通信原理 第1章_绪论

如果信源发出M种符号，并且概率相等，不难推知：
则： H0=Hmax=log2 M （b/符号）
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2．非等概信源的熵：
如果信源发出M个不同消息（符号）的概率各不相同，分别为 Pi （i＝1、2、3……M）
则发不同消息（符号）时各信息量不同：
（i＝1、2、3……M）
平均而言，发出一个符号的信息量为 ：
课程简介
性质
通信原理是一门介绍信息传输基本原理（理论和技 术）的课程。它的研究对象是通信系统。
特点
系统性强
原理性强
数学分析多
预备知识
傅氏变换（信号与系统）
随机过程（概率论）
调制与解调（高频）
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教材及参考书
教材：《通信原理（第6版）》
樊昌信、曹丽娜编著 国防工业出版社 参考书: 《通信原理（第6版）学习辅导与考研指导》
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二、模拟通信系统与数字通信系统 ➢ 模拟通信与数字通信
模拟通信在信道中传输的是模拟信号； 数字通信在信道中传输的是数字信号；
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1、模拟信号与数字信号
➢ 模拟信号：代表消息的信号参量取值连续，例如麦 克风输出电压，其幅度随时间连续变化。
➢ 数字信号：代表消息的信号参量取值为有限个。
数字信号与模拟信号的区别不在于波形是否连续， 而在于代表消息的信号参量，是在某个范围内连续 分布， 还是取个数可数的分立值。
GSM与CDMA、ISDN、 xDSL、HDTV、GPS 软件无线电、ATM与IP、蓝牙技术，SDH 3G 4G
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1.2 通信系统组成
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一 、通信系统一般模型
传输信号的物理媒质。包括 有线信道和无线信道
信息源
发送设备
信道
接收设备
受信者
发送端
接收端
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），如 麦克风。
缺点： 1、需要较大的传输带宽 2、对同步要求高，系统设备复杂
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图1-6 两类通信方式抗干扰性能比较 (a)模拟信号； (b)数字信号
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5、模拟信号数字化通信系统
鉴于数字通信系统的诸多优势，往往将模拟信源发出的 模拟信号，也转换成数字信号，借助数字通信系统传输。其 办法就是在发端与收端分别增加模/数转换与数/模转换。
图 1-8 按数字信号排序划分的通信方式 (a) 串行传输方式 ； (b) 并行传输方式
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3. 按通信网络形式分
终端A 转接站
终端
终端B
A
(a)
终端
B
终端
C
终端 终端 终端 … 终端
A
B
C
N
(b)
图1 -3
交换设备
终端 N
(c)
图 1-9 按网络形式划分的通信方式 (a) 两点间直通方式； (b) 广播方式； (c) 交换方式
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第1章 绪 论
本章教学要求
1、了解通信系统组成、分类和通信方式。 2、熟悉通信基本概念（模拟通信与数字通信）。 3、掌握信息量和通信系统主要性能指标的计算。
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1.1 引言
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通信的定义
通信（Communication）————指从一个地方向另 一个地方进行消息的有效传递与交换。
电信（Telecommunication）———— 利用电子等技 术手段，借助电信号实现从一地向另一地进行消息 的有效传递与交换。
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二、通信方式
1. 按消息传送的方向与时间分 单工通信：消息只能单方向传输的工作方式 半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时收发的工作方式
全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方式
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2. 按数字信号排序分
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发 送 设 备
接 收 设 备
发 送 设 备
…
接 收 设 备
(a)
(b)
理论上已证明，非等概信源的信息熵小于等概信源信息熵。
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3．连续信源的熵（相对熵） 式中f(x)为连续消息x出现的概率密度函数。
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[例1] 设由5个符号组成的信息源，相应概率为：
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[例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，l／4， 1／4，1／8，且每个符号的出现都是独立的。 试求某消息序列： 2010201302l3001203210l0032l0l00231020020103120321001202l0的 信息量。
1835，Morse发明了有线电磁电报
1876，Bell发明电话机（模拟通信）
1901，Marconi发明无线电报
1918，AM广播，超外差接收机问世
1936，BBC开始电视广播
1937，Alex Reeves构想出PCM原理
1948，Shannon提出信息论
1962，发射第一颗同步通信卫星
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一、 通信系统的分类
1、按通信业务分： 电报、电话、传真、 数据通信、 可视电话、图像通信等
2、按调制方式分： 基带传输和频带传输 3、按信道中传输的信号分：模拟通信和数字通信 4、按传输媒质分： 有线通信和无线通信 5、按工作频段分：长波通信、中波通信、短波通信
和微波通信 6、按复用方式分： 频分复用、时分复用、码分复用 7、按收信者是否运动分：移动通信和固定通信
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f (t)
O f (nT )
(a) P AM信号
O (b)
模拟信号波形 (a) 连续信号 (b) 抽样信号
f (nT )
1 00 1 101 1 10 01
t
O
t
(a)
数字信 息
001110 0 1
PSK波形
t
(b)
图1-2
数字信号波形 (a) 脉冲波形 (b) 数字调制波形
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2、模拟通信系统（Analog Communication）
信息熵指每个符号平均所含的信息量。 1．等概信源的熵：
如果信源只发出两种符号0和1，并且概率相等 p0=p1=1/2,
则: I0=I1=log22=1(bit)；平均每符号仍为1(bit)；
如果信源发出四种符号A、B、C和D，并且概率相等，
则: IA=IB= IC=ID =log24=2(bit)，平均每符号仍为2(bit)；
将原始电 信号变成 适合在信 道传输的 形式（如： 编码器、 调制器等）
噪声源
信道中的噪声及 分布在通信系统 其他各处噪声的
集中表示。
将信道中送 来的带有噪 声和干扰的 接收信号正 确还原成原 始电信号。
图 1-1 通信系统的模型
传输信息的 归宿点，其 作用是将接 收设备恢复 出的原始信 号转换成相 应的消息 ， 如扬声器。
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1.4 信息及其度量
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一、信息的定义
通信所传输的消息，不论其形式如何(话音、符号、文字、 数据等)，总应当有个物理量来定量地描述其数量（消息中所 含的量，系统所传输的量，以及信宿所获得的量）。这个量就
是信息。问题是如何定义信息？
首先，谈信息离不开通信，通信的目的是让接收者了解 原先所不清楚的事情。不清楚是因为信源的消息存在不确定性， 如果是完全明确的事件，就没必要通信了。之所以认为消息中
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消息、信号、信息
消息（message)：通信系统要传送的内容，例如： 语音、文字、图象等
（电）信号（signal)：传输消息的手段，是消息的 载体。
信息(information)：消息中包含的新的，有意义 的且可被理解的、不可压缩的东西，消息是信息的 载体。
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通信技术发展历史（1）
18世纪发展电通信以来，通信技术的发 展很快，其发展简史如下：
信源
调制
信道 噪声
解调
信宿
图 1-3 模拟通信系统的模型
特点：1、信源发出模拟信号，信道中传输的也是模拟信号； 2、发送设备和接收设备主要功能是完成调制与解调。
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3、数字通信系统（Digital Communication）
信
信
加
息
源 编
密
源
码
器
信 道 编 码
数 字 调 制
信 道
数 字 解 调
信 定性。因此，
信息
是消息（信号）的不确定性的度量。
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其次，通过通信，原来不知道的事情知道了，原来不清楚 的明白了，至少比通信前减少了一些不确定因素。可见通信是
消除不确定性的过程。因此可用通信所消除掉的不确定性 的多少来定义所传输信息的多少。
第三，不确定性来自客观事物本身的随机性，而随机性可 以用概率统计来定量描述之：
设：S为信号功率， N为噪声功率。 则：
或用分贝：
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二、数字通信系统的主要性能指标：
1、有效性 （1）传码率RB-----码元传输速率，又称符号速率等。
它表示单位时间内传输码元的数目， 单位是波特（Baud），记为 B。 所以传码率又称波特率。 设：码元周期（每个码元的时间宽度）为T， 则：
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概率为1的事件，不存在不确定性。其信息量为0。 概率越小，不确定性越大。正如罕见的事件信息量很大。
因此，应当用概率来定义信息。
并且信息的多少是与概率的大小成反比的。
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第四，若干独立事件的总信息量应等于各事件信息量的总和； 而独立事件联合概率是各事件概率的乘积。
为此定义信息量：
I＝loga（1 / P）＝－loga P
（2）传信率Rb------信息传输速率，又称比特率等。
它表示单位时间内传递的平均信息量或比特数， 单位是比特/秒，可记为bit/s ，或 b/s ，或bps。
（3）传信率Rb与传码率RB的关系 Rb=RB·H (b/s)