现代通信概论第1章

P(x)→1时， I→0
P(x)→0时， I→∞
在信息论中， I ( xi )与消息 xi 出现的概率 P( xi ) 的 关系式为
1 I ( xi ) log a log a P( xi ) P( xi )
信息量 I ( xi ) 表示这个事件 xi 发生所包含的信
息量，或它发生的不确定性。
3、现代信息交换
4、光纤传输技术 5、短波与超短波通信技术 6、数字微波与数字卫星通信技术 7、数字移动通信技术


8、数据通信
9、宽带接入网
第1章
1.1 1.2 1.3
概论
通信概论 通信信道与噪声 通信网基本概念
1.4
现代通信技术与信息高速公路
1.1通信概述
古代：烽火狼烟、击鼓鸣金、摇旗呐喊、飞鸽传信
消息：表示信息的语言、文字、图像和数据
信息：是人类社会和自然界中需要传递、
交换、存储和提取的抽象内容
信号：运载消息的声、光、电等物理量
1、信号的分类
（1）确知信号与随机信号 确知信号：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：具有随机性的信号。
（2）周期信号与非周期信号
周期信号：满足下列条件
f (t ) f (t nT ), n 0, 1, 2, 3,,
t
式中T为周期
非周期信号：不具有重复性的信号。
（3）模拟信号与数字信号
模拟信号：是指代表消息的信号参量（幅度、 频率或相位）随消息连续变化的信号。 数字信号：是指它不仅在时间上离散，而且在
P( f ) 0.51
1 I f log 2 log 2 0.51 0.97bit P( f )
英文字母x出现的概率为 其信息量为
P( x) 0.034
I x log2 0.034 4.88bit
【例】 设二进制离散信源， 以相等的概率发送数
字0或1，则信源每个输出的信息含量为 I(0)=I(1)=log22=1 (bit)

传送等概率的二进制波形之一(P=1/2）的信息 量为1比特；

传送等概率的四进制波形之一（P=1/4）的信息
量为2比特；

传送等概率的八进制波形之一（P=1/8）的信息
量为3比特。
四进制数字信号的每种状态可以用两位二进制符号来
表示，即0、1、2、3分别用00、01、10、11来表示。
F(t) 3 2 1 0 t
I

的两种含义：
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所提供的信息量
信息量的单位：

若对数以2为底时单位是“比特”（bit ）
若以e为底时单位是“奈特”（nat ）
若以10为底时单位是“哈特”（Hart ）
[例1.1] 设英文字母 f出现的概率为0.51，x出现的概率 为0.034。试求f及x的信息量。 解：英文字母f出现的概率为 其信息量为
图1-4 四进制数字信号示意图
信息熵（平均信息量）
由n个符号组成的集合，符号集中的每一个符 号 x i 在消息中是按一定概率 P( xi ) 独立出现的，
又设符号集中各符号出现的概率为
x1 , P( x ), 1 P( x2 ),, P( xn ) ，且有 x2 , , xn
P( x ) 1
i 1 i
n
则 x1 , x 2 , x n 所包含的信息量分别为 log2 P( x1 )， log 2 P( x2 ) ，…， log 2 P( xn )
平均信息量为
H ( x) P( xi ) log 2 P( xi )
i 1 n
(bit/ 符号）
幅度取值上也是离散的信号。
图1-1模拟信号
图1-2 数字信号示意图
2、信号的特性
（1）时域特性
表示函数值如信号电压或电流随时间的 变化关系。
（2）频域特性
指任意信号总可以表示为许多不同频率、 不同振幅正弦信号的线性组合，这些正弦信 号所包含的频率范围，称为该信号的频谱， 通常用函数表示时域信号的频谱。称信号的 绝对带宽为频谱的带宽，单位为赫兹（Hz）
这些通信方法和手段只能极其有限地解决一定距离的通信
问题。
现代：电话、电视、广播、邮政、因特网等
目前的这些现代的通信方法和手段已为我们大家所熟知，
并成为我们社会生活中一个不可或缺的组成部分。随着科
学技术与社会的发展，对通信的要求也越来越高。
1.1.1 通信的基本概念
消息、信号和信息
通信的目的：为了获取信息
设有一个信号为 u(t ) 3sin 1t sin 31t 式中， 1 2 2 f1 ，则信号u(t)的信号特征如图1-3所 T 示。
（a）时域波形 （b）频谱图 图1-3 u(t)的信号特征图
信息的度量
来自百度文库
通信的目的在于信息的传递和交换 信息：是对事物运动状态或存在方式的不确定性的 描述。 消息：一般将语音、文字、图像或数据称为消息。
解：该信息源符号的平均信息量为
H ( x) P( xi )log 2 P( xi )


不确定性：就是随机性，具有不确定性的事件就是
随机事件 。因此可运用研究随机事件的数学工具—
—概率来测度不确定性的大小。

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。

可能性越小，概率越小；反之，概率越大。 结论： 消息中包含的信息量与消息发生的概率
密切相关。消息出现的概率越小，消息中包含 的信息量就越大。
结论：当离散信源的每一符号等概率出现 时，即 P( x ) 1/ n(i 1, 2,, n)
i
此时的熵最大。
最大熵值为 log2 n(bit/符号）
[例1.2] 某信息源的符号集由A，B，C，
D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和1/2。试求
该信息源符号的平均信息量。
现代通信概论
教材
何方白等，现代通信概论，北京：人民邮电 出版社
课程目的和任务

本课程通过讲述通信基本模型、 通信信道、数字 通信系统、通信传输技术、现代交换技术等内容，
使学生了解各种通信系统的基本组成，掌握通信系
统的基础理论和工作原理。
课程主要内容

1、概论 2、数字通信系统及技术