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1、课 件,绪 论,通信原理（第7版）,樊昌信 曹丽娜 编著,第1章,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,通信的基本概念,1.1,。,。,1.1.1 通信的发展,什么是通信？,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,：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
2、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,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, 模拟信号 和 数字信号:,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:,基于以上对 消息 、信息 和 信号 的理解：,通信,通信系统模型,1.2,1.2.1 通信系统一般模型,一般通信系统,消息 电信号如 电话机的话筒把声音音频信号,电
3、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,涉及的相关理论信号与系统、电路分析、电子线路、交换理论、排队论、同步、通信网等,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：,模拟通信系统,信源编码：模/数转换 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,数字通信系统,加密解密：保证信息安全,抗干
4、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,通信系统分类 与 通信方式,1.3,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,单工通信： （单向）半双工通信： （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,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
5、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。,串并通信方式,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,信息及其度量,1.4,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。,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
6、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。,？,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。,信息量 I 可用概率 P 来度量： I = f P(x),P 1，I0P 0，IP(x)
7、 I(y)相加性,a= 2，比特(bit) ，简记为ba= 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 log2M （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, 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
8、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. 离散消息的平均信息量,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：,归纳：,练习四进制离散信源输出四个独立符号A、B、C、D。 1）A、B、C、D出现的概率分别为1/4、1/8、1/8、 1/2， 求A、B、C、D每个符号所携带的信息量 和信源熵。 2）信息源发出了一条消息，该消息含有105个符号，求该消息的总信息量。 3）什么情况下，该消息能得到最大的总信息量，此时，消息的总信息量是多少。,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,通信系统性
9、能指标,1.5,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,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,物理内涵？,H为纽带,（3）频带利用率把 B 与 传输速率 联系起来定义为单位带宽内的传输速率，即,Q&A,（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
10、性指标,练习【例1】已知二进制数字信号在2分钟内共传送了72000个 码元，问：（1）其码元速率和信息速率各为多少？（2）如果码元宽度不变（即码元速率不变），但改为八进 制数字信号，问其码元速率为多少？信息速率为多少？【例2】已知某八进制数字通信系统的信息速率为12000b/s，在接收端半小时内共测得错误码元数216个，求系统误码率。,【例3】某信源由A、B、C和D组成，且这四个符号相互独 立，每秒钟内A、B、C和D出现的次数分别为500、 125、125和250； 求（1）此通信系统的传码率和信息速率； （2）此信源的最大可能信息速率。【例4】设在128ms内传输256个二进制码元，若在2秒内有 4个码元产生错误，则误码率为多少？,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,配套辅导教材：,曹丽娜 樊昌信,编著,国防工业出版社,整理知识 归纳结论梳理关系 引导主线剖析难点 解惑疑点强化重点 点击考点,谢谢！,
