通信系統(tǒng)的組成

通信系統(tǒng)的組成第1頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日第1章緒論

1.1通信系統(tǒng)的組成消息與信息消息——文字、書信、電報、電話、廣播、電視、遙控、遙測等，這些都是消息傳遞的方式或信息交流的手段，用于表達信息。但是這些語言、文字、數(shù)據(jù)或圖像本身不是信息而是消息。信息——是消息中所包含的人們原來不知而待知的內(nèi)容。因此，通信的根本目的在于傳輸含有信息的消息，否則，就失去了通信的意義?；谶@種認識，“通信”也就是“信息傳輸”或“消息傳輸”。第2頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

實現(xiàn)通信的方式很多，隨著社會的需求、生產(chǎn)力的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，目前的通信越來越依賴利用“電”來傳遞消息的電通信方式。由于電通信迅速、準確、可靠且不受時間、地點、距離的限制，因而近百年來得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。當今，在自然科學(xué)領(lǐng)域涉及“通信”這一術(shù)語時，一般均是指“電通信”。廣義來講，光通信也屬于電通信，因為光也是一種電磁波。本書中的通信均指電通信。第3頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

1.1.1通信系統(tǒng)的一般模型通信是從一地向另一地傳遞和交換信息。實現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱為通信系統(tǒng)?；邳c與點之間的通信系統(tǒng)的模型可用圖1-1來描述。

圖1-1通信系統(tǒng)的一般模型

第4頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日1、信源——是消息的產(chǎn)生來源，其作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號，稱之為消息信號或基帶信號。電話機、電視攝像機和電傳機、計算機等各種數(shù)字終端設(shè)備就是信源。模擬信源與數(shù)字信源模擬信源輸出的是模擬信號；而數(shù)字信源輸出信號是離散的數(shù)字信號。第5頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

2、發(fā)送設(shè)備——將信源和信道匹配起來的設(shè)備，它將信源產(chǎn)生的消息信號變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?。變換方式有調(diào)制變換方式、信源編碼、信道編碼。

3、信道——是指傳輸信號的物理媒質(zhì)。分為有線信道和無線信道。在有線信道中，信道可以是明線、電纜或光纖；在無線信道中，信道是自由空間。第6頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日4、噪聲源——不是人為加入的設(shè)備，而是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的。噪聲按產(chǎn)生的來源可分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲，外部噪聲是從信道引入的，為了分析方便，把噪聲源視為各處噪聲的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道。5、接收設(shè)備——完成發(fā)送設(shè)備的反變換的設(shè)備，即進行解調(diào)、譯碼、解碼等。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，對于多路復(fù)用信號，還包括解除多路復(fù)用，實現(xiàn)正確分路。6、受信者——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)的消息。第7頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

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。根據(jù)研究的對象以及所關(guān)注的問題不同，圖1-1模型中的各小方框的內(nèi)容和作用將有所不同，因而相應(yīng)有不同形式的更具體的通信模型。今后的討論就是圍繞著通信系統(tǒng)的模型而展開的。第8頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

1.1.2模擬通信模型和數(shù)字通信模型

連續(xù)消息:消息的狀態(tài)連續(xù)變化或是不可信源消息分為兩大類：數(shù)的，如語音、活動圖片等

離散消息:消息的狀態(tài)是可數(shù)的或離散的,如符號、數(shù)據(jù)等。

消息的載體是電信號，電信號的變化體現(xiàn)在某一參量的變化上（如連續(xù)波的幅度、頻率或相位；脈沖波的幅度、寬度或位置）。信號分類——按信號參量的取值方式不同可把信號分為兩類，即模擬信號和數(shù)字信號。第9頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日模擬信號——凡信號參量的取值是連續(xù)的或取無窮多個值的，且直接與消息相對應(yīng)的信號，均稱為模擬信號。如電話機送出的語音信號、電視攝像機輸出的圖像信號等。模擬信號有時也稱連續(xù)信號，這個連續(xù)是指信號的某一參量可以連續(xù)變化，或者說在某一取值范圍內(nèi)可以取無窮多個值，而不一定在時間上也連續(xù)，如圖1-2(b)所示的抽樣信號。第10頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

圖1–2模擬信號波形第11頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日數(shù)字信號——凡信號參量只能取有限個值，并且常常不直接與消息相對應(yīng)的信號，均稱為數(shù)字信號，如電報信號、計算機輸入/輸出信號、PCM信號等。數(shù)字信號有時也稱離散信號，這個離散是指信號的某一參量是離散變化的，而不一定在時間上也離散，如圖1-3(b)所示的2PSK信號。第12頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日圖1-3數(shù)字信號波形

(a)連續(xù)信號；(b)抽樣信號

(a)二進制波形；(b)2PSK波形第13頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

模擬通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)分為數(shù)字通信系統(tǒng)

1.模擬通信系統(tǒng)模型

模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)?；鶐盘柺侵感盘柕念l譜從零頻附近開始，由于這種信號具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸，這就需要把基帶信號變換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)男盘?，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)制器和解調(diào)器。經(jīng)過調(diào)制以后的信號稱為已調(diào)信號。已調(diào)信號有三個基本特征：第14頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

一是攜帶有信息，二是適合在信道中傳輸，三是信號的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠離零頻，因而已調(diào)信號又稱頻帶信號。消息從發(fā)送端到接收端的傳遞過程中，主要有兩種變換：1）、基帶信號變?yōu)轭l帶信號（調(diào)制變換）2）、頻帶信號變?yōu)榛鶐盘枺ń庹{(diào)變換）另外通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、天線輻射、控制等過程。由于調(diào)制與解調(diào)兩種變換對信號的變化起決定性作用，而其他過程對信號不會發(fā)生質(zhì)的變化，只是對信號進行了放大或改善了信號特性，因而不在通信原理討論范疇。第15頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日圖1-4模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型可由圖1-1略加演變而成，如圖1-4所示。圖中的調(diào)制器和解調(diào)器就代表圖1-1中的發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備。第16頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

2．數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)，如圖1-5所示。數(shù)字通信涉及的技術(shù)內(nèi)容有：1）、編/譯碼——包括信源編碼/譯碼、信道編碼/譯碼。2）、調(diào)制/解調(diào)——數(shù)字調(diào)制/解調(diào)3）、數(shù)字復(fù)接4）、同步5）、加密下面對這些技術(shù)作簡要介紹。

第17頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日1)信源編碼與譯碼

信源編碼的作用：（1）、設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說的數(shù)據(jù)壓縮。碼元速率將直接影響傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬又直接反映了通信的有效性。（2）、當信息源給出的是模擬語音信號時，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，以實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字化傳輸。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(diào)制(PCM)和增量調(diào)制(ΔM)。信源譯碼是信源編碼的逆過程。第18頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

2）信道編碼與譯碼數(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。3）加密與解密在需要實現(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。第19頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

4）數(shù)字調(diào)制與解調(diào)數(shù)字調(diào)制是將數(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。

數(shù)字調(diào)制方式有：振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、絕對相移鍵控PSK、相對（差分）相移鍵控DPSK。數(shù)字調(diào)制是本教材的重點內(nèi)容之一，將在第6章中討論。5）同步與數(shù)字復(fù)接同步是保證數(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(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，這些問題將集中在第11章中討論。第20頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

數(shù)字復(fù)接就是依據(jù)時分復(fù)用基本原理把若干個低速數(shù)字信號合并成一個高速的數(shù)字信號，以擴大傳輸容量和提高傳輸效率。圖1-5是數(shù)字通信系統(tǒng)的一般化模型，圖1–5數(shù)字通信系統(tǒng)模型第21頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

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，應(yīng)該指出的是，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)字電話系統(tǒng)就是以數(shù)字方式傳輸模擬語音信號的例子。第22頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

數(shù)字信號也可以在模擬通信系統(tǒng)中傳輸，如計算機數(shù)據(jù)可以通過模擬電話線路傳輸，但這時必須使用調(diào)制解調(diào)器（Modem）將數(shù)字基帶信號進行正弦調(diào)制，以適應(yīng)模擬信道的傳輸特性?？梢?，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。3.數(shù)字通信的主要特點目前，無論是模擬通信還是數(shù)字通信，在不同的通信業(yè)務(wù)中都得到了廣泛的應(yīng)用。但是，數(shù)字通信的發(fā)展速度已明顯超過模擬通信，成為當代通信技術(shù)的主流。與模擬通信相比，數(shù)字通信更能適應(yīng)現(xiàn)代社會對通信技術(shù)越來越高的要求，其特點是：第23頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

（1）抗干擾能力強。（2）差錯可控?？梢圆捎眯诺谰幋a技術(shù)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(shù)對信號進行處理、加工、變換、存儲，從而形成智能網(wǎng)。（4）易于集成化，從而使通信設(shè)備微型化。（5）易于加密處理，且保密強度高。

第24頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

缺點：數(shù)字通信的許多優(yōu)點都是用比模擬通信占據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶為代價而換取的。數(shù)字通信的頻帶利用率不高。例如：一路模擬電話帶寬為4kHz，而一路接近同樣話音質(zhì)量的數(shù)字電話可能要占據(jù)20～60kHz的帶寬。另外，由于數(shù)字通信對同步要求高，因而系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。前景：寬帶信道（光纖）的發(fā)展，其缺點已可以接受，，在現(xiàn)代通信的發(fā)展中已成為主流。第25頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日1.2通信系統(tǒng)分類與通信方式

1.2.1通信系統(tǒng)的分類

話務(wù)通信1．按通信業(yè)務(wù)分類

非話務(wù)通信。非話務(wù)通信——分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、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(zhuǎn)發(fā)、可視圖文及會議電視、圖像通信等。第26頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

未來的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)中各種用途的消息都能在一個統(tǒng)一的通信網(wǎng)中傳輸。此外，還有遙測、遙控、遙信和遙調(diào)等控制通信業(yè)務(wù)。

2．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)分為基帶傳輸和頻帶（調(diào)制）傳輸。基帶傳輸是將未經(jīng)調(diào)制的信號直接傳送，如音頻市內(nèi)電話。頻帶傳輸是對各種信號調(diào)制后傳輸?shù)目偡Q。調(diào)制方式很多，表1-1列出了一些常見的調(diào)制方式。第27頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日表1-1常見的調(diào)制方式

調(diào)制方式用途連續(xù)調(diào)制線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)制廣播抑制載波雙邊帶調(diào)幅立體聲廣播單邊帶調(diào)幅SSB載波通信、無線電臺、數(shù)傳殘留邊帶調(diào)幅VSB電視廣播、數(shù)傳、傳真非線性調(diào)制頻率調(diào)制FM微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播相位調(diào)制PM中間調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制幅度鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸相位鍵控數(shù)據(jù)傳輸?shù)?8頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日調(diào)制方式用途脈沖數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)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(diào)制QAM、MSK等數(shù)字微波、空間通信脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM中間調(diào)制方式、遙測脈寬調(diào)制PDM(PWM)中間調(diào)制方式脈位調(diào)制PPM遙測、光纖傳輸脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM市話、衛(wèi)星、空間通信增量調(diào)制DM軍用、民用電話差分脈碼調(diào)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（2）第29頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

3．按信號特征分類按照信道中所傳輸?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．按傳輸媒質(zhì)分類按傳輸媒質(zhì)分，通信系統(tǒng)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(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)完成通信的，如市內(nèi)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。第30頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

5．按工作波段分類按通信設(shè)備的工作頻率不同可分為長波通信、中波通信、短波通信、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(zhì)及主要用途。第31頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

表1–2通信波段與常用傳輸媒質(zhì)

頻率范圍波長符號傳輸媒質(zhì)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(dǎo)航、時標30~300kHz103~104m低頻LF有線線對長波無線電導(dǎo)航、信標、電力線通信300kHz~3MHz102~103m中頻MF同軸電纜短波無線電調(diào)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(diào)頻廣播、空中管制、車輛、通信、導(dǎo)航第32頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日續(xù)表（2）頻率范圍波長符號傳輸媒質(zhì)用途300MHz~3GHz10~100cm特高頻UHF波導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)毫米波無線電雷達、微波接力、射電天文學(xué)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第33頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日工作波長和頻率的換算公式為λ=式中，λ為工作波長，f為工作頻率，c為光速。6．按信號復(fù)用方式分類傳輸多路信號有三種復(fù)用方式：1）、頻分復(fù)用：頻分復(fù)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；2）、時分復(fù)用：時分復(fù)用是用脈沖調(diào)制的方法使不同信號占據(jù)不同的時間區(qū)間；第34頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日3）、碼分復(fù)用：用正交的脈沖序列分別攜帶不同信號。 傳統(tǒng)的模擬通信中都采用頻分復(fù)用，隨著數(shù)字通信的發(fā)展，時分復(fù)用通信系統(tǒng)的應(yīng)用愈來愈廣泛，碼分復(fù)用主要用于空間通信的擴頻通信中。第35頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

1.2.2通信方式前述通信系統(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，電話就是一個最好的例子，這時通信雙方都要有發(fā)送和接收設(shè)備，并需要各自的傳輸媒質(zhì)，如果通信雙方共用一個信道，就必須用頻率或時間分割的方法來共享信道。因此，通信過程中涉及通信方式與信道共享問題。下面只對通信方式作一簡單介紹。1．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。

第36頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

單工通信——消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，因此只占用一個信道，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——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。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(xué)計算等數(shù)據(jù)通信都是半雙工通信方式。

全雙工通信——通信雙方可同時進行收發(fā)消息的工作方式，一般情況全雙工通信的信道必須是雙向信道。普通電話、手機都是最常見的全雙工通信方式，計算機之間的高速數(shù)據(jù)通信也是這種方式。第37頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日圖1-6單工、半雙工和全雙工通信方式示意圖

(a)單工；(b)半雙工；(c)全雙工第38頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

2．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。并行傳輸——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，優(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，故一般適用于計算機和其他高速數(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——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，一般的遠距離數(shù)字通信都采用這種傳輸方式。

第39頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

圖1-7并行和串行通信方式示意圖

(a)并行傳輸；(b)串行傳輸?shù)?0頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日1.3信息及其度量

信號是消息的載體，而信息是其內(nèi)涵。任何信源產(chǎn)生的輸出都是隨機的，也就是說，信源輸出是用統(tǒng)計方法來定性的。對接收者來說，只有消息中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息；否則，信源輸出已確切知曉，就沒有必要再傳輸它了。

信息含量就是對消息中這種不確定性的度量。

例如：有三條消息：①太陽從東方升起；②太陽比往日大兩倍；③太陽將從西方升起。第一條幾乎沒有帶來任何信息，第二條帶來了大量信息，第三條帶來的信息多于第二條。第41頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

根據(jù)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?？赡苄栽叫?，概率越??；反之，概率越大。因此，消息中包含的信息量與消息發(fā)生的概率密切相關(guān)。消息出現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大。假設(shè)：P(x)是一個消息發(fā)生的概率；

I是從該消息獲悉的信息。根據(jù)上面的認知，顯然I與P(x)之間的關(guān)系反映為如下規(guī)律：第42頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

（1）信息量是概率的函數(shù)，即I=I［P(x)］（3）若干個互相獨立事件構(gòu)成的消息，所含信息量等于各獨立事件信息量之和，也就是說，信息具有相加性，即I［P(x1)P(x2)…］=I［P(x1)］+I［P(x2)］+…（2）P(x)越小，I越大；反之，I越小，且P(x)→1時，I→0P(x)→0時，I→∞第43頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

綜上所述，信息量I與消息出現(xiàn)的概率P(x)之間的關(guān)系應(yīng)為

I=loga=-logaP(x)(1.4-3)信息量的單位由對數(shù)底數(shù)a決定

a=2時比特(bit)；目前廣泛使用的單位

a=e時奈特(nit)；

a=10時哈特萊。第44頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

I(0)=I(1)=log2=log22=1(bit)(1.4-4)傳送等概率的二進制波形之一（P=1/2）的信息量為1比特。傳送等概率的四進制波形之一（P=1/4）的信息量為2比特，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，每一個八進制波形需要3個二進制脈沖

例：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為第45頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

I=log2=log2=log2M(bit)(1.4-5)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，比如M=2K（K=1，2，3，…），則式(1.4-5)可改寫為I=log22K=K(bit)(1.4-6)式中,K是二進制脈沖數(shù)目，也就是說，傳送每一個M（M=2K）進制波形的信息量就等于用二進制脈沖表示該波形所需的脈沖數(shù)目K。綜上所述，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第46頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

如果是非等概率情況，設(shè)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P(xi)=1,則x1,x2,…,xn

所包含的信息量分別為：

-log2P(x1),-log2P(x2)，…，-log2P(xn)于是，每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值，即平均信息量為H(x)=P(x1)［-log2P(x1)］+P(x2)［-log2P(x2)］+…+P(xn)［-log2P(xn)］

=

由于H同熱力學(xué)中的熵形式一樣，故通常又稱它為信息源的熵，其單位為bit/符號。第47頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

顯然，當信源中每個符號等概獨立出現(xiàn)時，上式即成為式(1.4-3)，此時信源的熵有最大值。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第48頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日每個符號的算術(shù)平均信息量為若用熵的概念來計算，由式（1.3-5）得

第49頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

可見，兩種算法的結(jié)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。信息量的計算

想一想信息量的定義和計算能否適用于連續(xù)信號？等概發(fā)送信源非等概發(fā)送信源第50頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日1.4主要性能指標

有效性和可靠性是評價一個通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標有效性是指在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}；可靠性是指接收信息的準確程度，是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。1、模擬通信系統(tǒng)性能指標：模擬通信系統(tǒng)的有效性可用有效傳輸頻帶來度量，同樣的消息用不同的調(diào)制方式，則需要不同的頻帶寬度?？煽啃杂媒邮斩俗罱K輸出信噪比來度量。不同調(diào)制方式在同樣信道信噪比下所得到的最終解調(diào)后的信噪比是不同的。第51頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日2、數(shù)字通信系統(tǒng)性能指標：

數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用傳輸速率來衡量?？煽啃钥捎貌铄e率來衡量。.傳輸速率

1)、碼元傳輸速率RB簡稱傳碼率，又稱符號速率等。它表示單位時間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位是波特（Baud），記為B。例如，若1秒內(nèi)傳2400個碼元，則傳碼率為2400B。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T有關(guān):第52頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

通常在給出碼元速率時，有必要說明碼元的進制。由于N進制的一個碼元可以用log2N個二進制碼元去表示，因而在保證信息速率不變的情況下，N進制的碼元速率RBN與二進制的碼元速率RB2之間有以下轉(zhuǎn)換關(guān)系：RB2=RBNlog2N(B)2）、信息傳輸速率Rb簡稱傳信率，又稱比特率。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。每個碼元或符號通常都含有一定bit數(shù)的信息量，因此碼元速率和信息速率有確定的關(guān)系，即第53頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

Rb=RB·H(b/s)式中，H為信源中每個符號所含的平均信息量（熵）。等概傳輸時，熵有最大值log2N，信息速率也達到最大，即Rb=RBlog2N(b/s)(1.5-1)或

RB=式中，N為符號的進制數(shù)。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，可見，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。第54頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日頻帶利用率η比較不同通信系統(tǒng)的有效性時，單看它們的傳輸速率是不夠的，還應(yīng)看在這樣的傳輸速率下所占的信道的頻帶寬度。所以，真正衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸效率的應(yīng)當是單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率，即數(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(guān)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第55頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

2.差錯率衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標是差錯率，常用誤碼率和誤信率表示。誤碼率（碼元差錯率）Pe是指發(fā)生差錯的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，更確切地說，誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，即

誤信率（信息差錯率）Pb是指發(fā)生差錯的比特數(shù)在傳輸總比特數(shù)中所占的比例，即第56頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

顯然，在二進制中有Pb=Pe本節(jié)中的兩個重要概念：

1、碼元傳輸速率RB（傳碼率，符號速率）

2、信息傳輸速率Rb（傳信率，比特率）兩個計算方法和公式：等概傳輸信息量計算

I=log2M(bit)

非等概傳輸平均信息量計算

H(x)=作業(yè)P1-1、1-2、1-3、1-4、1-6、1-7。第57頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日1.5通信發(fā)展趨勢

在過去三四十年間，對數(shù)據(jù)傳輸需求的增長以及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，促進了數(shù)字通信的發(fā)展。目前數(shù)字通信在衛(wèi)星通信、光纖通信、移動通信、微波通信等領(lǐng)域有了新的進展。下面我們就從這幾個方面來了解通信的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢。1．衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)是將通信衛(wèi)星作為空中中繼站，它能夠?qū)⒌厍蛏夏骋坏孛嬲景l(fā)射來的無線電信號轉(zhuǎn)發(fā)到另一個地面站，從而實現(xiàn)兩個或多個地域之間的通信。根據(jù)通信衛(wèi)星與地面之間的位置關(guān)系，可以分為靜止通信衛(wèi)星(或同步通信衛(wèi)星)和移動通信衛(wèi)星。靜止通信衛(wèi)星是軌道在赤道平面上的衛(wèi)星，它離地面高度為35780km，采用三個相差120°的靜止通信衛(wèi)星就可以覆蓋地球的絕大部分地域(兩極盲區(qū)除外)。第58頁，共64頁，2023年，2月20日，星期日

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由通信衛(wèi)星、地球站、上行線路及下行線路組成。上行線路和下行線路是地球站至通信衛(wèi)星及通信衛(wèi)星至地球站的無線電傳播路徑，通信設(shè)備集中于地球站和通信衛(wèi)星中。衛(wèi)星通信的特點是：通信距離遠、覆蓋地域廣、不受地理條件限制、通信容量大、可靠性高等。自從1957年10月第一顆衛(wèi)星發(fā)射成功以來，衛(wèi)星通信作為一種重要的通信手段被廣泛用于國際、國內(nèi)和區(qū)域通信。21世紀的衛(wèi)星通信將向更高頻段、更大容量方向發(fā)展。衛(wèi)星間的通信將采用速度快、頻帶寬、保密性強的激光通信。預(yù)計到2010年前，星間激光通信的傳輸速率將達到40Gb/s，地面終端設(shè)備將日益小型化，甚小天線衛(wèi)星地球站(