通信原理以及實(shí)踐應(yīng)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(wú)線電工程、電通信工程、無(wú)線電工程、電子信息工程、計(jì)算機(jī)通信、圖像處理與傳輸子信息工程、計(jì)算機(jī)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(chǔ)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(chǔ)理論、通信中常用的信號(hào)及噪聲分析、通信系統(tǒng)的構(gòu)成、原理及性能分析。第1章 緒論3信息與通信工程兩個(gè)二級(jí)學(xué)科排名：第一名：清華大學(xué)第二名：西安電子科技大學(xué)第三名：北京郵電大學(xué) 學(xué)學(xué) 科科 排排 名名曹志剛 現(xiàn)代通信原理 清華大學(xué)出版社樊昌信等 通信原理 國(guó)防工業(yè)出版社李白萍,吳東梅通信原理與技

2、術(shù)人民郵電出版社 張傳生等 數(shù)字通信原理 西安交通大學(xué)出版社徐臺(tái)松等 數(shù)字通信原理 電子工業(yè)出版社參考網(wǎng)址：3/zskj/5017/txyl/index.htm參參 考考 教教 材材通信原理通信原理學(xué)習(xí)網(wǎng)站學(xué)習(xí)網(wǎng)站 通信原理網(wǎng)絡(luò)課程http:/ 通信原理通信原理擴(kuò)展知識(shí)網(wǎng)站擴(kuò)展知識(shí)網(wǎng)站移動(dòng)通信在線http:/ 聯(lián)邦通信委員會(huì)///portal/site/home/index.htmlhttp:/ 考考

3、 網(wǎng)網(wǎng) 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(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)v 同步技術(shù)同步技術(shù) 學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí) 內(nèi)內(nèi) 容容 掌握通信的基本原理，對(duì)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(duì)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(shè)計(jì)相應(yīng)的數(shù)字通信系統(tǒng)。 學(xué)學(xué) 習(xí)習(xí) 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(guān)于信息量及信源熵的計(jì)算關(guān)于信息量及信源熵的計(jì)算 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

4、通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.6 通信發(fā)展史通信發(fā)展史 習(xí)題習(xí)題 本章重點(diǎn)本章重點(diǎn) 本章思考本章思考第第 1 1 章章 緒論緒論學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：v常用通信術(shù)語(yǔ)常用通信術(shù)語(yǔ)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(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)要點(diǎn)：要點(diǎn)：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(xué)習(xí)目標(biāo)及要點(diǎn)學(xué)習(xí)目標(biāo)及要點(diǎn)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(zhǔn)確、

5、迅速） 1、幾個(gè)概念、幾個(gè)概念v消息：信息的物理表現(xiàn)形式。如語(yǔ)言、文字、 數(shù)據(jù)或圖像等。 v信息：消息的內(nèi)涵，即信息是消息中所包含的人們?cè)瓉?lái)不知而待知的內(nèi)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(lái)傳遞信息?，F(xiàn)代通信一般均是指“電通信”。 1.1 1.1 引言引言v信號(hào)：消息的電的表示形式。在電通信系統(tǒng)中，電信號(hào)是消息傳遞的物質(zhì)載體。v 通信系統(tǒng)：是完成傳遞信息任務(wù)所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒介所構(gòu)成的總體。第1章 緒論13語(yǔ)言文字 印刷術(shù) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 2、通信的發(fā)展、通信的發(fā)展不可存儲(chǔ)；速度低；廣泛性低?？纱鎯?chǔ)；廣泛性低。

6、表情動(dòng)作可存儲(chǔ)；速度低；廣泛性高。 電報(bào)電話在任何時(shí)刻可以在網(wǎng)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(shū)中，特指將原始信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的設(shè)備，如麥克風(fēng)等發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備信道信道噪聲源噪聲源接收設(shè)備接收設(shè)備信宿信宿如調(diào)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(jī)信號(hào)，對(duì)通信有害，但不可避免。與是發(fā)送設(shè)備處理的“逆過(guò)程”在本書(shū)中，特指將電信號(hào)還原成原始信息的設(shè)備，如揚(yáng)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(chǎn)生地， 其作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)(基帶信號(hào))。q 電話機(jī)、電視攝像機(jī)和電傳機(jī)、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備就是信源。q 前者屬于模擬信源，輸出的是模擬信號(hào)；q 后者是數(shù)字信源，輸出離散的數(shù)字信號(hào)。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(shè)備：是將信源和信道匹配起來(lái)，即將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)(如已調(diào)信號(hào)）。v 信道：指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理媒質(zhì)。在無(wú)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(shè)備以及信道中噪聲與干擾的集中表現(xiàn)。 v 接收設(shè)備：完成發(fā)送設(shè)備的反變換，它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始基帶信號(hào)來(lái)。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(diǎn)，其作用是將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。 圖 1 - 1 概括地描述了一個(gè)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(hào)參量的取值方式不同可把信號(hào)分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào).1、 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)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(hào) 取值是連續(xù)的或取無(wú)窮多個(gè)值的信號(hào)。v 如電話機(jī)送出的語(yǔ)音信號(hào)、電視攝像機(jī)輸出的圖像信號(hào)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(hào)的某一參量可以連續(xù)變化或取無(wú)窮多個(gè)值，而不一定在時(shí)間上也連續(xù)，如圖 1 - 2(b)所示的脈沖振幅調(diào)制抽樣信號(hào)脈沖振幅調(diào)制信號(hào)。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(hào)(b)O圖圖 1 2 模擬信號(hào)波形模擬信號(hào)波形 (a) 連續(xù)信號(hào)；連續(xù)信號(hào)； (b) 抽樣信號(hào)抽樣信號(hào)第1章 緒論22v 只能取有限個(gè)值的信號(hào)。如計(jì)算

10、機(jī)輸入/輸出信號(hào)等。v 幅度離散、時(shí)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(hào)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(hào)還是數(shù)字信號(hào)，可相應(yīng)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(hào)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(hào) 原始信號(hào) 信道信號(hào)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(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)

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(diào)制器信道解調(diào)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(hào)頻帶（已調(diào)）信號(hào)第1章 緒論25已調(diào)信號(hào)有三個(gè)基本特征：已調(diào)信號(hào)有三個(gè)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(hào)的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠(yuǎn)離零頻，信號(hào)的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠(yuǎn)離零頻，因而已調(diào)信號(hào)又稱頻帶信號(hào)。因而已調(diào)信號(hào)又稱頻帶信號(hào)。 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(diào)制器信道數(shù)字解調(diào)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(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，即模/數(shù)轉(zhuǎn)換。例如：脈沖編碼調(diào)制(PCM)和增量調(diào)制(M)。v 二是設(shè)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(guò)程。 第1章 緒論28 為了減少差錯(cuò)，信道編碼器對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)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(jìn)行解

13、碼，從解碼過(guò)程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤，從而提高通信系統(tǒng)抗干擾能力，實(shí)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(shí)現(xiàn)保密通信的場(chǎng)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(guò)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(duì)收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密，恢復(fù)原來(lái)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(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)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(hào)。S(t) Acos(t+)S(t)Acos(t+)信源信源

14、 載波信號(hào)載波信號(hào) 已調(diào)信號(hào)已調(diào)信號(hào)（4） 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)數(shù)字調(diào)制與解調(diào)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(zhǔn)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(hào)在時(shí)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。 （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(hào)的基帶傳輸:若在某些有線信道中，若傳輸距離不太遠(yuǎn)且通信容量不太大時(shí)，數(shù)字基帶信號(hào)無(wú)需調(diào)制，可以直接傳送，其模型中就不包括調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié)。數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸：數(shù)字基帶信號(hào)需經(jīng)過(guò)調(diào)制之后，在進(jìn)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?hào)種類。第1章 緒論33v 抗干擾能力強(qiáng)，可消除噪聲積累；v 差錯(cuò)可控，可以采用信道編碼技術(shù)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(jì)算技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理、加工、變換、存儲(chǔ)，從而形成智能網(wǎng)；v 易于集成化，從而使通信設(shè)備微型化； v 易于加密處理，且保密強(qiáng)度高。 5、 數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn)數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn)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(wù)分類、按通信業(yè)務(wù)分類 按通信業(yè)務(wù)分， 通信系統(tǒng)有話務(wù)通信和非話務(wù)通信。 非話務(wù)通信主要是數(shù)據(jù)通信、計(jì)算機(jī)通信、電報(bào)通信、可視圖文及會(huì)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(huì)議系統(tǒng)視頻會(huì)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(diào)制方式分類按調(diào)制方式分類按信號(hào)是否經(jīng)過(guò)調(diào)制根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定根據(jù)實(shí)際情況來(lái)確定（如傳輸距離）（如傳輸距離）基帶通信系統(tǒng)頻帶（調(diào)制）通信系統(tǒng)表表 1- 11- 1常見(jiàn)的調(diào)制方式（略）常見(jiàn)的

17、調(diào)制方式（略） 調(diào)調(diào) 制制 方方 式式 用途用途 連續(xù)連續(xù)波調(diào)波調(diào)制制線性調(diào)制線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（常規(guī)雙邊帶調(diào)幅（AM）廣播廣播 抑制載波雙邊帶調(diào)幅抑制載波雙邊帶調(diào)幅(DDS) 立體聲廣播立體聲廣播 單邊帶調(diào)幅單邊帶調(diào)幅SSB 載波通信、無(wú)線電臺(tái)、數(shù)傳載波通信、無(wú)線電臺(tái)、數(shù)傳 殘留邊帶調(diào)幅殘留邊帶調(diào)幅VSB 電視廣播、電視廣播、 數(shù)傳、數(shù)傳、 傳真?zhèn)髡?非線性調(diào)非線性調(diào)制制頻率調(diào)制頻率調(diào)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(diào)制相位調(diào)制PM 中間調(diào)制方式中間調(diào)制方式 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)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?cái)?shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 載波是連

18、載波是連續(xù)信號(hào)續(xù)信號(hào)模擬調(diào)制模擬調(diào)制 調(diào)調(diào) 制制 方方 式式 用途用途 脈沖脈沖調(diào)制調(diào)制數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)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、 空空間通信間通信 其他高效數(shù)字調(diào)制其他高效數(shù)字調(diào)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(diào)脈沖模擬調(diào)制制脈幅調(diào)制脈幅調(diào)制PAM 中間調(diào)制方式、中間調(diào)制方式、 遙測(cè)遙測(cè) 脈寬調(diào)制脈寬調(diào)制PDM(PWM) 中間調(diào)制方式中間調(diào)制方式 脈位調(diào)制脈位調(diào)制PPM 遙測(cè)、遙測(cè)、 光纖傳輸光纖傳輸 脈沖數(shù)字調(diào)脈沖數(shù)字調(diào)制制脈碼調(diào)制脈碼調(diào)制PCM 市話、市話、 衛(wèi)星、衛(wèi)星、 空間通信

19、空間通信 增量調(diào)制增量調(diào)制DM 軍用、軍用、 民用電話民用電話 差分脈碼調(diào)制差分脈碼調(diào)制DPCM 電視電話、電視電話、 圖像編碼圖像編碼 其他語(yǔ)言編碼方式其他語(yǔ)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(hào)沖信號(hào)第1章 緒論40按信道傳輸?shù)男盘?hào)種類來(lái)分1.3 1.3 通信系統(tǒng)分類通信系統(tǒng)分類3、 按信號(hào)特征分類按信號(hào)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(lái)分有線通信系統(tǒng)無(wú)線通信系統(tǒng)4、 按傳輸媒質(zhì)分類按傳輸媒質(zhì)分類第1章 緒論41v 按通信設(shè)備的工作頻率不同可分為長(zhǎng)波通信、中波通信、短波通信、微波通信、遠(yuǎn)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(zhì)及主要用途。v 工作波長(zhǎng)和頻率的換算公式為； =為工作波長(zhǎng)， 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(zhì)通信波段與常用傳輸媒質(zhì)頻率范圍頻率范圍 波長(zhǎng)波長(zhǎng) 符號(hào)符號(hào) 傳輸媒質(zhì)傳輸媒質(zhì) 用途用途3 Hz30 kHz 104108 m 甚低頻甚低頻VLF 有線線對(duì)有線線對(duì)長(zhǎng)波無(wú)線電長(zhǎng)波無(wú)線電 音頻、電話、數(shù)據(jù)音頻、電話、數(shù)據(jù)終端、長(zhǎng)距離導(dǎo)航、終端、長(zhǎng)距離導(dǎo)航、時(shí)標(biāo)時(shí)標(biāo) 30300 kHz 103104 m 低頻低頻LF 有線

21、線對(duì)有線線對(duì)長(zhǎng)波無(wú)線電長(zhǎng)波無(wú)線電 導(dǎo)航、導(dǎo)航、 信標(biāo)、信標(biāo)、 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(wú)線電短波無(wú)線電 調(diào)幅廣播、移動(dòng)陸調(diào)幅廣播、移動(dòng)陸地通信、業(yè)余無(wú)線地通信、業(yè)余無(wú)線電電 330 MHz 10102 m 高頻高頻HF 同軸電纜同軸電纜短波無(wú)線電短波無(wú)線電 移動(dòng)無(wú)線電話、移動(dòng)無(wú)線電話、 短波廣播定點(diǎn)軍用短波廣播定點(diǎn)軍用通信、通信、 業(yè)余無(wú)線業(yè)余無(wú)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(wú)線電米波無(wú)線電 電視、電視、 調(diào)頻廣播、調(diào)頻廣播、 空中管制、空中管制、 車輛、車輛、 通信、

22、通信、 導(dǎo)航導(dǎo)航 續(xù)表（續(xù)表（2）頻率范圍頻率范圍 波長(zhǎng)波長(zhǎng) 符號(hào)符號(hào) 傳輸媒質(zhì)傳輸媒質(zhì) 用途用途300 MHz3 GHz 10100 cm 特高頻特高頻UHF 波導(dǎo)波導(dǎo)分米波無(wú)線電分米波無(wú)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(dá)達(dá) 330 GHz 110 cm 超高頻超高頻SHF 波導(dǎo)波導(dǎo)厘米波無(wú)線電厘米波無(wú)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(dá)達(dá) 30300 GHz 110 mm 極高頻極高頻EHF 波導(dǎo)波導(dǎo)毫米波無(wú)線電毫米波無(wú)線電 雷達(dá)、雷達(dá)、 微波接力、微波接力、 射電天射電天文學(xué)文學(xué) 107108 GHz 310-5 310-

23、4 cm 紫外可見(jiàn)光紫外可見(jiàn)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(hào)復(fù)用方式分類按信號(hào)復(fù)用方式分類n按復(fù)用的方式分在在8章將詳細(xì)介紹章將詳細(xì)介紹頻分復(fù)用（FDM）通信系統(tǒng)時(shí)分復(fù)用（TDM）通信系統(tǒng)碼分復(fù)用（CDM）通信系統(tǒng)這些復(fù)用方式并不互相排斥，可能同時(shí)使用在一個(gè)這些復(fù)用方式并不互相排斥，可能同時(shí)使用在一個(gè)通信系統(tǒng)中，例如在通信系統(tǒng)中，例如在TD-SCDMA中就同時(shí)使用了中就同時(shí)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(diǎn)？、數(shù)字通信有哪些優(yōu)點(diǎn)？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(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)章節(jié)） 信號(hào)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(jī)的，信息含量就是對(duì)消息中這種不確定性的度量，是用統(tǒng)計(jì)方法來(lái)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(shí)， I0 P(x)0

25、時(shí)， I假設(shè)P(x)是一個(gè)消息發(fā)生的概率（3）若干個(gè)互相獨(dú)立事件構(gòu)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(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)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(guān)系應(yīng)為： 1、信息量的計(jì)算、信息量的計(jì)算信息量的單位與對(duì)數(shù)底數(shù)a有關(guān)。 a=2時(shí)， 信息量的單位為比特(bit)；a=e時(shí)， 信息量的單位為奈特(nit)； a=10時(shí)， 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(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)章節(jié)）同學(xué)們要掌握的第1章 緒論50可見(jiàn)，傳送等概

26、率的二進(jìn)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(shè)二進(jìn)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(gè)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(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)章節(jié)）第1章 緒論51P：每一個(gè)波形出現(xiàn)的概率M：傳送的波形數(shù)。對(duì)于離散信源，M個(gè)波形等概率（P=1/M）發(fā)送，且每一個(gè)波形的出現(xiàn)是獨(dú)立的，即信源是無(wú)記憶的，則傳送M進(jìn)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(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)章節(jié)）第1章 緒論52例1-1中，

27、如果傳送等概率的四進(jìn)制波形之一（P=1/4）的信息量為2比特，這時(shí)每一個(gè)四進(jìn)制波形需要用2個(gè)二進(jìn)制脈沖表示；傳送等概率的八進(jìn)制波形之一（P=1/8）的信息量為3比特，這時(shí)至少需要3個(gè)二進(jìn)制脈沖。1.4 1.4 信息及其度量（信息及其度量（重點(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)章節(jié)）第1章 緒論53設(shè)離散信源是一個(gè)由n個(gè)符號(hào)組成的符號(hào)集，其中每個(gè)符號(hào)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(jì)算、非等概情況的信息量的計(jì)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(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)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(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)章節(jié)）例 1 2 一離散信源由0， 1， 2， 3四個(gè)符號(hào)組成，它們出現(xiàn)的概率分別為3/8， 1/4， 1/4， 1/8，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)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(gè)符號(hào)，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(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)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(gè)符號(hào)所含信息量的統(tǒng)計(jì)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(hào)號(hào)）1.4 1.4 信息及其度量（信息及其度量（重點(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)章節(jié)）第1章 緒論57由于由于H同熱力學(xué)中的熵形式一樣，同熱力學(xué)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(dāng)信源中每個(gè)符號(hào)等概獨(dú)立出現(xiàn)時(shí)，式1.4-5即成為式(1.4 - 3)， 此時(shí)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(hào)號(hào)）1.4 1.4 信息及其度量（信息及其度量（重點(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)章節(jié)）第1章 緒論58 每個(gè)符號(hào)的算術(shù)平均信息量為：符號(hào)位）符號(hào)位/(89. 157108bitII若用熵的概

31、念來(lái)計(jì)算， 由式（1.4 - 5）得： 81log8141log4141log4183log832222H符號(hào)位）/(906.1bit4、算術(shù)平均信息量、算術(shù)平均信息量1.4 1.4 信息及其度量（信息及其度量（重點(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)章節(jié)）第1章 緒論59可見(jiàn)，兩種算法的結(jié)果有一定誤差，但當(dāng)消息很長(zhǎng)時(shí)， 用熵的概念來(lái)計(jì)算比較方便。 而且隨著消息序列長(zhǎng)度的增加， 兩種計(jì)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(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)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(gè)符號(hào)組四個(gè)符號(hào)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(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)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(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)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(gè)符號(hào)，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(hào) 位 ）1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量（重點(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)章節(jié)）第1章 緒論621、設(shè)有四個(gè)消息、設(shè)有四個(gè)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(dú)立的，試計(jì)算其平均信息量。是相互獨(dú)立的，試計(jì)算其平均信息量。2、某信息源的符號(hào)集由息、某信息源的符號(hào)集由息A、B、C、D和和E組組成，每一符號(hào)獨(dú)立出現(xiàn)，其出現(xiàn)概率分別為成，每一符號(hào)獨(dú)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(jì)算其平均。，試計(jì)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（重

34、點(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)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(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)（重點(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)章節(jié)）通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞信息。評(píng)價(jià)一個(gè)通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標(biāo)是系統(tǒng)的有效性和可靠性。有效性是指在給定時(shí)間內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說(shuō)是傳輸?shù)摹八俣取眴?wèn)題；可靠性是指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問(wèn)題。二者是二者是“對(duì)立統(tǒng)一對(duì)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(biāo)：用有效傳輸帶寬來(lái)衡量，信號(hào)頻帶越窄，有效性越好；可靠性指標(biāo)：用接收端最終輸出信噪比來(lái)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(biāo)通信系統(tǒng)的

35、主要性能指標(biāo)（重點(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)章節(jié)）第1章 緒論65 接接收收端端輸輸出出的的信信號(hào)號(hào)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(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)第1章 緒論66數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性用傳輸速率來(lái)衡量；可靠性用差錯(cuò)率來(lái)衡量。 2、 數(shù)字通信系統(tǒng)指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)指標(biāo)1.5 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)（通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)（重點(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)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(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)( (重點(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)章節(jié)) )碼元傳輸速率RB簡(jiǎn)稱傳碼率，又稱符號(hào)速率。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)

36、目，單位是波特（Baud），記為B。 例如，若1秒內(nèi)傳2400個(gè)碼元，則傳碼率為2400B。第1章 緒論68在數(shù)字通信中常用時(shí)間間隔相同的符號(hào)來(lái)表示一位二進(jìn)制數(shù)字，這個(gè)間隔被稱為碼元長(zhǎng)度BBBB11TR1.51RT 或或（）數(shù)字信號(hào)有多進(jìn)制和二進(jìn)制之分，但碼元速率與進(jìn)制數(shù)無(wú)關(guān)，只與傳輸?shù)拇a元長(zhǎng)度TB有關(guān)碼元長(zhǎng)度碼元長(zhǎng)度TB1.5 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)（重點(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)章節(jié)）第1章 緒論69信息傳輸速率Rb簡(jiǎn)稱傳信率，又稱比特率等。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特?cái)?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(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)（重點(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)章節(jié)）Rb=RBH(b/s) (1.5 - 3)H：信源中每個(gè)符號(hào)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(jìn)制（N=8）時(shí)，信息速率為3600b/s；采用二進(jìn)制（N=2）時(shí)，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(gè)碼元可能采用的符號(hào)數(shù)：每個(gè)碼元可能采用的符號(hào)數(shù)二進(jìn)制的碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等，有時(shí)簡(jiǎn)稱它們?yōu)閿?shù)碼率。1.5 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)（重點(diǎn)章節(jié)）（重點(diǎn)章節(jié)）第1章 緒論

38、71誤碼率（碼元差錯(cuò)率）e是指發(fā)生差錯(cuò)的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，更確切地說(shuō)，誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，即 ：傳輸總碼元數(shù)傳輸總碼元數(shù)錯(cuò)誤碼元數(shù)錯(cuò)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(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)（重點(diǎn)章節(jié)）（重點(diǎn)章節(jié)）第1章 緒論72 誤信率（信息差錯(cuò)率）b是指發(fā)生差錯(cuò)的比特?cái)?shù)在傳輸總比特?cái)?shù)中所占的比例， 即：傳傳輸輸總總比比特特?cái)?shù)數(shù)錯(cuò)錯(cuò)誤誤比比特特?cái)?shù)數(shù)數(shù)數(shù) b （4）誤信率）誤信率b在二進(jìn)制中有：be 1.5 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)（重點(diǎn)章節(jié)）（重點(diǎn)章節(jié)）第1章 緒論73例如

39、:4進(jìn)制信息串1 2 0 3 0 2 1 72e二進(jìn)制： 011000110010017214414371142bbb1.5 1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)（重點(diǎn)章節(jié)重點(diǎn)章節(jié)）例題例題 某信息源的符號(hào)集由某信息源的符號(hào)集由A，B，C，D和和E組組成，設(shè)每一個(gè)符號(hào)獨(dú)立出現(xiàn)，其出現(xiàn)概率分別為成，設(shè)每一個(gè)符號(hào)獨(dú)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(shí)的信息量為多少？小時(shí)的信息量為多少？傳送傳送1小時(shí)可能達(dá)到的最大信息量為多少？小時(shí)可能達(dá)到的最大信息量為多少？ni2ii

40、 1H(x)P(x )log P(x )(bit/ 平平均均信信息息量量：符符號(hào)號(hào)）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(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)（重點(diǎn)章節(jié)）（重點(diǎn)章節(jié)）解解:(1)符號(hào)符號(hào)/23. 2bitH BRB1000 sbitHRRBb/223023. 21000 傳送傳送1小時(shí)的信息量小時(shí)的信息量I=TRb=3600 2230=8. 028 106bit（2）等概率時(shí)，其信息量最大。）等概率時(shí)，其信息量最大。符號(hào)符號(hào)/32. 25log2maxbitH sbitHRRBb/232032. 21000maxmax 傳送傳送1小時(shí)的最大信息量小時(shí)的最大信息量I=TRbmax=3600 2320=8.352 106bit第1章 緒論76通常指信號(hào)所占據(jù)的頻帶寬度；在被用來(lái)描述信道時(shí)，帶寬是指能夠有效通過(guò)該信道的信號(hào)的最大頻帶寬度。 對(duì)于模擬信號(hào)而言，帶寬又稱為頻寬，以赫茲（Hz）為單位。例如模擬語(yǔ)音電話的信號(hào)帶寬為3400Hz，一個(gè)Pal-D電視頻道的帶寬為8MHz（含保護(hù)帶寬）。 對(duì)于數(shù)字信號(hào)而言，帶寬是指單位時(shí)間內(nèi)鏈路能夠通過(guò)的數(shù)據(jù)量。例如ISDN的B信道帶寬為64Kbps。由于數(shù)