通信原理第1章緒論1通信原理第1章緒論第2章確知信號(hào)第3章隨機(jī)信號(hào)第4章信道第5章模擬調(diào)制系統(tǒng)第6章數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)第7章數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)第8章新型數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)第9章模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸?shù)?0章數(shù)字信號(hào)的最佳接收第11章差錯(cuò)控制編碼第12章正交編碼與偽隨機(jī)序列第13章同步原理2第1章緒論1.1通信的基本概念1.2通信系統(tǒng)的組成1.3通信系統(tǒng)分類與通信方式1.4信息及其度量1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)3第1章緒論1.1通信的基本概念通信的目的：傳遞消息中所包含的信息。消息：是物質(zhì)或精神狀態(tài)的一種反映，例如語音、文字、音樂、數(shù)據(jù)、圖片或活動(dòng)圖像等。信息：是消息中包含的有效內(nèi)容。實(shí)現(xiàn)通信的方式和手段：非電的：如旌旗、消息樹、烽火臺(tái)…電的：如電報(bào)、電話、廣播、電視、遙控、遙測(cè)、因特網(wǎng)和計(jì)算機(jī)通信等。4第1章緒論電信發(fā)明史1837年：莫爾斯發(fā)明有線電報(bào)1876年：貝爾發(fā)明有線電話1918年：調(diào)幅無線電廣播、超外差接收機(jī)問世1936年：商業(yè)電視廣播開播 ……………后面講述中，“通信”這一術(shù)語是指“電通信”，包括光通信，因?yàn)楣庖彩且环N電磁波。在電通信系統(tǒng)中，消息的傳遞是通過電信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的。5第1章緒論1.2通信系統(tǒng)的組成1.2.1通信系統(tǒng)的一般模型信息源（簡(jiǎn)稱信源）：把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，如麥克風(fēng)。信源可分為模擬信源和數(shù)字信源。發(fā)送設(shè)備：產(chǎn)生適合于在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。信道：將來自發(fā)送設(shè)備的信號(hào)傳送到接收端的物理媒質(zhì)。分為有線信道和無線信道兩大類。噪聲源：集中表示分布于通信系統(tǒng)中各處的噪聲。6第1章緒論接收設(shè)備：從受到減損的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出原始電信號(hào)。受信者（信宿）：把原始電信號(hào)還原成相應(yīng)的消息，如揚(yáng)聲器等。7第1章緒論1.2.2模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)：代表消息的信號(hào)參量取值連續(xù)，例如麥克風(fēng)輸出電壓：(a)話音信號(hào)(b)抽樣信號(hào)圖1-2模擬信號(hào)8第1章緒論數(shù)字信號(hào)：代表消息的信號(hào)參量取值為有限個(gè)，例如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入輸出信號(hào)：通常，按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。(a)二進(jìn)制信號(hào)(b)2PSK信號(hào)圖1-3數(shù)字信號(hào)9第1章緒論模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號(hào)來傳遞信息的通信系統(tǒng)：兩種變換： 模擬消息原始電信號(hào)（基帶信號(hào)） 基帶信號(hào)已調(diào)信號(hào)（帶通信號(hào)）

調(diào)制的功用●提高頻率，便于輻射；(25km)●頻率分配；●實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用；●改善系統(tǒng)性能。圖1-4模擬通信系統(tǒng)模型10第1章緒論數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來傳遞信息的通信系統(tǒng)信源編碼與譯碼目的：提高信息傳輸?shù)挠行酝瓿赡?數(shù)轉(zhuǎn)換信道編碼與譯碼目的：增強(qiáng)抗干擾能力加密與解密目的：保證所傳信息的安全數(shù)字調(diào)制與解調(diào)目的：形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?hào)同步目的：使收發(fā)兩端的信號(hào)在時(shí)間上保持步調(diào)一致圖1-5數(shù)字通信系統(tǒng)模型11第1章緒論1.2.3數(shù)字通信的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)，且噪聲不積累傳輸差錯(cuò)可控便于處理、變換、存儲(chǔ)便于將來自不同信源的信號(hào)綜合到一起傳輸易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕易于加密處理，且保密性好缺點(diǎn)：需要較大的傳輸帶寬對(duì)同步要求高12第1章緒論1.3通信系統(tǒng)分類與通信方式1.3.1通信系統(tǒng)的分類按通信業(yè)務(wù)分類：電報(bào)通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)……按調(diào)制方式分類：基帶傳輸系統(tǒng)和帶通（調(diào)制）傳輸系統(tǒng)調(diào)制傳輸系統(tǒng)又分為多種調(diào)制，詳見書中表1-1。按信號(hào)特征分類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)按傳輸媒介分類：有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)按工作波段分類：長(zhǎng)波通信、中波通信、短波通信……按信號(hào)復(fù)用方式分類：頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用13第1章緒論1.3.2通信方式單工、半雙工和全雙工通信單工通信：消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞桨腚p工通信：通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)收 發(fā)的工作方式全雙工通信：通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式14第1章緒論并行傳輸和串行傳輸并行傳輸：將代表信息的數(shù)字信號(hào)碼元序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸 優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省傳輸時(shí)間，速度快：不需要字符同步措施 缺點(diǎn)：需要n條通信線路，成本高15第1章緒論串行傳輸：將數(shù)字信號(hào)碼元序列以串行方式一個(gè)碼元接一個(gè)碼元地在一條信道上傳輸 優(yōu)點(diǎn)：只需一條通信信道，節(jié)省線路鋪設(shè)費(fèi)用 缺點(diǎn)：速度慢，需要外加碼組或字符同步措施其他分類方式：同步通信和異步通信專線通信和網(wǎng)通信16第1章緒論

1.4信息及其度量信息：是消息中包含的有效內(nèi)容如何度量離散消息中所含的信息量?度量信息量的原則能度量任何消息，并與消息的種類無關(guān)。度量方法應(yīng)該與消息的重要程度無關(guān)。消息中所含信息量和消息內(nèi)容的不確定性有關(guān) 【例】“某客機(jī)墜毀”這條消息比“今天下雨”這條消息包含有更多的信息。 上例表明：消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。

17第1章緒論度量信息量的方法事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來描述： 消息出現(xiàn)的概率越小，則消息中包含的信息量就越大。設(shè)：P(x)——消息發(fā)生的概率， I——消息中所含的信息量，則P(x)和I之間應(yīng)該有如下關(guān)系：I是P(x)的函數(shù)：I＝I[P(x)]P(x)，——I；P(x)

，——I；

P(x)=1時(shí)，I＝0；P(x)=0時(shí)，I＝；

滿足上述3條件的關(guān)系式如下： ——信息量的定義18第1章緒論上式中對(duì)數(shù)的底： 若a=2，信息量的單位稱為比特(bit)，可簡(jiǎn)記為b

若a=e，信息量的單位稱為奈特(nat)， 若a=10，信息量的單位稱為哈特萊(Hartley)。通常廣泛使用的單位為比特，這時(shí)有 (b)【例】設(shè)一個(gè)二進(jìn)制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字“0”或“1”，則信源每個(gè)輸出的信息含量為在工程應(yīng)用中，習(xí)慣把一個(gè)二進(jìn)制碼元稱作1比特19第1章緒論若有M個(gè)等概率波形（P=1/M），且每一個(gè)波形的出現(xiàn)是獨(dú)立的，則傳送M進(jìn)制波形之一的信息量為若M是2的整冪次，即M=2k，則有 當(dāng)M=4時(shí)，即4進(jìn)制波形，I=2比特， 當(dāng)M=8時(shí)，即8進(jìn)制波形，I=3比特。20第1章緒論對(duì)于非等概率情況 設(shè)：一個(gè)離散信源是由M個(gè)符號(hào)組成的集合，其中每個(gè)符號(hào)xi(i=1,2,3,…,M)按一定的概率P(xi)獨(dú)立出現(xiàn)，即 且有 則x1,x2,

x3,…,

xM所包含的信息量分別為 于是，每個(gè)符號(hào)所含平均信息量為 由于H(x)同熱力學(xué)中的熵形式相似，故稱它為信息源的熵

21第1章緒論【例1】一離散信源由“0”，“1”，“2”，“3”四個(gè)符號(hào)組成，它們出現(xiàn)的概率分別為3/8，1/4，1/4，1/8，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求某消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。【解】此消息中，“0”出現(xiàn)23次，“1”出現(xiàn)14次，“2”出現(xiàn)13次，“3”出現(xiàn)7次，共有57個(gè)符號(hào)，故該消息的信息量

每個(gè)符號(hào)的算術(shù)平均信息量為

22第1章緒論若用熵的概念來計(jì)算：則該消息的信息量

以上兩種結(jié)果略有差別的原因在于，它們平均處理方法不同。前一種按算術(shù)平均的方法，結(jié)果可能存在誤差。這種誤差將隨著消息序列中符號(hào)數(shù)的增加而減小。 當(dāng)消息序列較長(zhǎng)時(shí)，用熵的概念計(jì)算更為方便。23第1章緒論連續(xù)消息的信息量關(guān)于連續(xù)消息的信息量可以用概率密度函數(shù)來描述?？梢宰C明，連續(xù)消息的平均信息量為式中，f(x)——連續(xù)消息出現(xiàn)的概率密度。24第1章緒論通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)（1）有效性：通信系統(tǒng)傳輸消息的“速率”問題，即快慢問題。（2）可靠性：通信系統(tǒng)傳輸消息的“質(zhì)量”問題，即好壞問題。（3）適應(yīng)性：通信系統(tǒng)對(duì)環(huán)境條件的適應(yīng)性。（4）經(jīng)濟(jì)性：系統(tǒng)的成本問題。（5）保密性：系統(tǒng)對(duì)所傳信號(hào)的加密措施。對(duì)軍用系統(tǒng)尤為重要。（6）標(biāo)準(zhǔn)性：系統(tǒng)的接口、各種結(jié)構(gòu)及協(xié)議是否合乎國家、國際標(biāo)準(zhǔn)。（7）維修性：系統(tǒng)是否維修方便。（8）工藝性：通信系統(tǒng)各種工藝要求。通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞信息，從研究消息傳輸?shù)慕嵌葋碚f，有效性和可靠性是評(píng)價(jià)通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標(biāo)。25第1章緒論1.5通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)：有效性和可靠性有效性：指?jìng)鬏斠欢ㄐ畔⒘繒r(shí)所占用的信道資源（頻帶寬度和時(shí)間間隔），或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}?？煽啃裕褐附邮招畔⒌臏?zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。模擬通信系統(tǒng)：有效性：可用有效傳輸頻帶來度量?？煽啃裕嚎捎媒邮斩俗罱K輸出信噪比來度量。26第1章緒論數(shù)字通信系統(tǒng)有效性：用傳輸速率和頻帶利用率來衡量。碼元傳輸速率RB：定義為單位時(shí)間（每秒）傳送碼元的數(shù)目，單位為波特（Baud），簡(jiǎn)記為B。 式中T——碼元的持續(xù)時(shí)間（秒）信息傳輸速率Rb：定義為單位時(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特?cái)?shù)，單位為比特/秒，簡(jiǎn)記為b/s

，或bps27第1章緒論碼元速率和信息速率的關(guān)系 或 對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)：M=2，碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等。 對(duì)于多進(jìn)制，例如在八進(jìn)制（M=8）中，若碼元速率為1200B，，則信息速率為3600b/s。28第1章緒論頻帶利用率：定義為單位帶寬（1赫茲）內(nèi)的傳輸速率，即 或可靠性：常用誤碼率和誤信(息)率表示。誤碼率誤信率，又稱誤比特率 在二進(jìn)制中有29第1章緒論1.6小結(jié)30第1章緒論本章作業(yè)習(xí)題1，3，4，6，10交作業(yè)時(shí)間：下周一31第1章緒論學(xué)習(xí)目標(biāo)常用通信術(shù)語；模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的區(qū)別；基帶信號(hào)與已調(diào)信號(hào)的區(qū)別；通信系統(tǒng)的組成、分類和通信方式；數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)；離散信源的信息量、平均信息量（熵）的計(jì)算；碼元速率、信息速率和頻帶利用率的定義、計(jì)算及其關(guān)系；誤碼率和誤信率的定義和關(guān)系。32第1章緒論（重點(diǎn)、考點(diǎn)）1.概念信號(hào)區(qū)別、通信系統(tǒng)的組成和分類、數(shù)字通信的特點(diǎn)、通信方式、主要性能指標(biāo)等考試的可能形式：填空、簡(jiǎn)答題、畫圖題2.計(jì)算信息量、平均信息量（信源的熵）、總信息量計(jì)算；信息速率、碼元速率、頻帶利用率、誤碼率、誤信率的計(jì)算。33第1章緒論《學(xué)習(xí)輔導(dǎo)》p9例題1-4.設(shè)A系統(tǒng)以2000b/s的比特率傳輸2PSK調(diào)制信號(hào)的帶寬為2000Hz，B系統(tǒng)以2000b/s的比特率傳輸4PSK調(diào)制信號(hào)的帶寬為1000Hz。試問：哪個(gè)系統(tǒng)更有效