现代通信理论第一章

《现代通信理论》孔英会2005-3-1课程简介

重要的专业基础课，介绍通信的基本理论和基本的分析方法。

对理解现代通信技术及从事通信领域的研究、开发工作具有指导作用。学时28教材：李白萍主编，现代通信理论，西安电子科技大学出版社，2006.10.1参考书：1.曹志刚，钱亚生，现代通信原理清华大学出版社2．张辉曹丽娜，现代通信原理与技术，西安电子科技大学出版社3．樊平毅冯重熙.现代通信理论基础-信息与传输理论，清华大学出版社,2006课程主要内容在本科《通信原理》基础上，增加了现代通信最新技术的核心内容--延伸和拓展以通信理论的重要部分—编码、调制技术为主线。建立各种通信系统模型，分析系统主要性能指标。关注通信理论与新技术在实际中的应用，强调“现代”。课程学习要求掌握基本概念和基本分析方法。将基本理论与实际应用结合，加深理解。密切关注现代通信新技术的发展，不断充实。章节安排

第一章绪论（2-4学时）第二章信源编码理论（4学时）第三章数字信号的基带传输理论（6学时）第四章数字信号的频带传输理论（6学时）第五章多路复用与多址技术（4-6学时）复习（2学时）

第一章绪论—

通信的基本概念与基本问题基本内容：通信的概念、通信系统的构成通信系统的分类与通信方式通信系统的主要性能指标信息论初步-信息量、平均信息量、信道容量、香农公式、香农三大定理§1.1通信的概念、通信系统的构成一．通信的基本概念

通信的实质是实现信息的传输与交换。

从古到今，人类的社会活动总离不开消息的传递和交换，古代的消息树、烽火台和驿马传令，以及现代社会的文字、书信、电报、电话、广播、电视、遥控、遥测等，这些都是消息传递的方式或信息交流的手段。人们可以用语言、文字、数据或图像等不同的形式来表达信息。但是这些语言、文字、数据或图像本身不是信息而是消息，信息是消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。因此，通信的根本目的在于传输含有信息的消息，否则，就失去了通信的意义。基于这种认识，“通信”也就是“信息传输”或“消息传输”。实现通信的方式很多，随着社会的需求、生产力的发展和科学技术的进步，目前的通信越来越依赖利用“电”来传递消息的电通信方式。由于电通信迅速、准确、可靠且不受时间、地点、距离的限制，因而近百年来得到了迅速的发展和广泛的应用。当今，在自然科学领域涉及“通信”这一术语时，一般均是指“电通信”。广义来讲，光通信也属于电通信，因为光也是一种电磁波。本课中的通信均指电通信。重点讨论信息的传输。一．通信的基本概念（续）进一步理解通信的概念若只考虑传输，可以将通信表述为：通信的实质是实现信息的传输。包含信息的消息形式多种多样，如声音、图像、数据、多媒体等，这些形成了不同的通信业务。传输一般是远距离的，可以是无线（微波、移动、卫星等）或有线（电力线、电缆、光缆等）传输。对通信的一个形象的比喻：顺风耳、千里眼区分视概念信息慕：尚鼓无确竟切的鄙科学池定义她。一创般地改说，首它是升从不倦知到爱确知灾的过娇程中港的内庆涵实割体。信息子是抽量象的倘。信平息是都资源连。消息雪：消植息是霜具体艰的，恨它包网含了占信息晨。信号献：为馅消息婆的表油现形求式。因此柳，通踪蝶信过私程中书实际绿传输驰的是暮各种筑电信细号。信号南分析输方法伪是本裤课经凝常采旁用的誓基本王分析匆方法贿。二．上通信凝系统钢的构字成通信句系统如：指剥传输同信息淘所需倡的一谣切技编术设塔备的灯总合急。可用下没面的歌一般翠模型障加以弹概括闪。通信挑系统素的构屋成(续厌）按信替号特美征不术同可请以将浊通信纠信号建分为模拟宗信号和数字丛信号，因迷此对肺应两崖种通兔信系爸统，即模拟悉通信形系统与数字丑通信荡系统。（1耀）传锻输模绑拟信拍号时厘为模拟领通信滤系统。模府拟通吓信系吹统的风一般妻模型伴如下痛：通信划系统耀的构较成(续蜘）（2博）信休道中自传输庆数字国信号斤时为翁数字饭通信金系统纠。数字研通信注系统荣的一孩般模兄型如苍下（数畏字频寒带传倚输系浑统）通信历系统猴的说明上述颜图中携只给庄出了集点到白点单革向通浩信系航统，沙实际针在大意多数宫场通票信系莲统需界要进曲行多路复用祝、双向进行斜，信昂源兼敏为受使信者赠，通懂信设画备包凉括发丧信设王备和丘收信西设备徒。此能外，愤通信柜系统及除了连完成应信息赴传输下外，沾还必击须进疑行信压息的交换，传舟输系洁统和秒交换扫系统圣以及舞信令问、协各议、征标准药、管璃理共吵同组上成一怨个完蔽整的约通信膨系统恒，乃筐至通信亿网。传输弱、复芒用、交谅换、却网络出为现领代通离信的板四大读技术碑，本慕课程紧重点剩介绍持传输板、复只用技堂术。三、爪通信榴系统省的分欲类1．司按消债息的章物理杜特征砍分类螺：电报棵通信拘系统电话蜻通信帅系统数据屈通信程系统图象企通信沈系统多媒沾体通雅信系座统……通信黎系统涂的分勒类（续题）2．闸按调病制方赛式分阳类：载波绑调制野（连叔续波碗调制简）脉冲呼调制常用集调制剖方式多进泽制数套字调裙制正交戒振幅融调制俘(Q劈燕AM否)网格相编码幅调制纱(T丢CM炼)最小求移频射键控陷(M鼠SK意)与勇高斯魄最小钟移频发键控冈(G猾MS极K)虹、眼D牢QP服SK茧调制OF曲DM脊扩频判调制现代飞数字鬼调制沟技术通信芒系统运的分范类（续痛）3.轰按犯传输椅信号四的特晨征分氏类模拟柳通信筐系统数字禁通信两系统其中窄数字添通信请成为询发展察的主县流。数字求通信缘瑞的优华点：-无钢噪声截累积母，抗昂干扰驶能力太强，-便瞎于进黎行数计字信箭号处制理，模实现箭集成接化，-便黑于加逮密及插计算坦机处资理，旱实现汪综合拖业务疤数字洪网。通信努系统顽的分捡类（续把）4.剑按增传送典信号介的复棕用方昆式分筒类频分魄复用裕（F易DM跃）-忽模拟答通信诊（广播泉、模拿拟载狐波）时分熊复用反（T千DM给）-物大多国数数节字通太信码分居复用派（C柱DM冰）-秋移动波分盖复用竟（W套DM滋）-泄光纤通信患系统高的分样类（续方）5．蹄按传股输媒魄介分控类有线构通信龟系统无线敢通信滔系统有线联通信蚕系统询还包辛括载凑波、松电缆脉、光骆纤通蒜信系身统，无线娃通信垮系统沫有调听幅、竖调频授广播挠、电骨视、亮移动木通信班、空拣间遥测浆、雷妨达导腊航、摩微波池接力雅、卫应星通腔信系令统等橡。各种乖传输锯媒质皆有其奇特定蜻的工采作频保率（频率山是资记源），常用丘传输首媒介假的频霜率范烧围及情用途进一斤步理侨解通铅信系浙统的识构成具体键的通洪信系久统都戏遵从鞋一般宪模型塑,只辈是不奏同的丧系统莲,各今个框先的具边体形析式不具同.电力育线载波掠通信礼系统电力馅线载雁波机微波呀中继锄通信微波胶设备光纤眨通信光纤届通信密系统光纤亮通信乡丰网卫星债通信广州腔气象苗卫星塞地面康站移动灵通信移动坊通信堵包括识公用寸移动垃、寻掌呼、纹无绳委电话损、集膨群、迟无线袜本地不环（肾小灵敢通）通信签网实关例通信润网实喊例1．陡按倚消息悼传递马的方要向与暮时间扔关系与分对于秃点与温点之名间的坟通信健，按韵消息我传递悉的方箱向与各时间稳关系壁，枣通信疾方式吉可分替为单工、半双沟工及全双逆工通信订三种滨。四、通信务方式勺-双向亭通信古过程周中涉稳及的摄信道悔共享臣问题单工迟、末半双板工和匹全双喝工通告信方捷式示毫意图-并坟行传诊输是慎将数补字序代列以想成组度的方胳式在拨两条梯或两声条以宝上的篮并行里信道起上同总时传挪输，冶如图赚（两a）纤所示芦。优西点是怜节省死传输倍时间罪，但扬需要骆传输港信道成多，产设矩备复烦杂，异成夫本高尼，鸣故较傲少采昨用，眼一笨般适寇用于惹计算赠机和声其他辆高速滴数字凉系统滴，特帝别适滑用于挨设备个之间吵的近翼距离会通信选。伐2．神按欠数字忽信号市排列跟顺序鼻分-并行旧传输踩和串怎行传鼓输-串大行传警输是亲数字轰序列附以串苗行方毅式一挡个接沃一个乓地在浮一条束信道膜上传规输，勉如答图疼(b此)所庆示。子一般隐的远饥距离士数字翻通信往都采苗用这剧种传妨输方着式。停五、司通信别系统躲的主铲要性猫能指瓶标在设耳计或某评价犹通信亡系统刷时，钳往往怨涉及修通信辈系统醉的性仁能指标逢，以衰衡量奇其性戴能的喉优劣倒，性盛能指纱标也长称质落量指谱标。通信晓系统声的性侦能指油标涉遥及有效染性、可靠废性、适奇应性贡、标剃准性片、经牛济性妖、维堵护使罢用等斩。但衡从研录究信酬息的弱传输完来说钥，主畏要有每两个席，即印：有效桂性-静--坦--循消息约传输询的速子度问诞题可靠甚性-戚--能--洞消息塔传输贞的质甜量问梳题二者提是一厌对矛纯盾通信根系统绝的主炎要性粒能指拿标（续辫）1．幸模拟务通信有效掠性-健--子-信蒸号传输氏带宽涉B。可靠舅性-尚--移-信噪别比(So/No)，通信驱系统桶接收椒端的腥输出投信号坏噪声靠功率辅比(次SN滚R,辩Si桌gn态al涛N鲜oi遵se庙R妈at殿io浩)。信号端B越秀小，奶占用理信道所带宽疏越少违，有无效性效越好萄；So/No越大判，信施号质童量高士，可育靠性跨越好败。理解篮带宽信号晚带宽越小温越好荡，如通SS蔬B方臂式比久FM穴方式无有效歪性好信道拌带宽越大姥越好绕，如树全光不网络初的普姥及理解垄信噪介比输出把信噪崇比So/No越大躁越好特，如赠语音光通信夸质量奴30船分贝可（d堪B）销良好祝，4息0分堵贝以枕上优踪蝶质。输入佳信噪舟比（也垒称信个道信辛噪比忽）越浙小越蒸好，锁能降廉低设伪备设耐计难枝度。通信酿系统疲的主团要性症能指出标（续饭）2．搂数字泥通信有效劳性-找-传输承速率，又木分成勾:（1种）码玻元传坦输速任率(料或传袭码率英RB)：单位刺时间违能够穗传送猪的码票元数文(波夕特,犹Ba润ud挥)。嘴每个脖码元甜传输嫌所占赠用的偶时间凡TB（秒晓，S鼻）为码芒长,古则RB=1租/TB(波长特,摄Ba宋ud拢)。钓若码痒元为惑二进枝制睛RB对应却RB2,若怖为M期进登制RB对应惜RBM，RB2=RBM·l斤og2M通信佩系统溉的主兔要性趟能指负标（续鉴）（2假）信男息传宝输速呜率(肤也称蚂传信绩率Rb):单位雅时间光能够刮传送搭的信喝息量宋(b著it辽/s结)。二者渠关系剃：Rb=RB·l照og2M宽比特娱/秒RB=Rb/l愤og2M谨波特RB≤Rb，因炎为多旺进制攀码元泥要用霞多位激二进评制表博示，僻所需崖传输租时间另长，原传输码速率吴降低甚。说明淋：在荣许多月资料章上也爬借用旷带宽都来描哨述数堆字通塘信系间统的氧有效裹性即投传输颤速率仰，例如说丈某信丑道的禾带宽机为5认6k陆b/练s,中也搞就意诵味着赌该信泪道的宜数据帽传输梨速率绍为5淘6k殖b/炸s。对传滔输速愿率的阀理解对于蹲信源慨，速希率越滔低越太有效贼，例吉各种清压缩泉，使捉利用煤网络燃即时惑收听糖音乐门、收潮看影弟片成处为可再能。对于队信道敌，速午率越恋高越反好，替例主情干网汗络的蚁光纤护化使闯线路派传输犬速率湿提高,用户糟得到杏更好船的服响务。通信凯系统耳的主矮要性茎能指锈标（续屡）有时出也用循频带只利用墨率表示来数字脸通信贡系统尝有效出性越大搜，有沉效性跑越好通信首系统洒的主堤要性害能指胜标（续震）数字邀通信泼系统准可靠仙性指畅标-劫-错误种概率，又丹分为叔：Pe↓拍→英可靠惧性好Pb≤烟Pe误码寇率Pe=雀接收燃的错旧误码术元数屡/发穗出的睛总码凝元数俗；误比栽特率Pb=岂接收明的错坛误比促特数就/发荡出的蹲总比篮特数局；有时摧也用怎功率井利用摇率描既述数谢字通弃信系询统的哲可靠偏性。理解污误码蔬率误码星率越屡小越恋好，报一般仅数字删通信外达到白10-6或更旬小。控制脆误码巩率有悦各种拥措施吸，如通提高波发信串功率限、合帆理选茄择调请制、吩解调嚼方式蠢、最惠佳接器收机匙设计叨、纠占错编锣码（亲信道偷编码立）练习1.给定春八进谊制速使率RB=1够60玻0B，其偷信息仇速率晒为（A）48秆00昌b/歇s（B）24乐00员b/循s（C）14坑40栗0b衣/s（D）96固00悲b/铃s2.对MQ义AM，M越大象，则营（A）频困带利床用率迎越高（B）频刚带利府用率托越低宽（C）抗纹干扰凯能力畅低（D）A和C§1暂.2信息击论初竹步一、者信息签的度迷量通信蜜的目扰的在慰于传提输信绝息，雹为了煤衡量务通信薄系统杆传输朋信息斜的能纸力，奇需要慌对被霜传输芝的信夸息进撞行定叨量的塞描述蠢，要导涉及软信息望量的鹿定义活。这夹里分霸成两局种情雀况讨扔论，盟即离散刑信源挣——夕产生浴离散谊消息扬的信件源；连续涨信源凭——坟产生谋连续勿消息秆的信幸源；1.大离散练信源绞信息果量而可娃能性捆可以原由消肾息的趣统计详特性氧——特概率祥描述煎。一个耍消息虹携带输的信绣息量帝大小堤与消涨息出权现的观可能尺性有及关，例1烫：比瓣较以湿下两纤条消建息包蛛含的丝式信息苏量I（1玩）去雁年冬什天下旧雪了滩，（2屈）今锈年夏宪天下镇雪了润，信息茂论初蓬步糠信息众量的赶单位杏与对插数底善数a念有关恨。a=双2时讽，胶信息举量的朴单位代为比锦特(凝bi泊t)沿；a=携e时乌，信减息量病的单扩位为唱奈特疾(n寇it霸)；a=彼10止时，氧信患息量廉的单尤位为袄十进孩制单典位，胳叫哈桨特莱锈。目前晶广泛伯使用您的单兔位为系比特聋。枪信息侮量I畏与消缺息出狗现的暗概率洋P(脂x)车之间传的关授系应虽为：例袜2.纳设二歪进制拉离散渠信源华以冷相等界的概匹率发束送数歇字0位或1印，则浊信源暂每个役输出粪符号寒的信仁息含刻量为可见跨，传笔送等余概率训的二番进制怜波形递之一昂（P耻=1责/2袋）的劈燕信息蜻量为遮1比壤特。狱同理章，传身送等棍概率盯的四抓进制羊波形宁之一鹿（P芒=1耽/4上）的荒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