通信原理第1章绪论

1、课程介绍课程介绍 通信原理通信原理是信息工程专业本科生一是信息工程专业本科生一门门重要的专业基础重要的专业基础课程。本课程系统深入地课程。本课程系统深入地阐述现代通信系统的基本原理，其中包括模阐述现代通信系统的基本原理，其中包括模拟通信和数字通信，并以数字通信为主。本拟通信和数字通信，并以数字通信为主。本课程通过课程通过课堂学习课堂学习、习题练习习题练习、实验实验等教学等教学环节，旨在使学生系统地掌握通信系统基本环节，旨在使学生系统地掌握通信系统基本原理及其性能的基本分析方法，了解现代通原理及其性能的基本分析方法，了解现代通信技术与理论的发展状况。信技术与理论的发展状况。课程结构及实验安排课程

2、结构及实验安排 课程为课程为64+864+8的结构，共包含以下四个实的结构，共包含以下四个实验：验：实验一、数字基带信号实验实验一、数字基带信号实验实验二、模拟信号幅度调制实验实验二、模拟信号幅度调制实验实验三、二进制数字信号调制实验实验三、二进制数字信号调制实验实验四、模拟信号数字化及编码实验实验四、模拟信号数字化及编码实验教材与主要参考书教材与主要参考书通信原理（第六版）通信原理（第六版） 樊昌信等樊昌信等 国防工业出版社国防工业出版社 20062006现代通信原理与技术现代通信原理与技术 张辉等张辉等 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社 20022002现代通信原理现代通信原理

3、 曹志刚等曹志刚等 清华大学出版社清华大学出版社 19921992现代通信技术现代通信技术 冯重熙等冯重熙等 人民邮电出版社人民邮电出版社 19871987Digital and Analog Communication System, K.S.ShanmuganDigital and Analog Communication System, K.S.Shanmugan, , John. Wiley & Sons, 1979 John. Wiley & Sons, 1979 现代通信原理简明教程现代通信原理简明教程 南利平等南利平等 清华大学出版社清华大学出版社 2000200

4、0现代通信原理现代通信原理 宋祖顺等宋祖顺等 电子工业出版社电子工业出版社 20012001通信原理学习指导通信原理学习指导 张辉等张辉等 西安电子科技大学出版社西安电子科技大学出版社 20032003现代通信技术和蓝牙技术等现代文献现代通信技术和蓝牙技术等现代文献课程的基本要求课程的基本要求1 1、掌握通信系统的组成、分类、性能度量、掌握通信系统的组成、分类、性能度量及所能解决的基本问题及所能解决的基本问题2 2、系统掌握通信系统的基本原理及其性能、系统掌握通信系统的基本原理及其性能的基本分析方法的基本分析方法3 3、了解现代通信技术与理论的发展状况及、了解现代通信技术与理论的发展状况及趋势

5、趋势学习本课程的几点建议学习本课程的几点建议1 1、本课程全面研究通信系统的一般原理的性能，它的一切、本课程全面研究通信系统的一般原理的性能，它的一切分析研究都是在分析研究都是在“信号分析信号分析”和和“随机过程随机过程”的基础上。的基础上。2 2、本课程不是从具体电路出发，而是从系统的、本课程不是从具体电路出发，而是从系统的物理模型式物理模型式数学模型数学模型着手进行分析，要求注意掌握好所要求的基本概着手进行分析，要求注意掌握好所要求的基本概念。念。3 3、本课程是一门概念性和理论性较强的课程，要适当地多、本课程是一门概念性和理论性较强的课程，要适当地多做练习题，以加强对基本概念的理解。做练

6、习题，以加强对基本概念的理解。4 4、本课程是一门呈上启下的专业基础课，要求有一定的知、本课程是一门呈上启下的专业基础课，要求有一定的知识面，且和计算机紧密地联系在一起。通信原理、通信技识面，且和计算机紧密地联系在一起。通信原理、通信技术和通信系统构成了通信全部，所以需要进行一定的试验术和通信系统构成了通信全部，所以需要进行一定的试验和参观实践，了解通信技术和通信系统。和参观实践，了解通信技术和通信系统。1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念1.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成1.3 1.3 通信系统的分类与通信方式通信系统的分类与通信方式 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度

7、量 1.5 1.5 通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标 通信网的分类通信网的分类按信源的内容来分：电话网、数据网、电视节目网和综按信源的内容来分：电话网、数据网、电视节目网和综合业务数字网合业务数字网(ISDN)(ISDN)等；等；按地域范围来分：局域网、都市网、农村网和广域网等；按地域范围来分：局域网、都市网、农村网和广域网等；按网的传输信道来分：有线按网的传输信道来分：有线( (包括光纤包括光纤) )网、短波网、微网、短波网、微波网、卫星网等；波网、卫星网等；按用途来分：公用网和专用网按用途来分：公用网和专用网信道信道 交交 换换 机机电话网结构示意图电话网结构示意图: : ( 为用

8、户 构成网的基本要素：构成网的基本要素： 终端设备，传输链路，交换设备。（硬件）终端设备，传输链路，交换设备。（硬件） 交交 换换 机机终端终端终端终端噪声噪声局间传输局间传输(局内传输局内传输局内传输局内传输 人类为了更好地生存和发展，就得跟迅速有效地传递人类为了更好地生存和发展，就得跟迅速有效地传递和交流信息。信息的传递与交流自古有之，且各个时代有和交流信息。信息的传递与交流自古有之，且各个时代有各个时代的方式。各个时代的方式。古代通信：古代通信：呐喊、击鼓和烽火台：只能在较近的距离内传递信息；呐喊、击鼓和烽火台：只能在较近的距离内传递信息；飞马信使：马的体力和速度有限；飞马信使：马的体力

9、和速度有限；驿站：送信沿途隔数十里建有一处为他们提供休息和更换马匹驿站：送信沿途隔数十里建有一处为他们提供休息和更换马匹等条件的场所，但这种方式比较落后等条件的场所，但这种方式比较落后烽火台：受天气和距离的限制；烽火台：受天气和距离的限制；信鸽：缺乏稳定性信鸽：缺乏稳定性1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念 现代通讯：现代通讯： 40年前，随着通信卫星、蜂窝电话、数字寻呼以及数字传输技术的相继年前，随着通信卫星、蜂窝电话、数字寻呼以及数字传输技术的相继推出，人类通信发展史翻开了崭新的一页，现代通信技术由此进入一个日新推出，人类通信发展史翻开了崭新的一页，现代通信技术由此进入一个日新月异

10、的发展阶段，并逐步使月异的发展阶段，并逐步使“随时随地的信息传递随时随地的信息传递”成为现实。成为现实。 在在“电星一号（电星一号（Tel-star I）”卫星发射成功之前，跨越大洋的海底电话卫星发射成功之前，跨越大洋的海底电话线缆已经出现，但容量相当有限。当时，人们还未能实现远距离电视传播。线缆已经出现，但容量相当有限。当时，人们还未能实现远距离电视传播。电视节目必须首先录制成磁带，然后空运到目的地为观众电视节目必须首先录制成磁带，然后空运到目的地为观众“重播重播”。使电视。使电视直播成为现实的是贝尔实验室于直播成为现实的是贝尔实验室于40年前开创的卫星通信技术。通信卫星的概年前开创的卫星通

11、信技术。通信卫星的概念最初由科幻小说作家克拉克于念最初由科幻小说作家克拉克于1945年提出。年提出。9年之后的年之后的1954年，贝尔实验年，贝尔实验室研究总监室研究总监John R. Pierce再次提出了类似的设想并且付诸实施。再次提出了类似的设想并且付诸实施。1962年年7月月11日，也就是电星一号发射升空后的第二天，首次跨大西洋的电视信号通过日，也就是电星一号发射升空后的第二天，首次跨大西洋的电视信号通过电星一号传输成功。电星一号传输成功。 电星一号的发射成功使通过卫星在各大洲之间提供语音、数据和视频通电星一号的发射成功使通过卫星在各大洲之间提供语音、数据和视频通信成为可能，相当大程度

12、地推动了当今信成为可能，相当大程度地推动了当今“地球村地球村”的形成。通讯卫星的出现的形成。通讯卫星的出现使我们的通讯范围有了极大的扩展，我们可以随时轻松的听到来自地球任何使我们的通讯范围有了极大的扩展，我们可以随时轻松的听到来自地球任何角落的声音，看到那里现场发生的事情。角落的声音，看到那里现场发生的事情。 1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念 信息（或信息（或消息）的传输和交换。（要求准消息）的传输和交换。（要求准确、迅速）确、迅速）信息的物理表现形式。如信息的物理表现形式。如语言、文字、语言、文字、 数数据或图像等。据或图像等。消息的内涵，即信息是消息中所包含的人消息的内涵，即信

13、息是消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。们原来不知而待知的内容。是利用电（电流或电波，包括光）来传递是利用电（电流或电波，包括光）来传递信息。现代信息。现代通信一般均是指通信一般均是指“电通信电通信”。消息的电的表示形式。在电通信系统中，消息的电的表示形式。在电通信系统中，电信号是消息传递的物质载体。电信号是消息传递的物质载体。1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念通信通信: : 消息：消息：信息：信息：电通信：电通信：信号：信号：通信系统：完成传递信息任务所需要的一切技术设备通信系统：完成传递信息任务所需要的一切技术设备和传输媒介所构成的总体。和传输媒介所构成的总体。 电信网：多用

14、户通信系统互联的通信体系。电信网：多用户通信系统互联的通信体系。 （多点中的任意两点间的双向传输）（多点中的任意两点间的双向传输）通信网：让许多互相连接的用户能交换信息的由硬件通信网：让许多互相连接的用户能交换信息的由硬件和软件组成的系统。和软件组成的系统。 分类分类网的拓扑结构：环型，星型，总线型，复合型，网型网的拓扑结构：环型，星型，总线型，复合型，网型网的组成网的组成: : 以电话网为例以电话网为例 框图框图网拓扑结构网拓扑结构问问 题题1 1、什么形式的电信号适合系统传输？、什么形式的电信号适合系统传输？ 2 2、何种性能的系统能完成信号的传输？、何种性能的系统能完成信号的传输？ 1.

15、1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念1.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成1.3 1.3 通信系统的分类及通信方式通信系统的分类及通信方式 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量 1.5 1.5 主要性能指标主要性能指标 通信系统总模型：通信系统总模型：通信系统由四部分组成。通信系统由四部分组成。通信原理的讨论是围绕通信系统的模型而展开的通信原理的讨论是围绕通信系统的模型而展开的根据具体的通信形式有具体的系统模型与之对应根据具体的通信形式有具体的系统模型与之对应 各处的噪声的集中表现各处的噪声的集中表现 信号源信号源发送设备发送设备信道信道接收设备接收设备受信者受信者噪声源噪声源

16、发送端发送端接收端接收端是消息的产生地， 其作用是把各种消息转换成原始电信号(基带信号)。电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。前者属于模拟信源，输出的是模拟信号；后者是数字信源，输出离散的数字信号。 是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号(如已调信号）。是指传输信号的物理媒质。在无线信道中，信道可以是大气（自由空间），在有线信道中，信道可以是明线、 电缆、波导或光纤。信源：信源：发送设发送设备：备：信道：信道：是通信系统中各种设备以及信道中噪声与干扰的集中表现。 是完成发送设备的反变换，它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应

17、的原始基带信号来。是传输信息的归宿点， 其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。噪声源：噪声源：接收设备：接收设备：信宿：信宿：模拟信号：凡信号参量的取值是连续的或取无模拟信号：凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的关系。穷多个值的，且直接与消息相对应的关系。模拟信号波形模拟信号波形不一定不一定在时间在时间上也连上也连续续模拟系统框图：模拟系统框图： 信号源调制器解调器受信者噪声源信 道基 带 信 号频 带 信 号已调信号的三个特征：已调信号的三个特征：一是携带信号，二是适合在信道中传输，三是信号的频谱具有带通形一是携带信号，二是适合在信道中传输，三是信号的频谱具有带

18、通形式且中心频率远离零频，因此已调信号又称频带信号式且中心频率远离零频，因此已调信号又称频带信号(或带通信号或带通信号)。数字信号：凡信号只能取有限个值，并且常常数字信号：凡信号只能取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的关系。不直接与消息相对应的关系。数字信号波形数字信号波形不一定不一定在时间在时间上也离上也离散散数字系统框图：数字系统框图： 编编 码码 器器 噪噪 声声 源源 加加 密密 器器信信 息息 源源调调 制制 器器信信 道道受受 信信 者者解解 密密 器器译译 码码 器器 解解 调调 器器注：缺省同步系统注：缺省同步系统。基带基带信号信号频带频带信号信号1.2 通信系统的组成通信

19、系统的组成1.2.1 通信系统模型（总模型）通信系统模型（总模型）描述点对点的通信描述点对点的通信 框图框图1.2.2 模拟通信与数字通信系统模型模拟通信与数字通信系统模型1、模拟信号模拟信号 模拟系统模拟系统 框图框图2、数字信号数字信号 数字系统数字系统 框图框图数字通信的特点数字通信的特点 1）数字信号传输中所受的干扰可通过差错控制编码控制并消除。）数字信号传输中所受的干扰可通过差错控制编码控制并消除。 增加编码器、解码器增加编码器、解码器 2）需要保密时可对基带信号人为）需要保密时可对基带信号人为“扰乱扰乱” 加密、解密加密、解密 3）传输中是按节拍逐个传送脉冲单元信号，称之为码元。）

20、传输中是按节拍逐个传送脉冲单元信号，称之为码元。 收发须同步控制收发须同步控制：包括码元同步、帧同步、网同步等。：包括码元同步、帧同步、网同步等。常用的方式分两大类：数字基带传输系统和数字调制系统常用的方式分两大类：数字基带传输系统和数字调制系统数字通信的优点：数字通信的优点： 1)1)数字传输的抗干扰能力强数字传输的抗干扰能力强, ,尤其在中继时尤其在中继时, ,数字信号可以再生而消数字信号可以再生而消除噪声的积累除噪声的积累 2)2)传输差错可以控制传输差错可以控制, ,从而改善了传输质量从而改善了传输质量 3)3)便于使用数字信号处理技术来对数字信息进行处理便于使用数字信号处理技术来对数

21、字信息进行处理 4)4)数字信息易于作高保密性的加密处理数字信息易于作高保密性的加密处理 5)5)数字信息可以综合传递各种消息数字信息可以综合传递各种消息, ,使通信系统功能增强使通信系统功能增强其优点的实现是用占据更宽的系统频带而换得的。其优点的实现是用占据更宽的系统频带而换得的。在系统频带紧张的场合这将成为其缺点。在系统频带紧张的场合这将成为其缺点。数字通信系统的具体模型也根据其设计方法有所不同数字通信系统的具体模型也根据其设计方法有所不同1.2.3 1.2.3 数字通信的主要特点数字通信的主要特点 n目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务

22、中都得到了广泛的应用。但是，同的通信业务中都得到了广泛的应用。但是，数字通信更能适应现代社会对通信技术越来数字通信更能适应现代社会对通信技术越来越高的要求，数字通信技术已成为当代通信越高的要求，数字通信技术已成为当代通信技术的主流。与模拟通信相比，它有如下优技术的主流。与模拟通信相比，它有如下优点：点：n1 1、抗干扰、抗噪声性能好、抗干扰、抗噪声性能好n在数字通信系统中，传输的信号是数字信号。以二进在数字通信系统中，传输的信号是数字信号。以二进制为例，信号的取值只有两个，这样发端传输的和收制为例，信号的取值只有两个，这样发端传输的和收端接收和判决的电平也只有两个值，若端接收和判决的电平也只有

23、两个值，若“1”1”码时取码时取值为值为A A，“0”0”码时取值为码时取值为0 0，传输过程中由于信道噪，传输过程中由于信道噪声的影响，必然会使波形失真，在接收端恢复信号时，声的影响，必然会使波形失真，在接收端恢复信号时，首先对其进行抽样判决，才能确定是首先对其进行抽样判决，才能确定是“1”1”码还是码还是“0”0”码，并再生码，并再生“1”1”，“0”0”码的波形。因此只要不影响码的波形。因此只要不影响判决的正确性，即使波形有失真也不会影响再生后的判决的正确性，即使波形有失真也不会影响再生后的信号波形。而在模拟通信中，如果模拟信号叠加上噪信号波形。而在模拟通信中，如果模拟信号叠加上噪声后，

24、即使噪声很小，也很难消除它。声后，即使噪声很小，也很难消除它。 n2 2、差错可控、差错可控n数字信号在传输过程中出现的错误（差错），可通过数字信号在传输过程中出现的错误（差错），可通过纠错编码技术来控制。纠错编码技术来控制。n3 3、易加密、易加密n数字信号与模拟信号相比，容易加密和解密。因此，数字信号与模拟信号相比，容易加密和解密。因此，数字通信保密性好。数字通信保密性好。n4 4、数字通信设备和模拟通信设备相比，设计和制造、数字通信设备和模拟通信设备相比，设计和制造更容易，体积更小，重量更轻。更容易，体积更小，重量更轻。n5 5、数字信号可以通过信源编码进行压缩，以减少冗、数字信号可以通

25、过信源编码进行压缩，以减少冗余度，提高信道利用率。余度，提高信道利用率。n6 6、易于与现代技术相结合。、易于与现代技术相结合。同步的概念：同步的概念：同步是指收发双方在时间上步调一致，故又称定时。同步是指收发双方在时间上步调一致，故又称定时。码元同步码元同步又称位同步。在数字通信系统中，任何消息都是通过一连又称位同步。在数字通信系统中，任何消息都是通过一连串码元序列传送的，所以接收时需要知道每个码元的起止时刻，以串码元序列传送的，所以接收时需要知道每个码元的起止时刻，以便在恰当的时刻进行取样判决。便在恰当的时刻进行取样判决。群同步群同步包含字同步、句同步、分路同步，它有时也称帧同步。在数包含

26、字同步、句同步、分路同步，它有时也称帧同步。在数字通信中，信息流是用若干码元组成一个字通信中，信息流是用若干码元组成一个“字字”，又用若干个，又用若干个“字字”组成组成“句句”。在接收这些数字信息时，必须知道这些。在接收这些数字信息时，必须知道这些“字字”、“句句”的起止时刻，否则接收端无法正确恢复信息。的起止时刻，否则接收端无法正确恢复信息。在获得了载波同步、位同步、群同步之后，两点间的数字通信就可在获得了载波同步、位同步、群同步之后，两点间的数字通信就可以有序、准确、可靠地进行了。然而，随着数字通信的发展，尤其以有序、准确、可靠地进行了。然而，随着数字通信的发展，尤其是计算机通信的发展，是

27、计算机通信的发展，多个用户之间多个用户之间的通信和数据交换，构成了数的通信和数据交换，构成了数字通信网。显然，为了保证通信网内各用户之间可靠地通信和数据字通信网。显然，为了保证通信网内各用户之间可靠地通信和数据交换，全网必须有一个统一的时间标准时钟，这就是交换，全网必须有一个统一的时间标准时钟，这就是网同步网同步的问题。的问题。现代通信的特征现代通信的特征传输系统和交换系统组成一个通信系统，乃至传输系统和交换系统组成一个通信系统，乃至通信网络。通信网络。 计算机与通信系统的紧密结合是现代通信的主要特征。计算机与通信系统的紧密结合是现代通信的主要特征。表现形式：表现形式：1) 移动通信乃至卫星通

28、信（移动通信乃至卫星通信（GSM、CDMA、VSAT、GPS等）等）2) INTERNET接入技术：接入技术：FTTP-LAN、ADSL、Home-PNA3) 卫星技术、光纤技术、数字蜂窝技术、宽带接入技术等最新技卫星技术、光纤技术、数字蜂窝技术、宽带接入技术等最新技术融入通信，构成了现代通信的主要表现。术融入通信，构成了现代通信的主要表现。通信网络通信网络无线接入技术无线接入技术1.1 1.1 引言引言1.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成1.3 1.3 通信系统的分类及通信方式通信系统的分类及通信方式 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量 1.5 1.5 主要性能指标主要性能指标

29、 1.3 通信系统的分类及通信方式通信系统的分类及通信方式 1、按消息的物理特征分类（业务）按消息的物理特征分类（业务） 如电报、电话、数据、图像通信系统如电报、电话、数据、图像通信系统2、按调制方式分类、按调制方式分类 按是否采用调制，可将系统分为基带传输和频带按是否采用调制，可将系统分为基带传输和频带(调制调制)传输。传输。基带传输基带传输:未经调制的信号直接传输未经调制的信号直接传输(音频和数字基带音频和数字基带)。调制传输：对各种信号变换方式后进行传输的总称。调制传输：对各种信号变换方式后进行传输的总称。调制的目的：调制的目的：1) 将信息变换为便于在信道中传输的形式将信息变换为便于在

30、信道中传输的形式2) 提高抗干扰能力提高抗干扰能力(FM抗干扰能力强于抗干扰能力强于AM)3) 有效地利用频带有效地利用频带(频谱搬移，频分多路频谱搬移，频分多路)1.3.1 通信系统分类通信系统分类 针对频带传输信号而言，按调制波形的不同针对频带传输信号而言，按调制波形的不同信号数字：信号数字：PCM 、 M 等等 脉冲数字调制脉冲数字调制AM、DSB、SSB、VSBFM、PM模拟调制模拟调制信号数字：信号数字：ASK、FSK、PSK、DPSK 数字调制数字调制信号模拟信号模拟信号模拟：信号模拟：PAM、PDM、PPM 脉冲模拟调制脉冲模拟调制正弦波调制正弦波调制脉冲调制脉冲调制两类两类3、

31、按信号特征分类、按信号特征分类 最常用分为模拟与数字通信系统两大类最常用分为模拟与数字通信系统两大类4、按传输媒介分类、按传输媒介分类 最常用分为有线（包括光纤）与无线最常用分为有线（包括光纤）与无线5、按信号复用方式分类、按信号复用方式分类频分复用：使不同的信号占据不同的频率范围频分复用：使不同的信号占据不同的频率范围模拟通信模拟通信时分复用时分复用：不同的信号占据不同的时间区间：不同的信号占据不同的时间区间 数字通信数字通信码分复用：用一组包含正交码字的码组携带多路信息码分复用：用一组包含正交码字的码组携带多路信息 6、按工作频率分类、按工作频率分类 VLF，LF，MF，HF，VHF，UH

32、F，SHF，EHF光波。光波。扩频通信扩频通信1.3.2 通信方式通信方式半双工：通信双方（两点）均能收发消息但半双工：通信双方（两点）均能收发消息但不能同时不能同时收发。收发。例如无线对讲机例如无线对讲机单工：单方向传输（一点发、一点收）。例如遥控单工：单方向传输（一点发、一点收）。例如遥控全双工：通信双方（两点）全双工：通信双方（两点）能同时能同时收发信号。例如电话收发信号。例如电话按消息传送的方向与时间的关系按消息传送的方向与时间的关系串序传输：将数字信号按时间顺序一个接一个的传输串序传输：将数字信号按时间顺序一个接一个的传输, ,它占用一条通路。适合远距离。它占用一条通路。适合远距离。

33、并序传输：将数字信号码元序列分割成多路同时传输，并序传输：将数字信号码元序列分割成多路同时传输，适合近距离适合近距离 数字信号码元排列方法不同数字信号码元排列方法不同通信系统按照网络结构可分为线型、星型、树型、环型等类型。通信系统按照网络结构可分为线型、星型、树型、环型等类型。专门为两点之间设立传输线的通信称之为点对点通信。专门为两点之间设立传输线的通信称之为点对点通信。多点间的通信属于网通信。网通信的基础仍是点对点通信。多点间的通信属于网通信。网通信的基础仍是点对点通信。本书重点讨论点对点通信的原理。本书重点讨论点对点通信的原理。 按网络结构划分按网络结构划分1.1 1.1 引言引言1.2

34、1.2 通信系统的组成通信系统的组成1.3 1.3 通信系统的分类及通信方式通信系统的分类及通信方式 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量 1.5 1.5 主要性能指标主要性能指标 1.4 信息及其度量信息及其度量 1.4.1 信息的描述信息的描述消息消息人或事物情况的报道，可理解为信源人或事物情况的报道，可理解为信源信息信息消息中有意义的内容，对于接收者来说事先不知道的消消息中有意义的内容，对于接收者来说事先不知道的消息息信号信号消息的载体消息的载体( (携带者携带者) )I I与与P(xP(x) )之间存在下列关系：之间存在下列关系： 1 1： I与与P(x)存在某种函数关系存在某种函

35、数关系 2： P(x)1时，时， I 0 P(x)0时，时， I 3： 事件独立时，信息具有相加性事件独立时，信息具有相加性 1.4.1 信息的描述信息的描述对由若干个相互独立事件构成消息，有：对由若干个相互独立事件构成消息，有： I p(x1 ) p(x2 ) = I p(x1 ) + I p(x2 ) + （2）取取 a = 2 I：bit 比特比特取取 a = e I：nat 奈特奈特取取 a = 10 I：Hartley 哈特莱哈特莱由信息论知：消息出现的概率愈小，所包含的信息量愈大由信息论知：消息出现的概率愈小，所包含的信息量愈大 （1 1）定义：定义：信息量为信息量为 I、消息出现

36、的概率为、消息出现的概率为 p(x ) 则则 I = = p(x ) ) I 是是p (x )函数函数)(log)(logxpxp1 1Iaa- -=I 与与 P(x ) 间的关系必满足（间的关系必满足（1）、（）、（2）1.4.2 信息的度量信息的度量 bitxpI1211log)(1log212 1、等概率、等概率1）设有二进制，等概率出现的离散消息）设有二进制，等概率出现的离散消息 0、 1 消息消息 p (x1 )=p (x2 )= 1/2 定义：传送两个等概的二进制波形之一的信息量为定义：传送两个等概的二进制波形之一的信息量为 1 bitMMI22log11log 2） 对对M进制，

37、等概率出现的离散消息进制，等概率出现的离散消息 0，1，2 , , M-1 消息消息 p( x1 )=p (x2 )= =1/M从波形上看，从波形上看，M进制有进制有M种波性，每一种波形等概率出现种波性，每一种波形等概率出现 所以所以M 是波形数，是波形数，p (xi ) =P 是每一波形出现的概率是每一波形出现的概率3）对一进制，状态唯一，不包含信息量，）对一进制，状态唯一，不包含信息量，I=0bit。2、非等概率、非等概率设消息由设消息由 n 个相互独立的符号组成，称为符号集个相互独立的符号组成，称为符号集)(iixpx 对应对应且每个符号包含的信息量均不相等且每个符号包含的信息量均不相等

38、 所以用统计平均的方法来描述一个符号所含的信息量所以用统计平均的方法来描述一个符号所含的信息量例子例子)(log)()(log)()(log)()(2_22_212_1nnxpxpxpxpxpxpXH niiixpxp12_)(log)( 定义信息源的熵定义信息源的熵 H(X )1.4.3 连续消息的信息量连续消息的信息量 用连续信号出现的概率密度用连续信号出现的概率密度f (x)来描述来描述 b/符号符号，为为，它们出现的概率分别，它们出现的概率分别、组成：组成：例：信息源有四个符号例：信息源有四个符号814141833210321100210203001213130020201，求求某某个

39、个信信息息且且每每个个信信息息量量相相互互独独立立的信息量的信息量210120100032312010002102023010解：解：方法一方法一bitI33831log2323020 次：次：出现出现bitI28411log1414121 次：次：出现出现bitI21811log77323 次：次：出现出现bitI26411log1313222 次：次：出现出现因消息共因消息共57个符号，一个符号含有算术平均信息量为个符号，一个符号含有算术平均信息量为方法二方法二81log8141log4141log4183log832222 41_)(log)()( iiixpxpxH统计平均统计平均符号

40、符号bit906. 1 bitIIIII1083210 总总)(64.10857906. 157)(bitxHI 总总符号符号bitII89. 15710857 1.1 1.1 引言引言1.2 1.2 通信系统的组成通信系统的组成1.3 1.3 通信系统的分类及通信方式通信系统的分类及通信方式 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量 1.5 1.5 主要性能指标主要性能指标 1.5 1.5 主要性能指标主要性能指标 通信系统最主要的性能指标是：通信系统最主要的性能指标是：传输的有效性传输的有效性 和和 传输的可靠性传输的可靠性传输的有效性：传输的有效性： 传输一定信息量时所占用的信道资源传输

41、一定信息量时所占用的信道资源( (频带宽度频带宽度和时间间隔和时间间隔) )。 速度速度传输的可靠性：传输的可靠性： 在给定的信道内接收到信息的准确程度。在给定的信道内接收到信息的准确程度。 质量质量接续质量接续质量：迅速性：迅速性 传输质量传输质量：清晰度：清晰度 稳定质量稳定质量：可靠性：可靠性涉及系统的有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护使用涉及系统的有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护使用有效性、可靠性的具体体现是消息传输的速度和质量问题有效性、可靠性的具体体现是消息传输的速度和质量问题1.5.1 1.5.1 模拟系统性能指标模拟系统性能指标误差形式：误差形式：1）加性

42、干扰产生的误差通常由噪声引起）加性干扰产生的误差通常由噪声引起 2）乘性干扰产生的误差通常由信道传输特性不理想引起。）乘性干扰产生的误差通常由信道传输特性不理想引起。目前，我们目前，我们仅研究仅研究加性干扰产生的误差，均方误差指加性干扰产生的误差，均方误差指标将转化为信噪比。标将转化为信噪比。信息量：衡量单位时间内传送消息中有效内容的能力。信息量：衡量单位时间内传送消息中有效内容的能力。 有效性的衡量：用每路信号的有效传输带宽来衡量。有效性的衡量：用每路信号的有效传输带宽来衡量。带宽越窄，传输有效性越好；有效传输带宽与调制制式带宽越窄，传输有效性越好；有效传输带宽与调制制式有关。有关。 可靠性

43、的衡量：用整个通信系统的输出信噪比来衡量。可靠性的衡量：用整个通信系统的输出信噪比来衡量。( (输出端有用信号功率与噪声功率之比输出端有用信号功率与噪声功率之比) )均方误差：衡量发送和接收信号之间的误差程度均方误差：衡量发送和接收信号之间的误差程度1.5.21.5.2 数字通信系统性能指标：传输速率和差错率数字通信系统性能指标：传输速率和差错率数字信号的描述：二进制：数字信号的描述：二进制：0、1 两个状态两个状态 N 进制：进制：0、1、2 N-1 N个状态个状态 码元的概念：在二进制中，用相同的时间间隔表示一位二进制数字，码元的概念：在二进制中，用相同的时间间隔表示一位二进制数字，这个时

44、间间隔称为码元长度。这个时间间隔称为码元长度。 在码元长度内的信号称为二进制码元。所以二进制的每在码元长度内的信号称为二进制码元。所以二进制的每个码元时间上等长。个码元时间上等长。 同理同理 N 进制的每个码元时间上也等长。进制的每个码元时间上也等长。 进制之间的相互转换关系：进制之间的相互转换关系： 例：例：N = 4 表示表示4 进制的每个状态可用进制的每个状态可用2 位二进制状态描述；位二进制状态描述； 若为小数，则取大于此值的第一个整数。若为小数，则取大于此值的第一个整数。2log2 N1.5.21.5.2 数字通信系统性能指标：数字通信系统性能指标：有效性的衡量：有效性的衡量：R RB B( (传码率传码率) )码元传输速率码元传输速率单位时间内所传送的码元数目。单位时间内所传送的码元数目。R Rb b( (传信率传信率) )信息传输速率信息传输速率单位时间内所传送的信息量。单位为单位时间内所传送的信息量。单位为比特率比特率(bit/s)(bit/s)。根据信息论，一个根据信息论，一个N N进制码元所含的信息量为进制码元所含的信息量为I=logI=log2 2N(bit)N(