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1、卞 静,1,高等课堂,绪 论,通信原理（第7版）,樊昌信 曹丽娜 编著,第1章,2,高等课堂,基本概念 信息度量 性能指标,模型/分类/通信方式 信息量/信源熵 有效性/可靠性,本章内容:,第1章 绪 论,3,高等课堂,通信的基本概念,1.1,4,高等课堂,。,。,1.1.1 通信的发展,5,高等课堂,声音,音频信号,将音频信号放大、调制，产生 AM信号，并耦合到发射天线,接收天线将电磁波转换为 AM信号（含有噪声）,将AM信号解调还原为音频信号，再经音频功放后，驱动扬声器，还原为声音。,发射天线将AM信号感应成 可以辐射到大气中的电磁波 （无线电波）,1.1.2 消息 信息 信号,调幅（AM
2、）无线广播系统,：消息中蕴含的有效内容。,：通信系统传输 的对象。形式多种:,：消息的电表示形式/传输载体。,模拟信号： 数字信号：,信号参量取值连续 信号参量取值离散,语音、温度、图像 数据、文字、符号,连续消息： 离散消息：,信号,消息,信息,7,高等课堂,信号,消息,信息,传输 载体,模拟信号 数字信号,表现形式,内涵,Q&A,三者关系,8,高等课堂, 模拟信号 和 数字信号:,9,高等课堂,话筒（声音传感器）把声音转变成音频信号； 数字终端把符号转变成数字信号； 摄像机把图像转变成视频信号； 热敏电阻（温度传感器）把温度转变成电信号。, 消息 电信号的转换:,传感器,10,高等课堂,基
3、于以上对 消息 、信息 和 信号 的理解：,通信,11,高等课堂,通信系统模型,1.2,12,高等课堂,1.2.1 通信系统一般模型,消息 电信号 如 电话机的话筒 把声音音频信号,电信号 消息 如电话机的听筒 把音频信号声音,原始电信号适合在信道中传输的信号。如 编码、调制,其功能与发送设备相反。 如 译码、解调,destination,source,transmitter,receiver,channel,noise,能传输信号的 各种物理媒介,模拟消息 原始电信号（基带） 基带信号 已 调 信号（带通）,1.2.2 模拟通信系统模型,两对重要变换：,15,高等课堂,信源编码： 模/数转换
4、 提高有效性,信道编码： 增强抗干扰能力,1.2.3 数字通信系统模型,16,高等课堂,抗干扰能力强，且噪声不积累； 传输差错可控； 便于处理、变换、存储； 便于将来自不同信源的信号综合传输； 易于集成；易于加密。,可能需要较大的传输带宽； 对同步要求高。,优点,缺点,1.2.4 数字通信的特点,17,高等课堂,通信系统分类 与 通信方式,1.3,18,高等课堂,详见表3-1,按复用方式划分：频分、时分、码分复用。 同一个通信系统可以分属于不同分类。 AM广播系统中短波通信、模拟通信、 带通传输系统（调制系统）。,1.3.1 通信系统分类,19,高等课堂,单工通信： （单向） 半双工通信： （
5、双向、不同时） 全双工通信： （双向、同时）,按传输方向和时间分：,1.3.2 通信方式,在并行信道上同时传输 n 个比特信息。,按数字码元传输时序分：,并行传输：,串行传输：,0 1 1 0 0 1 0 0 1 101010,串行传输：,数字码元序列按时间顺序一个接一个地在一条信道中传输。,22,高等课堂,基本概念 信息度量 性能指标,模型/分类/通信方式 信息量/信源熵 有效性/可靠性,本章内容:,第1章 绪 论,23,高等课堂,信息及其度量,1.4,24,高等课堂,信息是消息的内涵； 通信的目的在于传输消息中所包含的信息； 消息中不确定的内容才构成信息； 信息量就是对这种不确定性的定量描
6、述。,引言,信息具有以下特性：,在当今信息社会中，信息是最宝贵的资源之一。,25,高等课堂,原则： 度量方法与消息的种类无关。 与消息的重要程度无关。 举例： “美国世贸大楼被炸（9.11事件）”（时效性） “明天下雨” 可见： 消息中所含信息量和不可预测性或不确定性有关。 消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。,如何度量消息中所含的信息量 ?,根据概率论知识：事件的不确定性 可用事件出现的概率来描述。,？,26,高等课堂,原则： 度量方法与消息的种类无关。 与消息的重要程度无关。 举例： “美国世贸大楼被炸（9.11事件）”（时效性） “明天下雨” 可见： 消息中所含信息量和不可预测性
7、或不确定性有关。 消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。,如何度量消息中所含的信息量 ?,？,根据概率论知识：事件的不确定性 可用事件出现的概率来描述。,信息量 I 可用概率 P 来度量： I = f P(x),27,高等课堂,P 1，I0 P 0，I P(x) I(y) 相加性,a= 2，比特(bit) ，简记为b a= e，奈特(nat) a=10，哈特莱(Hartley),1 nat=1.44 b,为什么 取对数 ？,1. 离散消息 x 的信息量,概率相同，每个符号蕴含的信息量也相同； 二进制的每个码元含 1 （b) 四进制的每个码元含 2 （b) 推广：M进制的每个码元含 log
8、2M （b),【1-1】 二进制信源（0，1）,【1-2】 四进制信源（0，1，2, 3）,每个四进制符号可用 2 个二进制符号表示。,解：,试求：等概独立发送符号时，每个符号的信息量 。,评注,29,高等课堂, 信源中每个符号所含信息量的统计平均值。 设 则 统计独立的M个符号的离散信源的平均信息量为 H与热力学中的熵形式一样，故称为信源的熵。,2. 离散信源的平均信息量 信源中每个符号所含信息量的统计平均值。,2. 离散消息的平均信息量,30,高等课堂,解,利用信息相加性概念来计算：,评注,利用熵的概念来计算：,解：,32,高等课堂,归纳：,33,高等课堂,基本概念 信息度量 性能指标,模
9、型/分类/通信方式 信息量/信源熵 有效性/可靠性,本章内容:,第1章 绪 论,34,高等课堂,通信系统性能指标,1.5,35,高等课堂,可靠性,Headline,Headline,text,有效性,性能 指标,模 拟 通 信,数 字 通 信,传输带宽 输出信噪比,频带利用率 差错概率,矛盾、关联、互换,36,高等课堂,例如：1秒内传输1000个码元，则 RB =1000 Baud,与进制数 有关吗 ？,与信源统计 特性有关吗 ？,1.5.1 数字通信系统的有效性指标,Rb与 RB的关系,H为纽带,数值相等 单位不同,38,高等课堂,（3）频带利用率把 B 与 传输速率 联系起来 定义为单位带
10、宽内的传输速率，即,39,高等课堂,（1）误码率 Pe,二进制：Pb=Pe ； M进制：PbPe ； why ?,（2）误信率(误比特率） Pb,1.5.2 数字通信系统的可靠性指标,本章小结： 术语，模型，分类，通信方式 数字通信的优缺点 信息量：Ii ，H，I总 RB，Rb，；Pe ，Pb,41,高等课堂,例题 1、对于同样以2400b/s比特率发送的信号，若A系统以2PSK调制方式传输时所需带宽为2400hz，而B系统以4PSK调制方式传输时所需带宽为1200hz，哪个系统更有效？,42,高等课堂,例题 1、对于同样以2400b/s比特率发送的信号，若A系统以2PSK调制方式传输时所需带
11、宽为2400hz，而B系统以4PSK调制方式传输时所需带宽为1200hz，哪个系统更有效？ ： ：,频带利用率,43,高等课堂,例题 、某数字传输系统传送二进制码元的速率为1200b/sBaud，求该系统的信息速率。若该系统改为传送八进制信号码元，码元速率不变，则系统信息速率为多少？,44,高等课堂,例题 、某数字传输系统传送二进制码元的速率为1200b/sBaud，求该系统的信息速率。若该系统改为传送八进制信号码元，码元速率不变，则系统信息速率为多少？,45,高等课堂,例题 3、某四进制传输系统，每个码元的持续时间（宽度）为833*10-6 s，连续工作1h后，接收到6个错码，且每个错误码元
12、中仅发生1bit错误。求： （1）该系统的码元速率和信息速率 （2）该系统的误码率和误信率（误比特率）,46,高等课堂,3、某四进制传输系统，每个码元的持续时间（宽度）为833*10-6 s，连续工作1h后，接收到6个错码，且每个错误码元中仅发生1bit错误。求： （1）该系统的码元速率和信息速率,47,高等课堂,3、某四进制传输系统，每个码元的持续时间（宽度）为833*10-6 s，连续工作1h后，接收到6个错码，且每个错误码元中仅发生1bit错误。求： （2）该系统的误码率和误信率（误比特率） 码元总数： 误码率： 误信率：,48,高等课堂,3、某四进制传输系统，每个码元的持续时间（宽度）为833*10-6 s，连续工作1h后，接收到6个错码，且每个错误码元中仅发生1bit错误。求： （2）该系统的误码率和误信率（误比特率） 码元总数： 误码率： 或计算1h内传送的信息量 则误信率：,49,高等课堂,