2019精品电子科技大学通信原理李晓峰版课件第1章绪论英语

要强调的是在通信中， 信息是接收方所未知的，消息越感出乎意料，信息量
就越大。 通信系统中还存在噪声，噪声也是无法预知的，噪声
限制了通信的能力。
信道
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电子系统——通过电信号来实现信息的传递 术语：“通信”与“电信”。
（communication） （telecommunication）
（2）短消息的二元符号速率为
28bits / key2.03key / s 32.48bits / s
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模拟信源的基本指标:
如：语音的音量 电信号
电信号
频带的宽度（赫或赫兹，Hz）
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(补充) 数字波形与模拟波形（传输波形） 对于数字信源
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1.2 历史回顾 （自学）
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要求：
了解到200多年来通信的发展历程：
电报与电话通信的重要作用 收音、电视广播、卫星通信、移动电话系统等重要的系统 数字化与网络化过程 信息论与通信理论的发展 通信朝着数字化、宽带化、网络化、综合化、移动与个人 化方向发展
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例1.1 二元消息源X1、X2与X3的取值概率为：
解：
M
H ( X ) Pi log2 Pi i 1
H ( X1) 0.1log2 0.1 0.9 log2 0.9 0.469 (bit)
H ( X 2 ) 0.4 log2 0.4 0.6 log2 0.6 0.971 (bit)
符号速率： RS (符号/秒 或 sym / s)
数字信源的元数：
M元数字信源：指数字信源具有M种符号
消息符号
最基本的是二元数字信源：具有2种符号，可以用1 位二进制编码表示，称为1bit.
多元数字信源：如M元，可以用n位二进制编码表示
一般， M 2n
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例：假设计算机的终端键盘上有 110 字符 ，每个字符用 二进制代码组来表示。 问每个字符需要用几位二进制代 码?
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传输速率：
比特率 : Rb 每秒传输的bit数
单位: bits/s b/s bps
信道符号
符号速率（波特率）: Rs 每秒传输的脉冲数 （符号数）
单位 : symbol/s Baud Bd
Rb 和 Rs的关系: Rb n Rs (b / s)
Rs Rb / n (Baud )
M 2n
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对于模拟信源
模拟波形：信号的传信息的参量的取值是连续变化的
w(t) ws (t)
模拟波形在模拟通信系统中
t 传输。模拟波形经过A/D变换
变成数字波形，也可以在数 字通信系统中传输。
t
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1.3.2 随机信号与确定信号
随机性——信息对于接收者必须是新的，即事先未知的且 无法预知的。
log2
4

2
(bit)
11
H (Y )

2 (
2
log2
) 2

log2
2
1
(bit)
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例： 计算信息速率。某电话键盘: 0, 1, … 9 ,* ,#，其 中P[*]=P[#]=0.005 ，P[0]= P[1]=… =P[9]=0.099。如果 按键速率为 2keys/s, 计算该信源的信息速率
解: M 2n
M 110 , 27 128 , n 7
故需要 7bits代码来表示每个字符.
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习题1.1 考虑手机短消息通信，以你自己或其 他某人的经验，试估计（1）按键速率；（2）假 定每个中文字符转换为2字节表示，短消息的二 元符号速率是多少？
解： （1）经过多次试验，按键速率为2.03 key/s
摩尔斯电报系统——最古老的电信系统，传送文字消息。诞生 于1837年，以不同长度的声音表示字符——电码信号。
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两种基本通信方式： 广播方式：信息同时送到多个收信者 点—点方式：一个信源对一个收信者
基于传输方向的特点： 单工系统：只能沿一个固定方向传输信息。如，电视广播中、
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参考书：
《通信原理》（合订本） 周炯槃等 北京邮电大学出版社 《通信原理教程》 樊昌信等 电子工业出版社 《通信原理简明教程》 南利平 清华大学出版社 《现代通信原理》 曹志刚等 清华大学出版社 《数字与模拟通信系统》 Leon W.Couch著 电子工业出版社 《通信原理学习指导与题解》 王福昌编著 华中科技大学出版社
例2：4进制波形 M 4, n 2
00 3V a0 01 1V a1 10 1V a2 11 3V a3
4 0 1 00
2
2 4
Ts : 符号周期或码元宽度
数字基带信号
1 1 10
Ts
4个电平抽象为符号 a0 , a1, a2 , a3 ，4个符号称
为4元（4进制）符号。
信道符号
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以2为底时单位是“比特”（bit — binary unit的缩写） 以e为底时单位是“奈特”（nat—nature unit的缩写） 以10为底时单位是“哈特”（Hart — Hartley的缩写）
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2 . 信源熵 H(X) entropy
数字信源每个符号出现所带来的平均信息量
H ( X3) 0.5log2 0.5 0.5log2 0.5 1 (bit)
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例1.2 数字信源X — 4元等概， Y — 2元等概，求它们的熵。
解：
M
H ( X ) Pi log2 Pi i 1
H
(X
)

4 (
1 4
log2
1) 4

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第1章 绪论
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现代信息社会中，充分利用与交流信息——通信
通信原理——阐述通信及其系统的基础理论、技术 与分析方法。
1.1 通信的基本概念 1.2 历史回顾 1.3 信源与常见的消息 1.4 信道 1.5 频带与电波传播 1.6 数字与模拟通信系统 1.7 通信网络
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1.3 信源与常见的消息
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1.3.1 数字与模拟信源
Digital and analog information source
1. 信息、消息与信号
2. 数字与模拟信源
数字信源: 产生的消息的状态（取值）数是有限的
如：计算机的输出 0,1 如：键盘。 如：汉字集。
通信系统——发送器，信道与接收器。
原始信息信号 Transmitter
Channel
原始信息信号 Receiver
终端：1）信源——发信者
Information source
2）信宿——接收者
Information sink
信源： 一个换能器
其他能量
电能
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信宿: 一个换能器
电能
其他能量
数字消息——用离散型随机变量描述
N元消息 源:
ap11,,
a2 , ..., p2 , ...,
aN pN

数字消息序列 —— 随机序列 数字信号（波形） —— 随机波形
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模拟消息——用连续型随机变量描述 模拟消息信号是随机过程 x(t)，概率密度函数 fx(t)(x)
遥测、遥控、无线寻呼
双工系统：能够同时沿两个方向传输信息。如，电话通信。 半双工系统：任何时候只能沿一个方向传输信息，但可
以切换传输方向。如，对讲机通信。
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（1）单工系统
发端
信道
收端
（2）双工系统
发端
收端
信道
信道
收端
发端
（3）半双工系统
发端
收端
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信道
发端
收端
xt
数字基带信号
t
频谱在零频附近
电平A和0抽象为符号 a0 和 a1 ，两个符号称为二
元（二进制）符号。
信道符号
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Ts : 符号周期或码元宽度
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多进制 (M-ary) 信号 : n bit二进制代码用一个脉冲传， 在一个
Ts 时隙内传M种不同的脉冲之一. 一般， M 2n
解:
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H X Pj log2 Pj
j 1
2 0.005log2 0.005 10 0.099 log2 0.099
3.38 bits / key
R

HRs

3.38 bits key

2keys 6.76 s
bits / s
作业：1.2 1.4 1.6
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通信系统中的确定信号：正弦波与矩形脉冲等，用于协助传送 消息信号
通信系统中常常传送： s(t) Ax(t)cos2 fct (t)
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1.3.3 信息的度量
1. 单个消息的信息量
设: 离散信源 X
消息携带的信息量的大小与 消息出现的不确定程度有关。