通信原理課件：第1章_緒論

1、1通信原理通信原理通信原理教學組教學組教學組2 通信原理通信原理是通信工程專業(yè)一門重要的是通信工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)專業(yè)基礎(chǔ)理論課程理論課程。本課程系統(tǒng)深入地闡述現(xiàn)代通信系統(tǒng)的。本課程系統(tǒng)深入地闡述現(xiàn)代通信系統(tǒng)的基本原理，其中包括模擬通信和數(shù)字通信?；驹?，其中包括模擬通信和數(shù)字通信。 一、課程性質(zhì)一、課程性質(zhì) 本課程本課程通過通過課堂教學課堂教學、習題練習習題練習、實驗實驗等教學等教學環(huán)節(jié)，旨在使學生系統(tǒng)地掌握環(huán)節(jié)，旨在使學生系統(tǒng)地掌握 通信系統(tǒng)的通信系統(tǒng)的基本原理基本原理 及其及其性能的基本分析方法性能的基本分析方法，了解現(xiàn)代通信技術(shù)與理，了解現(xiàn)代通信技術(shù)與理論的論的發(fā)展狀況發(fā)展狀況

2、。3二、與其它課程的關(guān)系二、與其它課程的關(guān)系先修課程：先修課程： 后續(xù)課程：后續(xù)課程： 信號與線性系統(tǒng)信號與線性系統(tǒng) 移動通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)概率論與隨機過程概率論與隨機過程 光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)信息論基礎(chǔ)信息論基礎(chǔ) SDHSDH技術(shù)技術(shù)模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù) 衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 現(xiàn)代通信網(wǎng)現(xiàn)代通信網(wǎng)高頻電子線路高頻電子線路 接入網(wǎng)技術(shù)接入網(wǎng)技術(shù)4三、教學內(nèi)容三、教學內(nèi)容 第第 1 章章 緒論緒論 第第 2 章章 確知信號確知信號 第第 3 章章 隨機過程隨機過程 第第 4 章章 信道信道 第第 5 章章 模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng) 第第 6 章章 數(shù)字基帶傳

3、輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) 第第 7 章章 數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng) 第第 8 章章 新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù) 第第 9 章章 模擬信號的數(shù)字傳輸模擬信號的數(shù)字傳輸 第第10章章 數(shù)字信號的最佳接收數(shù)字信號的最佳接收 第第11章章 差錯控制編碼差錯控制編碼 第第12章章 正交編碼與偽隨機序列正交編碼與偽隨機序列 第第13章章 同步原理同步原理 第第14章章 通信網(wǎng)通信網(wǎng)5 課堂教學：課堂教學： 64 學時學時 實驗教學：實驗教學： 24 學時學時注意：注意：充分利用充分利用 課程網(wǎng)站、圖書館、數(shù)字圖書課程網(wǎng)站、圖書館、數(shù)字圖書 館館資源資源 ， 做好預(yù)習、復(fù)習；做好預(yù)習、復(fù)

4、習； 認真認真做作業(yè)、認真做實驗。做作業(yè)、認真做實驗。 既要既要打好基礎(chǔ)打好基礎(chǔ)，又要，又要提高能力提高能力。6 最終總成績包括：最終總成績包括： 作業(yè)成績：作業(yè)成績： 10% 考勤成績：考勤成績： 10% 考試成績：考試成績： 80%7四、教材與參考資料四、教材與參考資料通信原理（第六版）通信原理（第六版），樊昌信等，樊昌信等 編著，國防工業(yè)出版社編著，國防工業(yè)出版社 2006.52006.5現(xiàn)代通信原理現(xiàn)代通信原理，曹志剛等，曹志剛等 編著編著 ，清華大學出版社，清華大學出版社，19921992數(shù)字與模擬通信系統(tǒng)數(shù)字與模擬通信系統(tǒng)，L.W.CouchL.W.Couch 編著，電子工業(yè)出版社

5、編著，電子工業(yè)出版社 2007.112007.118 西安電子科技大學西安電子科技大學 通信原理：通信原理： http:/ 北京郵電大學北京郵電大學 通信原理網(wǎng)站：通信原理網(wǎng)站： http:/ 東南大學東南大學 通信原理網(wǎng)站：通信原理網(wǎng)站： http:/ 北京交通大學北京交通大學 通信原理網(wǎng)站：通信原理網(wǎng)站： http:/ 南京郵電大學南京郵電大學 通信原理網(wǎng)站：通信原理網(wǎng)站： 85/tongxin/index.aspx 麻省理工學院麻省理工學院 /6.441/www/ 移動通信在線移動通信在線 http:/ 無線資訊網(wǎng)：

6、無線資訊網(wǎng)： http:/ 中國通信資源網(wǎng)中國通信資源網(wǎng) http:/ 通信人家園通信人家園 http:/ 了解了解通信技術(shù)的發(fā)展；通信技術(shù)的發(fā)展； 掌握掌握 消息消息、信息信息、信號信號 的定義；的定義； 掌握掌握數(shù)字通信的概念，理解數(shù)字通信的概念，理解 數(shù)字通信的優(yōu)點數(shù)字通信的優(yōu)點； 掌握掌握 通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型 及其及其 主要性能指標；主要性能指標；重點：重點：1. 信息的度量；信息的度量； 2. 數(shù)字通信系統(tǒng)模型的理解與掌握。數(shù)字通信系統(tǒng)模型的理解與掌握。難點：難點：數(shù)字通信系統(tǒng)性能指標的理解與計算；數(shù)字通信系統(tǒng)性能指標的理解與計算；12通信通信: : 信息信息（或消息）的傳輸和

7、交換（或消息）的傳輸和交換 。 （要求準確要求準確 、迅速、迅速） 消息消息：信息：信息的的物理物理表現(xiàn)形式表現(xiàn)形式 。如符號、文字、。如符號、文字、 話音、話音、數(shù)據(jù)或圖像等數(shù)據(jù)或圖像等。 信息信息：消息的消息的內(nèi)涵內(nèi)涵，即信息是消息，即信息是消息 中所包含中所包含 的的人們原來不知而待知的內(nèi)容人們原來不知而待知的內(nèi)容 。13電通信電通信：是利用是利用電電（電流或電波，包括光）（電流或電波，包括光） 來傳遞信息來傳遞信息 。 現(xiàn)代通信一般均是指現(xiàn)代通信一般均是指“電通信電通信”。 信號信號：消息的電的表示形式。在電通信系統(tǒng)中，消息的電的表示形式。在電通信系統(tǒng)中， 電信號是消息傳遞的物質(zhì)載體。

8、電信號是消息傳遞的物質(zhì)載體。通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)：是完成傳遞信息任務(wù)所需要的一切是完成傳遞信息任務(wù)所需要的一切 技術(shù)設(shè)備和傳輸媒介所構(gòu)成的總體。技術(shù)設(shè)備和傳輸媒介所構(gòu)成的總體。14v 在電力系統(tǒng)中，信號的波形是確定的，設(shè)計電力系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中，信號的波形是確定的，設(shè)計電力系統(tǒng)時主要考慮如何盡量減少電能的損失。時主要考慮如何盡量減少電能的損失。v 通信系統(tǒng)中，接收端在沒有收到信號之前是不知道信通信系統(tǒng)中，接收端在沒有收到信號之前是不知道信號波形的，否則就沒有可傳輸?shù)男畔?，也就沒必要進號波形的，否則就沒有可傳輸?shù)男畔?，也就沒必要進行通信了。行通信了。15圖1-1 通信系統(tǒng)的一般模型信息源信息源發(fā)送設(shè)備

9、發(fā)送設(shè)備信道信道接收設(shè)備接收設(shè)備受信者受信者噪聲源噪聲源發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端 把各種可能把各種可能的的消息消息轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成原始電信號原始電信號。如麥克風等。如麥克風等。 對對原始電信號原始電信號進進行行變換變換，使其適合，使其適合在信道中傳輸。在信道中傳輸。 信號傳輸?shù)耐ㄐ盘杺鬏數(shù)耐ǖ?，有道，有無線無線和和有有線線兩種方式。兩種方式。 與發(fā)送設(shè)備與發(fā)送設(shè)備作用相反，從作用相反，從接收信號中接收信號中恢恢復(fù)復(fù)出相應(yīng)的出相應(yīng)的原原始電信號始電信號。 將恢復(fù)的將恢復(fù)的原始原始電信號電信號轉(zhuǎn)換成相轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的應(yīng)的消息消息。 包括信道中的包括信道中的噪聲和分散在通噪聲和分散在通信系統(tǒng)其他各處信系統(tǒng)其

10、他各處的噪聲。的噪聲。基于點到點之間的通信16 信源信源 是消息的是消息的 產(chǎn)生地產(chǎn)生地 ，其，其作用作用是是把各種消息把各種消息 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成成原始電信號原始電信號( (基帶信號基帶信號) )。 發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備 的基本功能是將信源和信道匹配起來的基本功能是將信源和信道匹配起來 , 即將信源產(chǎn)生的消息信號變換成適合在信道中傳即將信源產(chǎn)生的消息信號變換成適合在信道中傳 輸?shù)男盘栞數(shù)男盘?(如已調(diào)信號）。如已調(diào)信號）。發(fā)送信道發(fā)送信道 是指傳輸信號的是指傳輸信號的物理媒質(zhì)物理媒質(zhì)。在無線信。在無線信道中，信道可以是大氣（自由空間），在有線信道中，信道可以是大氣（自由空間），在有線信道中，信道可以是

11、明線、電纜、光纖。道中，信道可以是明線、電纜、光纖。17電梯用綜合電纜電梯用綜合電纜7575射頻同軸電纜射頻同軸電纜室外非金屬光纜室外非金屬光纜金屬光纜金屬光纜18噪聲源噪聲源 是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中噪聲是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中噪聲與干擾的集中表現(xiàn)。與干擾的集中表現(xiàn)。 接收設(shè)備接收設(shè)備 的基本功能是完成的基本功能是完成 發(fā)送設(shè)備的反變發(fā)送設(shè)備的反變換，它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號中正確恢換，它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始基帶信號來。復(fù)出相應(yīng)的原始基帶信號來。信宿信宿 是傳輸信息的歸宿點，其作用是將復(fù)原的是傳輸信息的歸宿點，其作用是將復(fù)原的原始信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)

12、的消息。原始信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。 19 通信傳輸?shù)耐ㄐ艂鬏數(shù)南㈩愋拖㈩愋投喾N多樣，即有不同的業(yè)務(wù)需求多種多樣，即有不同的業(yè)務(wù)需求 連續(xù)消息連續(xù)消息（模擬消息模擬消息）：是指消息的狀態(tài)連續(xù)變）：是指消息的狀態(tài)連續(xù)變化或是不可數(shù)的，如語音、圖像等?；蚴遣豢蓴?shù)的，如語音、圖像等。 離散消息離散消息（數(shù)字消息）（數(shù)字消息） ：是指消息的狀態(tài)是可數(shù)：是指消息的狀態(tài)是可數(shù)的或離散的，如符號、數(shù)據(jù)、文字等。的或離散的，如符號、數(shù)據(jù)、文字等。M 為傳遞消息，必須將各種消息轉(zhuǎn)換成（電）信號為傳遞消息，必須將各種消息轉(zhuǎn)換成（電）信號M 消息與信號之間必須建立一一的對應(yīng)關(guān)系消息與信號之間必須建立一一的對應(yīng)關(guān)

13、系20 模擬信號模擬信號：凡信號的某一參量可以取無限多個值，：凡信號的某一參量可以取無限多個值，并且該參量直接反映消息的狀態(tài)變化。并且該參量直接反映消息的狀態(tài)變化。 如電話機送出的語音信號、電視攝像機輸出如電話機送出的語音信號、電視攝像機輸出的圖像信號等。的圖像信號等。M 連續(xù)是指信號中攜帶消息的參量可以連續(xù)變化或連續(xù)是指信號中攜帶消息的參量可以連續(xù)變化或取無窮多個值，而不一定在時間上也連續(xù)。取無窮多個值，而不一定在時間上也連續(xù)。 按按信號參量的取值方式信號參量的取值方式不同可把信號分為模擬信號不同可把信號分為模擬信號 和數(shù)和數(shù)字信號。字信號。21 (a) (a) 話音信號話音信號 (b) (

14、b) 抽樣信號抽樣信號圖圖1-2 1-2 模擬信號模擬信號22 數(shù)字信號數(shù)字信號 信號中攜帶消息的參量只能取有限個值。信號中攜帶消息的參量只能取有限個值。如電報信號、計算機輸入如電報信號、計算機輸入/ /輸出信號等。輸出信號等。M 并不是模擬信號只能在模擬通信系統(tǒng)傳輸，數(shù)并不是模擬信號只能在模擬通信系統(tǒng)傳輸，數(shù)字信號只能在數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸，如字信號只能在數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸，如Modem M 按照按照信道中傳輸?shù)男诺乐袀鬏數(shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，是模擬信號還是數(shù)字信號，可相應(yīng)地把可相應(yīng)地把 通信系統(tǒng)通信系統(tǒng) 分為分為模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)和和數(shù)數(shù)字通信系統(tǒng)字通信系統(tǒng)。 231 0 0 1 1

15、0 1 1 1 0 0 1Of (nT )t00111001數(shù)字信息數(shù)字信息PSKPSK 波形波形(a)(b)圖圖1-3 1-3 數(shù)字信號數(shù)字信號 (a) 二進制信號二進制信號； (b) 2 2 PSKPSK信號信號 24 模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng) 是傳輸模擬信號的通信系統(tǒng)。是傳輸模擬信號的通信系統(tǒng)。 信源發(fā)出的原始電信號是信源發(fā)出的原始電信號是基帶信號基帶信號，基帶的含基帶的含義義是指信號的頻譜從零頻附近開始。是指信號的頻譜從零頻附近開始。 如語音信號為如語音信號為 3003400Hz ， 圖像信號為圖像信號為 06MHz 。 模擬信號具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜模擬信號具有頻率很低的頻

16、譜分量，一般不宜直接傳輸，需要把基帶信號變換成其頻帶適合在信直接傳輸，需要把基帶信號變換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號，并可在接收端進行反變換。道中傳輸?shù)念l帶信號，并可在接收端進行反變換。 完成這種變換和反變換作用的通常是調(diào)制器和完成這種變換和反變換作用的通常是調(diào)制器和解調(diào)器。解調(diào)器。1. 模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型25 攜帶有信息攜帶有信息 適合在信道中傳輸適合在信道中傳輸 信號的信號的頻譜頻譜具有具有帶通帶通形式且中心頻率遠離零頻，形式且中心頻率遠離零頻，因而已調(diào)信號又稱因而已調(diào)信號又稱頻帶信號頻帶信號 。 已調(diào)信號已調(diào)信號 有三個基本特征：有三個基本特征： 模擬通信模擬通信系統(tǒng)

17、模型可由圖系統(tǒng)模型可由圖1-11-1略加演變而成，如圖略加演變而成，如圖1-41-4 所示。所示。26 圖圖中的調(diào)制器和解調(diào)器就代表圖中的調(diào)制器和解調(diào)器就代表圖1-11-1中的中的發(fā)送設(shè)發(fā)送設(shè)備備和和接收設(shè)備接收設(shè)備 。 噪聲源噪聲源調(diào)制器調(diào)制器信道信道解調(diào)器解調(diào)器受信者受信者信息源信息源圖圖 1-4 1-4 模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型272、數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型 圖圖 1 15 5 數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型受受信信者者信信息息源源噪聲源噪聲源信信源源編編碼碼器器信信道道編編碼碼器器數(shù)數(shù)字字調(diào)調(diào)制制器器信信道道數(shù)數(shù)字字解解調(diào)調(diào)器器信信道道譯譯碼碼器器信信源源譯譯碼碼器

18、器 數(shù)字通信涉及的技術(shù)問題很多，其中主要有信源編碼/譯碼、信道編碼/譯碼、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)、數(shù)字復(fù)接、 同步以及加密等。 28一、將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，即模/數(shù)轉(zhuǎn)換 二、設(shè)法減少碼元數(shù)目和減少冗余信息，即數(shù)據(jù)壓縮 。 （1）信源編碼與譯碼信源編碼與譯碼 碼元碼元：數(shù)字通信中傳輸?shù)囊粋€接一個按節(jié)拍傳送的數(shù)字信號單元。信源譯碼 是信源編碼的逆過程。 M 信源編碼的作用：29 數(shù)字信號在信道傳輸時，由于噪聲、衰落以及人為干擾等，將會引起差錯差錯 。 為了減少差錯，信道編碼器對傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護成分（監(jiān)督元），組成所謂“抗干擾編碼抗干擾編碼”。 接收端的信道譯碼器按一定規(guī)則進行解碼，

19、從解碼過程中發(fā)現(xiàn)錯誤或糾正錯誤，從而提高通信系統(tǒng)抗干擾能力，實現(xiàn)可靠通信可靠通信。 （2） 信道編碼與譯碼信道編碼與譯碼30 在需要實現(xiàn)保密通信的場合，為了保證所傳信息的安全，人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，即加上密碼，這種處理過程叫加密。 在接收端利用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對收到的數(shù)字序列進行解密，恢復(fù)原來信息，叫解密。 （3）加密與解密加密與解密（4） 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)數(shù)字調(diào)制與解調(diào) 數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號的 頻譜搬移 到高頻處，形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號。信源 載波信號 已調(diào)信號S(t) Acos(t +) S(t) Acos(t +)31 同步是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序、準確、可靠工作

20、的不可缺少的前提條件。同步是使收、發(fā)兩端的信號在時間上保持步調(diào)一致。 按照同步的功用不同，可分為載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步。 （5） 同步同步 圖1-5 是數(shù)字通信系統(tǒng)的一般化模型， 實際的數(shù)字通信系統(tǒng)不一定包括圖中的所有環(huán)節(jié)。 如在某些有線信道中，若傳輸距離不太遠且通信容量不太大時，數(shù)字基帶信號無需調(diào)制，可以直接傳送，稱之為數(shù)字信號的基帶傳輸，其模型中就不包括調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié)。32 抗干擾能力強，通過再生，可消除噪聲積累； 采用信道編碼技術(shù)可使誤碼率降低，提高傳輸?shù)目煽啃?，即差錯可控； 通過超大規(guī)模集成電路和現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)，設(shè)備易于集成化、微型化、低功耗化。 易于加密處理，且保密強

21、度高。 易于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計算技術(shù)對信號進行處理、變換、存儲，從而形成智能網(wǎng)。數(shù)字通信的數(shù)字通信的 主要優(yōu)點主要優(yōu)點 33數(shù)字通信的數(shù)字通信的 主要不足主要不足 占用帶寬大； 一路模擬電話 4KHz，一路數(shù)字電話 64KHz 系統(tǒng)同步要求高。 隨著光纖、數(shù)字微波等寬帶信道的使用以及數(shù)字頻帶壓縮技術(shù)的發(fā)展，第一個缺點的影響已減小。341 、按通信業(yè)務(wù)分類按通信業(yè)務(wù)分類 按通信業(yè)務(wù)，可分為話務(wù)通信話務(wù)通信和非話務(wù)通信非話務(wù)通信。 非話務(wù)通信 主要是 分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、計算機通信及 圖像通信、會議電視等。2、按調(diào)制方式分類按調(diào)制方式分類 根據(jù)是否采用調(diào)制，可將通信系統(tǒng)分為： 基帶傳輸基帶傳輸

22、是將未經(jīng)調(diào)制的信號直接傳送，如音頻市內(nèi)電話。 頻帶頻帶( (調(diào)制調(diào)制) )傳輸傳輸是對各種信號調(diào)制后傳輸?shù)目偡Q3536數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)傳輸、 數(shù)字微波、數(shù)字微波、 空空間通信間通信 數(shù)字微波、數(shù)字微波、 空間通信空間通信 中間調(diào)制方式、中間調(diào)制方式、 遙測遙測 中間調(diào)制方式中間調(diào)制方式 遙測、遙測、 光纖傳輸光纖傳輸 市話、市話、 衛(wèi)星、衛(wèi)星、 空間通信空間通信 軍用、軍用、 民用電話民用電話 電視電話、電視電話、 圖像編碼圖像編碼 中低速數(shù)字電話中低速數(shù)字電話 373、按信號特征分類按信號特征分類 按信道中所傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分成模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。4、按傳輸

23、媒質(zhì)分類按傳輸媒質(zhì)分類 有線通信有線通信 用導(dǎo)線導(dǎo)線（如架空明線、同軸電纜、 光導(dǎo)纖維、波導(dǎo)等）作為傳輸媒質(zhì)完成通信，如市內(nèi)電話、有線電視、海底電纜通信等。 無線通信無線通信 依靠電磁波電磁波在空間空間傳播達到傳遞消息的目的，如短波電離層傳播、微波視距傳播、衛(wèi)星中繼等。 38 按通信設(shè)備的工作頻率不同可分為長波通信、中波通信、短波通信、微波通信、遠紅外線通信等。 工作波長和頻率的換算公式為； 83 10(/ )()cm sff Hz 5、按工作波段分類按工作波段分類 為工作波長， f 為工作頻率， c 為光速。394041 頻分復(fù)用 用頻譜搬移的方法使不同信號占據(jù)不同的頻率范圍。 時分復(fù)用 用

24、脈沖調(diào)制的方法使不同信號占據(jù)不同的時間區(qū)間。 碼分復(fù)用 用正交的脈沖序列分別攜帶不同的信號。6、按信號復(fù)用方式分類按信號復(fù)用方式分類 常見傳輸多路信號有兩種復(fù)用方式：42時間時間頻率頻率時分復(fù)用（時分復(fù)用（TDM）時間時間頻率頻率碼字碼字碼分復(fù)用（碼分復(fù)用（CDM）時間時間頻率頻率頻分復(fù)用（頻分復(fù)用（FDM）43 上述通信系統(tǒng)是單向通信系統(tǒng)，但在多數(shù)場合下，信源兼為信宿，需要雙向通信，下面只對通信方式作一簡單介紹。 a) 按消息傳遞的方向與時間關(guān)系分按消息傳遞的方向與時間關(guān)系分 對于點與點之間的通信，按消息傳遞的方向與時間關(guān)系，通信方式可分為單工、半雙工及全雙工通信三種。 44 單工通信單工通

25、信 是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞剑虼酥徽加靡粋€信道，如圖1-6(a)所示。 廣播、遙測、遙控、無線尋呼等就是單工通信方式的例子。 半雙工通信半雙工通信 是指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時進行收和發(fā)的工作方式，如圖1-6(b)所示。 例如，使用同一載頻的對講機，收發(fā)報機以及問詢、檢索、科學計算等數(shù)據(jù)通信都是半雙工通信方式。45發(fā)端發(fā)端信道信道收端收端發(fā)端發(fā)端信道信道收端收端收端收端發(fā)端發(fā)端發(fā)端發(fā)端信道信道發(fā)端發(fā)端收端收端收端收端信道信道(a)(a)(b)(b)(c)(c)(a) 單工(b) 半雙工(c) 全雙工46 全雙工通信全雙工通信 是指通信雙方可同時進行收發(fā)消息的工作方式。一般情況

26、全雙工通信的信道必須是雙向信道，如圖1-6(c)所示。 普通電話、手機都是最常見的全雙工通信方式。b) 按數(shù)字信號排列順序分按數(shù)字信號排列順序分 在數(shù)字通信中，按數(shù)字信號代碼排列的順序可分為并行傳輸和串行傳輸。47 (a) 串行傳輸 (b) 并行傳輸 圖1-7 并行和串行通信方式48 并行傳輸并行傳輸 是將代表信息的數(shù)字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。 并行傳輸?shù)膬?yōu)點是節(jié)省傳輸時間，但需要傳輸信道多，設(shè)備復(fù)雜，成本高，故較少采用，一般適用于計算機和其它高速數(shù)字系統(tǒng)，特別適用于設(shè)備之間的近距離通信。 串行傳輸串行傳輸 是數(shù)字序列以串行方式一個接一個地在一條信道上傳輸。 通常

27、，一般的遠距離數(shù)字通信都采用這種傳輸方式。 49c ) 按通信對象數(shù)量的不同按通信對象數(shù)量的不同 可分為點到點通信點到點通信 、點到多點通信點到多點通信和多點到多多點到多點通信點通信三種(多個對象和多個對象之間的通信)。d ) 按同步方式的不同按同步方式的不同 又分為同步通信和異步通信 。e ) 按通信終端之間的連接方式按通信終端之間的連接方式 可劃分為兩點間直通直通方式方式和交換方式交換方式 。直通方式是通信雙方直接用專線連接；而交換式的通信雙方必須經(jīng)過交換機才能連接起來，如電話系統(tǒng)。501 1、什么是模擬通信，什么是數(shù)字通信？、什么是模擬通信，什么是數(shù)字通信？2 2、數(shù)字通信有哪些優(yōu)點？、

28、數(shù)字通信有哪些優(yōu)點？3 3、數(shù)字通信系統(tǒng)模型。、數(shù)字通信系統(tǒng)模型。思思 考考51 任何信源產(chǎn)生的輸出都是隨機的隨機的 ，信息量信息量就是 對消息中這種不確定性不確定性的度量度量 。 信息量信息量與事件發(fā)生 的概率概率有關(guān)，事件出現(xiàn)的概率越小，信息量就越大；必然事件的 概率為1 ，則它 傳遞的信息量就為 0 。 假設(shè) 是消息 發(fā)生的概率，則：)(xPx 信息量信息量是概率的函數(shù)概率的函數(shù)，即 越小， 越大； 反之， 越小。 且 時， ； 時， ( )If P x )(xPII0)(xP1)(xP0II52 若干個互相獨立事件構(gòu)成的消息，所含信息量具 有相加性相加性:)()()().(2121xP

29、IxPIxPxPI 綜合以上三條規(guī)律 ，根據(jù)概率論知識 ，信息量信息量與消息出現(xiàn)的概率概率之間的關(guān)系關(guān)系應(yīng)為 ：1aaIPxPxloglog()() 信息量的單位信息量的單位 與對數(shù) 底數(shù)a有關(guān)。 a=2 時， 信息量的單位為 比特比特 (bit) ，最常用；最常用； a=e 時， 信息量的單位為 奈特奈特 (nat)； a=10 時，信息量的單位為 哈特萊哈特萊（Hartly）。53【例1-1】 設(shè)二進制離散信源 ，以相等的概率發(fā)送數(shù)字 0 或 1 ，則信源每個輸出的信息含量信息含量為多少？)(log/loglog)()(bitPII12211110222 可見，傳送等概率的二進制二進制 波

30、形波形之一 的信息量信息量為1 比特比特 。同理，傳送等概率的四進制波形四進制波形 之一 的信息量信息量為2比特比特。)/(21P(1/4)P 對于離散信源，M 個波形等概率等概率 發(fā)送，且每一個波形的出現(xiàn)波形的出現(xiàn)是獨立的 ，即信源是無記憶無記憶的 ，則傳送M 進制波形進制波形之一的信息量為：)/(MP11 1、等概率情況下信息量的計算等概率情況下信息量的計算54 傳送等概率四進制波形之一的信息量信息量為2比特，每個四進制波形四進制波形需要用2個二進制脈沖個二進制脈沖表示； 傳送等概率八進制波形之一的信息量信息量為3 比特，每個八進制波形八進制波形需要用3個二進制脈沖個二進制脈沖表示。 綜上

31、所述，式中 K 是二進制脈沖數(shù)目二進制脈沖數(shù)目。式中P為每一個波形出現(xiàn)的概率，M為傳送的波形數(shù)。若M是2的整冪次的整冪次，比如 （ K =1，2，）則式(1.4-4) 可改寫為：)(log/loglogbitMMPI2221112KM 2log 2()KIK bit 式(1.4-4)55 設(shè)離散離散 信息源信息源是一個由n 個符號個符號組成的集合 ，按 獨立出現(xiàn)。記2、非等概情況的信息量的計算nxxx,21 ixp 12112 , 1niniiinxxxxp xp xp xp xp x 且且有有 則每個符號每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值統(tǒng)計平均值 ，即平均平均 信息量信息量為：112nniii

32、iiiH xP xP xbI xixtP( )()()()log() (/) 符符號號式(1.4-6)56 由于 H 同熱力學中的熵形式一樣，故通常又稱它為信息源的熵信息源的熵 ，其單位為 bit / 符號。 當信源中每個符號等概獨立等概獨立出現(xiàn)時，式(1.4-6)即成為式(1.4-5) ?？梢宰C明，此時信源的熵有最大值信源的熵有最大值：2( )logH xM 根據(jù)信息量 的相加性相加性概念概念 ，N 個符號的總信息量總信息量 可表示為：211log()NNiiiiiiIn InP x 其中 ni 為符號符號 出現(xiàn) 的 次數(shù)( 事件發(fā)生次數(shù) )57【例1-2】一 離散信源由 0 ，1 ，2 ，

33、3 四個符號四個符號組成 ，它們出現(xiàn)的概率出現(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：201020130213001203210100321010023102002010312032100120210 的 信息量信息量 。 解解： 出現(xiàn) 次 ； 出現(xiàn) 次 ； 出現(xiàn) 次 ； 出現(xiàn) 次 ；共有符號，故該消息的總信息量總信息量為2222823log14log 413log 47log 8108()3bit21log()NiiiInP x 58 每個符號的算術(shù)平均信息量算術(shù)平均信息量為： 可見，兩種算法 的結(jié)果有一定誤差 ，但當消息很長時，用

34、熵的概念熵的概念來計算 。 而且隨著消息序列長度消息序列長度的增加 ， 兩種計算誤差計算誤差將將趨于趨于零零 。 若用熵的概念熵的概念來計算，由 式(1.4-5) 得： 81log8141log4141log4183log832222H1.906 (/)bit符號1081.89(/)57IIbit符號數(shù)符號59解解： 出現(xiàn) 次 ； 出現(xiàn) 次 ； 出現(xiàn) 次 ; 出現(xiàn) 次 ；共 符號 。故該消息的信息量及熵分別為ni2i2222i 11111In log p6log3log2log2log24(bit)2488 H( xloglogbitloglog/.2222111111112244888812

35、331 752488 ）（符符號號） 算術(shù)平均信息量算術(shù)平均信息量 為24 / / 13 1.85 bit / 符號符號一離散信源由一離散信源由 A ，B ，C ，D 四個符號組成，它們出現(xiàn)四個符號組成，它們出現(xiàn)的概率分別的概率分別為為 1/2，1/4，1/8，1/8 ，且每，且每符號的出現(xiàn)都是符號的出現(xiàn)都是獨立的。試求消息獨立的。試求消息 AAAAABBACCDDB 的信息量及熵的信息量及熵 60 通信的任務(wù)是快速、準確地傳遞信息。評價通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標是系統(tǒng)的有效性和可靠性。 有效性有效性 是指在 給定時間內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多多少少 ，或者說是傳輸?shù)?“速度速度” 問題； 可靠性

36、可靠性 是指接收信息的準確程度準確程度 ，也就是傳輸?shù)?“質(zhì)量質(zhì)量”問題。 這兩個問題相互矛盾而又相對統(tǒng)一 ，通常還可以 進行互換互換 。 61一、模擬通信系統(tǒng)有效性指標：用單位時間單位時間傳送的信息量信息量或有效傳輸頻有效傳輸頻帶帶來衡量。 頻帶相同時，單位時間內(nèi)傳送信息量越大，有效性越好；單位時間傳送的信息量相同時，占用頻帶越窄，有效性越好。 如調(diào)頻信號抗干擾能力抗干擾能力比調(diào)幅 好，但調(diào)頻信號 所需傳輸頻帶傳輸頻帶卻寬于調(diào)幅 。 可靠性指標：用接收端最終輸出信噪比信噪比來度量，信噪比越大 ， 可靠性越好 。62有效性 用傳輸速率來衡量；可靠性 用差錯率來衡量。 二、數(shù)字通信系統(tǒng)1 1、傳輸速率傳輸速率 碼元傳輸速率碼元傳輸速率RB 簡稱傳碼率傳碼率，又稱符號速率符號速率。 它表示單位時間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位是波特（波特（BaudBaud），記為），記為B B 。 例如，若 1 秒內(nèi)傳2400個碼元，則傳碼率為2400B63 在數(shù)字通信中，一個碼元（符號）在時間軸上的長度被稱為碼元長度 。11() BBBBRBTTR或或 數(shù)字信號有多進制和二進制之分，但碼元速率與進制數(shù)無關(guān)，只與傳輸?shù)拇a元長度 TB 有關(guān) 信息傳輸速率Rb簡稱傳信率傳信率，又稱比特率比特率等。它表示單位時間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特數(shù)，單位是比特/秒，可記為bit/s ，或 b/s ，或 bps 。64式