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1、,,,,,,,第,1,章 緒論,,單擊此處編輯母版文本樣式,,第二級,,第三級,,第四級,,第五級,,*,*,通信原理,第,1,章 緒論,第,1,章 緒論,1. 1,通信的基本概念,,通信的目的：傳遞,消息,中所包含的,信息,。,,消息,：是物質或精神狀態的一種反映，例如語音、文字、音樂、數據、圖片或活動圖像等。,,信息,：是消息中包含的有效內容。,,實現通信的方式和手段：,,非電的：如旌旗、消息樹、烽火臺,…,,電的：如電報、電話、廣播、電視、遙控、遙測、因特網和計算機通信等。,第,1,章 緒論,電信發明史,,1837,年：莫爾斯發明有線電報,,1876,年：貝爾發明有線電話,,1918,年
2、：調幅無線電廣播、超外差接收機問世,,1936,年：商業電視廣播開播,,,… … … … …,,后面講述中，“通信”這一術語是指“電通信”，包括光通信，因為光也是一種電磁波。,,在電通信系統中，消息的傳遞是通過電信號來實現的。,第,1,章 緒論,1.2,通信系統的組成,,1.2.1,通信系統的一般模型,,,,,信息源,（簡稱信源）：把各種消息轉換成原始電信號，如麥克風。信源可分為模擬信源和數字信源。,,發送設備,：產生適合于在信道中傳輸的信號。,,信道,：將來自發送設備的信號傳送到接收端的物理媒質。分為有線信道和無線信道兩大類。,,噪聲源,：集中表示分布于通信系統中各處的噪聲。,第,1,章 緒
3、論,,,,,接收設備：從受到減損的接收信號中正確恢復出原始電信號。,,受信者（信宿）：把原始電信號還原成相應的消息，如揚聲器等。,,第,1,章 緒論,1.2.2,模擬通信系統模型和數字通信系統模型,,模擬信號和數字信號,,模擬信號：代表消息的信號參量取值連續，例如麥克風輸出電壓：,,,,,,(a),話音信號,(b),抽樣信號,,圖,1-2,模擬信號,第,1,章 緒論,數字信號：代表消息的信號參量取值為有限個，例如電報信號、計算機輸入輸出信號：,,,,,,,,,通常，按照信道中傳輸的是模擬信號還是數字信號，相應地把通信系統分為模擬通信系統和數字通信系統。,,(a),二進制信號,(b) 2PSK,
4、信號,,圖,1-3,數字信號,第,1,章 緒論,模擬通信系統模型,,模擬通信系統是利用模擬信號來傳遞信息的通信系統：,,,,,,,兩種變換：,,模擬消息,?,原始電信號（基帶信號）,,基帶信號,?,已調信號（帶通信號）,,圖,1-4,模擬通信系統模型,第,1,章 緒論,數字通信系統模型,,數字通信系統是利用數字信號來傳遞信息的通信系統,,,,,,,,信源編碼與譯碼目的：,,提高信息傳輸的有效性,,完成模,/,數轉換,,信道編碼與譯碼目的：增強抗干擾能力,,加密與解密目的：保證所傳信息的安全,,數字調制與解調目的：形成適合在信道中傳輸的帶通信號,,同步目的：使收發兩端的信號在時間上保持步調一致,
5、圖,1-5,數字通信系統模型,第,1,章 緒論,1.2.3,數字通信的特點,,優點,,抗干擾能力強，且噪聲不積累,,傳輸差錯可控,,便于處理、變換、存儲,,便于將來自不同信源的信號綜合到一起傳輸,,易于集成，使通信設備微型化，重量輕,,易于加密處理，且保密性好,,缺點：,,需要較大的傳輸帶寬,,對同步要求高,,第,1,章 緒論,1.3,通信系統分類與通信方式,,1.3.1,通信系統的分類,,按通信業務分類：電報通信系統、電話通信系統、數據通信系統、圖像通信系統,… …,,按調制方式分類：基帶傳輸系統和帶通（調制）傳輸系統,,調制傳輸系統又分為多種調制，詳見書中表,1-1,。,,按信號特征分類：
6、模擬通信系統和數字通信系統,,按傳輸媒介分類：有線通信系統和無線通信系統,,按工作波段分類：長波通信、中波通信、短波通信,… …,,按信號復用方式分類：頻分復用、時分復用、碼分復用,第,1,章 緒論,1.3.2,通信方式,,單工、半雙工和全雙工通信,,單工,通信：消息只能單方向傳輸的工作方式,,,半雙工,通信：通信雙方都能收發消息，但不能同時收,,發的工作方式,,,,,全雙工,通信：通信雙方可同時進行收發消息的工作方式,,第,1,章 緒論,并行傳輸和串行傳輸,,并行傳輸,：,將代表信息的數字信號碼元序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時傳輸,,,,,,,,優點：節省傳輸時間，速度快：
7、不需要字符同步措施,,缺點：需要,n,條通信線路，成本高,第,1,章 緒論,串行傳輸,：,將數字信號碼元序列以串行方式一個碼元接一個碼元地在一條信道上傳輸,,,,,,,,,優點：只需一條通信信道，節省線路鋪設費用,,缺點：速度慢，需要外加碼組或字符同步措施,,其他分類方式：,,同步通信和異步通信,,專線通信和網通信,第,1,章 緒論,1.4,信息及其度量,,信息,：是消息中包含的有效內容,,如何度量離散消息中所含的信息量,?,,度量信息量的原則,,能度量任何消息，并與消息的種類無關。,,度量方法應該與消息的重要程度無關。,,消息中所含信息量和消息內容的不確定性有關,,,【,例,】 “,某客機墜
8、毀”這條消息比“今天下雨”這條消息包含有更多的信息。,,上例表明：,,消息所表達的事件越不可能發生，信息量就越大。,,第,1,章 緒論,度量信息量的方法,,事件的不確定程度可以用其出現的概率來描述：,,消息出現的概率越小，則消息中包含的信息量就越大。,,設：,P,(,x,),－ 消息發生的概率，,,,I,,－ 消息中所含的信息量，,,則,P,(,x,),和,I,之間應該有如下關系：,,I,是,P,(,x,),的函數：,I,＝,I,[,P,(,x,)],,P,(,x,),?,，,I,?,；,P,(,x,),?,,，,I,?,；,,,P,(,x,) = 1,時，,I,,＝,0,；,P,(,x,)
9、= 0,時，,I,,＝,?,；,,,,滿足上述,3,條件的關系式如下：,,－信息量的定義,第,1,章 緒論,,上式中對數的底：,,若,a,= 2,，信息量的單位稱為,比特,(bit),，可簡記為,b,,,,若,a,=,e,，信息量的單位稱為奈特,(,nat,),，,,若,a,= 10,，信息量的單位稱為哈特萊,(Hartley),。,,通常廣泛使用的單位為比特，這時有,,,(b),,,【,例,】,,設一個二進制離散信源，以相等的概率發送數字“,0”,或“,1”,，則信源每個輸出的信息含量為,,,在工程應用中，習慣把一個二進制碼元稱作,1,比特,第,1,章 緒論,若有,M,個等概率波形（,P,=
10、 1/,M,），且每一個波形的出現是獨立的，則傳送,M,進制波形之一的信息量為,,,,若,M,是,2,的整冪次，即,,M,= 2,k,，則有,,,當,M,= 4,時，即,4,進制波形，,I,= 2,比特，,,當,M,= 8,時，即,8,進制波形，,I,= 3,比特。,,第,1,章 緒論,對于非等概率情況,,設：一個離散信源是由,M,個符號組成的集合，其中每個符號,x,i,(,i,= 1, 2, 3, …,,M,),按一定的概率,P(,x,i,),獨立出現，即,,,,,且有,,則,x,1,, x,2,,,,x,3,,…,,,x,M,,所包含的信息量分別為,,,于是，每個符號所含平均信息量為,,,
11、,由于,H,(,x,),同熱力學中的熵形式相似，故稱它為信息源的,熵,,第,1,章 緒論,【,例,1,】,一離散信源由“,0”,，“,1”,，“,2”,，“,3”,四個符號組成，它們出現的概率分別為,3/8,，,1/4,，,1/4,，,1/8,，且每個符號的出現都是獨立的。試求某消息,2010201302130 01203210100321010023102002010312032100120210,的信息量。,,【,解,】,此消息中，“,0”,出現,23,次，“,1”,出現,14,次，“,2”,出現,13,次，“,3”,出現,7,次，共有,57,個符號，故該消息的信息量,,,,,每個符號的算
12、術平均信息量為,,,,,第,1,章 緒論,若用熵的概念來計算：,,,,,則該消息的信息量,,,以上兩種結果略有差別的原因在于，它們平均處理方法不同。前一種按算數平均的方法，結果可能存在誤差。這種誤差將隨著消息序列中符號數的增加而減小。,,當消息序列較長時，用熵的概念計算更為方便。,第,1,章 緒論,連續消息的信息量,,關于連續消息的信息量可以用概率密度函數來描述?？梢宰C明，連續消息的平均信息量為,,,,式中，,f,(,x,),－ 連續消息出現的概率密度。,第,1,章 緒論,1.5,通信系統主要性能指標,,通信系統的主要性能指標：有效性和可靠性,,有效性：指傳輸一定信息量時所占用的信道資源（頻帶
13、寬度和時間間隔），或者說是傳輸的“速度”問題。,,可靠性：指接收信息的準確程度，也就是傳輸的“質量”問題。,,模擬通信系統：,,有效性：可用有效傳輸頻帶來度量。,,可靠性：可用接收端最終輸出信噪比來度量。,第,1,章 緒論,數字通信系統,,有效性：用傳輸速率和頻帶利用率來衡量。,,碼元傳輸速率,R,B,：定義為單位時間（每秒）傳送碼元的數目，單位為波特（,Baud,），簡記為,B,。,,,式中,T,－,碼元的持續時間（秒）,,信息傳輸速率,R,b,：定義為單位時間內傳遞的平均信息量或比特數，單位為比特,/,秒，簡記為,b/s,,，或,bps,第,1,章 緒論,碼元速率和信息速率的關系,,,或,
14、,,,對于二進制數字信號：,M,= 2,，碼元速率和信息速率在數量上相等。,,對于多進制，例如在八進制（,M,= 8,）中，若碼元速率為,1200 B,，，則信息速率為,3600,b/s,。,第,1,章 緒論,頻帶利用率：定義為單位帶寬（,1,赫茲）內的傳輸速率，即,,,或,,,,可靠性：常用誤碼率和誤信率表示。,,誤碼率,,,誤信率，又稱誤比特率,,,,在二進制中有,第,1,章 緒論,1.6,小結,,通信的目的、電信發明史,,通信系統的模型,,數字信號、模擬信號，基帶信號、已調信號（帶通信號、頻帶信號）,,數字通信特點,,通信系統分類,,單工、半雙工、全雙工通信，并行傳輸和串行傳輸,,信息及其度量,,通信系統的有效性和可靠性,,,
通信原理樊昌信第六版ppt(第1章)
