通信原理韩庆文第一章-概述PPT课件
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第2版
《电子工业出版社》
.
1
概 第
一 章
述
OverCvhiaeptewr 1
1.1 通信的基 1.2 通信发展
本概念
简史
1.3 通信系统 的基本组成
1.4 信源
1.5 通信信道
1.6 模拟通信 与数字通信
1.7 信息的传 . 输方式
1.8 数字通信系
统的主要性能指2 标
1.1 通信的基本概念
简介
收端 发端
收端 收端
发端
15
1.4 信源
简介
信源是信息的来源。基于概率模型 的度量方法，香农把信息定义为“不确 定性的多少”。
.
16
通信系统的任务是传递信息，每一消息信 号中必定包含有接受者所需要知道的信息。 对接收者来说，某些消息比另外一些消息 含有更多的信息。
• 信息量的定义
一个消息信号中包含信息的多少，用信息 量来进行定量的测度。
80年代 数字网络的公用业务；个人计算机和计算机 局域网出现；网络体系结构国际标准陆续制定
1991年 GSM移动通信系统投入商用
1995年 1997年 1998年
互联网开始普及 68个国家签定国际协定，互相开放电信市场 数字电视业务在美国开通
1999年 ITU决定发展第三代移动通信系统
.
11
1.3 通信系统的基本组成
◆ n种取值：{x1，x2，…，xn}
◆ 对应概率：
◆ 第i个可能值xi蕴含的信息量：
( ) ( ) ( ) I xi = loga éë1/ P xi ùû = -loga P xi ,1£ i £ n
a=2， 单位为比特(Bit)
a=e， 单位为奈特(Nat) a=10，单位为哈特莱(Haitely)
=
loga
1
p(x)
=
- loga
p(x)
经验证，该函数能够满足上述结论。
• log对数函数是递增函数，随着p(x)增大， 减小，I 减小。
• p(x)=1时，I=0。
• n个事件同时发生的概率为
• 则信息量
.
23
香农提出了基于概率模型的度量方法，即把信息定义为 “不确定性多少”。
（随机变量X，概率分布P）
.
7
1.2 通信发展简史
简介
自1837年有线电报系统出现至今， 通信技术的发展已经经历了三个重要的 历史时期。如今，通信系统已经全面进 入数字化时代，信道拥挤与人类需求的 矛盾催生了大批新技术。
.
8
1 第 阶段： 初级通信阶段
1837年 莫尔斯发明有线电报，开始电通信阶段
1864年
1876年 1879年
简介
通信系统一般包括信息源、发送设 备、信道、接收设备、受信者和噪声源。 按消息传送的方向与时间关系，信息的 传输方式可分为单工通信、半双工通信 及全双工通信三种。
.
12
本教材所讲的通信就是电通信，简称为电信。
信息源：把消息转换成原始电 信号 发送设备：对原始信号完成某 种变换，以适应信道传输 信道：信号传输的通道
麦克斯韦创立电磁辐射理论，并被赫兹证明，促 使无线通信的出现 贝尔利用电磁感应原理发明了电话
第一个专用人工电话交换系统投入运行
马可尼发明无线电报 1896年 奈奎斯特提出无码间干扰数字传输技术 1924年
维纳提出最佳线性滤波器理论 1942年
.
9
2 第 阶段： 近代通信阶段
1948年 香农提出了信息论，建立了通信统计理论
.
莫尔斯
5
通信的定义
通信是传输消息的过程，其根本目的是把含有 信息的消息传到指定的目的地。
通信的实现方法
把消息变成对应的信号来传递。信号实际上就 是消息的传载者。
.
6
信息、信号的含义
• 语言、文字、图像等信息是不能直接在通信系统中 传递，为此需在发送端将它们转换成电（光）信号 （即信源）来载荷语言、文字、图像等信息，电信 号经通信系统传送至接收端，收端将电信号还原成 语言、文字、图像等信息。
.
17
【例1】
• 消息1: 地球绕着太阳转；
• 消息2: 明天气温10度；
– 消息1众所周知，必然发生，不足为奇；消息2 极难发生，使人惊奇。
– 可见，对接收者来说，事件越不可能，越使人 感到意外和惊奇。
结论：消息中包含信息量的多少，与事件
发生的概率有关。
.
18
【例2】 • 消息1: 一副打乱的扑克牌，第一张是2； • 消息2: 一副打乱的扑克牌，第一张是红桃2；
通信的目的是将“信息”正确、无 误地传送到目的地。通信的内容多种多 样，通信的方式越来越多。
.
3
人类
最初利用声音和肢体 语言进行交流。
远距离信息交流:
◆ 驿马 ◆ 烽火
.
4
电通信
1837年，最早的电通信
—— 莫尔斯电报系统
语言 图像
数据
文本
Point to Point
Network
给人类进步带来巨大的影响……
1950年 1951年 1962年
时分多路通信应用于电话系统 直拨长途电话开通
第一颗同步通信卫星，开通国际卫星电话；脉冲 编码调制进入实用阶段
商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信 70年代 系统投入使用；一些公司制定计算机网络体系结构
贝尔实验室建立首个蜂窝移动通信网 1978年
.
10
3 第 阶段： 现代通信阶段
.
24
百度文库
例5
已知二元离散信源只有“0”、 “1”两种符号，若“0”出现概率为1 ／3，求出现“1”的信息量。
“0”出现概率为1／3
“1”出现概率为2／3 “1”的信息量为：
结论：消息的概率为1时，信息量等于0。
.
20
【例4】
• 消息1: 明天下午会下雨，下个月共有15个 晴天；
– 消息1中两个事件是不相关的独立事件，消息1 中包含的信息量是两个事件信息量之和；
结论：由多个独立事件构成的消息，其信 息量等于各独立事件所含信息量之和。
.
21
.
22
我们可以定义信息量
I
– 消息1出现的概率为4/54，消息2出现的概率为 1/54；
– 消息2包含的信息量比消息1包含的信息量大；
结论：概率越小，信息量也就越大。
.
19
【例3】
• 消息1: 我们现在正在上数字通信原理课程；
– 对于在座的绝大多数同学来说，消息1不包含 任何信息量，因为这是已知的显而易见的事实 ；
– 消息1出现的概率为1；
接收设备：完成发送设备的反变
换，恢复为原始电信号
受信者：也称信宿或收终端，将
复原的原始电信号转换成消息
噪声源：信道的噪声，及通信系
统其他各处的噪声的集中表示
.
13
单向方式 双向方式
.
14
发端
发端
○ ○
收端 发端
收端
信道
(a)单工通信
○
信道 ○
(b) 半双工通信
信道 信道
(c) 全双工通信
.
《电子工业出版社》
.
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概 第
一 章
述
OverCvhiaeptewr 1
1.1 通信的基 1.2 通信发展
本概念
简史
1.3 通信系统 的基本组成
1.4 信源
1.5 通信信道
1.6 模拟通信 与数字通信
1.7 信息的传 . 输方式
1.8 数字通信系
统的主要性能指2 标
1.1 通信的基本概念
简介
收端 发端
收端 收端
发端
15
1.4 信源
简介
信源是信息的来源。基于概率模型 的度量方法，香农把信息定义为“不确 定性的多少”。
.
16
通信系统的任务是传递信息，每一消息信 号中必定包含有接受者所需要知道的信息。 对接收者来说，某些消息比另外一些消息 含有更多的信息。
• 信息量的定义
一个消息信号中包含信息的多少，用信息 量来进行定量的测度。
80年代 数字网络的公用业务；个人计算机和计算机 局域网出现；网络体系结构国际标准陆续制定
1991年 GSM移动通信系统投入商用
1995年 1997年 1998年
互联网开始普及 68个国家签定国际协定，互相开放电信市场 数字电视业务在美国开通
1999年 ITU决定发展第三代移动通信系统
.
11
1.3 通信系统的基本组成
◆ n种取值：{x1，x2，…，xn}
◆ 对应概率：
◆ 第i个可能值xi蕴含的信息量：
( ) ( ) ( ) I xi = loga éë1/ P xi ùû = -loga P xi ,1£ i £ n
a=2， 单位为比特(Bit)
a=e， 单位为奈特(Nat) a=10，单位为哈特莱(Haitely)
=
loga
1
p(x)
=
- loga
p(x)
经验证，该函数能够满足上述结论。
• log对数函数是递增函数，随着p(x)增大， 减小，I 减小。
• p(x)=1时，I=0。
• n个事件同时发生的概率为
• 则信息量
.
23
香农提出了基于概率模型的度量方法，即把信息定义为 “不确定性多少”。
（随机变量X，概率分布P）
.
7
1.2 通信发展简史
简介
自1837年有线电报系统出现至今， 通信技术的发展已经经历了三个重要的 历史时期。如今，通信系统已经全面进 入数字化时代，信道拥挤与人类需求的 矛盾催生了大批新技术。
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8
1 第 阶段： 初级通信阶段
1837年 莫尔斯发明有线电报，开始电通信阶段
1864年
1876年 1879年
简介
通信系统一般包括信息源、发送设 备、信道、接收设备、受信者和噪声源。 按消息传送的方向与时间关系，信息的 传输方式可分为单工通信、半双工通信 及全双工通信三种。
.
12
本教材所讲的通信就是电通信，简称为电信。
信息源：把消息转换成原始电 信号 发送设备：对原始信号完成某 种变换，以适应信道传输 信道：信号传输的通道
麦克斯韦创立电磁辐射理论，并被赫兹证明，促 使无线通信的出现 贝尔利用电磁感应原理发明了电话
第一个专用人工电话交换系统投入运行
马可尼发明无线电报 1896年 奈奎斯特提出无码间干扰数字传输技术 1924年
维纳提出最佳线性滤波器理论 1942年
.
9
2 第 阶段： 近代通信阶段
1948年 香农提出了信息论，建立了通信统计理论
.
莫尔斯
5
通信的定义
通信是传输消息的过程，其根本目的是把含有 信息的消息传到指定的目的地。
通信的实现方法
把消息变成对应的信号来传递。信号实际上就 是消息的传载者。
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6
信息、信号的含义
• 语言、文字、图像等信息是不能直接在通信系统中 传递，为此需在发送端将它们转换成电（光）信号 （即信源）来载荷语言、文字、图像等信息，电信 号经通信系统传送至接收端，收端将电信号还原成 语言、文字、图像等信息。
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【例1】
• 消息1: 地球绕着太阳转；
• 消息2: 明天气温10度；
– 消息1众所周知，必然发生，不足为奇；消息2 极难发生，使人惊奇。
– 可见，对接收者来说，事件越不可能，越使人 感到意外和惊奇。
结论：消息中包含信息量的多少，与事件
发生的概率有关。
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【例2】 • 消息1: 一副打乱的扑克牌，第一张是2； • 消息2: 一副打乱的扑克牌，第一张是红桃2；
通信的目的是将“信息”正确、无 误地传送到目的地。通信的内容多种多 样，通信的方式越来越多。
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3
人类
最初利用声音和肢体 语言进行交流。
远距离信息交流:
◆ 驿马 ◆ 烽火
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4
电通信
1837年，最早的电通信
—— 莫尔斯电报系统
语言 图像
数据
文本
Point to Point
Network
给人类进步带来巨大的影响……
1950年 1951年 1962年
时分多路通信应用于电话系统 直拨长途电话开通
第一颗同步通信卫星，开通国际卫星电话；脉冲 编码调制进入实用阶段
商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信 70年代 系统投入使用；一些公司制定计算机网络体系结构
贝尔实验室建立首个蜂窝移动通信网 1978年
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3 第 阶段： 现代通信阶段
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百度文库
例5
已知二元离散信源只有“0”、 “1”两种符号，若“0”出现概率为1 ／3，求出现“1”的信息量。
“0”出现概率为1／3
“1”出现概率为2／3 “1”的信息量为：
结论：消息的概率为1时，信息量等于0。
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20
【例4】
• 消息1: 明天下午会下雨，下个月共有15个 晴天；
– 消息1中两个事件是不相关的独立事件，消息1 中包含的信息量是两个事件信息量之和；
结论：由多个独立事件构成的消息，其信 息量等于各独立事件所含信息量之和。
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21
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22
我们可以定义信息量
I
– 消息1出现的概率为4/54，消息2出现的概率为 1/54；
– 消息2包含的信息量比消息1包含的信息量大；
结论：概率越小，信息量也就越大。
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19
【例3】
• 消息1: 我们现在正在上数字通信原理课程；
– 对于在座的绝大多数同学来说，消息1不包含 任何信息量，因为这是已知的显而易见的事实 ；
– 消息1出现的概率为1；
接收设备：完成发送设备的反变
换，恢复为原始电信号
受信者：也称信宿或收终端，将
复原的原始电信号转换成消息
噪声源：信道的噪声，及通信系
统其他各处的噪声的集中表示
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单向方式 双向方式
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14
发端
发端
○ ○
收端 发端
收端
信道
(a)单工通信
○
信道 ○
(b) 半双工通信
信道 信道
(c) 全双工通信
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