通信原理樊昌信版學習教案

1、會計學1通信通信(tng xn)原理樊昌信版原理樊昌信版第一頁，共49頁。 樊昌信 曹麗娜 編著(binzh)第1頁/共49頁第二頁，共49頁。模型(mxng)/分類/通信方式信息量/信源熵 有效性/可靠性 本章(bn zhn)內容: 第1章 緒 論 第2頁/共49頁第三頁，共49頁。 通信(tng xn)的基本概念1.1 第3頁/共49頁第四頁，共49頁。擊鼓鳴金電報烽火電話電視因特網數(shù)字化智能化高速化寬帶化移動化個人化。綜合化 通信(tng xn)的發(fā)展第4頁/共49頁第五頁，共49頁。聲音(shngyn)音頻(ynpn)信號將音頻信號放大、調制，產生(chnshng) AM信號，并耦合到

2、發(fā)射天線接收天線將電磁波轉換為 AM信號（含有噪聲）將AM信號解調還原為音頻信號，再經音頻功放后，驅動揚聲器，還原為聲音。發(fā)射天線將AM信號感應成可以輻射到大氣中的電磁波 （無線電波） 消息 信息 信號調幅（調幅（AM）無線廣播系統(tǒng)）無線廣播系統(tǒng)第5頁/共49頁第六頁，共49頁。：消息中蘊含的有效內容消息中蘊含的有效內容。 ：通信系統(tǒng)傳輸：通信系統(tǒng)傳輸?shù)膶ο蟆Ｐ问蕉喾N的對象。形式多種: : ：消息消息的電表示的電表示形式形式/ /傳輸載體。傳輸載體。模擬信號：模擬信號： 數(shù)字信號：數(shù)字信號： 信號參量取值連續(xù)信號參量取值連續(xù)(linx)(linx) 信號參量取值離散信號參量取值離散 語音、溫度

3、語音、溫度(wnd)(wnd)、圖像、圖像 數(shù)據(jù)、文字、符號數(shù)據(jù)、文字、符號連續(xù)消息連續(xù)消息(xio xi)(xio xi)： 離散消息離散消息(xio xi)(xio xi)： 信號信號消息消息信息信息第6頁/共49頁第七頁，共49頁。信號(xnho)消息(xio xi)信息(xnx)傳輸載體 模擬信號 數(shù)字信號 表現(xiàn)形式 內涵 n 三者關系第7頁/共49頁第八頁，共49頁。第8頁/共49頁第九頁，共49頁。話筒（聲音傳感器）把聲音轉變成音頻信號話筒（聲音傳感器）把聲音轉變成音頻信號(xnho)(xnho)；數(shù)字終端把符號轉變成數(shù)字信號數(shù)字終端把符號轉變成數(shù)字信號(xnho)(xnho)；攝

4、像機把圖像轉變成視頻信號攝像機把圖像轉變成視頻信號(xnho)(xnho)；熱敏電阻（溫度傳感器）把溫度轉變成電信號熱敏電阻（溫度傳感器）把溫度轉變成電信號(xnho)(xnho)。 消息(xio xi) 電信號的轉換:傳感器傳感器第9頁/共49頁第十頁，共49頁?；?jy)以上對 消息 、信息 和 信號 的理解：通信(tng xn)通信系統(tǒng)第10頁/共49頁第十一頁，共49頁。 通信系統(tǒng)(xtng)模型1.2 第11頁/共49頁第十二頁，共49頁。 通信(tng xn)系統(tǒng)一般模型第12頁/共49頁第十三頁，共49頁。消息消息 電信號電信號如如 電話機的話筒電話機的話筒(hutng)(hu

5、tng)把聲音把聲音音頻信號音頻信號電信號電信號 消息消息如電話機的聽筒如電話機的聽筒(tngtng)(tngtng)把音頻信號把音頻信號聲音聲音原始原始(yunsh)(yunsh)電信號電信號適合在適合在信道中傳輸?shù)男盘枴Ｈ缧诺乐袀鬏數(shù)男盘?。?編碼、編碼、調制調制其功能與發(fā)送設備相反。其功能與發(fā)送設備相反。 如如 譯碼、解調譯碼、解調destination source transmitter receiver channel noise 能傳輸信號的能傳輸信號的 各種物理媒介各種物理媒介第13頁/共49頁第十四頁，共49頁。l 模擬(mn)消息 原始電信號（基帶）l 基帶信號 已 調 信

6、號（帶通） 模擬通信系統(tǒng)(xtng)模型n 兩對重要(zhngyo)變換：第14頁/共49頁第十五頁，共49頁。n信源編碼(bin m)：n模/數(shù)轉換 n提高有效性n信道編碼：n增強(zngqing)抗干擾能力 數(shù)字通信系統(tǒng)(xtng)模型第15頁/共49頁第十六頁，共49頁。l可能需要較大的傳輸帶寬可能需要較大的傳輸帶寬(di (di kun)kun)；l對同步要求高。對同步要求高。優(yōu)點優(yōu)點(yudin)(yudin)缺點缺點 數(shù)字通信的特點第16頁/共49頁第十七頁，共49頁。 通信(tng xn)系統(tǒng)分類 與 通信(tng xn)方式1.3 第17頁/共49頁第十八頁，共49頁。詳見表詳

7、見表3-13-1n按復用方式劃分：頻分、時分、碼分復用。n同一個通信(tng xn)系統(tǒng)可以分屬于不同分類。n AM廣播系統(tǒng)中短波通信(tng xn)、模擬通信(tng xn)、 n 帶通傳輸系統(tǒng)（調制系統(tǒng)）。 通信(tng xn)系統(tǒng)分類第18頁/共49頁第十九頁，共49頁。 通信(tng xn)方式第19頁/共49頁第二十頁，共49頁。在并行信道上同時傳輸在并行信道上同時傳輸(chun sh) n (chun sh) n 個比特個比特信息。信息。l并行傳輸：l串行傳輸(chun sh)：第20頁/共49頁第二十一頁，共49頁。0 1 1 0 0 1 0 0 1 101010l串行傳輸(ch

8、un sh)：數(shù)字碼元序列按時間順序一個數(shù)字碼元序列按時間順序一個(y )接一個接一個(y )地在一條信道中傳輸。地在一條信道中傳輸。 第21頁/共49頁第二十二頁，共49頁。模型/分類(fn li)/通信方式信息量/信源熵 有效性/可靠性 本章(bn zhn)內容: 第1章 緒 論 第22頁/共49頁第二十三頁，共49頁。 信息(xnx)及其度量1.4 第23頁/共49頁第二十四頁，共49頁。n信息具有(jyu)以下特性：l在當今信息社會中，信息是最寶貴的資源之一。在當今信息社會中，信息是最寶貴的資源之一。時效壓縮存儲傳輸相對共享存在度量擴充第24頁/共49頁第二十五頁，共49頁。如何如何(

9、rh)(rh)度量消息中所含的信息量度量消息中所含的信息量 ? ?根據(jù)概率論知識：事件的不確定性根據(jù)概率論知識：事件的不確定性 可用事件出現(xiàn)可用事件出現(xiàn)(chxin)(chxin)的概率來描述的概率來描述。第25頁/共49頁第二十六頁，共49頁。如何度量如何度量(dling)(dling)消息中所含的信息量消息中所含的信息量 ? ?根據(jù)(gnj)概率論知識：事件的不確定性 可用事件出現(xiàn)的概率來描述。I P I = f P(x) 第26頁/共49頁第二十七頁，共49頁。P 1，I0P 0，IP(x) I(y)相加性相加性a= 2，比特，比特(b t)(bit) ，簡記為，簡記為ba= e，奈特，

10、奈特(nat) a=10，哈特萊，哈特萊(Hartley)1 nat=1.44 b 1. 離散(lsn)消息 x 的信息量第27頁/共49頁第二十八頁，共49頁。 【1-1】二進制信源二進制信源（0 0，1 1） 【1-2】四進制信源四進制信源（0 0，1 1，2, 32, 3）解解：試求：等概獨立發(fā)送試求：等概獨立發(fā)送(f sn)(f sn)符號時，每個符號的信息符號時，每個符號的信息量量 。例例例例第28頁/共49頁第二十九頁，共49頁。 H與熱力學中的熵形式(xngsh)一樣，故稱為信源的熵。211( )log(b/( )MiiiHp xp x符號） 2. 離散消息(xio xi)的平均

11、信息量第29頁/共49頁第三十頁，共49頁。 比較例比較例【1-31-3】與與【1-21-2】可知：可知： 等概時，熵最大等概時，熵最大:211( )log( )MiiiHp xp x0123(0)(1)(2)(3)(1.90b6/HPIPIPIPI符號）21log( )iiIP x例例解第30頁/共49頁第三十一頁，共49頁。利用利用(lyng)(lyng)信息相加性概念信息相加性概念來計算：來計算：利用利用(lyng)(lyng)熵的概熵的概念來計算：念來計算：01232314137108bIIIII總（ ）5757 1 906108.64 (b)IH 總1.906 (b/H 符號）例例解

12、：第31頁/共49頁第三十二頁，共49頁。 歸納歸納(gun)：第32頁/共49頁第三十三頁，共49頁。模型/分類(fn li)/通信方式信息量/信源熵 有效性/可靠性 本章(bn zhn)內容: 第1章 緒 論 第33頁/共49頁第三十四頁，共49頁。通信(tng xn)系統(tǒng)性能指標1.5 第34頁/共49頁第三十五頁，共49頁?？煽啃钥煽啃?Headline Headlinetext有效性有效性性能性能(xngn(xngnng)ng)指標指標模模 擬擬 通通 信信數(shù)數(shù) 字字 通通 信信l 傳輸帶寬(di kun)l 輸出信噪比l 頻帶利用率 l 差錯(chcu)概率 矛盾、關聯(lián)、互換第35

13、頁/共49頁第三十六頁，共49頁。1BsRT 例如例如(lr)(lr)：1 1秒內傳輸秒內傳輸10001000個碼元，則個碼元，則 RB =1000 Baud RB =1000 Baud 數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標第36頁/共49頁第三十七頁，共49頁。 Rb與 RB的關系(gun x)H為紐帶(nidi)數(shù)值數(shù)值(shz)(shz)相相等等單位不同單位不同 第37頁/共49頁第三十八頁，共49頁。第38頁/共49頁第三十九頁，共49頁。 二進制：二進制：Pb=Pe ； M進制：進制：PbPe ； why ?（2）誤信）誤信(w xn)率率(誤比特率）誤比特率） Pb 數(shù)字通信系統(tǒng)(xtng)的

14、可靠性指標第39頁/共49頁第四十頁，共49頁。 本章小結： 術語，模型(mxng)，分類，通信方式 數(shù)字通信的優(yōu)缺點 信息量：Ii ，H，I總 RB，Rb，；Pe ，Pb 第40頁/共49頁第四十一頁，共49頁。例題1、對于同樣以2400b/s比特率發(fā)送的信號，若A系統(tǒng)以2PSK調制方式傳輸時所需帶寬為2400hz，而B系統(tǒng)以4PSK調制方式傳輸時所需帶寬為1200hz，哪個(n ge)系統(tǒng)更有效？第41頁/共49頁第四十二頁，共49頁。例題1、對于同樣以2400b/s比特率發(fā)送的信號，若A系統(tǒng)以2PSK調制(tiozh)方式傳輸時所需帶寬為2400hz，而B系統(tǒng)以4PSK調制(tiozh)

15、方式傳輸時所需帶寬為1200hz，哪個系統(tǒng)更有效？ ：24001/(s Hz)2400bbRbB 24002/(s Hz)1200bbRbB 頻帶頻帶(pndi)利用率利用率第42頁/共49頁第四十三頁，共49頁。例題、某數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳送二進制碼元的速率為1200b/sBaud，求該系統(tǒng)的信息速率。若該系統(tǒng)改為(i wi)傳送八進制信號碼元，碼元速率不變，則系統(tǒng)信息速率為多少？第43頁/共49頁第四十四頁，共49頁。例題、某數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳送二進制碼元的速率為1200b/sBaud，求該系統(tǒng)的信息(xnx)速率。若該系統(tǒng)改為傳送八進制信號碼元，碼元速率不變，則系統(tǒng)信息(xnx)速率為多少？2lo

16、g1200(b/s)bBRRM2log3600(b/s)bBRRM第44頁/共49頁第四十五頁，共49頁。例題3、某四進制傳輸系統(tǒng)，每個碼元的持續(xù)時間（寬度）為833*10-6 s，連續(xù)工作1h后，接收(jishu)到6個錯碼，且每個錯誤碼元中僅發(fā)生1bit錯誤。求： （1）該系統(tǒng)的碼元速率和信息速率 （2）該系統(tǒng)的誤碼率和誤信率（誤比特率）第45頁/共49頁第四十六頁，共49頁。3、某四進制傳輸系統(tǒng)，每個碼元的持續(xù)時間（寬度）為、某四進制傳輸系統(tǒng)，每個碼元的持續(xù)時間（寬度）為833*10-6 s，連續(xù)工作，連續(xù)工作1h后，接收到后，接收到6個錯碼，且每個錯個錯碼，且每個錯誤誤(cuw)碼元中

17、僅發(fā)生碼元中僅發(fā)生1bit錯誤錯誤(cuw)。求：。求： （1）該系統(tǒng)的碼元速率和信息速率）該系統(tǒng)的碼元速率和信息速率62111200(Baud)833 10log2400(b/s)BBbBRTRRM第46頁/共49頁第四十七頁，共49頁。3、某四進制傳輸系統(tǒng)，每個碼元的持續(xù)時間（寬度、某四進制傳輸系統(tǒng)，每個碼元的持續(xù)時間（寬度(kund)）為）為833*10-6 s，連續(xù)工作，連續(xù)工作1h后，接收到后，接收到6個錯碼，且每個錯誤碼元中個錯碼，且每個錯誤碼元中僅發(fā)生僅發(fā)生1bit錯誤。求：錯誤。求：（2）該系統(tǒng)的誤碼率和誤信率（誤比特率）該系統(tǒng)的誤碼率和誤信率（誤比特率）碼元總數(shù)：碼元總數(shù)：誤碼率：誤碼率：誤信率：誤信率：41200 3600432 10 ()BNR t個6461.39 10432 10eeNPN72/log6.94 10bePPM第47頁/共49頁第四十八頁，共49頁。3、某四進制傳輸系統(tǒng)、某四進制傳輸系統(tǒng)(xtng)，每個碼元的持續(xù)時間（寬度）為，每個碼元的持續(xù)時間（寬度）為833*10-6 s，連續(xù)