通信原理緒論

1、通信原理通信原理第一章 緒論v1.1 通信的基本概念v1.2 通信技術(shù)發(fā)展史及發(fā)展趨勢(shì)v1.3 通信系統(tǒng)的組成v1.4 通信系統(tǒng)分類及通信方式 v1.5 信息及其度量v1.6 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) v1.7 小結(jié) 1.1 通信的基本概念 古代：古代：烽火狼煙、擊鼓鳴金、搖旗吶喊、飛鴿傳信烽火狼煙、擊鼓鳴金、搖旗吶喊、飛鴿傳信這些通信方法和手段只能極其有限地解決一定距離的通這些通信方法和手段只能極其有限地解決一定距離的通信問(wèn)題。信問(wèn)題。 現(xiàn)代：現(xiàn)代：電話、電視、廣播、郵政、因特網(wǎng)等目前的這些現(xiàn)電話、電視、廣播、郵政、因特網(wǎng)等目前的這些現(xiàn)代的通信方法和手段已為我們大家所熟知，并成為我們社代的通信

2、方法和手段已為我們大家所熟知，并成為我們社會(huì)生活中一個(gè)不可或缺的組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)與社會(huì)會(huì)生活中一個(gè)不可或缺的組成部分。隨著科學(xué)技術(shù)與社會(huì)的發(fā)展，對(duì)通信的要求也越來(lái)越高。的發(fā)展，對(duì)通信的要求也越來(lái)越高。什么是通信？ 異地間人與人、人與機(jī)器、機(jī)器與機(jī)器進(jìn)行信息的傳遞和交換。信息、信號(hào)的含義 語(yǔ)言、文字、圖像等信息是不能直接在通信系統(tǒng)中傳遞，為此需在發(fā)送端將它們轉(zhuǎn)換成電（光）信號(hào)（即信源）來(lái)載荷語(yǔ)言、文字、圖像等信息，電信號(hào)經(jīng)通信系統(tǒng)傳送至接收端，收端將電信號(hào)還原成語(yǔ)言、文字、圖像等信息。信號(hào)的分類及描述信號(hào)的分類及描述信號(hào)的分類方法有很多，可以從不同的角度信號(hào)的分類方法有很多，可以從不同的角

3、度對(duì)信號(hào)進(jìn)行分類。對(duì)信號(hào)進(jìn)行分類。 （1 1）確知信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)）確知信號(hào)與隨機(jī)信號(hào)確知信號(hào)是指能夠以確定的時(shí)間函數(shù)表示的信號(hào)，確知信號(hào)是指能夠以確定的時(shí)間函數(shù)表示的信號(hào)，它在定義域內(nèi)任意時(shí)刻都有確定的函數(shù)值。它在定義域內(nèi)任意時(shí)刻都有確定的函數(shù)值。 （2 2）周期信號(hào)與非周期信號(hào)）周期信號(hào)與非周期信號(hào)（3 3）模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)）模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)是指代表消息的信號(hào)參量（幅度、頻率模擬信號(hào)是指代表消息的信號(hào)參量（幅度、頻率或相位）隨消息連續(xù)變化的信號(hào)，但在時(shí)間上可或相位）隨消息連續(xù)變化的信號(hào)，但在時(shí)間上可連續(xù)可離散。連續(xù)可離散。數(shù)字信號(hào)是指它不僅在時(shí)間上離散，而且在幅度數(shù)字信號(hào)是指它不

4、僅在時(shí)間上離散，而且在幅度取值上也是離散的信號(hào)。取值上也是離散的信號(hào)。 1.2 通信技術(shù)發(fā)展史及趨勢(shì)利用電磁波通信的歷史可大致劃分三個(gè)階段：利用電磁波通信的歷史可大致劃分三個(gè)階段：v18371837年電報(bào)開始的通信初級(jí)階段；年電報(bào)開始的通信初級(jí)階段；v19481948年香農(nóng)提出信息論開始的近代通信階段；年香農(nóng)提出信息論開始的近代通信階段；v8080年代以后光纖通信應(yīng)用、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)年代以后光纖通信應(yīng)用、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)崛起的現(xiàn)代通信階段。崛起的現(xiàn)代通信階段。通信發(fā)展簡(jiǎn)史(1)v1837年，摩爾斯發(fā)明有線電報(bào)，開始了電通信階段v1864年，麥克斯韋創(chuàng)立了電磁輻射理論,并被當(dāng)時(shí)的赫茲證明，促使了后

5、來(lái)無(wú)線通信的出現(xiàn)v1876年，貝爾利用電磁感應(yīng)原理發(fā)明了電話v1879年，第一個(gè)專用人工電話交換系統(tǒng)投入運(yùn)行v1880年，第一個(gè)付費(fèi)電話系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)v1896年，馬可尼發(fā)明無(wú)線電報(bào)v1907年，電子管問(wèn)世，通信進(jìn)入電子信息時(shí)代v1915年，橫貫大陸電話開通; 實(shí)現(xiàn)越洋語(yǔ)音連接v1918年，調(diào)幅無(wú)線電廣播、超外差式接收機(jī)問(wèn)世v1925年，開通三路明線載波電話，開始多路通信通信發(fā)展簡(jiǎn)史(2)v1936年，調(diào)頻無(wú)線電廣播開播v1937年，雷沃斯發(fā)明脈沖編碼調(diào)制，奠定了數(shù)字通信基礎(chǔ)v1938年，電視廣播開播v20世紀(jì)40年代二戰(zhàn)期間，雷達(dá)與微波通信得到發(fā)展v1946年，第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世v1947年

6、，晶體管在貝爾實(shí)驗(yàn)室問(wèn)世，為通信器件的進(jìn)步創(chuàng)造了條件v1948年，香農(nóng)提出了信息論，建立了通信統(tǒng)計(jì)理論v1950年，時(shí)分多路通信應(yīng)用于電話系統(tǒng)v1951年，直撥長(zhǎng)途電話開通v1956年，敷設(shè)越洋通信電纜v1957年，發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星v1958年，發(fā)射第一顆通信衛(wèi)星v1962年，發(fā)射第一顆同步通信衛(wèi)星，開通國(guó)際衛(wèi)星電話；脈沖編碼調(diào)制進(jìn)入實(shí)用階段通信發(fā)展簡(jiǎn)史(3)v20世紀(jì)60年代，彩色電視問(wèn)世；阿波羅宇宙飛船登月；數(shù)字傳輸理論與技術(shù)得到迅速發(fā)展；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)開始出現(xiàn)v1969年，電視電話業(yè)務(wù)開通v20世紀(jì)70年代，商用衛(wèi)星通信、程控?cái)?shù)字交換機(jī)、光纖通信系統(tǒng)投入使用；一些公司制定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系

7、結(jié)構(gòu)v20世紀(jì)80年代，開通數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的公用業(yè)務(wù)；個(gè)人計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)出現(xiàn)；網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)制定v1989年，衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（GPS）完成部署。v20世紀(jì)90年代，蜂窩電話系統(tǒng)開通，各種無(wú)線通信和數(shù)據(jù)移動(dòng)通信技術(shù)不斷涌現(xiàn)；光纖通信得到迅速普遍的應(yīng)用；國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)和多媒體通信技術(shù)得到極大發(fā)展，v1997年，68個(gè)國(guó)家簽定國(guó)際協(xié)定，互相開放電信市場(chǎng)通信革命的演進(jìn)與走勢(shì)1.3 通信系統(tǒng)的組成v1.3.1 通信系統(tǒng)的一般模型 圖圖1-1通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)的一般模型 v發(fā)送設(shè)備的作用：v1、把信息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，該原始電信號(hào)稱為基帶信號(hào)；v2、將原始電信號(hào)處理成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)

8、。例如調(diào)制、放大、濾波和發(fā)射等，在數(shù)字通信系統(tǒng)中發(fā)送設(shè)備又常常包含信源編碼和信道編碼等。v信道：v指信號(hào)傳輸通道，按傳輸媒介的不同，可分為有線信道和無(wú)線信道兩大類。有線信道v明線、雙絞線、同軸電纜及光纖等無(wú)線信道v地波傳播、短波電離層反射、超短波或微波視距中繼、人造衛(wèi)星中繼、散射及移動(dòng)無(wú)線電信道等。接收設(shè)備的作用：v在接收端，接收設(shè)備的功能與發(fā)送設(shè)備相反，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號(hào)，并將原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信息，提供給受信者。1.2.2 模擬通信系統(tǒng)模型 圖圖1-2 模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型 v發(fā)信人講話的語(yǔ)音信息首先經(jīng)變換器將語(yǔ)音信息

9、變成電信號(hào)（模擬信源），然后電信號(hào)經(jīng)放大設(shè)備后可以直接在信道中傳輸。為了提高頻帶利用率，使多路信號(hào)同時(shí)在信道中傳輸，原始的電信號(hào)（基帶信號(hào)）一般要進(jìn)行調(diào)制才能傳輸?shù)叫诺乐腥?。調(diào)制是信號(hào)的一種變換，通常是將不便于信道直接傳輸?shù)幕鶐盘?hào)變換成適合信道中傳輸?shù)男盘?hào)，這一過(guò)程由調(diào)制器完成，經(jīng)過(guò)調(diào)制后的信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)。在收端，經(jīng)解調(diào)器和逆變換器還原成語(yǔ)音信息。 1.2.3 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 v數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)可進(jìn)一步細(xì)分為數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)和數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)。圖圖1-3 數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型 v變換器：把信息轉(zhuǎn)換成數(shù)字基帶信號(hào)。 v信源編碼

10、器：話音和圖像壓縮編碼。信源編碼的主要任務(wù)是提高數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)挠行浴接收端信源譯碼則是信源編碼的逆過(guò)程。v信道：一種物理媒質(zhì)，將發(fā)射設(shè)備的信號(hào)傳送到接收端。v接收設(shè)備：從接收信號(hào)中恢復(fù)出原始電信號(hào)。v信宿：把基帶信號(hào)還原成原有的消息。v信道編碼：提高數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?。接收端信道譯碼是其相反的過(guò)程。v數(shù)字通信系統(tǒng)還有一個(gè)非常重要的控制單元，即同步系統(tǒng)（圖1-3沒(méi)有畫出）。它可以使通信系統(tǒng)的收、發(fā)兩端或整個(gè)通信系統(tǒng)，以精度很高的時(shí)鐘提供定時(shí)，以使系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流能與發(fā)送端同步、有序而準(zhǔn)確地接收與恢復(fù)原信息。v二、數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)圖圖1-4 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型 v三、數(shù)

11、字通信的主要特點(diǎn)v1 1、抗干擾、抗噪聲性能好、抗干擾、抗噪聲性能好v比如設(shè)高電平5V為1，低電平0V為0，在傳輸時(shí)受噪聲影響，5V變成8V，而我們只要看到大于5V的值認(rèn)為是5V就行了。l傳輸中繼器可再生信號(hào)，消除噪聲積累l比如一個(gè)中繼器收到一個(gè)受干擾而變成8V的信號(hào)，若是模擬通信，中繼器就會(huì)原封不動(dòng)地把這個(gè)8V信號(hào)放大后送往下一級(jí)，下一級(jí)接著放大再往下送，這樣一級(jí)一級(jí)下去，噪聲被不斷地放大，形成噪聲積累直到通信終端。l如果是數(shù)字通信，第一個(gè)收到這個(gè)8V信號(hào)的中繼器先認(rèn)為該信號(hào)為一高電平信號(hào)，然后并不將該信號(hào)往下傳，而是重新生成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)高電平信號(hào)(比如為5V)傳往下一級(jí)，這樣，噪聲就不會(huì)像模擬

12、通信那樣被一級(jí)一級(jí)地放大，而是被中繼器“隔離”，從而消除了噪聲積累。v2 2、差錯(cuò)可控、差錯(cuò)可控-糾錯(cuò)碼技術(shù)糾錯(cuò)碼技術(shù)v3 3、易加密、易加密v4 4、體積更小，重量更輕。、體積更小，重量更輕。v5 5、減少冗余度，提高信道利用率。、減少冗余度，提高信道利用率。v6 6、易于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合、易于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合。v數(shù)字通信的許多長(zhǎng)處是數(shù)字通信的許多長(zhǎng)處是以增加信號(hào)帶寬為代價(jià)以增加信號(hào)帶寬為代價(jià)的。比的。比如，一路模擬電話信號(hào)的帶寬為如，一路模擬電話信號(hào)的帶寬為4kHz，而一路數(shù)字電，而一路數(shù)字電話信號(hào)一般為話信號(hào)一般為64kHz的帶寬，這說(shuō)明數(shù)字通信的頻帶利的帶寬，這說(shuō)明數(shù)字通信的頻帶利用率

13、低。這一缺點(diǎn)在在系統(tǒng)頻帶緊張場(chǎng)合很突出，但用率低。這一缺點(diǎn)在在系統(tǒng)頻帶緊張場(chǎng)合很突出，但目前在微波通信、光通信場(chǎng)合，數(shù)字通信這些弱點(diǎn)被目前在微波通信、光通信場(chǎng)合，數(shù)字通信這些弱點(diǎn)被弱化，數(shù)字通信幾乎成了唯一選擇。弱化，數(shù)字通信幾乎成了唯一選擇。1.3 通信系統(tǒng)分類及通信方式v1、按傳輸媒質(zhì)分類v按傳輸媒質(zhì)分：v有線通信系統(tǒng)：是用導(dǎo)線或?qū)бw作為傳輸媒質(zhì)完成通信的，如架空明線、同軸電纜、海底電纜、光導(dǎo)纖維、波導(dǎo)等。v無(wú)線通信系統(tǒng)：是依靠電磁波在空間傳播達(dá)到傳遞信息的目的，如短波電離層傳播、微波視距傳播、衛(wèi)星中繼等。v2 2、按信號(hào)的特征分、按信號(hào)的特征分按照攜帶信號(hào)分：模擬通信系統(tǒng)按照攜帶信號(hào)分

14、：模擬通信系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)v3 3、按通信設(shè)備的工作頻段不同分：、按通信設(shè)備的工作頻段不同分：長(zhǎng)波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。長(zhǎng)波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。8310cff （1. 1）式（式（1.3-1）中，）中， 為工作波長(zhǎng)（為工作波長(zhǎng)（m），），f f為最高工作頻率為最高工作頻率（Hz），）， c c為光速（為光速（m/s） 表表 1.3-1 通信頻段通信頻段 、 常用傳輸媒質(zhì)及主要用途常用傳輸媒質(zhì)及主要用途 v4、按調(diào)制方式分類 按照信道中傳輸?shù)男盘?hào)是否經(jīng)過(guò)調(diào)制分：可將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶（調(diào)制）傳輸系統(tǒng)。 基帶傳輸是將沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)直接

15、傳送，如音頻市內(nèi)電話； 頻帶傳輸是對(duì)基帶信號(hào)調(diào)制后再送到信道中傳輸。v5、按通信業(yè)務(wù)類型分類 根據(jù)通信業(yè)務(wù)類型的不同，通信系統(tǒng)可分為電報(bào)通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和圖像通信系統(tǒng)等。v6、按信號(hào)復(fù)用方式分類 按信號(hào)復(fù)用方式，通信系統(tǒng)又可分為頻分復(fù)用（FDM）通信系統(tǒng)、時(shí)分復(fù)用（TDM）通信系統(tǒng)和碼分復(fù)用（CDM）通信系統(tǒng)等。1.3.2 通信方式 v1、按信息傳輸?shù)姆较蚺c時(shí)間關(guān)系劃分通信方式v單工通信：是指信息只能單方向進(jìn)行傳輸?shù)囊环N通信工作方式；v半雙工通信方式是指通信雙方都能收發(fā)信息，但不能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方式。例如無(wú)線對(duì)講機(jī)、收發(fā)報(bào)機(jī)等都是這種通信方式。v全雙工通信是指通信雙方

16、可同時(shí)進(jìn)行雙向傳輸信息的工作方式。圖圖1-5 通信方式示意圖通信方式示意圖v2、按數(shù)字信號(hào)碼元排列方式劃分并行傳輸：將代表信息的數(shù)字信號(hào)碼元序列分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號(hào)序列同時(shí)在信道上傳輸。優(yōu)點(diǎn)：速度快、節(jié)省傳輸時(shí)間缺點(diǎn)：需占用頻帶寬，設(shè)備復(fù)雜，成本高，故較少采用，一般適用于計(jì)算機(jī)和其他高速數(shù)字系統(tǒng)的近距離通信。串行傳輸是將代表信息的數(shù)字信號(hào)碼元序列按時(shí)間順序一個(gè)接一個(gè)地在信道中傳輸。通常，一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字通信都采用這種傳輸方式。圖圖1-6 并行和串行通信方式并行和串行通信方式v3、按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分通信方式通信系統(tǒng)按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可分為線型、星型、樹型、環(huán)型等類型。專門為兩點(diǎn)之間設(shè)立傳輸線的

17、通信稱之為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。多點(diǎn)間的通信屬于網(wǎng)通信。網(wǎng)通信的基礎(chǔ)仍是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。因此，本書重點(diǎn)討論點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信的原理。 1.4 信息及其度量（重點(diǎn)）信息及其度量（重點(diǎn)）信源與常見(jiàn)消息數(shù)字信源與模擬信源隨機(jī)信號(hào)與確知信號(hào)v 信號(hào)是消息的載體，而信息是其內(nèi)涵。任何信源產(chǎn)生的輸出都是隨機(jī)的，也就是說(shuō)，信源輸出是用統(tǒng)計(jì)方法來(lái)定性的。對(duì)接收者來(lái)說(shuō)，只有消息中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息；否則，信源輸出已確切知曉，就沒(méi)有必要再傳輸它了。v因此，信息含量就是對(duì)消息中這種不確定性的度量。以以2為底時(shí)單位是為底時(shí)單位是“比特比特”（bit binary unit的縮寫）的縮寫）以以e為底時(shí)單位是為底時(shí)單位是“奈特奈特”（na

18、tnature unit的縮寫）的縮寫）以以10為底時(shí)單位是為底時(shí)單位是“哈特哈特”（Hart Hartley的縮寫）的縮寫）注意注意：對(duì)于單條消息，其：對(duì)于單條消息，其pi越小，則越小，則Ii越大；越大；Ii大小與消大小與消息的內(nèi)容是否有實(shí)際意義無(wú)關(guān)息的內(nèi)容是否有實(shí)際意義無(wú)關(guān) 如果是非等概情況，設(shè)離散信源是一個(gè)由n個(gè)符號(hào)組成的符號(hào)集， 其中每個(gè)符號(hào)xi(i=1, 2, 3, , n)出現(xiàn)的概率為P(xi)， 且有 , 則x1, x2, , xn 所包含的信息量分別為 -log2 P(x1), -log2 P(x2)， ，-log2 P(xn)。于是，每個(gè)符號(hào)所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值，即平均信息

19、量為通常又稱它為信息源的 熵，其單位為bit/符號(hào)。顯然，當(dāng)信源中每個(gè)符號(hào)等概獨(dú)立出現(xiàn)時(shí)，信源的熵有最大值。nii=1P(x )=12、信源熵H(X)例1-1 某信息源的符號(hào)集由A，B，C，D和E組成，設(shè)每一符號(hào)獨(dú)立出現(xiàn)，其出現(xiàn)概率分別為1/4，1/8，1/8，3/16和5/16。試求該信息源符號(hào)的平均信息量。解：該信息源符號(hào)的平均信息量為212222( )( )log( )11113355log2logloglog2.23/448816161616niiiH xp xp xbit 符號(hào)以上我們討論了離散消息的度量。類似，關(guān)于連續(xù)消息的信息量可用概率密度來(lái)描述?？梢宰C明，連續(xù)消息的平均信息量（

20、相對(duì)熵）為 ( )( )log( )caHxf xf x dx （1.3） 式中, f(x)是連續(xù)消息出現(xiàn)的概率密度。有興趣的讀者，可參考信息論有關(guān)專著。3. 信息速率（信息速率（熵率熵率）一個(gè)信源的信息速率為一個(gè)信源的信息速率為:其中其中 : H 為信源熵為信源熵 . T 為發(fā)送一條消息的時(shí)間為發(fā)送一條消息的時(shí)間. R 為每秒內(nèi)發(fā)送的信息量為每秒內(nèi)發(fā)送的信息量()/H XRbits sT從信息的角度看，熵與熵率是信源的基本指標(biāo)。從信息的角度看，熵與熵率是信源的基本指標(biāo)。 2 . 信源熵信源熵 H(X)數(shù)字信源每個(gè)符號(hào)出現(xiàn)所帶來(lái)的平均信息量數(shù)字信源每個(gè)符號(hào)出現(xiàn)所帶來(lái)的平均信息量 211()lo

21、gMMiiiiiiiH XE II PPP 例例1-2 二元消息源二元消息源X1、X2與與X3的取值概率為：的取值概率為： 解解： 21()logMiiiH XPP 122()0.1log 0.1 0.9log 0.90.469()H Xbit 222()0.4log 0.40.6log 0.60.971()H Xbit 322()0.5log 0.50.5log 0.51()H Xbit 21()logMiiiH XPP 例例1-3 數(shù)字信源數(shù)字信源X 4元等概，元等概， Y 2元等概，求它們的熵。元等概，求它們的熵。 解解： 2211()4 (log)log 42()44H Xbit 22

22、11( )2 (log)log 21()22H Ybit 例例1-4： 計(jì)算信息速率。某電話鍵盤計(jì)算信息速率。某電話鍵盤: 0, 1, 9 ,* ,#，其中其中P*=P#=0.005 ，P0= P1= =P9=0.099。如如果按鍵速率為果按鍵速率為 2keys/s, 計(jì)算該信源的信息速率計(jì)算該信源的信息速率122122log2 0.005log 0.005 10 0.099log 0.0993.38/3.3826.76/jjjsH XPPkeysRHbits keybitsbits skeyRs 解解:要求：要求：了解各種消息源的特點(diǎn)及基本指標(biāo)了解各種消息源的特點(diǎn)及基本指標(biāo)模擬消息模擬消息模

23、擬消息模擬消息模擬消息模擬消息數(shù)字消息數(shù)字消息1.5 信道及無(wú)線電波傳播方式無(wú)線電波的傳播61v視線傳播：頻率 30 MHz距離: 和天線高度有關(guān)(1.1-3) 式中，D 收發(fā)天線間距離(km)。例 若要求D = 50 km，則由式(1.1-3)ddh接收天線發(fā)射天線傳播途徑D地面rr圖 1-3 視線傳播圖1-4 無(wú)線電中繼50822DrDhmm505050508222DrDh無(wú)線頻譜及其管理頻分復(fù)用1.6 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)一個(gè)通信系統(tǒng)，往往要涉及到許多性能指標(biāo)，如系統(tǒng)的有效性、可靠性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性及使用維護(hù)方便性等。這些指標(biāo)可從各個(gè)方面評(píng)價(jià)通信系統(tǒng)的性能，但從研究信息傳輸

24、方面考慮，通信的有效性和可靠性是通信系統(tǒng)中最主要的性能指標(biāo)。v有效性：是指消息傳輸?shù)摹八俣取眴?wèn)題 v可靠性：是指消息傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問(wèn)題在實(shí)際通信系統(tǒng)中，對(duì)有效性和可靠性這兩個(gè)指標(biāo)的要求經(jīng)常是矛盾的，提高系統(tǒng)的有效性會(huì)降低可靠性，反之亦然。因此在設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)時(shí)，對(duì)兩者應(yīng)統(tǒng)籌考慮。v1.6.1模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 模擬通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)用所傳信號(hào)的有效傳輸帶寬來(lái)表征。當(dāng)信道容許傳輸帶寬一定，而進(jìn)行多路頻分復(fù)用時(shí)，每路信號(hào)所需的有效帶寬越窄，信道內(nèi)復(fù)用的路數(shù)就越多。顯然，信道復(fù)用的程度越高，信號(hào)傳輸?shù)挠行跃驮胶?。信?hào)的有效傳輸帶寬與系統(tǒng)采用的調(diào)制方法有關(guān)。同樣的信號(hào)用不同的方法調(diào)制得到的有

25、效傳輸帶寬是不一樣的。模擬通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)用整個(gè)通信系統(tǒng)的輸出信噪比來(lái)衡量。信噪比是信號(hào)的平均功率S與噪聲的平均功率N之比。信噪比越高，說(shuō)明噪聲對(duì)信號(hào)的影響越小。顯然，信噪比越高，通信質(zhì)量就越好。輸出信噪比一方面與信道內(nèi)噪聲的大小和信號(hào)的功率有關(guān)，同時(shí)又和調(diào)制方式有很大關(guān)系。例如寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的有效性不如調(diào)幅系統(tǒng)，但是調(diào)頻系統(tǒng)的可靠性往往比調(diào)幅系統(tǒng)好。 系統(tǒng)主要指標(biāo) SNR SNR（Signal to Noise Ratio） ： 加性干擾：信號(hào)在傳輸時(shí)疊加上的噪聲引起的干擾，始終存在； 乘性干擾：由于信道傳輸特性不理想引起的干擾，隨信號(hào)消失而消失； 為何10log,20log? 固定電話S

26、NR一般不低于40dB，電視輸出SNR不低于60dB,才能正常工作（很高的要求）； 數(shù)字系統(tǒng)的SNR要求的低的多。 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有哪些？一、有效性指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)用傳輸速率和頻帶利用率來(lái)表征。 1、傳輸速率 傳輸速率有兩種表示方法：碼元傳輸速率RB和信息傳輸速率Rb 。碼元傳輸速率 碼元傳輸速率RB簡(jiǎn)稱傳碼率，又稱符號(hào)速率等。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位是波特（Baud），記為B。信息傳輸速率 信息傳輸速率Rb簡(jiǎn)稱傳信率，又稱比特率等。它是指系統(tǒng)每秒鐘傳送的信息量，單位是比特/秒，常用符號(hào)“bit/s”表示。TTTA二進(jìn)制0TT/2T/3符號(hào)符號(hào)比特比特碼元寬

27、度碼元寬度碼元寬度碼元寬度碼元寬度碼元寬度比特寬度比特寬度比特比特寬度寬度比特比特寬度寬度碼元碼元碼元碼元四進(jìn)制 1八進(jìn)制0 1 0傳碼率和傳信率之間關(guān)系 在N進(jìn)制下，設(shè)信息速率為Rb （bit/s），碼元速率為RBN （Baud），由于每個(gè)碼元或符號(hào)通常都含有一定比特的信息量，因此碼元速率和信息速率有確定的關(guān)系，即(1.5)( )(/ )bBNRRH xbit s式中，式中， 為信源中每個(gè)符號(hào)所含的平均信息量（熵）。為信源中每個(gè)符號(hào)所含的平均信息量（熵）。()Hx當(dāng)離散信源的每一符號(hào)等概率出現(xiàn)時(shí)，熵有最大值為 信息速率也達(dá)到最大，即 式中，N為符號(hào)的進(jìn)制數(shù)，在二進(jìn)制下，碼元速率與信息速率數(shù)值

28、相等，但單位不同。2log(/N bit 符號(hào)）2log(/ )bBNRRNbit s（1.6)1.6)2()logbBNRRBaudN（1.7)1.7) 傳送等概率的二進(jìn)制波形之一(P=1/2）的信息量為1比特。傳送等概率的四進(jìn)制波形之一（P=1/4）的信息量為2比特，這時(shí)每一個(gè)四進(jìn)制波形需要用2個(gè)二進(jìn)制脈沖表示；傳送等概率的八進(jìn)制波形之一（P=1/8）的信息量為3比特，這時(shí)至少需要3個(gè)二進(jìn)制脈沖。對(duì)于離散信源，M個(gè)波形等概率（P=1/M）發(fā)送，且每一個(gè)波形的出現(xiàn)是獨(dú)立的，即信源是無(wú)記憶的，則傳送M進(jìn)制波形之一的信息量為11logloglog( )1/aaaIMp xM 2、頻帶利用率在比較

29、不同通信系統(tǒng)的有效性時(shí)，單看它們的傳輸速率是不夠的，還應(yīng)看在這樣的傳輸速率下所占信道的頻帶寬度。頻帶利用率有兩種表示方式：碼元頻帶利用率和信息頻帶利用率。碼元頻帶利用率是指單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率，即信息頻帶利用率是指每秒鐘在單位頻帶上傳輸?shù)男判畔㈩l帶利用率是指每秒鐘在單位頻帶上傳輸?shù)男畔⒘?，即息量，?(/)BRBaud HzB（1.8)1.8)/()bRbits HzB（1.9)1.9)二、可靠性指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)用差錯(cuò)率來(lái)衡量。差錯(cuò)率越小，可靠性越高。差錯(cuò)率也有兩種表示方法：誤碼率和誤信率。1、誤碼率：指接收到的錯(cuò)誤碼元數(shù)和總的傳輸碼元個(gè)數(shù)之比，即在傳輸中出現(xiàn)錯(cuò)誤碼元的概率，記為傳輸總碼元數(shù)接收的錯(cuò)誤碼元數(shù)eP（1.11） 2、誤信率：又叫誤比特率，是指接收到的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)和總的傳輸比特?cái)?shù)之比，即在傳輸中出現(xiàn)錯(cuò)誤信息量的概率，記為傳輸總比特?cái)?shù)接收的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)bP（1.101.10） 例1-6 設(shè)一信息源的輸出由128個(gè)不同符號(hào)組成。其中16個(gè)出現(xiàn)的概率為1/32，其余112個(gè)出現(xiàn)概率為1/224。信息源每秒發(fā)出1000個(gè)符號(hào)，且每個(gè)符號(hào)彼此獨(dú)立。試計(jì)算該信息源的平均信息速率。 解：每個(gè)符號(hào)的平均信息量為解：