通信原理第7版第1章PPT課件樊昌信版

1、 卞 靜 緒 論 樊昌信 曹麗娜 編著 通信的基本概念1.1 擊鼓鳴金電報烽火電話電視因特網數字化智能化高速化寬帶化移動化個人化。綜合化 1.1.1 通信的發(fā)展聲音音頻信號將音頻信號放大、調制，產生 am信號，并耦合到發(fā)射天線接收天線將電磁波轉換為 am信號（含有噪聲）將am信號解調還原為音頻信號，再經音頻功放后，驅動揚聲器，還原為聲音。發(fā)射天線將am信號感應成可以輻射到大氣中的電磁波 （無線電波） 1.1.2 消息 信息 信號調幅（調幅（am）無線廣播系統(tǒng)）無線廣播系統(tǒng) 模擬信號 和 數字信號:話筒（聲音傳感器）把聲音轉變成音頻信號；話筒（聲音傳感器）把聲音轉變成音頻信號；數字終端把符號轉變

2、成數字信號；數字終端把符號轉變成數字信號；攝像機把圖像轉變成視頻信號；攝像機把圖像轉變成視頻信號；熱敏電阻（溫度傳感器）把溫度轉變成電信號。熱敏電阻（溫度傳感器）把溫度轉變成電信號。 消息 電信號的轉換:傳感器傳感器基于以上對 消息 、信息 和 信號 的理解：通信通信系統(tǒng) 通信系統(tǒng)模型1.2 1.2.1 通信系統(tǒng)一般模型消息消息 電信號電信號如如 電話機的電話機的話話筒筒把聲音把聲音音頻信號音頻信號電信號電信號 消息消息如如電話機的電話機的聽聽筒筒把音頻信號把音頻信號聲音聲音原始電信號原始電信號適合在信道中傳輸適合在信道中傳輸的信號。的信號。如如 編碼、調制編碼、調制其功能與發(fā)送設備相反。其功

3、能與發(fā)送設備相反。 如如 譯碼、解調譯碼、解調destination source transmitter receiver channel noise 能傳輸信號的能傳輸信號的 各種物理媒介各種物理媒介l 模擬消息 原始電信號（基帶）l 基帶信號 已 調 信號（帶通） 1.2.2 模擬通信系統(tǒng)模型n ：n信源編碼：l模模/ /數轉換數轉換 l提高有效性提高有效性n信道編碼：l增強抗干擾能力增強抗干擾能力 1.2.3 數字通信系統(tǒng)模型l抗干擾能力強，且噪聲不積累；抗干擾能力強，且噪聲不積累；l傳輸差錯可控；傳輸差錯可控；l便于處理、變換、存儲；便于處理、變換、存儲；l便于將來自不同信源的信號綜

4、合傳輸；便于將來自不同信源的信號綜合傳輸；l易于集成；易于加密。易于集成；易于加密。l可能需要較大的傳輸帶寬；可能需要較大的傳輸帶寬；l對同步要求高。對同步要求高。優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點 1.2.4 數字通信的特點 通信系統(tǒng)分類 與 通信方式1.3 詳見表詳見表3-13-1n按復用方式劃分：頻分、時分、碼分復用。n同一個通信系統(tǒng)可以分屬于不同分類。 am廣播系統(tǒng)中短波通信、模擬通信、 帶通傳輸系統(tǒng)（調制系統(tǒng)）。 1.3.1 通信系統(tǒng)分類 l單工單工通信：通信： （單向）（單向）l半雙工半雙工通信：通信： （雙向、不同時）（雙向、不同時）l全雙工全雙工通信：通信： （雙向、同時）（雙向、同時） ： 1

5、.3.2 通信方式在并行信道上在并行信道上同時同時傳輸傳輸 n 個比特信息。個比特信息。l并行傳輸：l串行傳輸：0 1 1 0 0 1 0 0 1 101010l串行傳輸：數字碼元序列按時間順序數字碼元序列按時間順序一個接一個一個接一個地在地在一條一條信道中傳輸。信道中傳輸。 基本概念 信息度量 性能指標 模型/分類/通信方式信息量/信源熵 有效性/可靠性 本章內容: 第1章 緒 論 信息及其度量1.4 l信息是消息的內涵；信息是消息的內涵；l通信的目的在于傳輸消息中所包含的信息；通信的目的在于傳輸消息中所包含的信息；l消息中消息中不確定的內容不確定的內容才構成信息；才構成信息；l信息量就是對

6、這種不確定性的定量描述。信息量就是對這種不確定性的定量描述。n信息具有以下特性：l在當今信息社會中，信息是最寶貴的資源之一。在當今信息社會中，信息是最寶貴的資源之一。時效壓縮存儲傳輸相對共享存在度量擴充：l度量方法與消息的度量方法與消息的種類種類無關。無關。l與消息的與消息的重要程度重要程度無關。無關。：l“美國世貿大樓被炸（美國世貿大樓被炸（9.119.11事件）事件）”（時效性） l“明天下雨明天下雨”可見：可見：消息中所含信息量和不可預測性或不確定性有關。消息中所含信息量和不可預測性或不確定性有關。消息所表達的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。消息所表達的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。如

7、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 ? ?根據概率論知識：事件的不確定性根據概率論知識：事件的不確定性 可用事件出現的可用事件出現的概率概率來描述。來描述。：l度量方法與消息的度量方法與消息的種類種類無關。無關。l與消息的與消息的重要程度重要程度無關。無關。：l“美國世貿大樓被炸（美國世貿大樓被炸（9.119.11事件）事件）”（時效性） l“明天下雨明天下雨”可見：可見：消息中所含信息量和不可預測性或不確定性有關。消息中所含信息量和不可預測性或不確定性有關。消息所表達的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。消息所表達的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。如何度量如何度量消息中所含的消息

8、中所含的信息量信息量 ? ?根據概率論知識：事件的不確定性 可用事件出現的概率來描述。i p i = f p(x) p 1，i0p 0，ip(x) i(y)相加性相加性a= 2，比特比特(bit) ，簡記為，簡記為ba= e，奈特，奈特(nat) a=10，哈特萊，哈特萊(hartley)1 nat=1.44 b為什么為什么 取對數取對數 ？ 1. 離散消息 x 的信息量 概率相同，每個符號蘊含的信息量也相同；概率相同，每個符號蘊含的信息量也相同； 二二進制的每個碼元含進制的每個碼元含 1 （b) ) 四四進制的每個碼元含進制的每個碼元含 2 （b) ) 推廣：推廣：m進制的每個碼元含進制的每

9、個碼元含 log2m （b) ) 41)3()2() 1 ()0(pppp01232logb24iiii 【1-1】二進制信源二進制信源（0 0，1 1） 【1-2】四進制信源四進制信源（0 0，1 1，2, 32, 3）21) 1 ()0( pp01221log( )log 2b1iip x解解：試求：等概獨立發(fā)送符號時，每個符號的信息量試求：等概獨立發(fā)送符號時，每個符號的信息量 。例例例例 信源中每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值。信源中每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值。 設設 則則 統(tǒng)計獨立的統(tǒng)計獨立的m個符號的離散信源的平均信息量為個符號的離散信源的平均信息量為 h與熱力學中的熵形式一樣，故

10、稱為與熱力學中的熵形式一樣，故稱為信源的熵信源的熵。1)()(,),(,),(,11 imimimixpxpxpxpxxx且且211( )log(b/( )miiihp xp x符號） 2. 離散消息的平均信息量 比較例比較例【1-31-3】與與【1-21-2】可知：可知： 等概時，熵最大等概時，熵最大:max2loghm211( )log( )miiihp xp x0123(0)(1)(2)(3)(1.90b6/hpipipipi符號）21log( )iiip x例例解利用信息相加性概念來計算：利用信息相加性概念來計算：imh總利用利用熵熵的概念來計算：的概念來計算：012323141371

11、08biiiii總（ ）5757 1 906108.64 (b)ih 總1.906 (b/h 符號）例例解： 歸納：歸納：基本概念 信息度量 性能指標 模型/分類/通信方式信息量/信源熵 有效性/可靠性 本章內容: 第1章 緒 論 通信系統(tǒng)性能指標1.5 可靠性可靠性text有效性有效性性能性能指標指標模模 擬擬 通通 信信數數 字字 通通 信信l 傳輸帶寬傳輸帶寬l 輸出信噪比輸出信噪比l 頻帶利用率頻帶利用率 l 差錯概率差錯概率 矛盾、關聯、互換1bsrt 例如：例如：1 1秒內傳輸秒內傳輸10001000個碼元，則個碼元，則 rb =1000 baudbaud 1.5.1 數字通信系統(tǒng)

12、的有效性指標 rb與與 rb的關系的關系bbrhr2log mbbrr2 bbmrr時h為紐帶數值相等數值相等單位不同單位不同 （3）頻帶利用率）頻帶利用率把把 b 與與 傳輸速率傳輸速率 聯系起來聯系起來r定義為單位帶寬內的傳輸速率，定義為單位帶寬內的傳輸速率，即 (baud/hz)brb-1(b/s hz )bbrb2log mb（1）誤碼率誤碼率 pe 二進制：二進制：pb=pe ； m進制：進制：pbpe ； why ?（2）誤信率誤信率(誤比特率） pb 1.5.2 數字通信系統(tǒng)的可靠性指標 本章小結：l 術語，模型，分類，通信方式l 數字通信的優(yōu)缺點l 信息量：ii ，h，i總l

13、rb，rb，；pe ，pb 例題1 1、對于同樣以、對于同樣以2400b/s2400b/s比特率發(fā)送的信號，若比特率發(fā)送的信號，若a a系統(tǒng)以系統(tǒng)以2psk2psk調制方式傳輸時所需帶寬為調制方式傳輸時所需帶寬為2400hz2400hz，而，而b b系統(tǒng)以系統(tǒng)以4psk4psk調制調制方式傳輸時所需帶寬為方式傳輸時所需帶寬為1200hz1200hz，哪個系統(tǒng)更有效？，哪個系統(tǒng)更有效？例題1 1、對于同樣以、對于同樣以2400b/s2400b/s比特率發(fā)送的信號，若比特率發(fā)送的信號，若a a系統(tǒng)以系統(tǒng)以2psk2psk調制方式傳輸時所需帶寬為調制方式傳輸時所需帶寬為2400hz2400hz，而，

14、而b b系統(tǒng)以系統(tǒng)以4psk4psk調制調制方式傳輸時所需帶寬為方式傳輸時所需帶寬為1200hz1200hz，哪個系統(tǒng)更，哪個系統(tǒng)更有效有效？ ：24001/(s hz)2400bbrbb 24002/(s hz)1200bbrbb 頻帶利用率頻帶利用率例題、某數字傳輸系統(tǒng)傳送二進制碼元的速率為、某數字傳輸系統(tǒng)傳送二進制碼元的速率為1200b/sbaud，求該系統(tǒng)的信息速率。若該系統(tǒng)改為傳送八進制信號碼求該系統(tǒng)的信息速率。若該系統(tǒng)改為傳送八進制信號碼元，碼元速率不變，則系統(tǒng)信息速率為多少？元，碼元速率不變，則系統(tǒng)信息速率為多少？例題、某數字傳輸系統(tǒng)傳送二進制碼元的速率為、某數字傳輸系統(tǒng)傳送二進

15、制碼元的速率為1200b/sbaud，求該系統(tǒng)的信息速率。若該系統(tǒng)改為傳送八進制信號碼求該系統(tǒng)的信息速率。若該系統(tǒng)改為傳送八進制信號碼元，碼元速率不變，則系統(tǒng)信息速率為多少？元，碼元速率不變，則系統(tǒng)信息速率為多少？2log1200(b/s)bbrrm2log3600(b/s)bbrrm例題3、某四進制傳輸系統(tǒng)，每個碼元的持續(xù)時間（寬度）為、某四進制傳輸系統(tǒng)，每個碼元的持續(xù)時間（寬度）為833*10-6 s，連續(xù)工作，連續(xù)工作1h后，接收到后，接收到6個錯碼，且每個錯個錯碼，且每個錯誤碼元中僅發(fā)生誤碼元中僅發(fā)生1bit錯誤。求：錯誤。求： （1）該系統(tǒng)的碼元速率和信息速率）該系統(tǒng)的碼元速率和信息

16、速率 （2）該系統(tǒng)的誤碼率和誤信率（誤比特率）該系統(tǒng)的誤碼率和誤信率（誤比特率）3、某四進制傳輸系統(tǒng)，每個碼元的持續(xù)時間（寬度）為、某四進制傳輸系統(tǒng)，每個碼元的持續(xù)時間（寬度）為833*10-6 s，連續(xù)工作，連續(xù)工作1h后，接收到后，接收到6個錯碼，且每個錯個錯碼，且每個錯誤碼元中僅發(fā)生誤碼元中僅發(fā)生1bit錯誤。求：錯誤。求： （1）該系統(tǒng)的碼元速率和信息速率）該系統(tǒng)的碼元速率和信息速率62111200(baud)833 10log2400(b/s)bbbbrtrrm3、某四進制傳輸系統(tǒng)，每個碼元的持續(xù)時間（寬度）為、某四進制傳輸系統(tǒng)，每個碼元的持續(xù)時間（寬度）為833*10-6 s，連續(xù)工作，連續(xù)工作1h后，接收到后，接收到6個錯碼，且每個錯個錯碼，且每個錯誤碼元中僅發(fā)生誤碼元中僅發(fā)生1bit錯誤。求：錯誤。求：（2）該系統(tǒng)的誤碼率和誤信率（誤比特率）該系統(tǒng)的誤碼率和誤信率（誤比特率）碼元總數：碼元總數：誤碼率：誤碼率：誤信率：誤信率：41200 3600432 10 ()bnr t個6461.39 10432 10eenpn72/log6.94 10beppm3、某四進制傳輸系統(tǒng)，每個碼元的持續(xù)時間（寬度）為、某四進制傳輸系統(tǒng)，每個碼元的持續(xù)時間（寬度