常工院通信系統(tǒng)概論

1、For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 第第 1 1 章章 通信系統(tǒng)概論通信系統(tǒng)概論 1.1 1.1 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 1.2 1.2 通信系統(tǒng)分類(lèi)與通信方式通信系統(tǒng)分類(lèi)與通信方式 1.3 1.3 信息及其度量信息及其度量 1.4 1.4 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 1.5 1.5 通信發(fā)展趨勢(shì)通信發(fā)展趨勢(shì)返回主目錄For: 分類(lèi)信息 From: 新聞本章討論通信系統(tǒng)的 基本概念信息及其度量評(píng)價(jià)通信系統(tǒng)性能的指標(biāo)簡(jiǎn)要介紹幾種通信系統(tǒng)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 1.1 通信系統(tǒng)及其模型通信系統(tǒng)及其模型 通信的目的是傳輸含有信息的消息，信息是消息中所包含的對(duì)于接

2、收者是新知識(shí)的內(nèi)容，語(yǔ)言、文字、數(shù)據(jù)、圖象是人們常用來(lái)交流信息的形式，但是這些語(yǔ)言、文字、數(shù)據(jù)、圖象本不是信息而是消息。因此，通信可以定義為信息傳輸或消息傳輸。實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱(chēng)為通信系統(tǒng)。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞1 . 1 . 1 通 信 系 統(tǒng) 模 型通 信 系 統(tǒng) 模 型 通信的過(guò)程就是把發(fā)送端消息傳送或交換到接收端的過(guò)程。圖 1-1描述了一個(gè)點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信系統(tǒng)模型。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞信息源發(fā)送設(shè)備信息接收設(shè)備受信者噪聲源發(fā)送端接收端圖 1-1 通信系統(tǒng)的一般模型For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 圖中信息源產(chǎn)生信息流，其作

3、用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，稱(chēng)之為消息信號(hào)或基帶信號(hào)。電話(huà)機(jī)、電視攝象機(jī)和電傳機(jī)、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備就是信源。前者屬于模擬信源，輸出的是模擬信號(hào)；后者是數(shù)字信源，輸出離散的數(shù)字信號(hào)。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和信道匹配起來(lái)，即將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場(chǎng)合，調(diào)制是最常見(jiàn)的變換方式。對(duì)數(shù)字通信來(lái)說(shuō)，發(fā)送設(shè)備常常又可分為信源編碼與信道編碼。信道是指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理媒質(zhì)。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 在無(wú)線(xiàn)信道中，信道可以是大氣（自由空間），在有線(xiàn)信道中，信道可以是明線(xiàn)、電纜或光纖。有

4、線(xiàn)與無(wú)線(xiàn)均有多種物理媒質(zhì)。媒質(zhì)的固有特性及引入的干擾與燥聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。根據(jù)研究對(duì)象的不同，需要對(duì)實(shí)際的物理媒質(zhì)建立不同的數(shù)學(xué)模型，以及反映傳輸媒質(zhì)對(duì)信號(hào)的影響。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 噪聲是通信設(shè)備中各種設(shè)備以及信道中所固有的，通常是人們所不希望的。噪聲的來(lái)源是多樣的，它可分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲，而且外部噪聲往往是從信道引入的，因此，為了分析方便，把噪聲源視為各處噪聲的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 接收設(shè)備的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備是反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始基帶信號(hào)來(lái)，對(duì)于多路

5、復(fù)用信號(hào)，還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路。受信者是傳輸信息的接收終端，其作用是將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 上述通信系統(tǒng)模型概括地描述了一個(gè)通信系統(tǒng)的組成，它反映了通信系統(tǒng)的共性。通信原理就是圍繞著通信系統(tǒng)模型而展開(kāi)討論的，并將根據(jù)研究的對(duì)象以及所關(guān)注的問(wèn)題不同而使用不同形式的更具體的通信模型。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 1.1.2 模擬通信模型和模擬通信模型和 數(shù)字通信模型數(shù)字通信模型 通信系統(tǒng)中信源發(fā)出的消息可分為連續(xù)消息和離散消息兩大類(lèi)。連續(xù)消息是消息的狀態(tài)連續(xù)變化或的不可數(shù)的，如連續(xù)變化的語(yǔ)音、活動(dòng)圖片等。離散消息則是指消息的狀態(tài)是

6、可數(shù)的或離散的，如符號(hào)、數(shù)據(jù)等。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 在通信系統(tǒng)中消息是變換為電信號(hào)進(jìn)行傳遞的，按照變換時(shí)電信號(hào)取值參量不同分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)地按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，通信系統(tǒng)可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 模擬通信系統(tǒng)傳輸模擬信號(hào)的通信系統(tǒng)。我們知道，信源發(fā)出的原始電信號(hào)是基帶信號(hào)的含義是指信號(hào)的頻譜從零頻附近開(kāi)始，如語(yǔ)音信號(hào)為3003400Hz，圖象信號(hào)為06MHz。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 由于這種信號(hào)具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸，這就需要把基帶信號(hào)變換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)

7、，并可在接收端進(jìn)行反變換。完成這種變換和反變換作用的通常是調(diào)制器和解調(diào)器。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 經(jīng)過(guò)調(diào)制以后的信號(hào)稱(chēng)為已調(diào)信號(hào)。已調(diào)信號(hào)有三個(gè)基本特征：一是攜帶有信息，二是適合在信道中傳輸，三是信號(hào)的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠(yuǎn)離零頻，因而已調(diào)信號(hào)有稱(chēng)頻帶信號(hào)。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 需要指出，消息從發(fā)送端到接收端的傳遞過(guò)程中，不僅僅只有連續(xù)消息與基帶信號(hào)和基帶信號(hào)與頻帶信號(hào)之間的兩種變換，實(shí)際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、天線(xiàn)輻射、控制等過(guò)程。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 由于調(diào)制與解調(diào)兩種變換對(duì)信號(hào)的變化起決定性作用，而其他過(guò)程對(duì)信號(hào)不會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化，

8、只是對(duì)信號(hào)進(jìn)行了放大或改善了信號(hào)特性，因而被認(rèn)為是理想的而不予討論。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 模擬通信系統(tǒng)模型如圖1-2所示。通過(guò)比較可知，圖1-1中的發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備就是圖中的調(diào)制器和解調(diào)器。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞信息源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者噪聲源圖1-2 模擬通信系統(tǒng)模型For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 數(shù)字通信系統(tǒng)是傳輸數(shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng)。數(shù)字通信涉及信源編碼/譯碼、信道編碼/譯碼、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)、數(shù)字復(fù)接、同步以及加密等技術(shù)問(wèn)題。數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖1-3所示For: 分類(lèi)信息 From: 新聞信息源信源編碼器信道編碼器數(shù)字調(diào)制器信道數(shù)字解調(diào)器信道譯碼器

9、信源譯碼器受信者噪聲源圖1-3 數(shù)字通信系統(tǒng)模型For: 分類(lèi)信息 From: 新聞信源編碼與譯碼： 信源編譯碼可以提高通信的有效性。 通過(guò)信源編碼減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說(shuō)的數(shù)據(jù)壓縮。碼元速率將直接影響傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬有直接反映了通信的有效性。當(dāng)信息源給出的是模擬語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞信道編碼與譯碼： 信道編譯碼可以提高通信的可靠性。 數(shù)字信號(hào)在信道傳輸時(shí)，由于噪聲、衰落以及人為干擾等，將會(huì)引起差錯(cuò)。為了減少差錯(cuò)，信道編碼器對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)矩加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成所謂“抗

10、干擾編碼”。接收端的信道譯碼器按一定規(guī)則進(jìn)行解碼。從解碼過(guò)程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤，從而提高通信系統(tǒng)抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)可靠通信。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)：數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜向高頻搬移，形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號(hào)的過(guò)程?；镜臄?shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、絕對(duì)相移鍵控PSK、相對(duì)（差分）相移鍵控DPSK。對(duì)這些信號(hào)可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原為數(shù)字基帶信號(hào)。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 但在一些有限信道中，傳輸距離不太遠(yuǎn)且通信容量不太大時(shí)，數(shù)字基帶信號(hào)無(wú)需調(diào)制，可以直接傳送，稱(chēng)之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸，其模型中就不包括數(shù)字調(diào)制與

11、解調(diào)環(huán)節(jié)，如計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)通信。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 同步與數(shù)字復(fù)接：同步是使收、發(fā)兩端的信號(hào)在時(shí)間上保持步調(diào)一致，同步是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確可靠工作的不可缺少的前提條件。按照同步的功用不同，可分為載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步。 數(shù)字復(fù)接就是依據(jù)時(shí)分復(fù)用基本原理把若干個(gè)低速數(shù)字信號(hào)合并成一個(gè)高速的數(shù)字信號(hào) ，以擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸效率。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 需要指出的是模擬通信與數(shù)字通信的區(qū)別僅在于信道中傳輸?shù)男盘?hào)種類(lèi)。模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字編碼后可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸，如數(shù)字電話(huà)系統(tǒng)就是以數(shù)字方式傳輸模擬語(yǔ)音信號(hào)的。數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)模擬調(diào)制也可以在

12、模擬通信系統(tǒng)中傳輸，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)器（Modem）進(jìn)行正弦調(diào)制，就可以通過(guò)模擬電話(huà)線(xiàn)路傳輸。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞1.2 通信系統(tǒng)分類(lèi)與通信方式通信系統(tǒng)分類(lèi)與通信方式1 . 2 . 1 通 信 系 統(tǒng) 的 分 類(lèi)通 信 系 統(tǒng) 的 分 類(lèi) 1. 按傳輸媒介分類(lèi)：按傳輸媒介分類(lèi)：按傳輸媒介分，通信系統(tǒng)可分為有線(xiàn)通信系統(tǒng)和無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)兩大類(lèi)。有線(xiàn)通信是用傳輸線(xiàn)作為傳輸媒質(zhì)完成通信的，如市內(nèi)電話(huà)、有線(xiàn)電視、海底電纜通信等。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 無(wú)線(xiàn)通信是依靠電磁波在空間傳播達(dá)到傳遞消息的目的，如短波電離層傳播、微波視距傳播、衛(wèi)星中繼等。表1-1列出了常用

13、的傳輸媒質(zhì)及主要用途。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞表表1- 1常用傳輸媒質(zhì)及其用途常用傳輸媒質(zhì)及其用途頻率范圍 波長(zhǎng) 符號(hào) 傳輸媒質(zhì) 用途3 Hz30 kHz 104108 m 甚低頻VLF 有線(xiàn)線(xiàn)對(duì)長(zhǎng)波無(wú)線(xiàn)電 音頻、電話(huà)、數(shù)據(jù)終端長(zhǎng)距離導(dǎo)航、時(shí)標(biāo) 30300 kHz 103104 m 低頻LF 有線(xiàn)線(xiàn)對(duì)長(zhǎng)波無(wú)線(xiàn)電 導(dǎo)航、 信標(biāo)、 電力線(xiàn)通信 300 kHz3 MHz 102103 m 中頻MF 同軸電纜短波無(wú)線(xiàn)電 調(diào)幅廣播、移動(dòng)陸地通信、業(yè)余無(wú)線(xiàn)電 330 MHz 10102 m 高頻HF 同軸電纜短波無(wú)線(xiàn)電 移動(dòng)無(wú)線(xiàn)電話(huà)、 短波廣播定點(diǎn)軍用通信、 業(yè)余無(wú)線(xiàn)電 30300 MHz 1

14、10 m 甚高頻VHF 同軸電纜米波無(wú)線(xiàn)電 電視、 調(diào)頻廣播、 空中管制、 車(chē)輛、 通信、 導(dǎo)航 For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 2. 按調(diào)制方式分類(lèi)：按調(diào)制方式分類(lèi)：通信系統(tǒng)按照是否采用調(diào)制，可分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶（調(diào)制）傳輸系統(tǒng)?；鶐鬏斒菍⑽唇?jīng)調(diào)制的信號(hào)直接傳送。頻帶傳輸是對(duì)各種信號(hào)調(diào)制后傳輸?shù)目偡Q(chēng)。通信系統(tǒng)可以采用的調(diào)制方式很多，表1-2列出常用的調(diào)制方式及其用途。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞表表1-2 常用調(diào)制方式及其用途常用調(diào)制方式及其用途 調(diào) 制 方 式 用途 連續(xù)伯調(diào)制線(xiàn)性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)制廣播 抑制載波雙邊帶調(diào)幅 立體聲廣播 單邊帶調(diào)幅SSB 載波通信、無(wú)線(xiàn)電

15、臺(tái)、數(shù)傳 殘留邊帶調(diào)幅VSB 電視廣播、 數(shù)傳、 傳真 非線(xiàn)性調(diào)制 頻率調(diào)制FM 微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播 相位調(diào)制PM 中間調(diào)制方式 數(shù)字調(diào)制幅度鍵控ASK 數(shù)據(jù)傳輸 相位鍵控?cái)?shù)據(jù)傳輸 For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 3. 按信號(hào)特征分類(lèi)按信號(hào)特征分類(lèi)按照信道中所傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分成模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 4. 按消息的物理特征分類(lèi)按消息的物理特征分類(lèi)根據(jù)消息的物理特征不同，通信系統(tǒng)可分為電話(huà)通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，圖象通信系統(tǒng)，由于電話(huà)通信最為普及，因而其他通信業(yè)務(wù)常常利用公眾電話(huà)通信系統(tǒng)進(jìn)行。未來(lái)的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字

16、通信網(wǎng)中各種業(yè)務(wù)的消息都能在一個(gè)統(tǒng)一的通信網(wǎng)中傳輸。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞1.2.2 通信方式通信方式 對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信，按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系，通信方式可分為單工、半雙工及全雙工通信三種。單工通信，是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，因此只占用一個(gè)信道，如圖1-4（a）所示。廣播、遙測(cè)、遙控、無(wú)線(xiàn)尋呼等就是單工通信方式的例子。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 發(fā)端信 道收端發(fā)端信 道收端發(fā)端收端(a)(b)發(fā)端信 道收端發(fā)端收端信 道(c)圖 1 - 4單工、 半雙工和全雙工通信方式示意圖 (a) 單工； (b) 半雙工； (c) 全雙工For: 分類(lèi)信息 From:

17、 新聞 發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備101(b)發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備(a)圖 1 - 5并行和串行通信方式示意圖(a) 并行傳輸； (b) 串行傳輸For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 半雙工通信，是指通信雙方都能收發(fā)消息，但不能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方法，如圖1-4（b）所示。例如，使用同一載頻的對(duì)講機(jī)，收發(fā)報(bào)機(jī)以及問(wèn)詢(xún)、檢索、科學(xué)計(jì)算等數(shù)據(jù)通信多時(shí)半雙工通信方式。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 全雙工通信，是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式。一般情況全雙工通信的信道必須是雙向信道，如圖1-4（c）所示。普通電話(huà)、手機(jī)都是最常見(jiàn)的全雙工通信方式，計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)通信也是這種方式。For: 分類(lèi)

18、信息 From: 新聞 在數(shù)字通信中，按數(shù)字通信代碼排列是順序可分為并行傳輸和傳行傳輸。并行傳輸是將代表信息的數(shù)字序列以組的方式在兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸，如圖1-5（A）所示。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 并行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是節(jié)省傳輸時(shí)間，但需要傳輸信道多，設(shè)備復(fù)雜，成本高，故較少采用，一般適用于計(jì)算機(jī)和其他高速數(shù)字系統(tǒng)，特別使用設(shè)備之間的近距離通信。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 串行傳輸是數(shù)字序列以串行方式一個(gè)接一個(gè)地在一條信道上傳輸，如圖1-5（B）所示。通常，一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字通信都采用這種傳輸方式。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞1 .3信息及其度量信息及其度量 前

19、已指出，信號(hào)是消息的載體，而信息是其內(nèi)涵。任何信源產(chǎn)生的輸出都是隨機(jī)的，也就是說(shuō)，信源輸出是用統(tǒng)計(jì)方法來(lái)定性的，對(duì)接收者來(lái)說(shuō)，只有消息中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息；否則，信源輸出已確切知曉，就沒(méi)有必要再傳輸它了。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 例如，若通信的一方告訴另一方一件很有可能發(fā)生的事件：“今晚看到的月亮比昨天的大”，與告訴另一方一件非常不可能發(fā)生的事件：“今晚看到的月亮將比昨天的大十倍”相比，后一消息含有的信息顯然要大得多。因?yàn)樵诮邮照呖磥?lái)，前一事件很有可能發(fā)生，不足為奇，但后一事件卻極難發(fā)生，聽(tīng)后使人驚奇。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 這表明消息含有的信息可以有量值的多少，

20、而且，我們可以感覺(jué)到，事件越是不可能，越是使人驚奇，信息量就越大。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 根據(jù)概率論知識(shí)，事件的不確定性可用事件出現(xiàn)的概率來(lái)描述?？赡苄栽叫?，概率越??；反之，概率越大。因此，消息中包含的信息量與信息發(fā)生的概率密切相關(guān)。消息出現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 假設(shè)P（X）是一個(gè)消息發(fā)生的概率，I 是從該消息獲悉的消息，根據(jù)上面的認(rèn)知，顯然I 與P（X）之間關(guān)系反映為如下規(guī)律：（1） 信息量是概率的函數(shù)，即 I =f P（x） (2) P（X）越小，I 越大；反之， I 越小，且 P（x） 1 時(shí)，I 0 P（x）0 時(shí)，I

21、 For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 （3） 諾干個(gè)相互獨(dú)立事件構(gòu)成的消息，所含信息等于各獨(dú)立事件信息量之和，也就是說(shuō)，信息量有相加性，即 I P（x1）P（x2）= I P（x1）+ I P（x2）+ For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 綜上所述，信息量與消息I出現(xiàn)的概率P（x）之間的關(guān)系應(yīng)為 (1.3-1) 信息量的單位與對(duì)數(shù)底數(shù)a有關(guān)。a = 2時(shí)，信息量的單位為比特（bit）；a = e 時(shí)，信息量的單位為奈特（nit）；a = 10時(shí)，信息量的單位為十進(jìn)制單位為哈特萊。目前廣泛使用的單位為比特。)(log)(1logxPxPIaaFor: 分類(lèi)信息 From: 新聞 例例 1 1

22、 設(shè)二進(jìn)制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字0或1，則信源每個(gè)輸出的信息含量為 I (0) = I (1) = 2 =2 2 =1 bit （1.3-2） 可見(jiàn)，傳送等概率的二進(jìn)制波形之一（P=12 ）的信息量為1比特。同理，傳送等概率的四進(jìn)制波形之一（P=14 ）的信息量為2比特，這時(shí)每一個(gè)四進(jìn)制波形需要用2個(gè)二進(jìn)制脈沖表示；傳送等概率的八進(jìn)制波形之一（P=18 ）的信息量為3比特，這時(shí)至少需要3個(gè)二進(jìn)制脈沖。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 綜上所述，對(duì)于離散信源，M 波形等概率（P=1M ）發(fā)送，且每個(gè)波形的出現(xiàn)是獨(dú)立的，即信源是無(wú)記憶的，則傳送M 進(jìn)制波形之一的信息量為 I = 2 =

23、2 =2 M bit （1.3-3） P 為每一個(gè)波形出現(xiàn)的概率，M為傳送的波形數(shù)。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 若M是2的整冪次，比如M =2 （K =1，2，3，），則 式（1.3 - 3）可改寫(xiě)為 I = 22k =K bit （1.3-4）式中，K是二進(jìn)制脈沖數(shù)目，也就是說(shuō)，傳送每一個(gè)M（M=2k ）的進(jìn)制波形信息量就等于用二進(jìn)制脈沖表示該波形所需的脈沖數(shù)目K 。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 如果是非等概情況，設(shè)離散信源是一個(gè)由n 個(gè) 符號(hào)組成的符號(hào)集，其中每個(gè)符號(hào)xi（i=1,2,3, ）出現(xiàn)的概率為P（xi）,且有 ，則 x1 ，x2 ，xn 所包含的信息量分別為-

24、2P（x1），-2P（x2），-2P（xn） 。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 于是，每個(gè)符號(hào)所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值，即平均信息量為H（x）= P（x1）-2P(x1)+ P（x2）-2P(x2)+,+ P(xn)-2P(xn) （bit/符號(hào)）1.3-5） 由于H 同熱力學(xué)中的熵形式一樣，故通常又稱(chēng)它為信息源的熵，其單位為bit/符號(hào)。顯然，當(dāng)信源中每個(gè)符號(hào)等概率獨(dú)立出現(xiàn)時(shí)，式（1.3 5）即成為式（1.3 - 3），此時(shí)信源的熵有最大值。)(log)(21iniixPxPFor: 分類(lèi)信息 From: 新聞 例例1 - 2 一離散信源由 0，1，2，3四個(gè)符號(hào)組成，它們出現(xiàn)的概率分別

25、為3/8，1/4，1/4，1/8， 且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求某消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。 解 此消息中，0出現(xiàn)23次，1出現(xiàn)14次，2出現(xiàn)13次，3出現(xiàn)7次，共有57個(gè)符號(hào)，故該消息的消息量為 I232+142+132+72=108 （bit）For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 每個(gè)符號(hào)的算術(shù)平均信息量為 I/符號(hào)數(shù)1.89（bit/符號(hào)）若用熵的概念來(lái)計(jì)算，由式（1.3 - 5）得 H-3/823/8-1/421/4-1/421/4-1/821/8 1.906（bit/符號(hào)）則該消

26、息的消息量為 I571.906=108.64 （bit） 可見(jiàn)，兩種算法的結(jié)果是有一定誤差，但當(dāng)消息很長(zhǎng)時(shí)，用熵的概念來(lái)計(jì)算比較方便。而且隨著消息序列的增加，兩種計(jì)算誤差將趨于零。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞1.4 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo) 通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞消息。因此，評(píng)價(jià)一個(gè)通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標(biāo)是系統(tǒng)的有效性和可靠性。有效性是指在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說(shuō)是傳輸?shù)摹八俣取眴?wèn)題；而可靠性是指接受信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問(wèn)題。這兩個(gè)問(wèn)題互相矛盾而又相對(duì)統(tǒng)一，通常還可以進(jìn)行互換。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 模擬通信系統(tǒng)的有效性可用有效傳

27、輸帶來(lái)度量，同樣的消息用不同的調(diào)制方式，則需要不同的頻帶?？煽啃杂媒邮斩俗罱K輸出信噪比來(lái)度量。不同調(diào)制方式在同樣信道信噪比下所得到的最終解調(diào)后的信噪比是不同的。如調(diào)頻信號(hào)抗干擾能力比調(diào)幅好，但調(diào)頻信號(hào)所傳輸頻帶卻寬于調(diào)幅。數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用傳輸速率來(lái)衡量?？煽啃钥捎貌铄e(cuò)率來(lái)衡量。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞1. 傳輸速率傳輸速率 碼元傳輸速率RB 簡(jiǎn)稱(chēng)傳碼率，又稱(chēng)符號(hào)速率等。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位是波特（Baud）,記為B。例如，若1秒內(nèi)傳2400個(gè)碼元，則傳碼率為2400 B 。數(shù)字信號(hào)他多進(jìn)制和二進(jìn)制之分，但碼元速率與進(jìn)制數(shù)無(wú)關(guān)，只與傳輸?shù)拇a元長(zhǎng)度T有關(guān)： RB

28、（X） (B) （1.4-1）T1T1For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 通常在給出碼元速率時(shí)，有必要說(shuō)明碼元的進(jìn)制。由于M 進(jìn)制的一個(gè)碼元可以用2M個(gè)二進(jìn)制碼元去表示，因而在保證信息速率不變的情況下，M 進(jìn)制的碼元速率RBM 與二進(jìn)制的碼元RB2 之間有以下轉(zhuǎn)換關(guān)系： RB2RBM2M (B)For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 信息傳輸速率Rb 簡(jiǎn)稱(chēng)傳信率，又稱(chēng)比特率等。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量6或比特?cái)?shù)，單位是比特/秒?？捎洖閎it/s, 或b/s，或 bps。每個(gè)碼元或符號(hào)通常都含有一定bit 數(shù)的信息量，因此碼元速率和信息量有確定的關(guān)系，即 Rb RB H (b/s) （1

29、.4-2）式中，H為信源中每個(gè)符號(hào)所含的平均信息量（熵）。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 等概傳輸時(shí)，熵有最大值2。信息速率也達(dá)到最大。即 Rb RB2 M(b/s) （1.4-3）或 RB (B) （1.4-4） 試中，M 為符號(hào)的進(jìn)制數(shù)。例如碼元速率為1200 B ，采用八進(jìn)制（M = 8）時(shí)，信息速率為3600 b/s ；采用二進(jìn)制（M = 2）時(shí)，信息速率為1200 b/s ，可見(jiàn)，二進(jìn)制的碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等，有時(shí)簡(jiǎn)稱(chēng)它們?yōu)閿?shù)碼率。MRb2logFor: 分類(lèi)信息 From: 新聞 頻帶利用率 比較不同通信系統(tǒng)的有效性時(shí)，單看他們的傳輸速率是不夠的，還應(yīng)看在這樣的傳輸

30、速率下所占的信道頻帶寬度。所以，真正衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸效率的應(yīng)當(dāng)是單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率，即 (B/Hz) （1.4-5）BRBFor: 分類(lèi)信息 From: 新聞 數(shù)字信號(hào)的傳輸帶寬B 取決于碼元速率RB ，而碼元速率和信息速率Rb 有著確定的關(guān)系。為了比較不同系統(tǒng)的傳輸效率，又可定義頻帶利用率為 (b/(sHz) （1.4-6）BRbFor: 分類(lèi)信息 From: 新聞2. 差錯(cuò)率差錯(cuò)率 衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性指標(biāo)是差錯(cuò)率，常用誤碼率和誤信率表示。誤碼率（碼元差錯(cuò)率）Pe 是指發(fā)生差錯(cuò)的碼元數(shù)在傳輸總元數(shù)中所占比例，更確切地說(shuō)，誤碼率是碼元在傳輸傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，即 （1.4-7

31、）傳輸總碼元數(shù)錯(cuò)誤碼元數(shù)ePFor: 分類(lèi)信息 From: 新聞 誤信率（信息差錯(cuò)率）Pb 是指發(fā)生差錯(cuò)的比特?cái)?shù)在傳輸總比特?cái)?shù)中所占的比例，即 （1.4-8） 顯然，在二進(jìn)制中有 Pb = Pe傳輸總比特?cái)?shù)錯(cuò)誤比特?cái)?shù)bPFor: 分類(lèi)信息 From: 新聞 例例 1 3 信源的符號(hào)集由A、B、C、D和E組成，若每一符號(hào)獨(dú)立出現(xiàn)，其出現(xiàn)概率分別為1/4，1/8，1/8，3/16，和5/16，信源以800B速率傳送信息。（1） 試計(jì)算傳送1小時(shí)的信息量；（2） 試計(jì)算傳送1小時(shí)可能達(dá)到的最大信息量。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 解：（1）信源熵為 bit / 符號(hào) 2.23 bit / 符

32、號(hào)平均信息速率為Rb RBH(X) (8002.23) bit/s1.784103 bit/s1小時(shí)傳輸?shù)男畔⒘繛?I (1.7841033600) bit6.422 Mbit516log165316log1638log824log41)(2222XHFor: 分類(lèi)信息 From: 新聞 (2) 等概時(shí)信源熵為最大值 Hmax(log 2 5) bit / 符號(hào) 2.322 bit / 符號(hào)1小時(shí)傳輸?shù)淖畲笮畔⒘繛?Imax (2.3228003600) bit6.687 MbitFor: 分類(lèi)信息 From: 新聞1.5主要通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)主要通信系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)1光纖通信系統(tǒng)光纖通

33、信系統(tǒng) 光纖通信具有容量大、成本低的優(yōu)點(diǎn)。光纖通信是以光導(dǎo)纖維（簡(jiǎn)稱(chēng)光纖）作為傳輸媒質(zhì)、以光波為運(yùn)載工具（載波）的通信方式。與同軸電纜相比光纖頻帶寬、傳輸損耗小、抗電磁干擾能力強(qiáng)，并且可以大量節(jié)約有色金屬和能源。自從1977年世界上第一個(gè)光纖通信系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，光纖通信發(fā)展迅速，已成為各種通信干線(xiàn)的主要傳輸手段。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 目前，單波長(zhǎng)光通信系統(tǒng)速率已達(dá)10G b/s，采用密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)來(lái)擴(kuò)容是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)超大容量光傳輸?shù)闹匾夹g(shù)。近年來(lái)，DWDM技術(shù) 取得了較大的進(jìn)展，美國(guó)AT&T實(shí)驗(yàn)室等機(jī)構(gòu)已成功地完成了T b/s 的傳輸實(shí)驗(yàn)。For: 分類(lèi)信息 Fr

34、om: 新聞 光傳送網(wǎng)是通信網(wǎng)未來(lái)的發(fā)展方向，它可以處理高速率的光信號(hào)，擺脫電子瓶頸。實(shí)現(xiàn)靈活、動(dòng)態(tài)的光層聯(lián)網(wǎng)，透明地支持各種格式的信號(hào)以及實(shí)快速網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)。因此，世界上許多國(guó)家紛紛進(jìn)行研究、試驗(yàn)，驗(yàn)證由波分復(fù)用、光交叉連接設(shè)備及色散位移光纖組成的高容量通信網(wǎng)今后的可行性。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞2.衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng) 衛(wèi)星通信的特點(diǎn)是：通信距離遠(yuǎn)，覆蓋地域廣，不受地理?xiàng)l件限制，傳輸容量大，建設(shè)周期短，可靠性高。衛(wèi)星通信系統(tǒng)是將通信衛(wèi)星作為空中中繼站，它能夠?qū)⒌厍蛏夏骋坏孛嬲景l(fā)射來(lái)的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)地面站，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地域之間的通信。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 根據(jù)通信衛(wèi)星與地面之間位置關(guān)系，可以分為靜止通信衛(wèi)星（或同步通信衛(wèi)星）和移動(dòng)通信衛(wèi)星。靜止通信衛(wèi)星是軌道在赤道平面上的衛(wèi)星，它離地面高度 35780 采用三個(gè)相差120的靜止通信衛(wèi)星就可以覆蓋地球的絕大部分地域（兩極盲區(qū)除外）。For: 分類(lèi)信息 From: 新聞 衛(wèi)星通信系統(tǒng)由通信衛(wèi)星、地球站、上