通信原理第1章緒論x

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1.1通信系統(tǒng)的組成

1.2通信系統(tǒng)分類(lèi)與通信方式

1.3信息及其度量

1.4主要性能指標(biāo)返回主目錄2

1.1通信系統(tǒng)的組成常用通信術(shù)語(yǔ)

克服距離上障礙，交換和傳遞信息。通信:（communication)消息：(message)信息：(Information)信號(hào)：(signal）電通信光通信

利用“電”來(lái)傳遞消息的方式稱(chēng)為“電通信”，簡(jiǎn)稱(chēng)“通信”。3

1.1通信系統(tǒng)的組成

有待于傳輸?shù)恼Z(yǔ)言、文字、數(shù)據(jù)或圖像等。常用通信術(shù)語(yǔ)

克服距離上障礙，交換和傳遞信息。

通信:（communication)消息：(message)信息：(Information)信號(hào)：(signal）離散消息：消息狀態(tài)是可數(shù)或離散的連續(xù)消息：消息狀態(tài)是連續(xù)變化的

利用“電”來(lái)傳遞消息的方式稱(chēng)為“電通信”，簡(jiǎn)稱(chēng)“通信”。4

1.1通信系統(tǒng)的組成

有待于傳輸?shù)恼Z(yǔ)言、文字、數(shù)據(jù)或圖像等。常用通信術(shù)語(yǔ)

克服距離上障礙，交換和傳遞信息。

是消息中有意義的內(nèi)容。

消息中所包含的人們?cè)瓉?lái)不知而待知的內(nèi)容。

指與消息一一對(duì)應(yīng)的電量（電壓或電流），是消息的物質(zhì)載體。

信息是寄托在電信號(hào)的某一參量上（連續(xù)波的幅度、頻率、相位或脈沖的幅度、寬度、位置）傳輸?shù)摹Ｍㄐ?（communication)消息：(message)信息：(Information)信號(hào)：(signal）

利用“電”來(lái)傳遞消息的方式稱(chēng)為“電通信”，簡(jiǎn)稱(chēng)“通信”。5

1.1通信系統(tǒng)的組成常用通信術(shù)語(yǔ)按傳輸信號(hào)分類(lèi)：通信系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和。模擬通信系統(tǒng)第四章數(shù)字通信系統(tǒng)第五、六、八、九、十章模擬通信的數(shù)字傳輸系統(tǒng)第七章6本書(shū)中的通信均指電通信；信號(hào)均指電信號(hào)。說(shuō)明：通信的根本目的：在于傳輸含有信息的消息。

否則，就失去了通信的意義7

1.1.1通信系統(tǒng)的一般模型基于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信系統(tǒng)的模型可用P2圖1-1來(lái)描述。圖1-1通信系統(tǒng)的一般模型信息源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備受信者噪聲源發(fā)送端接收端1、通信系統(tǒng)的模型8是消息的產(chǎn)生地，2、各部分作用信源：例如：電話(huà)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。前者屬于模擬信源，輸出的是模擬信號(hào)；后者是數(shù)字信源，輸出離散的數(shù)字信號(hào)。語(yǔ)言電信號(hào)語(yǔ)音話(huà)筒輸入轉(zhuǎn)換器基帶信號(hào)：信號(hào)的最高頻率與最低頻率的比值遠(yuǎn)大于1的信號(hào)。即“信號(hào)頻譜從零頻附近開(kāi)始”。作用：消息

原始電信號(hào)（消息信號(hào)或基帶信號(hào)）變換信息源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備受信者噪聲源發(fā)送端接收端9將信源和信道匹配起來(lái)，發(fā)送設(shè)備：變換信號(hào)信號(hào)直接信道調(diào)制信道（基帶傳輸）（頻帶傳輸）基帶信號(hào)：頻帶信號(hào)：信號(hào)的頻譜從零頻率附近，如語(yǔ)音信號(hào)為300-3400HZ。經(jīng)過(guò)調(diào)制以后的已調(diào)信號(hào)（高頻信號(hào)）。信源：作用：消息

原始電信號(hào)（基帶信號(hào)）作用：原始電信號(hào)

信道信號(hào)變換（基帶信號(hào)＆頻帶信號(hào)）信息源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備受信者噪聲源發(fā)送端接收端10信道：是指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理媒質(zhì)無(wú)線(xiàn)信道：有線(xiàn)信道：大氣（自由空間）明線(xiàn)、電纜或光纖發(fā)送設(shè)備：作用：原始電信號(hào)

信道信號(hào)基帶信號(hào)頻帶信號(hào)信息源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備受信者噪聲源發(fā)送端接收端信源：作用：消息

原始電信號(hào)（基帶信號(hào)）噪聲源：不是人為加入的設(shè)備，而是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的，為了分析方便，把噪聲源視為各處噪聲的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道。接收設(shè)備：是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。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)，對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路。作用：信道信號(hào)

原始電信號(hào)信息源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備受信者噪聲源發(fā)送端接收端有噪聲還原12

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(chēng)之為通信系統(tǒng)的一般模型。根據(jù)研究的對(duì)象以及所關(guān)注的問(wèn)題不同，圖1-1模型中的各小方框的內(nèi)容和作用將有所不同，因而相應(yīng)有不同形式的更具體的通信模型。今后的討論就是圍繞著通信系統(tǒng)的模型而展開(kāi)的。

是傳輸信息的歸宿點(diǎn)受信者（信宿）：信息源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備受信者噪聲源發(fā)送端接收端作用：復(fù)原的原始電信號(hào)

消息

還原電信號(hào)語(yǔ)音語(yǔ)言聽(tīng)筒輸出轉(zhuǎn)換器例如：13消息的傳遞是通過(guò)它的物質(zhì)載體——電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即把消息寄托在電信號(hào)的某一參量上（如連續(xù)波的幅度、頻率或相位；脈沖波的幅度、寬度或位置）。1.1.2模擬通信模型和數(shù)字通信模型離散消息：連續(xù)消息：消息連續(xù)消息是指消息的狀態(tài)連續(xù)變化或是不可數(shù)的，如語(yǔ)言、活動(dòng)圖片等。離散消息則是指消息的狀態(tài)是可數(shù)的或離散的，如符號(hào)、數(shù)據(jù)等。14數(shù)字信號(hào)：模擬信號(hào)：信號(hào)凡信號(hào)參量的取值是連續(xù)的或取無(wú)窮多個(gè)值的，且直接與消息相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。如電話(huà)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。凡信號(hào)參量只能取有限個(gè)值，并且常常不直接與消息相對(duì)應(yīng)的信號(hào)，均稱(chēng)為數(shù)字信號(hào)，如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入/輸出信號(hào)、PCM信號(hào)等。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別：模擬信號(hào)參量（幅度等）連續(xù)；數(shù)字信號(hào)參量（幅度等）離散。15

圖1–2模擬信號(hào)波形

模擬信號(hào)有時(shí)也稱(chēng)連續(xù)信號(hào)f(nT)tPAM信號(hào)(b)OOf(t)t(a)連續(xù)變化，在某一取值范圍內(nèi)可以取無(wú)窮多個(gè)值連續(xù)指信號(hào)的某一參量抽樣信號(hào)時(shí)間連續(xù)信號(hào)16時(shí)間連續(xù)信號(hào)注意：幅度離散

圖1-3數(shù)字信號(hào)波形2PSK波形

100110111001Of(nT)t00111001數(shù)字信息PSK波形(a)(b)二進(jìn)制波形；注意：相位離散數(shù)字信號(hào)有時(shí)也稱(chēng)離散信號(hào)離散：指信號(hào)的某一參量離散變化17**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)。

1.模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)：是利用模擬信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)。圖1-4模擬通信系統(tǒng)模型信息源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者噪聲源發(fā)送端接收端18**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)。

1.模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)：是利用模擬信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)。圖1-4模擬通信系統(tǒng)模型信息源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者噪聲源發(fā)送端接收端發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備信息源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備受信者噪聲源發(fā)送端接收端19

1.模擬通信系統(tǒng)模型圖1-4模擬通信系統(tǒng)模型信息源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者噪聲源發(fā)送端接收端原始電信號(hào)消息變換信道語(yǔ)音信號(hào)、圖像信號(hào)反變換原始電信號(hào)消息調(diào)制解調(diào)（基帶信號(hào)）發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備（頻帶信號(hào)）20完成這種變換和反變換作用的通常是調(diào)制器和解調(diào)器

需要指出：消息從發(fā)送端到接收端的傳遞過(guò)程中，不僅僅只有連續(xù)消息與基帶信號(hào)和基帶信號(hào)與頻帶信號(hào)之間的兩種變換，實(shí)際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、天線(xiàn)輻射、控制等過(guò)程。由于調(diào)制與解調(diào)兩種變換對(duì)信號(hào)的變化起決定性作用，而其他過(guò)程對(duì)信號(hào)不會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化，只是對(duì)信號(hào)進(jìn)行了放大或改善了信號(hào)特性，因而被認(rèn)為是理想的而不予討論。21已調(diào)信號(hào)有三個(gè)基本特征：

攜帶有信息適合在信道中傳輸信號(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(chēng)頻帶信號(hào)。調(diào)制器基帶信號(hào)已調(diào)信號(hào)22

2．?dāng)?shù)字通信系統(tǒng)模型是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)：圖1–5數(shù)字通信系統(tǒng)模型加密解密數(shù)字基帶信號(hào)23信源編碼的作用之一：是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說(shuō)的數(shù)據(jù)壓縮。碼元速率將直接影響傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬又直接反映了通信的有效性。各部分技術(shù)介紹：1)信源編碼與譯碼作用之二是：當(dāng)信息源給出的是模擬語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)（模數(shù)轉(zhuǎn)換），以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。第6章中將討論模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸?shù)膬煞N方式：脈沖編碼調(diào)制(PCM)和增量調(diào)制(ΔM)。加密解密信源譯碼是信源編碼的逆過(guò)程。提高有效性24

2）信道編碼與譯碼數(shù)字信號(hào)在信道傳輸時(shí)，由于噪聲、衰落以及人為干擾等，將會(huì)引起差錯(cuò)。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。加密解密各部分技術(shù)介紹：提高可靠性25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）加密與解密各部分技術(shù)介紹：加密解密264）數(shù)字調(diào)制與解調(diào)

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)?；镜臄?shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、絕對(duì)相移鍵控PSK、相對(duì)（差分）相移鍵控DPSK。對(duì)這些信號(hào)可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原為數(shù)字基帶信號(hào)。第7章中介紹。各部分技術(shù)介紹：加密解密27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，這些問(wèn)題將集中在第11章中討論。5）同步與數(shù)字復(fù)接數(shù)字復(fù)接：就是依據(jù)時(shí)分復(fù)用基本原理把若干個(gè)低速數(shù)字信號(hào)合并成一個(gè)高速的數(shù)字信號(hào)，以擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸效率。復(fù)用與復(fù)接概念將在第10章中介紹。28圖1-5是數(shù)字通信系統(tǒng)的一般化模型，實(shí)際的數(shù)字通信系統(tǒng)不一定包括圖1-5中的所有環(huán)節(jié)。如在某些有線(xiàn)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，稱(chēng)之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸，其模型中就不包括調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié)，詳見(jiàn)第5章。說(shuō)明：加密解密29應(yīng)該指出的是：模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字編碼后可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸，數(shù)字電話(huà)系統(tǒng)就是以數(shù)字方式傳輸模擬語(yǔ)音信號(hào)的例子。數(shù)字信號(hào)也可以在模擬通信系統(tǒng)中傳輸，如計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)可以通過(guò)模擬電話(huà)線(xiàn)路傳輸，但這時(shí)必須使用調(diào)制解調(diào)器（Modem）將數(shù)字基帶信號(hào)進(jìn)行正弦調(diào)制，以適應(yīng)模擬信道的傳輸特性。可見(jiàn)，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(lèi)。30

3.數(shù)字通信的主要特點(diǎn)（1）抗干擾能力強(qiáng)在遠(yuǎn)距離傳輸，如微波中繼通信時(shí)，各中繼站可利用數(shù)字通信特有的判決再生接收方式，對(duì)數(shù)字信號(hào)波形進(jìn)行整形再生而消除噪聲積累。（2）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)目煽啃浴?yōu)點(diǎn)：31（3）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)。（4）易于集成化，從而使通信設(shè)備微型化。（5）易于加密處理，且保密強(qiáng)度高。32不過(guò)，隨著新的寬帶傳輸信道（如光導(dǎo)纖維）的采用、窄帶調(diào)制技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字通信的這些缺點(diǎn)已經(jīng)弱化。（2）由于數(shù)字通信對(duì)同步要求高，因而系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。（1）系統(tǒng)頻帶寬缺點(diǎn)：以電話(huà)為例，一路模擬電話(huà)通常只占據(jù)4kHz帶寬，但一路接近同樣話(huà)音質(zhì)量的數(shù)字電話(huà)可能要占據(jù)20～60kHz的帶寬，因此數(shù)字通信的頻帶利用率不高。33

3.數(shù)字通信的主要特點(diǎn)（1）抗干擾能力強(qiáng)在遠(yuǎn)距離傳輸，如微波中繼通信時(shí)，各中繼站可利用數(shù)字通信特有的判決再生接收方式，對(duì)數(shù)字信號(hào)波形進(jìn)行整形再生而消除噪聲積累。（2）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?。?yōu)點(diǎn)：34（3）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)。（4）易于集成化，從而使通信設(shè)備微型化。（5）易于加密處理，且保密強(qiáng)度高。35不過(guò)，隨著新的寬帶傳輸信道（如光導(dǎo)纖維）的采用、窄帶調(diào)制技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字通信的這些缺點(diǎn)已經(jīng)弱化。（2）由于數(shù)字通信對(duì)同步要求高，因而系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。（1）系統(tǒng)頻帶寬缺點(diǎn)：以電話(huà)為例，一路模擬電話(huà)通常只占據(jù)4kHz帶寬，但一路接近同樣話(huà)音質(zhì)量的數(shù)字電話(huà)可能要占據(jù)20～60kHz的帶寬，因此數(shù)字通信的頻帶利用率不高。361.2通信系統(tǒng)分類(lèi)與通信方式

1.2.1通信系統(tǒng)的分類(lèi)1．按通信業(yè)務(wù)分類(lèi)按通信業(yè)務(wù)話(huà)務(wù)通信非話(huà)務(wù)通信（電話(huà)業(yè)務(wù)在電信領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位，它屬于人與人之間的通信）分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、計(jì)算機(jī)通信、數(shù)據(jù)庫(kù)檢索、電子信箱、電子數(shù)據(jù)交換、傳真存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)、可視圖文及會(huì)議電視、圖像通信等372．按調(diào)制方式分類(lèi)是否采用調(diào)制基帶傳輸：頻帶傳輸：是將未經(jīng)調(diào)制的信號(hào)直接傳送，如音頻市內(nèi)電話(huà)。是對(duì)各種信號(hào)調(diào)制后傳輸?shù)目偡Q(chēng)。連續(xù)載波調(diào)制脈沖數(shù)字調(diào)制38調(diào)制方式用途連續(xù)載波調(diào)制線(xiàn)性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)制AM廣播抑制載波雙邊帶調(diào)幅立體聲廣播單邊帶調(diào)幅SSB載波通信、無(wú)線(xiàn)電臺(tái)、數(shù)傳殘留邊帶調(diào)幅VSB電視廣播、數(shù)傳、傳真非線(xiàn)性調(diào)制頻率調(diào)制FM微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播相位調(diào)制PM中間調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制幅度鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸相位鍵控PSK、DPSK、QPSK等數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、空間通信其他高效數(shù)字調(diào)制QAM、MSK等數(shù)字微波、空間通信表1-1常見(jiàn)的調(diào)制方式39調(diào)制方式用途脈沖數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制相位鍵控PSK、DPSK、QPSK等數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、空間通信其他高效數(shù)字調(diào)制QAM、MSK等數(shù)字微波、空間通信脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM中間調(diào)制方式、遙測(cè)脈寬調(diào)制PDM(PWM)中間調(diào)制方式脈位調(diào)制PPM遙測(cè)、光纖傳輸脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM市話(huà)、衛(wèi)星、空間通信增量調(diào)制DM軍用、民用電話(huà)差分脈碼調(diào)制DPCM電視電話(huà)、圖像編碼其他語(yǔ)言編碼方式ADPCM、APC、LPC中低速數(shù)字電話(huà)續(xù)表（2）40按照信道中所傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分成模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。3．按信號(hào)特征分類(lèi)4．按傳輸媒質(zhì)分類(lèi)有線(xiàn)通信系統(tǒng)：無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)：是用導(dǎo)線(xiàn)（如架空明線(xiàn)、同軸電纜、光導(dǎo)纖維、波導(dǎo)等）作為傳輸媒質(zhì)完成通信的，如市內(nèi)電話(huà)、有線(xiàn)電視、海底電纜通信等。是依靠電磁波在空間傳播達(dá)到傳遞消息的目的的，如短波電離層傳播、微波視距傳播、衛(wèi)星中繼等。41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、遠(yuǎn)紅外線(xiàn)通信等。表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。

5．按工作波段分類(lèi)工作波長(zhǎng)和頻率的換算公式為λ=式中，λ為工作波長(zhǎng)，f為工作頻率，c為光速。42頻率范圍

波長(zhǎng)符號(hào)傳輸媒質(zhì)用途3Hz~30kHz104~108m甚低頻VLF有線(xiàn)線(xiàn)對(duì)長(zhǎng)波無(wú)線(xiàn)電音頻、電話(huà)、數(shù)據(jù)終端長(zhǎng)距離導(dǎo)航、時(shí)標(biāo)30~300kHz103~104m低頻LF有線(xiàn)線(xiàn)對(duì)長(zhǎng)波無(wú)線(xiàn)電導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線(xiàn)通信300kHz~3MHz102~103m中頻MF同軸電纜短波無(wú)線(xiàn)電調(diào)幅廣播、移動(dòng)陸地通信、業(yè)余無(wú)線(xiàn)電3~30MHz10~102m高頻HF同軸電纜短波無(wú)線(xiàn)電移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電話(huà)、短波廣播定點(diǎn)軍用通信、業(yè)余無(wú)線(xiàn)電30~300MHz1~10m甚高頻VHF同軸電纜米波無(wú)線(xiàn)電電視、調(diào)頻廣播、空中管制、車(chē)輛、通信、導(dǎo)航表1–2通信波段與常用傳輸媒質(zhì)43續(xù)表（2）頻率范圍波長(zhǎng)符號(hào)傳輸媒質(zhì)用途300MHz~3GHz10~100cm特高頻UHF波導(dǎo)分米波無(wú)線(xiàn)電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)3~30GHz1~10cm超高頻SHF波導(dǎo)厘米波無(wú)線(xiàn)電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)30~300GHz1~10mm極高頻EHF波導(dǎo)毫米波無(wú)線(xiàn)電雷達(dá)、微波接力、射電天文學(xué)107~108GHz3×10-5~3×10-4cm紫外可見(jiàn)光紅外光纖激光空間傳播光通信446．按信號(hào)復(fù)用方式分類(lèi)頻分復(fù)用：FDM時(shí)分復(fù)用：TDM碼分復(fù)用：CDM是用頻譜搬移的方法使不同信號(hào)占據(jù)不同的頻率范圍，用脈沖調(diào)制的方法使不同信號(hào)占據(jù)不同的時(shí)間區(qū)間，是用正交的脈沖序列分別攜帶不同信號(hào)，傳統(tǒng)的模擬通信中都采用頻分復(fù)用。碼分復(fù)用主要用于空間通信的擴(kuò)頻通信中。數(shù)字通信中都采用時(shí)分復(fù)用。45第一講結(jié)束46通信系統(tǒng)的一般模型信息源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備受信者噪聲源發(fā)送端接收端作用：傳輸信號(hào)信源：發(fā)送設(shè)備：信道：接收設(shè)備：受信者：作用：信道信號(hào)

原始電信號(hào)還原作用：復(fù)原的原始電信號(hào)

消息

還原作用：消息

原始電信號(hào)（基帶信號(hào)）變換作用：原始電信號(hào)

信道信號(hào)基帶信號(hào)頻帶信號(hào)變換復(fù)習(xí)47模擬通信系統(tǒng)模型信息源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者噪聲源發(fā)送端接收端數(shù)字通信系統(tǒng)模型加密解密復(fù)習(xí)48數(shù)字通信的主要特點(diǎn)（1）抗干擾能力強(qiáng)（2）差錯(cuò)可控（3）易于與各種數(shù)字終端接口（4）易于集成化（5）易于加密處理優(yōu)點(diǎn)：（2）系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。（1）系統(tǒng)頻帶寬缺點(diǎn)：復(fù)習(xí)491.按通信業(yè)務(wù)話(huà)務(wù)通信非話(huà)務(wù)通信

1.2.1通信系統(tǒng)的分類(lèi)4.按調(diào)制方式基帶傳輸頻帶傳輸2.按信號(hào)特征模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)3.按傳輸媒質(zhì)有線(xiàn)通信系統(tǒng)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)長(zhǎng)波通信中波通信短波通信遠(yuǎn)紅外線(xiàn)通信5.按工作波段復(fù)習(xí)1.2通信系統(tǒng)分類(lèi)與通信方式506．按信號(hào)復(fù)用方式分類(lèi)頻分復(fù)用：FDM時(shí)分復(fù)用：TDM碼分復(fù)用：CDM是用頻譜搬移的方法使不同信號(hào)占據(jù)不同的頻率范圍，用脈沖調(diào)制的方法使不同信號(hào)占據(jù)不同的時(shí)間區(qū)間，是用正交的脈沖序列分別攜帶不同信號(hào)，傳統(tǒng)的模擬通信中都采用頻分復(fù)用。碼分復(fù)用主要用于空間通信的擴(kuò)頻通信中。數(shù)字通信中都采用時(shí)分復(fù)用。復(fù)習(xí)51

1.2.2通信方式

1．按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系分單工通信：指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞街徽加靡粋€(gè)信道發(fā)端信道收端(a)

單工AB

實(shí)例：廣播、遙測(cè)、遙控、無(wú)線(xiàn)尋呼等。52半雙工通信：指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方式發(fā)端信道收端發(fā)端收端(b)半雙工AB實(shí)例：同一載頻的對(duì)講機(jī)，收發(fā)報(bào)機(jī)以及問(wèn)詢(xún)、檢索等。53發(fā)端信道收端發(fā)端收端信道(c)全雙工全雙工通信：指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式一般是雙向信道實(shí)例：普通電話(huà)、手機(jī)、計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)通信等。AB54

2．按數(shù)字信號(hào)排列順序分串行傳輸：并行傳輸：代表信息的數(shù)字序列以串行方式一個(gè)接一個(gè)地在一條信道上傳輸。遠(yuǎn)距離數(shù)字通信多采用。55

2．按數(shù)字信號(hào)排列順序分串行傳輸：并行傳輸：數(shù)字序列分組后，以分組的方式在多條并行信道上同時(shí)傳輸。代表信息的數(shù)字序列以串行方式一個(gè)接一個(gè)地在一條信道上傳輸。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省傳輸時(shí)間缺點(diǎn)：需要傳輸信道多，設(shè)備復(fù)雜，成本高應(yīng)用：一般適用于計(jì)算機(jī)和其他高速數(shù)字系統(tǒng)，特別適用于設(shè)備之間的近距離通信。遠(yuǎn)距離數(shù)字通信多采用。561.3信息及其度量信號(hào)是消息的載體，信息是消息的內(nèi)涵信息：消息中包含的不確定性的（有意義的）內(nèi)容信息含量就是對(duì)消息中這種不確定性的度量一、信息的概念信息量：衡量各不同消息中包含信息的多少。消息中信息的多少。571.3信息及其度量讓我們從常識(shí)的角度來(lái)感覺(jué)三條消息：二、信息的度量根據(jù)概率論知識(shí)，事件的不確定性可用事件出現(xiàn)的概率來(lái)描述?？赡苄栽叫?，概率越??；反之，概率越大。因此，消息中包含的信息量與消息發(fā)生的概率密切相關(guān)。消息出現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大。①今兒太陽(yáng)是圓的；（必然事件）②太陽(yáng)比平常大兩倍；③太陽(yáng)從西邊升起來(lái)啦（不可能事件）58設(shè)：P(x)是一個(gè)消息x發(fā)生的概率，I是從該消息獲悉的信息，根據(jù)上面的認(rèn)知，I與P(x)關(guān)系：（1）信息量是概率的函數(shù)，即I=f［P(x)］（3）信息具有相加性，若干個(gè)互相獨(dú)立事件構(gòu)成的消息，所含信息量等于各獨(dú)立事件信息量之和，即

I［P(x1)P(x2)…］=I［P(x1)］+I［P(x2)］+…（2）P(x)越小，I越大；P(x)越大，I越小，且P(x)→1時(shí)，I→0P(x)→0時(shí)，I→∞1.3信息及其度量二、信息的度量59推論：信息量I與消息出現(xiàn)的概率P(x)之間的關(guān)系（哈特萊計(jì)算公式）I=loga=-logaP(x)(1.3-1)信息量的單位與對(duì)數(shù)底數(shù)a有關(guān)：

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(H)。1.3信息及其度量二、信息的度量P(x)

a=2時(shí)，信息量的單位為比特(bit)；用于數(shù)字通信用于模擬通信是十進(jìn)制單位60[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？解：I(0)=I(1)=log2=log22=1(bit)(1.3-2)可見(jiàn)：傳等概的二進(jìn)制波形之一（P=1/2）的信息量為1比特。

類(lèi)推：傳等概的四進(jìn)制波形之一（P=1/4）的信息量為2比特，傳等概的八進(jìn)制波形之一（P=1/8）的信息量為3比特，每一個(gè)四進(jìn)制波形要用2個(gè)二進(jìn)制脈沖表示；每一個(gè)八進(jìn)制波形至少要用3個(gè)二進(jìn)制脈沖表示。61總結(jié)：M進(jìn)制離散信源，等概（P=1/M）傳送M個(gè)獨(dú)立出現(xiàn)的波形符號(hào)，則傳送M進(jìn)制波形之一的信息量為I=log2=log2=log2M(bit)(1.3-3)P為每一個(gè)波形出現(xiàn)的概率，M為傳送的波形數(shù)特殊的：若M是2的整數(shù)次冪，M=2K（K=1，2，3，…）I=log22K=K(bit)(1.3-4)M為進(jìn)制數(shù)，K是每多進(jìn)制符號(hào)等價(jià)的二進(jìn)制脈沖數(shù)目等概情況62設(shè)：離散信源是一個(gè)由n個(gè)符號(hào)組成的符號(hào)集，每個(gè)符號(hào)xi(i=1,2,3,…,n)出現(xiàn)的概率為P(xi)，且有P(xi)=1非等概情況傳m個(gè)符號(hào)總信息量為：I=I1+I2+I3+……+ImI1、I2、……Im表示第1、2……m個(gè)所傳符號(hào)的信息量每個(gè)符號(hào)的平均信息量=I/m則：x1,x2,…,xn所含信息量分別為-log2P(x1),-log2P(x2)，…，-log2P(xn)m值很大時(shí)候，不容易計(jì)算63H(x)=P(x1)［-log2P(x1)］+P(x2)［-log2P(x2)］+…+P(xn)［-log2P(xn)］設(shè)：離散信源是一個(gè)由n個(gè)符號(hào)組成的符號(hào)集，每個(gè)符號(hào)xi(i=1,2,3,…,n)出現(xiàn)的概率為P(xi)，且有P(xi)=1由于H同熱力學(xué)中的熵形式一樣，故平均信息量=信息源的熵，其單位為bit/符號(hào)。非等概情況每個(gè)符號(hào)所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值，即平均信息量為則：x1,x2,…,xn所含信息量分別為-log2P(x1),-log2P(x2)，…，-log2P(xn)64此消息中，0出現(xiàn)23次，1出現(xiàn)14次，2出現(xiàn)13次，3出現(xiàn)7次，共有57個(gè)符號(hào)，思考：什么情況下，信源的熵有最大值？[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。解法一：總信息量為：每個(gè)符號(hào)的算術(shù)平均信息量為65用熵的概念來(lái)計(jì)算，評(píng)注

一條由m個(gè)符號(hào)構(gòu)成的消息，其總信息量I=m*Hbit。H(x)=P(x1)［-log2P(x1)］+P(x2)［-log2P(x2)］+…+P(xn)［-log2P(xn)］解法二：試分析等概率傳輸時(shí)信源的熵等概率傳輸時(shí)信源為最大熵66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)（m很大），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。

以上我們介紹了離散消息所含信息量的度量方法。對(duì)于連續(xù)消息，信息論中有一個(gè)重要結(jié)論，就是任何形式的待傳信息都可以用二進(jìn)制形式表示而不失主要內(nèi)容。因此，以上信息量的定義和計(jì)算同樣適用于連續(xù)信號(hào)（先抽樣、數(shù)字化）?？偨Y(jié)：1.傳等概獨(dú)立二進(jìn)制，每一波形信息量為1比特。

2.等概時(shí)且信息熵最大Hmax=log2M(bit/符號(hào))3.非等概時(shí)

HI總=m*Hbit。I=log2=log2=log2M(bit)681.4主要性能指標(biāo)通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞信息*衡量一個(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信道內(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?？煽啃允侵附邮招畔⒌臏?zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問(wèn)題。相互矛盾而又相對(duì)統(tǒng)一69一、模擬通信系統(tǒng)有效性可用有效傳輸頻帶來(lái)度量，同