通信第一章

,*,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,Click to edit Master title style,*,通 信 原 理,9/30/2024,1,第,1,章 绪 论,本章大纲,1,、常用通信术语。,2,、通信系统的组成和分类、通信方式。,3,、数字通信系统的主要特点。,4,、离散信源的信息量、平均信息量（熵）。,5,、码元速率、信息速率、频带利用率、误码率。,9/30/2024,2,1.1,通信和通信系统的一般概念,1,、通信,由一地向另一地传递消息。,这是通信的最早含义,传输，现在已经扩展到交换、网络等 。,克服距离上的障碍，交换和传递消息。,2,、消息,信息源所产生的信息的物理表现。,如语音、图像以及电报、文字、符号等。,1.1.1,术语,9/30/2024,3,3,、信息,消息中所包含的对受信者（信宿）有意义的内容。,4,、信号,消息的物理载体，与消息一一对应的电量。,5,、通信系统,为完成通信任务所需要的一切技术设备和传输媒质所构成的总体称为通信系统。,9/30/2024,4,1.1.2,通信系统模型,图,1 3,通信系统的一般模型,9/30/2024,5,1,、信源,信源的功能是把消息转换成原始电信号（基带信号），即完成非电量,电量的变换。,电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。,2,、发送设备（编码、调制）,发送设备的主要功能有两大点：放大和变换。,9/30/2024,6,3,、信道,信道是指信号传输的通道。,可分为无线和有线信道两大类。,在无线信道中，信道可以是大气（自由空间），在有线信道中，信道可以是明线、 电缆、波导或光纤。,4,、接收设备（解码、解调）,接收设备的主要功能有两大点：放大和反变换。,9/30/2024,7,5,、收信者,收信者是通信系统的终点。完成与信源相反的功能。,即电量非电量的变换。,6,、噪声源,噪声源是信道中噪声和系统其他各处噪声的等效集中表示。,9/30/2024,8,1.2,模拟通信与数字通信,1.2.1,模拟通信系统模型,模拟通信系统主要完成两个变换功能：,非电信号电信号，基带信号频带信号。,9/30/2024,9,1.2.2,数字通信系统模型,9/30/2024,10,1.2.3,数字通信主要优、缺点,1,、优点,（,1,）抗干扰能力强，且噪声不积累，从而,可中继，可多次复制再生。,（,2,）可采用信道编码技术，降低误码率。,（,3,）数字信号易于处理（含压缩）、存储，,变换等。,（,4,）便于加密。,9/30/2024,11,（,5,）便于综合传输。,（,6,）数字电路成本低。,2,、缺点,（,1,）带宽大。,（,2,）同步要求高，从而比较复杂。,9/30/2024,12,1.2.4,通信系统的分类和通信方式,1,、通信系统分类,（,1,）按被传输消息的物理特征分,电话通信系统、数据通信系统，图像,通信系统。,（,2,）按调制方式分,基带传输和频带传输。,9/30/2024,13,（,3,）按被传输信号的特征分,模拟通信系统和数字通信系统。,（,4,）按传输媒介分,有线通信和无线通信系统。,（,5,）按信号复用方式分,频分复用、时分复用和码分复用。,9/30/2024,14,2,、通信方式,（,1,）按消息传递的方向和时间分,单工通信：单向。,双工通信：双向、同时。,半双工通信：双向、不同时。,（,2,）按数字信号码元排列方式分,串行传输和并行传输。,（,3,）按传输拓扑结构分,专线通信和网通信。,9/30/2024,15,1.3,通信发展简史,古时候的烽火台大哥大模拟通信数字通信,1838,年有线电报发明标志电通信的开始。,1876,年有线电话，现代电通信的开端。,9/30/2024,16,1.4,信息及其度量,1.4.1,信息量,1,、信息含义,从表面看，通信的目的是传递消息，但真正对受信者有用的是信息。信息包含在消息中。消息是具体的、表面的。而信息是抽象的、本质的。毫无疑问，不同消息包含的信息量不同。此外，不同受信者从同一消息中所获得的信息量亦不同，从而需要对信息进行度量。,9/30/2024,17,2,、信息量,（,1,）原则,信息量是消息出现概率的函数。,消息出现的概率越小，所包含的信息量越大。,若某消息由若干个独立消息所组成，则该消息所包含的信息量是每个独立消息所包含信息量之和。（可加性）,9/30/2024,18,（,2,）结论,若一个消息 出现的概率为 ，则这一消息所含的信息量为,（,1-1,）,9/30/2024,19,1.4.2,平均信息量,1,、离散独立等概消息的信息量,离散：消息集由,M,个可能的消息（事件）所,组成，每次只取其中之一。,独立：各消息间相互统计独立。,等概：各消息出现的概率相等。,9/30/2024,20,2,、离散独立非等概消息的信息量,（,1,）平均信息量,熵,H(x,),定义,：信源符号集中每个符号所包含的平,均（统计平均）信息量。,结论,：最大熵出现于等概之时。,（,1-3,）,（,1-5,）,9/30/2024,21,（,2,）总信息量,若某符号集的熵为,H(x,),，则当该符号集发送,n,个符号（从而组成一则消息）时，所发送的信息量为,（,1-4,）,9/30/2024,22,例,1.,已知二进制离散信源（,0,，,1,）,（,1,）若“,0”,出现的概率为,0.9,，求“,0”,，“,1”,所,包含的信息量以及平均信息量；,（,2,）若“,0”,，“,1”,等概出现，重复（,1,）题。,例,2.,已知某四进制离散等概信源（,0,，,1,，,2,，,3,）,，其符号出现的概率分别为,1/2,1/4,1/8,1/8,且,相互独立，求信源发送,13201010100201300200100210300101020010030103210,消息时的信息量？,9/30/2024,23,1.5,通信系统的质量指标,1.5.1,模拟通信系统的质量指标,1,、有效性,带宽,B,来度量,2,、可靠性,信噪比,S/N,来度量,9/30/2024,24,1.5.2,数字通信系统的质量指标,1,、有效性,传输速率来度量,码元传输速率 （码元速率、传码率、波特率）,定义：每秒钟传送的码元个数。,单位：波特,Bd,9/30/2024,25,信息传输速率 （信息速率、传信率、比特率）,定义：每秒钟传送的信息量,单位：比特,/,秒,bit/s,码元传输速率与信息传输速率间关系,二进制：,M,进制：,（,1-6,）,9/30/2024,26,频带利用率,定义：单位频带提供的信息传输速率,结论,从传输有效性考虑，多进制比二进制好。,（,1-9,）,9/30/2024,27,2,、可靠性,差错率来度量,误码率,（,1-11,）,即码元在传输过程中，被传错的概率。,9/30/2024,28,误比特率,（,1-10,）,即码元在传输过程中，其信息量丢失的概率。,二者关系,二进制,M,进制,9/30/2024,29,结论,从传输可靠性考虑，二进制比多进制好。,3,、有效性,可靠性,一对主要矛盾。,9/30/2024,30,例,3.,某消息以二进制码方式传输，信息速率为,2Mbit/s,。,（,1,）若在接收机输出端平均每小时出现,72bit,差错，求,误比特率；,（,2,）若已知信道的误比特率为 ，试求平均,相隔多久时间，就会出现,1bit,差错。,9/30/2024,31,1.6,本书的结构和使用方法,图,1-7,9/30/2024,32,1,、通信系统的组成。,本 章 重 点,本 章 难 点,1,、通信系统的变换要求。,2,、信息量、信源熵。,3,、通信系统的质量指标。,2,、熵,H(x,),的含义以频带利用率。,9/30/2024,33,作业,1,、,P111.11.9,2,、通信系统的一般模型及各部分功能。,3,、数字通信的主要优、缺点。,9/30/2024,34,