通信原理课件第1章.ppt

1、第一章第一章 绪绪 论论1.1 通信的基本概念和通信系统基本模型通信的基本概念和通信系统基本模型1.2 通信系统的分类和数字通信系统通信系统的分类和数字通信系统1.3 信息及其度量信息及其度量1.4 数字通信系统的主要性能指标数字通信系统的主要性能指标1.5 数字通信涉及的主要技术数字通信涉及的主要技术通信（通信（Communication）是把消）是把消息从一地有效地传递到另一地，即消息从一地有效地传递到另一地，即消息传递的全过程。息传递的全过程。图中，信息源（也作发终端）的作用图中，信息源（也作发终端）的作用是把各种消息转换成原始电信号。发送设是把各种消息转换成原始电信号。发送设备对原始信

2、号完成某种变换，使原始电信备对原始信号完成某种变换，使原始电信号适合在信道中传输。信道是指信号传输号适合在信道中传输。信道是指信号传输的通道，提供了信源与信宿之间在电气上的通道，提供了信源与信宿之间在电气上的联系。信宿（也称收终端）是将复原的的联系。信宿（也称收终端）是将复原的原始电信号转换成相应的消息。原始电信号转换成相应的消息。图图1-2通信系统的基本模型通信系统的基本模型按通信业务的不同可分为：电报、电按通信业务的不同可分为：电报、电话、传真、数据传输、可视电话、无线寻话、传真、数据传输、可视电话、无线寻呼等。呼等。按调制方式可分为：基带传输和频带按调制方式可分为：基带传输和频带传输。传

3、输。按信道中所传信号的不同分：通常信按信道中所传信号的不同分：通常信道中传送的信号可分为数字信号和模拟信道中传送的信号可分为数字信号和模拟信号，因此通信可分为数字通信和模拟通信。号，因此通信可分为数字通信和模拟通信。按传输媒质分：通信可分为有线通信按传输媒质分：通信可分为有线通信和无线通信。和无线通信。按工作频段分：根据通信设备的工作按工作频段分：根据通信设备的工作频率不同，通信通常可分为长波通信、中频率不同，通信通常可分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。波通信、短波通信、微波通信等。另外，通信还有其他一些分类方法，另外，通信还有其他一些分类方法，如按信号复用方式可分为频分复用方式如

4、按信号复用方式可分为频分复用方式（FDM）、时分复用方式（）、时分复用方式（TDM）和码分）和码分复用方式（复用方式（CDM）等；按通信网络可分为）等；按通信网络可分为专线通信和网通信等；按收信者是否运动专线通信和网通信等；按收信者是否运动分为移动通信和固定通信；按通信方式可分为移动通信和固定通信；按通信方式可分为单工、单双工、双工通信等。分为单工、单双工、双工通信等。在信道中传输模拟信号的系统称为模在信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。它包含两种重要变换，一是拟通信系统。它包含两种重要变换，一是把原始消息变为电信号，二是把不适合传把原始消息变为电信号，二是把不适合传输的基带信号通过调制

5、器转换成频带信号；输的基带信号通过调制器转换成频带信号；同时两种变换在收端都要经过反变换。同时两种变换在收端都要经过反变换。在信道中传输数字信号的系统称为数在信道中传输数字信号的系统称为数字通信系统。字通信系统。（1）信源和信宿：信源的作用是把信源和信宿：信源的作用是把消息转换成原始的电信号，完成非电消息转换成原始的电信号，完成非电/电的电的转换；信宿的作用是把复原的电信号转换转换；信宿的作用是把复原的电信号转换成相应的消息，就是完成电成相应的消息，就是完成电/非电的转换。非电的转换。（2）信源编码和信源解码：信源编信源编码和信源解码：信源编码有两个作用，其一，进行模码有两个作用，其一，进行模

6、/数转换；其数转换；其二，数据压缩，即设法降低数字信号的数二，数据压缩，即设法降低数字信号的数码率。码率。（3）信道编码与信道解码：数字信信道编码与信道解码：数字信号在信道中传输时，由于噪声影响，会引号在信道中传输时，由于噪声影响，会引起差错。起差错。（4）调制和解调：数字调制的任务调制和解调：数字调制的任务是把各种数字基带信号转换成适应于信道是把各种数字基带信号转换成适应于信道传输的数字频带信号。传输的数字频带信号。（5）信道：信道是信号传输的通道信道：信道是信号传输的通道（媒质）。信道分为有线信道、无线信道。（媒质）。信道分为有线信道、无线信道。（6）最佳接收和同步：依据最小差最佳接收和同

7、步：依据最小差错准则进行接收，可以合理设计接收机达错准则进行接收，可以合理设计接收机达到最佳。到最佳。相对于模拟通信系统而言，数字通信相对于模拟通信系统而言，数字通信系统有如下优点。系统有如下优点。（1）抗干扰、抗噪声能力强，无噪抗干扰、抗噪声能力强，无噪声积累。声积累。（2）便于加密处理，保密性强。便于加密处理，保密性强。（3）差错可控。差错可控。（4）利用现代技术，便于对信息进利用现代技术，便于对信息进行处理、存储、交换。行处理、存储、交换。（5）便于集成化，使通信设备微型便于集成化，使通信设备微型化。化。数字通信相对于模拟通信系统来说，数字通信相对于模拟通信系统来说，主要有以下两个缺点。

8、主要有以下两个缺点。（1）数字信号占用的频带宽。数字信号占用的频带宽。（2）对同步要求高，系统设备比较对同步要求高，系统设备比较复杂。复杂。消息中的信息量与消息发生的概率紧消息中的信息量与消息发生的概率紧密相关。消息出现的概率愈小，则消息中密相关。消息出现的概率愈小，则消息中包含的信息量就愈大，且概率为包含的信息量就愈大，且概率为0时（不可时（不可能发生事件）信息量为无穷大；概率为能发生事件）信息量为无穷大；概率为1时时（必然事件）信息量为（必然事件）信息量为0。综上所述，可以得出消息中所含信息综上所述，可以得出消息中所含信息量与消息出现的概率之间的关系反映如下量与消息出现的概率之间的关系反映

9、如下规律。规律。（1）消息中所含信息量消息中所含信息量I是消息出现是消息出现的概率的概率P（x）的函数，即）的函数，即I=I P（x）（2）消息出现的概率愈小，它所包消息出现的概率愈小，它所包含信息量愈大；反之信息量愈小。且含信息量愈大；反之信息量愈小。且P（x）=1时时I=0P（x）=0时时I=（3）若干个互相独立事件构成的消若干个互相独立事件构成的消息，所含信息量等于各独立事件信息量的息，所含信息量等于各独立事件信息量的和，即和，即I P1（x）P2（x）=I P1（x）+IP2（x）+【例【例 1-1】一信息源由】一信息源由 4 个符号个符号 a、b、c、d组成，他们出现的概率为组成，他

10、们出现的概率为 3/8、1/4、1/4、1/8，且，且每个符号的出现都是独立的。试求信息源输出为每个符号的出现都是独立的。试求信息源输出为cabacabdacbdaabcadcbabaadcbabaacdbacaacabadbcadcbaabcacba 的信息量。的信息量。解解 信源输出的信息序列中，信源输出的信息序列中，a出现出现 23 次，次，b出现出现 14次，次，c 出现出现 13次，次，d出现出现 7次，共有次，共有 57个。个。则 出现 a 的信息量为11.302357log232 (bit)出现 b 的信息量为35.281457log142 (bit)出现 c 的信息量为72.2

11、71357log132 (bit)出现 d 的信息量为28.21757log72 (bit)该信息源总的信息量为36.10718.2172.2735.2811.30I (bit)则每一个符号的平均信息量为86.15736.107符号总数II (bit/符号)上面计算中,我们没有利用每个符号出现的概率来计算,而是用每个符号在 57 个符号中出现的次数(频度)来计算的。实际上,用平均信息量公式(1.3)直接计算可得906.18log814log24138log83222H (bit/符号)总的信息量 111906.157I (bit)可以看出，本例中两种方法的计算结果是有差异的，原因就是前一种方法

12、中把频度视为概率来计算。当信源中符号出现的数目m时，则上两种计算方法结果一样。一般通信系统的性能指标归纳起来有一般通信系统的性能指标归纳起来有以下几个方面。以下几个方面。（1）有效性：指通信系统传输消息有效性：指通信系统传输消息的的“速率速率”问题，即快慢问题。问题，即快慢问题。（2）可靠性：指通信系统传输消息可靠性：指通信系统传输消息的的“质量质量”问题，即好坏问题。问题，即好坏问题。（3）适应性：指通信系统使用时的适应性：指通信系统使用时的环境条件。环境条件。（4）经济性：指系统的成本问题。经济性：指系统的成本问题。（5）保密性：指系统对所传信号的保密性：指系统对所传信号的加密措施，这点对

13、军用系统显得更加重要。加密措施，这点对军用系统显得更加重要。（6）标准性：指系统的接口、各种标准性：指系统的接口、各种结构及协议是否合乎国家、国际标准。结构及协议是否合乎国家、国际标准。（7）维修性：指系统是否维修方便。维修性：指系统是否维修方便。（8）工艺性：指通信系统各种工艺工艺性：指通信系统各种工艺要求。要求。数字通信系统的有效性可用传输速率数字通信系统的有效性可用传输速率来衡量，传输速率越高，则系统的有效性来衡量，传输速率越高，则系统的有效性越好。通常可越好。通常可从以下三个不同的角度来定义传输速从以下三个不同的角度来定义传输速率。率。码元传输速率通常又可称为码元速率、码元传输速率通常

14、又可称为码元速率、数码率、传码率，用符号数码率、传码率，用符号RB来表示。码元来表示。码元速率是指单位时间（每秒钟）内传输码元速率是指单位时间（每秒钟）内传输码元的数目，单位为波特（的数目，单位为波特（Baud），常用符号），常用符号“B”表示（注意，不能用小写）。表示（注意，不能用小写）。BBTR1通常在给出系统码元速率时，有必要通常在给出系统码元速率时，有必要说明码元的进制，多进制（说明码元的进制，多进制（N）码元速率）码元速率RBN与二进制码元速率与二进制码元速率RB2之间，在保证系之间，在保证系统信息速率不变的情况下，相互可转换，统信息速率不变的情况下，相互可转换，转换关系式为转换关系

15、式为RB2=RBNlog2N（B）N应为应为2k，k=2，3，4，信息传输速率简称信息速率，又可称信息传输速率简称信息速率，又可称为传信率、比特率等。为传信率、比特率等。在多进制中，在多进制中，RBN与与RbN之间数值不同，之间数值不同，单位亦不同。它们之间在数值上有如下关单位亦不同。它们之间在数值上有如下关系式系式RbN=RBNlog2N在比较不同通信系统的效率时，只看在比较不同通信系统的效率时，只看它们的传输速率是不够的，还应看在这样它们的传输速率是不够的，还应看在这样传输速率下所占的信道的频带宽度。因为传输速率下所占的信道的频带宽度。因为传输速率越高，所占用的信道频带越宽。传输速率越高，

16、所占用的信道频带越宽。因此，能够真正体现出信息的传输效率的因此，能够真正体现出信息的传输效率的指标应该是频带利用率（指标应该是频带利用率（），即单位频带），即单位频带内的传输速率。内的传输速率。=RB/B （Baud/Hz）总码元数单位时间内系统传输的元数单位时间错误接收的码 eP总比特数单位时间内系统传输的比特数单位时间内错位接收的bP对通信来说，信道和噪声都是必须涉对通信来说，信道和噪声都是必须涉及的基本问题。及的基本问题。数字终端技术包括发端、收端对信号数字终端技术包括发端、收端对信号进行处理过程中所涉及到的技术。进行处理过程中所涉及到的技术。数字基带传输技术涉及一系列技术问数字基带传输

17、技术涉及一系列技术问题，如信号传输码型，码间串扰问题，实题，如信号传输码型，码间串扰问题，实现无码间串扰传输的理想条件及减少码间现无码间串扰传输的理想条件及减少码间串扰的部分响应系统和均衡技术，在第四串扰的部分响应系统和均衡技术，在第四章中主要讨论。章中主要讨论。数字频带传输技术主要是指数字通信数字频带传输技术主要是指数字通信系统的核心技术之一系统的核心技术之一数字调制数字调制/解调技解调技术，是将输入的数字信号（基带数字信号）术，是将输入的数字信号（基带数字信号）变换为适合于信道传输的频带信号。变换为适合于信道传输的频带信号。同步是数字通信系统的基本组成部分。同步是数字通信系统的基本组成部分。差错控制编码差错控制编码/译码，属信道编码之范译码，属信道编码之范畴。畴。