现代通信概论第1章

3、现代信息交换
4、光纤传输技术 5、短波与超短波通信技术 6、数字微波与数字卫星通信技术 7、数字移动通信技术


8、数据通信
9、宽带接入网
第1章
1.1 1.2 1.3
概论
通信概论 通信信道与噪声 通信网基本概念
1.4
现代通信技术与信息高速公路
1.1通信概述
古代：烽火狼烟、击鼓鸣金、摇旗呐喊、飞鸽传信
周期信号：满足下列条件
f (t ) f (t nT ), n 0, 1, 2, 3,,
t
式中T为周期
非周期信号：不具有重复性的信号。
（3）模拟信号与数字信号
模拟信号：是指代表消息的信号参来自（幅度、 频率或相位）随消息连续变化的信号。 数字信号：是指它不仅在时间上离散，而且在
I

的两种含义：
当事件x发生以前，表示事件x发生的不确定性 当事件x发生以后，表示事件x所提供的信息量
信息量的单位：

若对数以2为底时单位是“比特”（bit ）
若以e为底时单位是“奈特”（nat ）
若以10为底时单位是“哈特”（Hart ）
[例1.1] 设英文字母 f出现的概率为0.51，x出现的概率 为0.034。试求f及x的信息量。 解：英文字母f出现的概率为 其信息量为
设有一个信号为 u(t ) 3sin 1t sin 31t 式中， 1 2 2 f1 ，则信号u(t)的信号特征如图1-3所 T 示。
（a）时域波形 （b）频谱图 图1-3 u(t)的信号特征图
信息的度量

通信的目的在于信息的传递和交换 信息：是对事物运动状态或存在方式的不确定性的 描述。 消息：一般将语音、文字、图像或数据称为消息。
P( f ) 0.51
1 I f log 2 log 2 0.51 0.97bit P( f )
英文字母x出现的概率为 其信息量为
P( x) 0.034
I x log2 0.034 4.88bit
【例】 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)=log22=1 (bit)
消息：表示信息的语言、文字、图像和数据
信息：是人类社会和自然界中需要传递、
交换、存储和提取的抽象内容
信号：运载消息的声、光、电等物理量
1、信号的分类
（1）确知信号与随机信号 确知信号：指能够以确定的时间函数表示的
信号，它在定义域内任意时刻都
有确定的函数值。 随机信号：具有随机性的信号。
（2）周期信号与非周期信号
幅度取值上也是离散的信号。
图1-1模拟信号
图1-2 数字信号示意图
2、信号的特性
（1）时域特性
表示函数值如信号电压或电流随时间的 变化关系。
（2）频域特性
指任意信号总可以表示为许多不同频率、 不同振幅正弦信号的线性组合，这些正弦信 号所包含的频率范围，称为该信号的频谱， 通常用函数表示时域信号的频谱。称信号的 绝对带宽为频谱的带宽，单位为赫兹（Hz）
结论：当离散信源的每一符号等概率出现 时，即 P( x ) 1/ n(i 1, 2,, n)
i
此时的熵最大。
最大熵值为 log2 n(bit/符号）
[例1.2] 某信息源的符号集由A，B，C，
D组成，设每一符号独立出现，其出现 概率分别为1/4，1/8，1/8和1/2。试求
该信息源符号的平均信息量。
图1-4 四进制数字信号示意图
信息熵（平均信息量）
由n个符号组成的集合，符号集中的每一个符 号 x i 在消息中是按一定概率 P( xi ) 独立出现的，
又设符号集中各符号出现的概率为
x1 , P( x ), 1 P( x2 ),, P( xn ) ，且有 x2 , , xn
这些通信方法和手段只能极其有限地解决一定距离的通信
问题。
现代：电话、电视、广播、邮政、因特网等
目前的这些现代的通信方法和手段已为我们大家所熟知，
并成为我们社会生活中一个不可或缺的组成部分。随着科
学技术与社会的发展，对通信的要求也越来越高。
1.1.1 通信的基本概念
消息、信号和信息
通信的目的：为了获取信息
P( x ) 1
i 1 i
n
则 x1 , x 2 , x n 所包含的信息量分别为 log2 P( x1 )， log 2 P( x2 ) ，…， log 2 P( xn )
平均信息量为
H ( x) P( xi ) log 2 P( xi )
i 1 n
(bit/ 符号）


P(x)→1时， I→0
P(x)→0时， I→∞
在信息论中， I ( xi )与消息 xi 出现的概率 P( xi ) 的 关系式为
1 I ( xi ) log a log a P( xi ) P( xi )
信息量 I ( xi ) 表示这个事件 xi 发生所包含的信
息量，或它发生的不确定性。
现代通信概论
教材
何方白等，现代通信概论，北京：人民邮电 出版社
课程目的和任务

本课程通过讲述通信基本模型、 通信信道、数字 通信系统、通信传输技术、现代交换技术等内容，
使学生了解各种通信系统的基本组成，掌握通信系
统的基础理论和工作原理。
课程主要内容

1、概论 2、数字通信系统及技术


不确定性：就是随机性，具有不确定性的事件就是
随机事件 。因此可运用研究随机事件的数学工具—
—概率来测度不确定性的大小。

根据概率论知识，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。 结论： 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。
解：该信息源符号的平均信息量为
H ( x) P( xi )log 2 P( xi )

传送等概率的二进制波形之一(P=1/2）的信息 量为1比特；

传送等概率的四进制波形之一（P=1/4）的信息
量为2比特；

传送等概率的八进制波形之一（P=1/8）的信息
量为3比特。
四进制数字信号的每种状态可以用两位二进制符号来
表示，即0、1、2、3分别用00、01、10、11来表示。
F(t) 3 2 1 0 t