第1章緒論使用

通信原理1<<通信原理>>是電子信息類專業(yè)的必修專業(yè)基礎課。課程介紹本課程主要講授信息傳輸?shù)幕靖拍?、基礎理論和典型技術。課程分析模擬與數(shù)字通信的方法與過程、效率與性能，噪聲與干擾對通信的影響、結合有線及無線通信系統(tǒng)的工作原理，使學生系統(tǒng)地了解和掌握現(xiàn)代通信的基礎理論、實現(xiàn)技術和設計思想。2課程特點系統(tǒng)性強、數(shù)學含量大。概念多、理論抽象、知識體系繁雜。分析推導的方法往往從時域和頻域同時展開,要求我們從時域和頻域的不同側面全面、準確、方便地理解信號,掌握系統(tǒng)處理的特點和結果。3

前續(xù)課程后續(xù)課程《高等數(shù)學》《各種通信主干課程》《線性代數(shù)》《數(shù)字電視》《復變函數(shù)》《數(shù)字圖象處理》《模電、數(shù)電、高頻》《信息論》

《信號與系統(tǒng)》本課程為必修的考試課，也是某些專業(yè)的研究生入學考試課。建議同學們在課程中復習或補習一下基礎知識。課程位置4對學好本課程的要求課堂要求：不曠課，不遲到早退學習要求：及時獨立完成作業(yè)；（根據(jù)作業(yè)批改次數(shù)）注重課后學習，多作習題；加強自學能力的培養(yǎng)。5評分標準平時+期末二部分構成6樊昌信等《通信原理》國防工業(yè)出版社曹志剛《現(xiàn)代通信原理》清華大學出版社李白萍,吳東梅《通信原理與技術》人民郵電出版社張傳生等《數(shù)字通信原理》西安交通大學出版社徐臺松等《數(shù)字通信原理》電子工業(yè)出版社參考教材7《通信原理》學習網(wǎng)站

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現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理網(wǎng)絡課程/jp2004/16/wangluokecheng/index.htm

《通信原理》擴展知識網(wǎng)站

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/參考網(wǎng)站8信息論基礎信源編碼基帶傳輸系統(tǒng)調制與解調差錯控制技術同步技術學習內容9掌握數(shù)字通信的基本原理，對信息的表示、信道的通信能力、信源的編碼、信道的編碼以及同步原理有基本的了解。對通信系統(tǒng)的有效性和可靠性的分析，并能根據(jù)一定的參數(shù)要求，設計相應的數(shù)字通信系統(tǒng)。學習目的10

1.1引言

1.2通信系統(tǒng)的基本模型

1.3通信系統(tǒng)分類與通信方式

1.4信息及其度量

1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標

習題

本章重點

本章思考第1章緒論11常用通信術語模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別通信系統(tǒng)的組成和分類、通信方式數(shù)字通信系統(tǒng)的主要特點離散消息的信息量，平均信息量（信源熵）通信系統(tǒng)的主要性能指標學習目標121.1引言

通信:信息（或消息）的傳輸和交換。（要求可靠、有效）

1、幾個概念消息：信息的物理表現(xiàn)形式。如語言、文字、數(shù)據(jù)或圖像等。

信息：消息的內涵，即信息是消息中所包含的人們原來不知而待知的內容。13消息信息1.1引言14

電通信：是利用電（電流或電波，包括光）來傳遞信息。現(xiàn)代通信一般均是指“電通信”。1.1引言信號：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載體。

通信系統(tǒng)：是完成傳遞信息任務所需要的一切技術設備和傳輸媒介所構成的總體。15語言文字

印刷術

計算機網(wǎng)絡

網(wǎng)格計算2、通信的發(fā)展不可存儲；速度低；廣泛性低?？纱鎯?；廣泛性低。

表情動作可存儲；速度低；廣泛性高。

電報電話在任何時刻可以在網(wǎng)上獲得有效信息。1.1引言16隨著超級計算機的不斷發(fā)展，它已經(jīng)成為復雜科學計算領域的主宰。但以超級計算機為中心的計算模式存在明顯的不足。超級計算機雖然是一臺處理能力強大的“巨無霸”，但它造價極高，通常只有一些國家級的部門，如航天、氣象等部門才有能力配置這樣的設備。隨著人們日常工作遇到的商業(yè)計算越來越復雜，人們越來越需要數(shù)據(jù)處理能力更強大的計算機，而超級計算機的價格顯然阻止了它進入普通人的工作領域。于是，人們開始尋找一種造價低廉而數(shù)據(jù)處理能力超強的計算模式，最終科學家們找到了答案—GridComputing(網(wǎng)格計算)。GridComputing17通信的發(fā)展簡史和展望

通信技術和通信產(chǎn)業(yè)是20世紀80年代以來發(fā)展最快的領域之一。是人類進入信息社會的重要標志之一。

1837年莫爾斯發(fā)明電報。

1875年，貝爾發(fā)明了電話，成為模擬通信的先驅。

1901年，馬克尼（Marconi)利用電磁波實現(xiàn)了從英國到紐芬蘭的2700km的跨大西洋無線電信號傳輸。

20世紀初,出現(xiàn)了電子管,之后又出現(xiàn)了晶體管,20年代開始相繼出現(xiàn)了廣播、傳真、電視。通信由點對點通信發(fā)展到點對面通信。18通信的發(fā)展簡史和展望一方面,隨著集成電路的發(fā)展,大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路問世，使通信設備小型化,價格降低，性能可靠,促進了通信理論和通信方式的大步躍進。另一方面,在通信理論方面，1948年,仙農(nóng)(香農(nóng))(Shannon)發(fā)表了著名的論文《通信的數(shù)學理論》,提出了通信系統(tǒng)的一般模型和信息熵、信道容量等概念,為信息論----信息系統(tǒng)的基本理論----奠定了理論基礎。之后出現(xiàn)的調制理論、糾錯編碼理論、信號與噪聲理論、信號檢測理論等等,進一步促進了通信技術的發(fā)展。在這兩方面的影響下,在其它相關學科發(fā)展的促進下,電信技術和電信產(chǎn)業(yè)取得了長足進展,實現(xiàn)了微波通信、光纖通信、衛(wèi)星通信、計算機通信。形成了各種通信網(wǎng)1920現(xiàn)代通信技術微電子技術——現(xiàn)代通信技術的基礎電子學，特別是微電子學是信息技術的關鍵，是現(xiàn)代通信產(chǎn)業(yè)的重要基礎，它在很大程度上決定著硬件設備的運行能力。衡量微電子技術發(fā)展程度的一個重要指標，是在指甲大小的硅芯片上能集成的元件數(shù)目。計算機技術——現(xiàn)代通信技術的核心電話交換技術與計算機技術緊密結合，使交換技術數(shù)字程控化。通信與計算機融為一體，這使通信技術得到了飛躍發(fā)展，我們把數(shù)字通信與計算機的融合稱為現(xiàn)代通信。光子技術——光通信的基礎隨著光子技術的發(fā)展，出現(xiàn)了電子—光子芯片。在這種芯片上，電子與光子產(chǎn)生了復雜的相互作用，提供了速率為幾十到上百千兆比特的光波通信能力，使光波通信系統(tǒng)從PDH向SDH光傳輸系統(tǒng)發(fā)展。21現(xiàn)代通信技術空間技術——衛(wèi)星通信技術的基礎現(xiàn)在人們已經(jīng)利用同步衛(wèi)星獲取了大量信息，并將這些信息廣泛應用于航天、航海、氣象、定位、救災等方面。衛(wèi)星通信、衛(wèi)星電視已經(jīng)遍及全世界。通信衛(wèi)星正向大容量、長壽命方面發(fā)展。低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的利用，將使地面、空間的通信系統(tǒng)連成一體。這意味著真正的全球個人通信，即人們在地球上任何地方(包括陸地、森林、沙漠、湖泊、高山、海洋、空間)都可隨時與任何人和機器進行信息交流。22現(xiàn)代通信的發(fā)展方向□數(shù)字化

□遠程與大容量化

□網(wǎng)絡與綜合化

□移動與個人化。數(shù)字化:數(shù)字化可從脈碼調制(PCM)說起。1937年里夫提出用脈碼調制對語聲信號編碼。第二次世界大戰(zhàn)期間，美軍曾開發(fā)并使用過24路PCM系統(tǒng)，取得優(yōu)良的保密效果。但在商業(yè)上應用還要等到20世紀70年代，才逐漸取代當時普遍采用的載波系統(tǒng)。我國是在70年代初期決定采用30路的一次群標準，80年代逐步引入商用，并開始了通信數(shù)字化的方向。接著數(shù)字程控交換機投入使用，從此開始用數(shù)字信號來交換和傳遞信息，信息傳遞發(fā)生了根本變革——數(shù)字通信。23現(xiàn)代通信的發(fā)展方向計算機通信的發(fā)展是數(shù)字化的另一個動力。移動通信領域中的GSM系統(tǒng)的引入。它是一種時分多址接人的數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)正在逐步替代原來廣泛使用的模擬調頻方式。通信系統(tǒng)中的信息傳輸已基本數(shù)字化。在廣播系統(tǒng)中當前還是以模擬方式為主，但數(shù)字化的趨向也已明顯，為了改進質量，數(shù)字聲頻廣播和數(shù)字電視廣播都已提到日程上來，預計2l世紀初會逐步替代現(xiàn)有的模擬系統(tǒng)。尤為甚者，設備的數(shù)字化，更是日新月異。近年來提出的軟件無線電技術，試圖在射頻進行模數(shù)變換(A／D)，把調制解調和鎖相等模擬運算全部數(shù)字化，這將使設備超小型化并具有多種功能。所以數(shù)字化的進程還在發(fā)展。

24現(xiàn)代通信的發(fā)展方向網(wǎng)絡化與綜合化:網(wǎng)絡化:如模擬通信網(wǎng),數(shù)字通信網(wǎng);計算機通信網(wǎng):局域網(wǎng),廣域網(wǎng),互聯(lián)網(wǎng);寬帶網(wǎng);有線網(wǎng),無線網(wǎng)等等。綜合化:無論是傳輸、交換還是通信處理功能都采用數(shù)字技術，實現(xiàn)數(shù)字傳輸與數(shù)字交換的綜合，使網(wǎng)絡技術，如電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、電視網(wǎng)一體化。遠程與大容量化:有線傳輸系統(tǒng)中傳輸線由明線、同軸電纜、發(fā)展到光纖,使信道容量由單路、13200路、到每條光纖的10Gbit／s。光纖通信迅猛發(fā)展，為超遠程和大容量通信創(chuàng)造條件，也進一步促進了通信的數(shù)字化。在無線通信方面，由容量不大的短波遠程通信，到大容量的微波中繼通信，至衛(wèi)星通信。25現(xiàn)代通信的發(fā)展方向衛(wèi)星通信的遠程性是顯著的，而且靜止衛(wèi)星所中轉的信號是穩(wěn)定的，通信質量良好，通信容量大。衛(wèi)星通信的使用范圍已遍及全球，僅國際衛(wèi)星通信組織就擁有數(shù)十萬條話路。衛(wèi)星通信的廣泛應用，使國際間重大活動能及時得以實況轉播，它使全世界人與人之間的“距離”縮短。現(xiàn)代數(shù)字通信寬帶化。高速數(shù)據(jù)、高速文件、可視電話、會議電視、寬帶可視圖文、高清晰度電視以及多媒體、多功能終端等促進了新的寬帶業(yè)務的發(fā)展。移動與個人化:船舶上用的短波電報通信到無線電話。陸地上的警車中裝有的無線電臺調度系統(tǒng)。可大范圍漫游的蜂窩移動電話系統(tǒng)。時分多址(TDMA)的GSM系統(tǒng)，碼分多址(CDMA)的IS-95系統(tǒng)，最近又在醞釀寬帶多媒體的第三代移動通信的標準。26現(xiàn)代通信的發(fā)展方向手機越做越小，充分發(fā)揮了移動性的優(yōu)點，因此有些系統(tǒng)被稱為個人通信系統(tǒng)。個人通信一般理解為任何人,在任何時間,任何地點,可與任何對象(人或計算機)互通任何信息。這五個任何在英文中都以W為第一字母，所以個人通信也可稱為5W通信。當前的技術條件還做不到這樣的通信，所以個人通信只是通信發(fā)展的目標和發(fā)展趨勢。

總之，大約只有一百余年的時間，人類已從對電磁波的粗淺了解發(fā)展到現(xiàn)代的光纖通信、衛(wèi)星通信，建立了現(xiàn)代通信網(wǎng),其發(fā)展速度驚人,前景廣闊。271.2.1通信系統(tǒng)的一般模型1.2通信系統(tǒng)的基本模型圖1–1通信系統(tǒng)的一般模型信道28

信源是消息的產(chǎn)生地，其作用是把各種消息轉換成原始電信號(基帶信號)。電話機、電視攝像機和電傳機、計算機等各種數(shù)字終端設備就是信源。前者屬于模擬信源，輸出的是模擬信號；后者是數(shù)字信源，輸出離散的數(shù)字信號。1.2.1通信系統(tǒng)的一般模型29發(fā)送設備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輸?shù)男盘?如已調信號）。1.2.1通信系統(tǒng)的一般模型

信道是指傳輸信號的物理媒質。在無線信道中，信道可以是大氣（自由空間），在有線信道中，信道可以是明線、電纜、光纖。30返回電梯用綜合電纜75Ω射頻同軸電纜室外非金屬光纜布線金屬光纜31

噪聲源是通信系統(tǒng)中各種設備以及信道中噪聲與干擾的集中表現(xiàn)。1.2.1通信系統(tǒng)的一般模型

接收設備的基本功能是完成發(fā)送設備的反變換，它的任務是從帶有干擾的接收信號中正確恢復出相應的原始基帶信號來。32

信宿是傳輸信息的歸宿點，其作用是將復原的原始信號轉換成相應的消息。1.2.1通信系統(tǒng)的一般模型圖1-1概括地描述了一個通信系統(tǒng)的組成，它反映了通信系統(tǒng)的共性，因此稱之為通信系統(tǒng)的一般模型。33

連續(xù)消息：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。

離散消息：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。1、連續(xù)消息和離散消息1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型34按信號參量的取值方式不同可把信號分為模擬信號和數(shù)字信號.2、模擬信號和數(shù)字信號1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型35

（1）模擬信號

取值是連續(xù)的或取無窮多個值的信號。如電話機送出的語音信號、電視攝像機輸出的圖像信號等。連續(xù)是指信號的某一參量可以連續(xù)變化或取無窮多個值，而不一定在時間上也連續(xù)，如圖1-2(b)所示的脈沖振幅調制抽樣信號脈沖振幅調制信號。1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型36圖1–2模擬信號波形(a)連續(xù)信號；(b)抽樣信號1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型37只能取有限個值的信號。如電報信號、計算機輸入/輸出信號等。幅度離散、時間離散。即函數(shù)形式表現(xiàn)為自變量和函數(shù)值都離散取值的函數(shù)。1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型（2）數(shù)字信號38按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，可相應地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型39模擬通信系統(tǒng)是傳輸模擬信號的通信系統(tǒng)。信源發(fā)出的原始電信號是基帶信號，基帶的含義是指信號的頻譜從零頻附近開始，如語音信號為300~3400Hz，圖像信號為0~6MHz。模擬信號具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸，需要把基帶信號變換成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號，并可在接收端進行反變換。完成這種變換和反變換作用的通常是調制器和解調器。3、模擬通信系統(tǒng)模型1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型40已調信號有三個基本特征：攜帶有信息適合在信道中傳輸信號的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠離零頻，因而已調信號又稱頻帶信號。1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型41模擬通信系統(tǒng)模型可由圖1-1略加演變而成，如圖1-3所示。圖中的調制器和解調器就代表圖1-1中的發(fā)送設備和接收設備。圖1-3模擬通信系統(tǒng)模型1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型424、數(shù)字通信系統(tǒng)模型圖1–4數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)是傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)，如圖1-4所示。1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型43數(shù)字通信涉及的技術問題很多，其中主要有信源編碼/譯碼、信道編碼/譯碼、數(shù)字調制/解調、數(shù)字復接、同步以及加密等。1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型44

信源編碼的作用：一是將模擬信號轉換成數(shù)字信號，即模/數(shù)轉換。第7章中將討論模擬信號數(shù)字化傳輸?shù)膬煞N方式：脈沖編碼調制(PCM)和增量調制(ΔM)。二是設法減少碼元數(shù)目和減少冗余信息，即數(shù)據(jù)壓縮。1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型（1）信源編碼與譯碼45信源譯碼是信源編碼的逆過程。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。1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型46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。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”。接收端的信道譯碼器按一定規(guī)則進行解碼，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。1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型（2）信道編碼與譯碼47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)送端相同的密碼復制品對收到的數(shù)字序列進行解密，恢復原來信息，叫解密。1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型（3）加密與解密48數(shù)字調制就是把數(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。S(t)Acos(ωt+φ)S(t)Acos(ωt+φ)信源載波信號已調信號1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型（4）數(shù)字調制與解調49同步是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序、準確、可靠工作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。1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型（5）同步50圖1-4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1-1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制與解調環(huán)節(jié)。1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型51模擬信號經(jīng)過數(shù)字編碼后可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸，數(shù)字信號也可以在模擬通信系統(tǒng)中傳輸，可見，模擬通信與數(shù)字通信的區(qū)別僅在于信道中傳輸?shù)男盘柗N類。1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型52抗干擾能力強，可消除噪聲積累；差錯可控，可以采用信道編碼技術使誤碼率降低，提高傳輸?shù)目煽啃?；易于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計算技術對信號進行處理、加工、變換、存儲，從而形成智能網(wǎng)；易于集成化，從而使通信設備微型化；易于加密處理，且保密強度高。5、數(shù)字通信的主要優(yōu)點1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型536、數(shù)字通信的主要不足占用帶寬大；模擬電話4KHz,數(shù)字電話20-64KHz

需要同步。1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型541.3通信系統(tǒng)分類1、按通信業(yè)務分類

按通信業(yè)務分，通信系統(tǒng)有話務通信和非話務通信。非話務通信主要是分組數(shù)據(jù)業(yè)務、計算機通信、數(shù)據(jù)庫檢索、電子信箱、電子數(shù)據(jù)交換、傳真存儲轉發(fā)、可視圖文及會議電視、圖像通信等。55視頻會議系統(tǒng)

返回56視頻會議終端連接圖

57視頻會議終端硬件主要功能邏輯圖

58根據(jù)是否采用調制，可將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸和頻帶（調制）傳輸?；鶐鬏斒菍⑽唇?jīng)調制的信號直接傳送，如音頻市內電話。頻帶傳輸是對各種信號調制后傳輸?shù)目偡Q。調制方式很多，表1-1列出了一些常見的調制方式。1.3通信系統(tǒng)分類

2、按調制方式分類59表1-1常見的調制方式（略）調制方式用途連續(xù)波調制線性調制常規(guī)雙邊帶調幅廣播抑制載波雙邊帶調幅立體聲廣播單邊帶調幅SSB載波通信、無線電臺、數(shù)傳殘留邊帶調幅VSB電視廣播、數(shù)傳、傳真非線性調制頻率調制FM微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播相位調制PM中間調制方式數(shù)字調制幅度鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸相位鍵控數(shù)據(jù)傳輸60調制方式用途脈沖調制數(shù)字調制相位鍵控PSK、DPSK、QPSK等數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、空間通信其他高效數(shù)字調制QAM、MSK等數(shù)字微波、空間通信脈沖模擬調制脈幅調制PAM

中間調制方式、遙測脈寬調制PDM(PWM)中間調制方式脈位調制PPM遙測、光纖傳輸脈沖數(shù)字調制脈碼調制PCM市話、衛(wèi)星、空間通信增量調制DM軍用、民用電話差分脈碼調制DPCM電視電話、圖像編碼其他語言編碼方式ADPCM、APC、LPC中低速數(shù)字電話續(xù)表（1）61按照信道中所傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字相應地把通信系統(tǒng)分成模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。1.3通信系統(tǒng)分類3、按信號特征分類62可分為有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)兩大類。

有線通信是用導線（如架空明線、同軸電纜、光導纖維、波導等）作為傳輸媒質完成通信的，如市內電話、有線電視、海底電纜通信等。

無線通信是依靠電磁波在空間傳播達到傳遞消息的目的的，如短波電離層傳播、微波視距傳播、衛(wèi)星中繼等。

4、按傳輸媒質分類1.3通信系統(tǒng)分類63按通信設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。表1-2列出了通信使用的頻段、常用的傳輸媒質及主要用途。

工作波長和頻率的換算公式為；

λ=λ為工作波長，f為工作頻率，c為光速5、按工作波段分類1.3通信系統(tǒng)分類64表1–2通信波段與常用傳輸媒質頻率范圍波長符號傳輸媒質用途3Hz~30kHz104~108m甚低頻VLF有線線對長波無線電音頻、電話、數(shù)據(jù)終端、長距離導航、時標30~300kHz103~104m低頻LF有線線對長波無線電導航、信標、電力線通信300kHz~3MHz102~103m中頻MF同軸電纜短波無線電調幅廣播、移動陸地通信、業(yè)余無線電3~30MHz10~102m高頻HF同軸電纜短波無線電移動無線電話、短波廣播定點軍用通信、業(yè)余無線電30~300MHz1~10m甚高頻VHF同軸電纜米波無線電電視、調頻廣播、空中管制、車輛、通信、導航65續(xù)表（2）頻率范圍波長符號傳輸媒質用途300MHz~3GHz10~100cm特高頻UHF波導分米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達3~30GHz1~10cm超高頻SHF波導厘米波無線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達30~300GHz1~10mm極高頻EHF波導毫米波無線電雷達、微波接力、射電天文學107~108GHz3×10-5~3×10-4cm紫外可見光紅外光纖激光空間傳播光通信6667686970717273蜂窩網(wǎng)移動交換中心電話交換中心74常見傳輸多路信號有兩種復用方式，即頻分復用、時分復用。頻分復用是用頻譜搬移的方法使不同信號占據(jù)不同的頻率范圍。時分復用是用脈沖調制的方法使不同信號占據(jù)不同的時間區(qū)間。1.3通信系統(tǒng)分類6、按信號復用方式分類751、什么是模擬通信，什么是數(shù)字通信？2、數(shù)字通信有哪些優(yōu)點？3、數(shù)字通信系統(tǒng)模型。作業(yè)第1章緒論761.4信息及其度量信號是消息的載體，而信息是其內涵。任何信源產(chǎn)生的輸出都是隨機的，信息含量就是對消息中這種不確定性的度量，是用統(tǒng)計方法來定性的。下面，讓我們從常識的角度來感覺三條消息：①明天太陽將從東方升起；－信息量零②明天降雨量將有1mm；－信息量?、勖魈旖涤炅繉⒂?m。－信息量大由此可見，對接收者來說，事件越不可能，越是使人感到意外和驚奇，信息量就越大。消息出現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大。

77（1）信息量是概率的函數(shù)，即I=f［P(x)］（2）P(x)越小，I越大；反之，I越小，且P(x)→1時，I→0P(x)→0時，I→∞假設P(x)是一個消息發(fā)生的概率（3）若干個互相獨立事件構成的消息，所含信息具有相加性:I［P(x1)P(x2)…］=I［P(x1)］+I［P(x2)］+…1.4信息及其度量78信息量I與消息出現(xiàn)的概率P(x)之間的關系應為：1、信息量的計算信息量的單位與對數(shù)底數(shù)a有關。a=2時，信息量的單位為比特(bit)；a=e時，信息量的單位為奈特(nit)；a=10時，信息量的單位為哈特萊（Hartly）。目前廣泛使用的單位為比特。1.4信息及其度量79可見，傳送等概率的二進制波形之一（P=1/2）的信息量為1比特。[例1–1]設二進制離散信源，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為多少？1.4信息及其度量80P：每一個波形出現(xiàn)的概率M：傳送的波形數(shù)。對于離散信源，M個波形等概率（P=1/M）發(fā)送，且每一個波形的出現(xiàn)是獨立的，即信源是無記憶的，則傳送M進制波形之一的信息量為：1.4信息及其度量81例1-1中，如果傳送等概率的四進制波形之一（P=1/4）的信息量為2比特，這時每一個四進制波形需要用2個二進制脈沖表示；傳送等概率的八進制波形之一（P=1/8）的信息量為3比特，這時至少需要3個二進制脈沖。1.4信息及其度量82設離散信源是一個由n個符號組成的符號集，其中每個符號xi(i=1，2，3，…，n)出現(xiàn)的概率為P(xi)，且有2、非等概情況的信息量的計算則x1,x2,…，xn所包含的信息量分別為-log2P(x1)，-log2P(x2)，…，-log2P(xn)。1.4信息及其度量83該消息的信息量為：1.4信息及其度量84[例1–2]一離散信源由0，1，2，3四個符號組成，它們出現(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。解：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個符號，故該消息的信息量為：1.4信息及其度量853、平均信息量(信息源的熵)每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值，即平均信息量H為：1.4信息及其度量86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。

當信源中每個符號等概獨立出現(xiàn)時，式1.4-5即成為式(1.4-3)，此時信源的熵有最大值。1.4信息及其度量87每個符號的算術平均信息量為：若用熵的概念來計算，由式（1.4-5）得：4、算術平均信息量1.4信息及其度量88可見，兩種算法的結果有一定誤差，但當消息很長時，用熵的概念來計算比較方便。而且隨著消息序列長度的增加，兩種計算誤差將趨于零。1.4信息及其度量89一離散信源由A，B，C，D四個符號組成，它們出現(xiàn)的概率分別為1/2，1/4，1/8，1/8，且每個符號的出現(xiàn)都是獨立的。試求某消息{AAAAABBACCDDB}的信息量及熵。1.4信息及其度量90解：此消息中，A出現(xiàn)6次，B出現(xiàn)3次，C出現(xiàn)2次，D出現(xiàn)2次，共有13個符號，故該消息的信息量及熵分別為：1.4信息及其度量911、設有四個消息A、B、C、D分別以概率為1/4，1/8，1/8，和1/2傳送，每一消息的出現(xiàn)是相互獨立的，試計算其平均信息量。2、某信息源的符號集由息A、B、C、D和E組成，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。，試計算其平均信息量。1.4信息及其度量作業(yè)921.5通信系統(tǒng)的主要性能指標通信的任務是快速、準確地傳遞信息。評價一個通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標是系統(tǒng)的有效性和可靠性。有效性是指在給定時間內所傳輸?shù)男畔热莸亩嗌?，或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}；可靠性是指接收信息的準確程度，也就是傳輸?shù)摹百|量”問題。931、模擬通信系統(tǒng)有效性指標：用單位時間傳送的信息量來衡量，傳送信息量越大，有效性越好；可靠性指標：用接收端最終輸出信噪比來度量，信噪比越大，可靠性越好。1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標94（1）信道容量B:帶寬S/N:信噪比1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標951.5通信系統(tǒng)的主要性能指標96（2）信噪比1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標97數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性用傳輸速率來衡量；可靠性用差錯率來衡量。2、數(shù)字通信系統(tǒng)指標1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標98（1）傳碼率RB1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標碼元傳輸速率RB簡稱傳碼率，又稱符號速率。它表示單位時間內傳輸碼元的數(shù)目，單位是波特（Baud），記為B。例如，若1秒內傳2400個碼元，則傳碼率為2400B。99在數(shù)字通信中常用時間間隔相同的符號來表示一位二進制數(shù)字，這個間隔被稱為碼元長度數(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，只與傳輸?shù)拇a元長度TB有關(2)碼元長度TB1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標100信息傳輸速率Rb簡稱傳信率，又稱比特率等。它表示單位時間內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。（3）傳信率Rb1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標Rb=RB·H(b/s)(1.5-3)H：信源中每個符號所含的平均信息量（熵）101例如：碼元速率為1200B，采用八進制（N=8）時，信息速率為3600b/s；采用二進制（N=2）時，信息速率為1200b/s。或Rb=RBlog2N(b/s)（等概率情況下）(1.5-4)N：每個碼元可能采用的符號數(shù)二進制的碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等，有時簡稱它們?yōu)閿?shù)碼率。1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標102在保證信息速率不變的情況下，M進制的碼元速率RBM與二進制的碼元速率RB2之間有以下轉換關系：若有信號x1x2….x256（共N種信號）用2進制描述需8位用4進制描述需4位用8進制描述需3位用M進制描述，需logMN位RB2=RBMlog2M(B)(1.5-2)1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標103[例題]某信息源的符號集由A，B，C，D和E組成，設每一個符號獨立出現(xiàn)，其出現(xiàn)概率分別為1/4，1/8，1/8，3/16和5/16。如果信息源以1000B速率傳送信息，則傳送1小時的信息量為多少？傳送1小時可能達到的最大信息量為多少？信息速率：Rb=RB·H(b/s)1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標104解:(1)傳送1小時的信息量I=T×Rb=3600×2230=8.028×106bit（2）等概率時，其信息量最大。傳送1小時的最大信息量I=T×Rbmax=3600×2320=8.352×106bit105（4）頻帶利用率η數(shù)字信號的傳輸帶寬B取決于碼元速率RB，而碼元速率和信息速率Rb有著確定的關系。為了比較不同系統(tǒng)的傳輸效率，又可定義頻帶利用率為：