数字通信技术第1章课件.ppt

1、7:551数字通信技术7:552n学分：4分 学时：40n考试形式：闭卷n教材：樊昌信.通信原理教程(第2版).电子工业出版社.2008年6月n参考书：1曹志刚 钱亚生编“现代通信原理” 清华大学出版社. 2000年8月2美Leon W. Couch“数字与模拟通信系统”电子工业出版社. 2002年8月7:553n主要内容主要内容 第第1 1章章 概论概论 第第5 5章章 基带数字信号的表示和传输基带数字信号的表示和传输 第第6 6章章 基本的数字调制系统基本的数字调制系统 第第7 7章章 同步同步 第第1010章章 信道编码和差错控制信道编码和差错控制 第第1111章章 先进的数字带通调制和

2、解调先进的数字带通调制和解调7:5547:555 了解通信的发展。掌握数字通信系统了解通信的发展。掌握数字通信系统的模型及各组成部件的基本功能。掌握信的模型及各组成部件的基本功能。掌握信息的概念及其度量方法。掌握数字传输系息的概念及其度量方法。掌握数字传输系统的主要性能指标。了解通信信道及噪声统的主要性能指标。了解通信信道及噪声的基本概念。的基本概念。本章要求本章要求(参考学时为4学时)第一章第一章 概论概论7:556通信的发展通信的发展信息及其度量信息及其度量通信系统的组成通信系统的组成数字通信系统的主要性能指标数字通信系统的主要性能指标通信信道及噪声的基本概念通信信道及噪声的基本概念知识要

3、点知识要点第一章第一章 概论概论7:5571.1 1.1 通信的发展通信的发展一、关于通信的几个概念一、关于通信的几个概念 1.1.什么是通信什么是通信（通信的定义）：（通信的定义）：一般地说，通信就是成功地将信息从一地传输到另一地的过程。通信从本质上讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将有用的信息无失真、高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。结论：通信是指信息的传输和交换 第一章第一章 概论概论7:5582.2.通信的目的或任务通信的目的或任务 克服距离上的障碍，迅速而准确地传递信克服距离上的障碍，迅速而准确地传递信息。息。 3 3通信在当今信息社会中所处的

4、位置通信在当今信息社会中所处的位置 在当今信息社会，通信与传感、计算机技术紧密结合，成为整个社会的高级“神经中枢”。 第一章第一章 概论概论7:5594 4通信水平与社会生产力水平的关系通信水平与社会生产力水平的关系 相互适应。没有现代通信就没有经济的高速发展。 5.5.通信系统要解决的主要问题（研究的重通信系统要解决的主要问题（研究的重点）：点）：以信息传输为根本目的的通信系统要解决的两个最根本的问题是和第一章第一章 概论概论7:5510所谓有效性是指通信的效率问题，即如何在有限的通信资源条件下尽可能多地传输信息。要求通信系统能高效地传输信息（容量和能高效地传输信息（容量和距离距离）。 所谓

5、可靠性是指通信的质量问题，即如何保证信息无失真地传输到目的地 。要求通信系统能准确、可靠地传输信息。能准确、可靠地传输信息。 第一章第一章 概论概论7:5511 1.1. 通信经历的五个发展阶段：通信经历的五个发展阶段： （1）语言、烽火台；（2）文字的发明、邮政通信； （3）印刷术发明； （4）电报、电话和广播的发明； （电气通信时代）（5）通信与计算机技术紧密结合，形成现代通信网 （信息时代 ） 二、通信的发展二、通信的发展第一章第一章 概论概论7:55122 2近代电通信发展简史近代电通信发展简史n19世纪末：库仑定律、安培定律、法拉第电 磁感应定律、麦克斯韦方程、赫兹实验证实了电磁波的

6、存在。n1837年：Morse发明了电报。n1876年：贝尔发明了电话。n1896年：马可尼发明了无线电报。n1906年：发明了真空管。n1918年：调幅AM广播、超外差接收机问世。n1936年：调频FM广播。n1937年：PCM原理。第一章第一章 概论概论7:5513n1938年：电视TV。n1940-1945年代：雷达及微波通信。n1948年：晶体管，香农“信息论理论”建立。n1950年：频分复用FDM技术。n1958年：发射人造通信卫星。n1960年：激光。n1961年：集成电路发明。n1960-1970年代：彩色电视、宇宙飞船登月、电子计算机n1970-1980年代：大规模集成电路LS

7、I、光纤通信、交换机、微处理器n1980-现在：超大规模集成电路第一章第一章 概论概论7:55143 3现代通信发展趋势现代通信发展趋势（1）从传送信号类型看：由模拟向数字发展（2）从信道方式看：光纤通信、全球移动通 信（卫星为主） 第一章第一章 概论概论7:5515（3）从传输技术看： 要求高效率：发展各种频谱有效技术 a.高效调制解调技术 b.信源编码技术 要求高可靠：各种抗干扰措施 （4）从通信设备看：微型化、标准化、网络化第一章第一章 概论概论7:55164.4.频谱有效技术频谱有效技术（1）频域上： a.趋向于采用多电平调制方式，提高单位频带利用率。n频带利用率：单位频带内所能传输的

8、码元速率。单位：波特 / Hz 或单位频带内所能传输的信息速率。单位：bit / S Hz.。两者一般不等。第一章第一章 概论概论7:55171）基带方式的理论频带利用率： 信道带宽fc，则可传输的最大信息速率： fb = 2fc 理论频带利用率：=fb/fc=2 bit/SHz.2）BPSK的理论频带利用率： = fb/2fc = 2fc/2fc=1 bit/SHz第一章第一章 概论概论7:55183) QPSK的理论频带利用率： = 2fc/fc= 2 bit/SHz 4）16QAM的理论频带利用率： = 4 bit/SHz5) 64QAM的理论频带利用率： = 6 bit/SHz第一章第

9、一章 概论概论7:5519 b.压缩信源编码码率 PCM 64 kbit/s ADPCM 32 kbit/s 2.4 kbit/s 1.2 kbit/s （2）空域上：移动通信蜂窝技术（3）时域上：a.公共信道信令技术 （CCS=Common Channel Signaling） b.语音插空技术。目前可4路 电话共用一个信道。第一章第一章 概论概论7:5520 5. 抗干扰技术（1）纠错编码技术 加性干扰：选择调制方式，提高发送 功率，增大天线面积来克服。 乘性干扰：时域均衡可克服。（2）自适应技术：自适应均衡、自适应回波抵消、自适应分集接收。第一章第一章 概论概论7:55211.2 1.2

10、 消息消息、信息和信号、信息和信号一、消息、信息与信号的概念一、消息、信息与信号的概念 消息：通信系统的传输对象。消息：通信系统的传输对象。如符号、语音、数据、图像如符号、语音、数据、图像 等。等。它是信息的载体它是信息的载体。 信息：是消息中有意义的内容。信息：是消息中有意义的内容。不同形式的消息，可以不同形式的消息，可以 包含相同的信息。包含相同的信息。 信号：用电信号表示的消息信号：用电信号表示的消息。是传输是传输消息的手段（媒介）。消息的手段（媒介）。 它它有二种形式：模拟波形或离散数据，分别称为有二种形式：模拟波形或离散数据，分别称为模模 拟信源和离散信源拟信源和离散信源。它们都具有

11、随机性，否则不含它们都具有随机性，否则不含 有信息。有信息。第一章第一章 概论概论7:5522二、信息量定义二、信息量定义1. 制制定度量方法考虑的原则定度量方法考虑的原则货 物消 息 货运量 信息量 有多种 有多种 和种类无关 和类型无关和贵重程度 和重要程度 无关 无关总量是单件 总量是单件独立货运量之和 消息的信息量之和第一章第一章 概论概论7:5523 消息“量” 信息量# 例： “明天降雨量将有一毫米” - 信息量小 “明天降雨量将达到一米” - 信息量大 “明日太阳将从东方升起” - 信息量零n消息中信息量的大小与消息的种类、消息消息中信息量的大小与消息的种类、消息的重要程度无关；

12、的重要程度无关；n信息量与消息出现的概率的关系：消息出信息量与消息出现的概率的关系：消息出现的概率愈小，则消息中包含的信息量就现的概率愈小，则消息中包含的信息量就愈大。愈大。第一章第一章 概论概论7:55242.2.信息量定义信息量定义 设： 为消息中所含的信息量 为消息出现的概率 a ， 是 的函数 b = 1 时， = 0 ， c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。 即： 单个事件发生的信息度量I)(xp)(xpII I)(xp)(xpI)(xpI)()()()(2121xpIxpIxpxpI)(log)(1logxpxpIaa第一章第一章 概论概论7:552

13、5信息量的单位： a= 2 时，单位为（bit）比特 a= e （nit） 奈特 a= 10 （Hartly）哈特莱第一章第一章 概论概论7:55261 1 离散信源的自信息量离散信源的自信息量 （单个事件发生的信息度量）（单个事件发生的信息度量） 离散信源的自信息量又称为非平均自信离散信源的自信息量又称为非平均自信息量，它是指离散信源符号集合息量，它是指离散信源符号集合X X中某一中某一个符号个符号 所提供的信息量。所提供的信息量。 )x(Plog)x(Plog)x( Iiaiai1ix消息出现的概率 )x(Pi三、信息量三、信息量第一章第一章 概论概论7:55272 2 独立、等概事件的信

14、息量独立、等概事件的信息量n由多个独立事件构成的消息，其总信息量由多个独立事件构成的消息，其总信息量为各独立事件信息量的总和。为各独立事件信息量的总和。 MMxPMMIIaiailog1log第一章第一章 概论概论7:5528（1）二进制波形： 传送其中一个波形的信息量为： 所以传送两个等概的二进制波形之一的信息量为1bit。21)0() 1 ( PP12log211log22I)bit( 第一章第一章 概论概论7:5529（2） 进制波形： 传送其中一个波形的信息量为： 当 时： ：每一个 进制波形用二进制波形表示时所 需要的波形数目。)bit(MMPPP1)()2() 1 (MMI22lo

15、g11logkM2kIk2log2kM)bit(M第一章第一章 概论概论7:5530 3 3独立、非等概率事件的信息量独立、非等概率事件的信息量 离散信源： ， ， ， 出现的概率： ， ， ， 且 1x2xMx)(1xP)(2xP)(MxP1)(1MiixP第一章第一章 概论概论7:5531（1）某离散消息）某离散消息 所携带的信息量：所携带的信息量： （2）离散信源符号集的信息量：）离散信源符号集的信息量：（3）由一串符号构成的消息的总信息量：）由一串符号构成的消息的总信息量： ： 符号在该串符号中出现的次数。符号在该串符号中出现的次数。)bit()(log)(1log)(22iiixPx

16、PxIMiiMxPxIxIxII1221)(log)()()()(log21iMiixPNIiNix)bit( )bit(第一章第一章 概论概论7:55324.4.离散信源的熵离散信源的熵 指离散信源（符号集合）的平均信息量，也是指指离散信源（符号集合）的平均信息量，也是指离散信源中每个符号所含信息量的统计平均值。离散信源中每个符号所含信息量的统计平均值。平均信息量：平均信息量： )(log)()(log)()(log)()(2222121MMxPxPxPxPxPxPxH)(log)(21iMiixPxP符号/ )bit(第一章第一章 概论概论7:5533例例1-1：某离散信源由0，1，2，3

17、四种符号组成，其概率场为： 0 1 2 3 3/8 1/4 1/4 1/8 消息总长为57个符号，其中0出现23次，1出现14次，2出现13次，3出现7次，求此消息的信息量。解： 第一章第一章 概论概论7:5534n结论：总信息量总信息量 = 平均信息量平均信息量 * 构成消息的一串符号数（构成消息的一串符号数（bit） 如果这总信息量在一秒内发出，即这一串符号在一如果这总信息量在一秒内发出，即这一串符号在一秒内发出，则总信息量即为信息速率。秒内发出，则总信息量即为信息速率。 信息速率信息速率 = 平均信息量平均信息量 * 符号速率符号速率第一章第一章 概论概论7:5535 例1-2：设信源

18、只有两个符号 ，各符号的出现概率分别为 ， ，求信源熵。解：根据信源熵的定义式（1.2-11）可得：信源熵随参数q的变化曲线: X21,xxqxP)(1qxP1)(2符号/)1 (log)1 (log)(log)()(22212bitqqqqxPxPXHiii01/211qH（X）图1.2.1信源熵随参数的变化曲线第一章第一章 概论概论7:5536当 时, 有 ，则 此时信源熵达到最大值，即对任何离散信源， 当其中的符号等概率分布时，信源熵将达到最大值，也就是信源对外提供的平均信息量最大。 2/1q2/ 1)()(21xPxP /12log)21(log21)21(log21)(222符号bi

19、tXH第一章第一章 概论概论7:5537n信息源的最大熵 发生在每一种符号等概率出现且统计独立时。其值： 最大熵意义：可以以最少的符号数传送最大的信息量。此是信源编码研究的问题。 MMMHMi221maxlog1log1第一章第一章 概论概论7:5538例1-3：一个离散信号源每毫秒发出4种符号中的一个，各相互独立，符号出现的概率分别为0.4，0.3，0.2，0.1。求该信号源的平均信息量和信息速率。解：平均信息量： (bit/符号) 信息速率： （ bit/S） )(log)()(241iiixPxPxH846. 1) 1 . 0log1 . 02 . 0log2 . 03 . 0log3

20、. 04 . 0log4 . 0(22221846101846. 1/3秒符号数HRb第一章第一章 概论概论7:55395.5.连续信源的熵（连续信源的熵（相对熵相对熵 ）n连续信源的信息量可用概率密度来描述连续信源的信息量可用概率密度来描述：是相对的信息度量，它与坐标系有关。是相对的信息度量，它与坐标系有关。 dxxfxfxHe)(/1log)()(1第一章第一章 概论概论7:5540n数字传输系统对连续消息常做如下处理： 抽样 量化 信息度量 对最高频率为 的消息进行量化，最小抽样频率为 。 抽样频率 量化层 信息量HfHf 2第一章第一章 概论概论7:5541例1-4：连续消息带宽为B，

21、量化层为4，非等概率： , 。求平均信息量和信息速率。解： ( bit/抽样)以最低抽样频率 对连续消息抽样，所以消息速率为信息速率： （比特/秒） 如果 ， （kb/s） 8141 pp8332 pp81. 1)5306. 0375. 0(2)38log838log81(2log22241iiippHB2B2BBRb62. 3281. 1kHzB448.14462. 3bR第一章第一章 概论概论7:5542如果量化层为8 ，信息速率是多少？设 则： （比特/抽样） （kb/s） 81821ppp38log2H24623BBRb第一章第一章 概论概论7:55431.31.3数字通信数字通信一、

22、基本概念一、基本概念n两类信号两类信号 模拟信号：取值连续，例如语音模拟信号：取值连续，例如语音 数字信号：取值离散，例如数据数字信号：取值离散，例如数据第一章第一章 概论概论7:5544模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号码元第一章第一章 概论概论7:5545第一章第一章 概论概论7:5546二、数字通信的优点二、数字通信的优点n取值有限，能正确接收。取值有限，能正确接收。(a) 失真的数字信号失真的数字信号(b) 恢复的数字信号恢复的数字信号 数字信号波形的失真和恢复数字信号波形的失真和恢复第一章第一章 概论概论7:5547n可采用纠错和检错技术，大大提高抗可采用纠错和检错技术，大大提高抗

23、干扰干扰性。性。n 可采用高保密性能的数字加密技术。可采用高保密性能的数字加密技术。n可综合传输各种模拟和数字输入信号可综合传输各种模拟和数字输入信号n易于设计、制造，体积小、重量轻。易于设计、制造，体积小、重量轻。n可作信源编码，压缩冗余度，提高信可作信源编码，压缩冗余度，提高信 道利用率。道利用率。n信噪比随带宽按指数规律增长。信噪比随带宽按指数规律增长。第一章第一章 概论概论7:55481.1.一般通信系统模型一般通信系统模型第一章第一章 概论概论7:5549n信息源：将各种要传输的消息转换成原始电信号（基带信号）； 消息：符号、文字、语音、数据、图像（静、动）等。指要传输的具体物理对象

24、。n发送器：将原始电信号变换成适合在信道中传输的形式（已调信号或另一种基带信号）； n信道：信号传输的媒质或通道。有：有线信道和无线信道之分；第一章第一章 概论概论7:5550n接收器：从接收信号中恢复出相应的原始电信号；n受信者：将原始电信号转换成相应的消息；n噪声源：信道中或通信系统中噪声干扰的集中表现。 加性干扰：不管信号存在与否，它始终存在。主要由电子器件的噪声引起； 乘性干扰：信号存在时才有。主要由信道不理想引起信号的畸变。 第一章第一章 概论概论7:5551数字通信系统模型数字通信系统模型发送端接收端信 源信道编码调 制信 道压缩编码解 调信 宿保密解码信道解码压缩解码保密编码噪

25、声同 步信源编码信源解码第一章第一章 概论概论7:5552信息源调制解调受信者信 道消息信号接收信号发送信号噪声第一章第一章 概论概论7:5553n消息分： 连续消息，如连续变化的语音、图像等。也称模拟消息。 离散消息，如符号、文字、数据等。也称数字消息。第一章第一章 概论概论7:5554n信号（信息源输出）分： 模拟信号：电信号中携带信息的参量的取值是连续的或不可数的，如普通电话机输出的信号。 数字信号：电信号中携带信息的参量的取值是可数的或离散的，如电传机或计算机输出的信号。其抗干扰能力强，中继时噪声不累积，误码率低。两者关系： 模拟信号 A/D 数字信号 D/A 模拟信号 第一章第一章

26、概论概论7:5555n调制的目的、作用： （1）搬移频率，使基带信号适合信道传输； （2）多路复用，有效利用信道频带； （3）提高性能，特别是抗干扰能力。 调制后和解调前的信号是已调信号 （频带信号） 调制前和解调后的信号是基带信号 （原始信号）第一章第一章 概论概论7:5556n信源编码：压缩信源，减小数字信号的冗余度，提高信号传输的有效性。n信道编码：在数字信号中增加具有特定规律的冗余符号，使接收端可以根据这些特征来识别或纠正传输中发生的错误，提高信号传输的可靠性。n完整的通信系统：由传输系统和交换系统共同组成。 第一章第一章 概论概论7:5557n 通信模式通信模式广播（广播（broad

27、castingbroadcasting）：）：这种通信模式下，发送端是单个功能强大的发送这种通信模式下，发送端是单个功能强大的发送设备，而接收端是多个相对低廉的接收机。这种设备，而接收端是多个相对低廉的接收机。这种模式下，信息流是单向的，即由发送端到接收端。模式下，信息流是单向的，即由发送端到接收端。例如，广播和电视都是采用的这种通信模式。例如，广播和电视都是采用的这种通信模式。 第一章第一章 概论概论7:5558点对点通信（point to point communication）： 指通信过程发生在一个发送器和一个接收器之间指通信过程发生在一个发送器和一个接收器之间的链路上。例如，电话就是

28、典型的点对点通信模的链路上。例如，电话就是典型的点对点通信模式。本书主要学习的就是这种通信模式的工作原式。本书主要学习的就是这种通信模式的工作原理，它是其他通信模式的基础。理，它是其他通信模式的基础。第一章第一章 概论概论7:5559四、数字通信系统的主要性能指标四、数字通信系统的主要性能指标 起主导、决定作用的是：通信的有效性与可靠性。它们是一对主要的矛盾。第一章第一章 概论概论7:55601. 传输速率传输速率 指消息传输的“速度”。即：在给定信道内能在给定信道内能传输的信息内容的多少。传输的信息内容的多少。 传码率传码率 （码元速率、波形传输速率）（码元速率、波形传输速率） ： 每秒传送

29、码元（波形）的数目。每秒传送码元（波形）的数目。 单位：波特、单位：波特、B B、BaudBaud T是每个码元占有的时间长度，单位：秒是每个码元占有的时间长度，单位：秒)(1BaudTRBBR第一章第一章 概论概论7:5561二进制码元速率与多进制码元速率的关系： 设：二进制码元速率为 ，N进制码元速 率为 ，且有 (k=1,2,) 则： （ B ）2BRBNRNk2NRRBNB22log第一章第一章 概论概论7:5562 传信率（信息传输速率） : 每秒传送的信息量。 单位：比特单位：比特/ /秒、秒、bit/sbit/s、b/sb/s、 bpsbps、比特率、比特率二进制时：二进制时：

30、码元速率与信息速率在数值上相等码元速率与信息速率在数值上相等 N N进制时：一个进制时：一个N N进制码元所含信息量为进制码元所含信息量为: : bR)s/bit(NlogRRBNb 22N)/(2sbitRRBb（比特）NIN2log秒比特/log2NRRBNb第一章第一章 概论概论7:5563例1-5：四进制，每秒传送1200个码元，每个码元是等 概率取四进制值中之一。求码元速率和信息速率。解：四进制码元速率： 信息速率： 用二进制表示时，二进制码元速率： 信息速率： BRB12004sbitRRBb/2400212004log24BRRBB2400212004log242sbitRRBb

31、/24002第一章第一章 概论概论7:5564 消息速率RM 单位时间内传输的消息速率. 例：传输文字：字/S 一般与码元速率和信息速率是不同的第一章第一章 概论概论7:55652.2. 错误率错误率 指信息（或消息）传输的可靠程度。即：接收信息的准确程度。（1）模拟系统）模拟系统 用接收端最终输出信噪比来度量用接收端最终输出信噪比来度量 电话：2040dB 电视40dB以上 均方误差：均方误差：衡量发送发送的模拟信号与接收端复制的信号与接收端复制的模拟信号之间的误差程度信号之间的误差程度)(lg10dBNSNS输出噪声平均功率输出信号平均功率第一章第一章 概论概论7:5566（2）数字系统）

32、数字系统误码率：错误接收的码元数在传输总码元数中所占的比例。或：码元在传输系统中被传错的概率 数字电话： 631010传输的总码元数错误接收的码元数eP第一章第一章 概论概论7:5567误信率（误比特率）： 错误接收的信息量在传输信息总量中所占的比例。 或：码元的信息量在传输系统中被丢失的码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。概率。 统称为数字传输系统的差错率。统称为数字传输系统的差错率。传输总比特数错误接收比特数bPbePP 与第一章第一章 概论概论7:5568误字率 指错误接收字数在传输总字数中所占的比列 误字率Pw = 错误接收字数/总传输字数n误码率和误比特率的关系误码率和误比特率的关

33、系P Pb b = P= Pe e x M / 2(M-1) x M / 2(M-1) P Pe e /2/2n误字率和误比特率的关系误字率和误比特率的关系对于二进制，若一个字由对于二进制，若一个字由k k比特组成，则比特组成，则P Pw w1 (1 P1 (1 Pe e) )k k wP第一章第一章 概论概论7:55693.3. 频带利用率频带利用率 指单位频带内所能达到的信息速率指单位频带内所能达到的信息速率4.4. 能量利用率能量利用率 指传输每一比特所需的信号能量指传输每一比特所需的信号能量第一章第一章 概论概论7:5570说明说明: : 有效性与可靠性相互矛盾，相互联系，有效性与可靠

34、性相互矛盾，相互联系，又可互换，其理论极限遵从信息论中的香又可互换，其理论极限遵从信息论中的香农公式。农公式。 第一章第一章 概论概论7:55711.4 1.4 信道信道 信源 编码器 物理信道 译码器 受信者 实际信道 干扰源 编码信道 等效信道 调制器发转换器解调器收转换器调制信道第一章第一章 概论概论7:55721. 1. 信道的定义：信道的定义：n侠义信道指由物理媒质构成的传输信道 。例如：电缆、光缆、自由空间等。n广义信道按照功能定义的传输信道。可以划分为调制信道（频带传输通道）与编码信道（基带传输通道）： 第一章第一章 概论概论7:5573n调制信道：是指调制器输出端到解调器输调制

35、信道：是指调制器输出端到解调器输入端的部分，是频带传输通道；入端的部分，是频带传输通道；n编码信道：是指编码器输出端到译码器输编码信道：是指编码器输出端到译码器输入端的部分，是基带波形传输通道。入端的部分，是基带波形传输通道。第一章第一章 概论概论7:55742. 2. 信道的模型：信道的模型：n调制信道模型图 1.3-2调 制 信 道 模 型线 性 时变 网 络)(tei)(0te(a)二 对 端 信 道 模 型线 性时 变网 络)(1tei)(teim)(1teo)(teon(b)多 对 端 信 道 模 型调制信道可看成是一种模拟信道，可以用线性时变网络来等效第一章第一章 概论概论7:55

36、75n编码信道模型图1.3-3二进制编码信道模型0011)0/0(P)0/1 (P) 1/1 (P) 1/0(P编码信道可看成是一种数字信道，它对信号的影响是把一种数字序列变成另一种数字序列。若信道是无记忆的，有关系式：)0/1 (1)0/0(PP) 1/0(1) 1/1 (PP第一章第一章 概论概论7:55763. 3. 信道的特征分类信道的特征分类 有5种分类方法（1）根据信道输入、输出消息集合的连续与否进行分类，有：n离散信道离散信道：指信道输入、输出消息集合均为离散的，又称数字信道。若集合中的消息个数是有限的，称有限离散信道；若是无限可数的，称为无限离散信道。n连续信道：连续信道：指信

37、道输入、输出消息集合均为连续的，又称模拟信道。n半连续信道半连续信道：指信道输入、输出消息集合中，一个是离散的，另一个是连续的。 第一章第一章 概论概论7:5577（2）根据信道输入、输出消息集合的个数分类，有：n两端信道两端信道：指信道的输入、输出端各有一个消息集合，即只有一对用户在信道两端进行单向通信，又称单向单路信道。n多端信道多端信道：指信道的输入、输出端中，至少有一端具有一个以上的消息集合，又称多用户信道。第一章第一章 概论概论7:5578（3）根据信道上是否存在干扰进行分类，有：n无扰信道无扰信道：指信道上没有干扰。如计算机与其外设之间的数据传输信道。n有扰信道有扰信道：指信道上存

38、在干扰。实际信道大多数都是有扰信道。第一章第一章 概论概论7:5579（4）根据信道的统计特性进行分类，有：n无记忆信道：无记忆信道：信道某一时刻的输出消息只与当时的输入消息有关，而与前面时刻的输入消息无关。n有记忆信道：有记忆信道：信道某一时刻的输出消息，不仅与当时的输入消息有关，而且还与前面时刻的输入消息有关。如果此刻的输出只与前面有限时间段上的输入有关，称此信道为有限记忆信道。n恒参信道恒参信道：信道的统计特性不随时间变化，又称平稳信道。如卫星信道在某种意义下可近似为恒参信道。n随参信道随参信道：信道的统计特性随时间而变化。如短波信道。n对称信道对称信道：信道的统计特性对于输入输出端而言

39、具有对称性。n非对称信道非对称信道：信道的统计特性对于输入输出而言不具备对称性。第一章第一章 概论概论7:5580（5）根据信道传输特性和限制因素的不同进行分类，可以分为：n线性与非线性信道特征类型；n时变与时不变信道特征类型；n带宽受限与功率受限信道特征类型。第一章第一章 概论概论7:55811.5 1.5 信道中的噪声信道中的噪声1.1. 噪声的定义噪声的定义n在信道中，所有非传输信号的电信号都可在信道中，所有非传输信号的电信号都可称为噪声。称为噪声。 第一章第一章 概论概论7:55822. 2. 常见的随机噪声常见的随机噪声n按来源分类：按来源分类：n人为噪声：电火花、家用电器人为噪声：

40、电火花、家用电器n自然噪声：闪电、大气噪声、热噪声自然噪声：闪电、大气噪声、热噪声n按性质分类：按性质分类：n脉冲噪声脉冲噪声n窄带噪声窄带噪声n起伏噪声起伏噪声n今后讨论通信系统时主要涉及：今后讨论通信系统时主要涉及：白噪声白噪声 热噪声是一种典型白噪声热噪声是一种典型白噪声。第一章第一章 概论概论7:55833. 3. 起伏噪声起伏噪声n热噪声 热噪声是由电阻类导体中自由电子的布朗运动引起的噪声 n散弹噪声 散弹噪声是由真空电子管和半导体器件中电子发射的不均匀性所引起的 n宇宙噪声 宇宙噪声是天体辐射波对接收机形成的噪声 第一章第一章 概论概论7:55841.6 1.6 信道容量的概念信道

41、容量的概念 单位时间内信道上所能传输的最大单位时间内信道上所能传输的最大信息量，称信道容量信息量，称信道容量 第一章第一章 概论概论7:5585 ：信道容量； ：信号功率； ：信道带宽（信号频带）； ， ：单边噪声功率谱密度 )s/bit(N/SlogWC12香农（香农（Shannon）信道容量信道容量公式公式: 第一章第一章 概论概论CWSWnN00n称 ， ， 为信道容量的三要素为信道容量的三要素 W0nS7:5586由香农信道容量公式可得如下结论： （1）提高信号与噪声功率之比能增加信道容量。（2）当噪声功率 时，信道容量 趋于，这意味着无干扰信道容量为无穷大。（3）增加信道频带（也就是

42、信号频带） 并不能无限制地使信道容量增大。0NCW W， WnN0 也，在极限情况下： 02002000244. 1log)1 (loglim)1 (loglimlimnSenSWnSSWnnSWnSWCwww其中，应用公式： exZxxzz10)1 (lim)11 (lim第一章第一章 概论概论7:5587（4）信道容量一定时，带宽 与信噪比 之间可以互换。例1-6：TV图像有3105个像素，每个像素取10个等概出现的亮度电平，每秒传送30帧图像。若信道输出S / N = 30 dB，计算传输该信号所需的信道最小带宽?解：WNS第一章第一章 概论概论7:5588第一章第一章 概论概论像素/bit.log)x(plog)x(p)x(Hiii32310121012/s1093010365像素rs/bit .rHRb76109882109323s/bit .RCb7109882721098821.)NS(logBCMHzHz)(log.B310310001109882627解：平均信息量： 像素传输速率：图像信息速率：信道容量： 传输该信号所需带宽： 7:5589n作业: 1.3， 1.5， 1.6。7:5590