通信原理(第1章)課件

通信原理茅正信原理茅正沖135850018112信息作為一種資源，只有通過廣泛地傳播與交流，才能產(chǎn)生利用價(jià)值、促進(jìn)社會(huì)成員之間的合作、推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展、創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。本門課程主要討論信息的傳輸和交換的基本原理，即通信系統(tǒng)的基本原理，基本性質(zhì)和基本的分析方法。2信息作為一種資源，只有通過廣泛地傳播與交流，才能產(chǎn)3緒論確知信號(hào)、隨機(jī)信號(hào)、信道模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)新型數(shù)字帶通傳輸技術(shù)差錯(cuò)控制編碼課程內(nèi)容3緒論確知信號(hào)、隨機(jī)信號(hào)、信道模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸4第1章緒論通信的基本概念通信系統(tǒng)組成通信系統(tǒng)的分類信息及其度量主要性能指標(biāo)4第1章緒論通信的基本概念通信系統(tǒng)組成通信系統(tǒng)的分類51.1通信的基本概念通信的目的：傳遞消息中所包含的信息。消息：是物質(zhì)或精神狀態(tài)的一種反映，例如語音、文字、音樂、數(shù)據(jù)、圖片或活動(dòng)圖像等。信息：是消息中包含的有效內(nèi)容。信號(hào)----信號(hào)是指隨時(shí)間變化的物理量。因?yàn)橄⒉贿m合于在信道中直接傳輸，需將其調(diào)制成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。信號(hào)可以分為連續(xù)時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間信號(hào)信息是指消息中所包含的有意義的內(nèi)容，消息是信息的載體，消息又是以具體信號(hào)形式表現(xiàn)出來的。實(shí)現(xiàn)通信的方式和手段：非電的：如旌旗、消息樹、烽火臺(tái)…電的：如電報(bào)、電話、廣播、電視、遙控、遙測、因特網(wǎng)和計(jì)算機(jī)通信等。因此，通信的根本目的在于傳輸含有信息的消息?！巴ㄐ拧币簿褪恰靶畔鬏敗被颉跋鬏敗?。51.1通信的基本概念通信的目的：傳遞消息中所包含的信61.1通信的基本概念通信發(fā)展史1837年電報(bào)開始的通信初級(jí)階段1948年香農(nóng)提出信息論開始的近代通信階段80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61.1通信的基本概念通信發(fā)展史71.1通信的基本概念通信初級(jí)階段1837年，摩爾斯發(fā)明有線電報(bào)，開始了電通信階段1843年，亞歷山大·本取得電傳打字電報(bào)的專利1864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，促使了后來無線通信的出現(xiàn)1876年，貝爾利用電磁感應(yīng)原理發(fā)明了電話1879年，第一個(gè)專用人工電話交換系統(tǒng)投入運(yùn)行1880年，第一個(gè)付費(fèi)電話系統(tǒng)運(yùn)營1892年，加拿大政府開始規(guī)定電話速率1896年，馬可尼發(fā)明無線電報(bào)1907年，電子管問世，通信進(jìn)入電子信息時(shí)代1915年，橫貫大陸電話開通;實(shí)現(xiàn)越洋語音連接1918年，調(diào)幅無線電廣播、超外差式接收機(jī)問世1925年，開通三路明線載波電話，開始多路通信1936年，調(diào)頻無線電廣播開播1937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)1938年，電視廣播開播20世紀(jì)40年代二戰(zhàn)期間，雷達(dá)與微波通信得到發(fā)展1946年，第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問世1947年，晶體管在貝爾實(shí)驗(yàn)室問世，為通信器件的進(jìn)步創(chuàng)造了條件71.1通信的基本概念通信初級(jí)階段81.1通信的基本概念近代通信階段1948年，香農(nóng)提出了信息論，建立了通信統(tǒng)計(jì)理論1950年，時(shí)分多路通信應(yīng)用于電話系統(tǒng)1951年，直撥長途電話開通1956年，敷設(shè)越洋通信電纜1957年，發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星1958年，發(fā)射第一顆通信衛(wèi)星1962年，發(fā)射第一顆同步通信衛(wèi)星，開通國際衛(wèi)星電話；脈沖編碼調(diào)制進(jìn)入實(shí)用階段20世紀(jì)60年代，彩色電視問世；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)1969年，電視電話業(yè)務(wù)開通20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)體系結(jié)構(gòu)81.1通信的基本概念近代通信階段91.1通信的基本概念現(xiàn)代通信階段--通信革命

20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)國際標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)制定20世紀(jì)90年代，蜂窩電話系統(tǒng)開通，各種無線通信和數(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；國際互聯(lián)網(wǎng)和多媒體通信技術(shù)得到極大發(fā)展，1997年，68個(gè)國家簽定國際協(xié)定，互相開放電信市場數(shù)據(jù)通信計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物計(jì)算機(jī)以及各種數(shù)據(jù)設(shè)備之間經(jīng)由數(shù)據(jù)通路（專線或通信網(wǎng)絡(luò)）所進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換計(jì)算機(jī)通信指兩臺(tái)或多臺(tái)“自治”的計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換不能“自治”的各種數(shù)據(jù)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換屬于數(shù)據(jù)通信，但不是計(jì)算機(jī)通信數(shù)據(jù)/計(jì)算機(jī)通信的革命始于20世紀(jì)70/80年代90年代Internet普及與多媒體通信技術(shù)發(fā)展加速了變革數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信逐漸融合通信產(chǎn)業(yè)與計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)日趨重合91.1通信的基本概念現(xiàn)代通信階段--通信革命數(shù)據(jù)通10

1.2通信系統(tǒng)組成1.2.1通信系統(tǒng)的一般模型圖1-1通信系統(tǒng)的一般模型101.2通信系統(tǒng)組成1.2.1通信系統(tǒng)的一般模型11

1.2通信系統(tǒng)組成1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型模擬信號(hào)：代表消息的信號(hào)參量取值連續(xù)例如麥克風(fēng)輸出電壓圖1-2模擬信號(hào)波形◆模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)111.2通信系統(tǒng)組成1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型和12

1.2通信系統(tǒng)組成數(shù)字信號(hào)：代表消息的信號(hào)參量取值為有限個(gè)例如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入輸出信號(hào)(a)二進(jìn)制信號(hào)(b)2PSK信號(hào)圖1-3數(shù)字信號(hào)波形通常，按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。121.2通信系統(tǒng)組成數(shù)字信號(hào)：代表消息的信號(hào)參量取13

1.2通信系統(tǒng)組成◆模擬通信系統(tǒng)模型經(jīng)過調(diào)制后的信號(hào)成為已調(diào)信號(hào);發(fā)送端調(diào)制前和接收端解調(diào)后的信號(hào)稱為基帶信號(hào)。因此，原始電信號(hào)又稱為基帶信號(hào)，而已調(diào)信號(hào)又稱為頻帶信號(hào)。通常具有很高的中心頻率，直接可以在信道中傳輸。基本特征：1、攜帶有信息；2、適合在信道中傳輸；3、信號(hào)的頻譜具有帶通形式，且中心頻率遠(yuǎn)離零頻。如語音信號(hào)300~3400Hz帶通信號(hào)通常具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸。如語音信號(hào)300~3400Hz基帶信號(hào)模擬信息源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者圖1-4模擬通信系統(tǒng)模型131.2通信系統(tǒng)組成◆模擬通信系統(tǒng)模型經(jīng)過調(diào)制后14

1.2通信系統(tǒng)組成◆數(shù)字通信系統(tǒng)模型圖1-5數(shù)字通信系統(tǒng)模型在某些有線信道中，特別是傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下，可以不經(jīng)過調(diào)制和解調(diào)過程而讓數(shù)字基帶信號(hào)直接進(jìn)行傳輸，我們稱之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸。與此相應(yīng)，另外一些信道，比如在無線信道和光信道中，數(shù)字基帶信號(hào)則必須經(jīng)過調(diào)制，將信號(hào)頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸，我們把這種傳輸稱為數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸。141.2通信系統(tǒng)組成◆數(shù)字通信系統(tǒng)模型圖1-515

1.2通信系統(tǒng)組成

A抗干擾能力強(qiáng)，且可消除噪聲積累

B差錯(cuò)可控

C易于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理

D易于集成化

數(shù)字通信的許多優(yōu)點(diǎn)都是用比模擬通信占據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶為代價(jià)而換取的。E易于加密處理

1.2.3數(shù)字通信的特點(diǎn)151.2通信系統(tǒng)組成A抗干擾能力強(qiáng)，B差錯(cuò)可控C16

1.3通信系統(tǒng)的分類與通信方式

分類按信號(hào)特征分類

按信號(hào)復(fù)用方式分類1.3.1通信系統(tǒng)的分類按調(diào)制方式分類

按通信業(yè)務(wù)分類按工作波段分類

按傳輸媒介分類

161.3通信系統(tǒng)的分類與通信方式分類按信號(hào)特征分類17

1.3通信系統(tǒng)的分類與通信方式

1.3.2通信方式◆按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系分

單工通信半雙工通信全雙工通信171.3通信系統(tǒng)的分類與通信方式1.3.2通信方18

1.3通信系統(tǒng)的分類與通信方式

◆按碼元排列順序分

并行傳輸

串行傳輸

將代表信息的數(shù)字信號(hào)碼元序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸。將數(shù)字信號(hào)碼元序列以串行方式一個(gè)碼元接一個(gè)碼元地在一條信道上傳輸。1.3.2通信方式181.3通信系統(tǒng)的分類與通信方式◆按碼元排列順序19

1.4信息及其度量

一、離散消息的信息量信息

是消息中包含的有效內(nèi)容如何度量呢？消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。度量信息量的原則

◆能度量任何消息，并與消息的種類無關(guān)?！舳攘糠椒☉?yīng)該與消息的重要程度無關(guān)。

◆消息中所含信息量和消息內(nèi)容的不確定性有關(guān)。舉例：兩則消息①大陸和臺(tái)灣統(tǒng)一；②今天下雨。其中，①比②包含有更多的信息。191.4信息及其度量一、離散消息的信息量信息是消20

1.4信息及其度量

度量信息量的方法：事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來描述：消息出現(xiàn)的概率越小，則消息中包含的信息量就越大。設(shè)：P(x)－消息發(fā)生的概率，I

－消息中所含的信息量。則P(x)和I之間應(yīng)該有如下關(guān)系：①I是P(x)的函數(shù)：I＝I[P(x)]②P(x)，I；P(x)

，IP(x)=1時(shí)，I

＝0；P(x)→0，I

＝③

I[P(x1)P(x2)···]=I[P(x1)]+I[P(x2)]···滿足上述4條件的關(guān)系式如下：信息量的定義201.4信息及其度量度量信息量的方法：設(shè)：P(x)21

1.4信息及其度量

式中：P(x)為該消息發(fā)生的概率。當(dāng)對(duì)數(shù)底a=2時(shí)，信息量的單位為比特（bit） a=e時(shí)，信息量的單位為奈特（nit） a=10時(shí)，信息量的單位為哈特萊通常廣泛使用的單位為比特，這時(shí)有(bit)211.4信息及其度量式中：P(x)為該消息發(fā)生的概22

1.4信息及其度量

例1.4-1已知二進(jìn)制離散信源（0，1），若“0”出現(xiàn)的概率為1/3，求出現(xiàn)“1”的信息量。解：由于全概率為1，即P(0)+P(1)=1則出現(xiàn)“1”的概率P(1)=2/3故出現(xiàn)“1”的信息量為bit例1.4-2已知二進(jìn)制離散信息源（0，1），每一符號(hào)波形等概率獨(dú)立發(fā)送，求傳送二進(jìn)制波形之一的信息量。解：由于每一波形出現(xiàn)的概率為P(x)=1/2，故其信息量為bit221.4信息及其度量例1.4-1已知二進(jìn)制離散23

1.4信息及其度量

例1.4-3已知四進(jìn)制離散信源（0，1，2，3），獨(dú)立等概率發(fā)送，求傳送每一波形的信息量。

解：由于每一波形出現(xiàn)的概率為P(x)=1/4，故其信息量為bit結(jié)論：①

若有M個(gè)等概率波形（P=1/M），且每一個(gè)波形的出現(xiàn)是獨(dú)立的，則傳送M進(jìn)制波形之一的信息量為②若M是2的整冪次，即M=2k，則有231.4信息及其度量例1.4-3已知四進(jìn)制離散24

1.4信息及其度量

非等概率情況設(shè)一個(gè)離散信源是由M個(gè)符號(hào)組成的集合，其中每個(gè)符號(hào)xi(i=1,2,3,…,M)按一定的概率P(xi)獨(dú)立出現(xiàn)，即且有則整個(gè)消息的信息量式中：ni

為第i

個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的次數(shù)

P(xi)為第個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的概率

n

為離散消息源的符號(hào)數(shù)目n=n1+n2+…+nm241.4信息及其度量非等概率情況設(shè)25

1.4信息及其度量

例1.4-4一離散信源由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。試求某消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。解：在此消息中，0出現(xiàn)23次，1出現(xiàn)14次，2出現(xiàn)13次，3出現(xiàn)7次，共有57個(gè)符號(hào)，故該消息的信息量251.4信息及其度量例1.4-4一離散信源由26

1.4信息及其度量

二、離散信源的平均信息量H所謂平均信息量是指信源中每個(gè)符號(hào)所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值。統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的個(gè)符號(hào)的離散信息源的平均信息量為（bit/符號(hào)）由于H(x)同熱力學(xué)中的熵形式相似，故稱它為信息源的熵。信源中每個(gè)符號(hào)等概率獨(dú)立出現(xiàn)，則得最大信息熵（bit/符號(hào)）261.4信息及其度量二、離散信源的平均信息量H27

1.4信息及其度量

例1.4-5利用統(tǒng)計(jì)平均值的方法（熵的概念），重現(xiàn)計(jì)算 例1.4-4。解：信息熵為(bit/符號(hào))則該消息所含信息量為I=57×1.906=108.64(bit)271.4信息及其度量例1.4-5利用統(tǒng)計(jì)平均28

1.4信息及其度量

三、連續(xù)信源的信息量關(guān)于連續(xù)消息的信息量可以用概率密度函數(shù)來描述。可以證明，連續(xù)消息的平均信息量為式中，f(x)－連續(xù)消息出現(xiàn)的概率密度。281.4信息及其度量三、連續(xù)信源的信息量29有效性給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，即傳輸?shù)摹八俣取眴栴}。可靠性接收信息的準(zhǔn)確程度，即傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。

主要性能指標(biāo)

1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)

29有效性可靠性主要性能指標(biāo)1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)30用有效傳輸頻帶來度量

用接收端最終輸出信噪比來度量

有效性可靠性

1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)

一、模擬通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)信噪比=信號(hào)平均功率/噪聲平均功率=S/N

30用有效傳輸頻帶來度量用接收端最終輸出信噪比來度量有效31用傳輸速率和頻帶利用率來衡量

用差錯(cuò)率來衡量

有效性可靠性

1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)

二、數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)31用傳輸速率和頻帶利用率來衡量用差錯(cuò)率來衡量有效性可靠32

1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)

1、傳輸速率◆碼元傳輸速率，又稱碼元速率或傳碼率。單位時(shí)間（每秒）傳送碼元的數(shù)目，單位為波特（Baud），簡記為B。(B)T

碼元的持續(xù)時(shí)間（秒）◆信息傳輸速率，又稱比特率或傳信率。單位時(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特?cái)?shù)，單位為比特/秒，簡記為b/s

，或bps。321.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)1、傳輸速率◆碼元傳33

1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)

◆碼元速率和信息速率的關(guān)系(bit/s)(Baud)或例1.5-1某系統(tǒng)每秒鐘傳輸?shù)拇a元數(shù)目為2400個(gè)，求：二進(jìn)制、四進(jìn)制下RB

和Rb。解：二進(jìn)制：RB=2400(Baud)；Rb=2400(bit/s)四進(jìn)制：RB=2400(Baud)；Rb=4800(bit/s)若信源的傳碼率為RB

，熵為H，則該信源的傳信率為

Rb=RBH331.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)◆碼元速率和信息速率34

1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)

2、頻帶利用率單位帶寬（1赫茲）內(nèi)的傳輸速率，即(B/Hz)(bit/s·Hz)341.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)2、頻帶利用率單位帶寬35

1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)

3、差錯(cuò)率誤碼率和誤信率◆誤碼率

Pe=錯(cuò)誤碼元數(shù)/傳輸總碼元數(shù)◆誤信率

Pb=錯(cuò)誤比特?cái)?shù)/傳輸總比特?cái)?shù)在二進(jìn)制中有Pe=Pb

351.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)3、差錯(cuò)率誤碼率和誤信ThankYou!ThankYou!通信原理茅正信原理茅正沖1358500181138信息作為一種資源，只有通過廣泛地傳播與交流，才能產(chǎn)生利用價(jià)值、促進(jìn)社會(huì)成員之間的合作、推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展、創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)效益。本門課程主要討論信息的傳輸和交換的基本原理，即通信系統(tǒng)的基本原理，基本性質(zhì)和基本的分析方法。2信息作為一種資源，只有通過廣泛地傳播與交流，才能產(chǎn)39緒論確知信號(hào)、隨機(jī)信號(hào)、信道模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)新型數(shù)字帶通傳輸技術(shù)差錯(cuò)控制編碼課程內(nèi)容3緒論確知信號(hào)、隨機(jī)信號(hào)、信道模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸40第1章緒論通信的基本概念通信系統(tǒng)組成通信系統(tǒng)的分類信息及其度量主要性能指標(biāo)4第1章緒論通信的基本概念通信系統(tǒng)組成通信系統(tǒng)的分類411.1通信的基本概念通信的目的：傳遞消息中所包含的信息。消息：是物質(zhì)或精神狀態(tài)的一種反映，例如語音、文字、音樂、數(shù)據(jù)、圖片或活動(dòng)圖像等。信息：是消息中包含的有效內(nèi)容。信號(hào)----信號(hào)是指隨時(shí)間變化的物理量。因?yàn)橄⒉贿m合于在信道中直接傳輸，需將其調(diào)制成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。信號(hào)可以分為連續(xù)時(shí)間信號(hào)和離散時(shí)間信號(hào)信息是指消息中所包含的有意義的內(nèi)容，消息是信息的載體，消息又是以具體信號(hào)形式表現(xiàn)出來的。實(shí)現(xiàn)通信的方式和手段：非電的：如旌旗、消息樹、烽火臺(tái)…電的：如電報(bào)、電話、廣播、電視、遙控、遙測、因特網(wǎng)和計(jì)算機(jī)通信等。因此，通信的根本目的在于傳輸含有信息的消息?！巴ㄐ拧币簿褪恰靶畔鬏敗被颉跋鬏敗?。51.1通信的基本概念通信的目的：傳遞消息中所包含的信421.1通信的基本概念通信發(fā)展史1837年電報(bào)開始的通信初級(jí)階段1948年香農(nóng)提出信息論開始的近代通信階段80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61.1通信的基本概念通信發(fā)展史431.1通信的基本概念通信初級(jí)階段1837年，摩爾斯發(fā)明有線電報(bào)，開始了電通信階段1843年，亞歷山大·本取得電傳打字電報(bào)的專利1864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，促使了后來無線通信的出現(xiàn)1876年，貝爾利用電磁感應(yīng)原理發(fā)明了電話1879年，第一個(gè)專用人工電話交換系統(tǒng)投入運(yùn)行1880年，第一個(gè)付費(fèi)電話系統(tǒng)運(yùn)營1892年，加拿大政府開始規(guī)定電話速率1896年，馬可尼發(fā)明無線電報(bào)1907年，電子管問世，通信進(jìn)入電子信息時(shí)代1915年，橫貫大陸電話開通;實(shí)現(xiàn)越洋語音連接1918年，調(diào)幅無線電廣播、超外差式接收機(jī)問世1925年，開通三路明線載波電話，開始多路通信1936年，調(diào)頻無線電廣播開播1937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)1938年，電視廣播開播20世紀(jì)40年代二戰(zhàn)期間，雷達(dá)與微波通信得到發(fā)展1946年，第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問世1947年，晶體管在貝爾實(shí)驗(yàn)室問世，為通信器件的進(jìn)步創(chuàng)造了條件71.1通信的基本概念通信初級(jí)階段441.1通信的基本概念近代通信階段1948年，香農(nóng)提出了信息論，建立了通信統(tǒng)計(jì)理論1950年，時(shí)分多路通信應(yīng)用于電話系統(tǒng)1951年，直撥長途電話開通1956年，敷設(shè)越洋通信電纜1957年，發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星1958年，發(fā)射第一顆通信衛(wèi)星1962年，發(fā)射第一顆同步通信衛(wèi)星，開通國際衛(wèi)星電話；脈沖編碼調(diào)制進(jìn)入實(shí)用階段20世紀(jì)60年代，彩色電視問世；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)1969年，電視電話業(yè)務(wù)開通20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)體系結(jié)構(gòu)81.1通信的基本概念近代通信階段451.1通信的基本概念現(xiàn)代通信階段--通信革命

20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)國際標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)制定20世紀(jì)90年代，蜂窩電話系統(tǒng)開通，各種無線通信和數(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；國際互聯(lián)網(wǎng)和多媒體通信技術(shù)得到極大發(fā)展，1997年，68個(gè)國家簽定國際協(xié)定，互相開放電信市場數(shù)據(jù)通信計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物計(jì)算機(jī)以及各種數(shù)據(jù)設(shè)備之間經(jīng)由數(shù)據(jù)通路（專線或通信網(wǎng)絡(luò)）所進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換計(jì)算機(jī)通信指兩臺(tái)或多臺(tái)“自治”的計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換不能“自治”的各種數(shù)據(jù)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換屬于數(shù)據(jù)通信，但不是計(jì)算機(jī)通信數(shù)據(jù)/計(jì)算機(jī)通信的革命始于20世紀(jì)70/80年代90年代Internet普及與多媒體通信技術(shù)發(fā)展加速了變革數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信逐漸融合通信產(chǎn)業(yè)與計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)日趨重合91.1通信的基本概念現(xiàn)代通信階段--通信革命數(shù)據(jù)通46

1.2通信系統(tǒng)組成1.2.1通信系統(tǒng)的一般模型圖1-1通信系統(tǒng)的一般模型101.2通信系統(tǒng)組成1.2.1通信系統(tǒng)的一般模型47

1.2通信系統(tǒng)組成1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型模擬信號(hào)：代表消息的信號(hào)參量取值連續(xù)例如麥克風(fēng)輸出電壓圖1-2模擬信號(hào)波形◆模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)111.2通信系統(tǒng)組成1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型和48

1.2通信系統(tǒng)組成數(shù)字信號(hào)：代表消息的信號(hào)參量取值為有限個(gè)例如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入輸出信號(hào)(a)二進(jìn)制信號(hào)(b)2PSK信號(hào)圖1-3數(shù)字信號(hào)波形通常，按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。121.2通信系統(tǒng)組成數(shù)字信號(hào)：代表消息的信號(hào)參量取49

1.2通信系統(tǒng)組成◆模擬通信系統(tǒng)模型經(jīng)過調(diào)制后的信號(hào)成為已調(diào)信號(hào);發(fā)送端調(diào)制前和接收端解調(diào)后的信號(hào)稱為基帶信號(hào)。因此，原始電信號(hào)又稱為基帶信號(hào)，而已調(diào)信號(hào)又稱為頻帶信號(hào)。通常具有很高的中心頻率，直接可以在信道中傳輸?；咎卣鳎?、攜帶有信息；2、適合在信道中傳輸；3、信號(hào)的頻譜具有帶通形式，且中心頻率遠(yuǎn)離零頻。如語音信號(hào)300~3400Hz帶通信號(hào)通常具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸。如語音信號(hào)300~3400Hz基帶信號(hào)模擬信息源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者圖1-4模擬通信系統(tǒng)模型131.2通信系統(tǒng)組成◆模擬通信系統(tǒng)模型經(jīng)過調(diào)制后50

1.2通信系統(tǒng)組成◆數(shù)字通信系統(tǒng)模型圖1-5數(shù)字通信系統(tǒng)模型在某些有線信道中，特別是傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下，可以不經(jīng)過調(diào)制和解調(diào)過程而讓數(shù)字基帶信號(hào)直接進(jìn)行傳輸，我們稱之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸。與此相應(yīng)，另外一些信道，比如在無線信道和光信道中，數(shù)字基帶信號(hào)則必須經(jīng)過調(diào)制，將信號(hào)頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸，我們把這種傳輸稱為數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸。141.2通信系統(tǒng)組成◆數(shù)字通信系統(tǒng)模型圖1-551

1.2通信系統(tǒng)組成

A抗干擾能力強(qiáng)，且可消除噪聲積累

B差錯(cuò)可控

C易于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理

D易于集成化

數(shù)字通信的許多優(yōu)點(diǎn)都是用比模擬通信占據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶為代價(jià)而換取的。E易于加密處理

1.2.3數(shù)字通信的特點(diǎn)151.2通信系統(tǒng)組成A抗干擾能力強(qiáng)，B差錯(cuò)可控C52

1.3通信系統(tǒng)的分類與通信方式

分類按信號(hào)特征分類

按信號(hào)復(fù)用方式分類1.3.1通信系統(tǒng)的分類按調(diào)制方式分類

按通信業(yè)務(wù)分類按工作波段分類

按傳輸媒介分類

161.3通信系統(tǒng)的分類與通信方式分類按信號(hào)特征分類53

1.3通信系統(tǒng)的分類與通信方式

1.3.2通信方式◆按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系分

單工通信半雙工通信全雙工通信171.3通信系統(tǒng)的分類與通信方式1.3.2通信方54

1.3通信系統(tǒng)的分類與通信方式

◆按碼元排列順序分

并行傳輸

串行傳輸

將代表信息的數(shù)字信號(hào)碼元序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸。將數(shù)字信號(hào)碼元序列以串行方式一個(gè)碼元接一個(gè)碼元地在一條信道上傳輸。1.3.2通信方式181.3通信系統(tǒng)的分類與通信方式◆按碼元排列順序55

1.4信息及其度量

一、離散消息的信息量信息

是消息中包含的有效內(nèi)容如何度量呢？消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。度量信息量的原則

◆能度量任何消息，并與消息的種類無關(guān)?！舳攘糠椒☉?yīng)該與消息的重要程度無關(guān)。

◆消息中所含信息量和消息內(nèi)容的不確定性有關(guān)。舉例：兩則消息①大陸和臺(tái)灣統(tǒng)一；②今天下雨。其中，①比②包含有更多的信息。191.4信息及其度量一、離散消息的信息量信息是消56

1.4信息及其度量

度量信息量的方法：事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來描述：消息出現(xiàn)的概率越小，則消息中包含的信息量就越大。設(shè)：P(x)－消息發(fā)生的概率，I

－消息中所含的信息量。則P(x)和I之間應(yīng)該有如下關(guān)系：①I是P(x)的函數(shù)：I＝I[P(x)]②P(x)，I；P(x)

，IP(x)=1時(shí)，I

＝0；P(x)→0，I

＝③

I[P(x1)P(x2)···]=I[P(x1)]+I[P(x2)]···滿足上述4條件的關(guān)系式如下：信息量的定義201.4信息及其度量度量信息量的方法：設(shè)：P(x)57

1.4信息及其度量

式中：P(x)為該消息發(fā)生的概率。當(dāng)對(duì)數(shù)底a=2時(shí)，信息量的單位為比特（bit） a=e時(shí)，信息量的單位為奈特（nit） a=10時(shí)，信息量的單位為哈特萊通常廣泛使用的單位為比特，這時(shí)有(bit)211.4信息及其度量式中：P(x)為該消息發(fā)生的概58

1.4信息及其度量

例1.4-1已知二進(jìn)制離散信源（0，1），若“0”出現(xiàn)的概率為1/3，求出現(xiàn)“1”的信息量。解：由于全概率為1，即P(0)+P(1)=1則出現(xiàn)“1”的概率P(1)=2/3故出現(xiàn)“1”的信息量為bit例1.4-2已知二進(jìn)制離散信息源（0，1），每一符號(hào)波形等概率獨(dú)立發(fā)送，求傳送二進(jìn)制波形之一的信息量。解：由于每一波形出現(xiàn)的概率為P(x)=1/2，故其信息量為bit221.4信息及其度量例1.4-1已知二進(jìn)制離散59

1.4信息及其度量

例1.4-3已知四進(jìn)制離散信源（0，1，2，3），獨(dú)立等概率發(fā)送，求傳送每一波形的信息量。

解：由于每一波形出現(xiàn)的概率為P(x)=1/4，故其信息量為bit結(jié)論：①

若有M個(gè)等概率波形（P=1/M），且每一個(gè)波形的出現(xiàn)是獨(dú)立的，則傳送M進(jìn)制波形之一的信息量為②若M是2的整冪次，即M=2k，則有231.4信息及其度量例1.4-3已知四進(jìn)制離散60

1.4信息及其度量

非等概率情況設(shè)一個(gè)離散信源是由M個(gè)符號(hào)組成的集合，其中每個(gè)符號(hào)xi(i=1,2,3,…,M)按一定的概率P(xi)獨(dú)立出現(xiàn)，即且有則整個(gè)消息的信息量式中：ni

為第i

個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的次數(shù)

P(xi)為第個(gè)符號(hào)出現(xiàn)的概率

n

為離散消息源的符號(hào)數(shù)目n=n1+n2+…+nm241.4信息及其度量非等概率情況設(shè)61

1.4信息及其度量

例1.4-4一離散信源由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。試求某消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。解：在此消息中，0出現(xiàn)23次，1出現(xiàn)14次，2出現(xiàn)13次，3出現(xiàn)7次，共有57個(gè)符號(hào)，故該消息的信息量251.4信息及其度量例1.4-4一離散信源由62

1.4信息及其度量

二、離散信源的平均信息量H所謂平均信息量是指信源中每個(gè)符號(hào)所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值。統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的個(gè)符號(hào)的離散信息源的平均信息量為（bit/符號(hào)）由于H(x)同熱力學(xué)中的熵形式相似，故稱它為信息源的熵。信源中每個(gè)符號(hào)等概率獨(dú)立出現(xiàn)，則得最大信息熵（bit/符號(hào)）261.4信息及其度量二、離散信源的平均信息量H63