通信原理以及實踐應用

1、通通 信信 原原 理理主講教師：丁文飛主講教師：丁文飛1章 緒論2是通信工程、無線電工程、電通信工程、無線電工程、電子信息工程、計算機通信、圖像處理與傳輸子信息工程、計算機通信、圖像處理與傳輸?shù)葘I(yè)等專業(yè)的必修專業(yè)基礎課。課課 程程 介介 紹紹本課程主要介紹現(xiàn)代通信系統(tǒng)所涉及的基礎理論、通信中常用的信號及噪聲分析、通信系統(tǒng)的構成、原理及性能分析。第1章 緒論3信息與通信工程兩個二級學科排名：第一名：清華大學第二名：西安電子科技大學第三名：北京郵電大學 學學 科科 排排 名名曹志剛 現(xiàn)代通信原理 清華大學出版社樊昌信等 通信原理 國防工業(yè)出版社李白萍,吳東梅通信原理與技

2、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)出版社參考網址：3/zskj/5017/txyl/index.htm參參 考考 教教 材材通信原理通信原理學習網站學習網站 通信原理網絡課程http:/ 通信原理通信原理擴展知識網站擴展知識網站移動通信在線http:/ 聯(lián)邦通信委員會///portal/site/home/index.htmlhttp:/ 考考

3、 網網 站站v 通信系統(tǒng)概念通信系統(tǒng)概念v 模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)v 頻帶傳輸系統(tǒng)頻帶傳輸系統(tǒng)v 基帶傳輸系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng)v 調制與解調調制與解調v 同步技術同步技術 學學 習習 內內 容容 掌握通信的基本原理，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)。 學學 習習 目目 的的 1.1 引言引言 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 1.3 通信系統(tǒng)分類與通信方式通信系統(tǒng)分類與通信方式 1.4 關于信息量及信源熵的計算關于信息量及信源熵的計算 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標

4、通信系統(tǒng)的主要性能指標1.6 通信發(fā)展史通信發(fā)展史 習題習題 本章重點本章重點 本章思考本章思考第第 1 1 章章 緒論緒論學習目標：學習目標：v常用通信術語常用通信術語v 通信系統(tǒng)的組成和分類、通信方式通信系統(tǒng)的組成和分類、通信方式v 信息的度量及信息熵的概念信息的度量及信息熵的概念v 通信系統(tǒng)的主要性能指標通信系統(tǒng)的主要性能指標要點：要點：掌握通信系統(tǒng)模型的組成；掌握通信系掌握通信系統(tǒng)模型的組成；掌握通信系統(tǒng)的分類；掌握通信的度量及信源熵統(tǒng)的分類；掌握通信的度量及信源熵學習目標及要點學習目標及要點第1章 緒論101.1 1.1 引言引言 v 通信: 信息（或消息）的傳輸和交換。（要求準確、

5、迅速） 1、幾個概念、幾個概念v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。 v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。第1章 緒論11消息消息信息信息1.1 1.1 引言引言第1章 緒論12v 電通信：是利用電（電流或電波）來傳遞信息。現(xiàn)代通信一般均是指“電通信”。 1.1 1.1 引言引言v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。v 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。第1章 緒論13語言文字 印刷術 計算機網絡 2、通信的發(fā)展、通信的發(fā)展不可存儲；速度低；廣泛性低?？纱鎯?；廣泛性低。

6、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上獲得有效信息。1.1 1.1 引言引言第1章 緒論14信源信源在本書中，特指將原始信息轉換成電信號的設備，如麥克風等發(fā)送設備發(fā)送設備信道信道噪聲源噪聲源接收設備接收設備信宿信宿如調制器、功率放大器、天線等如雙絞線、光纖、同軸電纜等。注意：自由空間也是一種信道是一種隨機信號，對通信有害，但不可避免。與是發(fā)送設備處理的“逆過程”在本書中，特指將電信號還原成原始信息的設備，如揚聲器等圖圖 1 1 通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)的一般模型 1.2.1 通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成第1章 緒論15v 信源

7、：消息的產生地， 其作用是把各種消息轉換成原始電信號(基帶信號)。q 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。q 前者屬于模擬信源，輸出的是模擬信號；q 后者是數(shù)字信源，輸出離散的數(shù)字信號。1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成第1章 緒論16v 發(fā)送設備：是將信源和信道匹配起來，即將信源產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）。v 信道：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。1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成電梯用綜合電纜75射頻同軸電纜室外非金屬光纜布線金屬光纜第1章

8、緒論18v 噪聲源：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)。 v 接收設備：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。1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成第1章 緒論19v 信宿：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。 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。 1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成第1章 緒論20 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.1、 模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通

9、信系統(tǒng)的組成 （1）模擬信號 取值是連續(xù)的或取無窮多個值的信號。v 如電話機送出的語音信號、電視攝像機輸出的圖像信號等1.2.2 模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型與數(shù)字通信系統(tǒng)模型第1章 緒論21v 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 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成Of (t)t(a)f (nT )tPAM 信號(b)O圖圖 1 2 模擬信號波形模擬信號波形 (a) 連續(xù)信號；連續(xù)信號； (b) 抽樣信號抽樣信號第1章 緒論22v 只能取有限個值的信號。如計算

10、機輸入/輸出信號等。v 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)。（2）數(shù)字信號1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 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)。 第1章 緒論23模擬通信系統(tǒng)是傳輸模擬信號的通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)中需兩種變換： 連續(xù)消息 原始信號 原始信號 信道信號2、 模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成第1章 緒論24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

11、備。 1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成信息源調制器信道解調器受信者噪聲源圖圖 1-3 模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型基帶信號頻帶（已調）信號第1章 緒論25已調信號有三個基本特征：已調信號有三個基本特征：v 攜帶有信息攜帶有信息v 適合在信道中傳輸適合在信道中傳輸v 信號的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠離零頻，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。因而已調信號又稱頻帶信號。 1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成第1章 緒論264、 數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型 信息源信源編碼器信道編碼器數(shù)字調制器信道數(shù)字解調器信道譯碼器信源譯碼器受信者噪聲

12、源圖圖 1 4 數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(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 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成第1章 緒論27 信源編碼的作用：v 一是將模擬信號轉換成數(shù)字信號，即模/數(shù)轉換。例如：脈沖編碼調制(PCM)和增量調制(M)。v 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）信源編碼與譯碼）信源編碼與譯碼1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成信源譯碼是信源編碼的逆過程。 第1章 緒論28 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

13、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。 （2） 信道編碼與譯碼信道編碼與譯碼1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成第1章 緒論29 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。 （3） 加密與解密加密與解密1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成第1章 緒論30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(t+)S(t)Acos(t+)信源信源

14、 載波信號載波信號 已調信號已調信號（4） 數(shù)字調制與解調數(shù)字調制與解調1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成第1章 緒論31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、群同步和網同步。 （5） 同步同步1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成第1章 緒論32數(shù)字信號的基帶傳輸:若在某些有線信道中，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，其模型中就不包括調制與解調環(huán)節(jié)。數(shù)字信號的頻帶傳輸：數(shù)字基帶信號需經過調制之后，在進入信道中傳輸。1.2 1

15、.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 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。第1章 緒論33v 抗干擾能力強，可消除噪聲積累；v 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)目煽啃裕?v 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；v 易于集成化，從而使通信設備微型化； v 易于加密處理，且保密強度高。 5、 數(shù)字通信的主要優(yōu)點數(shù)字通信的主要優(yōu)點1.2 1.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成第1章 緒論346、 數(shù)字通信的主要不足數(shù)字通信的主要不足v 占用帶寬大；模擬電話4KHz,數(shù)字電話20-64KHzv 需要同步。1.2 1

16、.2 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成第1章 緒論351.3 1.3 通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類1 、按通信業(yè)務分類、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。 非話務通信主要是數(shù)據(jù)通信、計算機通信、電報通信、可視圖文及會議電視、圖像通信等。 1.3.1 通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類第1章 緒論36視頻會議系統(tǒng)視頻會議系統(tǒng) 返回返回第1章 緒論371.3 1.3 通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類 2、 按調制方式分類按調制方式分類按信號是否經過調制根據(jù)實際情況來確定根據(jù)實際情況來確定（如傳輸距離）（如傳輸距離）基帶通信系統(tǒng)頻帶（調制）通信系統(tǒng)表表 1- 11- 1常見的調制方式（略）常見的

17、調制方式（略） 調調 制制 方方 式式 用途用途 連續(xù)連續(xù)波調波調制制線性調制線性調制常規(guī)雙邊帶調幅（常規(guī)雙邊帶調幅（AM）廣播廣播 抑制載波雙邊帶調幅抑制載波雙邊帶調幅(DDS) 立體聲廣播立體聲廣播 單邊帶調幅單邊帶調幅SSB 載波通信、無線電臺、數(shù)傳載波通信、無線電臺、數(shù)傳 殘留邊帶調幅殘留邊帶調幅VSB 電視廣播、電視廣播、 數(shù)傳、數(shù)傳、 傳真?zhèn)髡?非線性調非線性調制制頻率調制頻率調制FM 微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播 相位調制相位調制PM 中間調制方式中間調制方式 數(shù)字調制數(shù)字調制幅度鍵控幅度鍵控ASK 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 相位鍵控相位鍵控數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 載波是連

18、載波是連續(xù)信號續(xù)信號模擬調制模擬調制 調調 制制 方方 式式 用途用途 脈脈沖沖調調制制數(shù)字調制數(shù)字調制相位鍵控相位鍵控PSK、 DPSK、 QPSK等等 數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)傳輸、 數(shù)字微波、數(shù)字微波、 空間通信空間通信 其他高效數(shù)字調制其他高效數(shù)字調制QAM、 MSK等等 數(shù)字微波、數(shù)字微波、 空間通信空間通信 脈沖模擬調脈沖模擬調制制脈幅調制脈幅調制PAM 中間調制方式、中間調制方式、 遙測遙測 脈寬調制脈寬調制PDM(PWM) 中間調制方式中間調制方式 脈位調制脈位調制PPM 遙測、遙測、 光纖傳輸光纖傳輸 脈沖數(shù)字調脈沖數(shù)字調制制脈碼調制脈碼調制PCM 市話、市話、 衛(wèi)星、衛(wèi)星、 空間通信

19、空間通信 增量調制增量調制DM 軍用、軍用、 民用電話民用電話 差分脈碼調制差分脈碼調制DPCM 電視電話、電視電話、 圖像編碼圖像編碼 其他語言編碼方式其他語言編碼方式ADPCM、 APC、 LPC 中低速數(shù)字電話中低速數(shù)字電話 續(xù)表（續(xù)表（1）載波是脈載波是脈沖信號沖信號第1章 緒論40按信道傳輸?shù)男盘柗N類來分1.3 1.3 通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類3、 按信號特征分類按信號特征分類模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)按傳輸?shù)拿浇榉N類來分有線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)4、 按傳輸媒質分類按傳輸媒質分類第1章 緒論41v 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

20、 1-2 列出了通信使用的頻段、常用的傳輸媒質及主要用途。v 工作波長和頻率的換算公式為； =為工作波長， f為工作頻率， c為光速)()/(1038Hzfsmfc5、按工作波段分類、按工作波段分類1.3 1.3 通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類表表 1 2 1 2 通信波段與常用傳輸媒質通信波段與常用傳輸媒質頻率范圍頻率范圍 波長波長 符號符號 傳輸媒質傳輸媒質 用途用途3 Hz30 kHz 104108 m 甚低頻甚低頻VLF 有線線對有線線對長波無線電長波無線電 音頻、電話、數(shù)據(jù)音頻、電話、數(shù)據(jù)終端、長距離導航、終端、長距離導航、時標時標 30300 kHz 103104 m 低頻低頻LF 有線

21、線對有線線對長波無線電長波無線電 導航、導航、 信標、信標、 電電力線通信力線通信 300 kHz3 MHz 102103 m 中頻中頻MF 同軸電纜同軸電纜短波無線電短波無線電 調幅廣播、移動陸調幅廣播、移動陸地通信、業(yè)余無線地通信、業(yè)余無線電電 330 MHz 10102 m 高頻高頻HF 同軸電纜同軸電纜短波無線電短波無線電 移動無線電話、移動無線電話、 短波廣播定點軍用短波廣播定點軍用通信、通信、 業(yè)余無線業(yè)余無線電電 30300 MHz 110 m 甚高頻甚高頻VHF 同軸電纜同軸電纜米波無線電米波無線電 電視、電視、 調頻廣播、調頻廣播、 空中管制、空中管制、 車輛、車輛、 通信、

22、通信、 導航導航 續(xù)表（續(xù)表（2）頻率范圍頻率范圍 波長波長 符號符號 傳輸媒質傳輸媒質 用途用途300 MHz3 GHz 10100 cm 特高頻特高頻UHF 波導波導分米波無線電分米波無線電 微波接力、微波接力、 衛(wèi)星衛(wèi)星和空間通信、和空間通信、 雷雷達達 330 GHz 110 cm 超高頻超高頻SHF 波導波導厘米波無線電厘米波無線電 微波接力、微波接力、 衛(wèi)星衛(wèi)星和空間通信、和空間通信、 雷雷達達 30300 GHz 110 mm 極高頻極高頻EHF 波導波導毫米波無線電毫米波無線電 雷達、雷達、 微波接力、微波接力、 射電天文學射電天文學 107108 GHz 310-5 310-

23、4 cm 紫外可見光紫外可見光紅外紅外 光纖光纖激光空間傳播激光空間傳播 光通信光通信 第1章 緒論441.3 1.3 通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類6、 按信號復用方式分類按信號復用方式分類n按復用的方式分在在8章將詳細介紹章將詳細介紹頻分復用（FDM）通信系統(tǒng)時分復用（TDM）通信系統(tǒng)碼分復用（CDM）通信系統(tǒng)這些復用方式并不互相排斥，可能同時使用在一個這些復用方式并不互相排斥，可能同時使用在一個通信系統(tǒng)中，例如在通信系統(tǒng)中，例如在TD-SCDMA中就同時使用了中就同時使用了TDM和和CDM第1章 緒論451.3 1.3 通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類 1.3.2 通信方式通信方式第1章 緒論461、

24、什么是模擬通信，什么是數(shù)字通信？、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？、數(shù)字通信有哪些優(yōu)點？3、數(shù)字通信系統(tǒng)模型。、數(shù)字通信系統(tǒng)模型。作作 業(yè)業(yè)第第 1 1 章章 緒論緒論第1章 緒論471.4 1.4 信息及其度量（信息及其度量（重點章節(jié)重點章節(jié)） 信號是消息的載體，而信息是其內涵。任何信源產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。 消息出現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大。 第1章 緒論48（1） 信息量是概率的函數(shù)， 即 I=fP(x)（2） P(x)越小， I越大； 反之， I越小， 且 P(x)1時， I0 P(x)0

25、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: IP(x1)P(x2)=IP(x1)+IP(x2)+1.4 信息及其度量信息及其度量（重點章節(jié)重點章節(jié)）第1章 緒論49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 1.4 信息及其度量（信息及其度量（重點章節(jié)重點章節(jié)）同學們要掌握的第1章 緒論50可見，傳送等概

26、率的二進制波形之一（P=1/2）的信息量為1比特。2211I(0)I(1)loglog1(bit)p1/2 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 1.4 信息及其度量（信息及其度量（重點章節(jié)重點章節(jié)）第1章 緒論51P：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：22211Ilogloglog M(bit)(1.42)p1/M 1.4 1.4 信息及其度量（信息及其度量（重點章節(jié)重點章節(jié)）第1章 緒論52例1-1中，

27、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 1.4 信息及其度量（信息及其度量（重點章節(jié)重點章節(jié)）第1章 緒論53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nii 1P()1x 2、非等概情況的信息量的計算、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-log2 P(x1)， -log2 P(x2)， ，-log2 P(xn)。1.4

28、1.4 信息及其度量（信息及其度量（重點章節(jié)重點章節(jié)）第1章 緒論54該消息的信息量為：該消息的信息量為：nnIn In logP(x )(1.44)i ii2ii1i1ni 其其中中為為事事件件發(fā)發(fā)生生次次數(shù)數(shù)1.4 1.4 信息及其度量（信息及其度量（重點章節(jié)重點章節(jié)）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

29、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：)(1088log74log134log1438log232222bitInnIn In logP(x )i ii2ii1i1 1.4 1.4 信息及其度量（信息及其度量（重點章節(jié)重點章節(jié)）第1章 緒論563、平均信息量、平均信息量(信息源的熵信息源的熵)每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值，即平均信息量H為：12n12n12n1222n2ni2ii 1H(x)P(x ) (x )P(x ) (x ).P(x ) (x )P(x ) log P(x )P(x ) log P(x ).P(x ) log P(x )P(x )log P(x )(

30、bit/(1.4 - 5) 符符號號）1.4 1.4 信息及其度量（信息及其度量（重點章節(jié)重點章節(jié)）第1章 緒論57由于由于H同熱力學中的熵形式一樣，同熱力學中的熵形式一樣， 故通常又稱它為信息源的熵。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。 n2iii 12i2H(x)log P(x )P(x )log P(x )log M(bit/ 符符號號）1.4 1.4 信息及其度量（信息及其度量（重點章節(jié)重點章節(jié)）第1章 緒論58 每個符號的算術平均信息量為：符號位）符號位/(89. 157108bitII若用熵的概

31、念來計算， 由式（1.4 - 5）得： 81log8141log4141log4183log832222H符號位）/(906.1bit4、算術平均信息量、算術平均信息量1.4 1.4 信息及其度量（信息及其度量（重點章節(jié)重點章節(jié)）第1章 緒論59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 1.4 信息及其度量（信息及其度量（重點章節(jié)重點章節(jié)）第1章 緒論60一離散信源由一離散信源由A A，B B，C C，D D四個符號組四個符號組成，它們出現(xiàn)的概率分別為成，它們出現(xiàn)的概率分別為1/21/2， 1/4

32、1/4， 1/81/8， 1/81/8，且每個符號的出現(xiàn)都是獨，且每個符號的出現(xiàn)都是獨立的。試求某消息立的。試求某消息AAAAABBACCDDBAAAAABBACCDDB的的信息量及熵。信息量及熵。 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量（重點章節(jié)重點章節(jié)）第1章 緒論61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：ni2i2222i 11111In log p6log3log2log2log24(bit)2488 222211111111H ( xlo glo glo glo g2244888812331 .7 5 ( b it

33、 /2488 ）符 號 位 ）1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量（重點章節(jié)重點章節(jié)）第1章 緒論621、設有四個消息、設有四個消息A、B、C、D分別以概率為分別以概率為1/4，1/8，1/8，和，和1/2傳送，每一消息的出現(xiàn)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。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、某信息源的符號集由息A、B、C、D和和E組組成，每一符號獨立出現(xiàn)，其出現(xiàn)概率分別為成，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和和5/16。，試計算其平均。，試計算其平均信息量。信息量。1.4 1.4 信息及其度量（信息及其度量（

34、重點章節(jié)重點章節(jié)）作作 業(yè)業(yè)第1章 緒論631.5 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標通信系統(tǒng)的主要性能指標（重點章節(jié)重點章節(jié)）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。二者是二者是“對立統(tǒng)一對立統(tǒng)一”體體第1章 緒論641、模擬通信系統(tǒng)、模擬通信系統(tǒng)有效性指標：用有效傳輸帶寬來衡量，信號頻帶越窄，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 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標通信系統(tǒng)

35、的主要性能指標（重點章節(jié)重點章節(jié)）第1章 緒論65 接接收收端端輸輸出出的的信信號號功功率率信信噪噪比比噪噪聲聲平平均均功功率率（1）信噪比信噪比1.5 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標通信系統(tǒng)的主要性能指標第1章 緒論66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)指標數(shù)字通信系統(tǒng)指標1.5 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標（通信系統(tǒng)的主要性能指標（重點章節(jié)重點章節(jié)）第1章 緒論67（1）傳碼率）傳碼率RB1.5 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標通信系統(tǒng)的主要性能指標( (重點章節(jié)重點章節(jié)) )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

36、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。第1章 緒論68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BBBB11TR1.51RT 或或（）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有關碼元長度碼元長度TB1.5 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標通信系統(tǒng)的主要性能指標（重點章節(jié)重點章節(jié)）第1章 緒論69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。（2）傳信率）傳信率Rb1.5 1

37、.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標通信系統(tǒng)的主要性能指標（重點章節(jié)重點章節(jié)）Rb=RBH(b/s) (1.5 - 3)H：信源中每個符號所含的平均信息量（熵）第1章 緒論70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?；蚧?Rb=RB log2 N (b/s) （等概率情況下）（等概率情況下） (1.5 -4)N：每個碼元可能采用的符號數(shù)：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 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標通信系統(tǒng)的主要性能指標（重點章節(jié)）（重點章節(jié)）第1章 緒

38、論71誤碼率（碼元差錯率）e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 ：傳輸總碼元數(shù)傳輸總碼元數(shù)錯誤碼元數(shù)錯誤碼元數(shù) e （3）誤碼率）誤碼率e在ISDN中310e1.5 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標通信系統(tǒng)的主要性能指標（重點章節(jié)）（重點章節(jié)）第1章 緒論72 誤信率（信息差錯率）b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：傳傳輸輸總總比比特特數(shù)數(shù)錯錯誤誤比比特特數(shù)數(shù)數(shù)數(shù) b （4）誤信率）誤信率b在二進制中有：be 1.5 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標通信系統(tǒng)的主要性能指標（重點章節(jié)）（重點章節(jié)）第1章 緒論73例

39、如:4進制信息串1 2 0 3 0 2 1 72e二進制： 011000110010017214414371142bbb1.5 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標通信系統(tǒng)的主要性能指標（重點章節(jié)重點章節(jié)）例題例題 某信息源的符號集由某信息源的符號集由A，B，C，D和和E組組成，設每一個符號獨立出現(xiàn)，其出現(xiàn)概率分別為成，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和和5/16。如果信息源以。如果信息源以1000B速率傳送信息，則傳送速率傳送信息，則傳送1小時的信息量為多少？小時的信息量為多少？傳送傳送1小時可能達到的最大信息量為多少？小時可能達到的最大信息量為多少？ni2i

40、i 1H(x)P(x )log P(x )(bit/ 平平均均信信息息量量：符符號號）信息速率：信息速率：Rb=RBH (b/s)1.5 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標通信系統(tǒng)的主要性能指標（重點章節(jié)）（重點章節(jié)）解解:(1)符號符號/23. 2bitH BRB1000 sbitHRRBb/223023. 21000 傳送傳送1小時的信息量小時的信息量I=TRb=3600 2230=8. 028 106bit（2）等概率時，其信息量最大。）等概率時，其信息量最大。符符號號/32. 25log2maxbitH sbitHRRBb/232032. 21000maxmax 傳送傳送1小時的最大信息量小時的最大信息量I=TRbmax=3600 2320=8.352 106bit第1章 緒論76通常指信號所占據(jù)的頻帶寬度；在被用來描述信道時，帶寬是指能夠有效通過該信道的信號的最大頻帶寬度。 對于模擬信號而言，帶寬又稱為頻寬，以赫茲（Hz）為單位。例如模擬語音電話的信號帶寬為3400Hz，一個Pal-D電視頻道的帶寬為8MHz（含保護帶寬）。 對于數(shù)字信號而言，帶寬是指單位時間內鏈路能夠通過的數(shù)據(jù)量。例如ISDN的B信道