計(jì)算機(jī)通信-第1章緒論

1、計(jì)算機(jī)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)通信基礎(chǔ)一、信息學(xué)科特點(diǎn)一、信息學(xué)科特點(diǎn)n 信息學(xué)科是當(dāng)代科學(xué)的信息學(xué)科是當(dāng)代科學(xué)的前沿學(xué)科，前沿學(xué)科，對(duì)幾乎所對(duì)幾乎所有其他學(xué)科都有很強(qiáng)的有其他學(xué)科都有很強(qiáng)的滲透性滲透性，生動(dòng)體現(xiàn)出，生動(dòng)體現(xiàn)出整個(gè)學(xué)科在信息時(shí)代科技進(jìn)步中的整個(gè)學(xué)科在信息時(shí)代科技進(jìn)步中的先導(dǎo)作用先導(dǎo)作用n 從從2020世紀(jì)末到世紀(jì)末到2121世紀(jì)中葉，人類處在一個(gè)科世紀(jì)中葉，人類處在一個(gè)科學(xué)高度分化又高度綜合的時(shí)代。信息科學(xué)和學(xué)高度分化又高度綜合的時(shí)代。信息科學(xué)和技術(shù)在整個(gè)科學(xué)之中，依然是技術(shù)在整個(gè)科學(xué)之中，依然是發(fā)展最迅速發(fā)展最迅速的的學(xué)科學(xué)科1. 1. 通信的過(guò)程：通信的過(guò)程：n信息的采集信息的采集n

2、信息的加工處理信息的加工處理n信息的傳輸信息的傳輸n信息的交換信息的交換n信息的利用信息的利用二、課程的地位與作用二、課程的地位與作用 2. 以人民防空系統(tǒng)為例詳解上述過(guò)程：以人民防空系統(tǒng)為例詳解上述過(guò)程：n 雷達(dá)獲取來(lái)犯敵機(jī)或?qū)椥畔⒗走_(dá)獲取來(lái)犯敵機(jī)或?qū)椥畔 對(duì)信息進(jìn)行處理，如編碼、經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換等對(duì)信息進(jìn)行處理，如編碼、經(jīng)緯度轉(zhuǎn)換等n 信息從雷達(dá)站向上級(jí)傳送信息從雷達(dá)站向上級(jí)傳送n 信息經(jīng)逐級(jí)交換傳送至中央信息經(jīng)逐級(jí)交換傳送至中央n 由中央決定對(duì)來(lái)犯者實(shí)施打擊或驅(qū)逐由中央決定對(duì)來(lái)犯者實(shí)施打擊或驅(qū)逐三、課程的內(nèi)容三、課程的內(nèi)容模擬系統(tǒng)模擬系統(tǒng)線性調(diào)制線性調(diào)制 AM，DSB，SSB，VSB非線

3、性調(diào)制非線性調(diào)制 PM，F(xiàn)M數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)基帶系統(tǒng)基帶系統(tǒng)頻帶系統(tǒng)頻帶系統(tǒng)模模/數(shù)變換：脈沖調(diào)制數(shù)變換：脈沖調(diào)制 PAM，PCM，DPCM多路傳輸、同步技術(shù)多路傳輸、同步技術(shù)最佳接收、糾錯(cuò)編碼最佳接收、糾錯(cuò)編碼改善性能改善性能ASK，F(xiàn)SK，PSK，DPSK 基本原理、實(shí)現(xiàn)基本原理、實(shí)現(xiàn)方法、性能分析！方法、性能分析！ 四、四、 現(xiàn)代通信原理現(xiàn)代通信原理章節(jié)章節(jié) 1.緒論緒論 2.隨機(jī)信號(hào)分析隨機(jī)信號(hào)分析 3. 模擬調(diào)制模擬調(diào)制* 4. 模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸 5. 數(shù)字基帶傳輸數(shù)字基帶傳輸* 6. 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制 7. 數(shù)字信號(hào)的最佳接收數(shù)字信號(hào)的最佳接收* 8. 同步

4、技術(shù)同步技術(shù) 9. 信道編碼信道編碼 10. 通信原理實(shí)驗(yàn)通信原理實(shí)驗(yàn)五、前沿技術(shù)五、前沿技術(shù)n 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) （EnOceanEnOcean無(wú)需電源與布線的新型無(wú)線智能控制系統(tǒng)）無(wú)需電源與布線的新型無(wú)線智能控制系統(tǒng)）n 可見(jiàn)光通信技術(shù)可見(jiàn)光通信技術(shù) （無(wú)需（無(wú)需WiFiWiFi，點(diǎn)盞，點(diǎn)盞LEDLED燈就能上網(wǎng)）燈就能上網(wǎng)）n 移動(dòng)通信技術(shù)移動(dòng)通信技術(shù) （3G/4G3G/4G，寬帶、高速、低碳、智能、可持續(xù)發(fā)展），寬帶、高速、低碳、智能、可持續(xù)發(fā)展）n 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù) （智能終端（智能終端+ +云計(jì)算）云計(jì)算） 第一章第一章 緒論緒論 通信發(fā)展簡(jiǎn)史通信發(fā)展簡(jiǎn)史1 通信系

5、統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型 2 通信系統(tǒng)分類和數(shù)字通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)分類和數(shù)字通信系統(tǒng) 3 信息量與香農(nóng)公式信息量與香農(nóng)公式4第一章第一章 緒論緒論51.1 通信發(fā)展簡(jiǎn)史n 電通信起源于電通信起源于1818世紀(jì)末，用于軍事目的是世紀(jì)末，用于軍事目的是1919世紀(jì)初。世紀(jì)初。n 18761876年貝爾發(fā)明了年貝爾發(fā)明了電話電話。n 18951895年馬可尼和波波夫同時(shí)分別實(shí)現(xiàn)了年馬可尼和波波夫同時(shí)分別實(shí)現(xiàn)了無(wú)線電通信無(wú)線電通信。n 19291929年貝爾實(shí)驗(yàn)室第一次進(jìn)行了年貝爾實(shí)驗(yàn)室第一次進(jìn)行了電視試驗(yàn)電視試驗(yàn)。n 19461946年美國(guó)造了第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，到了年美國(guó)造了第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)，到

6、了2020世紀(jì)世紀(jì)5050年代末開(kāi)年代末開(kāi)始了始了計(jì)算機(jī)通信計(jì)算機(jī)通信。n 19561956年美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)出首個(gè)年美國(guó)摩托羅拉公司生產(chǎn)出首個(gè)無(wú)線電尋呼機(jī)無(wú)線電尋呼機(jī)。n 19571957年蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星，人類開(kāi)始了年蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星，人類開(kāi)始了空間通信空間通信。n 19621962年美國(guó)發(fā)射第一顆通信衛(wèi)星，年美國(guó)發(fā)射第一顆通信衛(wèi)星，衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信步入實(shí)用階段。步入實(shí)用階段。n 19661966年美籍華人高錕提出光纖通信設(shè)想，十多年后實(shí)現(xiàn)了年美籍華人高錕提出光纖通信設(shè)想，十多年后實(shí)現(xiàn)了光纖光纖通信通信。n 19701970年第一部商用數(shù)字時(shí)分年第一部商用數(shù)字時(shí)分程

7、控電話交換機(jī)程控電話交換機(jī)在法國(guó)投入使用。在法國(guó)投入使用。n 19781978年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功年美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室研制成功模擬蜂窩移動(dòng)電話系統(tǒng)模擬蜂窩移動(dòng)電話系統(tǒng)。n 19851985年英國(guó)電信公司開(kāi)設(shè)了年英國(guó)電信公司開(kāi)設(shè)了綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。n 19861986年歐洲推出泛歐年歐洲推出泛歐數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)數(shù)字移動(dòng)通信網(wǎng)(GSM)(GSM)并于并于19911991年在歐洲開(kāi)年在歐洲開(kāi)始商用。始商用。通信發(fā)展簡(jiǎn)史（續(xù)）n 19891989年美國(guó)科克姆公司開(kāi)始年美國(guó)科克姆公司開(kāi)始碼分多址碼分多址數(shù)字蜂窩通信試驗(yàn)，數(shù)字蜂窩通信試驗(yàn)，9393年生產(chǎn)出第一批雙模式移動(dòng)臺(tái)，此后年生產(chǎn)出第一批雙

8、模式移動(dòng)臺(tái)，此后CDMACDMA席卷世界。席卷世界。n 19911991年美國(guó)國(guó)防部年美國(guó)國(guó)防部“易通話易通話”計(jì)劃提出計(jì)劃提出軟件無(wú)線電軟件無(wú)線電概念，概念，9494年年1010月完成第一階段計(jì)劃并進(jìn)行演示。月完成第一階段計(jì)劃并進(jìn)行演示。n 19941994年國(guó)際最大的年國(guó)際最大的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)( (英特網(wǎng)英特網(wǎng)) )商業(yè)化，實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化，實(shí)現(xiàn)了世界范圍的網(wǎng)絡(luò)資源共享。世界范圍的網(wǎng)絡(luò)資源共享。n 20002000年國(guó)際電信聯(lián)盟年國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)(ITU)確定確定W-CDMAW-CDMA，CDMA-2000CDMA-2000和和TD-TD-SCDMASCDMA三大主流無(wú)線接

9、口標(biāo)準(zhǔn)寫(xiě)入三大主流無(wú)線接口標(biāo)準(zhǔn)寫(xiě)入第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)(3G)(3G)技術(shù)指導(dǎo)性文件。技術(shù)指導(dǎo)性文件。n 20062006年后年后3G3G，4G4G技術(shù)的發(fā)展。技術(shù)的發(fā)展。通信發(fā)展簡(jiǎn)史（續(xù)）n 以光纖為骨干，輔以微波、衛(wèi)是信道的以光纖為骨干，輔以微波、衛(wèi)是信道的“八縱八橫八縱八橫”高速高速傳輸系統(tǒng)覆蓋全國(guó)。傳輸系統(tǒng)覆蓋全國(guó)。n 將農(nóng)信工程、共信工程、安信工程、家信工程、城信工程將農(nóng)信工程、共信工程、安信工程、家信工程、城信工程和和RFIDRFID工程列為六大專項(xiàng)工程。工程列為六大專項(xiàng)工程。n 至至20142014年年1010月，我國(guó)固定電話達(dá)月，我國(guó)固定電話達(dá)2.2.5252億

10、戶，手機(jī)用戶達(dá)億戶，手機(jī)用戶達(dá)12.7712.77億部。我國(guó)固定電話網(wǎng)和移動(dòng)電話網(wǎng)均為世界第一大億部。我國(guó)固定電話網(wǎng)和移動(dòng)電話網(wǎng)均為世界第一大網(wǎng)。網(wǎng)。( 2013/( 2013/2012/2012/2011/20102011/2010年年1010月月 2.69/2.82.69/2.8/ /2.9/3.012.9/3.01， 12.16/10.0712.16/10.07/ /9.2/8.39.2/8.3）n 20152015年，全球手機(jī)用戶量將首次超過(guò)全球人口總數(shù)。全球年，全球手機(jī)用戶量將首次超過(guò)全球人口總數(shù)。全球人口總數(shù)將超過(guò)人口總數(shù)將超過(guò)7474億，而手機(jī)用戶總數(shù)將略高于億，而手機(jī)用戶總數(shù)將

11、略高于7575億。億。 我國(guó)通信事業(yè)的發(fā)展信源和輸入變換信道輸出變換和信宿發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備噪聲源消息傳輸?shù)哪康牡叵鬏數(shù)哪康牡禺a(chǎn)生需傳輸?shù)南a(chǎn)生需傳輸?shù)南⒋嬖谟诎l(fā)信機(jī)、信道、收信存在于發(fā)信機(jī)、信道、收信機(jī)機(jī), ,通常用等效噪聲源來(lái)表示通常用等效噪聲源來(lái)表示發(fā)送設(shè)備：加工信號(hào)發(fā)送設(shè)備：加工信號(hào)將消息轉(zhuǎn)換為合適在將消息轉(zhuǎn)換為合適在信道傳輸?shù)男盘?hào)信道傳輸?shù)男盘?hào)接收設(shè)備：減小噪聲接收設(shè)備：減小噪聲及干擾的影響，把信及干擾的影響，把信號(hào)轉(zhuǎn)換為信宿能接收號(hào)轉(zhuǎn)換為信宿能接收的信號(hào)的信號(hào)信道：傳輸信道：傳輸媒介媒介( (有線信有線信道道& &無(wú)線信道無(wú)線信道1.2 通信系統(tǒng)的基本模型 1

12、.3 通信系統(tǒng)分類和數(shù)字通信系統(tǒng)1. 1. 通信系統(tǒng)分類：通信系統(tǒng)分類：n 按收、發(fā)兩地有沒(méi)有線路連接分為：按收、發(fā)兩地有沒(méi)有線路連接分為： 有線通信和無(wú)線通信有線通信和無(wú)線通信n 按消息的形式（通信業(yè)務(wù)的種類）分為：按消息的形式（通信業(yè)務(wù)的種類）分為： 電話、傳真、電視電話、傳真、電視n 按信號(hào)的性質(zhì)分為：按信號(hào)的性質(zhì)分為： 模擬通信和數(shù)字通信模擬通信和數(shù)字通信n 模擬通信與數(shù)字通信：模擬通信與數(shù)字通信： 信道上傳輸?shù)氖切诺郎蟼鬏數(shù)氖悄M信號(hào)模擬信號(hào)稱為模擬通信。稱為模擬通信。 信道上傳輸?shù)氖切诺郎蟼鬏數(shù)氖菙?shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)稱為數(shù)字通信。稱為數(shù)字通信。n 模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)：模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)

13、： 凡信號(hào)的某一參量可以取凡信號(hào)的某一參量可以取無(wú)限多個(gè)值無(wú)限多個(gè)值，并且直接與消息對(duì)應(yīng)的信號(hào)稱，并且直接與消息對(duì)應(yīng)的信號(hào)稱為模擬信號(hào)。為模擬信號(hào)。 凡信號(hào)的某一參量只能取凡信號(hào)的某一參量只能取有限個(gè)值有限個(gè)值，并且常常不直接或者不準(zhǔn)確地與消，并且常常不直接或者不準(zhǔn)確地與消息對(duì)應(yīng)的信號(hào)稱為數(shù)字信號(hào)。息對(duì)應(yīng)的信號(hào)稱為數(shù)字信號(hào)。 模擬與數(shù)字信號(hào)舉例信號(hào)舉例AMDSBSSBVSBFMPM信源信源信道信道聲聲噪噪變換器變換器調(diào)制器調(diào)制器發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)接收機(jī)接收機(jī)解調(diào)器解調(diào)器反變換器反變換器受信者受信者解調(diào)：從已調(diào)解調(diào)：從已調(diào)信號(hào)中還原出信號(hào)中還原出被傳輸?shù)牡皖l被傳輸?shù)牡皖l信息信號(hào)。信息信號(hào)。調(diào)制：將基帶

14、信調(diào)制：將基帶信號(hào)變換成另一信號(hào)變換成另一信號(hào)，以提高系統(tǒng)號(hào)，以提高系統(tǒng)傳輸信息的效率傳輸信息的效率和質(zhì)量。通常做和質(zhì)量。通常做頻率上的變換。頻率上的變換。核心部件為核心部件為調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器 模擬通信系統(tǒng)模型信道信道信源信源基帶信號(hào)成形基帶信號(hào)成形信宿信宿噪聲噪聲同步系統(tǒng)同步系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)接收濾波器接收濾波器數(shù)字通信系統(tǒng)模型（基帶）數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng)模型（頻帶）信息源信息源信道信道聲聲噪噪信源編碼信源編碼信道編碼信道編碼調(diào)制器調(diào)制器解調(diào)器解調(diào)器信道譯碼信道譯碼信源譯碼信源譯碼受信者受信者同步系統(tǒng)同步系統(tǒng)加密加密解密解密交織交織解交織解交織

15、ASKFSKPSKDPSK a a）變換信源信號(hào)的表達(dá)方式，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字基帶）變換信源信號(hào)的表達(dá)方式，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字基帶信號(hào)，使其便于傳輸信號(hào)，使其便于傳輸 b b）壓縮信源信號(hào)的冗余成分，提高系統(tǒng)的傳輸效率。）壓縮信源信號(hào)的冗余成分，提高系統(tǒng)的傳輸效率。 A/DA/D轉(zhuǎn)換、波形變換、參數(shù)編碼等轉(zhuǎn)換、波形變換、參數(shù)編碼等 通過(guò)有目的的增加信息的冗余度，使系統(tǒng)具有一定的糾檢通過(guò)有目的的增加信息的冗余度，使系統(tǒng)具有一定的糾檢錯(cuò)能力，提高系統(tǒng)傳輸信息的質(zhì)量。錯(cuò)能力，提高系統(tǒng)傳輸信息的質(zhì)量。 分組碼、卷積碼、級(jí)聯(lián)碼等分組碼、卷積碼、級(jí)聯(lián)碼等 信源編碼與信道編碼 ，特別在中繼傳輸時(shí)更明顯。

16、，特別在中繼傳輸時(shí)更明顯。 可以進(jìn)行可以進(jìn)行，因而提高了信息傳輸?shù)目煽啃?。因而提高了信息傳輸?shù)目煽啃浴?，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，存儲(chǔ)和變換從，對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，存儲(chǔ)和變換從而提高信息傳輸?shù)撵`活性。而提高信息傳輸?shù)撵`活性。 ，實(shí)現(xiàn)保密信息傳輸。，實(shí)現(xiàn)保密信息傳輸。 成本低、體積小、可靠性高。成本低、體積小、可靠性高。 ，使通信系統(tǒng)更靈活，通用。，使通信系統(tǒng)更靈活，通用。數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 占用頻帶較寬占用頻帶較寬 系統(tǒng)復(fù)雜。系統(tǒng)復(fù)雜。 如：模擬電話如：模擬電話 4KHz 傳輸質(zhì)量相同的數(shù)字電話傳輸質(zhì)量相同的數(shù)字電話 2060KHz數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點(diǎn)2 、通信方式按消息傳遞的方向與時(shí)間分按消息傳遞的方向與

17、時(shí)間分 對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信，按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系，對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信，按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系，通信方式可分為通信方式可分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信單工通信、半雙工通信及全雙工通信三種。三種。 單工通信單工通信，是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞剑?因此只因此只占用一個(gè)信道。廣播、遙測(cè)、遙控、無(wú)線尋呼等就是單工通信占用一個(gè)信道。廣播、遙測(cè)、遙控、無(wú)線尋呼等就是單工通信方式的例子。方式的例子。 半雙工通信半雙工通信，是指通信雙方都能收發(fā)消息，是指通信雙方都能收發(fā)消息， 但不能同時(shí)進(jìn)但不能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方式。例如，使用同一載頻的對(duì)講機(jī)，收發(fā)

18、報(bào)行收和發(fā)的工作方式。例如，使用同一載頻的對(duì)講機(jī)，收發(fā)報(bào)機(jī)以及問(wèn)詢、檢索、科學(xué)計(jì)算等數(shù)據(jù)通信都是半雙工通信方式。機(jī)以及問(wèn)詢、檢索、科學(xué)計(jì)算等數(shù)據(jù)通信都是半雙工通信方式。 半雙工通信 全雙工通信全雙工通信， 是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式。一般情況全雙工通信的信道必須是雙向信道。普通電話、方式。一般情況全雙工通信的信道必須是雙向信道。普通電話、手機(jī)都是最常見(jiàn)的全雙工通信方式，手機(jī)都是最常見(jiàn)的全雙工通信方式， 計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)通信也是這種方式。通信也是這種方式。 全雙工通信1.4 信息量與香農(nóng)公式消息、信號(hào)與信息的基本概念：消息

19、、信號(hào)與信息的基本概念： 消息消息人或事物情況的報(bào)道。人或事物情況的報(bào)道。 信號(hào)信號(hào)消息的載體或消息的攜帶者消息的載體或消息的攜帶者( (對(duì)電通信，信號(hào)是指電對(duì)電通信，信號(hào)是指電流或電壓的幅度、頻率、相位；無(wú)線電波、光波等等流或電壓的幅度、頻率、相位；無(wú)線電波、光波等等) )。 信息信息對(duì)接收者事先不知道的消息對(duì)接收者事先不知道的消息( (信息與不確定性緊密相信息與不確定性緊密相關(guān)，越出人意料，信息量越大關(guān)，越出人意料，信息量越大) )。 1) 1) 信息量的定義：信息量的定義： 假設(shè)信源由假設(shè)信源由 共共 個(gè)離散符號(hào)組成，并且每個(gè)離散符號(hào)組成，并且每個(gè)符號(hào)獨(dú)立，其中任一個(gè)符號(hào)個(gè)符號(hào)獨(dú)立，其中

20、任一個(gè)符號(hào) si 出現(xiàn)的概率為出現(xiàn)的概率為 則則 si 的的信息量信息量 上述對(duì)數(shù)以上述對(duì)數(shù)以2 2為底，為底，則信息量的單位為比特則信息量的單位為比特(bit)(bit)is( )iP s1()()()iiiI slblbP sP s q12,qs ss信息的度量 (a) 等概二元制信源等概二元制信源，每一個(gè)符號(hào)的信息量為，每一個(gè)符號(hào)的信息量為1比特。如：比特。如： 并且并且 等概二元制信號(hào)，是最簡(jiǎn)單的信息，每個(gè)符號(hào)的信息量為等概二元制信號(hào)，是最簡(jiǎn)單的信息，每個(gè)符號(hào)的信息量為1比特，因此，它作為信息量的單位是非常適合的。比特，因此，它作為信息量的單位是非常適合的。01,s s011()( )

21、2P sP s011( )( )1()1/2I sI slbbit信息量的討論 (c)信息量用對(duì)數(shù)表示，能準(zhǔn)確地表達(dá)信息的本質(zhì)。信息量用對(duì)數(shù)表示，能準(zhǔn)確地表達(dá)信息的本質(zhì)。 i) 確定符號(hào)概率為確定符號(hào)概率為1，取對(duì)數(shù)為，取對(duì)數(shù)為0，表示信息量為，表示信息量為0。 ii) 多個(gè)符號(hào)總信息量為各個(gè)符號(hào)信息量之和。多個(gè)符號(hào)總信息量為各個(gè)符號(hào)信息量之和。 如三個(gè)等概二元制符號(hào)的信息量如三個(gè)等概二元制符號(hào)的信息量 I(3s)=3I(s)，即三個(gè)符號(hào)，即三個(gè)符號(hào)的信息量是單個(gè)符號(hào)信息量的三倍。的信息量是單個(gè)符號(hào)信息量的三倍。 因因?yàn)闉?個(gè)二元制符號(hào)共有個(gè)二元制符號(hào)共有8種狀態(tài)種狀態(tài)000 、001 、11

22、1,所所以每種狀態(tài)出現(xiàn)的概率為以每種狀態(tài)出現(xiàn)的概率為1/8， I(3s)=-lb1/8=3 l(s)=1 所以所以l(3s)=3l(s) iii) 信息量最小為信息量最小為0，不會(huì)為負(fù)。，不會(huì)為負(fù)。 因概率在因概率在10之間，取對(duì)數(shù)則在之間，取對(duì)數(shù)則在0無(wú)窮大之間，它不會(huì)為無(wú)窮大之間，它不會(huì)為負(fù)數(shù)。負(fù)數(shù)。因此，對(duì)數(shù)能準(zhǔn)確地表示信息量的意義。因此，對(duì)數(shù)能準(zhǔn)確地表示信息量的意義。信息量的討論（續(xù)）n 定義定義 當(dāng)信源等概時(shí)當(dāng)信源等概時(shí), , 有最大值。有最大值。( )H S平均信息量(熵)11( )( ) ( )( )( )qiiiqiiiH SP s I sP s lbP s 1)1)熵的物理概

23、念：每個(gè)符號(hào)的平均信息量，熵的物理概念：每個(gè)符號(hào)的平均信息量，單位是比特單位是比特/ /符號(hào)符號(hào)。2)2)熵是非負(fù)的，最小為零。熵是非負(fù)的，最小為零。3)3)當(dāng)當(dāng)信源符號(hào)等概信源符號(hào)等概時(shí)，熵有時(shí)，熵有最大值最大值記為記為 q為信源符號(hào)個(gè)數(shù)為信源符號(hào)個(gè)數(shù)4)4)只要信源不等概，則只要信源不等概，則熵有如下性質(zhì)max( )lbHsqmax( )( )H sHs例1若若A A、B B、C C、D D等概，求平均信息量。等概，求平均信息量。maxmax( )( )( )lblb42/H SHSHSqbit符號(hào)例2411( )( )( )111148824882233148821.75/iiiH sP

24、 s lbP slblblblbbit解：符號(hào)設(shè)設(shè)A A、B B、C C、D D四個(gè)消息分別以概率四個(gè)消息分別以概率1/41/4、1/81/8、1/81/8、1/21/2傳送，求傳送，求平均信息量。平均信息量。一離散信源由一離散信源由0，1，2，3四個(gè)符號(hào)組成，它們出現(xiàn)的概率分別四個(gè)符號(hào)組成，它們出現(xiàn)的概率分別為為3/8, 1/4, 1/4, 1/8，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求該信，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求該信源的熵。源的熵。 例3用熵的概念來(lái)計(jì)算：用熵的概念來(lái)計(jì)算：222233111111loglogloglog88444488H 1.906(/bit符號(hào)）lb(1) (bit

25、/s)SCBN香農(nóng)公式香農(nóng)公式給出了信道最大的無(wú)差錯(cuò)傳輸速率。香農(nóng)公式給出了信道最大的無(wú)差錯(cuò)傳輸速率。0lb(1) (bit/s)SCBn B若噪聲單邊功率譜密度為若噪聲單邊功率譜密度為n0，噪聲功率，噪聲功率N=n0B ，則，則a) 增大信號(hào)功率增大信號(hào)功率S可以增加信道容量可以增加信道容量C。 若信號(hào)功率若信號(hào)功率S趨于無(wú)窮大時(shí)，則信道容量趨于無(wú)窮大時(shí)，則信道容量C也趨于無(wú)窮大也趨于無(wú)窮大0limlimlb 1SSSCBn B b) 減小噪聲功率譜密度減小噪聲功率譜密度n0 也可以增加信道容量也可以增加信道容量C。 若若n0趨于零，則趨于零，則C趨于無(wú)窮大趨于無(wú)窮大關(guān)于香農(nóng)公式的幾點(diǎn)討論（

26、1）在給定）在給定B、S/N的情況下，的情況下，信道的極限傳輸能力信道的極限傳輸能力為為C，而且，而且此時(shí)能夠做到無(wú)差錯(cuò)傳輸（即差錯(cuò)率為零）。此時(shí)能夠做到無(wú)差錯(cuò)傳輸（即差錯(cuò)率為零）。（2）提高信道容量的方法）提高信道容量的方法:00000limlimlb 1nnSCBn B 當(dāng)信道當(dāng)信道帶寬帶寬B趨于無(wú)窮大時(shí)，信道容量趨于無(wú)窮大時(shí)，信道容量C的的極限值極限值為為0limlimlb 1BBSCBn B000limlb 1Bn BSSnSn B00lb1.44SSennc) 增大信道帶寬增大信道帶寬B可以增加信道容量可以增加信道容量C，但不能使信道容量，但不能使信道容量C無(wú)限制地增大。無(wú)限制地增大

27、。關(guān)于香農(nóng)公式的幾點(diǎn)討論（續(xù)）（3 3）信道容量可以通過(guò)系統(tǒng)帶寬與信噪比的互換而保持不變。）信道容量可以通過(guò)系統(tǒng)帶寬與信噪比的互換而保持不變。 若若增加信道帶寬增加信道帶寬，可以適當(dāng)降低信噪比，反之亦然。，可以適當(dāng)降低信噪比，反之亦然。當(dāng)信道容量當(dāng)信道容量C給定時(shí)，給定時(shí)，B1，S1/N1和和B2，S2/N2分別表示互換前后分別表示互換前后的帶寬和信噪比，則有的帶寬和信噪比，則有121212lb 1lb 1SSBBNN（4 4）當(dāng)信道傳輸?shù)模┊?dāng)信道傳輸?shù)男畔⒘坎蛔冃畔⒘坎蛔儠r(shí)，時(shí)，信道帶寬信道帶寬 B B、信噪比、信噪比S/NS/N是可以互換的。是可以互換的。 （5 5）香農(nóng)公式并沒(méi)有給出帶寬

28、與信噪比互換的具體方法。）香農(nóng)公式并沒(méi)有給出帶寬與信噪比互換的具體方法。關(guān)于香農(nóng)公式的幾點(diǎn)討論（續(xù)）1.5 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1. 1. 概述概述 有效性、可靠性、適應(yīng)性、標(biāo)準(zhǔn)性、經(jīng)濟(jì)性、及美觀大有效性、可靠性、適應(yīng)性、標(biāo)準(zhǔn)性、經(jīng)濟(jì)性、及美觀大方，便于維修等等都是通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)。方，便于維修等等都是通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)。 其中最重要的是其中最重要的是有效性有效性與與可靠性可靠性。 有效性有效性快快 可靠性可靠性正確正確有效性有效性：取決于消息所含的信息量及對(duì)消息的處理。：取決于消息所含的信息量及對(duì)消息的處理。 通過(guò)有效傳輸帶寬來(lái)衡量通過(guò)有效傳輸帶寬來(lái)衡量可靠性可靠性：與原信號(hào)的相似程

29、度。：與原信號(hào)的相似程度。 用均方誤差或信噪比表征用均方誤差或信噪比表征222,21lim ( )( )( )( ) TTTx tx tdtTEx tx tSN，均方誤差： 時(shí)間平均統(tǒng)計(jì)平均信號(hào)平均功率信噪比：常用對(duì)數(shù)表示噪聲平均功率2. 模擬通信系統(tǒng)的有效性與可靠性 (1)有效性：用有效性：用碼元速率碼元速率(傳碼率傳碼率)及及信息速率信息速率(傳信率傳信率)來(lái)表征。來(lái)表征。 碼元速率碼元速率：每秒鐘傳送碼元的個(gè)數(shù)，用：每秒鐘傳送碼元的個(gè)數(shù)，用 表示，單位為波特，表示，單位為波特，記為記為B。僅有碼元速率表示有效性是不夠的，如對(duì)八種天氣進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)僅有碼元速率表示有效性是不夠的，如對(duì)八種天氣

30、進(jìn)行天氣預(yù)報(bào) 晴晴 云云 陰陰 雨雨 雪雪 霧霧 霜霜 雹雹八進(jìn)制八進(jìn)制 0 1 2 3 4 5 6 7 二進(jìn)制二進(jìn)制 000 001 010 011 100 101 110 111若每秒鐘報(bào)告一次，則八進(jìn)制碼元速率為若每秒鐘報(bào)告一次，則八進(jìn)制碼元速率為1B，則二進(jìn)制碼元速率，則二進(jìn)制碼元速率為為3B，是否二元制系統(tǒng)有效性高呢？，是否二元制系統(tǒng)有效性高呢？結(jié)論是否定的，因?yàn)閮蓚€(gè)系統(tǒng)完成的工作是一樣的，都是進(jìn)行天結(jié)論是否定的，因?yàn)閮蓚€(gè)系統(tǒng)完成的工作是一樣的，都是進(jìn)行天氣預(yù)報(bào)。氣預(yù)報(bào)。八種天氣，每秒鐘報(bào)告一次。因此，有效性僅用碼元速率來(lái)衡量八種天氣，每秒鐘報(bào)告一次。因此，有效性僅用碼元速率來(lái)衡量有失公允。有失公允。 BR3. 數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性與可靠性 每秒鐘傳送的信息量，用每秒鐘傳送的信息量，用 表示表示 ，單位為比特，單位為比特/ /秒，簡(jiǎn)記秒，簡(jiǎn)記為為b/sb/s。 二進(jìn)制系統(tǒng)二進(jìn)制系統(tǒng)，碼元速率與信息速率之間關(guān)系，碼元速率與信息速率之間關(guān)系( (僅僅數(shù)值相等，僅僅數(shù)值相等，單位并不相同單位并不相同) )： 多進(jìn)制系統(tǒng)多進(jìn)制系統(tǒng)，碼元速率與信息速率之間關(guān)系，碼元速率與信息速率之間關(guān)系( (僅僅數(shù)值相等，僅僅數(shù)值相