通信原理I第2次课教案

1.复习：

(1)通信的定义

通信就是信息的传揄与交换。

(2)通信系统的定义

通常将把实现通信所需的一切设备和传输媒质所构成的总体称为通信系统。

(3)通信系统一般模型

通信系统一般模型概括的描述了一个点对点通信系统的组成,反映了通信系

统的共性。

原始电信号发送信号接收信号+噪声输出信号和输出噪声

信息源_____>发送设备—>信道—>接收设备_____►受信者

K__________/

噪声

发送端接收端

噪声源

(4)通信系统的分类

按信道中传输的信号特征分为：模拟通信系统和数字通信系统

•模拟通信：信道中所传输的信号是模拟信号；

・数字通信：信道中所传榆的信号为数字信号。

2.本次课学习的主要章节

1.4信息及其度量(信息量的定义式、平均信息量、最大嫡)

1.5通信系统主要性能指标(有效性和可靠性)

1.8电平和衰减的预备知识(传输衰减的计算方法)

1.4信息及其度量

一A信息与消息

•消息是信息的物理表现形式，例如：文字、语音、数据、图片、活动图像

等等都是消息所具有的不同的表现形式。

-信息则是消息中有意义、有价值的部分。

二、信息量

(D信息量定义式

日常生活中经常会接收和发送各种各样的消息，但每条消息中所包含的信息

量是不同的。

例1：(1)客机失事；(新闻报导中的大事件，故信息量多)

(2)私家车追尾。

例2:(1)高材生某某考上重点大学；

(2)高材生某某没考上重点大学。(情况少见，听后使人惊奇，故表明

唁息量大)

用统计学的术语来描述，则出现概率小的事件信息量多，即

•信息量应该是概率的单调减函数；

•信息量还应具有可加性。

因此，信息量，定义为

/=1%」;=-1喝，(工)(1.4.1)

式中，P(x)是消息所示事件工出现的概率。

(2)信息量单位

信息量的单位与所用对数的底有关:

对数的底信息量的单位

a=2比特(b比或b)

a=e奈特(nat)

a=10哈特莱(Hartley)

三、炳

(1)信息源的靖

燧是消息系列整体的平均信息量。

假设离散信源是一个由M个符号组成的集合，其中每个符号七按一定的概

率P(xJ独立出现，即有

[£)岛……晨)]，且有沙止I

则X[，W，…与所包含的信息量分别为

/(x,)=-log2P(x,),/(x2)=-log2p(x2),/(xA/)=-log2P(xA/)

于是，每个符号所含信息量的统计平均值,即平均信息量为

“⑶=P?)/(石)+P(s)/(与)+…+P(x“)/(乙)

=P(X1)[-log2P(X])]+P(x2)[-log2P*2)]+…+P(XM)[-Iog2P(XM)]

M

=-“P(x,)log2P(%)(bit/符号)(1.4.2)

，=1

由于“同热力学中的嫡形式相似，故通常又称它为信息源的熠。

(2)最大腐

可以证明：式(1.4.2)在P(xJ=l/M(/=l,2,--.,Mj,即每个符号等概率

独立出现时，信源的燧有最大值。

(3)离散二进制信源的制

对于离散二进制信源，有

①等概发送时，信源的篇为

/(0)=/(I)=log2yy-=log22=1(bit)(1.4.3)

在工程应用中，习惯把一个二进制码元称作1处。

②当离散二进制信源发送“0”或“1”的概率不等时，信源每个输出的平

均信息量将小于1%”。

\5通信系统主要性能指标

这里仅讨论评价通信系统质量优劣的两个主要定量指标：信息传输的有效性

和可靠性。

一、有效性和可靠性指标

1.有效性和可靠性的概念

①信息传输的有效性

有效性代表传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔）.

换句话说，在占用同等资源下能够传榆的信息量。

②信息传输的可靠性

可靠性代表在给定信道内接收到信息的准确程度，指消息传输的“质量”问

题。

2.通信系统与性能指标

能指标有效性可靠性

通信系统、

模拟通信系统有效传输带宽（单路）系统输出信噪比

传榆速率

数字通信系统差错榻率

频带利用率

二、模拟通信系统的性能指标示意图

B,

模拟信号用⑺调S*信S4)+〃⑺解%(/)信

信

-----------制

源►

器

噪声源瓦

三、数字通信系统的性能指标

1.有效性指标

有效性指标可以用传揄速率和频带利用率来衡量。

(1)传输速率

传输速率又分为码元传输速率和信息传输速率两种。

①码元传输速率(简称传码率，通常用符号原表示)是单位时间(每秒)

芍送码元的数目。单位为波特(Baud)。

②信息传输速率(简称芍信率，通常用符号(表示)是每秒钟传送的平均

考息量或每秒钟传送二进制码元的个数。单位：比特/秒(bit/s)o

③传码率心与传信率凡的关系：

Rh=RBlog,M(1.5.1)

式中：M为进制数。

(2)频带利用率

”一传输速率

〃一系统信道带宽,*

若设信道带宽为B,则有：

%=*(B/Hz)(1.5.3)

或

Hh=—(bit/s/Hz)(1.5.4)

2.可靠性指标

可靠性指标用差错概率来衡量，差错概率有两种表示方法：误码率与误信率。

(1.5.5)

错误接收的比特数

•误信率外(1.5.6)

传输的总比特数

显然，在二进制中有：Pe=Pbo

例1.5.1一个由字母A、B、C、D组成的字，对于传输的每一个字母用二进

制脉冲编码，00代表A,01代表B,10代表C,11代表D,每个(二进制)脉冲

宽度为5mso

(1)不同的字母等概率出现时，试计算传输的平均信息速率；

(2)若每个字母出现的概率分别为

1113

入产二产历

试计算传输的平均信息速率。

解：

(1)等概发送时，每个符号的平均信息量”(X)=2例〃符号)。符号速率为

RH=—=------J~r=100(Baud)

H

TR2X5X10-3

则此时的平均信息速率为

凡二R『H(x)=&x2=2(X)(bit/s)

(2)每个符号的平均信息量为

I231()

H(x)=-log25+—log24+—log,—=1.985e"/符号)

则平均信息速率为

凡、=RR-H(x)=100x1.985=198.5(bit/s)

例1.5.2已知某四进制数字传输系统的传信率为2400〃s,接收端在0.5〃内

共收到216个错误码元，试计算该系统的误码率巴。

解：先求出该系统的传得率为=—^―=2丝2_=12OO(B)

log2Mlog24

于是，接收端在0.5万内共收到30x60xRs=30x60x1200=2160000个码元,

其中有216个错误码元，故该系统的误码率匕为

p=216=1()-4

e2160000

'.8电平和袤减的预备知识

1.功率电平和电压电平(dB)

电平是衡量物理量(功率或电压)相对值大小的单位。

①分贝(“)是以常用对数表示两功率之比的一种计量单位。

②定义式

D=10lg-5-(dB)

(1.8.1)

式中，儿表示以参考点。作为比较的基准功率；々为测试点1的功率。

0=20哈(1.4.2)

其中，匕表示以参考点0作为比较的基准电压；匕为测试点1的电压。

2.用分贝表示的绝对功率电平(dBQ

①度量信号绝对功率电平大小而使用的单位是4纥,o

②如果信号的功率为匕，则用分贝表示的绝对功率电平为

D=,