智能網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)技術(shù) 課件 項目3 通信原理

移動通信技術(shù)

Mobilecommunicationtechnology目錄1.3平均信息量（熵）的概念

1.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)本章小結(jié)1.1通信的基本知識1.1通信的基本知識

通信（communication）就是信息的傳遞。其中信息（information）是消息（message）中所包含的有效內(nèi)容，或者說是消息中不確定的部分。消息有多種表現(xiàn)形式，比如語音、文字、音樂、數(shù)據(jù)、圖片等都是消息。信息傳遞必須要有合適的物理載體，比如古代的烽火傳警、擊鼓作戰(zhàn)、鳴金收兵等，就是利用光或聲音這些載體來傳遞戰(zhàn)爭信息的實例，我們把傳遞信息的物理載體稱之為信號（signal）?？梢姡畔?、消息和信號之間有著密切聯(lián)系，信息以消息的形式表現(xiàn)出來，并通過信號來傳遞，即消息是外殼，信息是消息的內(nèi)核，信號是信息的載體。1.1通信的基本知識關(guān)于信息和數(shù)據(jù)（data）的區(qū)別，一般認(rèn)為，數(shù)據(jù)是反映客觀事物的性質(zhì)、形態(tài)、結(jié)構(gòu)和特征的符號，數(shù)據(jù)可以是具體的數(shù)字，也可以是文字或圖形等形式。信息則是數(shù)據(jù)加工的結(jié)果，是有用的數(shù)據(jù)。

1837年摩爾斯發(fā)明的有線電報和1876年貝爾發(fā)明的電話，使通信步入了利用“電”這個載體來傳遞信息的新時代，在電通信系統(tǒng)中，信息的傳遞以電信號的形式（電壓或電流）來實現(xiàn)，由于電通信具有迅速、準(zhǔn)確、可靠且不受時間、地點、距離的限制，因此得到了飛速發(fā)展和廣泛應(yīng)用。當(dāng)今在自然科學(xué)領(lǐng)域涉及“通信”這一術(shù)語，一般都是指“電通信”（即電信）。本書中討論的通信均指電通信。1.1通信的基本知識1.1.1通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)（CommunicationSystem）是指為完成通信任務(wù)所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)所構(gòu)成的總體?，F(xiàn)在我們來看看無線廣播通信系統(tǒng)是怎樣工作的。首先播音員的語音信號通過麥克風(fēng)傳至發(fā)送設(shè)備，并將其調(diào)制到所發(fā)送的模式和頻率，然后通過天線發(fā)送出去；接收機(jī)接收到的信號是非常微弱的中頻或高頻信號，將其解調(diào)成音頻信號，通過放大由揚(yáng)聲器播放出來。一個普通的廣播過程如圖1-1所示。圖1-2示是一個調(diào)頻（FM）收音機(jī)的工作原理框圖，從天線接收的信號經(jīng)過混頻、中放、檢波，解調(diào)為音頻信號，經(jīng)功放放大，由揚(yáng)聲器輸出。它是無線廣播通信系統(tǒng)的一個實例，其中AGC為自動增益控制電路。1.1通信的基本知識1.1.1通信系統(tǒng)的組成圖1-1無線廣播通信系統(tǒng)圖1-2調(diào)頻（FM）收音機(jī)的工作原理框圖1.1通信的基本知識我們知道信號不一定只是語音信號，也可以是符號、文字、音樂、數(shù)據(jù)、圖片、活動圖像等，這些原始信息統(tǒng)統(tǒng)用一個名稱來命名：信源。這些信號通常具有較低的頻譜分量，我們稱這種信號為基帶信號。無線廣播通信系統(tǒng)中的調(diào)制是將基帶信號附加到合適的載波信號上，以便在信道上進(jìn)行傳輸。針對不同的系統(tǒng)有不同的處理方式，比如上面介紹的無線廣播通信系統(tǒng)中的調(diào)制，是由發(fā)送設(shè)備完成此功能的。由于信號存在著許多不同的類型以及不同的傳輸方法，因此產(chǎn)生了種類繁多的通信系統(tǒng)。為了分析消息傳輸?shù)膶嵸|(zhì)，可以把各類通信系統(tǒng)的共性及基本組成概括為一個一般模型。不管何種通信系統(tǒng)，信息總是由發(fā)送端通過信道傳遞到接收端的，因此，通信系統(tǒng)的一般模型都如圖1-3所示。1.1通信的基本知識圖1-3通信系統(tǒng)的一般模型1.1通信的基本知識信源的作用是產(chǎn)生（形成）消息。消息可以是多種多樣的，可以是語音、圖像、數(shù)據(jù)、文字、符號等等。信源可以是有次序的符號序列，也可以是連續(xù)變換的時間函數(shù)，前者我們稱為數(shù)字信號，后者稱為模擬信號。傳輸模擬信號的通信系統(tǒng)，稱為模擬通信系統(tǒng)。相應(yīng)地，傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)，稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。發(fā)送設(shè)備的作用是將消息與信道匹配起來，即將消息轉(zhuǎn)換為適于信道傳輸?shù)碾娦盘?，以便在信道中傳輸。轉(zhuǎn)換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場合，調(diào)制是最常見的方式。有時，發(fā)送設(shè)備可能還包括為達(dá)到某些特殊要求而進(jìn)行的各種處理，如多路復(fù)用、保密處理、糾錯編碼處理等。信道的作用是為信號由發(fā)送設(shè)備傳輸?shù)浇邮赵O(shè)備提供傳輸媒介或途徑，可以是有線的，也可以是無線的。在實際應(yīng)用中，信道可以是包括傳輸設(shè)備的廣義傳輸途徑。在信道中，既可以給信號提供傳輸途徑，也可以對傳輸?shù)男盘柈a(chǎn)生干擾和噪聲，使信號產(chǎn)生畸變。1.1通信的基本知識接收設(shè)備的作用則是完成發(fā)送設(shè)備的逆變換，它把接收的信號恢復(fù)為原始的信號，送到信宿：信宿是信息到達(dá)的目的地，信息通過接收的信號還原為原始的消息，或執(zhí)行某個動作，或進(jìn)行顯示。信源和信宿位于通信系統(tǒng)的兩端，故又稱為終端設(shè)備。噪聲可以由消息的初始產(chǎn)生環(huán)境、構(gòu)成變換器的電子設(shè)備、傳輸信道以及各種接收設(shè)備等所有信號傳輸環(huán)節(jié)中的一個或幾個產(chǎn)生，為分析方便起見，在模型中把噪聲集中由一個噪聲源表示，在信道中以疊加方式引入。圖1-4測量系統(tǒng)模型1.1通信的基本知識根據(jù)研究的對象或關(guān)心的問題的不同，還可以出現(xiàn)不同形式的具體通信系統(tǒng)模型，比如雷達(dá)、聲吶及地震法勘測等測量系統(tǒng)，如圖1-4所示。這類系統(tǒng)主要由4個部分組成：信號源、待測物體（中介體）、信號檢測（比較）部分和接收終端（顯示）。此類系統(tǒng)中，信號源發(fā)出的信號是已知的，一路作為標(biāo)準(zhǔn)信號，另一路為經(jīng)待測物體后變化的信號，根據(jù)兩路信號的變化量來判斷待測物體的特征，即通過系統(tǒng)主要測量信號經(jīng)過中介體后的變化，來判斷中介體的特征。1.1通信的基本知識1.1.2通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類方法有很多，一般從下面五個方面進(jìn)行分類。1．按通信業(yè)務(wù)分類根據(jù)通信業(yè)務(wù)不同，可分為電話通信、數(shù)據(jù)通信、圖像通信、多媒體通信等各種通信系統(tǒng)。這些通信系統(tǒng)可以是專用的，也可以是兼容的。在綜合業(yè)務(wù)通信網(wǎng)中，各種類型的消息都在統(tǒng)一的通信網(wǎng)中傳送；如多媒體通信就是將電話、圖像、數(shù)據(jù)綜合在一起，形成一種相互關(guān)聯(lián)的復(fù)合信號進(jìn)行通信的新型業(yè)務(wù)1.1通信的基本知識1.1.2通信系統(tǒng)的分類2．按是否調(diào)制分類根據(jù)是否采用調(diào)制，可分為基帶傳輸和頻帶傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)。一般地，信息源發(fā)出的電信號頻率大都從低頻開始，這種信號稱為基帶信號，如話音信號頻率為20～20000Hz，但主要能量集中在300～3400Hz；電視圖像信號的頻率在0～6MHz范圍內(nèi)；數(shù)據(jù)信號的頻率雖然與傳輸速率有關(guān)，但還是屬于基帶信號。直接將基帶信號經(jīng)過放大器送到信道上傳輸稱為基帶傳輸?；鶐盘柾ㄟ^調(diào)制后，其頻譜搬移到比較高的頻率范圍，以適合傳輸信道的要求。經(jīng)過調(diào)制后頻譜變高的信號稱為頻帶信號。傳輸頻帶信號稱為頻帶傳輸。1.1通信的基本知識1.1.2通信系統(tǒng)的分類2．按是否調(diào)制分類根據(jù)是否采用調(diào)制，可分為基帶傳輸和頻帶傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)。一般地，信息源發(fā)出的電信號頻率大都從低頻開始，這種信號稱為基帶信號，如話音信號頻率為20～20000Hz，但主要能量集中在300～3400Hz；電視圖像信號的頻率在0～6MHz范圍內(nèi)；數(shù)據(jù)信號的頻率雖然與傳輸速率有關(guān)，但還是屬于基帶信號。直接將基帶信號經(jīng)過放大器送到信道上傳輸稱為基帶傳輸?；鶐盘柾ㄟ^調(diào)制后，其頻譜搬移到比較高的頻率范圍，以適合傳輸信道的要求。經(jīng)過調(diào)制后頻譜變高的信號稱為頻帶信號。傳輸頻帶信號稱為頻帶傳輸。1.1通信的基本知識1.1.2通信系統(tǒng)的分類3．按信號的特征分類根據(jù)信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。當(dāng)信號的某一參量隨相應(yīng)信息的變化而變化，其參量的取值為無限多個數(shù)值的稱為模擬信號。如話音信號的電壓或電流大小隨聲音的強(qiáng)弱而連續(xù)變化；調(diào)幅波或調(diào)頻波信號其幅度或頻率隨話音或音樂作相應(yīng)連續(xù)的變化等，這些都是隨時間連續(xù)變化的模擬信號，如圖1-5所示；而對于脈幅調(diào)制（PAM）、脈寬調(diào)制（PWM）信號，盡管在時間上是不連續(xù)的（離散的）但其脈沖的幅度、寬度隨調(diào)制信號變化取連續(xù)值，因此仍屬于模擬信號，如圖1-6所示。。1.1通信的基本知識1.1.2通信系統(tǒng)的分類3．按信號的特征分類根據(jù)信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。當(dāng)信號的某一參量隨相應(yīng)信息的變化而變化，其參量的取值為無限多個數(shù)值的稱為模擬信號。如話音信號的電壓或電流大小隨聲音的強(qiáng)弱而連續(xù)變化；調(diào)幅波或調(diào)頻波信號其幅度或頻率隨話音或音樂作相應(yīng)連續(xù)的變化等，這些都是隨時間連續(xù)變化的模擬信號，如圖1-5所示；而對于脈幅調(diào)制（PAM）、脈寬調(diào)制（PWM）信號，盡管在時間上是不連續(xù)的（離散的）但其脈沖的幅度、寬度隨調(diào)制信號變化取連續(xù)值，因此仍屬于模擬信號，如圖1-6所示。。1.1通信的基本知識1.1.2通信系統(tǒng)的分類圖1-5時間連續(xù)的模擬信號圖1-6時間離散的模擬信號1.1通信的基本知識1.1.2通信系統(tǒng)的分類當(dāng)信號的某一參量隨相應(yīng)信息的變化而變化，其參量的取值為有限的，參量與信息之間的變化關(guān)系為非直觀的數(shù)字形式稱為數(shù)字信號。如脈沖編碼調(diào)制（PCM）信號是用有限個數(shù)值來表示信息的變化，一般的數(shù)字信號不僅在幅度上的取值是離散的，而且在時間上也是離散的，但數(shù)字信號并非在時間上都是離散的，普通移頻電報在時間上就是連續(xù)的，但反映信息的瞬時頻率僅有f1與f2，所以仍屬于數(shù)字信號，如圖1-7所示。圖1-7數(shù)字信號（a）一般的數(shù)字信號；（b）移頻電報數(shù)字信號1.1通信的基本知識1.1.2通信系統(tǒng)的分類圖1-8為模擬通信系統(tǒng)模型。由于信源發(fā)出的原始電信號通常具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸，因此需要調(diào)制器將其變換成適合信道傳輸要求的已調(diào)信號送到信道中傳輸。接收端經(jīng)解調(diào)器把已調(diào)信號還原為原始信號。調(diào)制器與解調(diào)器代表了發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備。圖1-8模擬通信系統(tǒng)模型1.1通信的基本知識1.1.2通信系統(tǒng)的分類數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖1-9所示。當(dāng)信息源發(fā)送出來的電信號是模擬信號時；需要經(jīng)過信源編碼變換成數(shù)字基帶信號；加密器可以很方便地對傳輸信號進(jìn)行加密處理；復(fù)用是將多路信號按一定規(guī)律復(fù)合成一路信號，以提高傳輸信道的效率；信道編碼通常包括糾錯編碼和線路編碼：由于信道噪聲的干擾而使傳輸?shù)臄?shù)字信號產(chǎn)生差錯，必須在接收端能自動檢出錯碼并糾正錯碼，即糾錯編碼，線路編碼的目的是為了信源編碼后的數(shù)字信號更適合在信道上傳輸；調(diào)制器是為了實現(xiàn)數(shù)字信號的頻帶傳輸。接收端的解調(diào)、信道解碼、解復(fù)用、解密器、信源碼等功能，與發(fā)送端的調(diào)制、信道編碼、解復(fù)用、加密碼、信源編碼等功能是一一對應(yīng)的反應(yīng)換。圖1-9數(shù)字通信系統(tǒng)模型1.1通信的基本知識1.1.2通信系統(tǒng)的分類需要說明的是，圖1-9是數(shù)字通信系統(tǒng)的一般組成。實際的數(shù)字通信系統(tǒng)不一定包括圖中的所有環(huán)節(jié)，例如數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，是不需要調(diào)制器和解調(diào)器的；另外，有些環(huán)節(jié)如同步，由于分散在各處，圖1-9中沒有畫出。數(shù)字通信發(fā)展非常迅速，主要原因是它與模擬通信相比有著獨(dú)特的優(yōu)點。（1）抗干擾能力強(qiáng)信號在傳輸過程中必然會受到各種噪聲的干擾。在模擬通信中，為了實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，需要及時地把已經(jīng)受到衰減的信號進(jìn)行放大（增音）。但在信號放大的同時，串?dāng)_進(jìn)來的噪聲也被放大，如圖1-10（a）所示。由于模擬信號是用信號幅度載荷信息的，而噪聲又是直接干擾信號幅度，因此，難以把信號與干擾噪聲分開。隨著傳輸距離增加，噪聲累加越來越大，信噪比越來越小。所以模擬通信的通信距離越遠(yuǎn)，通信質(zhì)量越差。1.1通信的基本知識在數(shù)字通信中，信息不是包含在脈沖的波形上，而是包含在脈沖的有無之中。為了實現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳輸，可以通過再生的方法對已經(jīng)失真的信號波形進(jìn)行判決，從而消除噪聲積累，如圖1-10（b）所示。由于無噪聲積累，所以數(shù)字通信抗干擾能力強(qiáng)，易于實現(xiàn)高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離傳輸。這是數(shù)字通信的重要優(yōu)點之一。圖1-10數(shù)字通信和模擬通信抗干擾性能比較1.1通信的基本知識（2）靈活性強(qiáng)，能適應(yīng)各種業(yè)務(wù)要求在數(shù)字通信中，各種消息（電報、電話、圖像和數(shù)據(jù)等）都可以變換成統(tǒng)一的二進(jìn)制數(shù)字信號進(jìn)行傳輸。數(shù)字信號的傳輸可以與數(shù)字信號的時分交換結(jié)合起來，組成統(tǒng)一的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）。綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)對來自不同信源的信號自動地交換、綜合、傳輸、處理、存儲和分離，這給實際應(yīng)用帶來極大的便利。（3）便于差錯控制在數(shù)字通信中，可以很方便地通過信道編碼技術(shù)進(jìn)行檢錯與糾錯，降低誤碼率，提高傳輸質(zhì)量。（4）便于加密處理信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄远硷@得越來越重要，數(shù)字通信的加密處理比模擬通信容易得多。加密經(jīng)過一些簡單的邏輯運(yùn)算即可實現(xiàn)，如圖1-11所示。1.1通信的基本知識x1為原數(shù)字信號，設(shè)為01001101101010…，y為密碼，設(shè)為0110000101100的周期性信號。將二者送人由模2加組成的加密電路，則輸出的信號z=x1⊕y=0010110011001……。顯然，z和x1，不同。到了接收端，將z和y再送人由模2加組成的解密電路，輸出的信號x2=z⊕y=0100110110101…，即還原為原數(shù)字信號。只要雙方約定密碼，且密碼周期足夠長，則第三者就很難破譯，而且密碼還可以隨時變換。圖1-11加密1.1通信的基本知識以上介紹的只是簡單的加密原理，實際的加密方案要復(fù)雜得多，但由此可看出，數(shù)字通信容易加密。（5）設(shè)備便于集成化、小型化數(shù)字通信通常采用時分多路復(fù)用，不需要昂貴的、體積較大的濾波器。由于設(shè)備中大部分電路都是數(shù)字電路，可以用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路實現(xiàn)，這樣設(shè)備體積小，功耗也較低。但是，它也有不足之處，如占用頻帶寬，這是數(shù)字通信的最大缺點。一路模擬電話約占4kHz帶寬，而一路數(shù)字電話大約需64kHz帶寬。隨著編碼技術(shù)的不斷發(fā)展，一路數(shù)字電話的帶寬可降到32kHz、16kHz，甚至更低。隨著光纖等寬帶傳輸信道的廣泛采用，數(shù)字通信和光纖傳媒的優(yōu)點得到了最好的結(jié)合，數(shù)字通信得到了廣泛的應(yīng)用。1.1通信的基本知識4．按信號的復(fù)用方式分類傳送多路信號一般有三種復(fù)用方式：頻分復(fù)用、時分復(fù)用、碼分復(fù)用。頻分復(fù)用是用頻譜搬移的方法使不同信號占據(jù)不同的頻率范圍；時分復(fù)用是用脈沖調(diào)制的方法使不同信號占據(jù)不同的時間區(qū)間；碼分復(fù)用是用正交的脈沖序列分別攜帶不同信息。傳統(tǒng)的模擬通信中都采用頻分復(fù)用。時分復(fù)用是數(shù)字通信系統(tǒng)中采用的一種最基本的復(fù)用方式。碼分復(fù)用多用于空間通信的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)和移動通信系統(tǒng)中。當(dāng)然，為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)的有效性，一個通信系統(tǒng)中可以采用多種復(fù)用技術(shù)。例如在移動通信系統(tǒng)中，同時采用頻分復(fù)用、時分復(fù)用和碼分復(fù)用技術(shù)。1.1通信的基本知識5．按傳輸媒介分類按傳輸媒介，通信系統(tǒng)可分為有線和無線通信系統(tǒng)兩大類。所謂有線通信是用導(dǎo)線（如架空明線、對稱電纜、同軸電纜、光導(dǎo)纖維等）作為傳輸媒質(zhì)完成通信。如市內(nèi)電話、有線電視、海底電纜通信等。所謂無線通信是依靠電磁波在空間傳播達(dá)到傳遞消息的目的。如短波電離層傳播、微波視距傳播、衛(wèi)星中繼等。1.1通信的基本知識1.1.3通信方式通信方式是指通信雙方之間的工作方式或信號傳輸方式。對于點與點之間的通信，按信號傳送的方向與時間關(guān)系，通信方式可分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信三種。單工通信，是指信號只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，如圖1-12（a）所示。例如遙測、遙控，就是單工通信方式。半雙工通信，是指通信雙方都能收發(fā)信息，但不能同時進(jìn)行收發(fā)的工作方式，如圖1-12（b）所示。例如，使用同一載頻工作的無線電對講機(jī)，就是按這種通信方式工作的。全雙工通信，是指通信雙方可同時進(jìn)行收發(fā)信息的工作方式，如圖1-12（c）所示。例如，普通電話就是一種最常見的全雙工通信方式。1.1通信的基本知識圖1-12通信方式示意圖1.1通信的基本知識在數(shù)字通信中，按照數(shù)字信號碼元排列方法不同，有串行傳輸與并行傳輸之分。所謂串行傳輸，是將數(shù)字信號碼元序列按時問順序一個接一個地在信道中傳輸，如圖1-13（a）所示。如果將數(shù)字信號碼元序列分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號碼元序列同時在信道中傳輸，則稱為并行傳輸，如圖1-13（b）所示。圖1-13串行和并行方式（a）串行傳輸；（b）并行傳輸1.1通信的基本知識一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字通信大都采用串行傳輸方式，因為這種方式只需占用一條通路。并行傳輸在近距離數(shù)字通信中被采用，它需要占用兩條或兩條以上的通路。此外，按同步方式的不同，可分為同步通信和異步通信；按通信設(shè)備與傳輸線路之間的連接類型。可分為點到點之間通信（專線）、點到多點之間通信（網(wǎng)通信），由于通信網(wǎng)的基礎(chǔ)是店與店之間的通信，所以書本重點討論店與店之間的通信。1.1通信的基本知識1.1.4信息及其度量通信的根本目的在于傳輸消息中所包含的信息。信息是指消息中所包含的有效內(nèi)容，或者說是收信者預(yù)先不知而待知的內(nèi)容。不同形式的消息，可以包含相同的信息。例如，用話音和文字發(fā)送的天氣預(yù)報，所含信息內(nèi)容相同。傳輸信息的多少可直觀地使用“信息量”來衡量。消息是多種多樣的。因此度量消息中所含信息量的方法，必須能夠用來度量任何消息，而與消息的種類無關(guān)。同時，這種度量方法也應(yīng)該與消息的重要程度無關(guān)。在一切有意義的通信中，對于接收者而言，某些消息所含的信息量比另外一些消息更多。例如，“某客機(jī)墜毀”這條消息比“今天天下雨”這條消息包含有更多的信息。這是因為，前一條消息所表達(dá)的事件極不可能發(fā)生，它使人感到驚訝和意外；而后一條消息所表達(dá)的事件很有可能發(fā)生，不足為奇。這表明，對接收者來說，信息量的多少與接收者收到消息時感到的驚訝程度有關(guān)，消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生，越不可預(yù)測，就會越使人感到驚訝和意外，信息量就越大。1.1通信的基本知識1.1.4信息及其度量概率論告訴我們，事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來描述。因此，消息中包含的信息量多少與消息所表達(dá)事件的出現(xiàn)概率密切相關(guān)。事件出現(xiàn)的概率越小，則消息中包含的信息量就越大，反之則越小。根據(jù)以上認(rèn)知，消息中所含的信息量I與消息發(fā)生概率P（x）的關(guān)系應(yīng)當(dāng)反映如下規(guī)律。（1）消息x中所含的信息量I是該消息出現(xiàn)的概率P（x）的函數(shù)，即（2）消息出現(xiàn)的概率P（x）越小，I越大；反之I越小。且當(dāng)P（x）=1時，I=0；時，P（x）=0時,I=∞。1.1通信的基本知識1.1.4信息及其度量（3）若干個相互獨(dú)立事件構(gòu)成的消息（x1,x2,），所含信息量等于各獨(dú)立事件x1，x2，信息量之和，也就是說，信息量具有相加性，即可以看出，若I與之間的關(guān)系式為則可滿足上述三項要求。所以我們定義公式（1-1）為消息x所含的消息量。信息量I的單位取決于公式（1-1）中對數(shù)的底的取值。a=2單位為比特（bit），可簡寫為ba=e單位為奈特（nat），可簡寫為na=10單位為哈特萊（Hartley）通常廣泛使用單位比特，即1.1通信的基本知識1.1.4信息及其度量【例1-1】設(shè)一個二進(jìn)制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字“0”或“1”，計算信源輸出的每個符號的信息量。解：二進(jìn)制等概率時根據(jù)式（1-1），有即二進(jìn)制等概率時，每個符號所含信息量相等，為lb。在工程應(yīng)用中，習(xí)慣把一個二進(jìn)制碼元稱為1b。1.1通信的基本知識1.1.4信息及其度量同理，對于離散信源，若N個符號等概率出現(xiàn)，且每一個符號的出現(xiàn)是相互獨(dú)立的，即信源是無記憶的，則每個符號所含的信息量相等，為（1-3）式中，P為每一個符號出現(xiàn)的概率；N為信源中包含的符號數(shù)目。若N是2的整冪次，比如，則式（1-5）可改寫為式中，K是二進(jìn)制符號數(shù)目，也就是說，傳送每一個進(jìn)制符號的信息量就等于用二進(jìn)制符號表示該N進(jìn)制符號所需的符號數(shù)目。1.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)衡量一個通信系統(tǒng)性能優(yōu)劣的基本因素是有效性和可靠性。有效性是指傳輸一定量信息時所占用的信道資源（頻帶寬度和時間間隔），或者說是傳輸“速度”的問題；可靠性是指信道傳輸信息的準(zhǔn)確程度，或者說是傳輸“質(zhì)量”的問題。這兩個因素相互矛盾而又相互統(tǒng)一，并且還可以相互轉(zhuǎn)化。1.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.2.1模擬通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)模擬通信系統(tǒng)的有效性用信號在傳輸中所占用的傳輸帶寬來表示，傳輸帶寬越窄，有效性越好，反之越差；可靠性用接收端最終輸出的信噪比來度量，輸出信噪比越高，可靠性越好，反之越差。信噪比是輸出端信號的平均功率與噪聲平均功率比值的簡稱，用SNR（Signalt0NoiseRatio）或S/N表示，它的單位一般使用分貝（dB），其值為10倍對數(shù)信噪比，即。1.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.2.2數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)1．有效性指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性通常用傳輸速率和頻帶利用率來表征。（1）傳輸速率。傳輸速率有兩種表示方法：碼元速率RB和信息速率Rb。①碼元傳輸速率RB。在數(shù)字通信中，常用時間間隔相同的符號來表示數(shù)字信號，這樣的時間間隔內(nèi)的符號稱為碼元。對應(yīng)的時間間隔稱為碼元長度（寬度）。碼元傳輸速率是指單位時間內(nèi)傳送碼元的數(shù)目，又稱為碼元速率、波特率或傳碼率。用符號RB來表示，單位為“波特”，常用符號“Baud”表示，簡寫為“B”。需要注意的是，碼元速率僅表示每秒鐘傳輸?shù)拇a元數(shù)，而沒有限定此時的碼元是何種進(jìn)制，碼元的進(jìn)制數(shù)取決于發(fā)送碼元的通信系統(tǒng)。1.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.2.2數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)②信息傳輸速率Rb。信息傳輸速率又稱為比特率或傳信率，是指每秒鐘傳送二進(jìn)制的位數(shù)，單位為比特/秒，簡記為b/s或bps。在二進(jìn)制通信系統(tǒng)中，每個碼元攜帶1比特的信息量，因此信息速率等于碼元速率，但兩者的單位不同。在多（M）進(jìn)制通信系統(tǒng)中，由于每個碼元攜帶比特的信息量，因此信息速率與碼元速率的關(guān)系式：

1.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.2.2數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)③頻帶利用率。在比較不同的數(shù)字通信系統(tǒng)有效性時，單看它們的信息速率（或碼元速率）是不夠的，還應(yīng)考慮傳輸信息所占用的頻帶寬度，即頻帶利用率。它定義為單位頻帶（1赫茲）內(nèi)的傳輸速率，即

1-61-71.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.2.2數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性常用誤碼率和誤比特率來衡量。誤碼率是指接收的錯誤碼元數(shù)與傳輸?shù)目偞a元數(shù)的比值，即

1-8誤比特率是指接收的錯誤比特數(shù)與傳輸?shù)目偙忍財?shù)的比值，即1-91.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.2.2數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)2．可靠性指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性通常用差錯率來衡量，差錯率較小，可靠性越高。差錯率也有兩種表示方法：誤碼率和誤信率。（1）誤碼率（碼元差錯率）誤碼率用Pe表示，是指收到的錯誤碼元數(shù)與總的傳輸碼元數(shù)之比，即在傳輸中出現(xiàn)錯誤的碼元概率，記為

1-101.2通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.2.2數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)(2)誤信率（信息差錯率）誤信率又稱誤比特率，用Pb表示，是指收到的錯誤比特數(shù)與總的傳輸比特數(shù)之比，即在傳輸中出現(xiàn)錯誤信息量的概率，記為顯然，在二進(jìn)制符號傳輸時，有Pe=Pb,在M進(jìn)制時，兩者關(guān)系較復(fù)雜，一般有Pb＜Pe。1.3平均信息量（熵）的概念一般來說，信源各符號初選的概率是不相等的，此時各符號所含的信息量也不同。若各符號所含的信息量也不同。若各符號的出現(xiàn)統(tǒng)計獨(dú)立，則該信源每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值（即平均信息量）為由于平均信息量H（s）與熱力學(xué)中的熵形式相似，因此又稱為信息源的熵。信息源的熵有如下性質(zhì)。（1）其物理概念是信源中每個符號的平均信息量，單位為b/sym，sym指符號。（2）熵是非負(fù)的。（3）當(dāng)信源符號等概率發(fā)生時，熵具有最大值Hmax，即1-131.3平均信息量（熵）的概念1.3平均信息量（熵）的概念1.3平均信息量（熵）的概念1.3平均信息量（熵）的概念1.3平均信息量（熵）的概念1.3平均信息量（熵）的概念本章小結(jié)本章主要介紹通信系統(tǒng)的組成及模型、通信系統(tǒng)的分類及工作方式、通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)和通信的發(fā)展方向等內(nèi)容。信息量是信息的度量單位，信息量的大小與消息發(fā)生可能性的大小有關(guān)，事件發(fā)生可能性越大，消息所攜帶的信息量越小。重點介紹了通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)：有效性和可靠性。對于模擬通信系統(tǒng)，有效性通常用每路信號的有效傳輸帶寬來衡量；傳輸?shù)目煽啃詣t用通信系統(tǒng)的輸出信噪比來衡量。對數(shù)字通信系統(tǒng)，其有效性通常用碼元傳輸速率或信息傳輸速率來衡量；傳輸?shù)目煽啃詣t用差錯率來衡量。最后介紹了差錯率的兩種形式：誤碼率和誤比特率。移動通信技術(shù)

Mobilecommunicationtechnology目錄信道的定義01信道的分類02信道的數(shù)字模型0301信道的定義信道是指由有線或無線電線路提供的信號通路。信道作用是傳輸信號，它提供一段頻帶讓信號通過，同時又給信號加以限制和損害。

信道分為狹義信道和廣義信道。信道：是指以傳輸媒介為基礎(chǔ)的信號通路。02信道的分類

狹義信道僅指信號的傳輸媒質(zhì)，這種信道稱為狹義信道；廣義信道不僅是傳輸媒質(zhì)，而且包括通信系統(tǒng)中的一些轉(zhuǎn)換裝置，這種信道稱為廣義信道。

狹義信道按照傳輸媒質(zhì)的特性可分為有線信道和無線信道兩類。有線信道包括明線、對稱電纜、同軸電纜及光纖等。廣義信道按照它包括的功能，可以分為調(diào)制信道、編碼信道等。02信道的分類圖1調(diào)制信道和編碼信道02信道的分類無線信道無線信道電磁波的頻率－受天線尺寸限制地球大氣層的結(jié)構(gòu)對流層：地面上0~10km平流層：約10～60km電離層：約60～400km地面對流層平流層電離層10km60km0km圖2大氣層的結(jié)構(gòu)圖02信道的分類頻率(GHz)(a)氧氣和水蒸氣（濃度7.5g/m3）的衰減頻率(GHz)(b)降雨的衰減衰減(dB/km)衰減(dB/km)水蒸氣氧氣降雨率圖3大氣衰減電離層對于傳播的影響反射散射大氣層對于傳播的影響散射吸收02信道的分類02信道的分類明線圖6

明線02信道的分類02信道的分類02信道的分類03信道的數(shù)學(xué)模型03信道的數(shù)學(xué)模型03信道的數(shù)學(xué)模型03信道的數(shù)學(xué)模型03信道的數(shù)學(xué)模型移動通信技術(shù)

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