通信原理——緒論

1、1通通 信信 原原 理理張張 偉偉zhang_通 信 原 理2通信原理：討論什么？通信原理：討論什么？通 信 原 理v如何傳輸信息？如何傳輸信息？v本門課程：信息傳輸?shù)淖罨镜膯栴}：簡單本門課程：信息傳輸?shù)淖罨镜膯栴}：簡單基本的信道特征、信號在信道上的傳輸方法基本的信道特征、信號在信道上的傳輸方法v研究的方法：數(shù)學(xué)模型，特別是概率模型。研究的方法：數(shù)學(xué)模型，特別是概率模型。3通信原理：有什么用？通信原理：有什么用？通 信 原 理v解決信息如何傳輸?shù)淖罨镜脑?。這些原解決信息如何傳輸?shù)淖罨镜脑怼＿@些原理幾乎適用目前的所有通信系統(tǒng)。是進(jìn)一步理幾乎適用目前的所有通信系統(tǒng)。是進(jìn)一步研究通信系統(tǒng)

2、的基礎(chǔ)。研究通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)。v通信專業(yè)的學(xué)生的必備的基礎(chǔ)知識。通信專業(yè)的學(xué)生的必備的基礎(chǔ)知識。v一個知識系統(tǒng)，本身就具備了解的價值。一個知識系統(tǒng)，本身就具備了解的價值。v無論技術(shù)怎么發(fā)展，學(xué)校的課程怎么改革，無論技術(shù)怎么發(fā)展，學(xué)校的課程怎么改革，基礎(chǔ)的知識系統(tǒng)不會改變。基礎(chǔ)的知識系統(tǒng)不會改變。4通信原理：系列課程中的地位通信原理：系列課程中的地位通 信 原 理v一、基礎(chǔ)：數(shù)學(xué)，物理一、基礎(chǔ)：數(shù)學(xué)，物理v二、專業(yè)基礎(chǔ)：二、專業(yè)基礎(chǔ)：信號與系統(tǒng)信號與系統(tǒng) 電路分析電路分析 電磁學(xué)電磁學(xué)v三、專業(yè)基礎(chǔ)：三、專業(yè)基礎(chǔ)：通信原理通信原理 電子電路電子電路 數(shù)字邏輯數(shù)字邏輯 計算機(jī)原理計算機(jī)原理 信息論信

3、息論 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 微波技術(shù)微波技術(shù) 天線天線 交換交換 通信網(wǎng)通信網(wǎng)v專業(yè)課：移動通信專業(yè)課：移動通信 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信 等等等等 5通信原理：關(guān)系密切的先修課程通信原理：關(guān)系密切的先修課程通 信 原 理v概率論與隨機(jī)過程概率論與隨機(jī)過程v線性代數(shù)線性代數(shù)v信號與系統(tǒng)信號與系統(tǒng)6關(guān)于課程關(guān)于課程通 信 原 理v學(xué)習(xí)方式：課堂教學(xué)學(xué)習(xí)方式：課堂教學(xué)/ /課后作業(yè)課后作業(yè)v考試方式：開卷考試方式：開卷/ /閉卷閉卷v成績評定：成績評定：70%70%考試成績考試成績 + 30%+ 30%平平7主要參考書主要參考書通 信 原 理v樊昌信等編，通信原理，國防工業(yè)出版社樊昌信等編，通信原理，國防工業(yè)

4、出版社v周炯磐等編，通信原理，北京郵電大學(xué)出版社周炯磐等編，通信原理，北京郵電大學(xué)出版社v曹志剛等編，現(xiàn)代通信原理，清華大學(xué)出版社曹志剛等編，現(xiàn)代通信原理，清華大學(xué)出版社vDigital and Analog Communication Systems Digital and Analog Communication Systems Edition). Edition). 清華大學(xué)出版社清華大學(xué)出版社vSimon Haykin, Communication Systems, Simon Haykin, Communication Systems, 電子工業(yè)出電子工業(yè)出版社版社vJ.G.Proa

5、kis. Digital Communication(4J.G.Proakis. Digital Communication(4rdrd Edition). Edition). 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社v通信原理習(xí)題通信原理習(xí)題8課程的基本內(nèi)容課程的基本內(nèi)容通 信 原 理v通信基本概念通信基本概念v確定信號和隨機(jī)信號分析確定信號和隨機(jī)信號分析v模擬調(diào)制系統(tǒng)模擬調(diào)制系統(tǒng)v數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)v正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)正弦載波數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)v數(shù)字信號的最佳接收數(shù)字信號的最佳接收v模擬信號的數(shù)字傳輸模擬信號的數(shù)字傳輸9通 信 原 理v什么是通信？什么是通信？v通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史v

6、通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成v通信系統(tǒng)的分類和通信方式通信系統(tǒng)的分類和通信方式v信息及其度量信息及其度量v通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)v信道及其模型信道及其模型v噪聲噪聲101. 1. 什么是通信什么是通信? ?通 信 原 理v通信就是互通信息通信就是互通信息本課程一般指電信，即遠(yuǎn)距離通信本課程一般指電信，即遠(yuǎn)距離通信（telecommunicationtelecommunication）v電報電報v電話電話vEtc.Etc.111. 1. 什么是通信什么是通信? ?通 信 原 理v通信：交流，傳遞消息；信息的傳輸與交換通信：交流，傳遞消息；信息的傳輸與交換消息消息文字、圖象、

7、符號、聲音文字、圖象、符號、聲音. .信號是消息的承載者，信號常常由消息變換而信號是消息的承載者，信號常常由消息變換而來，是與消息對應(yīng)的某種物理量，通常是時間來，是與消息對應(yīng)的某種物理量，通常是時間的函數(shù)，例如隨著時間變化的電壓的函數(shù)，例如隨著時間變化的電壓( (電流電流) )。v通信是一種產(chǎn)業(yè)，它生產(chǎn)的是一種信息在空通信是一種產(chǎn)業(yè)，它生產(chǎn)的是一種信息在空間轉(zhuǎn)移的效應(yīng)間轉(zhuǎn)移的效應(yīng)2. 2. 通信的發(fā)展簡史通信的發(fā)展簡史通 信 原 理12最早的電通信設(shè)想最早的電通信設(shè)想 17531753年年2 2月月1717日日，蘇格蘭人蘇格蘭人雜志上發(fā)表了一封署名雜志上發(fā)表了一封署名C.MC.M的書信。在這封

8、信中，作者提出了用電流進(jìn)行通信的書信。在這封信中，作者提出了用電流進(jìn)行通信的大膽設(shè)想。他建議：把一組金屬線從一個地點延伸的大膽設(shè)想。他建議：把一組金屬線從一個地點延伸到另一個地點，每根金屬線與一個字母相對應(yīng)。在一到另一個地點，每根金屬線與一個字母相對應(yīng)。在一端發(fā)報時，便根據(jù)報文內(nèi)容將一條條金屬線與靜電機(jī)端發(fā)報時，便根據(jù)報文內(nèi)容將一條條金屬線與靜電機(jī)相連接，使它們依次通過電流。電流通過金屬線上的相連接，使它們依次通過電流。電流通過金屬線上的小球便將掛在它下面的寫有不同字母或數(shù)字的小紙片小球便將掛在它下面的寫有不同字母或數(shù)字的小紙片吸了起來，從而起到遠(yuǎn)距離傳遞信息的作用。吸了起來，從而起到遠(yuǎn)距離傳

9、遞信息的作用。 通 信 原 理13最早的有線電報最早的有線電報18441844年年5 5月月2424日日，莫爾斯從華盛，莫爾斯從華盛頓到巴爾的摩拍發(fā)人類歷史頓到巴爾的摩拍發(fā)人類歷史上的第一份電報。在座無虛上的第一份電報。在座無虛席的國會大廈里席的國會大廈里, ,莫爾斯用激莫爾斯用激動得有些顫抖的雙手動得有些顫抖的雙手, ,操縱著操縱著他傾十余年心血研制成功的他傾十余年心血研制成功的電報機(jī)電報機(jī), , 發(fā)出了發(fā)出了: :“上帝創(chuàng)造上帝創(chuàng)造了何等奇跡了何等奇跡! !”一語。一語。 莫爾斯發(fā)出第一封莫爾斯發(fā)出第一封電報設(shè)備的復(fù)制品電報設(shè)備的復(fù)制品 通 信 原 理14最早的有線電話最早的有線電話 18

10、751875年年6 6月月2 2日日，美國人亞力山大，美國人亞力山大. .格雷厄姆格雷厄姆. .貝爾貝爾(Bell,Alekander Graham)(Bell,Alekander Graham)發(fā)明了電話發(fā)明了電話。至今美國波士頓法院路。至今美國波士頓法院路109109號的門口，仍號的門口，仍釘著塊鐫有：釘著塊鐫有：18751875年年6 6月月2 2日電話誕生在這日電話誕生在這里的銅牌。里的銅牌。18761876年年2 2月月1414日日，貝爾申請了那個著名的他和，貝爾申請了那個著名的他和沃森一直研究著的裝置沃森一直研究著的裝置電話的專利。電話的專利。同一天另一個發(fā)明家格雷（同一天另一個發(fā)

11、明家格雷（1835-19011835-1901）也）也向美國專利局遞交了相似設(shè)備的專利申請向美國專利局遞交了相似設(shè)備的專利申請書，只因比貝爾晚了幾個小時而痛失電話書，只因比貝爾晚了幾個小時而痛失電話發(fā)明權(quán)。發(fā)明權(quán)。 貝爾獲得電話貝爾獲得電話的專利證書的專利證書 通 信 原 理15電磁波的發(fā)現(xiàn)電磁波的發(fā)現(xiàn) 18871887年年3 3月月2121日日，德國物理學(xué)家赫茲（，德國物理學(xué)家赫茲（HertzHertz）在實）在實驗中發(fā)現(xiàn)，電火花的能量能夠越過空間傳到遠(yuǎn)處驗中發(fā)現(xiàn)，電火花的能量能夠越過空間傳到遠(yuǎn)處。這是人類歷史上第一次證實了電磁波的存在。這是人類歷史上第一次證實了電磁波的存在。通 信 原 理

12、16最早的無線通信最早的無線通信 18951895年年5 5月月7 7日日，3636歲的波波夫在彼德堡歲的波波夫在彼德堡的俄國物理化學(xué)會的物理分會上，宣讀的俄國物理化學(xué)會的物理分會上，宣讀了關(guān)于了關(guān)于“金屬屑與電振蕩的關(guān)系金屬屑與電振蕩的關(guān)系”的論的論文，并當(dāng)眾展示了他發(fā)明的無線電接收文，并當(dāng)眾展示了他發(fā)明的無線電接收機(jī)。當(dāng)他的助手在大廳的另一端接通火機(jī)。當(dāng)他的助手在大廳的另一端接通火花式電波發(fā)生器時，波波夫的無線電接花式電波發(fā)生器時，波波夫的無線電接收機(jī)便響起鈴來；斷開電波發(fā)生器，鈴收機(jī)便響起鈴來；斷開電波發(fā)生器，鈴聲立即中止。幾十年后，為了紀(jì)念波波聲立即中止。幾十年后，為了紀(jì)念波波夫在這一

13、天的劃時代創(chuàng)舉，當(dāng)時的蘇聯(lián)夫在這一天的劃時代創(chuàng)舉，當(dāng)時的蘇聯(lián)政府便把政府便把5 5月月7 7日定為日定為“無線電發(fā)明日無線電發(fā)明日”。 波波夫?qū)嶒炗玫臒o線電接收機(jī)波波夫?qū)嶒炗玫臒o線電接收機(jī) 通 信 原 理17人類首次遠(yuǎn)距離無線電通信人類首次遠(yuǎn)距離無線電通信 18971897年年5 5月月1818日日, ,馬可尼進(jìn)行橫跨布里斯托爾（馬可尼進(jìn)行橫跨布里斯托爾（BristolBristol）海峽的無線電通信取得成功，通信距離為海峽的無線電通信取得成功，通信距離為1414公里。公里。通 信 原 理18影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論 19061906年年,Lee Defores

14、t,Lee Deforest發(fā)明了真空三極管放大器。發(fā)明了真空三極管放大器。 19251925年年，英國發(fā)明家貝爾德在前人研究的基礎(chǔ)上終于制成了，英國發(fā)明家貝爾德在前人研究的基礎(chǔ)上終于制成了世界上第一臺有實用價值的電視機(jī)。世界上第一臺有實用價值的電視機(jī)。19381938年年，電視廣播開播。，電視廣播開播。19411941年年，John V.AtanasoffJohn V.Atanasoff在衣阿華州立大學(xué)發(fā)明數(shù)字計算在衣阿華州立大學(xué)發(fā)明數(shù)字計算機(jī)。機(jī)。19471947年年，貝爾實驗室的，貝爾實驗室的Steve O.RiceSteve O.Rice給出了噪聲的統(tǒng)計描述給出了噪聲的統(tǒng)計描述。 通

15、信 原 理1919481948年年，貝爾實驗室向公，貝爾實驗室向公眾展示了用以取代真空眾展示了用以取代真空管的晶體管。管的晶體管。19481948年年，Claude E.ShannonClaude E.Shannon發(fā)發(fā)表了信息論。表了信息論。著名的香農(nóng)公式：著名的香農(nóng)公式：2log1SCBNC C 信道容量信道容量B B 信號帶寬信號帶寬S/NS/N 信號與噪聲的功率之比信號與噪聲的功率之比通 信 原 理2019571957年年1010月月4 4日日，原蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，地球，原蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星，地球上第一次收到了來自人造衛(wèi)星的電波。它不僅標(biāo)志著航上第一次收到了來自人

16、造衛(wèi)星的電波。它不僅標(biāo)志著航天時代的開始，天時代的開始， 也意味著一個利用衛(wèi)星進(jìn)行通信的時也意味著一個利用衛(wèi)星進(jìn)行通信的時代即將到來。代即將到來。19581958年年，發(fā)明了集成電路。，發(fā)明了集成電路。19641964年年，電子電話交換機(jī)投入使用。，電子電話交換機(jī)投入使用。19721972年年，摩托羅拉公司為，摩托羅拉公司為FCCFCC演示蜂窩電話系統(tǒng)。演示蜂窩電話系統(tǒng)。影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論通 信 原 理2119761976年年，出現(xiàn)個人計算機(jī)。，出現(xiàn)個人計算機(jī)。19791979年年，64KB64KB隨機(jī)存儲器的出現(xiàn)宣告超大規(guī)模集成（隨機(jī)存儲器的出現(xiàn)宣告超大

17、規(guī)模集成（VLSIVLSI）電路時代的到來。電路時代的到來。19801980年年，貝爾公司推出，貝爾公司推出FT3FT3光纖通信系統(tǒng)。光纖通信系統(tǒng)。19891989年年，衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（，衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（GPSGPS）完成部署）完成部署 。19951995年年，互聯(lián)網(wǎng)（，互聯(lián)網(wǎng)（InternetInternet）及）及WWWWWW瀏覽廣泛流行。瀏覽廣泛流行。影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論通 信 原 理22233. 3. 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成(1) (1) 通 信 原 理通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型信息源發(fā)送設(shè)備傳輸媒介接收設(shè)備受信者噪聲源243. 3. 通信系

18、統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成(2) (2) 通 信 原 理v模擬通信和數(shù)字通信模擬通信和數(shù)字通信模擬模擬( (連續(xù)連續(xù)) )消息：狀態(tài)連續(xù)變化，例如語音，圖像消息：狀態(tài)連續(xù)變化，例如語音，圖像 數(shù)字?jǐn)?shù)字( (離散離散) )消息：狀態(tài)可數(shù)或離散，如符號，文消息：狀態(tài)可數(shù)或離散，如符號，文字，數(shù)據(jù)字，數(shù)據(jù)模擬信號：載荷消息的電參量連續(xù)取值模擬信號：載荷消息的電參量連續(xù)取值 數(shù)字信號：載荷消息的電參量離散取值數(shù)字信號：載荷消息的電參量離散取值模擬通信系統(tǒng)：信道中傳輸模擬信號，例如電話模擬通信系統(tǒng)：信道中傳輸模擬信號，例如電話 數(shù)字通信系統(tǒng)：信道中傳輸數(shù)字信號，例如電報數(shù)字通信系統(tǒng)：信道中傳輸數(shù)字信號，例如

19、電報25模擬信號模擬信號 通 信 原 理26數(shù)字信號數(shù)字信號 通 信 原 理273. 3. 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成(3) (3) 通 信 原 理v模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型模擬信息源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者噪聲源基帶信號已調(diào)信號已調(diào)信號基帶信號283. 3. 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成(4) (4) 通 信 原 理v數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源信源編碼加密器信道編碼調(diào)制器信道噪聲干擾解調(diào)器信道譯碼解密器信源譯碼信宿293. 3. 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成(5) (5) 通 信 原 理v數(shù)字通信的優(yōu)點：數(shù)字通信的優(yōu)點：抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng)( (消除噪聲積累；差錯可控消

20、除噪聲積累；差錯可控) )便于處理和管理，便于傳輸和交換便于處理和管理，便于傳輸和交換便于與各種數(shù)字終端接口，進(jìn)行處理、加工、變換、便于與各種數(shù)字終端接口，進(jìn)行處理、加工、變換、存儲，形成智能網(wǎng)；存儲，形成智能網(wǎng)；便于集成化，微型化；便于集成化，微型化；便于加密處理便于加密處理v數(shù)字通信的缺點：數(shù)字通信的缺點：頻帶利用率低：一路模擬電話：頻帶利用率低：一路模擬電話：4KHz4KHz，接近同樣話，接近同樣話音質(zhì)量的一路數(shù)字電話：音質(zhì)量的一路數(shù)字電話：64K64K。對同步要求高，系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。對同步要求高，系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。30(a) (a) 失真的數(shù)字信號失真的數(shù)字信號(b) (b) 恢復(fù)的

21、數(shù)字信號恢復(fù)的數(shù)字信號 數(shù)字信號波形的失真和恢復(fù)數(shù)字信號波形的失真和恢復(fù)通 信 原 理313. 3. 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成(6) (6) 通 信 原 理v兩種應(yīng)用兩種應(yīng)用利用數(shù)字通信系統(tǒng)傳送模擬消息利用數(shù)字通信系統(tǒng)傳送模擬消息vA/DA/D，D/AD/A變換，例如電話變換，例如電話利用模擬通信系統(tǒng)傳送數(shù)字信號利用模擬通信系統(tǒng)傳送數(shù)字信號v加裝數(shù)字終端，例如調(diào)制解調(diào)器加裝數(shù)字終端，例如調(diào)制解調(diào)器324 4 通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類(1)(1)通 信 原 理v根據(jù)信號特征根據(jù)信號特征模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)v根據(jù)消息的物理特征：電話、電報、數(shù)據(jù)、圖象等根據(jù)消息的

22、物理特征：電話、電報、數(shù)據(jù)、圖象等v根據(jù)調(diào)制方式根據(jù)調(diào)制方式基帶傳輸：基帶傳輸：頻帶傳輸：頻帶傳輸：v根據(jù)傳輸媒介根據(jù)傳輸媒介有線傳輸有線傳輸無線傳輸無線傳輸334 4 通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類(2)(2)通 信 原 理v根據(jù)信號復(fù)用方式根據(jù)信號復(fù)用方式頻分復(fù)用頻分復(fù)用(FDM)(FDM)時分復(fù)用時分復(fù)用(TDM)(TDM)碼分復(fù)用碼分復(fù)用(CDM)(CDM)344 4 通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類(3)(3)通 信 原 理v按消息傳送方向與時間關(guān)系按消息傳送方向與時間關(guān)系單工：遙測、遙控、尋呼單工：遙測、遙控、尋呼半雙工：無線電對講機(jī)半雙工：無線電對講機(jī)( (同一載頻同一載頻) )全雙工

23、通信：電話全雙工通信：電話發(fā)送端信道接收端發(fā)送端信道發(fā)送端接收端接收端發(fā)送端信道接收端接收端發(fā)送端信道354 4 通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類(4)(4)通 信 原 理v按數(shù)字信號的碼元排列方法按數(shù)字信號的碼元排列方法串行傳輸：遠(yuǎn)距離數(shù)字通信串行傳輸：遠(yuǎn)距離數(shù)字通信并行傳輸：近距離數(shù)字通信并行傳輸：近距離數(shù)字通信發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備 1 0 1發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備.365 5 信息及其度量信息及其度量(1)(1)通 信 原 理v信息：消息中包含的有意義的內(nèi)容信息：消息中包含的有意義的內(nèi)容v信息的度量：信息量信息的度量：信息量與消息的種類及重要程度無關(guān)與消息的種類及重要程度無關(guān)事件的不確定程度越大，信息

24、量越大事件的不確定程度越大，信息量越大消息消息 x x 中所含信息量中所含信息量 I I 與消息出現(xiàn)概率與消息出現(xiàn)概率 P P( (x x) ) vI I ( (x x) ) = I = I P P( (x x)vI I 1 1/ / P P( (x x) ): : P P( (x x) ) = =1 1, I = , I = 0;0; P P( (x x) ) = = 0 0, I =, I = v若干互相獨立事件構(gòu)成的消息，所含信息量等于各獨立若干互相獨立事件構(gòu)成的消息，所含信息量等于各獨立事件信息量之和事件信息量之和 I I ( (x x1 1 , x, x2 2 , , ) ) = I

25、 = I P P( (x x1 1) + I + I P P( (x x2 2) + + 375 5 信息及其度量信息及其度量(2)(2)通 信 原 理v信息量信息量 I I 的定義的定義a a =2: =2: 比特比特(bit)(bit)a a =e: =e: 奈特奈特(nit)(nit)a a =10: =10: 哈特萊哈特萊 1loglogaaIP xP x 385 5 信息及其度量信息及其度量(3)(3)通 信 原 理v離散消息的度量離散消息的度量設(shè)離散信息源是一個由設(shè)離散信息源是一個由n n個符號組成的符號集，且個符號組成的符號集，且 121211nnnxxxiP xP xP xiP

26、 x , ,且且n 各符號各符號 x x1 1 x x2 2 x xn n 所包含的信息量分別為所包含的信息量分別為 21222loglog,lognP xP xP x ，n 每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值( (平均信息量平均信息量) )為為 1212222logloglognnHxE I xP xP xP xP xP xP x 21log/niiiP xP xbit 符符號號395 5 信息及其度量信息及其度量(4)(4)通 信 原 理信息源的最大熵信息源的最大熵 如果各符號如果各符號x x1 1 x x2 2 x xn n等概出現(xiàn)，即等概出現(xiàn)，即P P( (x

27、 xi i)=1/)=1/n n，則有，則有 12221loglog/I xI xHxn bitn 符符號號結(jié)論：信息源的最大熵，發(fā)生在每一個符號等概率出現(xiàn)時結(jié)論：信息源的最大熵，發(fā)生在每一個符號等概率出現(xiàn)時 22 ,log 2/kknHxk bit 例例如如符符號號n 用平均信息量計算消息的信息量用平均信息量計算消息的信息量 若消息傳送的符號總數(shù)為若消息傳送的符號總數(shù)為m m，則，則 I I = = m Hm H( (x x) (bit) (bit) 例例: :信息源由獨立等概的符號信息源由獨立等概的符號0, 10, 1組成，組成， n n = 2, = 2, H H( (x x)=1bit

28、/)=1bit/符號，符號數(shù)與比特數(shù)相等。符號，符號數(shù)與比特數(shù)相等。 405 5 信息及其度量信息及其度量(5)(5)通 信 原 理例例 一信息源由四個符號一信息源由四個符號0, 1, 2, 30, 1, 2, 3組成，它組成，它們出現(xiàn)的概率分別為們出現(xiàn)的概率分別為3/8, 1/4, 1/4, 1/83/8, 1/4, 1/4, 1/8，且，且每個符號的出現(xiàn)都是獨立的。試求某個消息每個符號的出現(xiàn)都是獨立的。試求某個消息201020130(57201020130(57個符號：個符號：023, 114, 023, 114, 213, 37)213, 37)的信息量和該消息中每個符號的平的信息量和該

29、消息中每個符號的平均信息量。均信息量。416. 6. 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)(1)(1)通 信 原 理v有效性：有效性：v可靠性：可靠性：v信息論觀點，有效性和可靠性常常信息論觀點，有效性和可靠性常常是一對矛盾。是一對矛盾。426. 6. 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)(2)(2)通 信 原 理v實現(xiàn)最佳通信系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。實現(xiàn)最佳通信系統(tǒng)設(shè)計的關(guān)鍵。v設(shè)計原則設(shè)計原則( (基本出發(fā)點基本出發(fā)點) )：在一定代價下使系：在一定代價下使系統(tǒng)最優(yōu)化統(tǒng)最優(yōu)化在一定可靠性的要求下，如何盡可能地去在一定可靠性的要求下，如何盡可能地去提高系統(tǒng)的有效性；提高系統(tǒng)的有效性；在一定有效性的要求下，如何最大限度地在一

30、定有效性的要求下，如何最大限度地去提高可靠性。去提高可靠性。v這種矛盾的相對統(tǒng)一也是通信技術(shù)發(fā)展的基這種矛盾的相對統(tǒng)一也是通信技術(shù)發(fā)展的基本動力本動力436. 6. 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)(3)(3)通 信 原 理v模擬通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)有效性：用所傳信號的有效傳輸帶寬來表征。有效性：用所傳信號的有效傳輸帶寬來表征。顯然信道的傳輸頻帶越寬，則能夠容納的信顯然信道的傳輸頻帶越寬，則能夠容納的信息量就越大。息量就越大。可靠性：均方誤差可靠性：均方誤差v輸出信噪比輸出信噪比( (僅考慮加性干擾僅考慮加性干擾) )：接收端輸出的信：接收端輸出的信號平均功率與噪聲平均功率之比號平

31、均功率與噪聲平均功率之比(SNR)(SNR)電話：電話：SNR 40dB, SNR 40dB, 話音清晰度話音清晰度95%95%電視：電視：SNR = 4060dBSNR = 4060dB446. 6. 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)(4)(4)通 信 原 理v離散數(shù)字信號的表示離散數(shù)字信號的表示離散信源的離散信源的 N N = = 2 2k k 種可能狀態(tài)可以用種可能狀態(tài)可以用 k k 位二進(jìn)制位二進(jìn)制數(shù)字或一位數(shù)字或一位 N N 進(jìn)制數(shù)字表示進(jìn)制數(shù)字表示用時間間隔相同的信號來表示一位二進(jìn)制或用時間間隔相同的信號來表示一位二進(jìn)制或 N N 進(jìn)制進(jìn)制數(shù)字?jǐn)?shù)字v這個間隔稱為符號這個間隔稱為符號/ /碼

32、元長度碼元長度v間隔內(nèi)的信號稱為符號間隔內(nèi)的信號稱為符號/ /碼元碼元( (二進(jìn)制或二進(jìn)制或 N N 進(jìn)制進(jìn)制) )T tT t1T t2-1T t-2T 2T t1 T 2T t1 T 2T t-1 T 2T t1456. 6. 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)(5)(5)通 信 原 理v數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)：數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)：傳輸速率和差錯率傳輸速率和差錯率符號符號( (碼元碼元) )傳輸速率：每秒鐘傳送的符號數(shù)量，單傳輸速率：每秒鐘傳送的符號數(shù)量，單位為位為“波特波特”(baud(baud或或B)B)，又稱傳碼率，又稱傳碼率信息傳輸速率：每秒鐘傳送的信息速率，單位為信息傳輸速率：每秒鐘傳

33、送的信息速率，單位為“比特比特/ /秒秒”(bit/s)(bit/s)，又稱傳信率，又稱傳信率符號速率與信息速率之間的關(guān)系：若符號速率為符號速率與信息速率之間的關(guān)系：若符號速率為R Rs s，信息速率為信息速率為R Rb b，每個符號有，每個符號有 N N 種可能狀態(tài)，則有種可能狀態(tài)，則有Rb Rs log2 N (bit/s)Rs Rb /log2 N (baud)n 頻帶利用率：傳輸速率與系統(tǒng)帶寬之比，單位為頻帶利用率：傳輸速率與系統(tǒng)帶寬之比，單位為bit/s/Hzbit/s/Hz或或Baud/HzBaud/Hz466. 6. 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)(6)(6)通 信 原 理誤符號率誤符

34、號率( (誤碼率誤碼率) ) ：符號在傳輸系統(tǒng)中被傳：符號在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率錯的概率誤比特率誤比特率( (誤信率誤信率) )：符號信息量在傳輸系統(tǒng)中：符號信息量在傳輸系統(tǒng)中被丟失的概率被丟失的概率 sP 錯錯誤誤符符號號數(shù)數(shù)傳傳輸輸總總符符號號數(shù)數(shù)bP 錯錯誤誤比比特特數(shù)數(shù)傳傳輸輸總總比比特特數(shù)數(shù)477. 7. 信道信道(1)(1)通 信 原 理信道的定義：信道的定義：譯碼器譯碼器輸輸 入入發(fā)轉(zhuǎn)換器發(fā)轉(zhuǎn)換器媒媒 質(zhì)質(zhì)收轉(zhuǎn)換器收轉(zhuǎn)換器解解 調(diào)調(diào) 器器調(diào)調(diào) 制制 器器（調(diào)（調(diào) 制）制） 信信 道道廣義（編碼）信道廣義（編碼）信道編碼器編碼器輸輸 出出487. 7. 信道信道(2)(2)通 信 原 理信道模型信道模型調(diào)制信道模型調(diào)制信道模型: : 對于單對于單“端對端對”信道信道eo(t) = f ei(t) + n(t)式中式中 ei(t) 輸入的已調(diào)信號；輸入的已調(diào)信號；eo(t) 輸出信號；輸