第一部分 緒論及基礎(chǔ)知識回顧

現(xiàn)代通信與信息處理緒論課程教學(xué)基本情況教材：《通信原理簡明教程》第2版主要內(nèi)容模擬信號的頻帶傳輸模擬信號的數(shù)字傳輸數(shù)字信號的基帶傳輸數(shù)字信號的頻帶傳輸學(xué)時：25學(xué)時課程教學(xué)基本情況要求預(yù)習(xí)、自學(xué)參考書目：《通信原理》，樊昌信《現(xiàn)代通信原理》，曹志剛等編著《通信原理》，周炯槃等編著《現(xiàn)代通信基礎(chǔ)》，仇佩亮等編著本章主要內(nèi)容通信的基本概念通信系統(tǒng)的組成及其發(fā)展通信系統(tǒng)及通信方式的分類信息及其度量通信解決的主要問題及主要性能指標(biāo)一、通信的基本概念廣義的通信：信息的傳輸和交換，即信息從一地（時間）向另一地（時間）的傳遞過程。通信所涉及的元素信息：能夠用于消除不確定性的東西消息：載荷信息的有次序有規(guī)律可識別的狀態(tài)和現(xiàn)象信號：消息的物理實現(xiàn)，如電信號二、通信系統(tǒng)的組成及其發(fā)展通信系統(tǒng)：為實現(xiàn)信息的傳遞和交換所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒介的總和通信系統(tǒng)的一般組成模型

信源：信息

消息信宿：消息

信息發(fā)送設(shè)備：將消息轉(zhuǎn)換為適合傳輸?shù)男盘柦邮赵O(shè)備：從信號中恢復(fù)原始消息信道：傳輸?shù)拿浇閷π盘柕奶幚硎峭ㄐ盘幚淼闹饕h(huán)節(jié)！1.模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)信號的分類模擬信號：時間、取值連續(xù)離散信號：時間離散，取值連續(xù)數(shù)字信號：時間、取值離散模擬/數(shù)字通信系統(tǒng)的異同異：處理的信號形式/處理環(huán)節(jié)不同同：信道中傳輸?shù)男盘柣緸槟M信號2.模擬通信系統(tǒng)的組成處理模擬信號系統(tǒng)組成簡單系統(tǒng)由模擬元器件組成，體積較大通信性能不夠好通信效率較低保密性差3.數(shù)字通信系統(tǒng)的組成處理數(shù)字信號系統(tǒng)組成系統(tǒng)復(fù)雜大量應(yīng)用大規(guī)模集成電路，體積較小通信性能好通信效率較高保密性好4.通信系統(tǒng)的發(fā)展模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)有線通信系統(tǒng)無線通信系統(tǒng)點對點通信系統(tǒng)點對多點通信系統(tǒng)多點對多點通信系統(tǒng)（通信網(wǎng)）單純業(yè)務(wù)通信系統(tǒng)多媒體通信系統(tǒng)三、通信系統(tǒng)的分類按傳輸媒介分類有線通信：電纜通信、光纖通信等無線通信：微波通信、衛(wèi)星通信等按工作波段分類短波通信超短波通信微波通信等四、通信方式的分類雙工方式單工方式：通信是單向的半雙工方式：通信是雙向的，但不能同時進(jìn)行全雙工方式：通信是雙向的，可以同時進(jìn)行同步方式：同步通信、異步通信數(shù)據(jù)傳輸方式：并行傳輸、串行傳輸并行傳輸并行傳輸：將代表信息的數(shù)字信號碼元序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時傳輸優(yōu)點：節(jié)省傳輸時間，速度快：不需要字符同步措施缺點：需要n條通信線路，成本高串行傳輸串行傳輸：將數(shù)字信號碼元序列以串行方式一個碼元接一個碼元地在一條信道上傳輸優(yōu)點：只需一條通信信道，節(jié)省線路鋪設(shè)費用缺點：速度慢，需要外加碼組或字符同步措施五、信息及其度量事件x中包含的信息量Ix與P(x)有關(guān) Ix=I[P(x)]信息量Ix與P(x)應(yīng)滿足如下關(guān)系P(x)越小，Ix越大；P(x)=1時，Ix=0；P(x)=0時，Ix=∞；若干相互獨立事件構(gòu)成的消息所含信息量等于各獨立事件信息量之和

Ix1,x2…=Ix1+Ix2+…信息量與事件概率的關(guān)系信息量的單位a=2：比特（bit）a=e：奈特（nat）a=10：哈特萊（hartley）平均信息量/信源的熵第1章緒論上式中對數(shù)的底： 若a=2，信息量的單位稱為比特(bit)，可簡記為b 若a=e，信息量的單位稱為奈特(nat)， 若a=10，信息量的單位稱為哈特萊(Hartley)。通常廣泛使用的單位為比特，這時有 (b)第1章緒論【例1】設(shè)一個二進(jìn)制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字“0”或“1”，則信源每個輸出的信息含量為在工程應(yīng)用中，習(xí)慣把一個二進(jìn)制碼元稱作1比特

第1章緒論若有M個等概率波形（P=1/M），且每一個波形的出現(xiàn)是獨立的，則傳送M進(jìn)制波形之一的信息量為若M是2的整冪次，即M=2k，則有

當(dāng)M=4時，即4進(jìn)制波形，I=2比特，當(dāng)M=8時，即8進(jìn)制波形，I=3比特。第1章緒論對于非等概率情況 設(shè)：一個離散信源是由M個符號組成的集合，其中每個符號xi(i=1,2,3,…,M)按一定的概率P(xi)獨立出現(xiàn)，即 且有 則x1,x2,

x3,…,

xM所包含的信息量分別為

第1章緒論每個符號所含平均信息量為由于H(x)同熱力學(xué)中的熵形式相似，故稱它為信息源的熵

第1章緒論【例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?！窘狻看讼⒅?，“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個符號，故該消息的信息量第1章緒論【例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。每個符號的算術(shù)平均信息量為

第1章緒論若用熵的概念來計算：則該消息的信息量

以上兩種結(jié)果略有差別的原因在于，它們平均處理方法不同。當(dāng)消息序列較長時，用熵的概念計算更為方便。六、通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信面臨的兩個主要問題通信的可靠性：質(zhì)量的問題通信的基本目的：正確的信息傳遞通信的有效性：效率的問題通信的代價：功率、頻帶通信的效率：傳輸?shù)男畔⒘?單位代價可靠性與有效性之間的矛盾兩者之間可以轉(zhuǎn)換1.模擬通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)可靠性：接收端解調(diào)器輸出信噪比輸出信噪比越高，通信質(zhì)量越好有效性：有效傳輸頻帶/功率傳輸同等信息量所需有效傳輸頻帶/功率越小，效率越高2.數(shù)字通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)可靠性誤碼率誤比特率有效性碼元傳輸速率--波特率(波特)信息傳輸速率--比特率(bps)頻帶利用率七、通信技術(shù)的發(fā)展歷程1844年5月24日，莫爾斯發(fā)出人類歷史上的第一份電報：“上帝創(chuàng)造了何等奇跡！”1875年6月2日，電話的發(fā)明和第一次應(yīng)用。1864年，麥克斯韋發(fā)表電磁場理論，預(yù)研電磁波的存在。1887年，赫茲得出電磁能量可以越過空間進(jìn)行傳播的結(jié)論。標(biāo)志無線電的誕生。1896年，波波夫成果地用無線電進(jìn)行莫爾斯電碼的傳送，距離為250米。1897年5月18日，馬可尼改進(jìn)了無線電傳送和接收設(shè)備，在布里斯托爾海峽進(jìn)行無線電通信取得成功，信息傳播距離為12公里。1906年12月24日，美國物理學(xué)家費森登主持和組織了人類歷史上第一次無線電廣播。1956年，第一個無線電尋呼機在摩托羅拉公司問世。1968年，日本率先在150MHz頻段上開通用聲音發(fā)出通知音和消息的模擬尋呼系統(tǒng)。70年代出現(xiàn)語音呼機，80年代出現(xiàn)了數(shù)字呼機。1975年，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)開放了移動電話市場，確定了陸地移動電話通信和蜂窩移動電話的頻段。1979年日本開發(fā)了世界上第一個蜂窩移動電話網(wǎng)。同年AMPS模擬蜂窩移動電話系統(tǒng)在美國試驗，并于1983年12月商用。1982年，歐洲成立GSM（移動通信特別組），開始開發(fā)歐洲數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)GSM。1998年11月1日，“銥”星系統(tǒng)正是投入運行。新一代移動通信系統(tǒng)的出現(xiàn)和發(fā)展。通信原理基礎(chǔ)知識回顧主要內(nèi)容能量信號與功率信號重要隨機過程的統(tǒng)計特性隨機過程通過線性系統(tǒng)一、確知信號類型能量信號能量有限，平均功率為0信號能量：功率信號平均功率有限，能量無窮大信號平均功率二、隨機過程