通信原理与技术 通信原理第1章
通信原理与通信技术考试必备
2） PCM 复用与数字复接有何区别，目前普遍采用数字复接的理由是什么? 【答】PCM 复用：对多路的话音信号直接编码复用的方法。缺点是编码速度非常高，对电路及元器件 的精度要求很高，实现起来比较困难。 数字复接：将 PCM 复用后的低速率信号再进行时分复用，形成更多路的数字通信。优点是经过数字复 用后的数码率提高了，但是对每一个基群的编码速度则没有提高，实现起来容易有几种？ 【答】数字复接的方法分：同步复接、异源复接、异步复接。复接的方式分：按位复接、按字复接、 按帧复接。 6章 1） 数字基带传输的基本结构及其功能？
3-8
Rb RB n f s k Rb 10 8 10 3 3 2.4 10 5 bit / s 设一个模拟信号 f (t ) 9 10 cos t ，若对 f (t)进行 41 级均匀量化，求编码所需的二进制码组
长度和量化台阶。 【解】因为 25<41<26 所以二进制码组长度 K 应取 6。 量化台阶： 4章 1） 简单增量调制原理，并画框图 增量调制器的（编码器框图） ； 对调制时和解调时画出各点的波形
0
双极性 +E 非归零码 -E 传号 +E
1
0
0
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
1
1
非归零码 -E
CMI 码 数字 双向码 条件 双向码
6-2 已知数字码元序列为 10011000000110000101，画出它所对应的单极性归零码、AMI 码和 HDB3 码的 波形。 【解】各种码波形如下图所示：
码型变换器 发送滤波电 接受滤波 信道 电路 噪 位定时提取 电路 器 取样判决器 码元再生
通信原理 (完整)精选全文
数字通信的主要优点：
(a) 失真的数字信号
(b) 恢复的数字信号
数字信号波形的失真和恢复
数字通信的主要缺点：
➢ 占用带宽大 ➢ 设备复杂 ➢ 同步要求高
宽带通信、压缩编码 VLSI、SOC、ASIC 信号处理技术
应用实例：
➢ 数字传输技术：电话、电视、计算机数据等 信号的远距离传输。
➢ 模拟传输技术：有线电话环路、无线电广 播、电视广播等。
狭义信道
有线信道 无线信道
中长波地波 短波电离层反射 超短波、微波视距传输 超短波、微波对流层散射 卫星中继
编码信道 调制信道
信 源
加 密 器
编 码 器
调 制 器
发 转 换 器
信 道
收 转 换 器
解 调 器
解解 码密 器器
信 宿
发送设备
噪 声
接收设备
广义信道
广义信道
调制信道：
调制器输出端到解调器输入端的所有设备和媒介。 研究调制和解调时，常用调制信道。 连续信道/模拟信道。
eo(t)
e0t htei t nt e0t kt ei t nt
n(t)
n(t): 加性干扰 k(t): 乘性干扰
k t 依赖于网络的特性，k t 反映网络特性对 ei t 的作用。
干扰
加性干扰：本地噪声
始终存在
乘性干扰：非理理想信道 与信号共存
sR t sT tht nt
乘性 加性
增量调制DM
军用、 民用电话
Hale Waihona Puke 差分脉码调制DPCM电视电话、 图像编码
其 他 语 言 编 码 方 式 中低速数字电话 ADPCM、 APC、 LPC
按信号复用方式分类
通信原理与通信技术_张卫钢_第1章_通信与通信系统的基本概念
第1章 通信与通信系统的基本概念
•
总之，数字通信的优点很多，但 事物总是一分为二的。数字通信的许多 长处是以增加信号带宽为代价的。比如， 一路模拟电话信号的带宽为4kHz，而一 路数字电话信号大概要占20～60kHz的 带宽。这说明数字通信的频带利用率低。 尽管如此，数字通信仍将是未来通信的 发展方向。
第1章 通信与通信系统的基本概念
1.2 通信系统
• • 1.2.1 通信系统的定义与组成 用于进行通信的设备硬件、软件和 传输介质的集合叫做通信系统。需要强调 的是，过去对通信系统的定义没有软件部 分，但随着计算机进入通信系统，通信软 件就成为组成通信系统的基本要素，因此 我们在定义中加入软件这一模块。
第1章 通信与通信系统的基本概 念
• • • • • • 1.1 通信的概念 1.2 通信系统 1.3 通信方式 1.4 信道和传输介质 1.5 信号与噪声 1.6 信号频谱与信道通 频带
第1章 通信与通信系统的基本概念
第1章 通信与通信系统的基本概念
• • • • •
1.7 信息的度量与香农公式 1.8 多路复用的基本概念 1.9 常用的通信手段 1.10 通信系统的性能评价 1.11 通信技术发展史
数字通信系统示意图信源信道模拟通信信道数字通信数据通信信道信源通信与通信系统的基本概念需要说明的是自从有了数据通信系统之后这种以信道传输信号的种类为标准对通信系统进行的分类就显得不够严谨因为数据通信系统的信道可以是传输数字信号的信道也可以是传输模拟信号的信道或者说数据通信中的数据信号既可以以数字信号的形式在数字信道中传输比如局域网也可以转换成模拟信号在模拟信道中传输比如通过猫调制解调器上网
第1章 通信与通信系统的基本概念
1.3 通信方式
通信原理第一章
任何人、任何时候在任何地方以任意的方式进行通信。
1.1.1 通信系统的一般模型（主要培养全局系统的概念） 通信: 从一地向另一地传递和交换信息。
通信系统：实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质基于点与点之间的通信系统的模型用图1 -1 来描述。
送设备信道接收设备受信者噪声源接收端信息源：消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为基带信号。
包括：电话机、电视摄像机和电传机、计算机等。
前者是模拟信源，输出模拟信号；后者是数字信源，输出数字信号。
发送设备：将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。
变换方式是多种多样的，比如：放大、调制、编码等等； 信道：指传输信号的物理媒质。
包括：大气（自由空间）、明线、电缆或光纤。
模拟信号：凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号。
数字信号：凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的信号。
通信系统分为模拟通信系统+数字通信系统。
1. 模拟通信系统模型图1-4 模拟通信系统模型信息源调制器信道解调器受信者噪声源课程重点调制器：原始基带信号变换成适合信道传输的信号；从信号与系统的角度：调制器=频带搬移。
调制后的信号称为已调信号、频带信号。
已调信号有三个基本特征：一：携带有完整的基带信息二：适合在信道中传输三：信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频带信号。
信道编译码 数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干扰等，将会引起差错。
为了减少差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰编码”。
接收端的信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。
作用：提高通信系统抗干扰能力。
数字调制与解调 把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。
基本的数字调制方式有振幅键控ASK、频移键控FSK、绝对相移键控PSK、相对（差分）相移键控DPSK。
通信原理第1章概论PPT课件
用途
常规双边带调幅
广播
抑制载波双边带调幅 立体声广播
线性调制
连
单边带调幅SSB
载波通信、无线电台、数传
续
波
残留边带调幅VSB
电视广播、 数传、 传真
调
制
频率调制FM
微波中继、卫星通信、广播
非线性调制
相位调制PM
中间调制方式
数字调制
幅度键控ASK 频率键控FSK
数据传输 数据传输
2020/11/7
6
续表（2）
第1章 概论
1.1
1.2 消息、信息与信号
1.3 数字通信
1.4 信道
1.5 信道中的噪声
1.6 信道容量
2020/11/7
1
学习目标
• 通信的发展历史、现状及趋势； • 常用通信术语； • 信号、信息与消息的区别； • 通信系统的组成和分类，通信方式； • 数字通信系统的主要特点； • 离散消息的信息量； • 码元速率，信息速率，频带利用率，误码率； • 信道的分类； • 典型的信道噪声；
I = loga [1/P(x)] = -logaP(x) 这就是信息量的定义。
当a = 2时，信息量的单位为“bit”； 当a = 10时，信息量的单位为“hartley”； 当a = e时，信息量的单位为“nat”；
例1:假设明天天晴的概率为1/2，则“明天会天晴”这则消息的信息量为： I = -log2 [1/2]＝1 bit
一、常用术语
通信: 消息： 信息：
电通信： 信号：
信息（或消息）的传输和交换。（研究的对象：
信源与信道）
信息的物理表现形式。如语言、文字、 数据或图
像等。
消息的内涵，即信息是消息中所包含的人们原来
通信原理第1章
1.5.1 数字通信系统有效性指标的具体表述
*码元传输速率通常又可称为码元速率、数 码率、传码率、码率、信号速率或波形速率。
码元速率：指单位时间(每秒钟)内传输码
元的数目，用符号RB来表示。
➢码元速率：RB － 波特(B) 码元速率RB与信号的进制数无关，只与 码元宽度Tb有关：
RB
1 Tb
通常在给出系统码元速率时，有必要说 明码元的进制，多进制(N)码元速率RBN与二 进制码元速率RB2之间，在保证系统信息速率 不变的情况下，相互可转换，转换关系式为 :
象等 6. 按收信者是否运动分:固定与移动 7. 按信号复用方式分：TDM、FDM、CDM
1.3.2 通信方式
1. 按消息传送的方向与时间分
A
信道
B
(a)
A
信道
B
(b)
A
信道
B
(c)
(a) 单工方式； (b) 半双工方式； (c) 全双工方式
2. 按数字信号排序分
101
发 送 设 备
接 收 设 备
解： 信源输出的信息序列中，A出现23次，B出现14次， C出现13次，D出现7次，共有57个。
该信息源总的信息量为 ：
1.5 通信系统的主要性能指标
有效性和可靠性的关系（速度～质量） 模拟通信系统性能指标：
有效性指标：单位时间内传送的信息量 可靠性指标：均方误差 数字通信系统性能指标： 有效性指标：传输速率 可靠性指标：差错率
一种前所未有、方便快捷的通信手段。
(10)因特网。因特网的出现意味着信息时代的到 来，地球变成“地球村”。
通信发展现状和趋势
1)融合趋势：PSTN、CATV、计算机网络三网业务 融合；语音和数据融合；电域与光域融合；移动与 WLAN融合
通信原理第一章
P7
特点：随机性的，无法预知的。
信号：反映消息的电信号。
信息：把消息中的内容用概率统计的方法抽象出来。 信息是消息和信号中包含的某种有意义的抽象的东西。
2、信息量：是信息或消息的一种度量。信息的 大小由信息量来衡量。
不同的消息人们对它的反映是不同的，如：下雨、地震
（太阳从东方升起） 下雨：经常发生，不足为奇，信息量小； 地震：不常发生，很惊讶，信息量大。 （太阳从西方升起）
P（x）：消息的概率 a ：2的整数次幂 P8
信息量的单位的确定取决于底数a：
若对数以2为底时单位是“比特”（bit — binary unit的缩 写）；
若以e为底时单位是“奈特”（nat—nature unit的缩写）；
若以10为底时单位是“哈特”（Hart — Hartley的缩写）。
数字通信系统还有一个非常重要的控制单元， 即同步系统。使收发两端的信号在时间上保持 步调一致
3、数字通信的主要特点 目前，无论是模拟通信还是数字通信， 在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。 但是，数字通信更能适应现代社会对通信技 术越来越高的要求，数字通信技术已成为当 代通信技术的主流。
与模拟通信相比，它有如下优点： 1、抗干扰、抗噪声性能好 2、差错可控 3、易加密 4、数字通信设备和模拟通信设备相比，设计 和制造更容易，体积更小，重量更轻。 5、数字信号便于计算机处理，数字信号可以 通过信源编码进行压缩，以减少冗余度，提 高信道利用率。 6、易于与现代技术相结合。
消息出现的概率越大，则消息中包含的信息量 越小； 消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量 越大。
信息量：I information ∵ P（x）＝1 必然事件 P（x）＝0 不可能发生事件 I＝0 I＝∞
通信原理第一章小结
通信原理第一章小结通信原理是一门介绍通信系统基本原理和技术的学科。
本文将对通信原理第一章内容进行小结，包括通信系统的基本构成、模拟信号与数字信号的特点以及常用的调制技术。
一、通信系统的基本构成通信系统是由发送机、信道和接收机组成的。
发送机将信息转化为信号，并通过信道传输到接收机，接收机将信号恢复为信息。
在通信系统中，发送机的主要任务是将信息转化为便于传输的信号。
信道是信息传输的媒介，可以是有线传输线路、光纤或者无线信道等。
接收机负责将接收到的信号恢复为原始的信息。
二、模拟信号与数字信号的特点1. 模拟信号模拟信号是一种连续的信号，它的取值可以是任意的实数。
模拟信号可以通过不同的方式表示，例如电压、电流或者声音的振幅。
模拟信号具有以下特点：•连续性：模拟信号在时间和幅度上都是连续变化的。
•无失真传输：模拟信号在传输过程中不会发生形状或幅度的变化。
2. 数字信号数字信号是一种离散的信号，它的取值只能是离散的整数。
数字信号通过采样和量化将连续的模拟信号转化为离散的信号。
数字信号具有以下特点：•离散性：数字信号在时间和幅度上都是离散的。
•误差累积：数字信号在采样和量化过程中会引入误差，这些误差会随着传输的进行不断累积。
三、常用的调制技术调制是指将原始信号转换为适合传输的信号。
常用的调制技术包括模拟调制和数字调制。
1. 模拟调制模拟调制是指通过改变载波的某些参数来表示原始信号的调制技术。
常见的模拟调制技术有： - 幅度调制（AM）：通过改变载波的振幅来表示原始信号。
- 频率调制（FM）：通过改变载波的频率来表示原始信号。
- 相位调制（PM）：通过改变载波的相位来表示原始信号。
2. 数字调制数字调制是指将原始信号转换为离散的数字信号的调制技术。
常见的数字调制技术有： - 脉冲调制（PAM）：通过改变脉冲的幅度来表示数字信号。
- 正交幅度调制（QAM）：通过改变两个正交载波的幅度和相位来表示数字信号。
- 正交频分复用（OFDM）：将数字信号分成多个子载波进行传输。
通信原理课件第一章.pptx
第1章 绪 论
第三代移动通信系统是向未来个人通信发展的一个重要阶 段，具有里程碑和划时代的意义，让我们关注其发展态势， 迎接它的到来。
目前，我国电话网的规模和技术层次均有质的变化，已初 步建成了以光缆为主，微波、卫星综合利用，固定电话、移动 通信、多媒体通信多网并存，覆盖全国城乡，通达世界各地， 大容量、 高速度、 安全可靠的电信网。
通常，有线通信亦可进一步再分类，如明线通信、电缆通 信、光缆通信等。无线通信形式较多，常见的有微波通信、 短波通信、 移动通信、 卫星通信、 散射通信等。
第1章 绪 论
2. 按信道中传输的信号分类
凡信号的某一参量(如连续波的振幅、频率、 相位， 脉冲 波的振幅、宽度、位置等)可以取无限多个数值， 且直接与消 息相对应的，称为模拟信号。 模拟信号有时也称连续信号， 这个连续是指信号的某一参量可以连续变化(即可以取无限多个 值)， 而不一定在时间上也连续这里指的某一参量是指我们关 心的并作为研究对象的那一参量，绝不是仅指时间参量。当然， 对于参量连续变化、时间上也连续变化的信号，毫无疑问是模 拟信号，如强弱连续变化的语言信号、亮度连续变化的电视图 像信号等都是模拟信号。
用途
音频、电话、数据终端、长距离导航、 时标
导航、信标、电力线通信
调幅广播、移动陆地通信、业余无线电
移动无线电话、短波广播、定点军用通 信、业余无线电 电视、调频广
播、空中管制、车辆通信、导航、集群 通信、无线寻呼
300MHz~3GHz
100 10cm
特高频
波导
电视、空间遥测、雷达导航、点对点通
UHF 分米波无线电
第1章 绪 论
1.2 通 信 的 概 念
1.2.1 通信的定义
通信原理第一章
• 2．模拟信号与数字信号 • 模拟信号：电信号的参量连续取值
– 基带信号(一般指未调制过的信号)瞬时值状态数无限，如正弦信号、 语音信号、图像信号等。 – 已调信号(载波一般为正弦信号)的参数A.F.P状态数无限。
正弦:
AM:
FM:
PM:
• 数字信号：电信号的参量离散取值
– 基带信号的瞬时值状态数有限。 如计算机.电报机等输出的信号。 – 已调信号的参数A.F.P状态数有限。 • *注: 也可称ASK 、FSK 、PSK等数字已调信号为连续信号,因为 他们的瞬时值在某一范围内连续取值。
Æð
Ö¹ Ò»¸ ö×Ö· û Ò»¸ ö×Ö· û
Ö¹
(a)
Òì½´ ² «Êä
SYN×Ö · û
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SOH×Ö · û
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EOT×Ö · û
ʱÖÓÐź Å
(b)
Í ½´ ¬² «Êä
单工数据传输：两站之间只能沿指定方向传输数据，反向传联 络信号
正向数据信道
Dn2
对信号进行时域分割（TDM），也可进行频域分割（FDM）。
若无帧同步码，则无法对各路信号进行正确分接。
...
mn(t)
• 2、 需要研究的问题
– – – – – – – 数字基带信号的特性（A/D变换）； 数字调制与解调原理； 已调信号的特性； 数字通信系统的抗干扰性能； 信道编码、译码（差错控制）； 加密； 同步。
最小频移键控MSK等 脉幅调制PAM 数字微波、空间通信 中间调制方式、遥测 中间调制方式 遥测、光纤传输 市话中继线、卫星、空间通信 军用、民用数字电话 电视电话、图象编码 语音、图象压缩编码
通信原理ppt 第1章
1.2.2 模拟通信系统模型
连续消息→原始电信 号 电信号→连续消息
基带信号→已调信号
已调信号→基带信号
两对重要变换： “连续消息↔原始电信号”，相应器件是信源和信宿。 “基带信号↔已调信号”，相应器件是调制器和解调器。
1.2.3 数字通信系统模型
信源编码（source coding）：一是进行模/数（A/D）转换；二是去除 冗余信息，提高传输的有效性。解码（译码）是编码的逆过程。 信道编码：进行差错控制，提高传输的可靠性。（详见第8章） 数字调制与模拟调制的本质及原理相似，都是把基带信号加载到高频 载波上。解调是调制的逆过程。（详见第7章） 综上所述，在完成通信的过程中，将涉及以下主要通信技术： “编码、解码、调制、解调” 本书的重点就是介绍这些技术的原理、性能和应用。
1.3 通信系统的分类
通信系统可以从不同角度进行分类，常见分类如下。 用导线（如各种电缆） 以基带信号（未经 作为传输媒质。如有 信道中传输的 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 线电视系统等。 调制的信号）作为 是模拟信号。 传输信号的系统。
模拟通信 数字通信 有线通信 无线通信 基带传输 带通传输
表1-1 模拟信号
信号类型与特征 数字信号 特征：信号的取值是离散的 例如：电报机、计算机输出的信号
特征：信号的取值是连续的 例如：电话机送出的语音信号，摄像机 输出的图像信号等
图1-2 模拟信号和数字信号示例
消息与电信号之间的转换，通常由传感器来实现。例如：
话筒（声音传感器）把声音转变成音频信号； 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。
通信原理第一章(绪论)习题及其答案
第一章（绪论）习题及其答案
【题1－1】设英文字母E 出现的概率为0.105，x 出现的概率为0.002。
试求E 及x 的信息量。
【答案1－1】
字母E 出现的概率()0.105p E =，由信息量公式，可知其信息量为：
算传输的平均信息速率。
【答案1－4】
1）不同字母等概率出现时，每个字母平均信息量即达到了信息源的最大熵：2()log 42/H x bit ==符号，每个字母用二进制脉冲编码，每个脉冲宽度为5ms ，所以每个字母的持续时间是2×5ms ，字母传输速率为：
3111002510B R T -===⨯⨯ Baud
平均信息速率为：()200/b B R R H x bit s =⨯=
2）每个字母不等概率出现时，每个字母的平均信息量为
平均信息速率为：()100 1.985198.5/b B R R H x bit s =⨯=⨯=
【题1－5】设一信息源的输出由128个不同符号组成，其中16个出现的概率为。
通信原理第1章18158ppt课件
通信原理
第1章 绪论
2
第1章 绪论
1. 1 通信的基本概念
通信的目的：传递消息中所包含的信息。 消息：是物质或精神状态的一种反映，例如 语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像 等。 信息：是消息中包含的有效内容。 实现通信的方式和手段：
非电的：如旌旗、消息树、烽火台…
1.3.1 通信系统的分类
按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、 数据通信系统、图像通信系统 … … 按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传 输系统
调制传输系统又分为多种调制，详见书中表1-1。
按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统 按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统 按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通 信…… 按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分 12 复用
I 是 P(x) 的函数： I ＝I [P(x)] P(x) ，I ； P(x) ，I ； P(x) = 1时，I ＝ 0； P(x) = 0时，I ＝ ； I [ P ( x ) P ( x ) ] I [ P ( x )] I [ P ( x )] 1 2 1 2
8比特依次发送
01100100
0 1 1 0 0 1 0 0 串行/并行 转换器
接 收 方
优点：只需一条通信信道，节省线路铺设费用 缺点：速度慢，需要外加码组或字符同步措施
其他分类方式：
同步通信和异步通信 专线通信和网通信
15
第1章 绪论
1.4 信息及其度量
信息：是消息中包含的有效内容 如何度量离散消息中所含的信息量?
通信原理教案(第1章)李白萍
第1章绪论本章教学基本要求：掌握：1. 通信基本概念2. 信息量、主要性能指标计算3. 数字通信系统的组成理解：1. 通信系统的分类2. 通信系统的发展本章核心内容：一、通信的基本概念二、通信系统的组成、分类三、数字通信系统的性能指标四、数字通信技术及发展一、通信的基本概念1. 通信：消息传递的全过程，即信息的传输与交换。
2. 消息：是有待于传输的语言、活动图片和文字、数据等。
3. 信息：消息中包含的有意义的内容。
4. 信号：信息的物质载体。
5. 信息量：度量信息多少的量值，它和消息的总类，消息的重要程度无关，它只反应一个量值。
1）信息量的计算消息中所含信息量与消息出现的概率有关。
（1）信息量（I ）是消息出现的概率（P(x)）的函数：I=I[P(x)] （2）消息出现的概率愈小，它所包含信息量愈大；反之信息量愈小。
且P(x)=1时，I=0，P(x)=0时，I=（3）若干个互相独立事件构成的消息，所含信息量等于各独立事件信息量的和。
I[P(x 1)P (x 2)…P(x n )] = I[P(x 1)]+ I[P(x 2)]+…+ IP(x n )]所以，I=log a)(1x p = - log a p(x) 信息量I 的单位与对数的底数有关：当对数底a 取2时，信息量的单位为比特（bit ）；当对数底a 取e 时，信息量的单位为奈特（nit ）；当对数底a 取10时，信息量的单位为哈特（hart ）。
通常使用的单位为比特。
1比特（bit ）的含义：是信息量的度量单位；一位二进制数不经压缩所含的信息量；一个脉冲波形所含的信息量；一比特等于488微秒。
2）离散信源的平均信息量（1）离散等概时信息量的计算假设有M(M=2K )个消息，它们是等概的，每条消息的概率P(x)=M1，以2为底时：I=lb)(1x P =lbM=K(bit) （2）离散不等概时信息量的计算某离散信息源输出x 1,x 2,…,x M M 个不同符号，它们出现的概率分别为P(x 1),P(x 2),…,P(x M )。
现代通信原理与技术张辉第1章-PPT精选文档
即把消息寄托在电信号的某一参量上（如连续波的幅度、频
率或相位； 脉冲波的幅度、宽度或位置）。按信号参量的取 值方式不同可把信号分为两类，即模拟信号和数字信号。
凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接 与消息相对应的信号，均称为模拟信号，如电话机送出的语 音信号、电视摄像机输出的图像信号等。模拟信号有时也称 连续信号，这个连续是指信号的某一参量可以连续变化，或 者说在某一取值范围内可以取无穷多个值，而不一定在时间 上也连续，如图 1 - 2(b)所示的抽样信号。 凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直接与消息相 对应的信号，均称为数字信号，如电报信号、计算机输入/输 出信号、PCM信号等。数字信号有时也称离散信号，这个离 散是指信号的某一参量是离散变化的，而不一定在时间上也 离散，如图 1 - 3(b)所示的2PSK信号。
实现通信的方式很多，随着社会的需求、生产力的发展 和科学技术的进步， 目前的通信越来越依赖利用“电”来传
递消息的电通信方式。由于电通信迅速、准确、可靠且不受
时间、地点、距离的限制，因而近百年来得到了迅速的发展 和广泛的应用。当今，在自然科学领域涉及“通信”这一术 语时，一般均是指“电通信”。广义来讲，光通信也属于电 通信，因为光也是一种电磁波。 本书中的通信均指电通信。
信 息 源 发 收 端
受 信 者
噪 声 源
图 1 - 1通信系统的一般模型
发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信 源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。变换方
式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的 变换方式。对数字通信系统来说， 发送设备常常又可分为信 源编码与信道编码。 信道是指传输信号的物理媒质。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、 电缆或光纤。有线和无线信道均有多种物理媒质。媒质的固 有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。根据研 究对象的不同， 需要对实际的物理媒质建立不同的数学模型， 以反映传输媒质对信号的影响。这一点将在第3章中讨论。
数字通信原理与技术(王兴亮)第 1 章绪论
直接送到信道中去传输的一种方式，而频带传输是指信号经
过调制后再送到信道中传输，收端有相应解调措施的通信系
统。
第1章
绪 论
5. 按业务的不同分
目前通信业务可分为电报、电话、 传真、 数据传输、
可视电话、 无线寻呼等。 另外从广义的角度来看，广播、
另外，通信还有其它一些分类方法，如按多地址方式可
分为频分多址通信、时分多址通信、码分多址通信等。按用
户类型可分为公用通信和专用通信等。
第1章
绪 论
1.1.3 通信方式
1. 按消息传送的方向与时间分
A 信道 B
(a )
A
信道
B
(b )
A
信道
B
(c )
图 1-1 按消息传送的方向和时间划分的通信方式 (a) 单工方式； (b) 半双工方式； (c) 全双工方式
I [ P1 ( x ) P2 ( x ) ] I [ P1 ( x )] I [ P2 ( x )
可以看出I与P(x)间应满足以上三点， 则它们有如下关系式：
I log
1
a
log
P(x)
a
P(x)
第1章
绪 论
信息量I的单位与对数的底数a有关： a=2 单位为比特(bit，简写为b)；
MHz的标准频道间隔内，可传送1920至7680路PCM数字电话。
第1章
绪 论
1.4 数字通信系统的主要性能指标
1.4.1 一般通信系统的性能指标
(1) 有效性。 指通信系统传输消息的“速率”问题， 即快慢问 题。
(2) 可靠性。 指通信系统传输消息的“质量”问题， 即好坏问 题。 (3) 适应性。 指通信系统使用时的环境条件。 (4) 经济性。 指系统的成本问题。 (5) 保密性。 指系统对所传信号的加密措施. (6) 标准性。 指系统的接口、 各种结构及协议是否合乎国家、 国际标准。 (7) 维修性。 指系统是否维修方便。
通信原理第1章 绪论
I0 I1 I2 I3 log2 4 2 b
评注 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)
每个四进制符号可用 2 个二进制符号表示。
推广：M进制的每个码元含 log2M （b)
2.离散信源的平均信息量
——信源中每个符号所含信息量的统计平均值。 设
按传输方向和时间划分
单工通信：
发端 信道 (a) 单工方式 发端 (A） 信道 收端 (A） (b) 半双工方式 发端 (A） 收端 (B） 收端 (B） 发端 (B） 收端
（单向）
半双工通信：
（双向、不同时）
全双工通信：
（双向、同时）
收端 (A）信道A 信Fra bibliotekB发端 (B）
(c) 全双工方式
H与热力学中的熵形式一样，故称为信源的熵。
M
例
【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。
解
1 H p ( xi ) log 2 p ( xi ) i 1
M
1 I log 2 P( x)
x1 , , x i , , x M P ( x ), , P ( x ), , P ( x ) 且 i M 1
P( x ) 1
i i
M
则 统计独立的M个符号的离散信源的平均信息量为
1 H p ( xi ) log 2 (b / 符号） p ( xi ) i 1
RB B
(Baud/Hz)
Rb b B
b log 2 M
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第一章 绪论
1.1 通信的基本概念 1.2 通信系统概述 1.3 通信信道 1.4 通信网概述 1.5 通信发展概况 1.6 香农信道容量定理的仿真设计
1.1 通信的基本概念
1.1 通信的基本概念
通信
思考
电 信？
一、几个基本概念 1. 通信：信息的传递和交换。
通信的目的：获取信息 电信：利用电信号来传递消息的同 学方式。
通常采用“比特”作为信息量的实用单位。
I代表两种含义：当事件x发生以前，表 示事件x发生的不确定性；当事件x发生以后， 表示事件x所含有（或所提供）的信息量。
例：26个字母，某书出现A为3万次，一 共10万个字母，则P(A)=3万/10万。
例：假定英文字母信源发W符号概率为 0.125，发Z符号的概率为0.001，问发W和Z 提供的信息量各为多少？
▪ 按一定的时间间隔重复变化并且无始无终的 信号
fT (t) f (t kT )
k 0, 1, 2,...
式中, T 为信号的周期。
非周期信号是不具有重复性的信号。
12
下午12时27分29秒
3 功率信号与能量信号 信号 f（t）的总能量和平均功率
信号类别 功率信号 能量信号 非功非能
解：该信息源符号的平均信息量为
n
H (x) p(xi ) log2 p(xi ) i 1
1 4
log2
1 4
2
1 8
log2
1 8
3 16
log2
3 16
5 16
log2
5 16
2.23bit
/
符号
练习：
有一信源X发A、B、C、D四种符号，A、 B、C的概率分别为1/2， 1/4， 1/8，求：
2. 消息：信息的表现形式，如语言、 文字、音乐、数据、图片或活动图像等。
3. 信息：消息的内涵，指人们原来不知 道的，或者说消息中有意义的抽象内容。
必然发生的事件P=1，信息量为0 越不可能的，信息量越大。
4. 信号：描述消息的适合信道传输的物 理量，用函数表示。
5. 通信原理与技术：用数字理论来 描述通信系统传输过程的技术。
衡量信息多少的物理量叫信息量。
注意：信息量的大小实际上与内容无关
▪ 一个消息对于接收者很有价值（即信息量大）在于 这个消息是他不知道的事情或觉得不可能发生的事 情（即小概率事件）。
信息量与概率有关！
概率：可以简单理解为可能性。
在信息论中，消息所含的信息量I与 消息x出现的概率P(x)的关系式为
I (xi ) loga
信号分类
1.确定信号与随机信号
➢ 确定信号:是指能够以确定的时间函数表示的信号，它 在定义域内任意时刻都有确定的函数值。 ➢ 随机信号:在事件发生之前无法预知信号的取值，即写 不出明确的数学表达式，通常只知道它取某一数值的概率， 这种具有随机性的信号称为随机信号。
2 周期信号与非周期信号
周期信号
13
总能量E总 ∞
有限值
∞
平均功率P 有限值 0 ∞
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4 模拟信号与数字信号
模拟信号：消息的信号参数（幅度、频率 或相位）随信息连续变化。
数字信号：时间、幅度取值均离散。
信号的基本特性
▪ 时域特性
信号可以表示为时间t的函数，用函数f(t) 、y(t) 来表示。
信号也可以描绘成随时间变化的波形图。信号在某一 时刻的大小、信号持续时间的长短以及信号变化的快 慢等等都可以从波形图上反映出来，信号的这一特性 叫做信号的时间特性。
1 p(xi )
loga
p(xi )
信息量的单位由对数底的取值决定。
若对数以2为底时单位是“比特” （bit — binary unit的缩写）； 同学们要掌握的
若以e为底时单位是“奈特” （nat—nature unit的缩写）；
若以10为底时单位是“哈特” （Hart — Hartley的缩写）。
1）求发每一个符号的信息量
2）该信源发一序列ABCDDDDAACC，求该 序列消息提供的信息量
3)平均每个符号提供的信息量
4)11个符号一个序列，平均每个序列提 供的信息量（序列熵）
1.2 通信系统概述
1.2.1 通信系统的组成 1.通信系统的一般模型
如下图所示：
如双绞线、光纤、 同轴电缆等。
注意：自由空间也 是一种信道
信源发I (单xi一) 离lo散ga消p息(1xi所) 携带lo的ga自p(信xi 息) 量:
离散信源（或消息源）发多个消息（或符 号），每个符号所含信息量的统计平均值， 即平均自信息量（熵）为：
n
H (x) P(xi ) log2 P(xi ) (bit / 符号） i 1
[例1-1-4] 某信息源的符号集由A，B，C， D和E组成，设每一符号独立出现，其出现概 率分别为1/4，1/8，1/8，3/16和5/16。试 求该型中，发送设备对来自信源的 信号的处理可能有2种情况：
▪ 一、直接对模拟信号进行放大和传输（例如无 线广播电台、第一代移动通信系统“大哥大”）
信源
发送设备
信道
接收设备
信宿
如调制器、功率 放大器、天线等
噪声源
在本书中，特指 将原始信息转换 成电信号的设备，
如麦克风等
是一种随机信号， 对通信有害， 但不可避免。
与是发送设备处 理的“逆过程”
在本书中，特指 将电信号还原成 原始信息的设备，
如扬声器等
信源：消息的发源地，其作用是通过传感 器把消息转换成原始电信号，即完成非电量 到电量的转换。
▪ 频域特性
信号可分解为不同频率的正弦分量之和，信号与频率 之间的关系叫做信号的频率特性。用函数F(jf) 、 F(jω)、H (jω)等表示。
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信息的度量(重点内容)
铁路系统运送货物量多少采用“货运量” （不管运送什么货物）来度量;
通信系统中传输信息的多少采用“信息量” 来度量。
发送设备：其功能是将信源和信道匹配起来，其目的 是把信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信 号。
信道：传输信息的通道。
噪声源：是信道中的噪声及分散在通信系统其他各处 的噪声的集中表示。
接收设备：其功能是放大和反变换，其目的是从受到 干扰和减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。
信宿：传送信息的目的地，其功能与信源相反，是将 恢复的原始电信号还原成相应的消息。