課程名稱——通信系統(tǒng)原理

CommunicationSystemsConcepts課程名稱——通信系統(tǒng)原理

CommunicationSy1開場白一、本課的重要性：1、入專業(yè)之門。2、墊專業(yè)之底。3、領(lǐng)專業(yè)之路。通信系統(tǒng)原理是一門介紹信息傳輸基本原理（理論和技術(shù)）的課程。它的研究對象是通信系統(tǒng)。開場白一、本課的重要性：通信系統(tǒng)原理是一門介紹信息傳2

二、目的要求：三、學(xué)習(xí)要領(lǐng)：1、明白原理。1、求真知。2、學(xué)會計(jì)算。2、常復(fù)習(xí)。3、聯(lián)系實(shí)際。3、重自學(xué)。通信網(wǎng)中涉及傳輸（Transmission）、復(fù)用（Multiplexing）、交換（Switching）、網(wǎng)絡(luò)（Network）四大技術(shù)，通信系統(tǒng)原理重點(diǎn)介紹傳輸和復(fù)用。二、目的要求：三、學(xué)習(xí)3教材及參考書教材——《通信原理教程》達(dá)新宇等北京郵電大學(xué)出版社參考書《通信原理（第5版）》樊昌信等國防工業(yè)出版社《通信原理》馬海武等北京郵電大學(xué)出版社《現(xiàn)代通信原理》曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社《通信系統(tǒng)（第四版）》英文版〔加〕SimonHaykin電子工業(yè)出版社《DigitalandAnalogCommunicationSystems》（第五版）LeonW.CouchII清華大學(xué)出版社（影印版)《通信原理－學(xué)習(xí)與考研指導(dǎo)》沙濟(jì)彰等科學(xué)出版社《通信原理考研指導(dǎo)》信息通信專業(yè)考研指導(dǎo)叢書郝建軍、尹長川北京郵電大學(xué)出版社《通信原理習(xí)題集》楊鴻文、桑林北京郵電大學(xué)出版社教材及參考書教材——《通信原理教程》達(dá)新宇等北京郵電大學(xué)出4第1章緒論

本章教學(xué)要求：1、掌握信息量和通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)的計(jì)算；掌握恒參信道和隨參信道特性及對信號傳輸?shù)挠绊憽?、熟悉通信基本概念（通信、消息、信號、信息等）3、理解信道的定義和模型。4、了解通信系統(tǒng)模型、分類和通信方式。第1章緒論

本章教學(xué)要求：1、掌握信息量和通信系統(tǒng)5主要外語詞匯通信（Communication）電信（Telecommunication）消息(Message)信號(Signal)信息（Information）模擬通信（AnalogCommunication）數(shù)字通信（DigitalCommunication）信息量（AmountofInformation）信道（Channels）信道容量（ChannelCapacity）信噪比（Signal-to-noiseratio，簡寫SNR）噪聲（Noise）信息熵（InformationEntropy）主要外語詞匯通信（Communication）電信（Tel6作業(yè)P213，4，7，8，18，19作業(yè)P213，4，7，8，18，197本章主要內(nèi)容1.1通信的基本概念1.2通信系統(tǒng)的組成1.3通信發(fā)展概況1.4信息及其量度1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.6信道

1.6.1信道的分類和有關(guān)概念

1.6.2恒參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊?/p>

1.6.3隨參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懕菊轮饕獌?nèi)容1.1通信的基本概念8§1.1通信的基本概念一、通信的定義

通信（communication）————指從一個地方向另一個地方進(jìn)行消息的有效傳遞與交換。電信（Telecommunication）————利用電子等技術(shù)手段，借助電信號（含光信號）實(shí)現(xiàn)從一地向另一地進(jìn)行消息的有效傳遞與交換?！?.1通信的基本概念一、通信的定義通信（comm9二、現(xiàn)代通信的業(yè)務(wù)內(nèi)容1、電報(bào)4、廣播2、電話5、電視3、傳真6、因特網(wǎng)未來的個人通信——任何人（Whoever）在任何時候（Whenever）和任何地方（Wherever）與另一人（Whomever）以任何方式（Whatever）進(jìn)行信息的實(shí)地實(shí)時全天候的交互。二、現(xiàn)代通信的業(yè)務(wù)內(nèi)容1、電報(bào)10三、消息、信號和信息1、消息（message）——有待傳輸?shù)姆?、文字、?shù)據(jù)和語聲等。2、信號（signal）——與消息相對應(yīng)的電或光的波形，是消息的物質(zhì)載體。3、信息（information）——消息中包含的有意義（有用）的內(nèi)容。不同形式的消息可包含相同信息。三、消息、信號和信息1、消息（message）——有待傳輸?shù)?1四、通信系統(tǒng)的分類1、

按信號形式分：模擬通信和數(shù)字通信

2、

按傳輸媒介分：有線通信和無線通信

3、按通信業(yè)務(wù)分：電報(bào)、電話、傳真、數(shù)據(jù)傳輸、可視電話、無線尋呼等

4、按調(diào)制方式分：基帶傳輸和頻帶傳輸

5、按復(fù)用方式分：頻分復(fù)用、時分復(fù)用、碼分復(fù)用6、按工作頻段分：長波通信、中波通信、短波通信和微波通信7、按收信者是否運(yùn)動分：移動通信和固定通信四、通信系統(tǒng)的分類12五、通信方式1.按消息傳送的方向與時間分圖1-1按消息傳送的方向和時間劃分的通信方式(a)單工方式；(b)半雙工方式；(c)全雙工方式五、通信方式1.按消息傳送的方向與時間分圖1-1按132.按數(shù)字信號排序分圖1-2按數(shù)字信號排序劃分的通信方式(a)串行傳輸方式；(b)并行傳輸方式2.按數(shù)字信號排序分圖1-2按數(shù)字信號排序劃分的通信143.按通信網(wǎng)絡(luò)形式分圖1-3按網(wǎng)絡(luò)形式劃分的通信方式(a)兩點(diǎn)間直通方式；(b)廣播方式；(c)交換方式

3.按通信網(wǎng)絡(luò)形式分圖1-3按網(wǎng)絡(luò)形式劃分的通信方式15§

1.2通信系統(tǒng)的組成

一、通信系統(tǒng)模型：圖1-4通信系統(tǒng)的模型

§1.2通信系統(tǒng)的組成

一、通信系統(tǒng)模型：圖1-16數(shù)字信號與模擬信號模擬信號：代表消息的參量是連續(xù)的或在某一范圍內(nèi)可以取無窮多個值，時間上不一定連續(xù)；數(shù)字信號：代表消息的參量是離散或可數(shù)的，時間上不一定離散；數(shù)字信號與模擬信號模擬信號：代表消息的參量是連續(xù)的或在某一范17模擬信號波形數(shù)字信號波形(a)連續(xù)信號(a)二進(jìn)制波形(b)抽樣信號(b)2PSK波形模擬信號波形18二、模擬通信系統(tǒng)（第3章）

（AnalogCommunication）

信源調(diào)制信道解調(diào)信宿噪聲源圖1-5模擬通信系統(tǒng)的模型

二、模擬通信系統(tǒng)（第3章）

（AnalogCommuni19三、數(shù)字通信系統(tǒng)（DigitalCommunication）

1、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)（第4章）信源編碼信道解碼信宿噪聲源圖1-6數(shù)字基帶通信系統(tǒng)的模型

三、數(shù)字通信系統(tǒng)（DigitalCommunication202、數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)（第5章）圖1-7數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的模型

2、數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)（第5章）圖1-7數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的21四、數(shù)字通信系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)與模擬通信比較，數(shù)字通信主要有以下五大好處：

1、

通信質(zhì)量好，噪聲不累積。

2、可以通過編碼進(jìn)行差錯控制，改善傳輸質(zhì)量。

3、可利用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)處理數(shù)字信息。4、可加密，保安全。5、可實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)，使通信功能增強(qiáng)。

四、數(shù)字通信系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)與模擬通信比較，數(shù)字通信主要有以下五大好22圖1-8兩類通信方式抗干擾性能比較(a)模擬信號；(b)數(shù)字信號

圖1-8兩類通信方式抗干擾性能比較(a)23模擬信號數(shù)字化通信系統(tǒng)（第6章）模擬信源A/D數(shù)字通信系統(tǒng)D/A模擬信宿A/D轉(zhuǎn)換（Analog—digitalconversion）：模擬——數(shù)字轉(zhuǎn)換。D/A轉(zhuǎn)換（Digital—analogconversion）：數(shù)字——模擬轉(zhuǎn)換。圖1-9模擬信號數(shù)字化通信系統(tǒng)的模型

模擬信號數(shù)字化通信系統(tǒng)（第6章）模擬信源A/D數(shù)字通信系統(tǒng)24§1.3通信技術(shù)發(fā)展概況一、通信發(fā)展簡史

§1.3通信技術(shù)發(fā)展概況一、通信發(fā)展簡史25表1-1通信重大事件表表1-1通信重大事件表26二、通信技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（第11章）1.光纖通信光纖通信具有容量大、成本低等優(yōu)點(diǎn)，且不怕電磁干擾，與同軸電纜相比可以大量節(jié)約有色金屬和能源。因此，自1977年世界上第一個光纖通信系統(tǒng)在芝加哥投入運(yùn)行以來，光纖通信發(fā)展極為迅速，新器件、新工藝、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，性能日臻完善。由于長波長激光器和單模光纖的出現(xiàn)，使每芯光纖通話路數(shù)可高達(dá)百萬路，中繼距離將達(dá)到100km，市話中繼光纖成本也連續(xù)大幅度下降。我國近幾年來光纖通信已得到了快速發(fā)展，目前光纜長度累計(jì)近幾十萬km。我國已不再敷設(shè)同軸電纜，新的工程將全部采用光纖通信新技術(shù)。二、通信技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（第11章）272.衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信的特點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn)，覆蓋面積廣，不受地理?xiàng)l件限制，可以大容量傳輸，建設(shè)周期短，可靠性高等。自1960年第一顆衛(wèi)星發(fā)射成功以來，衛(wèi)星通信發(fā)展特別迅猛。目前，衛(wèi)星通信的使用范圍已遍及全球，僅國際衛(wèi)星通信組織就擁有數(shù)十萬條話路。衛(wèi)星通信的廣泛應(yīng)用，使國際間重大活動能及時得以實(shí)況轉(zhuǎn)播，它使全世界人與人之間的“距離”縮短。2.衛(wèi)星通信283.移動通信

移動通信是現(xiàn)代通信中發(fā)展最為迅速的一種通信手段，它是隨著汽車、飛機(jī)、輪船、火車等交通工具的發(fā)展而同步發(fā)展起來的。近10年來，在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的推動下，移動通信從過去簡單的無線對講或廣播方式發(fā)展成為一個把有線、無線融為一體，固定、移動相互連通的全國規(guī)模，甚至全球范圍的通信系統(tǒng)。移動通信的發(fā)展方向是數(shù)字化、微型化和標(biāo)準(zhǔn)化。20世紀(jì)90年代是蜂窩電話迅速普及的年代。但目前世界上存在多種不同的技術(shù)體制，互不兼容，因此標(biāo)準(zhǔn)化成為當(dāng)務(wù)之急。數(shù)字化的關(guān)鍵是調(diào)制、糾錯編碼和話音編碼方式的確定。微型化的目標(biāo)是研制重量非常輕的個人攜帶的手機(jī)。

3.移動通信294.微波中繼通信

微波中繼通信始于20世紀(jì)60年代，它較一般電纜通信具有易架設(shè)，建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)。它是目前通信的主要手段之一，主要用來傳輸長途電話和電視節(jié)目，其調(diào)制主要采用SSB/FM/FDM等方式。微波中繼通信的主要發(fā)展方向是數(shù)字微波，同時要不斷增加系統(tǒng)容量，增加容量的途徑是向多電平調(diào)制技術(shù)發(fā)展。目前采用的調(diào)制方式有16QAM和64QAM，并已出現(xiàn)256QAM、1024QAM等超多電平調(diào)制的方式。采用多電平調(diào)制，在40MHz的標(biāo)準(zhǔn)頻道間隔內(nèi)，可傳送1920至7680路PCM數(shù)字電話。

4.微波中繼通信30§1.4信息及其量度

我們定義能夠衡量信息多少的物理量叫做信息量，通常用I表示。

這說明信息有量值可言，并且信息所包含的事件越不可發(fā)生，人們就越感興趣，信息量就越大。顯然，信息量與事件發(fā)生的概率有關(guān)，事件出現(xiàn)的概率越小，信息量就越大；必然事件的概率為1，則它傳遞的信息量就為0?！?.4信息及其量度我們定義能夠衡量信息多少的物理量31一、信息量的定義：1、信息是消息（信號）的不確定性的度量。有不確定性，才有“惑”要解。確定事物不含信息。通信是消除不確定性的過程?？捎猛ㄐ潘牟淮_定性的多少來定義所傳輸信息的多少。2、不確定性來自客觀事物本身的隨機(jī)性，可以用概率統(tǒng)計(jì)來定量描述之。3、概率為1的事件，不存在不確定性；概率越小，不確定性越大。用不確定性的大小表達(dá)信息，應(yīng)與概率的倒數(shù)有關(guān)。I∝1/P一、信息量的定義：1、信息是消息（信號）的不確定性的度量。32

4、若干獨(dú)立事件的總信息量應(yīng)等于各事件信息量的總和；而獨(dú)立事件聯(lián)合概率是各事件概率的乘積。為此定義：I＝log（1/P）＝－logP則有：當(dāng)P＝P1P2……Pn時，I=I1+I2+……+In5、對數(shù)以2為底時，信息量的單位叫“比特”。（bit）對數(shù)以e為底時，信息量的單位叫“奈特”。（nit）對數(shù)以10為底時，信息量的單位叫“哈特萊”。（hartley）通常廣泛使用的單位為比特。4、若干獨(dú)立事件的總信息量應(yīng)等于各事件信息量的總和；而獨(dú)立33二、信息熵（平均信息量）所謂平均信息量是指每個符號所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值。1．離散信源的熵已知信源發(fā)出M個不同消息（符號）的概率分別為Pi，（i＝1、2、3……M）

則發(fā)不同消息（符號）時各信息量不同：（i＝1、2、3……M）平均而言，發(fā)出一個符號的信息量為

：二、信息熵（平均信息量）所謂平均信息量是指每個符號所含信息342．離散信源的最大熵H0=Hmax=log2M

發(fā)生在

P1=P2=……=PM=1/M

的等概情況下。

二元等概信源

H0=log22=1

，每位碼元所含信息量為1比特。3．連續(xù)信源的熵（相對熵）

式中f(x)為連續(xù)消息x出現(xiàn)的概率密度函數(shù)。2．離散信源的最大熵35例1設(shè)由5個符號組成的信息源，相應(yīng)概率為

例1設(shè)由5個符號組成的信息源，相應(yīng)概率為

36§1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)一、一般通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)：1、有效性5、保密性2、可靠性6、標(biāo)準(zhǔn)性3、適應(yīng)性7、維修性4、經(jīng)濟(jì)性8、工藝性§1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)一、一般通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)37

通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞信息。因此，評價(jià)一個通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標(biāo)是系統(tǒng)的有效性和可靠性。有效性是指在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}；可靠性

是指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。這兩個問題相互矛盾而又相對統(tǒng)一，通常還可以進(jìn)行互換。通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞信息。因此，評價(jià)38二、模擬通信系統(tǒng)的有效性和可靠性指標(biāo)：有效性可用帶寬（信號所占用的頻率范圍的寬度）來度量?？煽啃杂媒邮斩俗罱K輸出信噪比來度量。S為信號功率，N為噪聲功率。

二、模擬通信系統(tǒng)的有效性和可靠性指標(biāo)：有效性可用帶寬（信號所39三、數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性和可靠性指標(biāo)：

1、有效性數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用傳輸速率來衡量。（1）碼元傳輸速率RB

——簡稱傳碼率，又稱符號速率等。它表示單位時間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位是波特（Baud），記為

B。例如，若1秒內(nèi)傳2400個碼元，則傳碼率為2400B。數(shù)字信號有多進(jìn)制和二進(jìn)制之分，但碼元速率與進(jìn)制數(shù)無關(guān)，只與傳輸?shù)拇a元長度T有關(guān):三、數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性和可靠性指標(biāo)：

1、有效性數(shù)字通信40通常在給出碼元速率時，有必要說明碼元的進(jìn)制。在保證信息速率不變的情況下，M進(jìn)制的碼元速率RBM與二進(jìn)制的碼元速率RB2之間有以下轉(zhuǎn)換關(guān)系：

RB2=RBMlog2M(B)

M=2k(k=1,2,3……)注：log2＝lb（2）信息傳輸速率Rb——簡稱傳信率，又稱比特率等。它表示單位時間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特?cái)?shù)，單位是比特/秒，可記為bit/s

，或

b/s

，或bps。通常在給出碼元速率時，有必要說明碼元的進(jìn)制。（41（3）碼元速率RB和信息速率Rb的關(guān)系

Rb=RB·H(b/s)

式中，H為信源中每個符號所含的平均信息量（熵）。

等概傳輸時，熵有最大值H=log2M，信息速率也達(dá)到最大，即Rb=RBlog2M(b/s)式中，M為符號的進(jìn)制數(shù)。例如碼元速率為1200B，采用八進(jìn)制（M=8）時，最大信息速率為3600b/s；采用二進(jìn)制（M=2）時，最大信息速率為1200b/s?？梢?，二進(jìn)制的碼元速率和最大信息速率在數(shù)量上相等，有時簡稱它們?yōu)閿?shù)碼率。（3）碼元速率RB和信息速率Rb的關(guān)系例如碼元速率為120042頻帶利用率：比較不同通信系統(tǒng)的有效性時，單看它們的傳輸速率是不夠的，還應(yīng)看在這樣的傳輸速率下所占用信道的頻帶寬度。所以，真正衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸效率的應(yīng)當(dāng)是單位頻帶內(nèi)的碼元或信息傳輸速率，即B/Hzb/s/Hz

頻帶利用率：B/Hzb/s/Hz43例1已知二進(jìn)制數(shù)字信號在2mins內(nèi)共傳送了72000個碼元。問其碼元速率和信息速率各為多少?如果碼元寬度不變(即碼元速率不變)，但改為八進(jìn)制數(shù)字信號，則其碼元速率為多少?信息速率又為多少?例1已知二進(jìn)制數(shù)字信號在2mins內(nèi)共傳送了72000個碼元44

解:(1)在2×60s內(nèi)傳送了72000個碼元RB2=72000/(2×60)=600(B)Rb2=RB2=600(b/s)(2)若改為8進(jìn)制碼元寬度不變(即碼元速率不變)則RB8=72000/(2×60)=600(B)Rb8=RB8·log28=1800(b/s)解:(1)在2×60s內(nèi)傳送了720045

2、可靠性衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)是差錯率，常用誤碼率和誤信率表示。誤碼率（碼元差錯率）Pe是指發(fā)生差錯的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，更確切地說，誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，即誤信率（信息差錯率）Peb是指發(fā)生差錯的比特?cái)?shù)在傳輸總比特?cái)?shù)中所占的比例，即2、可靠性衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)是差錯率，常用誤46例2已知某8進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)的信息速率為12000b/s，在收端半小時內(nèi)共測得出現(xiàn)了216個錯誤碼元，試求系統(tǒng)的誤碼率。Rb=RBlog2M(b/s)例2已知某8進(jìn)制數(shù)字通信系統(tǒng)的信息速率為12000b/s，47解：

解：48謝謝你的閱讀知識就是財(cái)富豐富你的人生謝謝你的閱讀知識就是財(cái)富49課程名稱——通信系統(tǒng)原理

CommunicationSystemsConcepts課程名稱——通信系統(tǒng)原理

CommunicationSy50開場白一、本課的重要性：1、入專業(yè)之門。2、墊專業(yè)之底。3、領(lǐng)專業(yè)之路。通信系統(tǒng)原理是一門介紹信息傳輸基本原理（理論和技術(shù)）的課程。它的研究對象是通信系統(tǒng)。開場白一、本課的重要性：通信系統(tǒng)原理是一門介紹信息傳51

二、目的要求：三、學(xué)習(xí)要領(lǐng)：1、明白原理。1、求真知。2、學(xué)會計(jì)算。2、常復(fù)習(xí)。3、聯(lián)系實(shí)際。3、重自學(xué)。通信網(wǎng)中涉及傳輸（Transmission）、復(fù)用（Multiplexing）、交換（Switching）、網(wǎng)絡(luò)（Network）四大技術(shù)，通信系統(tǒng)原理重點(diǎn)介紹傳輸和復(fù)用。二、目的要求：三、學(xué)習(xí)52教材及參考書教材——《通信原理教程》達(dá)新宇等北京郵電大學(xué)出版社參考書《通信原理（第5版）》樊昌信等國防工業(yè)出版社《通信原理》馬海武等北京郵電大學(xué)出版社《現(xiàn)代通信原理》曹志剛、錢亞生清華大學(xué)出版社《通信系統(tǒng)（第四版）》英文版〔加〕SimonHaykin電子工業(yè)出版社《DigitalandAnalogCommunicationSystems》（第五版）LeonW.CouchII清華大學(xué)出版社（影印版)《通信原理－學(xué)習(xí)與考研指導(dǎo)》沙濟(jì)彰等科學(xué)出版社《通信原理考研指導(dǎo)》信息通信專業(yè)考研指導(dǎo)叢書郝建軍、尹長川北京郵電大學(xué)出版社《通信原理習(xí)題集》楊鴻文、桑林北京郵電大學(xué)出版社教材及參考書教材——《通信原理教程》達(dá)新宇等北京郵電大學(xué)出53第1章緒論

本章教學(xué)要求：1、掌握信息量和通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)的計(jì)算；掌握恒參信道和隨參信道特性及對信號傳輸?shù)挠绊憽?、熟悉通信基本概念（通信、消息、信號、信息等）3、理解信道的定義和模型。4、了解通信系統(tǒng)模型、分類和通信方式。第1章緒論

本章教學(xué)要求：1、掌握信息量和通信系統(tǒng)54主要外語詞匯通信（Communication）電信（Telecommunication）消息(Message)信號(Signal)信息（Information）模擬通信（AnalogCommunication）數(shù)字通信（DigitalCommunication）信息量（AmountofInformation）信道（Channels）信道容量（ChannelCapacity）信噪比（Signal-to-noiseratio，簡寫SNR）噪聲（Noise）信息熵（InformationEntropy）主要外語詞匯通信（Communication）電信（Tel55作業(yè)P213，4，7，8，18，19作業(yè)P213，4，7，8，18，1956本章主要內(nèi)容1.1通信的基本概念1.2通信系統(tǒng)的組成1.3通信發(fā)展概況1.4信息及其量度1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.6信道

1.6.1信道的分類和有關(guān)概念

1.6.2恒參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊?/p>

1.6.3隨參信道特性及其對信號傳輸?shù)挠绊懕菊轮饕獌?nèi)容1.1通信的基本概念57§1.1通信的基本概念一、通信的定義

通信（communication）————指從一個地方向另一個地方進(jìn)行消息的有效傳遞與交換。電信（Telecommunication）————利用電子等技術(shù)手段，借助電信號（含光信號）實(shí)現(xiàn)從一地向另一地進(jìn)行消息的有效傳遞與交換?！?.1通信的基本概念一、通信的定義通信（comm58二、現(xiàn)代通信的業(yè)務(wù)內(nèi)容1、電報(bào)4、廣播2、電話5、電視3、傳真6、因特網(wǎng)未來的個人通信——任何人（Whoever）在任何時候（Whenever）和任何地方（Wherever）與另一人（Whomever）以任何方式（Whatever）進(jìn)行信息的實(shí)地實(shí)時全天候的交互。二、現(xiàn)代通信的業(yè)務(wù)內(nèi)容1、電報(bào)59三、消息、信號和信息1、消息（message）——有待傳輸?shù)姆枴⑽淖?、?shù)據(jù)和語聲等。2、信號（signal）——與消息相對應(yīng)的電或光的波形，是消息的物質(zhì)載體。3、信息（information）——消息中包含的有意義（有用）的內(nèi)容。不同形式的消息可包含相同信息。三、消息、信號和信息1、消息（message）——有待傳輸?shù)?0四、通信系統(tǒng)的分類1、

按信號形式分：模擬通信和數(shù)字通信

2、

按傳輸媒介分：有線通信和無線通信

3、按通信業(yè)務(wù)分：電報(bào)、電話、傳真、數(shù)據(jù)傳輸、可視電話、無線尋呼等

4、按調(diào)制方式分：基帶傳輸和頻帶傳輸

5、按復(fù)用方式分：頻分復(fù)用、時分復(fù)用、碼分復(fù)用6、按工作頻段分：長波通信、中波通信、短波通信和微波通信7、按收信者是否運(yùn)動分：移動通信和固定通信四、通信系統(tǒng)的分類61五、通信方式1.按消息傳送的方向與時間分圖1-1按消息傳送的方向和時間劃分的通信方式(a)單工方式；(b)半雙工方式；(c)全雙工方式五、通信方式1.按消息傳送的方向與時間分圖1-1按622.按數(shù)字信號排序分圖1-2按數(shù)字信號排序劃分的通信方式(a)串行傳輸方式；(b)并行傳輸方式2.按數(shù)字信號排序分圖1-2按數(shù)字信號排序劃分的通信633.按通信網(wǎng)絡(luò)形式分圖1-3按網(wǎng)絡(luò)形式劃分的通信方式(a)兩點(diǎn)間直通方式；(b)廣播方式；(c)交換方式

3.按通信網(wǎng)絡(luò)形式分圖1-3按網(wǎng)絡(luò)形式劃分的通信方式64§

1.2通信系統(tǒng)的組成

一、通信系統(tǒng)模型：圖1-4通信系統(tǒng)的模型

§1.2通信系統(tǒng)的組成

一、通信系統(tǒng)模型：圖1-65數(shù)字信號與模擬信號模擬信號：代表消息的參量是連續(xù)的或在某一范圍內(nèi)可以取無窮多個值，時間上不一定連續(xù)；數(shù)字信號：代表消息的參量是離散或可數(shù)的，時間上不一定離散；數(shù)字信號與模擬信號模擬信號：代表消息的參量是連續(xù)的或在某一范66模擬信號波形數(shù)字信號波形(a)連續(xù)信號(a)二進(jìn)制波形(b)抽樣信號(b)2PSK波形模擬信號波形67二、模擬通信系統(tǒng)（第3章）

（AnalogCommunication）

信源調(diào)制信道解調(diào)信宿噪聲源圖1-5模擬通信系統(tǒng)的模型

二、模擬通信系統(tǒng)（第3章）

（AnalogCommuni68三、數(shù)字通信系統(tǒng)（DigitalCommunication）

1、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)（第4章）信源編碼信道解碼信宿噪聲源圖1-6數(shù)字基帶通信系統(tǒng)的模型

三、數(shù)字通信系統(tǒng)（DigitalCommunication692、數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)（第5章）圖1-7數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的模型

2、數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)（第5章）圖1-7數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的70四、數(shù)字通信系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)與模擬通信比較，數(shù)字通信主要有以下五大好處：

1、

通信質(zhì)量好，噪聲不累積。

2、可以通過編碼進(jìn)行差錯控制，改善傳輸質(zhì)量。

3、可利用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)處理數(shù)字信息。4、可加密，保安全。5、可實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)，使通信功能增強(qiáng)。

四、數(shù)字通信系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)與模擬通信比較，數(shù)字通信主要有以下五大好71圖1-8兩類通信方式抗干擾性能比較(a)模擬信號；(b)數(shù)字信號

圖1-8兩類通信方式抗干擾性能比較(a)72模擬信號數(shù)字化通信系統(tǒng)（第6章）模擬信源A/D數(shù)字通信系統(tǒng)D/A模擬信宿A/D轉(zhuǎn)換（Analog—digitalconversion）：模擬——數(shù)字轉(zhuǎn)換。D/A轉(zhuǎn)換（Digital—analogconversion）：數(shù)字——模擬轉(zhuǎn)換。圖1-9模擬信號數(shù)字化通信系統(tǒng)的模型

模擬信號數(shù)字化通信系統(tǒng)（第6章）模擬信源A/D數(shù)字通信系統(tǒng)73§1.3通信技術(shù)發(fā)展概況一、通信發(fā)展簡史

§1.3通信技術(shù)發(fā)展概況一、通信發(fā)展簡史74表1-1通信重大事件表表1-1通信重大事件表75二、通信技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（第11章）1.光纖通信光纖通信具有容量大、成本低等優(yōu)點(diǎn)，且不怕電磁干擾，與同軸電纜相比可以大量節(jié)約有色金屬和能源。因此，自1977年世界上第一個光纖通信系統(tǒng)在芝加哥投入運(yùn)行以來，光纖通信發(fā)展極為迅速，新器件、新工藝、新技術(shù)不斷涌現(xiàn)，性能日臻完善。由于長波長激光器和單模光纖的出現(xiàn)，使每芯光纖通話路數(shù)可高達(dá)百萬路，中繼距離將達(dá)到100km，市話中繼光纖成本也連續(xù)大幅度下降。我國近幾年來光纖通信已得到了快速發(fā)展，目前光纜長度累計(jì)近幾十萬km。我國已不再敷設(shè)同軸電纜，新的工程將全部采用光纖通信新技術(shù)。二、通信技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（第11章）762.衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信的特點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn)，覆蓋面積廣，不受地理?xiàng)l件限制，可以大容量傳輸，建設(shè)周期短，可靠性高等。自1960年第一顆衛(wèi)星發(fā)射成功以來，衛(wèi)星通信發(fā)展特別迅猛。目前，衛(wèi)星通信的使用范圍已遍及全球，僅國際衛(wèi)星通信組織就擁有數(shù)十萬條話路。衛(wèi)星通信的廣泛應(yīng)用，使國際間重大活動能及時得以實(shí)況轉(zhuǎn)播，它使全世界人與人之間的“距離”縮短。2.衛(wèi)星通信773.移動通信

移動通信是現(xiàn)代通信中發(fā)展最為迅速的一種通信手段，它是隨著汽車、飛機(jī)、輪船、火車等交通工具的發(fā)展而同步發(fā)展起來的。近10年來，在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的推動下，移動通信從過去簡單的無線對講或廣播方式發(fā)展成為一個把有線、無線融為一體，固定、移動相互連通的全國規(guī)模，甚至全球范圍的通信系統(tǒng)。移動通信的發(fā)展方向是數(shù)字化、微型化和標(biāo)準(zhǔn)化。20世紀(jì)90年代是蜂窩電話迅速普及的年代。但目前世界上存在多種不同的技術(shù)體制，互不兼容，因此標(biāo)準(zhǔn)化成為當(dāng)務(wù)之急。數(shù)字化的關(guān)鍵是調(diào)制、糾錯編碼和話音編碼方式的確定。微型化的目標(biāo)是研制重量非常輕的個人攜帶的手機(jī)。

3.移動通信784.微波中繼通信

微波中繼通信始于20世紀(jì)60年代，它較一般電纜通信具有易架設(shè)，建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)。它是目前通信的主要手段之一，主要用來傳輸長途電話和電視節(jié)目，其調(diào)制主要采用SSB/FM/FDM等方式。微波中繼通信的主要發(fā)展方向是數(shù)字微波，同時要不斷增加系統(tǒng)容量，增加容量的途徑是向多電平調(diào)制技術(shù)發(fā)展。目前采用的調(diào)制方式有16QAM和64QAM，并已出現(xiàn)256QAM、1024QAM等超多電平調(diào)制的方式。采用多電平調(diào)制，在40MHz的標(biāo)準(zhǔn)頻道間隔內(nèi)，可傳送1920至7680路PCM數(shù)字電話。

4.微波中繼通信79§1.4信息及其量度

我們定義能夠衡量信息多少的物理量叫做信息量，通常用I表示。

這說明信息有量值可言，并且信息所包含的事件越不可發(fā)生，人們就越感興趣，信息量就越大。顯然，信息量與事件發(fā)生的概率有關(guān)，事件出現(xiàn)的概率越小，信息量就越大；必然事件的概率為1，則它傳遞的信息量就為0?！?.4信息及其量度我們定義能夠衡量信息多少的物理量80一、信息量的定義：1、信息是消息（信號）的不確定性的度量。有不確定性，才有“惑”要解。確定事物不含信息。通信是消除不確定性的過程?？捎猛ㄐ潘牟淮_定性的多少來定義所傳輸信息的多少。2、不確定性來自客觀事物本身的隨機(jī)性，可以用概率統(tǒng)計(jì)來定量描述之。3、概率為1的事件，不存在不確定性；概率越小，不確定性越大。用不確定性的大小表達(dá)信息，應(yīng)與概率的倒數(shù)有關(guān)。I∝1/P一、信息量的定義：1、信息是消息（信號）的不確定性的度量。81

4、若干獨(dú)立事件的總信息量應(yīng)等于各事件信息量的總和；而獨(dú)立事件聯(lián)合概率是各事件概率的乘積。為此定義：I＝log（1/P）＝－logP則有：當(dāng)P＝P1P2……Pn時，I=I1+I2+……+In5、對數(shù)以2為底時，信息量的單位叫“比特”。（bit）對數(shù)以e為底時，信息量的單位叫“奈特”。（nit）對數(shù)以10為底時，信息量的單位叫“哈特萊”。（hartley）通常廣泛使用的單位為比特。4、若干獨(dú)立事件的總信息量應(yīng)等于各事件信息量的總和；而獨(dú)立82二、信息熵（平均信息量）所謂平均信息量是指每個符號所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值。1．離散信源的熵已知信源發(fā)出M個不同消息（符號）的概率分別為Pi，（i＝1、2、3……M）

則發(fā)不同消息（符號）時各信息量不同：（i＝1、2、3……M）平均而言，發(fā)出一個符號的信息量為

：二、信息熵（平均信息量）所謂平均信息量是指每個符號所含信息832．離散信源的最大熵H0=Hmax=log2M

發(fā)生在

P1=P2=……=PM=1/M

的等概情況下。

二元等概信源

H0=log22=1

，每位碼元所含信息量為1比特。3．連續(xù)信源的熵（相對熵）

式中f(x)為連續(xù)消息x出現(xiàn)的概率密度函數(shù)。2．離散信源的最大熵84例1設(shè)由5個符號組成的信息源，相應(yīng)概率為

例1設(shè)由5個符號組成的信息源，相應(yīng)概率為

85§1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)一、一般通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)：1、有效性5、保密性2、可靠性6、標(biāo)準(zhǔn)性3、適應(yīng)性7、維修性4、經(jīng)濟(jì)性8、工藝性§1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)一、一般通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)86

通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞信息。因此，評價(jià)一個通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標(biāo)是系統(tǒng)的有效性和可靠性。有效性是指在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}；可靠性

是指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。這兩個問題相互矛盾而又相對統(tǒng)一，通常還可以進(jìn)行互換。通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞信息。因此，評價(jià)87二、模擬通信系統(tǒng)的有效性和可靠性指標(biāo)：有效性可用帶寬（信號所占用的頻率范圍的寬度）來度量?？煽啃杂媒邮斩俗罱K輸出信噪比來度量。S為信號功率，N為噪聲功率。

二、模