現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)課件(蔣青)第1章

1、現(xiàn)代通信概論現(xiàn)代通信概論主講：代宏偉主講：代宏偉 副教授副教授 電話：電話Q Q: 245018602 Email: 教材教材v 蔣青等，現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)，北京：高等教蔣青等，現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)，北京：高等教育出版社，育出版社，2008v參考教材參考教材崔健雙等崔健雙等, 現(xiàn)代通信技術(shù)概論，北京：機械工業(yè)現(xiàn)代通信技術(shù)概論，北京：機械工業(yè)出版社，出版社，2009王興亮王興亮, 現(xiàn)代通信技術(shù)與系統(tǒng)，北京：電子工業(yè)現(xiàn)代通信技術(shù)與系統(tǒng)，北京：電子工業(yè)出版社，出版社，2008v1、緒論v2、通信傳輸技術(shù)v3、信道與信道復(fù)用v4、現(xiàn)代數(shù)字交換技術(shù)v5、光纖傳輸網(wǎng)技術(shù)v6、移動無線通

2、信技術(shù)v9、現(xiàn)代通信網(wǎng)課程主要內(nèi)容課程主要內(nèi)容第第1章章 緒論緒論v1.1 通信技術(shù)的歷史演進v1.2 通信的基本概念v1.3 通信網(wǎng)概述v1.4 通信技術(shù)的社會作用和發(fā)展趨勢1.1通信技術(shù)的歷史演進通信技術(shù)的歷史演進古代古代：烽火狼煙、飛鴿傳信、擊鼓、旗語、郵驛等 驛站：快馬一般300里/天，最快600里/天。 視覺通信：1793年，法國查佩兄弟在巴黎和里爾之間架設(shè)了一條230千米長的接力方式傳送信息的托架式線路，每分鐘能傳270公里。現(xiàn)代：電話、電視、廣播、郵政、因特網(wǎng)等。什么是通信？什么是通信？ 異地間人與人、人與機器、機器與機器進行信息的傳遞和交換。信息的傳遞和交換。v信息、信號的含義

3、信息、信號的含義 語言、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（即信源）來載荷語言、文字、圖像等信息，電信號經(jīng)通信系統(tǒng)傳送至接收端，收端將電信號還原成語言、文字、圖像等信息。通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史v17531753年年2 2月月1717日，日，蘇格蘭人蘇格蘭人雜志上發(fā)表了一封署名雜志上發(fā)表了一封署名C.MC.M的書信。作者提出了用電流進行通信的大膽設(shè)想。他建議：的書信。作者提出了用電流進行通信的大膽設(shè)想。他建議：把一組金屬線從一個地點延伸到另一個地點，每根金屬線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)。在一端發(fā)報時，便

4、根據(jù)報文內(nèi)容將一與一個字母相對應(yīng)。在一端發(fā)報時，便根據(jù)報文內(nèi)容將一條條金屬線與靜電機相連接，使它們依次通過電流。電流條條金屬線與靜電機相連接，使它們依次通過電流。電流通過金屬線上的小球便將掛在它下面的寫有不同字母或數(shù)通過金屬線上的小球便將掛在它下面的寫有不同字母或數(shù)字的小紙片吸了起來，從而起到遠(yuǎn)距離傳遞信息的作用。字的小紙片吸了起來，從而起到遠(yuǎn)距離傳遞信息的作用。 最早的電通信設(shè)想最早的電通信設(shè)想v1832年，俄國外交家年，俄國外交家希林希林在當(dāng)時著名物理學(xué)家奧斯在當(dāng)時著名物理學(xué)家奧斯特電磁感應(yīng)理論的啟發(fā)下，制作出了用電流計指針特電磁感應(yīng)理論的啟發(fā)下，制作出了用電流計指針偏轉(zhuǎn)來接收信息的電報機

5、偏轉(zhuǎn)來接收信息的電報機 .v1837年年6月，英國月，英國庫克和惠斯通庫克和惠斯通設(shè)計制造了第一個設(shè)計制造了第一個有線電報有線電報 。首先在鐵路上獲得應(yīng)用。不過，這種方。首先在鐵路上獲得應(yīng)用。不過，這種方式很不方便和實用式很不方便和實用 。最早的有線電報最早的有線電報v18441844年年5 5月月2424日日，莫爾斯從華盛頓到巴爾的摩拍發(fā)人莫爾斯從華盛頓到巴爾的摩拍發(fā)人類歷史上的第一份電報類歷史上的第一份電報, ,通信距離通信距離60km60km。在座無虛席的國。在座無虛席的國會大廈里會大廈里, ,莫爾斯用激動得有些顫抖的雙手莫爾斯用激動得有些顫抖的雙手, ,操縱著他傾十余年操縱著他傾十余年

6、心血研制成功的電報機心血研制成功的電報機, , 發(fā)出了發(fā)出了: :“上帝創(chuàng)造了何等奇跡上帝創(chuàng)造了何等奇跡! !”一語。一語。 莫爾斯莫爾斯(1791-1972): 美國畫家和發(fā)明家，擅長肖像畫及美國畫家和發(fā)明家，擅長肖像畫及歷史繪畫，歷史繪畫，18261842年任美國畫家協(xié)會主席年任美國畫家協(xié)會主席.v1746年，荷蘭萊頓發(fā)明的萊頓瓶解決了電的存儲問題。v隨后，英國威.華生用這些萊頓瓶使大約2公里長的導(dǎo)線通電.（發(fā)現(xiàn)電的傳播速度非?？欤﹙1752年，富蘭克林著名的風(fēng)箏接收雷電實驗.v1800年伏打發(fā)明電池。通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史v18711871年，貝爾任波士頓大學(xué)聲學(xué)生理學(xué)家和聾啞人年

7、，貝爾任波士頓大學(xué)聲學(xué)生理學(xué)家和聾啞人語的教師。語的教師。v18761876年年2 2月月1414日，貝爾和沃森申請了那個著名的電日，貝爾和沃森申請了那個著名的電話專利。話專利。v同一天另一個發(fā)明家格雷（同一天另一個發(fā)明家格雷（1835-19011835-1901）也向美國）也向美國專利局遞交了相似設(shè)備的專利申請書，只因比貝爾專利局遞交了相似設(shè)備的專利申請書，只因比貝爾晚了幾個小時而痛失電話發(fā)明權(quán)。晚了幾個小時而痛失電話發(fā)明權(quán)。v19251925年貝爾實驗室成立。年貝爾實驗室成立。1875年年6月月2日，美國人亞力山大日，美國人亞力山大.格雷厄姆格雷厄姆.貝爾（貝爾（18471922）發(fā)明了電

8、話）發(fā)明了電話v18711871年，貝爾任波士頓大學(xué)聲學(xué)生理學(xué)家和聾啞人語的教師。年，貝爾任波士頓大學(xué)聲學(xué)生理學(xué)家和聾啞人語的教師。 v18751875年的一天，由于機件發(fā)生故障，貝爾的助手沃森看管的年的一天，由于機件發(fā)生故障，貝爾的助手沃森看管的發(fā)報機上的一塊鐵片在電磁鐵前不停地振動；發(fā)報機上的一塊鐵片在電磁鐵前不停地振動；v這一振動產(chǎn)生了波動的電流沿著導(dǎo)線傳播，使鄰室的一塊鐵這一振動產(chǎn)生了波動的電流沿著導(dǎo)線傳播，使鄰室的一塊鐵片產(chǎn)生了同樣的振動，振動發(fā)出的微弱聲音被貝爾聽到了；片產(chǎn)生了同樣的振動，振動發(fā)出的微弱聲音被貝爾聽到了；v由此啟發(fā)他產(chǎn)生了新奇的聯(lián)想和構(gòu)思。由此啟發(fā)他產(chǎn)生了新奇的聯(lián)想

9、和構(gòu)思。v18751875年年6 6月月2 2日貝爾和沃森利用電磁感應(yīng)原理，試制出世界上日貝爾和沃森利用電磁感應(yīng)原理，試制出世界上第一部傳遞聲音的機器第一部傳遞聲音的機器磁電電話機。磁電電話機。v于于18761876年年2 2月月1414日向美國專利局遞交了專利申請書。日向美國專利局遞交了專利申請書。v同一天另一個發(fā)明家格雷也向美國專利局遞交了相似設(shè)備的同一天另一個發(fā)明家格雷也向美國專利局遞交了相似設(shè)備的專利申請書，只因比貝爾晚了幾個小時而痛失電話發(fā)明權(quán)。專利申請書，只因比貝爾晚了幾個小時而痛失電話發(fā)明權(quán)。1875年年6月月2日，美國人亞力山大日，美國人亞力山大.格雷厄姆格雷厄姆.貝爾發(fā)明了電

10、話貝爾發(fā)明了電話通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史v貝爾電話機的原理是：對著話筒說話，使話筒底部貝爾電話機的原理是：對著話筒說話，使話筒底部的金屬膜片隨聲音而振動，膜片的振動帶動一根磁的金屬膜片隨聲音而振動，膜片的振動帶動一根磁性簧片隨之振動，在電磁線圈中便產(chǎn)生了感應(yīng)電流，性簧片隨之振動，在電磁線圈中便產(chǎn)生了感應(yīng)電流，電流經(jīng)導(dǎo)線傳至受話一方，使受話器上的膜片相應(yīng)電流經(jīng)導(dǎo)線傳至受話一方，使受話器上的膜片相應(yīng)的振動，將話音還原出來。的振動，將話音還原出來。v1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)。v1831年法拉第的發(fā)現(xiàn)了磁石在運動中可以使旁邊的銅線產(chǎn)生電流。v意大利人，起初為舞臺技工，意大利人，起初為舞臺技工

11、，后來研究電生理學(xué)后來研究電生理學(xué) 。v18491849年發(fā)現(xiàn)并開始研究電話年發(fā)現(xiàn)并開始研究電話。 v18601860年，向公眾展示了這個系統(tǒng)，并發(fā)表了關(guān)于年，向公眾展示了這個系統(tǒng)，并發(fā)表了關(guān)于這項發(fā)明的介紹。這項發(fā)明的介紹。v18711871年，梅烏奇交了一種需要一年一更新的專利年，梅烏奇交了一種需要一年一更新的專利權(quán)權(quán)v20022002年年6 6月月1515日，美國議會議定議案，認(rèn)定安東尼日，美國議會議定議案，認(rèn)定安東尼奧奧. .梅烏奇為電話的發(fā)明者。梅烏奇為電話的發(fā)明者。 安東尼奧安東尼奧.梅烏奇梅烏奇(1808-1889)貝爾的電話有剽竊嫌疑！v18541854年，電話原理就已由法國人

12、年，電話原理就已由法國人鮑薩爾鮑薩爾設(shè)想出來了。設(shè)想出來了。v6 6年之后德國人年之后德國人賴伊斯賴伊斯又重復(fù)了這個設(shè)想。原理是：將兩塊又重復(fù)了這個設(shè)想。原理是：將兩塊薄金屬片用電線相連，一方發(fā)出聲音時，金屬片振動，變薄金屬片用電線相連，一方發(fā)出聲音時，金屬片振動，變成電，傳給對方。但這僅僅是一種設(shè)想，問題是送話器和成電，傳給對方。但這僅僅是一種設(shè)想，問題是送話器和受話器的構(gòu)造，怎樣才能把聲音這種機械能轉(zhuǎn)換成電能，受話器的構(gòu)造，怎樣才能把聲音這種機械能轉(zhuǎn)換成電能，并進行傳送。并進行傳送。 v格雷格雷的設(shè)計原理與貝爾有所不同，是利用送話器內(nèi)部液體的設(shè)計原理與貝爾有所不同，是利用送話器內(nèi)部液體的電

13、阻變化，而受話器則與貝爾的完全相同。的電阻變化，而受話器則與貝爾的完全相同。 v18771877年，年，愛迪生愛迪生又取得了發(fā)明碳粒送話器的專利。又取得了發(fā)明碳粒送話器的專利。v18811881年電話傳入中國。年電話傳入中國。其他人的發(fā)明電話的工作其他人的發(fā)明電話的工作電話的電話的工作原理工作原理： 基本組成：話筒與聽筒基本組成：話筒與聽筒）話筒結(jié)構(gòu)話筒結(jié)構(gòu)：話筒里有一個金屬盒，：話筒里有一個金屬盒，里面裝滿碳粒，上面蓋有一個膜片里面裝滿碳粒，上面蓋有一個膜片. 對話筒講話時，膜片時緊時松地對話筒講話時，膜片時緊時松地壓迫碳粒，使電阻時大時小，從而使壓迫碳粒，使電阻時大時小，從而使流過碳粒的電

14、流時小時大，這樣，流過碳粒的電流時小時大，這樣，話話筒把聲信號變成電信號。筒把聲信號變成電信號。 1877年，愛迪生取得了發(fā)明碳粒送年，愛迪生取得了發(fā)明碳粒送話器的專利。話器的專利。2）聽筒結(jié)構(gòu)聽筒結(jié)構(gòu)：聽筒里有一個永：聽筒里有一個永磁鐵，它的兩個磁極上套有螺線磁鐵，它的兩個磁極上套有螺線管，磁極前有薄鐵片管，磁極前有薄鐵片. 話筒傳來的電流，通過電話線，話筒傳來的電流，通過電話線，傳入聽筒的電流流過電磁鐵。電傳入聽筒的電流流過電磁鐵。電流時大時小，電磁鐵對膜片的吸流時大時小，電磁鐵對膜片的吸引力也時大時小，使膜片發(fā)生不引力也時大時小，使膜片發(fā)生不同的振動，在空氣中形成聲波。同的振動，在空氣中

15、形成聲波。這樣，這樣，聽筒把電信號變成聲信號。聽筒把電信號變成聲信號。通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史v18871887年年3 3月月2121日，德國物理學(xué)家赫茲日，德國物理學(xué)家赫茲(1857(18571894 ) 1894 ) 在實驗中發(fā)現(xiàn)，電火花的能量在實驗中發(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。但赫茲斷然第一次證實了電磁波的存在。但赫茲斷然否認(rèn)選用電磁波進行通信的可能性。他認(rèn)否認(rèn)選用電磁波進行通信的可能性。他認(rèn)為如要利用電磁波進行通信的話，需要有為如要利用電磁波進行通信的話，需要有一面面積與歐洲大陸相當(dāng)?shù)木扌头瓷溏R

16、。一面面積與歐洲大陸相當(dāng)?shù)木扌头瓷溏R。v1864年，麥克斯韋解決了電磁波的理論問題，預(yù)言電磁波的存在。通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史v18951895年年5 5月月7 7日，日，3636歲的波波夫在彼德堡的俄歲的波波夫在彼德堡的俄國物理化學(xué)會的物理分會上，宣讀了關(guān)于國物理化學(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，并當(dāng)眾的論文，并當(dāng)眾展示了他發(fā)明的無線電接收機。當(dāng)他的助手展示了他發(fā)明的無線電接收機。當(dāng)他的助手在大廳的另一端接通火花式電波發(fā)生器時，在大廳的另一端接通火花式電波發(fā)生器時，波波夫的無線電接收機便響起鈴來；斷開電波波夫的無線電接收機便響起鈴來；斷開電

17、波發(fā)生器，鈴聲立即中止。幾十年后，為了波發(fā)生器，鈴聲立即中止。幾十年后，為了紀(jì)念波波夫在這一天的劃時代創(chuàng)舉，當(dāng)時的紀(jì)念波波夫在這一天的劃時代創(chuàng)舉，當(dāng)時的蘇聯(lián)政府便把蘇聯(lián)政府便把5 5月月7 7日定為日定為“無線電發(fā)明日無線電發(fā)明日”。最早的無線通信最早的無線通信 波波夫?qū)嶒炗玫臒o線電接收機 通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史v18971897年年5 5月月1818日日, ,意大利人馬可尼進行橫跨布里斯托爾海意大利人馬可尼進行橫跨布里斯托爾海峽的無線電通信取得成功，通信距離為峽的無線電通信取得成功，通信距離為1414公里。公里。人類首次遠(yuǎn)距離無線電通信人類首次遠(yuǎn)距離無線電通信影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理

18、論影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論v19061906年年, ,福雷斯特發(fā)明了真空三極管放大器。福雷斯特發(fā)明了真空三極管放大器。v19251925年，英國發(fā)明家貝爾德在前人研究的基礎(chǔ)上終于制成年，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了世界上第一臺有實用價值的電視機. .v19351935年，英國的沃森年，英國的沃森. .瓦特研制成功了世界上第一部雷達(dá)。瓦特研制成功了世界上第一部雷達(dá)。v19411941年，馮年，馮. .諾依曼發(fā)明第一臺電子計算機。諾依曼發(fā)明第一臺電子計算機。v1947.121947.12月，貝爾實驗室肖克利等發(fā)明了取代電子管的晶月，貝爾實驗室肖克

19、利等發(fā)明了取代電子管的晶體管。體管。v19481948年，年，Claude E.ShannonClaude E.Shannon發(fā)表了信息論。發(fā)表了信息論。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v19571957年年1010月月4 4日，第一顆人造地球衛(wèi)星上天，地球上第一日，第一顆人造地球衛(wèi)星上天，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，的開始， 也意味著衛(wèi)星通信的時代即將到來。也意味著衛(wèi)星通信的時代即將到來。 v19581958年，基爾比和諾依斯分別發(fā)明了集成電路。年，基爾比和諾依斯分別發(fā)明了集成電路。

20、v19801980年，貝爾公司推出年，貝爾公司推出FT3FT3光纖通信光纖通信系統(tǒng)。系統(tǒng)。v7070年代末至年代末至8080年代中，美、歐、日本建立第一代蜂窩年代中，美、歐、日本建立第一代蜂窩移移動通信動通信系統(tǒng)系統(tǒng) v19891989年，美國衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（年，美國衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（GPSGPS）完成部署）完成部署 。v19931993年，美國政府提出了建設(shè)國家年，美國政府提出了建設(shè)國家“信息高速公路信息高速公路”的的建設(shè)計劃，從此進入建設(shè)計劃，從此進入互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)時代。時代。信息之路信息之路微波通信微波通信頻率在頻率在30MHz30MHz3310105 5MHzMHz衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信用通

21、信衛(wèi)星轉(zhuǎn)為微波中用通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)為微波中繼站繼站光纖通信光纖通信激光在光導(dǎo)纖維中傳播激光在光導(dǎo)纖維中傳播網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)通信把計算機聯(lián)在一起進行把計算機聯(lián)在一起進行通信通信1.2 通信的基本概念通信的基本概念1.2.11.2.1消息、信號和信息消息、信號和信息通信的目的：通信的目的：為了獲取信息為了獲取信息信息：信息：是人類社會和自然界中需要傳遞、是人類社會和自然界中需要傳遞、 交換、存儲和提取的抽象內(nèi)容交換、存儲和提取的抽象內(nèi)容消息：消息：表示信息的語言、文字、圖像和數(shù)據(jù)表示信息的語言、文字、圖像和數(shù)據(jù)信號：信號：運載消息的聲、光、電等物理量運載消息的聲、光、電等物理量 信號的分類及描述信號的分類及

22、描述（1 1）確知信號與隨機信號）確知信號與隨機信號確知信號：確知信號：指能夠以確定的時間函數(shù)表示的信號，它指能夠以確定的時間函數(shù)表示的信號，它在定義域內(nèi)任意時刻都有確定的函數(shù)值。在定義域內(nèi)任意時刻都有確定的函數(shù)值。 隨機信號：隨機信號：具有隨機性的信號。具有隨機性的信號。（2 2）周期信號與非周期信號）周期信號與非周期信號周期信號：周期信號：滿足下列條件滿足下列條件( )(),0, 1, 2, 3,f tf tnTnt 式中式中T T為周期為周期非周期信號：非周期信號：不具有重復(fù)性的信號。不具有重復(fù)性的信號。（3）模擬信號與數(shù)字信號）模擬信號與數(shù)字信號模擬信號是指代表消息的信號參量（幅度、模

23、擬信號是指代表消息的信號參量（幅度、頻率或相位）隨消息連續(xù)變化的信號。數(shù)字頻率或相位）隨消息連續(xù)變化的信號。數(shù)字信號是指它不僅在時間上離散，而且在幅度信號是指它不僅在時間上離散，而且在幅度取值上也是離散的信號。取值上也是離散的信號。 圖1-20模擬信號模擬信號 幅度在某一范圍內(nèi)可以連續(xù)取值的信號，稱為模擬信號。典型的模擬信號如下： 數(shù)字信號 幅度僅能夠取有限個離散值的信號稱為數(shù)字信號。典型的數(shù)字信號如下：數(shù)字信號or 模擬信號：信號弧度的取值是否離散.模擬信號數(shù)字化：抽樣量化編碼信號的頻域特性 信號的頻域特性表達(dá)的是信號幅度和相位隨頻率變化的規(guī)律。周期脈沖信號的頻譜分析 根據(jù)傅立葉級數(shù)理論，任

24、意周期函數(shù)u(t)均可分解為直流分量和無限多個正弦及余弦分量之和。正弦信號諧波分量疊加逼近矩形波信號基波3次諧波5次諧波)14sin(71)10sin(51)6sin(31)2sin()(ftftftftAtfTf/1基波3次諧波5次諧波7次諧波(1+3+5)(1+3+9)(1+3+27)信號的帶寬一個信號所包含諧波的最高頻率與最低頻率之差，即該信號所擁有的頻率范圍，即為該信號的帶寬。 例如，單一頻率的正弦波帶寬為0，而周期脈沖方波帶寬是最高次諧波與最低次諧波之差。 數(shù)字通信傳輸近似周期方波信號，因此分析其帶寬具有重要現(xiàn)實意義。為信號比特速率寬一般，數(shù)字信號雙邊帶bbRRB,2信號的衰耗與增益

25、 信號在傳輸過程中若輸出端功率小于輸入端功率，則稱信號受到了衰耗（減）；若輸出端功率大于輸入端功率，則稱信號得到了增益，定義為：10 lg()dBinoutPdP 例如，把10mW功率信號加到輸入端并在輸出端測得功率5mW，得衰耗約為3dB。（分貝）噪聲與失真 疊加在有用信號之上并對其產(chǎn)生有害影響的成分，稱為噪聲。噪聲是一種隨機信號 經(jīng)過傳輸后的信號，由于受到各種因素的影響可能會發(fā)生畸變，稱為信號失真。 36噪聲疊加導(dǎo)致信號幅度失真1.3、信息的度量、信息的度量v通信的目的在于信息的傳遞和交換。 v信息是對事物運動狀態(tài)或存在方式的不確定性的描述。用數(shù)學(xué)語言來講，不確定性就是隨機性，具有不確定性

26、的事件就是隨機事件 。因此可運用研究隨機事件的數(shù)學(xué)工具概率來測度不確定性的大小。我們把消息用隨機事件表示，而發(fā)出這些消息的信源則用隨機變量來表示。 我們把某個消息 出現(xiàn)的不確定性的大小定義為該消息 所攜帶的信息量，用 表示。在信息論中， 與消息 出現(xiàn)的概率 的關(guān)系式為 ixixix( )iP x( )iI x( )iI x1( )loglog( )( )iaaiiI xP xP x 信息量 同時也表示這個消息 所包含的信息量，也就是能夠提供給收信者的最大信息量。 ( )iI xix例例 設(shè)英文字母設(shè)英文字母E出現(xiàn)的概率為出現(xiàn)的概率為0.105，X出現(xiàn)的概率為0.002。試求E及X的信息量。解：

27、解：英文字母英文字母E出現(xiàn)的概率為出現(xiàn)的概率為 ， 其信息量為其信息量為 ( )0.105P E 221loglog 0.1053.25( )EIbitP E 字母X的信息量為221loglog 0.0028.97( )xIbitP x 例：仍硬幣，例：仍硬幣，“正面正面”出現(xiàn)的概率為出現(xiàn)的概率為0.5，“反面”出現(xiàn)的概率為0.5。試求信息量。bitII15 . 01log2反正例：某地明天例：某地明天“地震地震”的概率為的概率為0.0001,，“不不地震地震” 的概率為的概率為0.9999，試求信息量。bitIbitI00014. 09999. 01log23.130001. 01log22

28、不地震地震事件發(fā)生的可能性越小，其發(fā)生時獲得的信息就會越多. 如某一信源有多個符號組成，則每個符號所含的平均信息量為21( )( )log( )(/niiiH xP xP xbit 符號）當(dāng)離散信源的每一符號等概率出現(xiàn)時，即 （1.2-11）( )1/ (1,2, )iP xn in符號）則：/(log)(2bitnxH此時每個符號的平均信息量達(dá)到最大。例：某例：某“0”，“1”組成的符號集合，組成的符號集合，“0”出現(xiàn)出現(xiàn)的概率為的概率為0.5，“1”出現(xiàn)的概率為0.5。求該信息源“0”，”1”符號的平均信息量。符號/15 . 0log5 . 05 . 0log5 . 0)(log)()(2

29、2210bitxpxpxHiii例：某地明天地震例：某地明天地震“1”的概率為的概率為0.0001，不地震不地震“0” 的概率為的概率為0.9999，求該信息源，求該信息源“0”，”1”符號的平均信息量。符號的平均信息量。符號/0015. 09999. 01log9999. 00001. 01log0001. 0)(log)()(22210bitxpxpxHiii0.0001440.0013例例1.2-4 某信息源的符號集由A，B，C，D和E組成，設(shè)每一符號獨立出現(xiàn)，其出現(xiàn)概率分別為1/4，1/8，1/8，3/16和5/16。試求該信息源符號的平均信息量。解：該信息源符號的平均信息量為解：該信

30、息源符號的平均信息量為212222( )( )log( )11113355log2logloglog2.23/448816161616niiiH xP xP xbit 符號+0.5 +20.375 +0.4529 +0.52431、通信系統(tǒng)的一般模型 把實現(xiàn)消息傳輸所需一切設(shè)備和傳輸媒介所構(gòu)成的總體稱為通信系統(tǒng)。1.2.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成圖1-26通信系統(tǒng)的一般模型 信源（信息源）的作用是把待傳輸?shù)南⑥D(zhuǎn)換成原始電信號，該原始電信號稱為基帶信號。 發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源產(chǎn)生的原始電信號變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘枴?信道是指信號傳輸?shù)耐ǖ?，按傳輸媒介的不同，可分為有線信道和無

31、線信道兩大類。 通信系統(tǒng)還要受到系統(tǒng)內(nèi)外各種噪聲干擾的影響。 在接收端，接收設(shè)備的功能與發(fā)送設(shè)備相反，即進行解調(diào)、譯碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號。 信宿（受信者）是將復(fù)原的原始電信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息 。 1、模擬通信系統(tǒng)模型 模擬通信系統(tǒng)是指信源是模擬信號，信道中傳輸?shù)囊彩悄M信號的系統(tǒng)。 按照信道中所傳信號的形式不同，通信系統(tǒng)可以分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)模型語音通信過程 模擬通信系統(tǒng)，它主要包含兩種重要變換： 第一種是在發(fā)送端將連續(xù)消息變換成原始電信號，或在接收端進行相反的變換，它是由信息源或受信者完成；經(jīng)第一種變換得到的原始電信號（基帶信

32、號）具有頻率較低的頻譜分量，一般不能直接作為傳輸信號而送到信道中去。 因此模擬通信系統(tǒng)常常需要第二種變換，即將基帶信號轉(zhuǎn)換成適合信道傳輸?shù)男盘?，這一變換由調(diào)制器完成。在收端同樣需經(jīng)相反的變換，將信道中傳輸?shù)男盘柣謴?fù)成原始電信號，這一過程由解調(diào)器完成。 經(jīng)過調(diào)制后的信號稱為已調(diào)信號。已調(diào)信號有三個基本特性：一是攜帶有消息，二是適合在信道中傳輸，三是頻譜具有帶通形式，且中心頻率遠(yuǎn)離零頻。因而已調(diào)信號又常稱為頻帶信號。 實際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、天線輻射、控制等過程。 模擬通信系統(tǒng)在信道中傳輸?shù)氖悄M信號，其占有頻帶一般都比較窄，因此其頻帶利用率較高。缺點是抗干擾能力差，不易保密，設(shè)備元器件

33、不易大規(guī)模集成，不能適應(yīng)飛速發(fā)展的數(shù)字通信的要求。3、數(shù)字通信系統(tǒng)模型 信道中傳輸數(shù)字信號的系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。 數(shù)字通信系統(tǒng)可進一步細(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)。(沒有調(diào)制/解調(diào)器)u模擬通信系統(tǒng)：優(yōu)點是簡單直觀；缺點是抗干擾能力弱，噪聲積累無法徹底消除；不易集成。u數(shù)字通信系統(tǒng)：1.2.3 通信系統(tǒng)的分類v按照不同的分法，通信可分成許多類別。按照不同的分法，通信可分成許多類別。1、按傳輸媒質(zhì)分類、按傳輸媒質(zhì)分類 可分為有線通信和無線通信兩大類?？煞譃橛芯€通信和無線通信兩大類。 2、按信號的特征分類、按信號的特征分類 按照攜帶信息的信號是模擬信號還是數(shù)字信號，按照攜帶信

34、息的信號是模擬信號還是數(shù)字信號，可以相應(yīng)地把通信分為模擬通信與數(shù)字通信?？梢韵鄳?yīng)地把通信分為模擬通信與數(shù)字通信。3、按工作頻段分類、按工作頻段分類 按通信設(shè)備的工作頻段不同，通信可分為長波通按通信設(shè)備的工作頻段不同，通信可分為長波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。信、中波通信、短波通信、微波通信等。4、按調(diào)制方式分類 根據(jù)信道中傳輸?shù)男盘柺欠窠?jīng)過調(diào)制，可將通信可分為基帶傳輸和頻帶（調(diào)制）傳輸。5、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，通信可分為電報通信、電話通信、數(shù)據(jù)通信和圖像通信等。6、按終端用戶移動性分類 按終端用戶是否移動分為移動通信和固定通信。 另外，還有其他一些分類方法，如

35、按多地址方式可分為頻分多址通信、時分多址通信、碼分多址通信等；按用戶類型可分為公用通信和專用通信等。 1.2.4 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 從研究信息傳輸方面考慮，通信的有效性和從研究信息傳輸方面考慮，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)?？煽啃允峭ㄐ畔到y(tǒng)中最主要的性能指標(biāo)。v1 有效性有效性：是指消息傳輸?shù)模菏侵赶鬏數(shù)摹八俣人俣取眴栴}。問題。v2 可靠性可靠性：主要是指消息傳輸?shù)模褐饕侵赶鬏數(shù)摹百|(zhì)量質(zhì)量”問題。問題。 在實際通信系統(tǒng)中，對有效性和可靠性這在實際通信系統(tǒng)中，對有效性和可靠性這兩個指標(biāo)的要求經(jīng)常是矛盾的兩個指標(biāo)的要求經(jīng)常是矛盾的，提高系統(tǒng)的，提高系統(tǒng)的有效性會

36、降低可靠性，反之亦然。有效性會降低可靠性，反之亦然。 一、模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 有效性指標(biāo)有效性指標(biāo)：用所傳信號的有效傳輸帶寬來表征。當(dāng)信道容許傳輸帶寬一定，而進行多路頻分復(fù)用時，每路信號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，信號傳輸?shù)挠行跃驮胶谩?信號的有效傳輸帶寬與系統(tǒng)采用的調(diào)制方法有關(guān)。同樣的信號用不同的方法調(diào)制得到的有效傳輸帶寬是不一樣的。 可靠性指標(biāo)：可靠性指標(biāo)：用通信系統(tǒng)接收端的輸出信噪比來衡量。信噪比是信號的平均功率S與噪聲的平均功率N之比。信噪比越高，說明噪聲對信號的影響越小。顯然，信噪比越高，通信質(zhì)量就越好。

37、二二 、數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)、數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1、有效性指標(biāo)、有效性指標(biāo) 用傳輸速率和頻帶利用率來表征。 （1）傳輸速率）傳輸速率 傳輸速率有兩種表示方法：碼元傳輸速率和信息傳輸速率。 碼元傳輸速率(碼元速率RBN)，簡稱傳碼率，它是指系統(tǒng)每秒鐘傳送碼元的數(shù)目，單位是波特(Baud)。 信息傳輸速率(信息速率Rb)，簡稱傳信率，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“bit/s”表示。 ( )(/ )bBNRRH xbit s（2）頻帶利用率）頻帶利用率 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

38、信息頻帶利用率是指每秒鐘在單位頻帶上傳輸?shù)男畔⒘?，?/)BRBaudHzB/()bRbits HzB2、可靠性指標(biāo)、可靠性指標(biāo) （1）誤碼率：指接收到的錯誤碼元數(shù)和總的傳輸碼元個數(shù)之比，即在傳輸中出現(xiàn)錯誤碼元的概率，記為 （1.2-18） （2）誤信率：又叫誤比特率，是指接收到的錯誤比特數(shù)和總的傳輸比特數(shù)之比，即在傳輸中出現(xiàn)錯誤信息量的概率，記為 （1.2-19） 傳輸總碼元數(shù)接收的錯誤碼元數(shù)eP傳輸總比特數(shù)接收的錯誤比特數(shù)bP例例1.2-6 已知某八進制數(shù)字通信系統(tǒng)的信息速率為 3000bit/s ，在收端10分鐘內(nèi)共測得出現(xiàn)18個錯誤碼元，試求該系統(tǒng)的誤碼率。 解：解： 依題意 則由式（

39、1.2-18）得系統(tǒng)的誤碼率 3000/bRbit s82/log 81000BbRRBaud51036010100018eP1.3 通信網(wǎng)概述v1.3.1 通信網(wǎng)的概念通信網(wǎng)的概念 所謂通信網(wǎng)是指由一定數(shù)量的節(jié)點（包括終端設(shè)備和交換設(shè)備）和連接節(jié)點的傳輸鏈路相互有機地組合在一起，以實現(xiàn)兩個或多個規(guī)定點間信息傳輸?shù)耐ㄐ朋w系。 1、通信網(wǎng)的組成、通信網(wǎng)的組成 現(xiàn)代通信網(wǎng)一般由用戶現(xiàn)代通信網(wǎng)一般由用戶終端設(shè)備、傳輸系統(tǒng)、交終端設(shè)備、傳輸系統(tǒng)、交換設(shè)備換設(shè)備三大部分組成。三大部分組成。 終端設(shè)備是通信網(wǎng)中的源點和終點終端設(shè)備是通信網(wǎng)中的源點和終點。其主要功能。其主要功能是將輸入信息變換為適合在信道中

40、傳送的信號，并參是將輸入信息變換為適合在信道中傳送的信號，并參與控制通信系統(tǒng)工作。與控制通信系統(tǒng)工作。 傳輸系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的連接媒體傳輸系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的連接媒體，也是信息與信也是信息與信號的傳輸通路號的傳輸通路。它由傳輸介質(zhì)和各種通信裝置組成。它由傳輸介質(zhì)和各種通信裝置組成。 交換設(shè)備是通信網(wǎng)的核心交換設(shè)備是通信網(wǎng)的核心。其功能有交換、控制、。其功能有交換、控制、管理及執(zhí)行等。管理及執(zhí)行等。 此外還必須有一套軟件，如信令、協(xié)議和各種標(biāo)準(zhǔn)此外還必須有一套軟件，如信令、協(xié)議和各種標(biāo)準(zhǔn)等。等。(1)信息傳輸信息傳輸。這是通信網(wǎng)的基本功能。這是通信網(wǎng)的基本功能 。(2)差錯控制差錯控制?，F(xiàn)實的通信線路

41、可能會受到這樣或那樣?，F(xiàn)實的通信線路可能會受到這樣或那樣的干擾，因此誤碼是不可能完全避免的。所以采用的干擾，因此誤碼是不可能完全避免的。所以采用差錯控制措施，將誤碼率控制在一定的范圍內(nèi)是通差錯控制措施，將誤碼率控制在一定的范圍內(nèi)是通信網(wǎng)必備的功能。信網(wǎng)必備的功能。(3)尋址和路由尋址和路由。在通信網(wǎng)中，信源的信息到達(dá)信宿一。在通信網(wǎng)中，信源的信息到達(dá)信宿一般不能直接完成，而要經(jīng)過中間節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)。在轉(zhuǎn)般不能直接完成，而要經(jīng)過中間節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)。在轉(zhuǎn)發(fā)時通常都有多種可能的選擇，這時通信網(wǎng)必須具發(fā)時通常都有多種可能的選擇，這時通信網(wǎng)必須具備選擇最佳路由的功能。備選擇最佳路由的功能。 (4)網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)管

42、理。通信網(wǎng)是由軟件和硬件按一定方式組織。通信網(wǎng)是由軟件和硬件按一定方式組織起來的一個復(fù)雜的通信系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)管理負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的起來的一個復(fù)雜的通信系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)管理負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的運營管理、維護管理和資源管理，使通信網(wǎng)在各種運營管理、維護管理和資源管理，使通信網(wǎng)在各種情況下都能提供良好的服務(wù)質(zhì)量，或為查找和排除情況下都能提供良好的服務(wù)質(zhì)量，或為查找和排除故障提供幫助。故障提供幫助。2、通信網(wǎng)的基本功能、通信網(wǎng)的基本功能 1.3.2 通信網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)通信網(wǎng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu) 通信網(wǎng)的基本組網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要有網(wǎng)狀型網(wǎng)、星型網(wǎng)、復(fù)合型網(wǎng)、環(huán)型網(wǎng)、總線型網(wǎng)和樹型網(wǎng)等。 1.3.3 通信網(wǎng)的質(zhì)量要求 為了使通信網(wǎng)能快速、有效、可靠地傳遞信息，為了使通信網(wǎng)能快速、有效、可靠地傳遞信息，通常對通信網(wǎng)提出通常對通信網(wǎng)提出接通的任意性與快速性接通的任意性與快速性、信號傳輸信號傳輸?shù)耐该餍耘c傳輸質(zhì)量的一致性的透明性與傳輸質(zhì)量的一致性、網(wǎng)絡(luò)的可靠性與經(jīng)濟網(wǎng)絡(luò)的可靠性與經(jīng)濟合理性合理性這這3項要求。項要求。 1、接通的任意性與快速性、接通的任意性與快速性 接通的任意性與快速性是指網(wǎng)內(nèi)的一個