1、第一章 緒論,本章主要內(nèi)容： 1、通信系統(tǒng)的基本概念、組成、分類 2、信息的度量 3、評價通信系統(tǒng)性能的指標 4、通信的發(fā)展趨勢,當今信息科學(xué)技術(shù)已成為21世紀世界經(jīng)濟發(fā)展的強大推動力,信息作為一種資源,只有通過廣泛的傳播與交流,才能產(chǎn)生利用價值，而信息的傳播與交流要依靠各種通信方式與技術(shù)來實現(xiàn)。,第一節(jié) 通信系統(tǒng)的組成,一、概念： 1、通信： 是指信息的傳輸。 2、信息： 是事物運動的狀態(tài)和規(guī)律，可以用語言、文字、數(shù)據(jù)等不同形式來表達，可以脫離原來的事物而被攝取、傳輸、處理和利用。 3、消息： 是信息的具體表現(xiàn)形式（如語言、文字、數(shù)據(jù)等）。,4、信號： 是消息的傳輸形式（聲、光、電等）。 區(qū)

2、分： 信息與消息可以一對多，或多對一； 信號與消息是一對一的。,二、通信系統(tǒng)的一般模型,通信系統(tǒng)的目的就是將信息從一個地方傳送到另一個地方。 通信系統(tǒng)： 就是指實現(xiàn)信息傳輸所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和。,通信系統(tǒng)的一般模型：,信息源(簡稱信源）：是消息的發(fā)源地，其作用是將各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號，根據(jù)消息的種類的不同，可分為模擬信源和數(shù)字信源。,發(fā)送設(shè)備的功能是將信源產(chǎn)生的電信號變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘枴?傳輸信號的物理媒介,從受到干擾的接收信號中正確恢復(fù)出原始信號,簡稱信宿，是傳送消息的目的地。,三、模擬通信模型和數(shù)字通信模型,連續(xù)消息：消息的狀態(tài)連續(xù)變化或不可數(shù)，如語音 消息 離

3、散消息：消息的狀態(tài)是離散的或可數(shù)的，如符號 如通過電信號實現(xiàn) 模擬信號：信號參量的取值是連續(xù)的或取無窮多個值， 電信號 不一定在時間上連續(xù)。 數(shù)字信號：信號參量只能取有限個值，也不一定在時間 上離散。 按信道中傳輸?shù)男盘栴愋?模擬通信系統(tǒng) 通信系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng),1、模擬通信系統(tǒng)模型,模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)。 一般來說信源發(fā)出的原始電信號是基帶信號，也就是指頻譜從零頻附近開始。由于其頻譜低，所以不適合直接傳輸，需要進行變換。其中用的最多的就是調(diào)制器和解調(diào)器。 調(diào)制器和解調(diào)器的作用：將信源發(fā)出的低頻率的原始信號進行變換使其適合在信道中傳輸，并在接收端進行反變換。 注：在模

4、擬通信系統(tǒng)模型中還有濾波、放大等變換過程，但調(diào)制/解調(diào)起決定作用。,2、數(shù)字通信系統(tǒng)模型：,數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)。 數(shù)字通信涉及的主要技術(shù)問題有： 1）信源編碼/譯碼：為了提高通信的有效性減少碼元的數(shù)目，同時將模擬信號變換成數(shù)字信號。 2）信道編碼/譯碼：為了提高通信的可靠性，減少差錯，對傳輸?shù)拇a元按一定的規(guī)則加入監(jiān)督碼元。 3）加密與解密：為了保證所傳信息的安全，人為地加入干擾序列。 4）數(shù)字調(diào)制與解調(diào)：形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號。 5）同步：為了保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序、準確、可靠地工作。,3、判斷,按照信道中傳輸?shù)男盘柗N類來判斷。 也就是說模擬信號也可在數(shù)字通信

5、系統(tǒng)中傳輸，數(shù)字信號也可在模擬通信系統(tǒng)中傳輸。,4、數(shù)字通信的主要特點： A、抗干能力強，且噪聲不積累 B、可進行差錯控制 C、可進行加密 D、易于與各種數(shù)字終端接口進行各種處理 E、易于集成化 5、主要缺點： A、占用頻帶寬： 模擬：無線廣播9KHZ，電視8MHZ 數(shù)字：數(shù)字話音64KHZ，數(shù)字電視106MHZ B、設(shè)備復(fù)雜,第二節(jié) 通信系統(tǒng)分類與通信方式,一、分類： 1、按通信業(yè)務(wù)分：話務(wù)通信與非話務(wù)通信 2、按調(diào)制方式分：基帶傳輸與頻帶傳輸 3、按信號特征分：模擬通信與數(shù)字通信 4、按傳輸媒質(zhì)分：有線和無線 5、按工作波段分：長波、短波、遠紅外線等 6、按信號復(fù)用方式分：頻分復(fù)用、時分復(fù)

6、用和碼分復(fù)用 二、通信方式： 1、按消息傳遞的方向與時間關(guān)系分：單工、半雙工、全雙工 2、按數(shù)字排列順序分：并行、串行,第三節(jié) 信息及其度量,信號是消息的載體，信息是消息的內(nèi)涵。以接收者來說，只有消息中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息。消息越不可知，其信息量越多。 根據(jù)概率論知識，事件的不確定性可用事件出現(xiàn)的概率來描述，可能性越小，概率越小，消息中包含的信息量越大。,假設(shè)p(x)是一個消息發(fā)生的概率，I是從該消息獲悉的信息量； 1、信息量是概率的函數(shù)，即I=fp(x) 2、 p(x)越小，I越大；反之，I越小。且當p(x)趨向于1時，I趨向于0；當 p(x)趨向于0時，I趨向于1。 3、信息量是線性可加

7、的。 由上述三個定義可推導(dǎo)出I與p(x)關(guān)系為：,當a=2時，信息量的單位為比特（bit） 當a=e時，信息量的單位為奈特（nit） 當a=10時，信息量的單位為哈特（Hat）,舉例：,例1：以等概發(fā)送數(shù)字信號0和1，則信源的每個輸出的信息量為多少？ 例2：10個漢字的電報，假定常用漢字共有1萬個，每個漢字都等概出現(xiàn)，則10個漢字所傳送的信息量為多少？,三、信源的熵,信源是消息的集合，設(shè)信源為X=x1,x2,xm，其中每個符號出現(xiàn)的概率為 p(xi),且 ， 信源的熵：平均信息量，是各消息所含信息量的以概率為權(quán)的統(tǒng)計平均值。 舉例1：袋中有4個球，一黑，一白，二紅，任取一球，猜其顏色的困難程度

8、？ 例題：書10頁。,H(x)=,四、最大熵定理,消息個數(shù)一定的信源，各消息等概出現(xiàn)時，具有最大的熵Hm(x)，即 。 證明： 五、連續(xù)信號： 一個頻帶受限的連續(xù)信號，可以用每秒一定數(shù)目的抽樣代替，而每個抽樣值可用若干個二進制脈沖序列來表示，所以以上信息量的定義和計算同樣適用于連續(xù)信號。 連續(xù)消息的相對熵：,第四節(jié) 主要性能指標：,評價一個通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標是： 1、有效性：在指定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少。 2、可靠性：接收信息的準確程度。 二者相互矛盾又相對統(tǒng)一，通常互為代價。,1、模擬通信系統(tǒng)中： 有效性用有效傳輸頻帶來度量； 可靠性用接收端最終輸出信噪比來度量。 2、數(shù)字通信

9、系統(tǒng)中： 有效性用傳輸速率來度量； 可靠性用差錯率來度量。,1、傳輸速率：,A、碼元傳輸速率RB：即傳碼率，表示單位時間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位為波特。 B、信息傳輸速率Rb：即傳信率，表示單位時間內(nèi)傳遞的平均信息量，單位為bit/秒。 Rb= RBH(x)-無擾信道 C、頻帶利用率：= Rb/B D、信道容量：信道傳輸速率的最大值。 2、差錯率： A、誤碼率（pe）：發(fā)生差錯的碼元數(shù)在傳輸總碼元中所占的比例。 B、誤信率（pb）：發(fā)生差錯的比特數(shù)在傳輸總比特數(shù)中所占的比例。 在二進制中， pe= pb。 思考：在有擾信道中如何來求各種指標？,第五節(jié) 通信發(fā)展趨勢,一、衛(wèi)星通信系統(tǒng)：將通信衛(wèi)星作為空中中繼站，它由通信衛(wèi)星、地球站、上行線路和下行線路組成。根據(jù)與地面之間的位置分靜止通信衛(wèi)星（即同步通信衛(wèi)星，在赤道平面上空35780千米）和移動通信衛(wèi)星。 特點：通信距離遠，覆蓋廣，容量大，可靠性高。 發(fā)展：更高頻段、更大容量、激光通信 二、光纖通信系統(tǒng)：以光纖為傳輸媒質(zhì)，以光波為載波的通信方式。 特點：容量大，頻帶寬，損耗小，抗電磁干擾能力強等。 發(fā)展：密集波分復(fù)用技術(shù)。,三、數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng),它由控制交換中心、若干基地臺、諸多移動終端組成。 發(fā)展歷史： 第一代：模擬無線網(wǎng)絡(luò) 第二代（現(xiàn)狀）：GSM系統(tǒng)（歐洲標準），采用窄帶時分多址和窄帶碼