1通信原理绪论

20世纪80年代以来，微波通信、卫星通信、光纤通信、移动通 信和计算机通信等各种现代通信系统的竞相发展。
通信的展望 未来的通信技术正在向数字化、智能化、综合化、宽带化、个
人化方向迅速发展
通信的最终目标：即无论何时、何地都能实现与任何人、任何 物体进行任何形式的信息交换。
基本概念
•通信 •消息 •信息 •信号 •模拟通信系统 •数字通信系统
通信、多媒体通信等。
通信方式
单工通信：消息只能单方向传输的工作方式。
如广播、遥测、遥感、无线寻呼等等
半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能
同时进行收和发的工作方式。
全双工通信：通信双方都能同时收发消息的工
作方式。
通信系统模型
信源 调制器
信道
解调器
信宿
噪声源 模拟通信系统 定义：利用模拟信号来传递信息的系统 信源：其作用是把消息转换为原始电信号—基带信号。 调制器：作用是将基带信号变换成适合在信道中传输的信号。 信道：信号传输的通道。分为有线和无线两大类。
消息的传递是通过它的物质载体—信 号来实现的
基本概念
数字信号---信号的参量只能取有限的个值，
并且常常不直接与离散消息相对应。
如电报信号、计算机数据信号、PCM信号 等
模拟信号---信号的参量连续取值或有无穷
多个值，且直接与连续消息相对应。
如电话机送出的语音信号、电视摄象机输 出的模拟图象信号
通信系统的分类
▪分类方法 ▪通信网的结构 ▪通信方式 ▪通信系统模型
通信系统的分类
按信号特征分类：模拟通信系统；数字通信系统。 按调制方式分类：基带传输；调制传输。 按工作波段分类：长波、中波、短波、光波等。 按信号复用方式：频分复用、时分复用、码分复用、 波分复用。 按传输媒介分类：有线通信、无线通信。 按通信业务分类：固定电话通信、移动通信、数据
1 14
log2
22
2(bit)
信息及其度量
平均信息量（信源熵）
非等概率情况下的离散信源的概率分布为：
x1, x2 ,,
xn
p(
x1
),
p
(
x2
),,
p(
xn
)
且有：
n
p(xi ) 1
i 1
则每个X所含信息量的统计平均值---信源熵为：
n
H (x) p(xi ) log2 p(xi )(bit / 符号) i 1
举例
（1）已知英文字母e和v出现的概率分别为0.105和0.008， e和v的 信息量各为多少。 Ie=-log2P（e）= -log20.105=3.25（bit） Iv=-log2P（v）= -log20.008=6.96（bit）
（2）信源符号集由A、B、C、D、E、F组成，设每个符号独立 出现，其概率分别为1/4、1/4、1/16、1/8、1/16、1/4，求该信源 输出符号的平均信息量（信源的熵）。 H（x）=-P（xi）log2 P（xi）
信源 调制器
信道
解调器
信宿
噪声源
解调器：作用是将调制信号反变换为原始电信号。 信宿：信息传输的归宿点。其作用是将原始电信号转换成相 应的消息。 噪声源：是通信系统中各种设备以及信道中噪声与干扰的集 中表示。 模拟通信系统中的两个重要变换： 连续消息----基带信号；基带信号----已调信号（频带信号）
绪论
•基本概念 •通信系统的组成 •通信系统的分类及通信方式 •信息及其度量 •评价通信系统性能的指标
通信的发展历史Hale Waihona Puke Baidu
通信起源于19世纪30年代 1837年，莫尔斯电磁式电报机出现 1866年，利用大西洋海底电缆实现了越洋电报通信 1876年，贝尔发明了电话机，开始了有线电报、电话通信
19世纪末，出现了无线电报； 20世纪，电子管、晶体管、集成电路出现，使通信迅速发展
带压缩技术的发展，该缺点的影响已减小。
• 需要同步
信息及其度量
信息---消息的内涵 信息量---消息所含信息多少的度量 信息量的大小与消息发生的概率密切相关， 概率越小，信息量越大。反之，越小。
信息及其度量
信息量的数学表示：
I
loga
1 P(x)
loga
P(x)
信息量的单位 a=2时，单位为比特bit a=e时，单位为奈特nit a=10时，单位为哈特莱Hartly
=-3×（1/4） ×log2 ¼- （1/8） ×log2 1/8- 2×（1/16） ×log2 1/16
基本概念
通信---信息的传输和交换 消息---信息的物理表现形式 离散消息---消息状态是可数的和有限的
如文字、数据等
连续消息---消息状态是连续变化的
如语音、活动图象等
基本概念
信息---消息的内涵，即消息中所包含
的受信者原来不知而待知的内容。
通信的根本目的在于传输含有信息的 消息
信号---与消息相对应的电量或光量。
信宿 解密 信源译码器 信道译码器 数字解调器 信道 数字调制器 信道编码器 信源编码器 加密 信源
数字通信系统模型
噪声源
加密/解密：实现信息的安全传输。
信源编/译码器：数据压缩/解压，提高通信效率。 信道编/译码器：提高系统的抗干扰能力。
• 数字通信特点
* 抗干扰能力强，无噪声积累
模拟
数字
发端 发端
放大
噪声
再生中继
噪声
收端 收端
数字通信的特点
•抗干扰能力强，可消除噪声积累； •差错可控； •便于与各种数字终端接口连接； •方便对信号进行处理和变换，保密性强； •便于集成化。
数字通信的特点
缺点：
* 占用频带宽
– 模拟：一路模拟电话所占频带仅为４KHz。 – 数字：一路数字电话频带一般为64KHz。 – 随着光纤、数字微波等宽带信道的使用以及数字频
信息及其度量
离散消息的信息量
如M个离散消息的每个消息是等概率出 现的，则一个消息的信息量为：
I
log
2
1
1 M
log2 M (bit)
例：四进制离散信源（0，1，2，3），独立等概率发送， 传送每一波形的信息量为:(M=2k进制的每一波形包含的 信息量是二进制每一波形包含信息量的k倍)
I
log2
信息及其度量
当信源中每个符号等概率独立出现时，信源的
熵有最大值：
H max
n i 1
1 n
log2
1 n
log2
n(bit
/ 符号)
若干个事件组合构成的消息，所含信息量可表示为：
I ( p(x1) p(x2 ))
n i 1
mi
log2
1 (bit / 消息) p(xi )
mi为同一个事件在消息中出现的次数