1、2020/7/29，通信原理，1，第1章引言，2020/7/29，通信原理，2，本章大綱，1.1通信系統(tǒng)的構(gòu)成，1.2通信系統(tǒng)的分類和通信方式，1.3信息及其測(cè)量，1.4本章的主要性能指標(biāo)，學(xué)習(xí)目的，掌握通信系統(tǒng)的構(gòu)成模型，分類，通信方式，概念和內(nèi)容，2020/7/29，通信原理，3，2020/7/29，通信原理，4，通信的構(gòu)成電氣通信的例子：古代通信國(guó)王篝火戲劇王子；馬拉松的奇跡；現(xiàn)代通信的業(yè)務(wù)內(nèi)容：電報(bào)、電話、傳真、廣播、電視和互聯(lián)網(wǎng)。通信系統(tǒng)的組成、消息信息的物理表達(dá)；離散信息連續(xù)信息信息的內(nèi)涵；主要是指收信人原本不知道但想知道的事物的信號(hào)信息在物理層上的延伸；信息的電學(xué)表示，或與信息一

2、一對(duì)應(yīng)的電量或光量。2020/7/29，通信原理，5，2020/7/29，通信原理，6，通信系統(tǒng)的組成，1.1.2通信系統(tǒng)的組成實(shí)現(xiàn)消息傳輸所需的所有技術(shù)設(shè)備和信道的總和稱為通信系統(tǒng)。(1)通信系統(tǒng)的模型、各處噪聲的總和、信號(hào)源和信息源可以分為兩類：連續(xù)消息是指消息的狀態(tài)連續(xù)變化或不可數(shù)。離散消息的狀態(tài)，如聲音和運(yùn)動(dòng)圖像，是可計(jì)數(shù)的或離散的。如符號(hào)、數(shù)據(jù)等。2020/7/29，通信原理，7，信號(hào)源，根據(jù)信號(hào)參數(shù)取值的不同方式，信號(hào)可分為兩類：模擬信號(hào)，其中信號(hào)參數(shù)的值是連續(xù)的或取無(wú)限多的值，并且直接對(duì)應(yīng)于消息；數(shù)字信號(hào)，其中信號(hào)參數(shù)只能取有限的值，并且通常不直接對(duì)應(yīng)于消息。2020/7/29，

3、通信原理，8，信號(hào)源，2020/7/29，通信原理，9，信號(hào)源，2020/7/29，通信原理，10，調(diào)制和解調(diào)，名詞解釋基帶信號(hào)的頻譜從接近零的頻率開(kāi)始。例如，語(yǔ)音信號(hào)為3003400赫茲，圖像信號(hào)為06兆赫的調(diào)制信號(hào)，也稱為帶通信號(hào)或頻帶信號(hào)。三個(gè)基本特征是它攜帶信息；第二，它適合在信道中傳輸；第三，信號(hào)的頻譜通常具有帶通形式。2020/7/29，通信原理，11，信道和噪聲，信道信號(hào)傳輸?shù)男诺?。它可以分為有線和無(wú)線兩類。通常，信道中的信號(hào)傳輸將被衰減和失真。噪聲源不是人為添加到設(shè)備中的，而是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備和信道中噪聲和干擾的等效集中表示。在通信系統(tǒng)模型中，信道是噪聲(干擾)集中的地方。2

4、020/7/29，通信原理，12，2020/7/29，通信原理，13，通信系統(tǒng)的組成，由四部分組成，是通信系統(tǒng)的一般表示，反映了通信系統(tǒng)的共性。通信原理的討論集中在通信系統(tǒng)的模型上。根據(jù)特定的溝通形式，有一個(gè)特定的系統(tǒng)模型與之相對(duì)應(yīng)。2020/7/29，通信原理，14，通信系統(tǒng)的組成，(2)模擬通信系統(tǒng)，信號(hào)源，調(diào)制器，解調(diào)器，接收器，信道，基帶信號(hào)，調(diào)制信號(hào)，2020/7/29，通信原理，15，通信系統(tǒng)的組成，調(diào)制信號(hào)，基帶信號(hào)，信道編碼，噪聲源，加密器，信息源，數(shù)字調(diào)制，信道，接收器，解密器，信道解碼，數(shù)字解調(diào)，信源編碼，信源解碼，2020/7/29，通信原理，16，2020使用數(shù)字信號(hào)處

5、理技術(shù)處理數(shù)字信息是很方便的。數(shù)字信息易于加密，保密性高。數(shù)字信息可以綜合傳輸各種信息，增強(qiáng)了通信系統(tǒng)的功能。、2020/7/29、通信原理、17、通信系統(tǒng)的組成以及數(shù)字通信系統(tǒng)的具體模型也因其設(shè)計(jì)方法而不同。常用的方法分為兩類：數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)和數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)是通過(guò)占據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶來(lái)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)系統(tǒng)頻帶很窄時(shí)，這將是一個(gè)缺點(diǎn)。BACK，2020/7/29，通信原理，18，通信系統(tǒng)和通信模式的分類，1。根據(jù)電報(bào)、電話、數(shù)據(jù)和圖像通信系統(tǒng)等信息(服務(wù))的物理特征進(jìn)行分類。根據(jù)調(diào)制模式分類基帶與頻帶，1.2.1通信系統(tǒng)分類，2020/7。通信系統(tǒng)的分類和通信方法，對(duì)于頻帶傳輸信號(hào)

6、，數(shù)字信號(hào)：脈碼調(diào)制、脈碼調(diào)制和其他脈沖數(shù)字調(diào)制，調(diào)幅、DSB、單邊帶、VSB、調(diào)頻、脈沖調(diào)制，模擬信號(hào)：調(diào)幅、脈碼調(diào)制、脈碼調(diào)制脈沖模擬調(diào)制、正弦波調(diào)制、脈沖調(diào)制，頻帶，數(shù)字信號(hào)：ASK、FSK、PSK、DPSK數(shù)字2020/7/29，通信原理，20，通信系統(tǒng)的分類和通信方式，3。根據(jù)信號(hào)特性，模擬和數(shù)字通信系統(tǒng)是最常用的類別。根據(jù)傳輸介質(zhì)，有線(包括光纖)和無(wú)線是最常用的類別。按信號(hào)復(fù)用分類，頻分復(fù)用：不同的信號(hào)占用不同的頻率范圍，時(shí)分復(fù)用：不同的信號(hào)占用不同的時(shí)間間隔。碼分復(fù)用：一組包含正交碼字的碼塊承載多通道信息，2020/7/29，通信原理，21，通信系統(tǒng)的分類和通信模式，1.2.2

7、通信模式，半雙工：雙方(兩點(diǎn))可以收發(fā)消息，但不能同時(shí)收發(fā)消息。例如，無(wú)線對(duì)講機(jī)，單工：?jiǎn)蜗騻鬏?單點(diǎn)傳輸，單點(diǎn)接收)。例如，遠(yuǎn)程控制，全雙工：雙方(兩點(diǎn))可以同時(shí)發(fā)送和接收信號(hào)。例如，電話、單工、半雙工、全雙工、串行傳輸：數(shù)字信號(hào)按時(shí)間順序逐個(gè)傳輸，占用一條路徑。適合長(zhǎng)距離。并行傳輸：數(shù)字信號(hào)符號(hào)序列分為多通道同時(shí)傳輸，適用于短距離數(shù)字通信，BACK，2020/7/29，通信原理，22，圖1-6單工、半雙工和全雙工通信模式示意圖(一)單工；半雙工；全雙工，2020/7/29，通信原理，23，圖1 7并行和串行通信模式示意圖(一)并行傳輸；串行傳輸，2020/7/29，通信原則，24，信息及其

8、度量，1.3.1信息描述：信息中有意義的內(nèi)容，被理解為來(lái)源。信息是對(duì)信息(信號(hào))不確定性的度量。確保東西不包含信息。傳輸?shù)男畔⒘渴怯眯畔⒘縼?lái)衡量的。不確定性來(lái)自客觀事物的隨機(jī)性，可以用概率統(tǒng)計(jì)來(lái)定量描述。2020/7/29，通信原則，25，信息及其度量，1.3.2信息卷1原則信息卷是消息發(fā)生概率的函數(shù)。I=fP(x)消息的概率越小，包含的信息就越多。P(x)1，i0；P(x)0，I如果一個(gè)消息由幾個(gè)獨(dú)立的消息組成，則該消息中包含的信息是每個(gè)獨(dú)立消息中包含的信息的總和(可加性)。2020/7/29，通信原理，26，信息及其測(cè)量，結(jié)論，定義：如果離散消息的信息量為1，消息出現(xiàn)的概率為P(x)，那么

9、I=P (x)，I是P (x)函數(shù)。對(duì)于由幾個(gè)獨(dú)立事件組成的消息，有：I P (x1)P(x2)I和P(x)之間的關(guān)系必須滿足原則(1)和(2)。取a=2i:bit a=e I:nit Knight a=10i:Hatle，2020/7/29，通信原理，27，信息及其測(cè)量，1.3.3離散和獨(dú)立等。幾乎所有消息的信息內(nèi)容都是離散的：消息獨(dú)立性：每個(gè)消息在統(tǒng)計(jì)上都是獨(dú)立的。相等概率：每條消息的出現(xiàn)概率相等()。，2020/7/29，通信原理，28，信息及其測(cè)量，二進(jìn)制M=2，二進(jìn)制，離散消息0，1消息P (x1 )=P (x2 )=1/2，概率相等，定義為：傳輸兩個(gè)相等二進(jìn)制波形之一的信息量為1位

10、，2020/7/。具有相等概率的離散消息0、1、2和m-1是P(x1)=P(x2)=1/M=2-k。從波形的角度來(lái)看，M系統(tǒng)具有M個(gè)波的屬性，并且每個(gè)波具有相等的概率，因此M是波的數(shù)量，P (xi)=P是每個(gè)波的概率。結(jié)論：M同等概率，2020/7/29，通信原理，30，信息及其度量，1.3.4離散獨(dú)立不等信息的信息平均信息熵H(x)，讓信息由N個(gè)獨(dú)立符號(hào)組成，稱之為符號(hào)集，每個(gè)符號(hào)包含不等信息，所以用統(tǒng)計(jì)平均方法來(lái)描述一個(gè)符號(hào)所包含的信息。等時(shí)性：P(xi)=1/M，Hmax=log2M位/符號(hào)，2020/7/29，通信原理，32，信息及其測(cè)量，總信息I，如果符號(hào)集的熵為H(x)，當(dāng)符號(hào)集發(fā)

11、送M個(gè)符號(hào)(從而形成一個(gè)消息)時(shí)，發(fā)送的信息為BACK，消息中有57個(gè)符號(hào)，一個(gè)符號(hào)包含算術(shù)平均信息如下：方法2，總計(jì)，總計(jì)，2020/7/29，通信原理，34，練習(xí)1。國(guó)際莫爾斯電碼發(fā)送的英文字母由一系列點(diǎn)和破折號(hào)組成，用持續(xù)3個(gè)單位的電流脈沖表示，點(diǎn)用持續(xù)1個(gè)單位的電流脈沖表示，破折號(hào)出現(xiàn)的概率是點(diǎn)出現(xiàn)概率的1/3。(1)計(jì)算點(diǎn)和筆畫的信息量；(2)計(jì)算點(diǎn)和筆畫的平均信息。2020/7/29，通信原理，35，主要性能指標(biāo)，連接質(zhì)量：快速傳輸質(zhì)量：清晰穩(wěn)定質(zhì)量：可靠性涉及系統(tǒng)的有效性、可靠性、適應(yīng)性、標(biāo)準(zhǔn)化、經(jīng)濟(jì)性和維護(hù)。通信性能應(yīng)從有效性和可靠性兩個(gè)方面來(lái)衡量。有效性：速度可靠性：質(zhì)量，2

12、020年7月29日，通信原理，36，主要性能指標(biāo)，1.4.1仿真系統(tǒng)的性能指標(biāo)仿真系統(tǒng)的有效性可以通過(guò)有效傳輸帶寬來(lái)衡量。模擬系統(tǒng)的可靠性由接收機(jī)的最終輸出信噪比來(lái)衡量。信噪比S/N，當(dāng)轉(zhuǎn)換為分貝時(shí)，2020/7/29，通信原理，37，主要性能指標(biāo)，1.4.2數(shù)字系統(tǒng)性能指標(biāo)傳輸速率(有效性)和錯(cuò)誤率(可靠性)有效性傳輸速率符號(hào)傳輸速率RBd定義：每秒傳輸?shù)姆?hào)數(shù)；單位：波特(縮寫為BD)；如果符號(hào)寬度為t，rbd=1/t，2020年7月29日，通信原理，38，主要性能指標(biāo)，信息傳輸速率Rb定義：每秒傳輸?shù)男畔⒘浚粏挝唬何?秒(bit/s)RbD和RB之間的關(guān)系一般為：Rb=RBdH，等時(shí)，H

13、=log2M二進(jìn)制：Rb2=RBd2，但單位不同于M: RbM=RBdMlog2M，例如，2020年7月29日，通信原理，39，例如如果系統(tǒng)改為十六進(jìn)制符號(hào)，符號(hào)速率為1200波特，則系統(tǒng)的信息速率為。2020/7/29，通信原理，40，練習(xí)2，某個(gè)系統(tǒng)使用脈沖群來(lái)傳輸信息。每個(gè)脈沖組包含4個(gè)信息脈沖和1個(gè)靜止脈沖。每個(gè)信息脈沖和靜止脈沖的寬度為1毫秒，幾乎出現(xiàn)4個(gè)信息脈沖。試著找出：(1)符號(hào)率；(2)平均信息率。2020/7/29，通信原理，41，練習(xí)3，中國(guó)黑白電視系統(tǒng)的幀頻為25Hz，屏幕上顯示的每幀圖像的有效行數(shù)為437，屏幕寬高比為433603。假設(shè)圖像的相鄰像素相互獨(dú)立，每一級(jí)像素的亮度可以分