通信原理第1章课件

模拟通信系统模型
模拟 信源 模拟 信宿
调制器
信Hale Waihona Puke 干扰源解调器图 1-4 模拟通信系统模型
数字通信系统模型
数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通 信系统， 如图 1 - 5 所示。 数字通信涉及的技术问题很多，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。
二、通信系统的一般模型
实现信息传递所需的一切技术设备和传 输媒质的总和称为通信系统。 基于点与点之间的通信系统的一般模型 可用图 1 - 1 来描述。
信源
发送 设备
信道 干扰源
图1 - 1
接收 设备
信宿
信源
• 定义——产生消息的来源。 • 作用——把各种消息转换成原始电信号。 • 类型——电话机、摄像机、电传机、计算 机等。 • 分类———模拟信源、数字信源
信道 信源 模拟通信 信宿
信道 信源 数字通信 信宿
信道 信源 数据通信 信宿
图1-6 三种通信系统示意图
四、数字通信的主要特点
1、数字通信的优点
抗干扰能力强：远距离传输可消除噪声积累。 可靠性：采用信道编码技术可控制差错。降低误码率，
提高传输的可靠性。 智能性：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、存储，从而形成智能 网。
学时：72 实验：5个 参考书：
《数字与模拟通信系统》[美]，电子工业 出版社 《现代通信原理》曹志刚，钱亚生，清华 大学出版社
第 1 章 绪论
1.１ 通信系统的组成 1.２ 通信系统的分类及通信方式 1.３ 信息及其度量 1.４ 通信系统的性能指标
1.1
通信系统的组成
一、通信的定义
所谓通信，就是信息的传递。这里“传递” 可以认为是一种信息传输的过程或方式。 在这里我们所讨论的通信不是广义上的通信， 而是特指利用各种电信号和光信号作为通信信号的 电通信与光通信。作为一门科学、一种技术，现代 通信所研究的主要问题概括地说就是如何把信息大 量地、快速地、准确地、广泛地、方便地、经济地、 安全地从信源通过传输介质传送到信宿。《通信原 理》就是介绍支撑各种通信技术的通信基本概念和 数学理论基础。
• 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。因此，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。假设P(x)是一个消息发生的概率，I 是从该消息获悉的信息，I与P(x)之间的 关系反映为如下规律：
（1） 信息量是概率的函数， 即 I=f［P(x)］
发送设备
• 信源产生的消息信号变换成适合在信道 中传输的信号使信源和信道匹配。发送 设备的变换方式是多种多样的，在需要 频谱搬移的场合，调制是最常见的变换 方式。对数字通信系统，发送设备常常 又包括编码器与调制器。
信道
信道是指传输信号的物理媒质。 无线信道中，信道可以是大气（自由空间）。 有线信道中，信道可以是明线、 电缆或光纤。 第3章讨论信道
综上所述， 信息量I与消息出现的概率P(x)之间 的关系应为
1
I log a
P( x)
log a
P( x)
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， 信息量的单位为十进制单位，叫哈特莱。
目前广泛使用的单位为比特。
5） 同步与数字复接
• 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。 • 数字复接就是依据时分复用基本原理把 若干个低速数字信号合并成一个高速的 数字信号，以扩大传输容量和提高传输 效率。
说明
• 实际的数字通信系统不一定包括图中的所有环 节。 • 模拟信号经过数字编码后可以在数字通信系统 中传输，例如数字电话系统。 • 数字信号也可以在模拟通信系统中传输，如通 过模拟电话线路传输数据，但这时要用调制解 调器（Modem）将数字基带信号进行正弦调制。
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 I(0)=I(1)= - log2 (1/2) =log22=1 (bit)
可 见 ， 传 送 等 概 率 的 每 个 二 进 制 波 形
（P=1/2）的信息量为1比特。
由此，通常把一个二进制脉冲波形称为一
个比特。由此可见，比特的定义的含义。
综上所述，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进制每个 波形的信息量为
1
I log
M 2
log 2 (bit )
M
二、平均信息量的定义
如果是非等概情况，设离散信源是一个由n个 符号组成的符号集，每个符号xi(i=1, 2, 3, …, n) 出现的概率为P(xi)， 且有 P(xi)=1, 则x1, x2, …, xn 所 包 含 的 信 息 量 分 别 为 -log2 P(x1), -log2 P(x2)， …，-log2 P(xn)。于是，每个符号所含 信息量的统计平均值，即平均信息量（或称为 信源的熵）为：
• 无线通信--短波电离层、微波视距传播、卫星中继
．按信号复用方式分类：频分复用、时分复用和码分复用。 多路信号在同一信道中的传输称为复用。
二、通信方式
对于点与点之间的通信，按消息传递的方 向与时间关系，通信方式可分为单工、半双工 及全双工通信三种。 按数字信号排列顺序，可分为并行传输和 串行传输。 按通信的网络形式划分。由于通信网的基础 是点与点之间的通信，所以本课程的重点放在 点与点之间的通信上。
（2） P(x)越小， I越大； 反之， I越小， 且 P(x)→1时， I→0
P(x)→0时， I→∞
（3）
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之和，也就 是说，信息具有相加性， 即 I［P(x1)P(x2)…］=I［P(x1)］+I［P(x2)］+…
接收设备
• 功能是完成发送设备的反变换， 即进行 解调、译码等。 • 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，对于多路 复用信号，还包括解除多路复用，实现正 确分路。
信宿
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。
干扰源
干扰源是通信系统中各种设备以及信道 中所固有的，并且是人们所不希望的。 干扰的来源是多样的，它可分为内部干 扰和外部干扰，而且外部干扰往往是从 信道引入的，因此，为了分析方便，把 干扰源视为各处干扰的集中表现而抽象 加入到信道----加性噪声。
4） 数字调制与解调
• 数字调制就是把数字基带信号的频谱搬 移到载频处， 形成适合在信道中传输的 频带信号。 • 基本的数字调制方式有振幅键控ASK、 频移键控FSK、绝对相移键控PSK、相对 （差分）相移键控DPSK。 • 对这些信号可以采用相干解调或非相干 解调还原为数字基带信号。 • 数字调制是本课程的重点内容之一。
三、模拟通信模型和数字通信模型
消息的传递是通过它的物质载体——电信号 来实现的，即把消息寄托在电信号的某一参量 上，按信号参量的取值方式不同可把信号分为 两类，即模拟信号和数字信号。
凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值 的，称为模拟信号。如电话机送出的语音信号、 电视摄像机输出的图像信号等。模拟信号有时 也称连续信号，这个连续是指信号的某一参量 可以连续变化，或者说在某一取值范围内可以 取无穷多个值，而不一定在时间上也连续，
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 2010201302130012032101003210100
23102002010312032100120210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
图 1-7 单工、半双工、双工通信模型
图 1-8 串行、并行通信模型
1.3 信息及其度量
一、信息量的定义
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。对接收者来 说，只有消息中不确定的内容才构成信息；否 则，信源输出已确切知晓，就没有必要再传输 它了。 信息量就是对消息中不确定性的度量。
数 字 信 源
编 码 器
调 制 器
信道 干扰源
解 调 器
译 码 器
信 宿
数 字 信 源
基发 带生 波器 形
信道 干扰源
译 码 器
信 宿
图1-5数字通信系统模型
1) 信源编码与译码
信源编码的作用： 信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码器将 其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。 设法减少码元数目和降低码元速率，即通常所说 的数据压缩。码元速率将直接影响传输所占的带宽， 而传输带宽又直接反映了通信的有效性。 •
2） 信道编码与译码

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。
3） 加密与解密
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。
H ( x) P( x1 ) log 2 ... P( xn ) log 2