[工學(xué)]量子物理第一章ppt課件

1、通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論 第一章第一章 緒論緒論通訊原理通訊原理通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論 1. 1 通訊的根本概念通訊的根本概念通訊的目的：傳送音訊中所包含的信息。通訊的目的：傳送音訊中所包含的信息。音訊：是物質(zhì)或精神形狀的一種反映，例如語(yǔ)音訊：是物質(zhì)或精神形狀的一種反映，例如語(yǔ)音、音、 文字、音樂(lè)、數(shù)據(jù)、圖片或活動(dòng)圖像文字、音樂(lè)、數(shù)據(jù)、圖片或活動(dòng)圖像等。等。信號(hào)：與音訊一一對(duì)應(yīng)的電量。它是音訊的

2、物信號(hào)：與音訊一一對(duì)應(yīng)的電量。它是音訊的物質(zhì)質(zhì) 載體，即音訊是載荷在電信號(hào)的某一參量載體，即音訊是載荷在電信號(hào)的某一參量上的。上的。實(shí)現(xiàn)通訊的方式和手段：實(shí)現(xiàn)通訊的方式和手段：非電的：如旌旗、音訊樹(shù)、烽火臺(tái)非電的：如旌旗、音訊樹(shù)、烽火臺(tái) 電的：如電報(bào)、廣播、電視、遙控、電的：如電報(bào)、廣播、電視、遙控、 遙測(cè)、因特網(wǎng)和計(jì)算機(jī)通訊等。遙測(cè)、因特網(wǎng)和計(jì)算機(jī)通訊等。 通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論l通訊從本質(zhì)上講是信息傳送功能的一門(mén)科學(xué)技通訊從本質(zhì)上講是信息傳送功能的一門(mén)科學(xué)技術(shù)，要將大量有用的信息無(wú)失真、高

3、效率地進(jìn)術(shù)，要將大量有用的信息無(wú)失真、高效率地進(jìn)展傳輸，同時(shí)還要在傳輸過(guò)程中將無(wú)用信息和展傳輸，同時(shí)還要在傳輸過(guò)程中將無(wú)用信息和有害信息抑制掉。有害信息抑制掉。ll后面講述中，后面講述中，“通訊這一術(shù)語(yǔ)是指通訊這一術(shù)語(yǔ)是指“電通訊，電通訊，包括光通訊，由于光也是一種電磁波。包括光通訊，由于光也是一種電磁波。l在電通訊系統(tǒng)中，音訊的傳送是經(jīng)過(guò)電信號(hào)來(lái)在電通訊系統(tǒng)中，音訊的傳送是經(jīng)過(guò)電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)的。 通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論 1.2 通訊系統(tǒng)的組成1.2.1 通訊系統(tǒng)的普通模型 通訊系統(tǒng)：傳

4、送信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和。 通訊系統(tǒng)的普通模型如下圖。 普統(tǒng)統(tǒng)訊系統(tǒng)普統(tǒng)統(tǒng)訊系統(tǒng) 通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論信息源簡(jiǎn)稱(chēng)信源：把各種音訊轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，如麥克信息源簡(jiǎn)稱(chēng)信源：把各種音訊轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，如麥克風(fēng)。信源可分為模擬信源和數(shù)字信源。風(fēng)。信源可分為模擬信源和數(shù)字信源。發(fā)送設(shè)備：產(chǎn)生適宜于在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。發(fā)送設(shè)備：產(chǎn)生適宜于在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。信道：未來(lái)自發(fā)送設(shè)備的信號(hào)傳送到接納端的物理媒質(zhì)。分為信道：未來(lái)自發(fā)送設(shè)備的信號(hào)傳送到接納端的物理媒質(zhì)。分為有線信道和無(wú)線信道兩大類(lèi)。有線信

5、道和無(wú)線信道兩大類(lèi)。噪聲源：集中表示分布于通訊系統(tǒng)中各處的噪聲。噪聲源：集中表示分布于通訊系統(tǒng)中各處的噪聲。接納設(shè)備：從遭到減損的接納信號(hào)中正確恢復(fù)出原始電信號(hào)。接納設(shè)備：從遭到減損的接納信號(hào)中正確恢復(fù)出原始電信號(hào)。 受信者信宿：把原始電信號(hào)復(fù)原成相應(yīng)的音訊，如揚(yáng)聲器受信者信宿：把原始電信號(hào)復(fù)原成相應(yīng)的音訊，如揚(yáng)聲器等。等。通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論1.2.2 模擬通訊系統(tǒng)和數(shù)字通訊系統(tǒng)模型模擬通訊系統(tǒng)和數(shù)字通訊系統(tǒng)模型模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào) 模擬信號(hào)：代表音訊的信號(hào)參量取值延續(xù)模擬

6、信號(hào)：代表音訊的信號(hào)參量取值延續(xù)無(wú)限，無(wú)限， 例如麥克風(fēng)輸出電壓：例如麥克風(fēng)輸出電壓： (a) 話音信號(hào) (b) 抽樣信號(hào)圖1-2 模擬信號(hào)通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論數(shù)字信號(hào)：代表音訊的信號(hào)參量取值離散有限數(shù)字信號(hào)：代表音訊的信號(hào)參量取值離散有限, 例如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入輸出信號(hào)：例如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入輸出信號(hào)：通常，按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字通常，按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，相應(yīng)地把通訊系統(tǒng)分為模擬通訊系統(tǒng)和信號(hào)，相應(yīng)地把通訊系統(tǒng)分為模擬通訊系統(tǒng)和數(shù)字通訊系統(tǒng)。數(shù)字通訊系

7、統(tǒng)。 (a) 二進(jìn)制信號(hào) (b) 2PSK信號(hào)圖1-3 數(shù)字信號(hào)通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論u模擬通訊系統(tǒng)模型模擬通訊系統(tǒng)模型u模擬通訊系統(tǒng)是利用模擬信號(hào)來(lái)傳送信息的通模擬通訊系統(tǒng)是利用模擬信號(hào)來(lái)傳送信息的通訊系統(tǒng)訊系統(tǒng)u模擬通訊系統(tǒng)需求兩種變換：模擬通訊系統(tǒng)需求兩種變換：u模擬音訊模擬音訊 原始電信號(hào)基帶信號(hào)原始電信號(hào)基帶信號(hào)u基帶信號(hào)基帶信號(hào) 已調(diào)信號(hào)帶通訊號(hào)已調(diào)信號(hào)帶通訊號(hào)圖1-4 模擬通訊系統(tǒng)模型 模擬通訊系統(tǒng)模擬通訊系統(tǒng) 通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通

8、信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論p數(shù)字通訊系統(tǒng)模型數(shù)字通訊系統(tǒng)模型p數(shù)字通訊系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳送信息的通訊數(shù)字通訊系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳送信息的通訊系統(tǒng)。系統(tǒng)。 p信源編碼與譯碼目的：信源編碼與譯碼目的：p 提高信息傳輸?shù)挠行蕴岣咝畔鬏數(shù)挠行?、完成模、完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換 p信道編碼與譯碼目的：加強(qiáng)抗干擾才干信道編碼與譯碼目的：加強(qiáng)抗干擾才干p加密與解密目的：保證所傳信息的平安加密與解密目的：保證所傳信息的平安p調(diào)制與解調(diào)目的：構(gòu)成適宜在信道中傳輸?shù)膸ㄕ{(diào)制與解調(diào)目的：構(gòu)成適宜在信道中傳輸?shù)膸ㄓ嵦?hào)訊號(hào) p同步目的：使收發(fā)兩端的信號(hào)在時(shí)間上堅(jiān)持步伐同步目的：

9、使收發(fā)兩端的信號(hào)在時(shí)間上堅(jiān)持步伐一致一致 圖圖1-5 數(shù)字通訊系統(tǒng)模型數(shù)字通訊系統(tǒng)模型 數(shù)字通訊系統(tǒng)數(shù)字通訊系統(tǒng) 通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論1.2.3 數(shù)字通訊的特點(diǎn)數(shù)字通訊的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：抗干擾才干強(qiáng)，且噪聲不積累抗干擾才干強(qiáng)，且噪聲不積累傳輸過(guò)失可控傳輸過(guò)失可控便于處置、變換、存儲(chǔ)便于處置、變換、存儲(chǔ)便于未來(lái)自不同信源的信號(hào)綜合到一同傳便于未來(lái)自不同信源的信號(hào)綜合到一同傳輸輸易于集成，使通訊設(shè)備微型化，分量輕易于集成，使通訊設(shè)備微型化，分量輕易于加密處置，且嚴(yán)密性好易于加密處置，且嚴(yán)密性好缺

10、陷：缺陷：需求較大的傳輸帶寬需求較大的傳輸帶寬對(duì)同步要求高對(duì)同步要求高通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論 1.3 通訊系統(tǒng)分類(lèi)與通訊方式 1.3.1 通訊系統(tǒng)的分類(lèi)按通訊業(yè)務(wù)分類(lèi)：電報(bào)通訊系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、數(shù)據(jù) 通訊系統(tǒng)、圖像通訊系統(tǒng) 按調(diào)制方式分類(lèi)：基帶傳輸系統(tǒng)和帶通調(diào)制傳輸系 統(tǒng) 。按信號(hào)特征分類(lèi)：模擬通訊系統(tǒng)和數(shù)字通訊系統(tǒng)按傳輸媒介分類(lèi)：有線通訊系統(tǒng)和無(wú)線通訊系統(tǒng) 按任務(wù)波段分類(lèi)：長(zhǎng)波通訊、中波通訊、短波通訊 按信號(hào)復(fù)用方式分類(lèi)：頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用 通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與

11、信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論n頻分復(fù)用是用頻譜搬移的方法使不同信號(hào)占據(jù)頻分復(fù)用是用頻譜搬移的方法使不同信號(hào)占據(jù) n 不同的頻率范圍；不同的頻率范圍；n時(shí)分復(fù)用是用抽樣或脈沖調(diào)制方法使不同信號(hào)時(shí)分復(fù)用是用抽樣或脈沖調(diào)制方法使不同信號(hào)n 占據(jù)不同的時(shí)間區(qū)間；占據(jù)不同的時(shí)間區(qū)間；n碼分復(fù)用那么是用一組包含相互正交的碼字的碼分復(fù)用那么是用一組包含相互正交的碼字的碼碼n 組攜帶多路信號(hào)。組攜帶多路信號(hào)。n傳統(tǒng)的模擬通訊中都采用頻分復(fù)用；隨著數(shù)字傳統(tǒng)的模擬通訊中都采用頻分復(fù)用；隨著數(shù)字n信的開(kāi)展，時(shí)分復(fù)用通訊系統(tǒng)的運(yùn)用愈來(lái)愈廣信的開(kāi)展，時(shí)分復(fù)用通訊系統(tǒng)

12、的運(yùn)用愈來(lái)愈廣n泛；碼分復(fù)用主要用于空間通訊的擴(kuò)頻通訊中。泛；碼分復(fù)用主要用于空間通訊的擴(kuò)頻通訊中。通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論 1.3.2 通訊方式通訊方式單工、半雙工和全雙工通訊單工、半雙工和全雙工通訊 對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通訊，按音訊傳送的方向與時(shí)對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通訊，按音訊傳送的方向與時(shí)間關(guān)系，通訊方式可分為單工、半雙工及全雙工間關(guān)系，通訊方式可分為單工、半雙工及全雙工通訊三種。通訊三種。單工通訊：音訊只能一方向傳輸?shù)娜蝿?wù)方式。單工通訊：音訊只能一方向傳輸?shù)娜蝿?wù)方式。半雙工通訊：通訊雙方都能收發(fā)

13、音訊，但不能同時(shí)半雙工通訊：通訊雙方都能收發(fā)音訊，但不能同時(shí) 收發(fā)的任務(wù)方式。收發(fā)的任務(wù)方式。通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論n 全雙工通訊：通訊雙方可同時(shí)進(jìn)展收發(fā)音訊全雙工通訊：通訊雙方可同時(shí)進(jìn)展收發(fā)音訊 n 的任務(wù)方式的任務(wù)方式 。n 例如例如,遙測(cè)、遙控，就是單工通訊方式。遙測(cè)、遙控，就是單工通訊方式。n 例如例如,運(yùn)用同一載頻任務(wù)的無(wú)線電對(duì)講機(jī)，運(yùn)用同一載頻任務(wù)的無(wú)線電對(duì)講機(jī)，就是按半雙工就是按半雙工n 通訊方式任務(wù)的。通訊方式任務(wù)的。n 例如例如,普通就是一種最常見(jiàn)的全雙工通訊方普通就是一種最

14、常見(jiàn)的全雙工通訊方式。式。 通訊方式通訊方式 通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論u并行傳輸和串行傳輸并行傳輸和串行傳輸u 在數(shù)字通訊中，按照數(shù)字信號(hào)碼元陳列方法在數(shù)字通訊中，按照數(shù)字信號(hào)碼元陳列方法不同，不同，u 有串行傳輸與并行傳輸之分。有串行傳輸與并行傳輸之分。u并行傳輸：將代表信息的數(shù)字信號(hào)碼元序列以并行傳輸：將代表信息的數(shù)字信號(hào)碼元序列以成組的方成組的方 u 式在兩條或兩條以上的并行信道上式在兩條或兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸。同時(shí)傳輸。 u優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省傳輸時(shí)間，速度快：不需求字符同優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省傳輸時(shí)

15、間，速度快：不需求字符同步措施。步措施。u缺陷：需求缺陷：需求 n 條通訊線路，本錢(qián)高。條通訊線路，本錢(qián)高。 通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論n串行傳輸串行傳輸 ：將數(shù)字信號(hào)碼元序列以串行方式一個(gè)元：將數(shù)字信號(hào)碼元序列以串行方式一個(gè)元n 接一個(gè)碼元地在一條信道上傳輸。接一個(gè)碼元地在一條信道上傳輸。n優(yōu)點(diǎn)：只需一條通訊信道，節(jié)省線路鋪設(shè)費(fèi)用優(yōu)點(diǎn)：只需一條通訊信道，節(jié)省線路鋪設(shè)費(fèi)用n缺陷：速度慢，需求外加碼組或字符同步措施缺陷：速度慢，需求外加碼組或字符同步措施n其他分類(lèi)方式：其他分類(lèi)方式：n同步通訊和異步

16、通訊同步通訊和異步通訊n專(zhuān)線通訊和網(wǎng)通訊專(zhuān)線通訊和網(wǎng)通訊通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論常用信號(hào)的傅立葉變換對(duì)：常用信號(hào)的傅立葉變換對(duì)： 沖擊函數(shù)：沖擊函數(shù)： 余弦函數(shù)：余弦函數(shù)： 正弦函數(shù)：正弦函數(shù)： 矩形脈沖：矩形脈沖：三角形脈沖：三角形脈沖：1)(t)()()cos(000t)()()sin(000 jt2)(aSEtEG02tEE22tt422SaE 通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論 1.4 信息及其度量

17、信息及其度量信息：是音訊中包含的有效內(nèi)容。信息：是音訊中包含的有效內(nèi)容。如何度量離散音訊中所含的信息量如何度量離散音訊中所含的信息量?度量信息量的原那么：度量信息量的原那么：能度量任何音訊，并與音訊的種類(lèi)無(wú)關(guān)。能度量任何音訊，并與音訊的種類(lèi)無(wú)關(guān)。度量方法應(yīng)該與音訊的重要程度無(wú)關(guān)。度量方法應(yīng)該與音訊的重要程度無(wú)關(guān)。音訊中所含信息量和音訊內(nèi)容的不確定音訊中所含信息量和音訊內(nèi)容的不確定【例】【例】 “某客機(jī)墜毀這條音訊比某客機(jī)墜毀這條音訊比“今天下雨今天下雨這條這條 音訊包含有更多的信息。音訊包含有更多的信息。 上例闡明：上例闡明：音訊所表達(dá)的事件越不能夠發(fā)生，信息量就越音訊所表達(dá)的事件越不能夠發(fā)生

18、，信息量就越大。大。 通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論u度量信息量的方法度量信息量的方法u 1 事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來(lái)事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來(lái)描畫(huà)：描畫(huà)：u音訊出現(xiàn)的概率越小，那么音訊中包含的信息量音訊出現(xiàn)的概率越小，那么音訊中包含的信息量就越大。就越大。 u2 設(shè)：設(shè)：P(x) 音訊發(fā)生的概率，音訊發(fā)生的概率，u I 音訊中所含的信息量，音訊中所含的信息量， u 那么那么 P(x) 和和 I 之間應(yīng)該有如下關(guān)系：之間應(yīng)該有如下關(guān)系：uI 是是 P(x) 的函數(shù)：的函數(shù)： I

19、I P(x)uP(x) ，I ； P(x) ，I ；uP(x) = 1時(shí)，時(shí)，I 0； P(x) = 0時(shí)，時(shí)，I ；u uu )()()()(2121xPIxPIxPxPI通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論 3滿足上述條件的關(guān)系式如下： 信息量的定義上式中對(duì)數(shù)的底： 假設(shè)a = 2，信息量的單位稱(chēng)為比特(bit) ，可簡(jiǎn)記為b 假設(shè)a = e，信息量的單位稱(chēng)為奈特(nat)， 假設(shè)a = 10，信息量的單位稱(chēng)為哈特萊(Hartley) 。通常廣泛運(yùn)用的單位為比特，這時(shí)有 (bit)(log)(1logx

20、PxPIaa221loglog( )( )IP xP x 通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論【例】【例】 設(shè)一個(gè)二進(jìn)制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字設(shè)一個(gè)二進(jìn)制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字 “0或或“1，那么信源每個(gè)輸出的信息含量為：，那么信源每個(gè)輸出的信息含量為： 在工程運(yùn)用中，習(xí)慣把一個(gè)二進(jìn)制碼元稱(chēng)作在工程運(yùn)用中，習(xí)慣把一個(gè)二進(jìn)制碼元稱(chēng)作1比特。比特。 假設(shè)有假設(shè)有M個(gè)等概率波形個(gè)等概率波形P = 1/M，且每一個(gè)波形的出，且每一個(gè)波形的出現(xiàn)是獨(dú)立的，那么傳送現(xiàn)是獨(dú)立的，那么傳送M進(jìn)制波形之一的信息

21、量為進(jìn)制波形之一的信息量為:假設(shè)假設(shè)M是是2的整冪次，即的整冪次，即 M = 2k，那么有，那么有: 當(dāng)當(dāng)M = 4時(shí)，即時(shí)，即4進(jìn)制波形，進(jìn)制波形，I = 2比特，比特，當(dāng)當(dāng)M = 8時(shí)，即時(shí)，即8進(jìn)制波形，進(jìn)制波形，I = 3比特。比特。)(12log2/11log)1()0(22bit II)bit(log/11log1log222MMPI2log 2( )kIkb通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論p對(duì)于非等概率情況對(duì)于非等概率情況p設(shè)：一個(gè)離散信源是由設(shè)：一個(gè)離散信源是由M個(gè)符號(hào)組成的集合，個(gè)符號(hào)

22、組成的集合，其中每個(gè)符號(hào)其中每個(gè)符號(hào)xi (i = 1, 2, 3, , M)按一定的概率按一定的概率P(xi)獨(dú)立出現(xiàn)，即獨(dú)立出現(xiàn)，即 pp 且有且有p那么那么x1 , x2, x3, xM 所包含的信息量分別為所包含的信息量分別為:p 1212,MMxxxP xP xP x1()1MiiP x21222log( )log()log()MP xP xP x， ，通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論于是，每個(gè)符號(hào)所含平均信息量為于是，每個(gè)符號(hào)所含平均信息量為:由于由于H(x)同熱力學(xué)中的熵方式類(lèi)似，故稱(chēng)它為

23、信息源的熵。同熱力學(xué)中的熵方式類(lèi)似，故稱(chēng)它為信息源的熵。 121222221( )( ) log( )( ) log( )() log()( ) g( ) (/(1.4 6)MMMiiiH xP xP xP xP xP xP xP x loP x比特 符號(hào)）通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論【例1】 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。試求某音訊2021202102130 012032101003210100231

24、02002021312032100120210的信息量?！窘狻看艘粲嵵?，“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)，故該音訊的信息量:每個(gè)符號(hào)的算術(shù)平均信息量為:)b(1088log74log134log143/8log232222I符號(hào)）比特符號(hào)數(shù)/(89. 157108II通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論假設(shè)用熵的概念來(lái)計(jì)算：那么該音訊的信息量為： 以上兩種結(jié)果略有差別的緣由在于，它們平均處置方法不同。前一種按算數(shù)平均的方法，結(jié)果能夠存在誤差。這種誤差將隨著音訊序列

25、中符號(hào)數(shù)的添加而減小。當(dāng)音訊序列較長(zhǎng)時(shí)，用熵的概念計(jì)算更為方便。符號(hào)）（比特/906. 181log8141log4141log4183log832222H)b(64.108906.157I通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論n延續(xù)音訊的信息量延續(xù)音訊的信息量n關(guān)于延續(xù)音訊的信息量可以用概率密度函數(shù)來(lái)關(guān)于延續(xù)音訊的信息量可以用概率密度函數(shù)來(lái)描畫(huà)。描畫(huà)。n可以證明，延續(xù)音訊的平均信息量為：可以證明，延續(xù)音訊的平均信息量為：n式中，式中，f (x) 延續(xù)音訊出現(xiàn)的概率密度。延續(xù)音訊出現(xiàn)的概率密度。 ( )log

26、aH xfxfx dx 通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論【例【例1】 四進(jìn)制離散信源輸出四個(gè)獨(dú)立符號(hào)四進(jìn)制離散信源輸出四個(gè)獨(dú)立符號(hào)A、B、C、D。 1A、B、C、D出現(xiàn)的概率分別為出現(xiàn)的概率分別為1/4、1/8、1/8、 1/2， 求求A、B、C、D每個(gè)符號(hào)所攜帶的信息量每個(gè)符號(hào)所攜帶的信息量 和信源熵。和信源熵。 2A、B、C、D等概時(shí)，求信源熵平均信息量。等概時(shí)，求信源熵平均信息量。通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒

27、論緒論1.5 通訊系統(tǒng)主要性能目的通訊系統(tǒng)主要性能目的通訊系統(tǒng)的主要性能目的：有效性和可靠通訊系統(tǒng)的主要性能目的：有效性和可靠性性有效性：指?jìng)鬏斠欢ㄐ畔⒘繒r(shí)所占用的信有效性：指?jìng)鬏斠欢ㄐ畔⒘繒r(shí)所占用的信道資源道資源 頻帶寬度和時(shí)間間隔，或者頻帶寬度和時(shí)間間隔，或者說(shuō)是傳說(shuō)是傳 輸?shù)妮數(shù)摹八俣葐?wèn)題。速度問(wèn)題?？煽啃裕褐附蛹{信息的準(zhǔn)確程度，也就是可靠性：指接納信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)膫鬏數(shù)?“質(zhì)量問(wèn)題。質(zhì)量問(wèn)題。模擬通訊系統(tǒng)：模擬通訊系統(tǒng)：有效性：可用有效傳輸頻帶來(lái)度量。有效性：可用有效傳輸頻帶來(lái)度量?？煽啃裕嚎捎媒蛹{端最終輸出信噪比來(lái)度可靠性：可用接納端最終輸出信噪比來(lái)度量。量。 通通 信信

28、 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論l數(shù)字通訊系統(tǒng)l有效性：用傳輸速率和頻帶利用率來(lái)衡量。 l 傳輸速率可用碼元傳輸速率RB和信息傳輸速率Rb表征。l 碼元傳輸速率RB：定義為單位時(shí)間每秒傳送 l 碼元的數(shù)目，單位為波特Baud，簡(jiǎn)記為Bl 式中T 碼元的繼續(xù)時(shí)間秒 l 信息傳輸速率Rb：定義為單位時(shí)間內(nèi)傳送的平均信 l 息量或比特?cái)?shù)，單位為比特/秒，簡(jiǎn)記為 b/s ，或bps )B(1TRB通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論l

29、碼元速率和信息速率的關(guān)系：碼元速率和信息速率的關(guān)系：l 假設(shè)信源的平均信息量為假設(shè)信源的平均信息量為H，那么，那么 l l 等概時(shí)，等概時(shí)，l l 對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)：對(duì)于二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)：M = 2，碼元速率和信息速，碼元速率和信息速 l 率在數(shù)量上相等。率在數(shù)量上相等。l 對(duì)于多進(jìn)制，例如在八進(jìn)制對(duì)于多進(jìn)制，例如在八進(jìn)制M = 8中，假設(shè)碼中，假設(shè)碼元元l 速率為速率為1200 B，那么信息速率為，那么信息速率為3600 b/s。)b/s(log2MRRBb)B(log2MRRbBHRRBb通通 信信 原原 理理 西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院西安郵電學(xué)院通信與信息工程學(xué)院通通信信原原理理 第一章第一章 緒論緒論l 頻帶利用率：定義為單位帶寬