1、第一章 绪论w 本章主要内容：本章主要内容：w 1、通信系统的基本概念、组成、分类、通信系统的基本概念、组成、分类w 2、信息的度量、信息的度量w 3、评价通信系统性能的指标、评价通信系统性能的指标w 4、通信的发展趋势、通信的发展趋势w 当今信息科学技术已成为当今信息科学技术已成为21世纪世界经世纪世界经济发展的强大推动力济发展的强大推动力,信息作为一种资源信息作为一种资源,只有通过广泛的传播与交流只有通过广泛的传播与交流,才能产生利才能产生利用价值，而信息的传播与交流要依靠各用价值，而信息的传播与交流要依靠各种通信方式与技术来实现。种通信方式与技术来实现。第一节 通信系统的组成一、概念：一
2、、概念：w 1、通信：、通信：是指信息的传输。是指信息的传输。w 2、信息：、信息：是事物运动的状态和规律，可以用语言、是事物运动的状态和规律，可以用语言、文字、数据等不同形式来表达，可以脱离原文字、数据等不同形式来表达，可以脱离原来的事物而被摄取、传输、处理和利用。来的事物而被摄取、传输、处理和利用。w 3、消息：、消息：是信息的具体表现形式（如语言、文字、是信息的具体表现形式（如语言、文字、数据等）。数据等）。w 4、信号：、信号：是消息的传输形式（声、光、电等）。是消息的传输形式（声、光、电等）。区分：区分：信息与消息可以一对多，或多对一；信息与消息可以一对多，或多对一；信号与消息是一对
3、一的。信号与消息是一对一的。二、通信系统的一般模型二、通信系统的一般模型w 通信系统的目的就是将信息从一个地方通信系统的目的就是将信息从一个地方传送到另一个地方。传送到另一个地方。w 通信系统：通信系统：就是指实现信息传输所需的一切技就是指实现信息传输所需的一切技术设备和传输媒质的总和。术设备和传输媒质的总和。通信系统的一般模型：通信系统的一般模型：信息源发送设备信道接收设备受信者噪声w信息源(简称信源）：是消息的发源地，其作用是将各种消息转换成原始电信号，根据消息的种类的不同，可分为模拟信源和数字信源。发送设备的功能是将信源产生的电信号变换成适合在信道中传输的信号。传输信号的物理媒介从受到干
4、扰的接收信号中正确恢复出原始信号简称信宿，是传送消息的目的地。三、模拟通信模型和数字通信模型三、模拟通信模型和数字通信模型w 连续消息：消息的状态连续变化或不可数，如语音连续消息：消息的状态连续变化或不可数，如语音w消息消息w 离散消息：消息的状态是离散的或可数的，如符号离散消息：消息的状态是离散的或可数的，如符号w 如通过电信号实现如通过电信号实现w w 模拟信号：信号参量的取值是连续的或取无穷多个值，模拟信号：信号参量的取值是连续的或取无穷多个值，w电信号电信号 不一定在时间上连续。不一定在时间上连续。w 数字信号：信号参量只能取有限个值，也不一定在时间数字信号：信号参量只能取有限个值，也
5、不一定在时间w 上离散。上离散。w 按信道中传输的信号类型按信道中传输的信号类型w 模拟通信系统模拟通信系统w通信系统通信系统w 数字通信系统数字通信系统1、模拟通信系统模型、模拟通信系统模型w 模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统。信系统。w 一般来说信源发出的原始电信号是基带信号，一般来说信源发出的原始电信号是基带信号，也就是指频谱从零频附近开始。由于其频谱低，也就是指频谱从零频附近开始。由于其频谱低，所以不适合直接传输，需要进行变换。其中用所以不适合直接传输，需要进行变换。其中用的最多的就是的最多的就是调制器调制器和和解调器解调器。w 调
6、制器和解调器的作用：将信源发出的低频率调制器和解调器的作用：将信源发出的低频率的原始信号进行变换使其适合在信道中传输，的原始信号进行变换使其适合在信道中传输，并在接收端进行反变换。并在接收端进行反变换。w 注：在模拟通信系统模型中还有滤波、放大等注：在模拟通信系统模型中还有滤波、放大等变换过程，但调制变换过程，但调制/解调起决定作用。解调起决定作用。2、数字通信系统模型：、数字通信系统模型：w 数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。w 数字通信涉及的主要技术问题有：数字通信涉及的主要技术问题有：1）信源编码）信源编码/译码：为了提高通信
7、的有效性减少码元的译码：为了提高通信的有效性减少码元的数目，同时将模拟信号变换成数字信号。数目，同时将模拟信号变换成数字信号。2）信道编码）信道编码/译码：为了提高通信的可靠性，减少差错，译码：为了提高通信的可靠性，减少差错，对传输的码元按一定的规则加入监督码元。对传输的码元按一定的规则加入监督码元。3）加密与解密：为了保证所传信息的安全，人为地加）加密与解密：为了保证所传信息的安全，人为地加入干扰序列。入干扰序列。4）数字调制与解调：形成适合在信道中传输的频带信）数字调制与解调：形成适合在信道中传输的频带信号。号。5）同步：为了保证数字通信系统有序、准确、可靠地）同步：为了保证数字通信系统有
8、序、准确、可靠地工作。工作。3、判断、判断w 按照信道中传输的信号种类来判断。按照信道中传输的信号种类来判断。w 也就是说模拟信号也可在数字通信系统也就是说模拟信号也可在数字通信系统中传输，数字信号也可在模拟通信系统中传输，数字信号也可在模拟通信系统中传输。中传输。w 4、数字通信的主要特点：、数字通信的主要特点：w A、抗干能力强，且噪声不积累抗干能力强，且噪声不积累w B、可进行差错控制可进行差错控制w C、可进行加密可进行加密w D、易于与各种数字终端接口进行各种处理易于与各种数字终端接口进行各种处理w E、易于集成化易于集成化w 5、主要缺点：、主要缺点：w A、占用频带宽：占用频带宽
9、：w 模拟：无线广播模拟：无线广播9KHZ，电视电视8MHZw 数字：数字话音数字：数字话音64KHZ，数字电视数字电视106MHZw w B、设备复杂设备复杂第二节第二节 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式w 一、分类：一、分类：w 1、按通信业务分：话务通信与非话务通信、按通信业务分：话务通信与非话务通信w 2、按调制方式分：基带传输与频带传输、按调制方式分：基带传输与频带传输w 3、按信号特征分：模拟通信与数字通信、按信号特征分：模拟通信与数字通信w 4、按传输媒质分：有线和无线、按传输媒质分：有线和无线w 5、按工作波段分：长波、短波、远红外线等、按工作波段分：长波、短波、远
10、红外线等w 6、按信号复用方式分：频分复用、时分复用和码分、按信号复用方式分：频分复用、时分复用和码分复用复用w 二、通信方式：二、通信方式：w 1、按消息传递的方向与时间关系分：单工、半双工、按消息传递的方向与时间关系分：单工、半双工、全双工全双工w 2、按数字排列顺序分：并行、串行、按数字排列顺序分：并行、串行 第三节第三节 信息及其度量信息及其度量w 信号是消息的载体，信息是消息的内涵。信号是消息的载体，信息是消息的内涵。以接收者来说，只有消息中不确定的内以接收者来说，只有消息中不确定的内容才构成信息。消息越不可知，其信息容才构成信息。消息越不可知，其信息量越多。量越多。w 根据概率论知
11、识，事件的不确定性可用根据概率论知识，事件的不确定性可用事件出现的概率来描述，可能性越小，事件出现的概率来描述，可能性越小，概率越小，消息中包含的信息量越大。概率越小，消息中包含的信息量越大。假设假设p(x)是一个消息发生的概率，是一个消息发生的概率，I是从是从该消息获悉的信息量；该消息获悉的信息量；w 1、信息量是概率的函数，即、信息量是概率的函数，即I=fp(x)w 2、p(x)越小，越小，I越大；反之，越大；反之，I越小。且当越小。且当p(x)趋向于趋向于1时，时，I趋向于趋向于0；当；当 p(x)趋向于趋向于0时，时，I趋向于趋向于1。w 3、信息量是线性可加的。、信息量是线性可加的。
12、w 由上述三个定义可推导出由上述三个定义可推导出I与与p(x)关系为关系为：当当a=2时，信息量的单位为比特（时，信息量的单位为比特（bit）当当a=e时，信息量的单位为奈特（时，信息量的单位为奈特（nit）当当a=10时，信息量的单位为哈特（时，信息量的单位为哈特（Hat）lo g()apx1log()ap xI=举例：w 例例1：以等概发送数字信号：以等概发送数字信号0和和1，则信源的每个输出，则信源的每个输出的信息量为多少？的信息量为多少？w 例例2：10个汉字的电报，假定常用汉字共有个汉字的电报，假定常用汉字共有1万个，每万个，每个汉字都等概出现，则个汉字都等概出现，则10个汉字所传送
13、的信息量为多个汉字所传送的信息量为多少？少？三、信源的熵三、信源的熵w 信源是消息的集合，设信源为信源是消息的集合，设信源为X=x1,x2,xm，其中其中每个符号出现的概率为每个符号出现的概率为 p(xi),且且 ，w 信源的熵：平均信息量，是各消息所含信息量的以概信源的熵：平均信息量，是各消息所含信息量的以概率为权的统计平均值。率为权的统计平均值。w 举例举例1：袋中有：袋中有4个球，一黑，一白，二红，任取一球，个球，一黑，一白，二红，任取一球，猜其颜色的困难程度？猜其颜色的困难程度？w 例题：书例题：书10页。页。1()1miipxH(x)=21()log()(/miiip xp x bi
14、t符号)四、最大熵定理四、最大熵定理w 消息个数一定的信源，各消息等概出现时，具有最大的熵Hm(x)，即 。w 证明：w 五、连续信号：w 一个频带受限的连续信号，可以用每秒一定数目的抽样代替，而每个抽样值可用若干个二进制脉冲序列来表示，所以以上信息量的定义和计算同样适用于连续信号。w 连续消息的相对熵：2()logmH xm12()()log()(/)H xf xf x dx bit样值第四节第四节 主要性能指标：主要性能指标：评价一个通信系统优劣的主要性能指标是：评价一个通信系统优劣的主要性能指标是：w 1、有效性：在指定信道内所传输的信、有效性：在指定信道内所传输的信息内容的多少。息内容
15、的多少。w 2、可靠性：接收信息的准确程度。、可靠性：接收信息的准确程度。二者相互矛盾又相对统一，通常互为代价。二者相互矛盾又相对统一，通常互为代价。1、模拟通信系统中：、模拟通信系统中：w 有效性用有效传输频带来度量；有效性用有效传输频带来度量；w 可靠性用接收端最终输出信噪比来度量。可靠性用接收端最终输出信噪比来度量。2、数字通信系统中：、数字通信系统中：有效性用传输速率来度量；有效性用传输速率来度量；可靠性用差错率来度量。可靠性用差错率来度量。1、传输速率：、传输速率：w A、码元传输速率码元传输速率RB：即传码率，表示单位时间内传即传码率，表示单位时间内传输码元的数目，单位为波特。输码
16、元的数目，单位为波特。w B、信息传输速率信息传输速率Rb：即传信率，表示单位时间内传即传信率，表示单位时间内传递的平均信息量，单位为递的平均信息量，单位为bit/秒。秒。w Rb=RBH(x)-无扰信道无扰信道w C、频带利用率：频带利用率：=Rb/Bw D、信道容量：信道传输速率的最大值。信道容量：信道传输速率的最大值。w 2、差错率：、差错率：w A、误码率（误码率（pe）：）：发生差错的码元数在传输总码元发生差错的码元数在传输总码元中所占的比例。中所占的比例。w B、误信率（误信率（pb）：）：发生差错的比特数在传输总比特发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例。数中所占的比例。w
17、在二进制中，在二进制中，pe=pb。w 思考：在有扰信道中如何来求各种指标？思考：在有扰信道中如何来求各种指标？第五节第五节 通信发展趋势通信发展趋势w 一、卫星通信系统：将通信卫星作为空中中继站，它一、卫星通信系统：将通信卫星作为空中中继站，它由通信卫星、地球站、上行线路和下行线路组成。根由通信卫星、地球站、上行线路和下行线路组成。根据与地面之间的位置分静止通信卫星（即同步通信卫据与地面之间的位置分静止通信卫星（即同步通信卫星，在赤道平面上空星，在赤道平面上空35780千米千米）和移动通信卫星。和移动通信卫星。w 特点：通信距离远，覆盖广，容量大，可靠性高。特点：通信距离远，覆盖广，容量大，
18、可靠性高。w 发展：更高频段、更大容量、激光通信发展：更高频段、更大容量、激光通信w 二、光纤通信系统：以光纤为传输媒质，以光波为载二、光纤通信系统：以光纤为传输媒质，以光波为载波的通信方式。波的通信方式。w 特点：容量大，频带宽，损耗小，抗电磁干扰能力强特点：容量大，频带宽，损耗小，抗电磁干扰能力强等。等。w 发展：密集波分复用技术。发展：密集波分复用技术。三、数字蜂窝移动通信系统三、数字蜂窝移动通信系统w 它由控制交换中心、若干基地台、诸多移动终端组成。它由控制交换中心、若干基地台、诸多移动终端组成。w 发展历史：发展历史：w 第一代：模拟无线网络第一代：模拟无线网络w 第二代（现状）：第
19、二代（现状）：GSM系统（欧洲标准），采用窄带时分多址系统（欧洲标准），采用窄带时分多址和窄带码分多址。缺陷是系统容量问题和全球漫游问题等。和窄带码分多址。缺陷是系统容量问题和全球漫游问题等。w GPRS：介于第二代和第三代之间，通过升级介于第二代和第三代之间，通过升级GSM网络实现，网络实现，它采用窄带时分多址方式传输语音，采用分组的方式传输数据。它采用窄带时分多址方式传输语音，采用分组的方式传输数据。通称通称2.5G。w 第三代（现状）：将工作在第三代（现状）：将工作在2000MHZ频段，支持多媒体数据业频段，支持多媒体数据业务，采用务，采用WCDMA技术、技术、TD-SCDMA技术等。来实现。技术等。来实现。w 作业：作业：3、6、9
