通信原理——第一章.ppt

课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 张艳 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 绪 论 通信原理（第通信原理（第7 7版）版）樊昌信 曹丽娜 编著第1章 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 基本概念 信息度量 性能指标 模型/分类/通信方式信息量/信源熵 有效性/可靠性 本章内容:第1章 绪 论 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 通信的基本概念1.1 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 击鼓鸣金电报烽火电话电视因特网数字化智能化高速化宽带化移动化个人化。综合化 1.1.1 通信的发展车间通信量子通信 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 声音音频信号将音频信号放大、调制，产生 AM信号，并耦合到发射天线接收天线将电磁波转换为 AM信号（含有噪声）将AM信号解调还原为音频信号，再经音频功放后，驱动扬声器，还原为声音。发射天线将AM信号感应成可以辐射到大气中的电磁波 （无线电波）1.1.2 消息 信息 信号调幅（调幅（AM）无线广播系统）无线广播系统 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 ：消息中蕴含的有效内容。消息中蕴含的有效内容。：通信系统传输：通信系统传输的对象。形式多种的对象。形式多种:：消息消息的电表示的电表示形式形式/传输载体。传输载体。模拟信号：模拟信号：数字信号：数字信号：信号参量取值连续信号参量取值连续 信号参量取值离散信号参量取值离散 语音、温度、图像语音、温度、图像 数据、文字、符号数据、文字、符号连续消息：连续消息：离散消息：离散消息：信号信号消息消息信息信息 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 信号消息信息传输载体 模拟信号 数字信号 表现形式 内涵 Q Q&A An 三者关系 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 模拟信号 和 数字信号:课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 话筒（声音传感器）把声音转变成音频信号；话筒（声音传感器）把声音转变成音频信号；数字终端把符号转变成数字信号；数字终端把符号转变成数字信号；摄像机把图像转变成视频信号；摄像机把图像转变成视频信号；热敏电阻（温度传感器）把温度转变成电信号。热敏电阻（温度传感器）把温度转变成电信号。消息 电信号的转换:传感器传感器 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 基于以上对 消息、信息 和 信号 的理解：通信通信系统 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 通信系统模型1.2 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 1.2.1 通信系统一般模型 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 消息消息 电信号电信号如如 电话机的电话机的话话筒筒把声音把声音音频信号音频信号电信号电信号 消息消息如如电话机的电话机的听听筒筒把音频信号把音频信号声音声音原始电信号原始电信号适合在信道中传输适合在信道中传输的信号。的信号。如如 编码、调制编码、调制其功能与发送设备相反。其功能与发送设备相反。如如 译码、解调译码、解调destination source transmitter receiver channel noise 能传输信号的能传输信号的 各种物理媒介各种物理媒介 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 l 模拟消息 原始电信号（基带）l 基带信号 已 调 信号（带通）1.2.2 模拟通信系统模型n 两对重要变换两对重要变换：课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 n信源编码：l模模/数转换数转换 l提高有效性提高有效性n信道编码：l增强抗干扰能力增强抗干扰能力 1.2.3 数字通信系统模型 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 l抗干抗干扰能力能力强，且噪声不，且噪声不积累；累；l传输差差错可控；可控；l便于便于处理、理、变换、存、存储；l便于将来自不同信源的信号便于将来自不同信源的信号综合合传输；l易于集成；易于加密。易于集成；易于加密。l可能需要较大的传输带宽；可能需要较大的传输带宽；l对同步要求高。对同步要求高。优点优点缺点缺点 1.2.4 数字通信的特点 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 通信系统分类 与 通信方式1.3 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 详见表详见表3-13-1n按复用方式划分：频分、时分、码分复用。n同一个通信系统可以分属于不同分类。AM广播系统中短波通信、模拟通信、带通传输系统（调制系统）。1.3.1 通信系统分类 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 l单工单工通信：通信：（单向）（单向）l半双工半双工通信：通信：（双向、不同时）（双向、不同时）l全双工全双工通信：通信：（双向、同时）（双向、同时）n n按传输方向和时间分按传输方向和时间分：1.3.2 通信方式 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 在并行信道上在并行信道上同时同时传输传输 n 个比特信息。个比特信息。n n按数字码元传输时序分：按数字码元传输时序分：l并行传输：l串行传输：课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 0 1 1 0 0 1 0 0 1 101010l串行传输：数字码元序列按时间顺序数字码元序列按时间顺序一个接一个一个接一个地在地在一条一条信道中传输。信道中传输。课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 基本概念 信息度量 性能指标 模型/分类/通信方式信息量/信源熵 有效性/可靠性 本章内容:第1章 绪 论 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 信息及其度量1.4 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 l信息是消息的内涵；信息是消息的内涵；l通信的目的在于通信的目的在于传输消息中所包含的信息；消息中所包含的信息；l消息中消息中不确定的内容不确定的内容才构成信息；才构成信息；l信息量就是信息量就是对这种不确定性的定量描述。种不确定性的定量描述。引言引言n信息具有以下特性：l在当今信息社会中，信息是最宝贵的资源之一。在当今信息社会中，信息是最宝贵的资源之一。时效压缩存储传输相对共享存在度量扩充 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 原则原则：l度量方法与消息的度量方法与消息的种种类无关。无关。l与消息的与消息的重要程度重要程度无关。无关。举例举例：l“美国世美国世贸大楼被炸（大楼被炸（9.119.11事件）事件）”（时效性）l“明天下雨明天下雨”可可见：消息中所含信息量和不可消息中所含信息量和不可预测性或不确定性有关。性或不确定性有关。消息所表达的事件越不可能消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。生，信息量就越大。如何度量如何度量消息中所含的消息中所含的信息量信息量?根据概率论知识：事件的不确定性根据概率论知识：事件的不确定性 可用事件出现的可用事件出现的概率概率来描述。来描述。？课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 原则原则：l度量方法与消息的度量方法与消息的种种类无关。无关。l与消息的与消息的重要程度重要程度无关。无关。举例举例：l“美国世美国世贸大楼被炸（大楼被炸（9.119.11事件）事件）”（时效性）l“明天下雨明天下雨”可可见：消息中所含信息量和不可消息中所含信息量和不可预测性或不确定性有关。性或不确定性有关。消息所表达的事件越不可能消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。生，信息量就越大。如何度量如何度量消息中所含的消息中所含的信息量信息量?？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。信息量信息量 I 可用概率可用概率 P 来度量：来度量：I =f P(x)课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 P 1，I0P 0，IP(x)I(y)相加性相加性a=2，比特比特(bit)，简记为，简记为ba=e，奈特，奈特(nat)a=10，哈特莱，哈特莱(Hartley)1 nat=1.44 b 为什么为什么 取对数取对数？1.离散消息 x 的信息量 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 概率相同，每个符号概率相同，每个符号蕴含的信息量也相同；含的信息量也相同；二二进制的每个制的每个码元含元含 1（b)四四进制的每个制的每个码元含元含 2 （b)推广：推广：M进制的每个制的每个码元含元含 log2M （b)【1-1】二进制信源二进制信源（0 0，1 1）【1-2】四进制信源四进制信源（0 0，1 1，2,32,3）每个四进制符号可用每个四进制符号可用每个四进制符号可用每个四进制符号可用 2 2 个二进制符号表示。个二进制符号表示。个二进制符号表示。个二进制符号表示。解解：试求：等概独立发送符号时，每个符号的信息量试求：等概独立发送符号时，每个符号的信息量 。评注评注例例例例 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 信源中每个符号所含信息量的信源中每个符号所含信息量的统计平均平均值。设 则 统计独立的独立的M个符号的离散信源的平均信息量个符号的离散信源的平均信息量为 H与与热力学中的力学中的熵形式一形式一样，故称，故称为信源的信源的熵。2.离散消息的平均信息量 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 比较例比较例【1-31-3】与与【1-21-2】可知：可知：等概时，熵最大等概时，熵最大:评注评注例例解 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 利用信息相加性概念来计算：利用信息相加性概念来计算：评注评注利用利用熵熵的概念来计算：的概念来计算：例例解：课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 归纳：归纳：课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 基本概念 信息度量 性能指标 模型/分类/通信方式信息量/信源熵 有效性/可靠性 本章内容:第1章 绪 论 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 通信系统性能指标1.5 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 可靠性可靠性 Headline Headlinetext有效性有效性性能性能指标指标模模 拟拟 通通 信信数数 字字 通通 信信l 传输带宽传输带宽l 输出信噪比输出信噪比l 频带利用率频带利用率 l 差错概率差错概率 矛盾、关联、互换 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 例如：例如：1 1秒内传输秒内传输10001000个码元，则个码元，则 RB=1000 BaudBaud 与进制数 有关吗？与信源统计特性有关吗？1.5.1 数字通信系统的有效性指标一一个数字脉冲称为一个个数字脉冲称为一个码元码元 表征数据对载波表征数据对载波的调制速率的调制速率 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 Rb与与 RB的关系的关系H为纽带数值相等数值相等单位不同单位不同 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 （3）频带利用率利用率把把 B（带宽）与）与 传输速率速率 联系起来系起来定定义为单位位带宽内的内的传输速率，即速率，即 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 （1）误码率误码率 Pe 二进制：二进制：Pb=Pe；M进制：进制：PbPe ；why?（2）误信率误信率(误比特率）Pb 1.5.2 数字通信系统的可靠性指标 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 本章小结：l 术语，模型，分类，通信方式l 数字通信的优缺点l 信息量：Ii ，H，I总l RB，Rb，；Pe，Pb 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 例题1 1、对于同样以、对于同样以2400b/s2400b/s比特率发送的信号，若比特率发送的信号，若A A系统以系统以2PSK2PSK调制方式传输时所需带宽为调制方式传输时所需带宽为2400hz2400hz，而，而B B系统以系统以4PSK4PSK调制调制方式传输时所需带宽为方式传输时所需带宽为1200hz1200hz，哪个系统更有效？，哪个系统更有效？课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 例题1 1、对于同样以、对于同样以2400b/s2400b/s比特率发送的信号，若比特率发送的信号，若A A系统以系统以2PSK2PSK调制方式传输时所需带宽为调制方式传输时所需带宽为2400hz2400hz，而，而B B系统以系统以4PSK4PSK调制调制方式传输时所需带宽为方式传输时所需带宽为1200hz1200hz，哪个系统更，哪个系统更有效有效？：频带利用率频带利用率 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 例题、某数字传输系统传送二进制码元的速率为、某数字传输系统传送二进制码元的速率为1200b/sBaud，求该系统的信息速率。若该系统改为传送八进制信号，求该系统的信息速率。若该系统改为传送八进制信号码元，码元速率不变，则系统信息速率为多少？码元，码元速率不变，则系统信息速率为多少？课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 例题、某数字传输系统传送二进制码元的速率为、某数字传输系统传送二进制码元的速率为1200Baud，求该系统的信息速率。若该系统改为传送八进制信号码求该系统的信息速率。若该系统改为传送八进制信号码元，码元速率不变，则系统信息速率为多少？元，码元速率不变，则系统信息速率为多少？课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 例题3、某四进制传输系统，每个码元的持续时间（宽度）为、某四进制传输系统，每个码元的持续时间（宽度）为833*10-6 s，连续工作，连续工作1h后，接收到后，接收到6个错码，且每个错误个错码，且每个错误码元中仅发生码元中仅发生1bit错误。求：错误。求：（1）该系统的码元速率和信息速率）该系统的码元速率和信息速率 （2）该系统的误码率和误信率（误比特率）该系统的误码率和误信率（误比特率）课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 3、某四进制传输系统，每个码元的持续时间（宽度）为、某四进制传输系统，每个码元的持续时间（宽度）为833*10-6 s，连续工作，连续工作1h后，接收到后，接收到6个错码，且每个错误个错码，且每个错误码元中仅发生码元中仅发生1bit错误。求：错误。求：（1）该系统的码元速率和信息速率）该系统的码元速率和信息速率 课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 3、某四进制传输系统，每个码元的持续时间（宽度）为、某四进制传输系统，每个码元的持续时间（宽度）为833*10-6 s，连续工作，连续工作1h后，接收到后，接收到6个错码，且每个错误个错码，且每个错误码元中仅发生码元中仅发生1bit错误。求：错误。求：（2）该系统的误码率和误信率（误比特率）该系统的误码率和误信率（误比特率）码元总数：码元总数：误码率：误码率：误信率：误信率：课件制作：曹丽娜课件制作：曹丽娜 3、某四进制传输系统，每个码元的持续时间（宽度）为、某四进制传输系统，每个码元的持续时间（宽度）为833*10-6 s，连续工作，连续工作1h后，接收到后，接收到6个错码，且每个错误个错码，且每个错误码元中仅发生码元中仅发生1bit错误。求：错误。求：（2）该系统的误码率和误信率（误比特率）该系统的误码率和误信率（误比特率）码元总数：码元总数：误码率：误码率：或计算或计算1h内传送的信息量内传送的信息量 则误信率：则误信率：