通原c7-第1章-緒論課件

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緒論

通信原理（第7版）樊昌信曹麗娜編著第1章緒論通信原理（第7版）樊昌信基本概念信息度量

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(nèi)容:

第1章緒論

基本概念模型/分類/通信方式本章內(nèi)容:

通信的基本概念§1.1通信的基本概念§1.1擊鼓鳴金電報烽火電話電視因特網(wǎng)數(shù)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)展什么是通信？擊鼓鳴金電報烽火電話電視因特網(wǎng)數(shù)字化智能化高速化寬帶化移動化聲音音頻信號將音頻信號放大、調(diào)制，產(chǎn)生AM信號，并耦合到發(fā)射天線接收天線將電磁波轉(zhuǎn)換為

AM信號（含有噪聲）將AM信號解調(diào)還原為音頻信號，再經(jīng)音頻功放后，驅(qū)動揚聲器，還原為聲音。發(fā)射天線將AM信號感應(yīng)成可以輻射到大氣中的電磁波（無線電波）

1.1.2消息信息信號聲音音頻信號將音頻信號放大、調(diào)制，產(chǎn)生AM信號，并耦合到發(fā)：消息中蘊含的有效內(nèi)容。：通信系統(tǒng)傳輸?shù)膶ο?。形式多種:

：消息的電表示形式/傳輸載體。模擬信號：

數(shù)字信號：

信號參量取值連續(xù)信號參量取值離散

語音、溫度、圖像

數(shù)據(jù)、文字、符號連續(xù)消息：

離散消息：

信號消息信息：消息中蘊含的有效內(nèi)容。：通信系統(tǒng)傳輸：消息的電表示信號消息信息傳輸載體模擬信號

數(shù)字信號表現(xiàn)形式內(nèi)涵

Q&A

三者關(guān)系信號消息信息傳輸模擬信號表現(xiàn)形式內(nèi)涵Q&A三①

模擬信號和數(shù)字信號:①模擬信號和數(shù)字信號:話筒（聲音傳感器）把聲音轉(zhuǎn)變成音頻信號；數(shù)字終端把符號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號；攝像機把圖像轉(zhuǎn)變成視頻信號；熱敏電阻（溫度傳感器）把溫度轉(zhuǎn)變成電信號。②

消息~電信號的轉(zhuǎn)換:話筒（聲音傳感器）把聲音轉(zhuǎn)變成音頻信號；②消息~電信號基于以上對消息、信息和信號的理解：通信通信系統(tǒng)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通信系統(tǒng)模型§1.2

1.2.1

通信系統(tǒng)一般模型

一般通信系統(tǒng)

1.2.1通信系統(tǒng)一般模型消息→電信號如電話機的話筒把聲音→音頻信號電信號→消息如電話機的聽筒把音頻信號→聲音原始電信號→適合在信道中傳輸?shù)男盘枴Ｈ?/p>

編碼、調(diào)制其功能與發(fā)送設(shè)備相反。如

譯碼、解調(diào)destination

source

transmitter

receiver

channel

noise

能傳輸信號的各種物理媒介消息→電信號電信號→消息原始電信號→適合在信道中傳輸涉及的相關(guān)理論信號與系統(tǒng)、電路分析、電子線路、交換理論、排隊論、同步、通信網(wǎng)等信源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備信宿噪聲概率論與統(tǒng)計信源編碼密碼學信號處理調(diào)制理論信道編碼電磁場與電波傳播理論隨機過程偽隨機序列信號處理解調(diào)理論差錯控制編碼濾波理論密碼學信源解碼涉及的相關(guān)理論信源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備信宿噪聲概率論與統(tǒng)計信模擬消息原始電信號（基帶）基帶信號已調(diào)信號（帶通）

1.2.2

模擬通信系統(tǒng)模型

兩對重要變換：攜帶消息適合在信道中傳輸頻譜具有帶通形式且中心頻率遠離零頻已調(diào)信號

模擬通信系統(tǒng)

模擬消息原始電信號（基帶）1.2.2模擬通信系統(tǒng)信源編碼：模/數(shù)轉(zhuǎn)換提高有效性信道編碼：增強抗干擾能力

1.2.3

數(shù)字通信系統(tǒng)模型

數(shù)字通信系統(tǒng)

加密解密：保證信息安全信源編碼：信道編碼：1.2.3數(shù)字通信系統(tǒng)模型抗干擾能力強，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傳輸；易于集成；易于加密?？赡苄枰^大的傳輸帶寬；對同步要求高。優(yōu)點缺點

1.2.4

數(shù)字通信的特點抗干擾能力強，且噪聲不積累；可能需要較大的傳輸帶寬；優(yōu)點缺點

通信系統(tǒng)分類

與通信方式§1.3通信系統(tǒng)分類§1.3詳見表3-1按復用方式劃分：頻分、時分、碼分復用。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(diào)制系統(tǒng)）。

1.3.1

通信系統(tǒng)分類詳見表3-1按復用方式劃分：頻分、時分、碼分復用。1.3.

單工通信：（單向）半雙工通信：（雙向、不同時）全雙工通信：（雙向、同時）按傳輸方向和時間分：

1.3.2

通信方式

通信方式按傳輸方向和時間分：1.3.2通信方式在并行信道上同時傳輸

n個比特信息。按數(shù)字碼元傳輸時序分：并行傳輸：串行傳輸：在并行信道上同時傳輸n個比特信息。按數(shù)字碼元傳輸時序分：011001001101010串行傳輸：數(shù)字碼元序列按時間順序一個接一個地在一條信道中傳輸。

串并通信方式011001001101010串行傳輸：數(shù)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(nèi)容:

第1章緒論

基本概念模型/分類/通信方式本章內(nèi)容:

信息及其度量§1.4信息及其度量§1.4信息是消息的內(nèi)涵；通信的目的在于傳輸消息中所包含的信息；消息中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息；信息量就是對這種不確定性的定量描述。引言信息具有以下特性：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信息是消息的內(nèi)涵；引言信息具有以下特性：在當今信息社會中，信原則：度量方法與消息的種類無關(guān)。與消息的重要程度無關(guān)。舉例：“美國世貿(mào)大樓被炸（9.11事件）”（時效性）

“明天下雨”可見：消息中所含信息量和不可預測性或不確定性有關(guān)。消息所表達的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。如何度量消息中所含的信息量

?根據(jù)概率論知識：事件的不確定性可用事件出現(xiàn)的概率來描述。？原則：如何度量消息中所含的信息量?根據(jù)概率論知識：事件的不原則：度量方法與消息的種類無關(guān)。與消息的重要程度無關(guān)。舉例：“美國世貿(mào)大樓被炸（9.11事件）”（時效性）

“明天下雨”可見：消息中所含信息量和不可預測性或不確定性有關(guān)。消息所表達的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。如何度量消息中所含的信息量

?？根據(jù)概率論知識：事件的不確定性可用事件出現(xiàn)的概率來描述。

信息量I

可用概率P

來度量：

I

=

f[P(x)]

原則：如何度量消息中所含的信息量?？根據(jù)概率論知識：事件P1，I0P0，IP(x)<P(y),I(x)>I(y)相加性a=2，比特(bit)，簡記為ba=e，奈特(nat)

a=10，哈特萊(Hartley)1nat=1.44b

為什么取對數(shù)？

1.

離散消息x

的信息量P1，I0a=2，比特(bit)，簡記為b1na

概率相同，每個符號蘊含的信息量也相同；二進制的每個碼元含1

（b)

四進制的每個碼元含2

（b)

推廣：M進制的每個碼元含log2M

（b)

【1-1】二進制信源（0，1）【1-2】四進制信源（0，1，2,3）每個四進制符號可用

2個二進制符號表示。解：試求：等概獨立發(fā)送符號時，每個符號的信息量。評注例例概率相同，每個符號蘊含的信息量也相同；【1-1】【

——信源中每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值。

設(shè)

則統(tǒng)計獨立的M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，故稱為信源的熵。

2.

離散消息的平均信息量——信源中每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值。2.離散消

比較例【1-3】與【1-2】可知：等概時，熵最大:評注例解比較例【1-3】與【1-2】可知：評注例解利用信息相加性概念來計算：評注利用熵的概念來計算：例解：利用信息相加性概念來計算：評注利用熵的概念來計算：例解：

歸納：歸納：練習四進制離散信源輸出四個獨立符號A、B、C、D。

1）A、B、C、D出現(xiàn)的概率分別為1/4、1/8、1/8、1/2，求A、B、C、D每個符號所攜帶的信息量和信源熵。

2）信息源發(fā)出了一條消息，該消息含有105個符號，求該消息的總信息量。

3）什么情況下，該消息能得到最大的總信息量，此時，消息的總信息量是多少。練習基本概念信息度量

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(nèi)容:

第1章緒論

基本概念模型/分類/通信方式本章內(nèi)容:通信系統(tǒng)性能指標§1.5通信系統(tǒng)性能指標§1.5可靠性HeadlineHeadlinetext有效性性能指標模擬通信數(shù)字通信

傳輸帶寬輸出信噪比

頻帶利用率

差錯概率

矛盾、關(guān)聯(lián)、互換可靠性HeadlineHeadlinetext有效性性能

例如：1秒內(nèi)傳輸1000個碼元，則

RB

=1000

Baud

與進制數(shù)

有關(guān)嗎？

與信源統(tǒng)計特性有關(guān)嗎？

1.5.1數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標例如：1秒內(nèi)傳輸1000個碼元，則RB=1000Ba

Rb與RB的關(guān)系——物理內(nèi)涵？

H為紐帶Rb與RB的關(guān)系——物理內(nèi)涵？H為紐帶（3）頻帶利用率——把B

與傳輸速率聯(lián)系起來定義為單位帶寬內(nèi)的傳輸速率，即

Q&A（3）頻帶利用率——把B與傳輸速率聯(lián)系起來Q&A（1）誤碼率

Pe

二進制：Pb=Pe

；M進制：Pb<Pe

；

why

?（2）誤信率(誤比特率）

Pb

1.5.2數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性指標（1）誤碼率Pe二進制：Pb=Pe；M進制練習【例1】已知二進制數(shù)字信號在2分鐘內(nèi)共傳送了72000個碼元，問：（1）其碼元速率和信息速率各為多少？（2）如果碼元寬度不變（即碼元速率不變），但改為八進制數(shù)字信號，問其碼元速率為多少？信息速率為多少？【例2】已知某八進制數(shù)字通信系統(tǒng)的信息速率為12000b/s，在接收端半小時內(nèi)共測得錯誤碼元數(shù)216個，求系統(tǒng)誤碼率。練習【例3】某信源由A、B、C和D組成，且這四個符號相互獨立，每秒鐘內(nèi)A、B、C和D出現(xiàn)的次數(shù)分別為500、

125、125和250；求（1）此通信系統(tǒng)的傳碼率和信息速率；（2）此信源的最大可能信息速率。【例4】設(shè)在128ms內(nèi)傳輸256個二進制碼元，若在2秒內(nèi)有

4個碼元產(chǎn)生錯誤，則誤碼率為多少？【例3】某信源由A、B、C和D組成，且這四個符號相互獨

本章小結(jié)：

術(shù)語，模型，分類，通信方式數(shù)字通信的優(yōu)缺點信息量：Ii，H，I總

RB，Rb，η；Pe

，Pb

本章小結(jié)：配套輔導教材：

曹麗娜樊昌信

編著

國防工業(yè)出版社

整理知識歸納結(jié)論梳理關(guān)系引導主線剖析難點解惑疑點強化重點點擊考點配套輔導教材：曹麗娜編著謝謝！謝謝！

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通信原理（第7版）樊昌信曹麗娜編著第1章緒論通信原理（第7版）樊昌信基本概念信息度量

性能指標

模型/分類/通信方式信息量/信源熵有效性/可靠性

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第1章緒論

基本概念模型/分類/通信方式本章內(nèi)容:

通信的基本概念§1.1通信的基本概念§1.1擊鼓鳴金電報烽火電話電視因特網(wǎng)數(shù)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)展什么是通信？擊鼓鳴金電報烽火電話電視因特網(wǎng)數(shù)字化智能化高速化寬帶化移動化聲音音頻信號將音頻信號放大、調(diào)制，產(chǎn)生AM信號，并耦合到發(fā)射天線接收天線將電磁波轉(zhuǎn)換為

AM信號（含有噪聲）將AM信號解調(diào)還原為音頻信號，再經(jīng)音頻功放后，驅(qū)動揚聲器，還原為聲音。發(fā)射天線將AM信號感應(yīng)成可以輻射到大氣中的電磁波（無線電波）

1.1.2消息信息信號聲音音頻信號將音頻信號放大、調(diào)制，產(chǎn)生AM信號，并耦合到發(fā)：消息中蘊含的有效內(nèi)容。：通信系統(tǒng)傳輸?shù)膶ο蟆Ｐ问蕉喾N:

：消息的電表示形式/傳輸載體。模擬信號：

數(shù)字信號：

信號參量取值連續(xù)信號參量取值離散

語音、溫度、圖像

數(shù)據(jù)、文字、符號連續(xù)消息：

離散消息：

信號消息信息：消息中蘊含的有效內(nèi)容。：通信系統(tǒng)傳輸：消息的電表示信號消息信息傳輸載體模擬信號

數(shù)字信號表現(xiàn)形式內(nèi)涵

Q&A

三者關(guān)系信號消息信息傳輸模擬信號表現(xiàn)形式內(nèi)涵Q&A三①

模擬信號和數(shù)字信號:①模擬信號和數(shù)字信號:話筒（聲音傳感器）把聲音轉(zhuǎn)變成音頻信號；數(shù)字終端把符號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號；攝像機把圖像轉(zhuǎn)變成視頻信號；熱敏電阻（溫度傳感器）把溫度轉(zhuǎn)變成電信號。②

消息~電信號的轉(zhuǎn)換:話筒（聲音傳感器）把聲音轉(zhuǎn)變成音頻信號；②消息~電信號基于以上對消息、信息和信號的理解：通信通信系統(tǒng)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通信系統(tǒng)模型§1.2

1.2.1

通信系統(tǒng)一般模型

一般通信系統(tǒng)

1.2.1通信系統(tǒng)一般模型消息→電信號如電話機的話筒把聲音→音頻信號電信號→消息如電話機的聽筒把音頻信號→聲音原始電信號→適合在信道中傳輸?shù)男盘?。?/p>

編碼、調(diào)制其功能與發(fā)送設(shè)備相反。如

譯碼、解調(diào)destination

source

transmitter

receiver

channel

noise

能傳輸信號的各種物理媒介消息→電信號電信號→消息原始電信號→適合在信道中傳輸涉及的相關(guān)理論信號與系統(tǒng)、電路分析、電子線路、交換理論、排隊論、同步、通信網(wǎng)等信源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備信宿噪聲概率論與統(tǒng)計信源編碼密碼學信號處理調(diào)制理論信道編碼電磁場與電波傳播理論隨機過程偽隨機序列信號處理解調(diào)理論差錯控制編碼濾波理論密碼學信源解碼涉及的相關(guān)理論信源發(fā)送設(shè)備信道接收設(shè)備信宿噪聲概率論與統(tǒng)計信模擬消息原始電信號（基帶）基帶信號已調(diào)信號（帶通）

1.2.2

模擬通信系統(tǒng)模型

兩對重要變換：攜帶消息適合在信道中傳輸頻譜具有帶通形式且中心頻率遠離零頻已調(diào)信號

模擬通信系統(tǒng)

模擬消息原始電信號（基帶）1.2.2模擬通信系統(tǒng)信源編碼：模/數(shù)轉(zhuǎn)換提高有效性信道編碼：增強抗干擾能力

1.2.3

數(shù)字通信系統(tǒng)模型

數(shù)字通信系統(tǒng)

加密解密：保證信息安全信源編碼：信道編碼：1.2.3數(shù)字通信系統(tǒng)模型抗干擾能力強，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傳輸；易于集成；易于加密?？赡苄枰^大的傳輸帶寬；對同步要求高。優(yōu)點缺點

1.2.4

數(shù)字通信的特點抗干擾能力強，且噪聲不積累；可能需要較大的傳輸帶寬；優(yōu)點缺點

通信系統(tǒng)分類

與通信方式§1.3通信系統(tǒng)分類§1.3詳見表3-1按復用方式劃分：頻分、時分、碼分復用。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(diào)制系統(tǒng)）。

1.3.1

通信系統(tǒng)分類詳見表3-1按復用方式劃分：頻分、時分、碼分復用。1.3.

單工通信：（單向）半雙工通信：（雙向、不同時）全雙工通信：（雙向、同時）按傳輸方向和時間分：

1.3.2

通信方式

通信方式按傳輸方向和時間分：1.3.2通信方式在并行信道上同時傳輸

n個比特信息。按數(shù)字碼元傳輸時序分：并行傳輸：串行傳輸：在并行信道上同時傳輸n個比特信息。按數(shù)字碼元傳輸時序分：011001001101010串行傳輸：數(shù)字碼元序列按時間順序一個接一個地在一條信道中傳輸。

串并通信方式011001001101010串行傳輸：數(shù)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(nèi)容:

第1章緒論

基本概念模型/分類/通信方式本章內(nèi)容:

信息及其度量§1.4信息及其度量§1.4信息是消息的內(nèi)涵；通信的目的在于傳輸消息中所包含的信息；消息中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息；信息量就是對這種不確定性的定量描述。引言信息具有以下特性：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信息是消息的內(nèi)涵；引言信息具有以下特性：在當今信息社會中，信原則：度量方法與消息的種類無關(guān)。與消息的重要程度無關(guān)。舉例：“美國世貿(mào)大樓被炸（9.11事件）”（時效性）

“明天下雨”可見：消息中所含信息量和不可預測性或不確定性有關(guān)。消息所表達的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。如何度量消息中所含的信息量

?根據(jù)概率論知識：事件的不確定性可用事件出現(xiàn)的概率來描述。？原則：如何度量消息中所含的信息量?根據(jù)概率論知識：事件的不原則：度量方法與消息的種類無關(guān)。與消息的重要程度無關(guān)。舉例：“美國世貿(mào)大樓被炸（9.11事件）”（時效性）

“明天下雨”可見：消息中所含信息量和不可預測性或不確定性有關(guān)。消息所表達的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。如何度量消息中所含的信息量

?？根據(jù)概率論知識：事件的不確定性可用事件出現(xiàn)的概率來描述。

信息量I

可用概率P

來度量：

I

=

f[P(x)]

原則：如何度量消息中所含的信息量?？根據(jù)概率論知識：事件P1，I0P0，IP(x)<P(y),I(x)>I(y)相加性a=2，比特(bit)，簡記為ba=e，奈特(nat)

a=10，哈特萊(Hartley)1nat=1.44b

為什么取對數(shù)？

1.

離散消息x

的信息量P1，I0a=2，比特(bit)，簡記為b1na

概率相同，每個符號蘊含的信息量也相同；二進制的每個碼元含1

（b)

四進制的每個碼元含2

（b)

推廣：M進制的每個碼元含log2M

（b)

【1-1】二進制信源（0，1）【1-2】四進制信源（0，1，2,3）每個四進制符號可用

2個二進制符號表示。解：試求：等概獨立發(fā)送符號時，每個符號的信息量。評注例例概率相同，每個符號蘊含的信息量也相同；【1-1】【

——信源中每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值。

設(shè)

則統(tǒng)計獨立的M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，故稱為信源的熵。

2.

離散消息的平均信息量——信源中每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值。2.離散消

比較例【1-3】與【1-2】可知：等概時，熵最大:評注例解比較例【1-3】與【1-2】可知：評注例解利用信息相加性概念來計算：評注利用熵的概念來計算：例解：利用信息相加性概念來計算：評注利用熵的概念來計算：例解：

歸納：歸納：練習四進制離散信源輸出四個獨立符號A、B、C、D。

1）A、B、C、D出現(xiàn)的概率分別為1/4、1/8、1/8、1/2，求A、B、C、D每個符號所攜帶的信息量和信源熵。

2）信息源發(fā)出了一條消息，該消息含有105個符號，求該消息的總信息量。

3）什么情況下，該消息能得到最大的總信息量，此時，消息的總信息量是多少。練習基本概念信息度量

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(nèi)容:

第1章緒論

基本概念模型/分類/通信方式本章內(nèi)容:通信系統(tǒng)性能指標§1.5通信系統(tǒng)性能指標§1.5可靠性HeadlineHeadlinetext有效性性能指標模擬通信數(shù)字通信

傳輸帶寬輸出信噪比

頻帶利用率

差錯概率

矛盾、關(guān)聯(lián)、互換可靠性HeadlineHeadlinetext有效性性能

例如：1秒內(nèi)傳輸1000個碼元，則

RB

=1000

Baud

與進制數(shù)

有關(guān)嗎？

與信源統(tǒng)計特性有關(guān)嗎