1、通通 信信 原原 理理 安建伟安建伟 北京科技大学通信工程系北京科技大学通信工程系 通信原理2教材教材：周炯槃周炯槃 等编，等编，通信原理通信原理(第第3版版)北京邮电大学出版社，北京邮电大学出版社，2008年年.参考书参考书：樊昌信编，樊昌信编，通信原理教程通信原理教程，电子工业出版社，电子工业出版社，2005年年7月月通信原理3v要求：要求：结业成绩平时结业成绩平时30期终考试期终考试70 按时交作业和实验报告。按时交作业和实验报告。v网址网址:http:/ 通信系统设计中的主要问题：通信系统设计中的主要问题：携带信息的波形选择携带信息的波形选择 波形的功率和带宽如何确定波形的功率和带宽如
2、何确定 系统噪声对接收信息的影响系统噪声对接收信息的影响 系统的成本系统的成本v学习目的：通信系统的设计学习目的：通信系统的设计通信原理5本课程主要学习内容本课程主要学习内容 信号分析的基本理论（复习）信号分析的基本理论（复习）随机信号基本知识（复习）随机信号基本知识（复习）模拟通信系统模拟通信系统 基带通信系统基带通信系统 频带通信系统频带通信系统调制解调原理及调制解调原理及通信系统的性能分析通信系统的性能分析通信原理6 1.1 引言引言 1.2 通信发展简史和展望通信发展简史和展望 1.3 通信系统通信系统和通信网的构成和通信网的构成 1.4 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标
3、第第1章章 绪绪 论论第第1 1章章 绪论绪论通信原理7 香农香农(C.Shannon)在概率论的基础上定在概率论的基础上定义了信息熵，对于信息技术的发展起到奠义了信息熵，对于信息技术的发展起到奠基作用。基作用。信息技术有三大类：电信技术、计算机技信息技术有三大类：电信技术、计算机技术和三遥技术（即遥测、遥感和遥控）。术和三遥技术（即遥测、遥感和遥控）。通信技术就是通信系统和通信网的技术。通信技术就是通信系统和通信网的技术。1.1 引言引言第第1 1章章 绪论绪论通信原理81837年年 莫尔斯发明有线电报，数字通信的开始莫尔斯发明有线电报，数字通信的开始1864年年 麦克斯韦提出电磁场理论麦克
4、斯韦提出电磁场理论1875年年 贝尔发明电话，模拟通信的先驱贝尔发明电话，模拟通信的先驱1887年年 赫兹证明电磁波存在赫兹证明电磁波存在1918年年 调幅无线电广播、超外差接收机调幅无线电广播、超外差接收机1936年年 调频无线电广播开播调频无线电广播开播1937年年 发明脉冲编码调制原理，促进了数字化发明脉冲编码调制原理，促进了数字化1938年年 电视广播开播电视广播开播1948年年 香农提出了信息论，电信重要的一年香农提出了信息论，电信重要的一年1950年年 时分多路通信应用于电话时分多路通信应用于电话1.2 通信发展简史和展望通信发展简史和展望第第1 1章章 绪论绪论通信原理91.2
5、通信发展简史和展望通信发展简史和展望1957年年发射第一颗人造卫星发射第一颗人造卫星1958年年发射第一颗通信卫星发射第一颗通信卫星1961年年发明集成电路发明集成电路1960 1970年年 出现高速数字电子计算机出现高速数字电子计算机1970 1980年年 大规模集成电路、商用卫星通信、大规模集成电路、商用卫星通信、程控程控数字交换机、光纤通信系统、微处理机等迅速数字交换机、光纤通信系统、微处理机等迅速发展发展1971年年 投入使用阿巴网投入使用阿巴网1980年年超大规模集成电路、综合业务数字网超大规模集成电路、综合业务数字网1990年年因特网飞速发展；移动通信因特网飞速发展；移动通信第第1
6、 1章章 绪论绪论通信原理第第1 1章章 绪论绪论通信原理第第1 1章章 绪论绪论通信原理第第1 1章章 绪论绪论通信原理第第1 1章章 绪论绪论通信原理14数字化数字化通信通信发展趋势发展趋势远程与大容量化远程与大容量化网络与综合化网络与综合化移动与个人化移动与个人化1.2 通信发展简史和展望通信发展简史和展望第第1 1章章 绪论绪论通信原理151.3 通信系统和通信网的构成通信系统和通信网的构成通信系统：点对点通信所需的所有设备。通信系统：点对点通信所需的所有设备。通信网：由许多通信系统组成的多点之间通信网：由许多通信系统组成的多点之间能相互通信的全部设施能相互通信的全部设施。第第1 1章
7、章 绪论绪论通信原理16图图11 通信系统模型通信系统模型 第第1 1章章 绪论绪论通信原理17模拟通信系统模型模拟通信系统模型信源信源收信者收信者编码编码译码译码信道信道噪声源噪声源解调器解调器调制器调制器 信源：信息源。原始消息变换为电信号信源：信息源。原始消息变换为电信号(模拟、数字模拟、数字)原始信号：基带信号。语音：原始信号：基带信号。语音：0.3k3.4k，图像：，图像：06M 调制器：原始信号变换为适合信道传输的信号调制器：原始信号变换为适合信道传输的信号(频带信号）频带信号）信道：传输媒介。有线、无线等信道：传输媒介。有线、无线等 解调器：恢复原始信号，尽量减小失真解调器：恢复
8、原始信号，尽量减小失真 信宿：受信者。恢复信号的原始消息形式信宿：受信者。恢复信号的原始消息形式 噪声源：信道噪声及分散在系统各处的噪声的集中表示噪声源：信道噪声及分散在系统各处的噪声的集中表示第第1 1章章 绪论绪论通信原理18数字通信系统模型数字通信系统模型 信源编码、译码器信源编码、译码器：模数变换、数据压缩、保密：模数变换、数据压缩、保密 信道编码、译码器信道编码、译码器：差错控制，提高系统可靠性：差错控制，提高系统可靠性 数字调制、解调器数字调制、解调器：信息传输。适合信道的频带信号：信息传输。适合信道的频带信号信信源源信信源源编编码码信信道道编编码码数数字字调调制制信信源源译译码码
9、信信道道译译码码数数字字解解制制收收信信者者信道信道噪声源噪声源第第1 1章章 绪论绪论通信原理19 电路交换网：用呼叫等信令将用户间的电路接通进电路交换网：用呼叫等信令将用户间的电路接通进行通信。模拟采用空分交换，数字采用程控交换。行通信。模拟采用空分交换，数字采用程控交换。信息交换网：采用信息交换网：采用存储转发方式存储转发方式以信息包进行交换。以信息包进行交换。适用于实时性要求不高的突发型信息。适用于实时性要求不高的突发型信息。交换设备交换设备第第1 1章章 绪论绪论通信原理201.4 主要性能指标（补充）主要性能指标（补充）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
10、性能指标是 系统的系统的有效性有效性和和可靠性可靠性。第第1 1章章 绪论绪论通信原理21 1.信息定义信息定义：消息中包含的有意义的内容。消息中包含的有意义的内容。2.2.信息量的计算信息量的计算)(log)(1logxPxPIaa信息量的单位取决于对数底数信息量的单位取决于对数底数a的取值：的取值：a=2 a=2 单位为比特（单位为比特（bitbit，简写为，简写为b b）a=a=e e 单位为奈特（单位为奈特（natnat，简写为，简写为n n）a a =10 =10 单位为哈特莱。单位为哈特莱。第第1 1章章 绪论绪论通信原理223.信息熵信息熵：用来测量系统的信息传输能力：用来测量系
11、统的信息传输能力设各符号出现的概率为：设各符号出现的概率为：且且 则平均信息量（熵）为：则平均信息量（熵）为：)(,),(),(,21,2,1nnxPxPxPxxxniixP11)(121221()log()()log()()log()nnniiiH IPxPxPxPxPxPxbit 符 号第第1 1章章 绪论绪论通信原理23 独立等概时，离散信源达到最大熵独立等概时，离散信源达到最大熵等概离散消息等概离散消息(M个个)结论结论例例 某离散信源由某离散信源由0 0，1 1，2 2，3 3四种符号组成，其概率场为：四种符号组成，其概率场为：求消息求消息201 020 130 213 001 20
12、3 210 100 321 010 023 102 201 020 130 213 001 203 210 100 321 010 023 102 002 010 312 032 100 120 210002 010 312 032 100 120 210的信息量和平均信息量。的信息量和平均信息量。解：解：此消息总长此消息总长5757个字符，其中个字符，其中0 0出现出现2323次，次，1 1出现出现1414次，次，2 2出现出现1313次，次，3 3出现出现7 7次。则可求得此消息的信息量为在：次。则可求得此消息的信息量为在：8/1,4/1,4/1,8/3,3,2,1,04iii 12222
13、In logp(x)311123log14log13log7log108.55(bit)8448 22222331111115 3Hloglogloglog-log 3(bit/)884444882 8 符号第第1 1章章 绪论绪论通信原理251.4.2 模拟通信系统的性能指标模拟通信系统的性能指标有效性有效性(速度指标速度指标)：单位时间内传输的信息量：单位时间内传输的信息量 可靠性可靠性(质量指标质量指标)：接收信号与发送信号的均方误差：接收信号与发送信号的均方误差 第第1 1章章 绪论绪论通信原理26第第1 1章章 绪论绪论通信原理271.有效性指标有效性指标又称传码率或符号速率或波特率
14、）又称传码率或符号速率或波特率）定义：定义：单位时间内传输码元的数目；单位时间内传输码元的数目；单位：单位：波特（波特（Baud），），用符号用符号“B”表示；表示；符号：符号：，Tb为码元宽度。为码元宽度。bBTR1第第1 1章章 绪论绪论通信原理28 定义：定义：单位时间内传输的信息量；单位时间内传输的信息量；单位：单位：比特比特/秒秒(bit/s)，简记为简记为b/s或或bps；符号：符号：,它它与与N有关有关。bR第第1 1章章 绪论绪论通信原理29 l N N进制数等概传输时，熵有最大值进制数等概传输时，熵有最大值loglog2 2N N，信息速率也达到最大信息速率也达到最大 bRB
15、RRb=RBNH(b/s)第第1 1章章 绪论绪论通信原理302.可靠性的指标：可靠性的指标：码元差错率（码元差错率（误码率误码率）发生差错的码元数在传输总码元数中所占发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，也就是说的比例，也就是说，误码率就是码元在传，误码率就是码元在传输系统中被传错的概率。输系统中被传错的概率。系系统统传传输输的的总总码码元元数数接接收收的的错错误误码码元元数数 eP第第1 1章章 绪论绪论通信原理31 信息差错率（信息差错率（误信率误信率）发生差错的信息量在信息传输总量中所发生差错的信息量在信息传输总量中所占的比例，或者说，它是码元的信息量在占的比例，或者说，它是码元
16、的信息量在传输系统中被丢失的概率传输系统中被丢失的概率。ebP=系统传输中出错的比特数系统传输的总比特数第第1 1章章 绪论绪论通信原理32 作业：作业：一个离散信号每毫秒发出一个离散信号每毫秒发出4种符号中的种符号中的一个，各相互独立符号出现的概率分别一个，各相互独立符号出现的概率分别为为0.4，0.3，0.2，0.1。求该信号源的平。求该信号源的平均信息量和信息速率。均信息量和信息速率。一个二进制数字信号码元时间长度为一个二进制数字信号码元时间长度为0.1s，在传输过程中平均每隔，在传输过程中平均每隔2.5s产生产生一个错码，求其平均误码率。一个错码，求其平均误码率。第第1 1章章 绪论绪
17、论通信原理33本章小结本章小结 衡量一个通信系统好坏的主要指标是有效性和衡量一个通信系统好坏的主要指标是有效性和可靠性。信源编译码的目的是提高系统的有效可靠性。信源编译码的目的是提高系统的有效性；信道编译码的目标是提高系统的可靠性。性；信道编译码的目标是提高系统的可靠性。模拟通信系统的有效性和可靠性可用系统频带模拟通信系统的有效性和可靠性可用系统频带利用率和输出信噪比（或均方误差）来衡量。利用率和输出信噪比（或均方误差）来衡量。数字通信系统的可靠性和有效性用误码率和传数字通信系统的可靠性和有效性用误码率和传输速率来衡量输速率来衡量。信息传输数率和码元传输速率的定义及换算信息传输数率和码元传输速率的定义及换算 Rb=RBNH(b/s)第第1 1章章 绪论绪论通信原理
