通信系統(tǒng)原理北京交通高校電子信息工程學(xué)院通信工程教研室郭宇春鄭宏云12022/12/272課程描述（1）通信工程專業(yè)本科生的重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程和必修課程深化、系統(tǒng)地闡述了通信系統(tǒng)的基本原理，包括模擬通信和數(shù)字通信，其中以數(shù)字通信為主目的使學(xué)生系統(tǒng)地駕馭通信系統(tǒng)的基本原理及其性能的基本分析方法了解當(dāng)前通信狀況及發(fā)展方向?yàn)閷W(xué)生學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程供應(yīng)必要的基礎(chǔ)學(xué)問和理論依據(jù)為形成良好的專業(yè)素養(yǎng)打好基礎(chǔ)2022/12/273課程描述（2）課程特點(diǎn)和學(xué)習(xí)建議理論性較強(qiáng)系統(tǒng)概念,物理思想,系統(tǒng)分析方法（基于“信號(hào)分析”和“隨機(jī)過程”）學(xué)問點(diǎn)多縱向：模塊——各章內(nèi)學(xué)問點(diǎn)獨(dú)立橫向：關(guān)聯(lián)——各章模塊間的聯(lián)系承上啟下的專業(yè)基礎(chǔ)課，有確定的學(xué)問面且和計(jì)算機(jī)緊密聯(lián)系在一起。須要進(jìn)行確定的試驗(yàn)和參觀實(shí)踐，以了解通信技術(shù)和通信系統(tǒng)適當(dāng)多做習(xí)題，加深對(duì)基本概念的理解留意課堂聽講、細(xì)致筆記、課后剛好消化、獨(dú)立完成作業(yè)、擴(kuò)展學(xué)問面、培育專業(yè)愛好2022/12/274課程描述（3）先修課程：信號(hào)與系統(tǒng),概率論教學(xué)內(nèi)容及形式：1-9章課堂教學(xué)、課后習(xí)題、理論研討、仿真分析探討、指導(dǎo)自學(xué)（自學(xué)內(nèi)容并非不重要內(nèi)容，而是熬煉自學(xué)實(shí)力的內(nèi)容）2022/12/275課程描述（4）教材《通信系統(tǒng)原理（第2版）》，馮玉珉，清華、北方交通高校出版社，2011年參考書：《現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理》王秉鈞，天津高校出版社《現(xiàn)代通信系統(tǒng)原理》宋祖順，電子工業(yè)出版社《通信原理》樊昌信，國防工業(yè)出版社《通信系統(tǒng)原理學(xué)習(xí)指南》，馮玉珉等，清華、北方交通高校出版社考核方式：平常成果：作業(yè)、隨堂測(cè)試、研討報(bào)告、考勤30%期末成果：閉卷考試70%聯(lián)系方式地點(diǎn)：九教南306時(shí)間：每周二,五14:30~17:30Email:hyzheng@

2022/12/277Chap1緒論1.1信息的概念信息與信號(hào)信息量1.2通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)分類通信方式分類1.3通信系統(tǒng)性能指標(biāo)1.4信道與干擾信道通信頻段劃分（自學(xué)）干擾信道容量1.5通信技術(shù)發(fā)展簡介（自學(xué)）通信和通信系統(tǒng)通信（communication）：信息或其表示方式的時(shí)空轉(zhuǎn)移Tele-communication通信、電信電通信：利用電（電流或電波，包括光的特征值）來傳遞信息通信系統(tǒng)（communicationsystem)：完成傳遞信息任務(wù)所須要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒介所構(gòu)成的總體1.1信息的概念信息與信號(hào)信息量2022/12/27通信系統(tǒng)原理10消息與信號(hào)消息message：人或事物狀況的報(bào)告信號(hào)signal：消息的載體（攜帶者）電/光信號(hào)、模擬/數(shù)字信號(hào)模擬(數(shù)字)信號(hào)：凡信號(hào)參量是連續(xù)的或取無限多個(gè)值（只能取有限個(gè)值），且與消息對(duì)應(yīng)的信號(hào)。2022/12/2711信息information定義通俗信息論:不確定性的消息與消息的區(qū)分消息本身是不行測(cè)度的信息更抽象，用來測(cè)度消息的不確定性任何消息包含確定的信息量（最少為零，最大為無窮）信息量（1）信息量對(duì)信息大小的度量定義式I(A)=-log2P(A)P(A):事務(wù)A或者信源符號(hào)A發(fā)生的概率算算最小和最大信息量？單位比特（bit)，哈特（Hat,以10為底)，奈特（net,以e為底）例1-1（教材P3）解：8bit碼字共有256個(gè)，任一碼字發(fā)生概率P1=1/2564bit碼字共有16個(gè)，任一碼字發(fā)生概率P2=1/16（1）預(yù)警發(fā)生的概率=2*1/256*(1/16)=2-11信息量=-log2P1(A)=11bit（每個(gè)預(yù)警事務(wù)）(2)告警發(fā)生的概率=1/256*(1/16)=2-12信息量=-log2P2(A)=12bit信息量是事務(wù)發(fā)生概率的函數(shù),I=P(A)P(A)越小，I越大；反之，I越小P(A)=1，I=0;P(A)=0,I=若干個(gè)相互獨(dú)立事務(wù)構(gòu)成的消息，所含信息量等于各獨(dú)立事務(wù)信息量之和，即信息量具有可加性，I=i(Ii)例1-2某離散信源由0,1,2,3四種符號(hào)組成，出現(xiàn)的概率分別為3/8,1/4,1/4和1/8。求消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量解：共57個(gè)符號(hào)，其中0出現(xiàn)23次，1出現(xiàn)14次，2出現(xiàn)13次，3出現(xiàn)7次。此消息的信息量I=i(Ii)=-23log2(3/8)-14log2(1/4)-13log2(1/4)-7log2(1/8)=108.55bit信息量（2）平均信息量——熵（entropy）含義:每個(gè)符號(hào)所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值定義式離散信源是由n個(gè)符號(hào)組成的符號(hào)集，每個(gè)符號(hào)xi(i=1,2,…,n)出現(xiàn)的概率為P(xi)，則每個(gè)符號(hào)的平均信息量H(A)=-i=1…,nP(xi)log2P(xi)單位bit/符號(hào)例1-3求例1-2中消息的平均信息量。比較：例1-2中算出的消息信息量與用該平均信息量算出的消息信息量留意：信源熵什么時(shí)候取得最大值？P(xi)相等時(shí)，P(xi)=1/mH=-i=1…,nP(xi)log2P(xi)=-i1/m*log21/m=log2m

1.2通信系統(tǒng)概述通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)分類通信方式分類2022/12/27182022/12/2719通信系統(tǒng)模型一般模型信宿接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備信源消息原始電信號(hào)消息原始電信號(hào)（sec.1.4，chap.2）圖2022/12/2720聲音的波形——幅度隨時(shí)間的變更干凈語音信號(hào)時(shí)間波形（英文發(fā)音）2022/12/2721干凈語音信號(hào)頻譜圖實(shí)際應(yīng)用中，語音信號(hào)的帶寬：300-3400Hz2022/12/2723通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型信宿解調(diào)器噪聲源信道調(diào)制器信源基帶信號(hào)頻帶信號(hào)基帶信號(hào)頻帶信號(hào)chap.3模擬調(diào)制系統(tǒng)2022/12/2724通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型信宿信源編碼信源模擬信號(hào)信道編碼數(shù)字頻帶信號(hào)數(shù)字調(diào)制噪聲源信道復(fù)用加密信源譯碼信道譯碼數(shù)字解調(diào)解復(fù)用解密數(shù)字基帶信號(hào)Chap4.信源編碼Chap5.數(shù)字信號(hào)基帶傳輸Chap6.數(shù)字信號(hào)頻帶傳輸Chap7.數(shù)字信號(hào)最佳接收Chap8.信道編碼通信方式分類單工通信發(fā)送站接收站信息流向例如：廣播電視傳送系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)、尋呼系統(tǒng)。發(fā)送接收例如：對(duì)講機(jī)、計(jì)算機(jī)與終端間的通信。接收發(fā)送信息流向信息流向例如：電話信息流向發(fā)送接收接收發(fā)送半雙工通信全雙工通信1.3通信系統(tǒng)質(zhì)量指標(biāo)有效性牢靠性指標(biāo)及其含義2022/12/2726有效性在給定的信道內(nèi)能夠容納多少信息量指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)：有效傳輸帶寬Bc,Bs數(shù)字通信系統(tǒng)：信道通過的信息傳輸速率，傳信率或比特率Rbbit/秒,bps

傳碼率：單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)姆?hào)（碼元）數(shù)，RB

波特

Rb=RB

log2MM=2k2022/12/2727牢靠性在給定的信道內(nèi)接收到信息的牢靠程度模擬通信系統(tǒng)：輸出信噪比通信系統(tǒng)輸出信號(hào)平均功率與噪聲平均功率之比So/No數(shù)學(xué)通信系統(tǒng)：誤碼率，接收到信息發(fā)生錯(cuò)誤的比例Pe2022/12/2728模擬系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)有效性Bc,Bs

Rb,RB可靠性So/NoPe例1-4 已知二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)在2分鐘內(nèi)共傳遞了72000個(gè)碼元 (1)求其碼元速率和信息速率各為多少？ (2)假如碼元寬度不變（即碼元速率不變）,但改為八進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，信息速率又是多少？例1-5

一個(gè)由字母A,B,C,D組成的字，對(duì)于傳輸?shù)拿恳粋€(gè)字母用二進(jìn)制脈沖編碼，00代表A，01代表B，10代表C，11代表D,每個(gè)脈沖寬度為5ms。 （1）若不同的字母是等可能出現(xiàn)的，平均信息速率是多少？ （2）若每個(gè)字母出現(xiàn)的可能性分別為PA=1/5,PB=1/4,PC=1/4,PD=3/10,平均信息速率是多少？例1-6

已知某八進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)的信息速率為12000b/s，在收端半小時(shí)內(nèi)共測(cè)得216個(gè)錯(cuò)誤碼元，試求系統(tǒng)的誤碼率2022/12/27321.4信道與干擾信道定義：用來連接發(fā)信與收信設(shè)備的物理媒體分類：狹義信道：傳輸媒體或傳輸媒介廣義信道：除了傳輸媒介以外，還包括有關(guān)的轉(zhuǎn)換設(shè)備，如發(fā)送設(shè)備、接送設(shè)備、調(diào)制器、解調(diào)器等。這種范圍擴(kuò)大的信道稱為廣義信道。自學(xué)：主要的有線介質(zhì)和無線介質(zhì)的主要種類、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、傳輸特點(diǎn)和主要應(yīng)用2022/12/2733廣義信道分類調(diào)制信道：從探討調(diào)制與解調(diào)的角度定義，范圍編碼信道：從探討編碼和解碼的角度定義，范圍信宿解調(diào)器狹義信道編碼器調(diào)制器發(fā)轉(zhuǎn)換器收轉(zhuǎn)換器解碼器信源調(diào)制信道編碼信道2022/12/27通信系統(tǒng)原理34廣義信道模型調(diào)制信道編碼信道線性時(shí)變網(wǎng)絡(luò)ei(t)eo(t)2022/12/2735干擾干擾加性干擾chap2乘性干擾恒參信道隨參信道輸入信號(hào)輸出信號(hào)乘性干擾加性干擾恒參信道（1）幅頻和相頻特性不隨時(shí)間t變更恒參信道（2）引入均衡技術(shù)幅度均衡相位均衡把恒參信道改造成為幅度平坦、相位線性的信道隨參信道信號(hào)的衰耗隨時(shí)間變更信號(hào)的傳播時(shí)延隨時(shí)間變更存在多徑傳播（圖1-4）慢衰落快衰落選擇性衰落（圖1-5）干擾InterferenceInterferencerepresentsman-madesignals.Telephonelinesaresubjecttopower-lineinterference(intheUnitedStatesadistorted60

Hzsinusoid).Cellulartelephonechannelsaresubjecttoadjacent-cellphoneconversationsusingthesamesignalfrequency.Theproblemwithsuchinterferenceisthatitoccupiesthesamefrequencybandasthedesiredcommunicationsignal,andhasasimilarstructureBecauseinterferencehasman-madestructure,wecanwriteanexplicitexpressionforitthatmaycontainsomeunknownaspects(howlargeitis,forexample).噪聲NoiseNoisesignalshavelittlestructureandarisefrombothhumanandnaturalsources.Satellitechannelsaresubjecttodeepspacenoisearisingfromelectromagneticradiationpervasiveinthegalaxy.Thermalnoiseplaguesallelectroniccircuitsthatcontainresistors.Thus,inreceivingsmallamplitudesignals,receiveramplifierswillmostcertainlyaddnoiseastheyboostthesignal'samplitude.Allchannelsaresubjecttonoise,andweneedawayofdescribingsuchsignalsdespitethefactwecan'twriteaformulaforthenoisesignallikewecanforinterference.（chap2）2022/12/2741香農(nóng)(Shannon)信道容量公式信道容量：信道最大無差錯(cuò)傳輸速率連續(xù)信道的信道容量（加性高斯白噪聲）給定信道，實(shí)際速