第1章-通信原理-绪论课件.ppt

1、第一章 绪论12022-12-16是通信工程、无线电工程、信通信工程、无线电工程、信息工程、计算机通信、图像处理与传输等专息工程、计算机通信、图像处理与传输等专业业的必修专业基础课。课课 程程 介介 绍绍本课程主要介绍现代通信系统所涉及的基础理论、通信中常用的信号及噪声分析、通信系统的构成、原理及性能分析。第一章 绪论22022-12-16信息与通信工程两个二级学科排名：第一名：清华大学第二名：西安电子科技大学第三名：上海交通大学 学学 科科 排排 名名樊昌信等 通信原理 国防工业出版社曹志刚 现代通信原理 清华大学出版社李白萍,吴东梅通信原理与技术人民邮电出版社 张传生等 数字通信原理 西安

2、交通大学出版社徐台松等 数字通信原理 电子工业出版社参参 考考 教教 材材通信原理通信原理扩展知识网站扩展知识网站移动通信在线http:/ 联邦通信委员会http:/www.fcc.gov/http:/www.ieee.org/portal/sitehttp:/www.itu.int/home/index.htmlhttp:/ 考考 网网 站站第一章第一章 绪绪 论论 1.1 引言引言 1.2 通信系统的基本模型通信系统的基本模型 1.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式 1.4 信息及其度量信息及其度量 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标 习题习题 本章重点本章

3、重点 本章思考本章思考第第 1 1 章章 绪论绪论v 常用通信术语常用通信术语v 模拟信号与数字信号的区别模拟信号与数字信号的区别v 通信系统的组成和分类、通信方式通信系统的组成和分类、通信方式v 数字通信系统的主要特点数字通信系统的主要特点v 离散消息的信息量，平均信息量（信源熵）离散消息的信息量，平均信息量（信源熵）v 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标学习目标学习目标第一章 绪论82022-12-161.1 1.1 引言引言 v 通信:信息（或消息）的传输和交换。（要求准确、迅速）1、几个概念、几个概念v消息：信息的物理表现形式。如语言、文字、数据或图像等。v信息：消息的内涵，

4、即信息是消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。第一章 绪论92022-12-16消息消息信息信息1.1 1.1 引言引言第一章 绪论102022-12-16v 电通信：是利用电（电流或电波，包括光）来传递信息。现代通信一般均是指“电通信”。1.1 1.1 引言引言v信号：消息的电的表示形式。在电通信系统中，电信号是消息传递的物质载体。v 通信系统：是完成传递信息任务所需要的一切技术设备和传输媒介所构成的总体。第一章 绪论112022-12-16语言文字 印刷术 计算机网络 网格计算2、通信的发展、通信的发展不可存储；速度低；广泛性低。可存储；广泛性低。表情动作可存储；速度低；广泛性高。电报电

5、话在任何时刻可以在网上获得有效信息。1.1 1.1 引言引言第一章 绪论122022-12-16随着超级计算机的不断发展，它已经成为复杂科学计算领域的主宰。但以超级计算机为中心的计算模式存在明显的不足。超级计算机虽然是一台处理能力强大的“巨无霸”，但它造价极高，通常只有一些国家级的部门，如航天、气象等部门才有能力配置这样的设备。随着人们日常工作遇到的商业计算越来越复杂，人们越来越需要数据处理能力更强大的计算机，而超级计算机的价格显然阻止了它进入普通人的工作领域。于是，人们开始寻找一种造价低廉而数据处理能力超强的计算模式，最终科学家们找到了答案Grid Computing(网格计算)。Grid

6、Computing第一章 绪论132022-12-16 1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型1.2 1.2 通信系统的基本模型通信系统的基本模型图图 1 1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型信息源发送设备信息接收设备受信者噪声源发送端接收端信道第一章 绪论142022-12-16v 信源是消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号(基带信号)。q 电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。q 前者属于模拟信源，输出的是模拟信号；q 后者是数字信源，输出离散的数字信号。1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型第一章 绪论152022-12-16v

7、 发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号(如已调信号）。1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型v 信道是指传输信号的物理媒质。在无线信道中，信道可以是大气（自由空间），在有线信道中，信道可以是明线、电缆、光纤。返回返回电梯用综合电缆75射频同轴电缆室外非金属光缆布线金属光缆第一章 绪论172022-12-16v 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现。1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型v 接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号来。第一章

8、 绪论182022-12-16v 信宿是传输信息的归宿点，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。1.2.1 通信系统的一般模型通信系统的一般模型图 1-1 概括地描述了一个通信系统的组成，它反映了通信系统的共性，因此称之为通信系统的一般模型。第一章 绪论192022-12-16v 连续消息：是指消息的状态连续变化或是不可数的，如语音、图像等。v 离散消息：是指消息的状态是可数的或离散的，如符号、数据、文字等。1、连续消息和离散消息连续消息和离散消息1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第一章 绪论202022-12-16 按信号参量的取值方式不同可

9、把信号分为模拟信号和数字信号.2、模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第一章 绪论212022-12-16（1）模拟信号 电信号的参量取值是连续。电信号的参量取值是连续。(不可数、无穷多)。v 如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等。v 连续是指信号的某一参量可以连续变化或取无穷多个值，而不一定在时间上也连续，如图 1-2(b)所示的脉冲振幅调制抽样信号1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第一章 绪论222022-12-16Of(t)t(a)f(nT)tPA

10、M信号(b)O图图 1 2 模拟信号波形模拟信号波形(a)连续信号；连续信号；(b)抽样信号抽样信号1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第一章 绪论232022-12-16 电信号的参量仅可能取有限个值。电信号的参量仅可能取有限个值。v如电报信号、计算机输入/输出信号等。v 这个离散是指信号的某个参量是离散变化的，而不一定在时间上也离散。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型（2）数字信号第一章 绪论242022-12-16100110111001Of(nT)t00111001数字信息PSK 波形(a)(b)

11、1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第一章 绪论252022-12-16按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第一章 绪论262022-12-163、模拟通信系统模型模拟通信系统模型1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型图图 1-3 模拟通信系统模型模拟通信系统模型模拟通信系统模型可由图 1-1 略加演变而成，如图 1-3 所示。图中的调制器和解调器就代表图 1-1 中的发送设备

12、和接收设备。信息源调制器信道解调器受信者噪声源第一章 绪论272022-12-16n模拟通信系统是传输模拟信号的通信系统。n信源发出的原始电信号是基带信号，基带的含义是指信号的频谱从零频附近开始，如语音信号为3003400Hz，图像信号为06MHz。n模拟信号具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输，需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的频带信号，并可在接收端进行反变换。完成这种变换和反变换作用的通常是调制器和解调器。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第一章 绪论282022-12-16已调信号有三个基本特征：已调信号有三个基本特征：v 携带

13、有信息携带有信息v 适合在信道中传输适合在信道中传输v 信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频带信号。因而已调信号又称频带信号。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第一章 绪论292022-12-164、数字通信系统模型数字通信系统模型 信息源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道译码器信源译码器受信者噪声源图图 1 4 数字通信系统模型数字通信系统模型数字通信系统是传输数字信号的通信系统，如图 1-4 所示。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字

14、通信系统模型第一章 绪论302022-12-16 数字通信涉及的技术问题很多，其中主要有信源编码/译码、信道编码/译码、数字调制/解调、数字复接、同步以及加密等。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第一章 绪论312022-12-16 信源编码的作用：v 一是将模拟信号转换成数字信号，即模/数转换。在以后章节中将讨论模拟信号数字化传输的两种方式：脉冲编码调制(PCM)和增量调制(M)。v 二是设法减少码元数目和减少冗余信息，即数据压缩。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型（1）信源编码与译码）信源编码与译码

15、第一章 绪论322022-12-16信源译码是信源编码的逆过程。码元：数字通信中传输的一个接一个按节拍传送的数字信号单元。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第一章 绪论332022-12-16 数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干扰等，将会引起差错。为了减少差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰编码”。接收端的信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型（

16、2）信道编码与译码信道编码与译码第一章 绪论342022-12-16在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的安全，人为将被传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程叫加密。在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原来信息，叫解密。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型（3）加密与解密加密与解密第一章 绪论352022-12-16数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。S(t)Acos(t+)S(t)Acos(t+)信源信源 载波信号载波信号 已调信号已调信号1.2.2 模拟通信系统模

17、型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型（4）数字调制与解调数字调制与解调第一章 绪论362022-12-16同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的不可缺少的前提条件。同步是使收、发两端的信号在时间上保持步调一致。按照同步的功用不同，可分为载波同步、位同步、群同步和网同步。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型（5）同步同步第一章 绪论372022-12-16图 1-4 是数字通信系统的一般化模型，实际的数字通信系统不一定包括图中的所有环节。如在某些有线信道中，若传输距离不太远且通信容量不太大时，数字基带信号无需调制，可以直接传送，

18、称之为数字信号的基带传输，其模型中就不包括调制与解调环节。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第一章 绪论382022-12-16模拟信号经过数字编码后可以在数字通信系统中传输，数字信号也可以在模拟通信系统中传输，可见，模拟通信与数字通信的区别仅在于信道中传输的信号种类。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第一章 绪论392022-12-16v 抗干扰能力强，可消除噪声积累；v 差错可控，可以采用信道编码技术使误码率降低，提高传输的可靠性；v 易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换

19、、存储，从而形成智能网；v 易于集成化，从而使通信设备微型化；v 易于加密处理，且保密强度高。5、数字通信的主要优点数字通信的主要优点1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第一章 绪论402022-12-166、数字通信的主要不足数字通信的主要不足v 占用带宽大；模拟电话4KHz,数字电话20-64KHzv 需要同步。1.2.2 模拟通信系统模型与数字通信系统模型模拟通信系统模型与数字通信系统模型第一章 绪论412022-12-161.3 1.3 通信系统分类通信系统分类1、按通信业务分类、按通信业务分类 按通信业务分，通信系统有话务通信和非话务通信。

20、非话务通信主要是分组数据业务、计算机通信、数据库检索、电子信箱、电子数据交换、传真存储转发、可视图文及电视会议、图像通信等。第一章 绪论422022-12-16视频会议系统视频会议系统 返回返回第一章 绪论432022-12-16 根据是否采用调制，可将通信系统分为基带传输和频带（调制）传输。基带传输是将未经调制的信号直接传送，如音频市内电话。频带传输是对各种信号调制后传输的总称。调制方式很多，表 1-1 列出了一些常见的调制方式。1.3 1.3 通信系统分类通信系统分类 2、按调制方式分类按调制方式分类表表 1-11-1常见的调制方式（略）常见的调制方式（略）调调 制制 方方 式式 用途用途

21、 连续连续波调波调制制线性调制线性调制常规双边带调幅常规双边带调幅广播广播 抑制载波双边带调幅抑制载波双边带调幅 立体声广播立体声广播 单边带调幅单边带调幅SSB 载波通信、无线电台、数传载波通信、无线电台、数传 残留边带调幅残留边带调幅VSB 电视广播、电视广播、数传、数传、传真传真 非线性调制非线性调制频率调制频率调制FM 微波中继、卫星通信、广播微波中继、卫星通信、广播 相位调制相位调制PM 中间调制方式中间调制方式 数字调制数字调制幅度键控幅度键控ASK 数据传输数据传输 相位键控相位键控数据传输数据传输 调调 制制 方方 式式 用途用途 脉冲脉冲调制调制数字调制数字调制相位键控相位键

22、控PSK、DPSK、QPSK等等 数据传输、数据传输、数字微波、数字微波、空空间通信间通信 其他高效数字调制其他高效数字调制QAM、MSK等等 数字微波、数字微波、空间通信空间通信 脉冲模拟调脉冲模拟调制制脉幅调制脉幅调制PAM 中间调制方式、中间调制方式、遥测遥测 脉宽调制脉宽调制PDM(PWM)中间调制方式中间调制方式 脉位调制脉位调制PPM 遥测、遥测、光纤传输光纤传输 脉冲数字调脉冲数字调制制脉码调制脉码调制PCM 市话、市话、卫星、卫星、空间通信空间通信 增量调制增量调制DM 军用、军用、民用电话民用电话 差分脉码调制差分脉码调制DPCM 电视电话、电视电话、图像编码图像编码 其他语

23、言编码方式其他语言编码方式ADPCM、APC、LPC 中低速数字电话中低速数字电话 续表（续表（1）第一章 绪论462022-12-16按照信道中所传输的是模拟信号还是数字相应地把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。1.3 1.3 通信系统分类通信系统分类3、按信号特征分类按信号特征分类第一章 绪论472022-12-16可分为有线通信系统和无线通信系统两大类。v 有线通信是用导线（如架空明线、同轴电缆、光导纤维、波导等）作为传输媒质完成通信的，如市内电话、有线电视、海底电缆通信等。v 无线通信是依靠电磁波在空间传播达到传递消息的目的的，如短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继等。4、按传

24、输媒质分类按传输媒质分类1.3 1.3 通信系统分类通信系统分类第一章 绪论482022-12-16v 按通信设备的工作频率不同可分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信、远红外线通信等。表 1-2 列出了通信使用的频段、常用的传输媒质及主要用途。v 工作波长和频率的换算公式为；=为工作波长，f为工作频率，c为光速)()/(1038Hzfsmfc5、按工作波段分类、按工作波段分类1.3 1.3 通信系统分类通信系统分类表表 1 2 1 2 通信波段与常用传输媒质通信波段与常用传输媒质频率范围频率范围 波长波长 符号符号 传输媒质传输媒质 用途用途3 Hz30 kHz 104108 m 甚低频

25、甚低频VLF 有线线对有线线对长波无线电长波无线电 音频、电话、数据音频、电话、数据终端、长距离导航、终端、长距离导航、时标时标 30300 kHz 103104 m 低频低频LF 有线线对有线线对长波无线电长波无线电 导航、导航、信标、信标、电电力线通信力线通信 300 kHz3 MHz 102103 m 中频中频MF 同轴电缆同轴电缆短波无线电短波无线电 调幅广播、移动陆调幅广播、移动陆地通信、业余无线地通信、业余无线电电 330 MHz 10102 m 高频高频HF 同轴电缆同轴电缆短波无线电短波无线电 移动无线电话、移动无线电话、短波广播定点军用短波广播定点军用通信、通信、业余无线业余

26、无线电电 30300 MHz 110 m 甚高频甚高频VHF 同轴电缆同轴电缆米波无线电米波无线电 电视、电视、调频广播、调频广播、空中管制、空中管制、车辆、车辆、通信、通信、导航导航 续表（续表（2）频率范围频率范围 波长波长 符号符号 传输媒质传输媒质 用途用途300 MHz3 GHz 10100 cm 特高频特高频UHF 波导波导分米波无线电分米波无线电 微波接力、微波接力、卫星卫星和空间通信、和空间通信、雷雷达达 330 GHz 110 cm 超高频超高频SHF 波导波导厘米波无线电厘米波无线电 微波接力、微波接力、卫星卫星和空间通信、和空间通信、雷雷达达 30300 GHz 110

27、mm 极高频极高频EHF 波导波导毫米波无线电毫米波无线电 雷达、雷达、微波接力、微波接力、射电天射电天文学文学 107108 GHz 310-5 310-4 cm 紫外可见光紫外可见光红外红外 光纤光纤激光空间传播激光空间传播 光通信光通信 第一章 绪论512022-12-16 常见传输多路信号有两种复用方式，即频分复用、时分复用。频分复用是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围。时分复用是用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间。1.3 1.3 通信系统分类通信系统分类6、按信号复用方式分类按信号复用方式分类第一章 绪论522022-12-161、什么是模拟通信，什么是数字通信？

28、、什么是模拟通信，什么是数字通信？2、数字通信有哪些优点？、数字通信有哪些优点？3、数字通信系统模型。、数字通信系统模型。思考：思考：第第 1 1 章章 绪论绪论第一章 绪论532022-12-161.4 1.4 信息及其度量信息及其度量 信号是消息的载体，而信息是其内涵。任何信源产生的输出都是随机的，信息含量就是对消息中这种不确定性的度量，是用统计方法来定性的。消息出现的概率越小，消息中包含的信息量就越大。第一章 绪论542022-12-16（1）信息量是概率的函数，即 I=fP(x)（2）P(x)越小，I越大；反之，I越小，且 P(x)1时，I0 P(x)0时，I假设P(x)是一个消息发生

29、的概率（3）若干个互相独立事件构成的消息，所含信息具有相加性:IP(x1)P(x2)=IP(x1)+IP(x2)+1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第一章 绪论552022-12-16信息量I与消息出现的概率P(x)之间的关系应为：1、信息量的计算、信息量的计算信息量的单位与对数底数a有关。a=2时，信息量的单位为比特(bit)；a=e时，信息量的单位为奈特(nat)；a=10时，信息量的单位为哈特莱（Hartley）。目前广泛使用的单位为比特。1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量aaIloglog P(x)(1.41)P(x)1第一章 绪论562022-12-16可见，传送等概率的

30、二进制波形之一（P=1/2）的信息量为1比特。2211I(0)I(1)loglog1(bit)p1/2 例 1 1 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多少？1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第一章 绪论572022-12-16P：每一个波形出现的概率M：传送的波形数。对于离散信源，M个波形等概率（P=1/M）发送，且每一个波形的出现是独立的，即信源是无记忆的，则传送M进制波形之一的信息量为：22211Ilogloglog M(bit)(1.42)p1/M 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第一章 绪论582022-12-16例1-1中，如果传送

31、等概率的四进制波形之一（P=1/4）的信息量为2比特，这时每一个四进制波形需要用2个二进制脉冲表示；传送等概率的八进制波形之一（P=1/8）的信息量为3比特，这时至少需要3个二进制脉冲。1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第一章 绪论592022-12-16设离散信源是一个由n个符号组成的符号集，其中每个符号xi(i=1，2，3，n)出现的概率为P(xi)，且有nii 1P()1x 2、非等概情况的信息量的计算、非等概情况的信息量的计算则x1,x2,，xn 所包含的信息量分别为-log2 P(x1)，-log2 P(x2)，-log2 P(xn)。1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第

32、一章 绪论602022-12-16该消息的信息量为：该消息的信息量为：nnIn In logP(x)(1.44)i ii2ii1i1ni 其其中中为为事事件件发发生生次次数数1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量例 1 2 一离散信源由0，1，2，3四个符号组成，它们出现的概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。解：此消息中，0出现23次，1出现14次，2出现13次，3出现7次，共有57个符号，故该消息的信息量为：)(1088lo

33、g74log134log1438log232222bitInnIn In logP(x)i ii2ii1i1 1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第一章 绪论622022-12-163、平均信息量、平均信息量(信息源的熵信息源的熵)每个符号所含信息量的统计平均值，即平均信息量H为：12n12n12n1222n2ni2ii 1H(x)P(x)(x)P(x)(x).P(x)(x)P(x)log P(x)P(x)log P(x).P(x)log P(x)P(x)log P(x)(bit/(1.4-5)符符号号）1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第一章 绪论632022-12-16由于由于H

34、同热力学中的熵形式一样，同热力学中的熵形式一样，故通常又称它为信息源的熵。故通常又称它为信息源的熵。当信源中每个符号等概独立出现时，式1.4-5即成为式(1.4-3)，此时信源的熵有最大值。n2iii 12i2H(x)log P(x)P(x)log P(x)log M(bit/符符号号）1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第一章 绪论642022-12-16 每个符号的算术平均信息量为：符号位）符号位/(89.157108bitII若用熵的概念来计算，由式（1.4-5）得：81log8141log4141log4183log832222H符号位）/(906.1bit4、算术平均信息量、算术

35、平均信息量1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第一章 绪论652022-12-16可见，两种算法的结果有一定误差，但当消息很长时，用熵的概念来计算比较方便。而且随着消息序列长度的增加，两种计算误差将趋于零。1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第一章 绪论662022-12-16一离散信源由一离散信源由A A，B B，C C，D D四个符号组四个符号组成，它们出现的概率分别为成，它们出现的概率分别为1/21/2，1/41/4，1/81/8，1/81/8，且每个符号的出现都是独，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息立的。试求某消息AAAAABBACCDDBAAAAABBACCDDB的的信

36、息量及熵。信息量及熵。1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第一章 绪论672022-12-16解：此消息中，A出现6次，B出现3次，C出现2次，D出现2次，共有13个符号，故该消息的信息量及熵分别为：ni2i2222i 11111In log p6log3log2log2log24(bit)2488 222211111111H(xlo glo glo glo g2244888812331.7 5(b it/2488）符 号 位）1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量第一章 绪论682022-12-161、设有四个消息、设有四个消息A、B、C、D分别以概率为分别以概率为1/4，1/8，1/

37、8，和，和1/2传送，每一消息的出现传送，每一消息的出现是相互独立的，试计算其平均信息量。是相互独立的，试计算其平均信息量。2、某信息源的符号集由息、某信息源的符号集由息A、B、C、D和和E组组成，每一符号独立出现，其出现概率分别为成，每一符号独立出现，其出现概率分别为1/4，1/8，1/8，3/16和和5/16。，试计算其平均。，试计算其平均信息量。信息量。1.4 1.4 信息及其度量信息及其度量思考：思考：第一章 绪论692022-12-161.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标通信的任务是快速、准确地传递信息。评价一个通信系统优劣的主要性能指标是系统的有效性和可靠性

38、。有效性是指在给定时间内所传输的信息内容的多少，或者说是传输的“速度”问题；可靠性是指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。第一章 绪论702022-12-161、模拟通信系统、模拟通信系统有效性指标：有效传输频带有效传输频带来衡量，同样的消息不同调制方式，占用的频带宽度不同。可靠性指标：用接收端最终输出信噪比输出信噪比来度量，信噪比越大，可靠性越好。1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第一章 绪论712022-12-16（1）信道容量信道容量2log(1)SCBNB:带宽S/N:信噪比增加信噪比增加B)2()1(log0)1(2CNSBCN1.5 1.5 通信

39、系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第一章 绪论722022-12-16 接接收收端端输输出出的的信信号号功功率率信信噪噪比比噪噪声声平平均均功功率率（2）信噪比信噪比1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第一章 绪论732022-12-16数字通信系统的有效性用传输速率和频带利用率传输速率和频带利用率来衡量；可靠性用差错率差错率来衡量。2、数字通信系统指标数字通信系统指标1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第一章 绪论742022-12-16（1）传码率）传码率RB1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标码元传输速率码元传

40、输速率RB简称传码率，又称符号速率。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（Baud），记为B。例如，若1秒内传2400个码元，则传码率为2400B。第一章 绪论752022-12-16在数字通信中常用时间间隔相同的符号来表示一位二进制数字，这个间隔被称为码元长度码元长度BBBB11TR1.51RT 或或（）数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只与传输的码元长度TB有关(2)码元长度码元长度TB1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第一章 绪论762022-12-16信息传输速率信息传输速率Rb简称传信率，又称比特率比特率等。它表示单位时间内传递的平

41、均信息量或比特数，单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特单位是比特/秒，秒，可记为bit/s，或 b/s，或bps。（3）传信率）传信率Rb1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标Rb=RBH(b/s)(1.5-3)H：信源中每个符号所含的平均信息量（熵）第一章 绪论772022-12-16例如：码元速率为1200B，采用八进制（N=8）时，信息速率为3600b/s；采用二进制（N=2）时，信息速率为1200b/s。或或 Rb=RB log2 N(b/s)（等概率情况下）（等概率情况下）(1.5-4)N：每个码元可能采用的符号数：每个码元可能采用的符号数二进制的码元

42、速率和信息速率在数量上相等，有时简二进制的码元速率和信息速率在数量上相等，有时简称它们为数码率。称它们为数码率。1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第一章 绪论782022-12-16在保证信息速率不变信息速率不变的情况下，M进制的码元速率RBM与二进制的码元速率RB2之间有以下转换关系：若有信号x1x2.x256（共N种信号）用2进制描述需8位用4进制描述需4位用8进制描述需3位用M进制描述，需logMN位RB2=RBMlog2 M(B)(1.5-2)1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标例题例题 某信息源的符号集由某信息源的符号集由A，B，C，

43、D和和E组组成，设每一个符号独立出现，其出现概率分别为成，设每一个符号独立出现，其出现概率分别为1/4，1/8，1/8，3/16和和5/16。如果信息源以。如果信息源以1000B速率传送信息，则传送速率传送信息，则传送1小时的信息量为多少？小时的信息量为多少？传送传送1小时可能达到的最大信息量为多少？小时可能达到的最大信息量为多少？ni2ii 1H(x)P(x)log P(x)(bit/平平均均信信息息量量：符符号号）信息速率：信息速率：Rb=RBH(b/s)1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标解解:(1)符号符号/23.2bitH BRB1000 sbitHRRBb/

44、223023.21000 传送传送1小时的信息量小时的信息量I=TRb=3600 2230=8.028 106bit（2）等概率时，其信息量最大。）等概率时，其信息量最大。符号符号/32.25log2maxbitH sbitHRRBb/232032.21000maxmax 传送传送1小时的最大信息量小时的最大信息量I=TRbmax=3600 2320=8.352 106bit第一章 绪论812022-12-16（4）频带利用率频带利用率BR(Band/Hz)B:B 信信道道带带宽宽数字信号的传输带宽B取决于码元速率RB，而码元速率和信息速率Rb有着确定的关系。为了比较不同系统的传输效率，又可定

45、义频带利用率为：bRbit/(s Hz)B （单位频带内的码元传输速率。即：1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第一章 绪论822022-12-16误码率（码元差错率）e是指发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，更确切地说，误码率是码元在传输系统中被传错的概率，即：传输总码元数传输总码元数错误码元数错误码元数 e（5）误码率）误码率e在ISDN中310e1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第一章 绪论832022-12-16 误信率（信息差错率）b是指发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例，即：传传输输总总比比特特数数错错误误比比特特数

46、数数数 b（6）误信率）误信率b在二进制中有：be 1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第一章 绪论842022-12-16例如:4进制信息串1 2 0 3 0 2 1 72e二进制：011000110010017214414371142bbb1.5 1.5 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标第一章 绪论852022-12-16通常指信号所占据的频带宽度信号所占据的频带宽度；在被用来描述信道时，带宽是指能够有效通过该信道的信号的最大频带宽度。对于模拟信号而言，带宽又称为频宽，以赫兹（Hz）为单位。例如模拟语音电话的信号带宽为3400Hz，一个Pal-D电视频道

47、的带宽为8MHz（含保护带宽）。对于数字信号而言，带宽是指单位时间内链路能够带宽是指单位时间内链路能够通过的数据量通过的数据量。例如ISDN的B信道带宽为64Kbps。由于数字信号的传输是通过模拟信号的调制完成的，为了与模拟带宽进行区分，数字信道的带宽一般直接用波特率或符号率来描述。补充知识：带宽的概念补充知识：带宽的概念第一章 绪论862022-12-16nnIn In logP(x)i ii2ii1i1 ni2ii 1H(x)P(x)log P(x)公式汇总公式汇总aaIloglog P(x)(1.41)P(x)1信息量：信息量：总信息量：总信息量：平均信息量平均信息量：B1RT 码码 元

48、元 速速 率率：信息速率：信息速率：Rb=RBH(b/s)BR(Band/Hz)B:B 信信道道带带宽宽bRbit/(s Hz)B （e 错错误误码码元元数数误误码码率率：传传输输总总码码元元数数b 错错 误误 比比 特特 数数 数数误误 信信 率率：传传 输输 总总 比比 特特 数数第一章 绪论882022-12-161、一个由字母一个由字母A、B、C、D组成的字，对于组成的字，对于传输的每一个字母用二进制编码，传输的每一个字母用二进制编码，00代替代替A，01代替代替B，10代替代替C，11代替代替D，每个脉冲宽，每个脉冲宽度为度为5ms.(1)不同字母等概率出现时的平均信息速率。不同字母

49、等概率出现时的平均信息速率。(2)若每个字母出现概率分别为若每个字母出现概率分别为PA=1/5，PB=1/4，PC=1/4，PD=3/10，计算平均信息速率。，计算平均信息速率。第第 1 1 章章 绪论绪论第一章 绪论892022-12-16平均信息速率：平均信息速率：Rb=RBH(b/s)(1BTRB码元速率：码元速率：第第 1 1 章章 绪论绪论第一章 绪论902022-12-162、设一信息源的输出由、设一信息源的输出由128个不同符号组成，个不同符号组成，其中其中16个出现的概率为个出现的概率为1/32，其余，其余112个出现个出现的概率为的概率为1/224。信息源每秒发出。信息源每秒

50、发出1000个符号，个符号，且每个符号彼此独立。试求该信息源的平均信且每个符号彼此独立。试求该信息源的平均信息速率。息速率。第第 1 1 章章 绪论绪论第一章 绪论912022-12-16符符号号/417.62241log2241112321log3211622bit 则信息源的平均速率为则信息源的平均速率为Rb=RBH =1000 6.417 =6417bit/s第第 1 1 章章 绪论绪论第一章 绪论922022-12-16 第第 1 1 章章 绪论绪论第一章 绪论932022-12-161、如果二进制独立等概信号，码元宽度为、如果二进制独立等概信号，码元宽度为0.5ms,求求RB和和Rb