1、2022-3-221通信原理通信原理主讲教师：常静主讲教师：常静邮箱：邮箱：changjing_2022-3-222通信原理通信原理教学大纲教学大纲一、课程介绍一、课程介绍 通信原理通信原理是信息工程专业本科生是信息工程专业本科生一门一门重要的专业基础课程重要的专业基础课程，本课程系统深入的，本课程系统深入的阐述现代通信的基本原理，包括模拟通信和数阐述现代通信的基本原理，包括模拟通信和数字通信。本课程通过字通信。本课程通过课堂教学，习题作业，实课堂教学，习题作业，实验验等教学环节，旨在使学生系统的掌握通信系等教学环节，旨在使学生系统的掌握通信系统基本原理及其性能的基本分析方法，并了解统基本原理
2、及其性能的基本分析方法，并了解现代通信技术的发展状况。现代通信技术的发展状况。2022-3-223二、课程的基本要求二、课程的基本要求1、掌握通信系统组成、分类、性能度量及所需、掌握通信系统组成、分类、性能度量及所需要解决的基本问题要解决的基本问题2、系统掌握通信系统的基本原理及其性能的基、系统掌握通信系统的基本原理及其性能的基本分析方法本分析方法3、了解现代通信技术与理论的发展状况及趋势、了解现代通信技术与理论的发展状况及趋势2022-3-224三、课程教学基本内容三、课程教学基本内容（一）（一） 绪论绪论1 1、通信系统的组成、通信系统的组成2 2、通信系统的分类、通信系统的分类3 3、通
3、信系统发展史、通信系统发展史4 4、通信系统的质量（性能）指标、通信系统的质量（性能）指标5 5、通信系统要解决的基本问题、通信系统要解决的基本问题2022-3-225（二）（二） 模拟线性调制模拟线性调制1 1、双边带调幅、双边带调幅2 2、单边带调幅、单边带调幅3 3、残留边带调制、残留边带调制4 4、线性调制的一般模型、线性调制的一般模型5 5、线性调制系统的抗噪声性能、线性调制系统的抗噪声性能6 6、频分多路复用原理、频分多路复用原理2022-3-226（三）模拟角调制（非线性调制）（三）模拟角调制（非线性调制）1 1、角调制的基本概念、角调制的基本概念2 2、窄带角调制、窄带角调制3
4、 3、宽带角调制、宽带角调制4 4、调频信号的产生与解调、调频信号的产生与解调5 5、调频系统的抗噪声性能、调频系统的抗噪声性能2022-3-227（四）脉冲调制系统（四）脉冲调制系统1 1、抽样定理及脉冲振幅调制、抽样定理及脉冲振幅调制2 2、脉冲编码调制原理、脉冲编码调制原理3 3、自适应差分脉冲编码调制、自适应差分脉冲编码调制4 4、增量调制、增量调制5 5、时分复用原理、时分复用原理2022-3-228（五）数字信号的基带传输（五）数字信号的基带传输1 1、数字基带信号的码型、数字基带信号的码型2 2、数字基带信号的功率谱、数字基带信号的功率谱3 3、数字基带传输系统的模型及码间干扰概
5、念、数字基带传输系统的模型及码间干扰概念4 4、数字基带传输系统的理想传输函数、数字基带传输系统的理想传输函数5 5、数字基带传输的误码率、数字基带传输的误码率2022-3-229（六）数字信号的频带（调制）传输（六）数字信号的频带（调制）传输1 1、二进制数字调制、二进制数字调制2 2、二进制数字调制的误码率、二进制数字调制的误码率3 3、多进制数字调制、多进制数字调制4 4、恒包络调制、恒包络调制5 5、各种数字调制的比较、各种数字调制的比较2022-3-2210（七）数字信号的最佳接收（七）数字信号的最佳接收1 1、匹配滤波器、匹配滤波器2 2、相关器、相关器3 3、二进制信号的最佳接收
6、及误码率、二进制信号的最佳接收及误码率2022-3-2211（八）差错控制技术与同步技术（八）差错控制技术与同步技术1 1、差错控制方式、差错控制方式2 2、差错控制编码、差错控制编码3 3、几种实用的简单检错码、几种实用的简单检错码4 4、线性分组码、线性分组码5 5、卷积码、卷积码2022-3-2212四、四、通信原理通信原理与各课程的关系与各课程的关系先修课程先修课程 信号与系统信号与系统 概率论与数理统计概率论与数理统计 信息论基础信息论基础 模拟与数字电路模拟与数字电路等等2022-3-2213五、学习本课程的几点建议五、学习本课程的几点建议1 1、本课程对通信系统一般原理进行全面研
7、究分析，一、本课程对通信系统一般原理进行全面研究分析，一切分析研究都是建立在切分析研究都是建立在“信号分析信号分析”和和“随机过程随机过程”基础上。基础上。2 2、本课程从系统的物理模型、数学模型着手分析不从、本课程从系统的物理模型、数学模型着手分析不从具体电路出发，要求掌握好基本概念。具体电路出发，要求掌握好基本概念。3 3、本课程概念性和理论性较强，要适当的多做练习，、本课程概念性和理论性较强，要适当的多做练习，加深对概念的理解。加深对概念的理解。4 4、本课程作为一门承上启下的专业课，要求有一定的、本课程作为一门承上启下的专业课，要求有一定的知识面且和计算机有紧密联系。通信原理，通信技术
8、，知识面且和计算机有紧密联系。通信原理，通信技术，通信系统构成了通信的全部，所以需要进行一定的实通信系统构成了通信的全部，所以需要进行一定的实验和实践。验和实践。2022-3-2214第一章第一章 绪论绪论本章学习目标本章学习目标 掌握常用通信术语掌握常用通信术语 区别模拟信号和数字信号区别模拟信号和数字信号 掌握通信系统的组成和分类，通信方式掌握通信系统的组成和分类，通信方式 叙述数字通信系统的主要特点叙述数字通信系统的主要特点 分析离散消息的信息量，平均信息量（信源熵）分析离散消息的信息量，平均信息量（信源熵） 识别码元速率、信息速率、频带利用率、误码率识别码元速率、信息速率、频带利用率、
9、误码率2022-3-2215通信与信息社会通信与信息社会通信的任务通信的任务交流方式或技术的划分历史交流方式或技术的划分历史现代通信系统是信息时代的生命线现代通信系统是信息时代的生命线电信的社会作用（有线、无线结合）电信的社会作用（有线、无线结合）第一类电信事业与第二类电信事业第一类电信事业与第二类电信事业现代通信与经济的发展密切相关现代通信与经济的发展密切相关2022-3-2216通信的目的是传递消息通信的目的是传递消息, ,包括传输和交换信息包括传输和交换信息l通信（通信（communicationcommunication）：消息的传递和交换）：消息的传递和交换l通信的目的：传递消息通信
10、的目的：传递消息l电通信：利用电流或电波来传递信息电通信：利用电流或电波来传递信息l通信系统：为完成通信任务所需要的一切通信系统：为完成通信任务所需要的一切技术技术设备设备和和传输媒质传输媒质所构成的总体所构成的总体1.1 1.1 通信和通信系统的一般概念通信和通信系统的一般概念2022-3-2217图图1-1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型2022-3-2218l信源信源 原始电信号的来源。作用是将原始消息转换原始电信号的来源。作用是将原始消息转换成相应的电信号（消息信号，基带信号），如成相应的电信号（消息信号，基带信号），如电话机、话筒、摄像机、计算机及各种数字终电话机、话筒、摄像机
11、、计算机及各种数字终端设备。端设备。l发送设备发送设备 对原始电信号进行各种处理和变换，使之变对原始电信号进行各种处理和变换，使之变成适合于信道中传输的形式。包括调制、放大、成适合于信道中传输的形式。包括调制、放大、滤波及数字发送设备中的编码功能。滤波及数字发送设备中的编码功能。2022-3-2219l信道（传输媒质）信道（传输媒质） 发送设备和接收设备之间，用于传输信号的传输发送设备和接收设备之间，用于传输信号的传输媒质（有线和无线两大类）。媒质（有线和无线两大类）。l接收设备接收设备 对接收的信号进行处理和变换，以便恢复出对应对接收的信号进行处理和变换，以便恢复出对应于发送端的原始电信号。
12、包括解调、放大、滤波于发送端的原始电信号。包括解调、放大、滤波及数字接收设备中的译码等功能。及数字接收设备中的译码等功能。l信宿（收信者）信宿（收信者） 原始电信号的最终接受者，其作用是把接收设备原始电信号的最终接受者，其作用是把接收设备恢复出来的原始电信号转换成相应的消息。如电恢复出来的原始电信号转换成相应的消息。如电话机的听筒、各种终端设备、计算机等。话机的听筒、各种终端设备、计算机等。l噪声源噪声源 是信道中的噪声和通信系统中其它部分所产生的是信道中的噪声和通信系统中其它部分所产生的噪声的集中表示。噪声的集中表示。2022-3-22201.2 1.2 模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信
13、按信号参量取值方式：模拟信号，数字信号按信号参量取值方式：模拟信号，数字信号l模拟信号：模拟信号：凡是信号参量的取值是连续的或取无穷多凡是信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号。个值的，且直接与消息相对应的信号。图图1-2 模拟信号波形模拟信号波形我是模拟我是模拟信号！信号！2022-3-2221数字信号数字信号：凡信号参量只能取有限个值，并且：凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的信号（通过一定的常常不直接与消息相对应的信号（通过一定的编码表征信息）。编码表征信息）。图图1-3 数字信号波形数字信号波形我是数字我是数字信号！信号！2022-3-222
14、2模拟信号、数字信号的区别模拟信号、数字信号的区别l模拟（连续）信号模拟（连续）信号在时间上不一定连续。在时间上不一定连续。l数字（离散）信号数字（离散）信号在时间上不一定离散。在时间上不一定离散。l电信电信消息传递的载体是电信号。消息传递的载体是电信号。 通信是基于电信号的，如何用参量表征传递通信是基于电信号的，如何用参量表征传递的信息，即怎样用电信号的特征参量描述传递的信息，即怎样用电信号的特征参量描述传递的信号？的信号？2022-3-2223通信系统通信系统数字通信系统数字通信系统基带传输系统基带传输系统调制传输系统调制传输系统基带传输系统基带传输系统调制传输系统调制传输系统模拟通信系统
15、模拟通信系统按按信道信道中传输信号的差异：中传输信号的差异：2022-3-2224 模拟通信系统模型如下模拟通信系统模型如下: :已调信号三个基本特征：已调信号三个基本特征：1、携带信息、携带信息2、适合在信道中传输、适合在信道中传输3、信号的频谱具有带通形式，且中心频率远离零频，、信号的频谱具有带通形式，且中心频率远离零频，因此已调信号又称频带信号因此已调信号又称频带信号图图1-4 模拟通信系统模型模拟通信系统模型调制的目的？调制的目的？1)将消息变换为便于在信道中传输的形式（基带信号传输距离有限）将消息变换为便于在信道中传输的形式（基带信号传输距离有限）2)提高抗干扰能力（提高抗干扰能力（
16、FM比比AM好）好）3)有效利用频带（频谱搬移，频分多路）有效利用频带（频谱搬移，频分多路）2022-3-2225数字通信系统模型如下数字通信系统模型如下: :图图1-5 数字通信系统模型数字通信系统模型的目的是的目的是降低降低信息冗余度，信息冗余度，提高提高传输有效性传输有效性。的目的是的目的是提高提高信息冗余度，信息冗余度，提高提高传输可靠性传输可靠性。2022-3-2226 数字通信的优点数字通信的优点: (P4) 1、抗干扰能力强、抗干扰能力强 2、便于加密、便于加密 3、易于实现集成化，使通信设备体积小，功耗低、易于实现集成化，使通信设备体积小，功耗低 4、数字信号便于处理、存储，交
17、换，便于和计算、数字信号便于处理、存储，交换，便于和计算机连接和管理机连接和管理按消息传递的方向与时间关系按消息传递的方向与时间关系 单工通信（单向通信）单工通信（单向通信） 半双工通信半双工通信 双工通信（双向通信）双工通信（双向通信）2022-3-2227图图1-6 单工、半双工、全双工通信方式示意图单工、半双工、全双工通信方式示意图 (a)单工单工 (b)半双工半双工 (c)全双工全双工2022-3-2228内容回顾内容回顾1、通信的目的、任务、通信系统的概念、通信的目的、任务、通信系统的概念2、区分模拟信号和数字信号、区分模拟信号和数字信号3、通信系统的一般模型及通信方式、通信系统的一
18、般模型及通信方式4、数字通信系统的主要特点、数字通信系统的主要特点2022-3-22291.3 1.3 通信发展简史通信发展简史1 1、通信、通信(communication)(communication)作为电通信作为电通信（telecommunication)telecommunication)是从是从1919世纪世纪3030年代开始的年代开始的2 2、进入、进入8080年代以来，随着通信技术的发展，卫星技术、年代以来，随着通信技术的发展，卫星技术、光纤技术、数字蜂窝技术、宽带接入技术等最新技术光纤技术、数字蜂窝技术、宽带接入技术等最新技术融入通信构成了现代通信的主要表现。融入通信构成了现
19、代通信的主要表现。 3 3）2020世纪世纪3030年代通信理论获得突破性进展：脉冲编年代通信理论获得突破性进展：脉冲编码原理、信息论、通信统计理论码原理、信息论、通信统计理论 4)4)进入进入8080年代现代通信朝着综合化、宽带化、自动化年代现代通信朝着综合化、宽带化、自动化和智能化方向发展。和智能化方向发展。2022-3-22301.3 1.3 通信发展简史通信发展简史初级阶段（初级阶段（110年）年）1838 有线电报有线电报 （sos）1876 电话电话1894 无线电报无线电报1918 AM广播广播1936 FM广播广播1938 TV广播广播19401945 雷达、微波通信雷达、微波
20、通信2022-3-2231近代通信阶段（近代通信阶段（3535年）年）1948 1948 香农香农“信息论信息论”1958 1958 通信卫星通信卫星6060年代年代 ICIC、彩电、数字通信、电子计算机、彩电、数字通信、电子计算机7070年代年代 LSILSI（大规模集成电路）、（大规模集成电路）、 商用通信卫星、数字程控交换机、商用通信卫星、数字程控交换机、 分组交换网协议分组交换网协议2022-3-2232现代通信阶段（现代通信阶段（2222年）年）l80年代年代 VLSI、光纤通信、移动通信、光纤通信、移动通信、ISDN网研制、网研制、因特网主干网因特网主干网l90年代年代 各种先进的
21、通信网络各种先进的通信网络l类型多样化类型多样化 、规模大型化、业务综合化、规模大型化、业务综合化l信息高速公路信息高速公路l21世纪世纪 电信网将发生革命性变化电信网将发生革命性变化lNGN: 下一代网络下一代网络 新一代网络新一代网络l技术上更为先进的网络技术上更为先进的网络l提供更为先进业务的网络提供更为先进业务的网络lNGN后面还有后面还有NGN ! ! !-只有想不到，没有做不到只有想不到，没有做不到2022-3-2233l电缆通信电缆通信l 有线通信有线通信l 可靠性高、距离远、容量大可靠性高、距离远、容量大l 周期长、投资大、受地理条件限制多周期长、投资大、受地理条件限制多l微波
22、中继通信微波中继通信l 无线通信（无线通信（1GHz以上）、视距传输以上）、视距传输l 周期短、投资小、受地理条件限制少周期短、投资小、受地理条件限制少l 容量小、维护管理困难容量小、维护管理困难通信的种类通信的种类2022-3-2234l光纤通信光纤通信l 有线通信有线通信 光载波（光载波（105107GHz）l 容量大、原材料成本低、不受电磁干扰容量大、原材料成本低、不受电磁干扰l 周期长、投资大周期长、投资大 Tel TV光纤理论值光纤理论值 100亿路亿路 100万路万路光纤实际值光纤实际值 4万路万路 100路路同轴电缆同轴电缆 3千路千路 20路路2022-3-2235l卫星通信卫
23、星通信l 无线通信，微波通信无线通信，微波通信l 同步卫星，同步卫星，36000km，40%，3点星点星l 覆盖面积大、距离远、使用灵活、质量好覆盖面积大、距离远、使用灵活、质量好l 一次性投资太大一次性投资太大l 管理是全球性问题管理是全球性问题2022-3-2236l移动通信移动通信l 移动对象移动对象l 无线和有线融为一体无线和有线融为一体l 灵活、方便、服务到个人灵活、方便、服务到个人l 建网成本高建网成本高2022-3-2237通信系统的分类与通信方式通信系统的分类与通信方式一、分类一、分类1 1、物理特征物理特征（业务的范畴不同）：电报、电话、数（业务的范畴不同）：电报、电话、数据
24、、图像。据、图像。2 2、调制方式：调制方式： 基带传输：基带传输：未经调制的信号直接传输（音频和数字未经调制的信号直接传输（音频和数字 基带传输）基带传输） 调制传输：调制传输：对各种信号变换方式后进行传输的总称。对各种信号变换方式后进行传输的总称。调制的目的？调制的目的？2022-3-22383、传输信号特征：、传输信号特征： 模拟通信系统、数字通信系统模拟通信系统、数字通信系统4、按工作频率划分、按工作频率划分 VLF,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF光波，在那些带光波，在那些带宽比较富裕的场合（如毫米波宽比较富裕的场合（如毫米波EHF300G）会选择）会选择数字通信方式
25、。数字通信方式。5、传输信号复用方式、传输信号复用方式频分复用：频分复用：用频谱搬移使不同信号占据不同的频率范围用频谱搬移使不同信号占据不同的频率范围（主要用于模拟通信）（主要用于模拟通信）时分复用：时分复用：用脉冲调制使不同信号占据不同的时间区间用脉冲调制使不同信号占据不同的时间区间（主要用于数字通信）（主要用于数字通信）码分复用：码分复用：用一组正交的脉冲序列分别携带不同的信号用一组正交的脉冲序列分别携带不同的信号（主要用于扩频通信）（主要用于扩频通信）2022-3-22396 6、按传输媒介分类、按传输媒介分类有线：明线，电缆，波导，光纤有线：明线，电缆，波导，光纤无线：无线电波，微波，
26、激光无线：无线电波，微波，激光2022-3-2240第第1代移动通信系统（代移动通信系统（1G）l模拟移动通信系统模拟移动通信系统(FM，FDMA)l第一代（第一代（1G）采用）采用FDMA方式方式l存在的主要问题存在的主要问题l业务量不足（容量不足，用户数目受限）业务量不足（容量不足，用户数目受限）l业务种类不足（仅限话音）业务种类不足（仅限话音）2022-3-2241第第2代移动通信系统（代移动通信系统（2G）l数字移动通信系统数字移动通信系统lGSM (TDMA) 欧洲欧洲lCDMA (CDMA) 美国美国l 容量扩大容量扩大25倍倍l 用户身份识别模块用户身份识别模块(SIM)，机卡分
27、离，机卡分离l 提供新业务，短信业务提供新业务，短信业务(SMS)l业务和功能有很大的提高业务和功能有很大的提高l存在的主要问题存在的主要问题l制式不统一：影响全球漫游制式不统一：影响全球漫游l业务种类限于话音和低速数据业务种类限于话音和低速数据 l第第25代（代（2.5G）正在改进：）正在改进：l分组无线业务分组无线业务(GPRS)无线上网无线上网2022-3-2242第第3代移动通信系统（代移动通信系统（3G）l第三代移动通信系统追求的主要目标：第三代移动通信系统追求的主要目标：l全球漫游；多媒体业务全球漫游；多媒体业务l中国电信运营商正在等待发中国电信运营商正在等待发3G牌照牌照l现有现
28、有2张：中国移动、中国联通张：中国移动、中国联通l预计预计4张：中国移动、中国联通、中国电信、中国网通张：中国移动、中国联通、中国电信、中国网通l3个主流标准：个主流标准：1999年年11月月 ITU正式确定了三大主流标准正式确定了三大主流标准lWCDMA、TDCDMA 、CDMA2000l三大主流标准均采用三大主流标准均采用CDMA技术技术l市场前景市场前景lWCDMA占有绝大多数的市场份额（占有绝大多数的市场份额（80%）lCDMA2000势头比较好势头比较好lTDCDMA非常符合发展方向非常符合发展方向2022-3-2243第第4代移动通信系统（代移动通信系统（4G） (？年？年)l研究
29、工作正在进行研究工作正在进行l尽可能多的展望尽可能多的展望4G移动通信的发展前景移动通信的发展前景l未来的手机。未来的手机。2022-3-22441.4 1.4 信息及其度量信息及其度量 通信系统传输的具体对象是消息，其最终的目的通信系统传输的具体对象是消息，其最终的目的在于通过消息的传送使收信者获知信息。在于通过消息的传送使收信者获知信息。l消息消息人或事物情况的报道人或事物情况的报道l信号信号消息的载体（携带者）消息的载体（携带者）l信息信息指对于接受者来说事先不知道的消息指对于接受者来说事先不知道的消息l信息与消息的关系：信息与消息的关系：消息是具体的，而信息是抽消息是具体的，而信息是抽
30、象的象的。2022-3-22451.4 1.4 信息及其度量信息及其度量 通信系统传输的具体对象是消息，其最终的目的通信系统传输的具体对象是消息，其最终的目的在于通过消息的传送使收信者获知信息。在于通过消息的传送使收信者获知信息。l消息消息人或事物情况的报道人或事物情况的报道l信号信号消息的载体（携带者）消息的载体（携带者）l信息信息指对于接受者来说事先不知道的消息指对于接受者来说事先不知道的消息l信息与消息的关系：信息与消息的关系：消息是具体的，而信息是抽消息是具体的，而信息是抽象的象的。2022-3-2246 按照参量取值的特点可将电信号分为模拟信号按照参量取值的特点可将电信号分为模拟信号
31、和数字信号和数字信号l模拟信号模拟信号: :能用连续的函数值表示的电信号能用连续的函数值表示的电信号l数字信号数字信号: :只能用离散的函数值表示的信号只能用离散的函数值表示的信号l例如常见的文字和数字，它们只具有有限个不同的符号，例如常见的文字和数字，它们只具有有限个不同的符号，通常用一组二进制数表示这些符号，符号的组合就组成通常用一组二进制数表示这些符号，符号的组合就组成了消息。了消息。 通信系统通过传输信号而传递了消息，其传输通信系统通过传输信号而传递了消息，其传输能力该如何度量？能力该如何度量？2022-3-22471.4.1 1.4.1 信息量信息量 为了对通信系统的传输能力进行定量
32、的分析和为了对通信系统的传输能力进行定量的分析和衡量，就必须对信息进行定量的描述衡量，就必须对信息进行定量的描述l不同的消息含有不同数量的信息。不同的消息含有不同数量的信息。l同一个消息对不同的接收对象来说信息的多少也不同一个消息对不同的接收对象来说信息的多少也不同。同。l对信息的度量应当是客观的。对信息的度量应当是客观的。信息量：信息量：衡量信息多少的物理量为信息量衡量信息多少的物理量为信息量2022-3-2248关于信息量的理解：关于信息量的理解：1、信息量的大小与消息所描述事件的出现概率有关。信、信息量的大小与消息所描述事件的出现概率有关。信息量应该是消息出现概率的单调递减函数。息量应该
33、是消息出现概率的单调递减函数。2、如果收到的不是一个消息，而是若干个互相独立的消、如果收到的不是一个消息，而是若干个互相独立的消息，则总的信息量应该是每个消息的信息量之和。息，则总的信息量应该是每个消息的信息量之和。3、对于由有限个符号组成的离散信源来说，随着消息长、对于由有限个符号组成的离散信源来说，随着消息长度的增加，其可能出现的消息数目却是按指数增加的。度的增加，其可能出现的消息数目却是按指数增加的。信息量与发生概率的关系信息量与发生概率的关系（I与与fP(x)的关系）的关系）1、信息量是概率的函数，即、信息量是概率的函数，即 I= fP(x)2、P(x) 1时，时， I 0； P(x)
34、 0时，时， I 3、事件独立，信息量具有相加性、事件独立，信息量具有相加性2022-3-2249若若x xi i出现的概率为出现的概率为 ，则其信息量为：，则其信息量为： )(ixP)(lg)(1log)(ln)(1log)(lb)(1log)(log)(1log)(102iiiieiiiiixPxPxPxPxPxPxPxPxI单位比特（单位比特（bitbit）单位奈特（单位奈特（nitnit）单位哈特莱（单位哈特莱（HartlyHartly）信息量数学定义信息量数学定义2022-3-225001221()()()loglog()mI SI SI Sm bitm 011()()2P SP S
35、0121()()log1()2I SI Sbit 011()()()mP SP SP Sm 二进制等概信源二进制等概信源m进制等概信源进制等概信源信息的度量纳入概率的范畴，概率越小，信息量越大信息的度量纳入概率的范畴，概率越小，信息量越大简单说明简单说明2022-3-2251例例1-1 表表1-2给出英文字母出现的概率。求字母给出英文字母出现的概率。求字母e和和q的信息量。的信息量。表表1-2英文字母出现的概率英文字母出现的概率解解: 由表由表1-2可知可知e的出现概率为的出现概率为P(e)=0.105，可计算其信息量，可计算其信息量I(e)，即有，即有 q的出现概率的出现概率P(q)=0.0
36、01，其信息量，其信息量符号概率符号概率符号概率空隙 0.20s 0.052y,w 0.012e 0.105h 0.047g 0.011t 0.072d 0.035b 0.010 5o 0.065 4i 0.029v 0.008a 0.063c 0.023k 0.003n 0.059f,u 0.022 5x 0.002l 0.055m 0.021j,q,z 0.001r 0.054p 0.017 522( )log( )log 0.1053.24 (bit)I eP e 22( )log( )log 0.0019.97 (bit)I qP q 2022-3-2252 1.4.2 平均信息量平均
37、信息量 设设N种信息源中第种信息源中第i种信息出现种信息出现ni次，且其出现的概率次，且其出现的概率为为 ，则整个消息的信息量为：，则整个消息的信息量为： 统计平均信息量为：统计平均信息量为： 通过平均信息量计算总信息量，利用下式：通过平均信息量计算总信息量，利用下式： 信息源中各种符号等概出现信息量最大，即：信息源中各种符号等概出现信息量最大，即：)(ixP)(iiNixPnIlog1)()()(iiNixPxPxHlog1nxHI)(max111loglogNiHNNN 2022-3-2253例例1-2 一离散信源由一离散信源由A、B、C、D四种符号组成，设四种符号组成，设每一个符号的出现
38、都是独立的。每一个符号的出现都是独立的。(1)当四种符号出现当四种符号出现概率分别为概率分别为1/4、1/4、1/8、3/8时，求信源的平均时，求信源的平均信息量；信息量；(2)当四种符号等概出现时，求信源的平均当四种符号等概出现时，求信源的平均信息量。信息量。解解 (1)不等概时信源的平均信息量为不等概时信源的平均信息量为(bit/符号符号) 53. 0375. 05 . 05 . 083log8381log8141log4141log41)(log)()(2222241iiixPxPxH91. 1(bit/符号)24loglog22maxNH (bit/符号)(2)等概时信源的平均信息量为
39、最大值等概时信源的平均信息量为最大值，即，即2022-3-2254l例例1-3某信息源的符号集由某信息源的符号集由A，B，C，D和和E组成，组成，设每一个符号独立出现，其出现概率分别为设每一个符号独立出现，其出现概率分别为1/4，1/8，1/8，3/16和和5/16l(1)求该信息源符号的平均信息量求该信息源符号的平均信息量l(2)若信息源以若信息源以1000Baud速率传送信息，则传送速率传送信息，则传送1小时的信息量为多少？传送小时的信息量为多少？传送1小时可能达到的最小时可能达到的最大信息量为多少？大信息量为多少？2022-3-2255l解：解：l(1)该信源符号的平均信息量为该信源符号
40、的平均信息量为5212222( )log( )11113355log2logloglog4488161616162.23(/iiiHp xp xbit 符号）2022-3-2256l(2)由题意知平均信息速率为由题意知平均信息速率为336max26max1000 2.232.23 10 (/ )1I=T=2.23 103600=8.028 10 ()log 52.322(/ )11000 2.322 36008.359 10 ()bsbbRR Hbit sRbitHbit sIR HTbit所以 小时传送的信息量为当信息源的每个符号等概出现时，信源的熵最大传送 小时可能到达的最大信息量为202
41、2-3-2257 1.5 1.5 通信系统的质量指标通信系统的质量指标通信系统的主要性能指标：通信系统的主要性能指标： 传输的有效性与传输的可靠性传输的有效性与传输的可靠性1、传输的有效性：、传输的有效性： 在给定的信道带宽条件下，能够传输更多在给定的信道带宽条件下，能够传输更多的消息。的消息。2、传输的可靠性：、传输的可靠性： 在给定信道内接收到消息的准确程度。在给定信道内接收到消息的准确程度。3、频带利用率（针对数字通信）：、频带利用率（针对数字通信）： 单位带宽内的码元（信息）传输速率。单位带宽内的码元（信息）传输速率。2022-3-22581.4.11.4.1模拟通信系统的质量指标模拟
42、通信系统的质量指标有效性有效性: :在给定信道内能传输的信息容量的多少在给定信道内能传输的信息容量的多少 用有效用有效传输带宽传输带宽来度量。传输同样的信息，来度量。传输同样的信息，占用的频带宽度越窄，有效性越好。占用的频带宽度越窄，有效性越好。可靠性：可靠性：接收信息的准确程度接收信息的准确程度 取决于接收端最终的输出取决于接收端最终的输出信噪比信噪比，信噪比越，信噪比越大，通信质量越高。大，通信质量越高。2022-3-22591.4.2 1.4.2 数字通信系统的质量指标数字通信系统的质量指标1、有效性的衡量有效性的衡量传输速率传输速率(1)码元速率码元速率Rs：单位时间传输的码元数：单位
43、时间传输的码元数,单位波特。又单位波特。又称波特率称波特率,与码元进制数无关，只与码元持续的时间与码元进制数无关，只与码元持续的时间（码元宽度）有关。（码元宽度）有关。(2)信息速率信息速率Rb：单位时间传输的信息量，单位：单位时间传输的信息量，单位：bit/s又称比特率，比特率与码元进制数有关。又称比特率，比特率与码元进制数有关。 一个二进制码元的信息量为一个二进制码元的信息量为1bit 一个一个M进制码元的信息量为进制码元的信息量为 2log M bit2log M2logbsRRM二进制波特率和比特率在数量上相等二进制波特率和比特率在数量上相等 ；M进制时比特率是波特率的进制时比特率是波
44、特率的 倍，即倍，即bsRR2022-3-2260bP 错误比特数传输总比特数SP 错误码元数传输的总码元数误码率误码率误比特率误比特率2 2、可靠性的衡量、可靠性的衡量差错率差错率二进制时：二进制时：多进制时：多进制时：sbPPsbPP传输带宽传输带宽是由是由波特率波特率确定的，而不是比特率确定的。确定的，而不是比特率确定的。在波特率确定的条件下，信息传输速率由进制数决定。在波特率确定的条件下，信息传输速率由进制数决定。2022-3-22613、 频带利用率频带利用率 两个传输速率相等的系统如果使用的带宽不同则传输两个传输速率相等的系统如果使用的带宽不同则传输效率也不同，所以频带利用率更本质地反映了数字通信效率也不同，所以频带利用率更本质地反映了数字通信系统的有效性。系统的有效性。 定义单位频带内的码元传输速率为码元频带利用率定义单位频带内的码元传输速率为码元频带利用率，即，即 定义单位频带内的信息传输速率为信息频带利用率定义单位频带内的信息传输速率为信息频带利用率，即，即 此式应用更为广泛，如果不加以说明，频带利用率均此式应用更为广泛，如果不加以说明，频带利用率均指信息频带利用率指信息频带利用率。 )Bd/Hz(ssBR)Hzbit/s(bbBR传输带宽传输带宽2022-3-22624、能量利用率、能量利用率:传输每一比特所需要的信号能量传输每一比特所需要的信号能量
