通信原理第1章(7版).

制作：曹丽娜[e-mail]美工设计：陈英技术支持：张嘉等人电子课件第1章绪论通信原理（第7版）樊昌信曹丽娜编著基本概念信息度量性能指标模型/分类/通信方式信息量/信源熵有效性/可靠性本章内容:第1章绪论课件制作：曹丽娜§1.1基本概念击鼓鸣金电报烽火电话电视因特网数字化智能化高速化宽带化移动化个人化。。。。。。综合化1.通信的历程课件制作：曹丽娜麦克风扬声器收音机发射机发射接收声音音频信号将音频信号放大、调制，产生AM信号，并耦合到发射天线接收天线将电磁波转换为AM信号（含有噪声）将AM信号解调还原为音频信号，再经音频功放后，驱动扬声器，还原为声音。发射天线将AM信号感应成可以辐射到大气中的电磁波（无线电波）2.消息信息信号：消息中蕴含的有效内容。：通信系统传输的对象。形式多种:：消息的电表示形式/传输载体。模拟信号：数字信号：信号参量取值连续信号参量取值离散语音、温度、图像数据、文字、符号连续消息：离散消息：信号消息信息课件制作：曹丽娜信号消息信息传输载体模拟信号数字信号表现形式内涵①如何区分模拟与数字信号？②如何将消息转换为电信号？Q&A三者关系课件制作：曹丽娜①模拟信号和数字信号:0t0t(a)0tt码元长度0码元(c)(d)(b)区分原则:看携载消息的信号参量取值。取值连续（无穷多）取值离散（有限个）话筒（声音传感器）把声音转变成音频信号；数字终端把符号转变成数字信号；摄像机把图像转变成视频信号；热敏电阻（温度传感器）把温度转变成电信号。t②消息~电信号的转换:基于以上对消息、信息和信号的理解：：就是利用电信号传输消息中所包含的信息。通信完成通信过程所需的电子设备和信道的总体——communicationsystem通信系统课件制作：曹丽娜信源信宿发送设备接收设备信道噪声（发送端）（接收端）载波机载波机导线(a)有线长途电话系统示意图（b)广播通信系统示意图话筒发射设备接收设备扬声器§1.2通信系统模型课件制作：曹丽娜信源信宿发送设备接收设备信道噪声消息→电信号如电话机的话筒把声音→音频信号电信号→消息如电话机的听筒把音频信号→声音原始电信号→适合在信道中传输的信号。如编码、调制其功能与发送设备相反。如译码、解调destinationsourcetransmitterreceiverchannelnoise能传输信号的各种物理媒介1.一般模型模拟信源信宿调制器解调器信道噪声两对重要变换：模拟消息原始电信号（基带）基带信号已调信号（带通）2.模拟通信系统的模型噪声源数字解调信道译码解密信源译码信宿数字调制信道编码加密信源编码信源信道3.数字通信系统的模型信源编码：模/数转换提高有效性信道编码：增强抗干扰能力调制：把信息寄托到载波上解调：从已调信号中卸载信息编码/译码调制/解调同步抗干扰能力强，且噪声不积累；传输差错可控；便于处理、变换、存储；便于将来自不同信源的信号综合传输；易于集成；易于加密。需要较大的传输带宽；对同步要求高。优点缺点4.数字通信的特点按信道信号特征分类按传输媒质分类按传输方式分类按通信业务分类按工作波段分类模拟通信数字通信有线通信无线通信基带传输带通传输电话、数据、图像通信等长波、中波、短波、微波、红外以及激光通信等详见表3-1还可按复用方式划分：频分、时分、码分复用。同一个通信系统可以分属于不同分类。AM广播系统——中短波通信、模拟通信、带通传输系统（调制系统）。§1.3通信系统分类和通信方式1.通信系统分类单工通信：（单向）半双工通信：（双向、不同时）全双工通信：（双向、同时）信道信道信道A单工方式半双工方式全双工方式发端收端(a)(b)信道B(c)发端(A）收端(A）发端(B）收端(B）发端(A）收端(A）收端(B）发端(B）按传输方向和时间分：2.通信方式优点：节省传输时间，速度快;缺点：需要n条通信线路，成本高;应用：设备之间的近距离通信:计算机和打印机之间数据的传输。发送方接收方在并行信道上同时传输n个比特信息。01101100按数字码元传输时序分：并行传输：串行传输：课件制作：曹丽娜发送方01100100接收方01100100并行/串行转换器串行/并行转换器011001001101010串行传输：数字码元序列按时间顺序一个接一个地在一条信道中传输。优点：成本低，只需一条通信信道；缺点：速度慢，需要外加同步措施。应用：远距离的通信。基本概念信息度量性能指标模型/分类/通信方式信息量/信源熵有效性/可靠性本章内容:第1章绪论课件制作：曹丽娜通信的目的在于传输消息中所包含的信息。消息中不确定的内容才构成信息。信息量就是对这种不确定性的定量描述。信息具有普遍存在性（即存在于任何事物的运动和变化中）；可扩充或压缩性；可存储与传输性；相对性（不同的认识主体观察到的信息不同）；可度量、可共享和时效性（信息具有“生命周期”）。在当今信息社会中，信息是最宝贵的资源之一。引言§1.4信息及其度量信息必须依附于一定的物质形式存在，这种承载信息的物质就是消息。同样的信息可用不同形式的消息来表述。信息是消息的内涵，即消息中包含的有效内容。原则：度量方法与消息的种类无关。与消息的重要程度无关。举例：“美国世贸大楼被炸（9.11事件）”（时效性）“明天下雨”可见：消息中所含信息量和不可预测性或不确定性有关。消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。如何度量消息中所含的信息量?？根据概率论知识：事件的不确定性可用事件出现的概率来描述。与什么有关？信息量I可用概率P来度量：I=f[P(x)]1loglog()()aaIPxPxP1，I0P0，IP(x)P(y),I(x)I(y)相加性a=2，比特(bit)，简记为ba=e，奈特(nat)a=10，哈特莱(Hartley)21log()IPx1nat=1.44b为什么取对数？1.离散消息x的信息量课件制作：曹丽娜概率相同，每个符号蕴含的信息量也相同；二进制的每个码元含1（b)四进制的每个码元含2（b)推广：M进制的每个码元含log2M（b)41)3()2()1()0(PPPP01232logb24IIII【1-1】二进制信源（0，1）【1-2】四进制信源（0，1，2,3）21)1()0(PP01221log()log2b1IIPx每个四进制符号可用2个二进制符号表示。解：试求：等概独立发送符号时，每个符号的信息量。评注例例——信源中每个符号所含信息量的统计平均值。设则统计独立的M个符号的离散信源的平均信息量为H与热力学中的熵形式一样，故称为信源的熵。1)()(,),(,),(,,,,11iMiMiMixPxPxPxPxxx且211()log(b/()MiiiHpxpx符号）2.离散消息的平均信息量比较例【1-3】与【1-2】可知：等概时，熵最大:max2logHM评注【1-3】四进制信源（0，1，2，3），P(0)=3/8，P(1)=P(2)=1/4，P(3)=1/8，试求信源的平均信息量。211()log()MiiiHpxpx0123(0)(1)(2)(3)(1.90b6/HPIPIPIPI符号）21log()iiIPx例解【1-4】某离散信源的概率场同【例1-3】，由它发送一条消息：201020130213001203210100321010023102002010312032100120210，求这条消息的总信息量。利用信息相加性概念来计算：一条由m个符号构成的消息，其总信息量为:ImH总评注利用熵的概念来计算：01232314137108bIIIII总（）57571906108.64(b)IH总1.906(b/H符号）例解：221loglog()()(b)IPxPx211()log(b/()MiiiHpxpx符号）二进制的每个码元含1bit等概时，熵最大:Hmax=log2M借助熵的概念：I总=mH归纳：课件制作：曹丽娜基本概念信息度量性能指标模型/分类/通信方式信息量/信源熵有效性/可靠性本章内容:第1章绪论课件制作：曹丽娜可靠性•Headline•Headlinetext有效性性能指标模拟通信数字通信传输带宽输出信噪比频带利用率差错概率矛盾、关联、互换§1.5通信系统主要性能指标（1）码元传输速率RB（传码率、波特率）定义：每秒传送的码元个数。单位：波特（Baud）计算：若一个码元的时间长度为Ts秒，则1BsRT例如：1秒内传输1000个码元，则RB=1000Baud与进制数有关吗？与信源统计特性有关吗？1.数字通信系统的有效性指标（2）信息传输速率Rb(传信率，比特率)定义：每秒传递的比特数（信息量）。单位：比特/秒（bit/s）简记为b/s或bpsRb与RB的关系——bBRHR2logMbBRR2bBMRR时：内涵？H为纽带（3）频带利用率——把B与传输速率联系起来定义为单位带宽内的传输速率，即(Baud/Hz)BRB-1(b/sHz)bbRB2logMbA系统：2000b/s，占用2000Hz的带宽；B系统：1500b/s，占用1000Hz的带宽。Q&A课件制作：曹丽娜（1）误码率Pe二进制：Pb=Pe；M进制：PbPe；why?eeNPN错误码元数传输总码元数（2）误信率(误比特率）Pb=ebbIPI错误比特数传输总比特数2.数字通信系统的可靠性指标课件制作：曹丽娜本章小结：术语，模型，分类，通信方式数字通信的优缺点信息量：Ii，H，I总RB，Rb，η；Pe，Pb配套辅导教材：曹丽娜樊昌信编著国防工业出版社西安电子科技大学通信工程学院谢谢！