1、2019/3/24,CP 第一章 绪论,1,通信原理,第一章 绪论,2019/3/24,CP 第一章 绪论,2,第一章 绪论,1.1 引言 1.2 通信系统的组成 1.3 通信系统的分类及通信方式 1.4 信息及其度量 1.5 主要性能指标,2019/3/24,CP 第一章 绪论,3,1.1 引言,一、对课程内容的说明 二、信息和信息化社会的概念 三、信息技术发展的简史 四、主要通信方式,2019/3/24,CP 第一章 绪论,4,一、对课程内容的说明,2019/3/24,CP 第一章 绪论,5,二、信息和信息化社会的概念,通信的目的是传递消息，消息中含有信息 以信息技术为核心的产业称为信息产
2、业（IT） 信息化社会信息是人们的重要资源,2019/3/24,CP 第一章 绪论,6,2019/3/24,CP 第一章 绪论,7,三、消息、信息和信号,消息是对事物物理状态的变化进行描述的一种具体形式，这种状态变化具有人们能感知的物理特性。如温度、语音、图像、文字等。 信息是消息中所包含的有意义的内容，它是一个抽象的概念。 信号是为了传送消息，对消息进行变换后在通信系统中传输的某种物理量，如电信号、光信号等。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,8,四、信息技术发展的简史,语言、书本、书信、烽火台、图画； 1837年，莫尔斯发明电报系统 1844年，在华盛顿和巴尔迪摩尔之间试运行 186
3、4年，麦克斯韦建立电磁场理论 1876年，贝尔发明了电话 1887年，赫兹实验证明电磁波的存在。 1892年，美国史端乔发明步进式电话交换机。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,9,1901年，马可尼进行从英国到纽芬兰的跨大西洋的无线通信 1918年，调幅无线广播商用。 1936年，调频无线广播商用。 1937年，发明脉冲编码调制原理。 1938年，黑白电视广播系统商用。 1940年1945年，雷达和微波通信系统快速发展。 1948年，香农提出信息论；发明晶体管。 1950年，时分多路通信应用于电话。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,10,1956年，敷设了越洋电缆。 1957年
4、，发射第一颗人造卫星。 1958年，发射第一颗通信卫星。 1960年，发明激光。 1961年，发明集成电路。 1960年1970年，彩色电视问世；阿波罗宇宙飞船登月；数字传输理论和技术得到迅速发展；出现高速数字电子计算机。 1970年1980年，大规模集成电路，商用卫星通信，程控数字交换机，光纤通信系统，微处理机等迅速发展。 1980年以后，互联网崛起。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,11,五、主要通信方式,1、电缆通信（有线） 2、微波通信（无线、视距、1G以上） 3、卫星通信（无线、卫星中继） 4、光纤通信（有线） 5、移动通信（目标移动、有线和无线结合）,2019/3/24,C
5、P 第一章 绪论,12,总结,对课程内容的说明 信息和信息化社会的概念 信息技术发展的简史 主要通信方式,返回主目录,2019/3/24,CP 第一章 绪论,13,1.2 通信系统的组成,一、通信系统模型 二、模拟通信系统模型 三、数字通信系统模型 四、数字通信系统特点,2019/3/24,CP 第一章 绪论,14,实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。,一、通信系统模型,2019/3/24,CP 第一章 绪论,15,信源,信源是消息的产生地， 其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为消息信号或基带信号。 电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。
6、模拟信源，输出的是模拟信号； 数字信源，输出离散的数字信号。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,16,2019/3/24,CP 第一章 绪论,17,发送设备,发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。 变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式。 对数字通信系统来说， 发送设备常常又可分为信源编码与信道编码。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,18,信道,信道是指传输信号的物理媒质。 在无线信道中，信道可以是大气（自由空间）， 在有线信道中，信道可以是明线、 电缆或光纤。有线和无线信道均有多种物理媒质。 媒
7、质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。根据研究对象的不同， 需要对实际的物理媒质建立不同的数学模型， 以反映传输媒质对信号的影响。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,19,噪声,噪声源不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及信道中所固有的，并且是人们所不希望的。 噪声的来源是多样的，它可分为内部噪声和外部噪声，而且外部噪声往往是从信道引入的，因此，为了分析方便，把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,20,接收设备,接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换， 即进行解调、译码、解码等。 其任务是从带有干扰的接收信号中正
8、确恢复出相应的原始基带信号来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,21,信宿,信宿是传输信息的归宿点。 其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,22,二、模拟通信系统模型,2019/3/24,CP 第一章 绪论,23,模拟通信的主要特点 1） 抗干扰能力差 2） 不易于保密通信 3） 设备不易于大规模集成 4） 不适应飞速发展的计算机通信的要求 5） 简单、易于实现。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,24,三、数字通信系统模型,信道中传输数字信号的系统，称为数字通信系统，它包括以下三种
9、：,数字通信的优势和存在的问题：（1）可实现差错控制编码即信道编码；（2）容易实现保密通信； （3）数字通信中必须有“同步” 。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,25,1. 数字频带传输通信系统 基本特征：消息或信号具有“离散”或“数字”的特性，同时强调已调参量与代表消息的数字信号之间的一一对应关系。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,26,2. 数字基带传输通信系统基带信号形成器：可能包括编码器、加密器以及波形变换等；接收滤波器：可能包括译码器、解密器。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,27,3. 模拟信号数字化传输系统 发端将模拟信号数字化，即进行A/D转换；接收端需
10、进行相反的转换，即D/A转换。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,28,1. 数字通信的主要优点 （1）抗干扰能力强；（2）差错可控；（3）易加密； （4）易于与现代技术相结合。2. 亟待解决的问题（1）提高频带利用 ；（2）简化系统设备结构。,四、数字通信的主要特点,返回主目录,2019/3/24,CP 第一章 绪论,29,1.3 通信系统分类与通信方式,通信系统分类 通信方式,2019/3/24,CP 第一章 绪论,30,通信系统分类,按消息的物理特征分：电报通信、电话通信、数据通信 按调制方式分类：基带传输和频带（调制）传输。 按信号特征分类：模拟信号还是数字信号 按传输媒质分类：
11、有线通信系统和无线通信系统 按工作波段分类：长波、中波、短波等 按信号复用方式分类：频分、时分和码分复用。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,31,表 1- 1常见的调制方式,2019/3/24,CP 第一章 绪论,32,续表（2）,2019/3/24,CP 第一章 绪论,33,表 1 2 通信波段与常用传输媒质,2019/3/24,CP 第一章 绪论,34,续表（2）,2019/3/24,CP 第一章 绪论,35,单工、半双工、全双工,串行与并行通信,按消息传送的方向与时间：,按数字信号码元排列方法：,二、通信方式,返回主目录,2019/3/24,CP 第一章 绪论,36,1.4 信息
12、及其度量,一、信息、消息、信号三者之间的关系 二、信息与消息概率之间的关系（1）消息中所含信息量是消息出现概率的函数；（2）消息出现的概率愈小，它所含信息量愈大；反之信息量愈小；（3）若干个互相独立事件构成的消息所含信息量等于各独立事件信息量的和。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,37,三、信息量的计算 信息量 I 和消息出现概率P(x)的关系为：信息量的单位取决于对数底数a的取值：a = 2 单位为比特（bit，简写为b）；a = e 单位为奈特（nat，简写为n）；a = 10 单位为哈特莱。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,38,【例1-1】设二进制离散信源，数字0或1以
13、相等的概率出现，试计算每个符号的信息量。 解:二进制等概率时 有即二进制等概时，每个符号的信息量相等，为1bit。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,39,【例1-2】进行一个具有16个等可能结果的随机试验。每一个结果具有的信息量为多少？,解：因为每一个结果都是等可能出现的，即每一个结果出现的概率都是，则每一个结果具有的信息量为：,2019/3/24,CP 第一章 绪论,40,【例1-3】设某消息由a、b、c、d四种符号组成，其概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8 求 cabacabdacbdaabcadcbabaadcbabaacdbacaacabadbcadcbaabcacba的
14、信息量。,解：此消息总长为57个符号，其中a出现23次，b出现14次，c出现13次，d出现7次。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,41,四、平均信息量 当各个符号出现的概率不相等时，计算消息的信息量，常用到平均信息量的概念。 平均信息量定义：每个符号所含信息的平均值。用符号 表示。 多进制时，设各符号出现的概率为：且,2019/3/24,CP 第一章 绪论,42,则平均信息量（信息源的熵）为：,2019/3/24,CP 第一章 绪论,43,【例1-4】用平均信息量的概念来计算例1-3中消息所含的信息量。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,44,【例1-5】由二进制数字式1、0组成
15、的消息， ， ，推导以为变量的平均信息量，并绘出从0到1取值时的曲线。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,45,一、 一般通信系统的性能指标 一般通信系统的性能指标归纳起来有以下几个方面:有效性、可靠性、适应性、经济性、保密性标准性、维修性、工艺性等。而本书只研究通信系统的有效性和可靠性。,1.5 主要性能指标,2019/3/24,CP 第一章 绪论,46,二、有效性和可靠性 有效性是指在给定信道内所传输的信息内容的多少，或者说是传输的“速度”问题； 而可靠性是指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。 这两个问题相互矛盾而又相对统一，通常还可以进行互换。,2019/3/24,CP
16、 第一章 绪论,47,三、模拟通信系统主要性能指标,有效性可用有效传输频带（B）来度量，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。 可靠性用接收端最终输出信噪比（So/No）来度量。不同调制方式在同样信道信噪比下所得到的最终解调后的信噪比是不同的。 如调频信号抗干扰能力比调幅好，但调频信号所需传输频带却宽于调幅。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,48,四、数字通信系统主要性能指标,有效性可用传输速率来衡量。可靠性可用差错率来衡量。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,49,（一） 有效性指标的具体表述 1. 码元传输速率 定义：单位时间内传输码元的数目；单位：波特（Baud
17、），用符号“B”表示；符号： Tb为码元宽度。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,50,2. 信息传输速率定义：单位时间内传输的信息量；单位：比特/秒(bit/s) ，简记为b/s或bps；符号： ,它与N有关。3. 与 之间的互换（等概）它们之间在数值上有如下关系：,2019/3/24,CP 第一章 绪论,51,4. 多进制与二进制传输速率之间的关系码元速率不变，二进制信息速率与多进制信息速率之间的关系：系统信息速率不变，多进制码元速率与二进制码元速率之间的关系：,2019/3/24,CP 第一章 绪论,52,例1：某数字通信系统用正弦载波的四个相位0度、90度、180度、270度来传
18、输信息，这四个相位是互相独立的。 （1）每秒钟内0度、90度、180度、270度出现的次数分别为500，125，125，250，求此通信系统的码速率和信息速率； （2）每秒钟内这四个相位出现的次数都为250，求此通信系统的码速率和信息速率。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,53,解：（1）每秒钟传输1000个相位,即每秒钟传输1000个符号，即：RB=1000（Bd）,每个符号出现的概率分别为,2019/3/24,CP 第一章 绪论,54,（2）,2019/3/24,CP 第一章 绪论,55,（二）可靠性指标的具体表述 数字通信系统可靠性的指标是利用差错率来衡量。差错率通常有两种表示方
19、法。1. 码元差错率（误码率 ） 发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，也就是说，误码率就是码元在传输系统中被传错的概率。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,56,2. 信息差错率（误信率） 发生差错的信息量在信息传输总量中所占的比例，或者说，它是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,57,例2：一个四进制数字通信系统，码速率为1kBd，连续工作1小时后，接收端收到的错码为10个。 （1）求误码率 （2）四个符号独立等概且错一个码元时发生1bit信息错误，求误信率。,2019/3/24,CP 第一章 绪论,58,解：（1）1小时传输的码数为 ：1*1000*3600=36*105所以误码率为：Pe=10/（36*105） =2.8*10-6,2019/3/24,CP 第一章 绪论,59,（2）1小时传输的信息量为 36*105*2=72*105 错误信息量为10bit, 所以误信率为：Pb=10/（72*105）=1.4*10-6 推而广之，若独立等概的N进制信号在传输过程中发生1个码元错误时仅错1bit信息量，则误信率与误码率之间的关系为：Pb=Pe/log2N,2019/3/24,CP 第一章 绪论,60,作业：1-2， 1-4，1-6，1-7,返回主目录,
