c7-第1章 绪论-新
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带通信号的区别； 5.数字通信系统中建立信源编码和信道编码的概念。
§1.3
通信系统分类
与
通信方式
1.3.1 通信系统分类
详见表3-1
按复用方式划分：频分、时分、码分、波分、空分复用。 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 nat=1.44 b
例 【1-1】
例 【1-2】
二进制信源（0，1）
四进制信源（0，1，2, 3）
试求：等概独立发送符号时，每个符号的信息量 。
解： P(0) P(1) 1 2
I0
I1
log2
1 P(x)
评注
log2 2 1 b
P(0) P(1) P(2) P(3) 1 4
存储；将来自不同信源的信号综合传输； 易于集成；易于加密。
缺点 可能需要较大的传输带宽；
对同步要求高。
前情提要
1.了解消息、信息和信号的关系； 2.正确区分模拟信号和数字信号； 3.理解通信系统一般模型中各个模块的功能； 4.熟悉模拟通信系统中的两种变换，掌握基带信号和
2019年12月29日星期日
2
课程简介
课程安排：1～16周（理论+实验）
注：实验课单独设定为一门课
总学时：64
周学时：4
理论学时：48 （1～12周）
实验学时：16 （13～16周）
课程考核 (考试课) 平时成绩、期中考试成绩、期末考试成绩，比例3:3:4
作业:
缺交作业达总数的1/3者,或累计缺课超过教学时数1/3 者按学校规定将取消其期末考试资格。
总信息量 若信源发送一条消息（含m个符号）的平均总信息量
为 I=m·H (bit)
例
解
H
M i 1
p(xi ) log2
1 p(xi )
Ii
log2
1 P(xi )
H P(0)I0 P(1)I1 P(2)I2 P(3)I3 1.906 (b/符号）
评注
比较例【1-3】与【1-2】可知：
课程简介
为什么要学习这门课程？ 这门课程主要讲什么？
如何学好这门课程？
2019年12月29日星期日
1
课程地位
本门课程在人才培养方案中定位为专业基础课、 必修课，在整个课程体系中起着承上启下的重要作用。
先修课程 信号与系统
同期课程 现代交换技术、光纤通信技术、接入网技术
后续课程
移动通信技术、毕业设计（论文）、毕业实习
语音、温度、图像
信号参量取值连续
离散消息（状态有限） 数字信号：
数据、文字、符号
信号参量取值离散
信息
消息中蕴含的有效内容。
三者关系
内涵
信息
传输
消息 载体
表现形式
信号
模拟信号 数字信号
Q&A
① 模拟信号 和 数字信号:
时间连续 ，幅度取 值连续
时间离散 ，但幅值 连续。抽 样信号， PAM信号
1.5.1 数字通信系统的有效性指标
与进制数 有关吗 ？
1 RB Ts
与信源统计 特性有关吗 ？
RB与码元的进制数无关，仅取决于每个码元的持 续时间，它的大小决定了传输带宽（正比）。
例如：1秒内传输1000个码元，则 RB =1000 Baud
Rb与 RB的关系—— H为纽带
Rb RB H Rb RB log2 M
？
如何度量消息中所含的信息量 ? 信息量 I 可用概率 P 来度量：
I = f [P(x)]
1. 离散消息 x 的信息量
P 1，I0 P 0，I P(x) < P(y),
I(x) > I(y) 相加性
a= 2，比特(bit) ，简记为b a= e，奈特(nat) a=10，哈特莱(Hartley)
平均信息量 I= log2M（b)
2. 离散消息的平均信息量（非等概率）
—— 信源中每个符号所含信息量的统计平均值。
设
x P(
1, x1
, ),,
P
xi (x
,
i
, ),,
P
xM (xM
)
且
M
P(xi ) 1
i
则 统计独立的M个符号的离散信源的平均信息量为
H
M i 1
2019年12月29日星期日
3
通 信 原 理
课程内容
通信基础知识 模拟调制原理
第1章 绪论（通信系统模型、分类、指标等） 第4章 信道 第5章 模拟调制系统
第2章 确知信号 第3章 随机过程
数字通信 最佳接收 信源编码
第6章 数字基带传输系统 第7章 数字带通传输系统 第10章 信源编码
第8章 新型数字带通调制技术 第9章 数字信号的最佳接收
1.3.2 通信方式
按传输方向和时间分： 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）
遥控、广播等 对讲机
电话、计算机通信等
按数字码元传输时序分：
并行传输：在并行信道上同时传输 n 个比特信息。
0
发
1 1
接
送0
收
1
方1
方
0
0
串行传输
计算机和并行接口打印机之间的连接；或者系统板 上各个部件之间的数据传输连接采用并行。
M 2时 Rb RB
Rb不仅与码元宽度有关，还与进制数和码元的传输 特性有关。
Rb与 RB的关系—— H为纽带
Rb RB H Rb RB log2 M
M 2时 Rb RB
1. 多进制时（M>2）， Rb> RB。二进制时（M=2）， Rb= RB。
2. Rb一定时，增加进制数，可以降低RB，从而减小信号带宽，提高频率利用 率。
信 道 编
码
数 字 调
制
数
信道
字 解
调
信 道 译
码
解 密
信 源 译
码
信 宿
噪声源
信源编码（第10章）： 模/数转换 提高有效性（数字 信号的压缩编码）
第7,8章
信道编码（第11章）：
增强抗干扰能力 （差错控制）
第13章
1.2.4 数字通信的特点
优点
抗干扰能力强，且噪声不积累； 信道编码技术使传输差错可控； DSP技术对数字信息便于处理、变换、
数字通信编码 同步技术
第13章 同步原理
第11章 差错控制编码 第12章 正交编码和伪随机序列
如何学好这门课程
课程特点： 理论性强（实验为辅助）
教材： 通信原理（第7版），国防工业出版社，樊昌信等
著。
5
如何学好这门课程
参考教材： 1.深入浅出通信原理，清华大学出版社，陈爱军。 2.大话通信：通信基础知识读本，人民邮电出版社，杨波， 周亚宁著。 3.通信原理—基于Matlab的计算仿真，北邮，郭文彬。 4.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析，清华， 邵玉斌。 5.通信之道：从微积分到5G，电子工业出版社，杨学志著。 6.通信原理（第7版）学习辅导与考研指导，国防工业出版 社。
的信号。如 编码、调制
destination
电信号 → 消息
如电话机的听筒
把音频信号→声音
receiver
其功能与发送设备相反。
如 译码、解调
根据信道中传输的是模拟信号还是数字信号，把通信系统 分为模拟通信系统和数字通信系统两大类。
1.2.2 模拟通信系统模型
第5章
模拟信源
调制器
信道
解调器
信宿
噪声
扩充
存储 传输
共享
相对
时效
度量
在当今信息社会中，信息是最宝贵的资源之一。
？
如何度量消息中所含的信息量 ?
原则： 度量方法与消息的种类无关。 与消息的重要程度无关。
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。
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。
古代通信： 信息沟通的起步
综合化 宽带化
移动化
个人化
近现代通信： 电磁通信和数字
时代的起步 当代通信：
高速化 智能化 数字化
击鼓
烽火
鸣金 。。。
移动通信和互联 网时代 未来通信：
大融合时代，物 联网
电报
电话 电视 因特网 。。。
通信与电信
利用电信号传输信息
1.1.2 消息 信息 信号
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）
3. RB一定时（即带宽一定），增加进制数，可以增大Rb，在相同带宽中传输 更多的信息量。 因此可以看出，从有效性角度考虑，多进制优于二进制；从可靠性角度
考虑，二进制优于多进制。
（3）频带利用率——把 B 与 传输速率 联系起来
基于以上对 消息 、信息 和 信号 的理解： 通信 （电信）
通信系统
§1.2
通信系统模型
1.2.1 通信系统一般模型
信源
channel
能传输信号的 各种物理媒介
发送设备
信道
接收设备
信宿
source
消息 → 电信号
如 电话机的话筒
把声音→音频信号
噪声
noise
transmitter
原始电信号→适合在信道中传输
p(xi ) log2
1 p(xi )
(b / 符号）
H与热力学中的熵形式一样，故称为信源的熵。
M
1
H i1 p(xi ) log2 p(xi )
(b / 符号）
熵的意义：表示信源的不确定性。
当每个符号等概率P(xi)=1/M 独立出现时，不确定性 最大，此时的熵有最大值，即Hmax= log2M（b/符号)
6
配套辅导教材：
整理知识 梳理关系 剖析难点 强化重点
归纳结论 引导主线 解惑疑点 点击考点
曹丽娜 编著
樊昌信 国防工业出版社
第1章
绪论
通信原理（第7版）
本章内容:
基本概念
模型/分类/通信方式
信息度量
信息量/信源熵
性能指标
有效性/可靠性
第1章 绪 论
§1.1
通信的基本概念
1.1.1 通信的发展
归纳：
本章内容:
基本概念
模型/分类/通信方式
信息度量
信息量/信源熵
性能指标
有效性/可靠性
第1章 绪 论
§1.5
通信系统性能指标
text
有效性
性能 指标
可靠性
传输一定信息量 所占用的频带宽度， 即频带利用率。
矛盾、关联、互换
传输信息 的准确程度
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
声音
音频信号
接收天线将电磁波转换为
AM信号（含有噪声）
将音频信号放大、调制， 产生 AM（调幅）信号， 并耦合到发射天线
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。
消息
通信系统传输的对象， 信息的载体。形式多种:
信号
消息的电表示形 式/传输载体。
连续消息（状态连续变化） 模拟信号：
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。
0
0
1
1
发 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 101010 1 接
送0
0收
0
0
方1
1方
0
0
0
0
并行/串行 转换器
串行/并行 转换器
优点：只需一条通信信道，所需线路铺设费用低。 缺点：速度慢，需要外加同步措施，解决收发双方的同步 问题。 应用：设备之间的远距离网络传输，USB等。
等概时，熵最大: H max log 2 M
例
解： 利用信息相加性概念来计算：
I总 23I0 14I1 13I2 7I3 108（b）
利用熵的概念来计算： H 1.906 (b/符号）
I总 57 H 57 1906 108.64 (b)
评注
I总 m H
ห้องสมุดไป่ตู้
基带：基本频带，频谱
较低，具有低通形式。低
两对重要变换：
通信道可以通过，但是有 些信道比如自由空间中无
模拟消息 原始电信号（基带） 法传输。
基带信号 已 调 信号（带通） 载波，调制
带通信号特征：携带信息， 频谱具有带通形式。
1.2.3 数字通信系统模型
信 源
信 源 编
码
加 密
用两个不 同的幅值 表示数字 信号0和1
尽管时间和 幅度都是连 续的，但是 携带消息的 信号参量是 相位，用两 种相位表示 0和1
② 消息 ~ 电信号的转换:
t
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。
I0 I1 I2 I3 log2 4 2 b
在数字通信中 ，一个数字脉冲称 为一个码元。
概率相同，每个符号蕴含的信息量也相同；
结论：
二进制的每个码元含 1 （b)
离散信源，等
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。
概率传送时，
推广：M进制的每个码元含 log2M （b)
本章内容:
基本概念
模型/分类/通信方式
信息度量
信息量/信源熵
性能指标
有效性/可靠性
第1章 绪 论
§1.4
信息及其度量
信息是消息的内涵； 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。
引言
信息具有以下特性：
存在 压缩
§1.3
通信系统分类
与
通信方式
1.3.1 通信系统分类
详见表3-1
按复用方式划分：频分、时分、码分、波分、空分复用。 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 nat=1.44 b
例 【1-1】
例 【1-2】
二进制信源（0，1）
四进制信源（0，1，2, 3）
试求：等概独立发送符号时，每个符号的信息量 。
解： P(0) P(1) 1 2
I0
I1
log2
1 P(x)
评注
log2 2 1 b
P(0) P(1) P(2) P(3) 1 4
存储；将来自不同信源的信号综合传输； 易于集成；易于加密。
缺点 可能需要较大的传输带宽；
对同步要求高。
前情提要
1.了解消息、信息和信号的关系； 2.正确区分模拟信号和数字信号； 3.理解通信系统一般模型中各个模块的功能； 4.熟悉模拟通信系统中的两种变换，掌握基带信号和
2019年12月29日星期日
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课程简介
课程安排：1～16周（理论+实验）
注：实验课单独设定为一门课
总学时：64
周学时：4
理论学时：48 （1～12周）
实验学时：16 （13～16周）
课程考核 (考试课) 平时成绩、期中考试成绩、期末考试成绩，比例3:3:4
作业:
缺交作业达总数的1/3者,或累计缺课超过教学时数1/3 者按学校规定将取消其期末考试资格。
总信息量 若信源发送一条消息（含m个符号）的平均总信息量
为 I=m·H (bit)
例
解
H
M i 1
p(xi ) log2
1 p(xi )
Ii
log2
1 P(xi )
H P(0)I0 P(1)I1 P(2)I2 P(3)I3 1.906 (b/符号）
评注
比较例【1-3】与【1-2】可知：
课程简介
为什么要学习这门课程？ 这门课程主要讲什么？
如何学好这门课程？
2019年12月29日星期日
1
课程地位
本门课程在人才培养方案中定位为专业基础课、 必修课，在整个课程体系中起着承上启下的重要作用。
先修课程 信号与系统
同期课程 现代交换技术、光纤通信技术、接入网技术
后续课程
移动通信技术、毕业设计（论文）、毕业实习
语音、温度、图像
信号参量取值连续
离散消息（状态有限） 数字信号：
数据、文字、符号
信号参量取值离散
信息
消息中蕴含的有效内容。
三者关系
内涵
信息
传输
消息 载体
表现形式
信号
模拟信号 数字信号
Q&A
① 模拟信号 和 数字信号:
时间连续 ，幅度取 值连续
时间离散 ，但幅值 连续。抽 样信号， PAM信号
1.5.1 数字通信系统的有效性指标
与进制数 有关吗 ？
1 RB Ts
与信源统计 特性有关吗 ？
RB与码元的进制数无关，仅取决于每个码元的持 续时间，它的大小决定了传输带宽（正比）。
例如：1秒内传输1000个码元，则 RB =1000 Baud
Rb与 RB的关系—— H为纽带
Rb RB H Rb RB log2 M
？
如何度量消息中所含的信息量 ? 信息量 I 可用概率 P 来度量：
I = f [P(x)]
1. 离散消息 x 的信息量
P 1，I0 P 0，I P(x) < P(y),
I(x) > I(y) 相加性
a= 2，比特(bit) ，简记为b a= e，奈特(nat) a=10，哈特莱(Hartley)
平均信息量 I= log2M（b)
2. 离散消息的平均信息量（非等概率）
—— 信源中每个符号所含信息量的统计平均值。
设
x P(
1, x1
, ),,
P
xi (x
,
i
, ),,
P
xM (xM
)
且
M
P(xi ) 1
i
则 统计独立的M个符号的离散信源的平均信息量为
H
M i 1
2019年12月29日星期日
3
通 信 原 理
课程内容
通信基础知识 模拟调制原理
第1章 绪论（通信系统模型、分类、指标等） 第4章 信道 第5章 模拟调制系统
第2章 确知信号 第3章 随机过程
数字通信 最佳接收 信源编码
第6章 数字基带传输系统 第7章 数字带通传输系统 第10章 信源编码
第8章 新型数字带通调制技术 第9章 数字信号的最佳接收
1.3.2 通信方式
按传输方向和时间分： 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）
遥控、广播等 对讲机
电话、计算机通信等
按数字码元传输时序分：
并行传输：在并行信道上同时传输 n 个比特信息。
0
发
1 1
接
送0
收
1
方1
方
0
0
串行传输
计算机和并行接口打印机之间的连接；或者系统板 上各个部件之间的数据传输连接采用并行。
M 2时 Rb RB
Rb不仅与码元宽度有关，还与进制数和码元的传输 特性有关。
Rb与 RB的关系—— H为纽带
Rb RB H Rb RB log2 M
M 2时 Rb RB
1. 多进制时（M>2）， Rb> RB。二进制时（M=2）， Rb= RB。
2. Rb一定时，增加进制数，可以降低RB，从而减小信号带宽，提高频率利用 率。
信 道 编
码
数 字 调
制
数
信道
字 解
调
信 道 译
码
解 密
信 源 译
码
信 宿
噪声源
信源编码（第10章）： 模/数转换 提高有效性（数字 信号的压缩编码）
第7,8章
信道编码（第11章）：
增强抗干扰能力 （差错控制）
第13章
1.2.4 数字通信的特点
优点
抗干扰能力强，且噪声不积累； 信道编码技术使传输差错可控； DSP技术对数字信息便于处理、变换、
数字通信编码 同步技术
第13章 同步原理
第11章 差错控制编码 第12章 正交编码和伪随机序列
如何学好这门课程
课程特点： 理论性强（实验为辅助）
教材： 通信原理（第7版），国防工业出版社，樊昌信等
著。
5
如何学好这门课程
参考教材： 1.深入浅出通信原理，清华大学出版社，陈爱军。 2.大话通信：通信基础知识读本，人民邮电出版社，杨波， 周亚宁著。 3.通信原理—基于Matlab的计算仿真，北邮，郭文彬。 4.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析，清华， 邵玉斌。 5.通信之道：从微积分到5G，电子工业出版社，杨学志著。 6.通信原理（第7版）学习辅导与考研指导，国防工业出版 社。
的信号。如 编码、调制
destination
电信号 → 消息
如电话机的听筒
把音频信号→声音
receiver
其功能与发送设备相反。
如 译码、解调
根据信道中传输的是模拟信号还是数字信号，把通信系统 分为模拟通信系统和数字通信系统两大类。
1.2.2 模拟通信系统模型
第5章
模拟信源
调制器
信道
解调器
信宿
噪声
扩充
存储 传输
共享
相对
时效
度量
在当今信息社会中，信息是最宝贵的资源之一。
？
如何度量消息中所含的信息量 ?
原则： 度量方法与消息的种类无关。 与消息的重要程度无关。
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。
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。
古代通信： 信息沟通的起步
综合化 宽带化
移动化
个人化
近现代通信： 电磁通信和数字
时代的起步 当代通信：
高速化 智能化 数字化
击鼓
烽火
鸣金 。。。
移动通信和互联 网时代 未来通信：
大融合时代，物 联网
电报
电话 电视 因特网 。。。
通信与电信
利用电信号传输信息
1.1.2 消息 信息 信号
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）
3. RB一定时（即带宽一定），增加进制数，可以增大Rb，在相同带宽中传输 更多的信息量。 因此可以看出，从有效性角度考虑，多进制优于二进制；从可靠性角度
考虑，二进制优于多进制。
（3）频带利用率——把 B 与 传输速率 联系起来
基于以上对 消息 、信息 和 信号 的理解： 通信 （电信）
通信系统
§1.2
通信系统模型
1.2.1 通信系统一般模型
信源
channel
能传输信号的 各种物理媒介
发送设备
信道
接收设备
信宿
source
消息 → 电信号
如 电话机的话筒
把声音→音频信号
噪声
noise
transmitter
原始电信号→适合在信道中传输
p(xi ) log2
1 p(xi )
(b / 符号）
H与热力学中的熵形式一样，故称为信源的熵。
M
1
H i1 p(xi ) log2 p(xi )
(b / 符号）
熵的意义：表示信源的不确定性。
当每个符号等概率P(xi)=1/M 独立出现时，不确定性 最大，此时的熵有最大值，即Hmax= log2M（b/符号)
6
配套辅导教材：
整理知识 梳理关系 剖析难点 强化重点
归纳结论 引导主线 解惑疑点 点击考点
曹丽娜 编著
樊昌信 国防工业出版社
第1章
绪论
通信原理（第7版）
本章内容:
基本概念
模型/分类/通信方式
信息度量
信息量/信源熵
性能指标
有效性/可靠性
第1章 绪 论
§1.1
通信的基本概念
1.1.1 通信的发展
归纳：
本章内容:
基本概念
模型/分类/通信方式
信息度量
信息量/信源熵
性能指标
有效性/可靠性
第1章 绪 论
§1.5
通信系统性能指标
text
有效性
性能 指标
可靠性
传输一定信息量 所占用的频带宽度， 即频带利用率。
矛盾、关联、互换
传输信息 的准确程度
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
声音
音频信号
接收天线将电磁波转换为
AM信号（含有噪声）
将音频信号放大、调制， 产生 AM（调幅）信号， 并耦合到发射天线
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。
消息
通信系统传输的对象， 信息的载体。形式多种:
信号
消息的电表示形 式/传输载体。
连续消息（状态连续变化） 模拟信号：
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。
0
0
1
1
发 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 101010 1 接
送0
0收
0
0
方1
1方
0
0
0
0
并行/串行 转换器
串行/并行 转换器
优点：只需一条通信信道，所需线路铺设费用低。 缺点：速度慢，需要外加同步措施，解决收发双方的同步 问题。 应用：设备之间的远距离网络传输，USB等。
等概时，熵最大: H max log 2 M
例
解： 利用信息相加性概念来计算：
I总 23I0 14I1 13I2 7I3 108（b）
利用熵的概念来计算： H 1.906 (b/符号）
I总 57 H 57 1906 108.64 (b)
评注
I总 m H
ห้องสมุดไป่ตู้
基带：基本频带，频谱
较低，具有低通形式。低
两对重要变换：
通信道可以通过，但是有 些信道比如自由空间中无
模拟消息 原始电信号（基带） 法传输。
基带信号 已 调 信号（带通） 载波，调制
带通信号特征：携带信息， 频谱具有带通形式。
1.2.3 数字通信系统模型
信 源
信 源 编
码
加 密
用两个不 同的幅值 表示数字 信号0和1
尽管时间和 幅度都是连 续的，但是 携带消息的 信号参量是 相位，用两 种相位表示 0和1
② 消息 ~ 电信号的转换:
t
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。
I0 I1 I2 I3 log2 4 2 b
在数字通信中 ，一个数字脉冲称 为一个码元。
概率相同，每个符号蕴含的信息量也相同；
结论：
二进制的每个码元含 1 （b)
离散信源，等
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。
概率传送时，
推广：M进制的每个码元含 log2M （b)
本章内容:
基本概念
模型/分类/通信方式
信息度量
信息量/信源熵
性能指标
有效性/可靠性
第1章 绪 论
§1.4
信息及其度量
信息是消息的内涵； 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。
引言
信息具有以下特性：
存在 压缩