎn)處。這是人類歷史上第的能量能夠越過空間傳到遠(yuǎn)處。這是人類歷史上第一次證實了電磁波的存在。一次證實了電磁波的存在。 但赫茲斷然否認(rèn)選用電磁波進(jìn)行通信的可能性。但赫茲斷然否認(rèn)選用電磁波進(jìn)行通信的可能性。 他認(rèn)為如要利用電磁波進(jìn)行通信的話，需要有一面他認(rèn)為如要利用電磁波進(jìn)行通信的話，需要有一面面積與歐洲大陸相當(dāng)?shù)木扌头瓷溏R。面積與歐洲大陸相當(dāng)?shù)木扌头瓷溏R。 1.1 1.1 概述概述 通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史11/18v 最早的無線通信最早的無線通

9、信 18951895年年5 5月月7 7日日， 3636歲的歲的波波夫波波夫在彼德堡的俄國物理在彼德堡的俄國物理化學(xué)會的物理分會上，宣讀了關(guān)于化學(xué)會的物理分會上，宣讀了關(guān)于“金屬屑與電振蕩的關(guān)系金屬屑與電振蕩的關(guān)系”的論文，的論文，并當(dāng)眾展示了他發(fā)明的無線電接收并當(dāng)眾展示了他發(fā)明的無線電接收機(jī)。機(jī)。 “要是我能指揮電磁波，要是我能指揮電磁波， 就可飛越整個世界就可飛越整個世界! !” 波波夫?qū)嶒炗玫牟úǚ驅(qū)嶒炗玫臒o線電接收機(jī)無線電接收機(jī) 1.1 1.1 概述概述 通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史12/18v 人類首次遠(yuǎn)距離無線電通信人類首次遠(yuǎn)距離無線電通信 18971897年年5 5月月1818日

10、日, ,馬可尼馬可尼進(jìn)行橫跨布里斯托爾（進(jìn)行橫跨布里斯托爾（BristolBristol） 海峽的無線電通信取得成功，通信距離為海峽的無線電通信取得成功，通信距離為1414公里。公里。1.1 1.1 概述概述 通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史13/18v 影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論 19061906年年, , Lee DeforestLee Deforest發(fā)明了真空三極管放大器。發(fā)明了真空三極管放大器。 19251925年年，英國發(fā)明家貝爾德在前人研究的基礎(chǔ)上終于，英國發(fā)明家貝爾德在前人研究的基礎(chǔ)上終于 制成了世界上第一臺有實用價值的電視機(jī)。制成了世界上第一臺有實用

11、價值的電視機(jī)。19411941年年，John V.AtanasoffJohn V.Atanasoff在衣阿華州立大學(xué)發(fā)明在衣阿華州立大學(xué)發(fā)明 數(shù)字計算機(jī)。數(shù)字計算機(jī)。19471947年年，貝爾實驗室的，貝爾實驗室的Steve O.RiceSteve O.Rice給出了噪聲的給出了噪聲的 統(tǒng)計描述。統(tǒng)計描述。 1.1 1.1 概述概述 通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史14/18v 影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論 1.1 1.1 概述概述 通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史19481948年年，貝爾實驗室向公眾，貝爾實驗室向公眾 展示了用以取代真空管的展示了用以取代真空管的 晶體管

12、。晶體管。19481948年年，Claude Claude E.ShannonE.Shannon 發(fā)表了信息論。發(fā)表了信息論。著名的香農(nóng)公式：著名的香農(nóng)公式：2log1SCBNC C 信道容量信道容量B B 信號帶寬信號帶寬S/N S/N 信號與噪聲的功率之比信號與噪聲的功率之比15/1819571957年年1010月月4 4日日，原蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，原蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，地球上第一次收到了來自人造衛(wèi)星的電波。它不僅地球上第一次收到了來自人造衛(wèi)星的電波。它不僅標(biāo)志著航天時代的開始，標(biāo)志著航天時代的開始， 也意味著一個利用衛(wèi)星也意味著一個利用衛(wèi)星進(jìn)行通信的時代即將到來。進(jìn)行

13、通信的時代即將到來。19581958年年，發(fā)明了集成電路。，發(fā)明了集成電路。19641964年年，電子電話交換機(jī)投入使用。，電子電話交換機(jī)投入使用。19721972年年，摩托羅拉公司演示蜂窩電話系統(tǒng)。，摩托羅拉公司演示蜂窩電話系統(tǒng)。v 影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論 1.1 1.1 概述概述 通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史16/1819761976年年，出現(xiàn)個人計算機(jī)。，出現(xiàn)個人計算機(jī)。19791979年年，6464KBKB隨機(jī)存儲器的出現(xiàn)宣告超大規(guī)模集成隨機(jī)存儲器的出現(xiàn)宣告超大規(guī)模集成 （VLSIVLSI）電路時代的到來。電路時代的到來。19801980年年，貝爾公司

14、推出，貝爾公司推出FT3FT3光纖通信系統(tǒng)。光纖通信系統(tǒng)。19851985年年，傳真機(jī)（，傳真機(jī)（FAXFAX）廣泛使用。廣泛使用。19891989年年，衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（，衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（GPSGPS）完成部署完成部署 。19951995年年，互聯(lián)網(wǎng)（，互聯(lián)網(wǎng)（InternetInternet）及及WWWWWW瀏覽廣泛流行。瀏覽廣泛流行。20002000年年，高速個人計算機(jī)、數(shù)字電視、數(shù)字廣播等。，高速個人計算機(jī)、數(shù)字電視、數(shù)字廣播等。v 影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論 1.1 1.1 概述概述 通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史17/181.1 1.1 概述概述 通信

15、的現(xiàn)在與未來通信的現(xiàn)在與未來 移動通信己成為通信的主要方式移動通信己成為通信的主要方式2 2G(GSM/CDMA)G(GSM/CDMA)、3G(3G(WCDMAWCDMA/ /CDMA2000CDMA2000/ /TD-SCDMA)TD-SCDMA)v 通信的當(dāng)前狀況通信的當(dāng)前狀況 IP IP網(wǎng)正成為多媒體通信的綜合通信平臺網(wǎng)正成為多媒體通信的綜合通信平臺 IPIP電話、電話、IPTVIPTV 電話網(wǎng)、計算機(jī)網(wǎng)、電視網(wǎng)正走向融合電話網(wǎng)、計算機(jī)網(wǎng)、電視網(wǎng)正走向融合18/181.1 1.1 概述概述 通信的現(xiàn)在與未來通信的現(xiàn)在與未來 All IP 網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)語言、數(shù)據(jù)、語言、數(shù)據(jù)、視頻信息于視頻信息

16、于一網(wǎng)之中一網(wǎng)之中各網(wǎng)合一為人各網(wǎng)合一為人類工作和生活類工作和生活提供方便提供提供方便提供統(tǒng)一解決方案統(tǒng)一解決方案v 未來的通信網(wǎng)未來的通信網(wǎng)19/18本課小結(jié)本課小結(jié)v 通信的定義：通信的定義： 消息的傳遞過程消息的傳遞過程v 通信的發(fā)展簡史：通信的發(fā)展簡史： 摩爾斯、貝爾、赫茲、波波夫、馬可尼摩爾斯、貝爾、赫茲、波波夫、馬可尼1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 v 通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型UTRAN & COREUEUE1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 也稱信源，把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號；也稱信源，把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號；模擬信源模擬信源( (語音、

17、圖像等語音、圖像等) )；離散信源；離散信源( (符號、文字等符號、文字等) ) ；信息源信息源為了使這個原始信號適合在信道中傳輸，為了使這個原始信號適合在信道中傳輸，發(fā)送設(shè)備對原始信號完成某種變換，然后再送入信道；發(fā)送設(shè)備對原始信號完成某種變換，然后再送入信道；發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備信道是指信號傳輸?shù)耐ǖ?，信源與信宿之間的聯(lián)系；信道是指信號傳輸?shù)耐ǖ?，信源與信宿之間的聯(lián)系；信道（傳輸媒介）信道（傳輸媒介）v 通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型 各部分功能各部分功能信道中以及分散在通信系統(tǒng)其他各處的噪聲的集中表現(xiàn)；信道中以及分散在通信系統(tǒng)其他各處的噪聲的集中表現(xiàn)；噪聲源噪聲源1.2 1.2 通信系

18、統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 與發(fā)送設(shè)備相反，從接收信號中恢復(fù)出相應(yīng)的原始信號；與發(fā)送設(shè)備相反，從接收信號中恢復(fù)出相應(yīng)的原始信號；接收設(shè)備接收設(shè)備也稱信宿，將復(fù)原的原始電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息也稱信宿，將復(fù)原的原始電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息；受信者受信者v 通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型 各部分功能各部分功能1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 v 模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型 模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號 模擬信號：代表消息的信號參量取值連續(xù)，模擬信號：代表消息的信號參量取值連續(xù)， 例如麥克風(fēng)輸出電壓；例如麥克風(fēng)輸出電壓； (a) 話音信號

19、(b) 抽樣信號 圖1-2 模擬信號1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 v 模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型 模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號 數(shù)字信號：代表消息的信號參量取值為有限個，數(shù)字信號：代表消息的信號參量取值為有限個， 例如電報信號、計算機(jī)輸入輸出信號：例如電報信號、計算機(jī)輸入輸出信號： (a) 二進(jìn)制信號 (b) 2PSK信號圖1-3 數(shù)字信號1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞信息的系統(tǒng)；模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞信息的系統(tǒng)；v 模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型 模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型 把原始信號轉(zhuǎn)換成其

20、頻帶把原始信號轉(zhuǎn)換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)男盘?。適合在信道中傳輸?shù)男盘枴煞N變換：兩種變換： 模擬消息模擬消息 原始電信號（基帶信號）原始電信號（基帶信號） 基帶信號基帶信號 已調(diào)信號（帶通信號）已調(diào)信號（帶通信號）1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞信息的系統(tǒng)；數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞信息的系統(tǒng)；v 模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型 數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型 當(dāng)信源給出的是模擬信號時，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；當(dāng)信源給出的是模擬信號時，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；減少碼元數(shù)目和降低碼元數(shù)率，即壓縮數(shù)據(jù)，提高傳送的有效性。減少碼元數(shù)目和降低碼元數(shù)

21、率，即壓縮數(shù)據(jù)，提高傳送的有效性。加入多余的數(shù)字碼以達(dá)到接收端可以發(fā)現(xiàn)和糾正誤碼加入多余的數(shù)字碼以達(dá)到接收端可以發(fā)現(xiàn)和糾正誤碼的目的。又稱抗干擾編碼，解決數(shù)字通信的可靠性。的目的。又稱抗干擾編碼，解決數(shù)字通信的可靠性。人為地將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，即加上密碼。人為地將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，即加上密碼。1 1）抗干擾、抗噪聲能力強(qiáng)，無噪聲積累）抗干擾、抗噪聲能力強(qiáng)，無噪聲積累；2 2）傳輸差錯可控）傳輸差錯可控；3 3）利用現(xiàn)代技術(shù)，便于對信息進(jìn)行處理、存儲、交換）利用現(xiàn)代技術(shù)，便于對信息進(jìn)行處理、存儲、交換；4 4）易于集成化，使通信設(shè)備微型化。）易于集成化，使通信設(shè)備微型化。5 5）易于加密

22、處理，保密性強(qiáng)）易于加密處理，保密性強(qiáng)；數(shù)字通信的優(yōu)點數(shù)字通信的優(yōu)點1 1）數(shù)字信號占用的頻帶寬）數(shù)字信號占用的頻帶寬；2 2）對同步要求高，系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜）對同步要求高，系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。數(shù)字通信的缺點數(shù)字通信的缺點1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成v 數(shù)字通信的特點數(shù)字通信的特點重點重點 電話、電報、數(shù)據(jù)、圖像電話、電報、數(shù)據(jù)、圖像 模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng) 頻分復(fù)用頻分復(fù)用(FDM)(FDM)、時分復(fù)用、時分復(fù)用(TDM)(TDM) 碼分復(fù)用碼分復(fù)用(CDM)(CDM)、空分復(fù)用、空分復(fù)用(SDM)(SDM)1.1.3 3 通信系統(tǒng)的分類與通信方式

23、通信系統(tǒng)的分類與通信方式v 按通信業(yè)務(wù)分類按通信業(yè)務(wù)分類v 按傳輸信號的特征分類按傳輸信號的特征分類v 按復(fù)用方式分類按復(fù)用方式分類通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類v 按工作波段分類按工作波段分類 長波、中波、短波通信，遠(yuǎn)紅外線通信等長波、中波、短波通信，遠(yuǎn)紅外線通信等v 按調(diào)制方式分類按調(diào)制方式分類 基帶傳輸系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng) 直接傳輸原始電信號直接傳輸原始電信號 如電話音頻信號、有線廣播等如電話音頻信號、有線廣播等 帶通傳輸系統(tǒng)帶通傳輸系統(tǒng) 傳輸已調(diào)信號傳輸已調(diào)信號 如無線廣播、衛(wèi)星通信、電視廣播等如無線廣播、衛(wèi)星通信、電視廣播等通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類v 按傳輸媒介分類按傳輸媒介分類 有線

24、傳輸：有線傳輸： 線對、同軸電纜、波導(dǎo)和光纖等；線對、同軸電纜、波導(dǎo)和光纖等； 無線傳輸：無線傳輸：長中短波、米波、激光空間傳播等。長中短波、米波、激光空間傳播等。1.1.3 3 通信系統(tǒng)的分類與通信方式通信系統(tǒng)的分類與通信方式1.1.3 3 通信系統(tǒng)的分類與通信方式通信系統(tǒng)的分類與通信方式 通信方式通信方式v 單工、半雙工和全雙工通信單工、半雙工和全雙工通信如遙測、遙控等如遙測、遙控等單工通信單工通信如無線對講機(jī)等如無線對講機(jī)等半雙工通信半雙工通信如普通電話等如普通電話等全雙工通信全雙工通信重點重點1.1.3 3 通信系統(tǒng)的分類與通信方式通信系統(tǒng)的分類與通信方式 通信方式通信方式v 并行傳輸

25、和串行傳輸并行傳輸和串行傳輸 并行傳輸并行傳輸將代表信息的數(shù)字信號碼元序列以成組的方式將代表信息的數(shù)字信號碼元序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時傳輸。在兩條或兩條以上的并行信道上同時傳輸。優(yōu)點：優(yōu)點： 節(jié)省傳輸時間，速度快；節(jié)省傳輸時間，速度快； 不需要字符同步措施不需要字符同步措施缺點：缺點： 需要需要 n 條通信線路，條通信線路， 成本高。成本高。1.1.3 3 通信系統(tǒng)的分類與通信方式通信系統(tǒng)的分類與通信方式 通信方式通信方式v 并行傳輸和串行傳輸并行傳輸和串行傳輸 串行傳輸串行傳輸將數(shù)字信號碼元序列以串行方式一個碼元接一個將數(shù)字信號碼元序列以串行方式一個碼元接一個碼元地在

26、一條信道上傳輸。碼元地在一條信道上傳輸。優(yōu)點：優(yōu)點： 只需一條通信信道，節(jié)省只需一條通信信道，節(jié)省 線路鋪設(shè)費(fèi)用線路鋪設(shè)費(fèi)用缺點：缺點： 速度慢，需要外加碼組或速度慢，需要外加碼組或 字符同步措施。字符同步措施。1 1. .4 4 信息及其度量信息及其度量 信息信息消息中所包含的抽象的本質(zhì)的內(nèi)容；消息中所包含的抽象的本質(zhì)的內(nèi)容；事物運(yùn)動狀態(tài)或存在方式的不確定性；事物運(yùn)動狀態(tài)或存在方式的不確定性；信息包含在消息當(dāng)中；信息包含在消息當(dāng)中；消息是表達(dá)信息的工具、載荷信息的客體；消息是表達(dá)信息的工具、載荷信息的客體；信息和信息和消息消息信息量信息量評價傳輸信息多少的一種度量；評價傳輸信息多少的一種度量

27、； 信息與信息量信息與信息量1 1. .4 4 信息及其信息及其度量度量 信息量的定義信息量的定義I = IP(x)；P(x) I反之亦然；反之亦然； P(x) =1，I=0；若若干互相獨立事件構(gòu)成的消息，所含信息量干互相獨立事件構(gòu)成的消息，所含信息量 等于各獨立事件信息量的和等于各獨立事件信息量的和 IP(x1)P(x2) = IP(x1)+IP(x2)+v 消息中所含的信息量大小與消息出現(xiàn)的概率有關(guān)消息中所含的信息量大小與消息出現(xiàn)的概率有關(guān)v信息量定義信息量定義：離散消息：離散消息x 所含信息量為所含信息量為I I = = a a = - = - a aP( (x) )(1xP1 1. .

28、4 4 信息及其信息及其度量度量 信息量的定義及單位信息量的定義及單位重點重點v信息量單位：信息量單位：a= 2a= 2時，稱為比特時，稱為比特( (bit) ) a= ea= e時，稱為奈特時，稱為奈特( (nat) ) a=10a=10時，哈特萊時，哈特萊例例1 1 已知二元離散信源有已知二元離散信源有“0”0”、“1”1”兩種符號，出現(xiàn)兩種符號，出現(xiàn) “ “0”0”的概率為的概率為3/43/4，求出現(xiàn)，求出現(xiàn)“1”1”的信息量。的信息量。例例2 2 求求 1) 1) 2 2 進(jìn)制數(shù)字信號中，一個碼元的信息量；進(jìn)制數(shù)字信號中，一個碼元的信息量； 2) 2) M M 進(jìn)制數(shù)字信號中，一個碼元

29、的信息量。進(jìn)制數(shù)字信號中，一個碼元的信息量。解：解： I I（1)1) loglog2 2（1/41/4） 2 bit2 bit；解：解：（1 1）I I2 2 loglog2 2（1/21/2） 1 bit1 bit； （2 2）I IM M loglog2 2（1/1/M M ） loglog2 2 M M bitbit。1 1. .4 4 信息及其信息及其度量度量 設(shè)離散消息源是一個有設(shè)離散消息源是一個有n個符號組成的集合，符號集中的個符號組成的集合，符號集中的每一個符號每一個符號 在消息中是按一定概率在消息中是按一定概率 獨立出現(xiàn)，獨立出現(xiàn)，設(shè)符號集中各符號出現(xiàn)的概率為設(shè)符號集中各符號

30、出現(xiàn)的概率為 ，并且有并且有 ，則，則 所包含的所包含的信息量分別是信息量分別是 。 ixiP(x )12n12nx ,x ,xP(x ),P(x ),P(x )nii 1P(x )112nx ,x ,x21222nlog P(x ), log P(x ), log P(x )離散信源的信息量離散信源的信息量1 1. .4 4 信息及其度量信息及其度量是指每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值，是指每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值，n個符號的個符號的離散信息源的平均信息量為離散信息源的平均信息量為 H(x) 也叫做也叫做 信源的熵信源的熵 （EntropyEntropy）。）。當(dāng)每個符號等概率出現(xiàn)且各符

31、號的出現(xiàn)統(tǒng)計獨立時，當(dāng)每個符號等概率出現(xiàn)且各符號的出現(xiàn)統(tǒng)計獨立時，H(x)最大，最大熵為最大，最大熵為 H max 。)(log)(21iniixpxpnnnni221loglog11 1. .4 4 信息及其度量信息及其度量離散信源的平均信息量離散信源的平均信息量【例例1-21-2】一離散信源由“0”，“1”，“2”，“3”四個符號組成，它們出現(xiàn)的概率分別為3/8，1/4，1/4，1/8，且每個符號的出現(xiàn)都是獨立的。試求某消息2010201302130 01203210100321010023102002010312032100120210的信息量?！窘饨狻?此消息中，“0”出現(xiàn)23次，“1

32、”出現(xiàn)14次，“2”出現(xiàn) 13次，“3”出現(xiàn)7次，共有57個符號，故該消息的信息量每個符號的算術(shù)平均信息量為)b(1088log74log134log143/8log232222I符號）比特符號數(shù)/(89. 157108II1 1. .4 4 信息及其度量信息及其度量若用熵的概念來計算：若用熵的概念來計算：則該消息的信息量則該消息的信息量符號）（比特/906. 181log8141log4141log4183log832222H)b(64.108906.157I1 1. .4 4 信息及其度量信息及其度量以上兩種結(jié)果略有差別的原因在于，它們平均處理方法以上兩種結(jié)果略有差別的原因在于，它們平均處

33、理方法不同。前一種按算數(shù)平均的方法，結(jié)果可能存在誤差。不同。前一種按算數(shù)平均的方法，結(jié)果可能存在誤差。這種誤差將隨著消息序列中符號數(shù)的增加而減小。這種誤差將隨著消息序列中符號數(shù)的增加而減小。當(dāng)消息序列較長時，用熵的概念計算更為方便。當(dāng)消息序列較長時，用熵的概念計算更為方便。1 1. .4 4 信息及其度量信息及其度量連續(xù)信源的信息度量連續(xù)信源的信息度量v 連續(xù)信源的平均信息量連續(xù)信源的平均信息量 連續(xù)消息的平均信息量定義為連續(xù)消息的平均信息量定義為 其中其中 p(x) 為連續(xù)信號在每個抽樣點上取值的一元為連續(xù)信號在每個抽樣點上取值的一元 概率密度函數(shù)。概率密度函數(shù)。 ( )logaH xfxf

34、x dx 1.5 1.5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)有效性有效性通信系統(tǒng)傳輸消息的通信系統(tǒng)傳輸消息的“速率速率”問題，即快慢問題問題，即快慢問題可靠性可靠性通信系統(tǒng)傳輸消息的通信系統(tǒng)傳輸消息的“質(zhì)量質(zhì)量”問題，即好壞問題問題，即好壞問題標(biāo)準(zhǔn)性標(biāo)準(zhǔn)性通信系統(tǒng)的接口、各種結(jié)構(gòu)及協(xié)議是否合乎通信系統(tǒng)的接口、各種結(jié)構(gòu)及協(xié)議是否合乎 國家、國際標(biāo)準(zhǔn)。國家、國際標(biāo)準(zhǔn)。適應(yīng)性適應(yīng)性通信系統(tǒng)使用時的環(huán)境條件通信系統(tǒng)使用時的環(huán)境條件經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性通信系統(tǒng)的成本問題通信系統(tǒng)的成本問題1.5 1.5 通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)有效性：有效帶寬來度量；有效性：有效帶寬來度量； 同樣的消息采用

35、不同的調(diào)制方式，則需要同樣的消息采用不同的調(diào)制方式，則需要 不同的頻帶寬度，頻帶越窄，有效性越好；不同的頻帶寬度，頻帶越窄，有效性越好；可靠性：接收端接收設(shè)備輸出的信噪比來度量；可靠性：接收端接收設(shè)備輸出的信噪比來度量； 信噪比信噪比 S/N = S/N = 信號功率信號功率/ /噪聲功率；噪聲功率； 對數(shù)形式（對數(shù)形式（S/NS/N）dB=10log(S/N)dB=10log(S/N)；重點重點模擬通信系統(tǒng)的性能度量模擬通信系統(tǒng)的性能度量可靠性：用差錯率來衡量；可靠性：用差錯率來衡量； 誤比特率誤比特率 誤碼元率誤碼元率總比特數(shù)總比特數(shù)單位時間內(nèi)系統(tǒng)傳輸?shù)膯挝粫r間內(nèi)系統(tǒng)傳輸?shù)谋忍財?shù)比特數(shù)單位時間內(nèi)錯位接收的單位時間內(nèi)錯位接收的b bP P總碼元數(shù)總碼元數(shù)單位時間內(nèi)系統(tǒng)傳輸?shù)膯挝粫r間內(nèi)系統(tǒng)傳輸?shù)膯挝粫r間內(nèi)傳輸?shù)腻e誤碼元數(shù)單位時間內(nèi)傳輸?shù)腻e誤碼元數(shù)s sP P有效性：用傳輸信息的速率來衡量；