*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,严谨 严格 求实 求是,第一章 绪论,前言,教材：,现代通信原理及应用,，苗长云等编著，电子工业出版社,本教材有一定深度，希望同学们一定要结合其他参考书来学习。,推荐参考书：,通信原理,，樊昌信，国防工业出版社,现代通信原理,，沈葆锁，国防工业出版社,现代通信原理习题指南,，上书的配套习题,准备考天大研究生的同学尤其要关注这两本书,前言（续）,课时安排：理论课（,60,）实验（,15,）,每周一、三：上理论课,每周五（本周除外）：算实验课时（不上课）,答疑：,地点：主,A514,时间：每周二晚（,18:3021:00,）,每周四晚（,18:3021:00,）,前言（续）,关于本课程的基础知识和学习方法,基础知识：,电路基础,概率论,的基本知识,信号与系统,中的付利叶变换（教材,P15,列出常用）,学习方法：,不准备考研的同学：侧重于基本原理和公式的应用,考研的同学：不仅要会用，还要知道来龙去脉,考不同学校的研究生要看不同的参考书，因为侧重点和难度差别很大,第一章 绪论,主要内容,1.1,通信的基本概念,1.2,通信系统的组成,1.3,通信系统分类及通信方式,1.4,信息及其度量,1.5,通信系统的主要性能指标,重点为,1.4,和,1.5,1.1 通信的基本概念,一、通信的几种定义,（,1,）通信的通俗定义：,一点向另一点传递消息的过程,（,2,）通信的专业定义：,利用电（或光）信号的某一个或几个参数（如振幅、频率等）的变化承载信息，在特定物理媒介（称“信道”）中传输、交换和处理的过程。,（,3,）数字通信的本质定义（引用美国数学家和信息论创始人,Shannon,的话）：,通信是在一点尽力恢复另一点“选择”的过程,1.1 通信的基本概念（续）,二、信号的基本分类,消息的载体是信号，而信号可分为两大类：模拟信号和数字信号,连续的模拟信号,t,t,离散的模拟信号,信号的基本分类（续）,2进制数字信号,连续的数字信号,（,2,进制）,t,1 0 0 1 0,离散的数字信号,（,2,进制）,t,1 0 0 1 0,注意：,“数字”,信号的特点是在,取值上（即纵坐标）,是有限多个值的集合,多进制数字信号,连续的数字信号,（,4,进制）,t,（秒）,00 01 10 11 01,0,1,2,3,称为,1,个码元周期,T,b,注意：在多进制数字信号中，,码元,比特,1,2,3,4,1.2 通信系统的组成,由前面通信的定义，我们可知，要完成通信的过程至少要有：,发送信息者（称“信源”）,接收信息者（称“信宿”）,传输信息的通道（称“信道”）,但是很多信号（如语音），如果不经过处理，传输距离很短，而且很容易被干扰；,所以在大多数通信系统中，需要“发送设备”和“接收设备”，它们作用就是使信号传输得更远，质量更好；,它们具体包含了那些部件，其实就是我们这门课要讨论的主要内容。,1.2.1 通信系统的一般模型,如下图所示：,信源,在本书中，特指将原始信息转换成电信号的设备，如麦克风等,发送设备,信道,噪声源,接收设备,信宿,如调制器、功率放大器、天线等,如双绞线、光纤、同轴电缆等。,注意：自由空间也是一种信道,是一种随机信号，对通信有害，,但不可避免。,与是发送设备处理的“逆过程”,在本书中，特指将电信号还原成原始信息的设备，如扬声器等,在上述通用模型中，发送设备对来自信源的信号的处理可能有,2,种情况：,一、直接对模拟信号进行放大和传输（例如无线广播电台、第一代移动通信系统“大哥大”）,二、把模拟信号转换成数字信号（提高抗噪声性能、且易于加密）后，再进行处理和传输，如数字电视、网络电台、,2G/3G/4G,移动通信等,根据这两种不同情况，我们把通信系统分为：,模拟通信系统,和,数字通信系统,2,大类,要点提示：区分模拟还是数字通信系统，要看,信道,中传输的是,模拟信号和还是数字信号,1.2.2 模拟通信系统模型,如下图所示（以调幅/AM广播为例）：,模拟信源,调制器,信道,噪声源,解调器,信宿,人的语音频率在,300Hz,到,4000Hz,之间，无法通过天线发射出去,从这个过程中我们可以知道，实际上，模型中的调制解调器中都包含了放大功能,1.2.3 数字通信系统模型,数字通信系统又可分为,数字基带通信系统（用以传输数字基带信号）,数字频带通信系统（又称“数字调制通信系统”，用以传输数字频带信号）,那么，什么是“数字基带信号”？什么是“数字频带信号”呢？,补充知识：基带信号与频带信号,基带信号：,很多信源输出的信号，含有丰富的低频成分，即，其频谱在低频附近（例如我们说的语音在,3004kHz,，再例如数字电路输出的,TTL,信号）。这些信号我们统称为基带信号,频带信号：,将基带信号从低频段调制到高频段后的信号（又称“已调信号,/,已调波”）,1、数字基带通信系统模型,如下图所示,其原理将在第,7,章详细介绍，此处知道即可,例如局域网通信、,USB,串口通信都属于这一类,2,、数字频带通信系统模型,（教材,P3,的图,1.3,大家可加上“频带”,2,字）,信,源,可能是模拟信源（如麦克风），也可能是数字信源（如计算机）,信,源,编,码,如果信源是数字信源，主要对其压缩、加密等；,如果是信源是模拟信源，则先进行,A/D,变换再进行压缩、加密,信,道,编,码,主要功能是检错和纠错，将在第,12,章详细介绍。,主要目的是为了保证通信的可靠性,数,字,调,制,与模拟调制的作用是类似的：都是为了使通信传输的信息更远、更多、更抗干扰，将在第,8,章详细介绍,信道,噪声源,数,字,解,调,信,道,译,码,信,源,译,码,信,宿,是发送端处理的“逆过程”，不再赘述,随着通信技术的飞速发展，信道编码与数字调制有融合的趋势,怎样理解信源编码和信道编码,信源编码,：根据信源的特点进行的相应的编码处理（主要指的是压缩）。,例如语音可采用,PCM,编码（第,6,章要讲），静止图像有,jpg,编码，动态图像有,mpeg,编码，音乐有,mp3,编码等等,可以看出不同的信源往往有不同的信源编码（这是因为不同的信源的统计特性是不同的）,目的：提高通信的有效性,怎样理解信源编码和信道编码,信道编码,：根据信道的特点进行相应的编码，以使信号适合在这种信道中传输，主要指的是检错、纠错。,如在计算机中普遍用的,CRC(,循环冗余,),编码等,不同的信道往往采用不同的信道编码（因为不同的信道有不同的误码特性）,目的：提高通信的可靠性,1.3,通信系统的分类及通信方式,1.3.1,通信系统的分类,按信道传输的信号种类来分,按传输的媒介种类来分,按信号是否经过调制,模拟通信系统,数字通信系统,有线通信系统,无线通信系统,基带通信系统,频带（调制）通信系统,根据实际情况来确定,（如传输距离）,1.3.1 通信系统的分类（续）,按通信系统承载的业务种类分,电报通信系统,电话通信系统,数据通信系统,图像通信系统,等,Service,按复用的方式分,频分复用（,FDM,）通信系统,时分复用（,TDM,）通信系统,码分复用（,CDM,）通信系统,在,11,章将详细介绍,这些复用方式并不互相排斥，可能同时使用在一个通信系统中，例如在,TD-SCDMA,中就同时使用了,TDM,和,CDM,1.3.2 通信的方式,1,、按信息传输的方向与时间关系划分通信方式分：,1.3.2 通信的方式（续）,2、按数字信号码元排列方式划分通信方式,如打印机与计算机之间,如,USB,、,RS-232,等,1.3.2 通信的方式（续）,3、按照网络结构划分通信方式,点对点通信,网通信,1.4,信息及其量度,(,重点章节,),铁路系统运送货物量多少采用“货运量”（不管运送什么货物）来度量,通信系统中传输信息的多少采用“信息量”来度量。,注意：信息量的大小实际上与内容无关,一个消息对于接收者很有价值（即信息量大）在于这个消息是他不知道的事情或觉得不可能发生的事情（即小概率事件）。,1.4 信息及其量度（续）,即，一条信息发生的概率越小，信息量越大；概率越大（一种极端情况是“必然的事情”信息量为,0,）则信息量越小,于是，对于一条信息,x,，人们用下列公式表示其信息量,I,：,（式,1-4-1,）,之所以取对数是由于信息量的“累加性”决定的,1.4 信息及其量度（续）,信息量的单位由对数底的取值决定。,若对数以2为底时单位是“比特”（bit binary unit的缩写）；,若以e为底时单位是“奈特”（natnature unit的缩写）；,若以10为底时单位是“哈特”（Hart Hartley的缩写）。,通常采用“比特”作为信息量的实用单位。,同学们要掌握的,例题,1.4.1,（顺便引出“信息熵”的概念）,某信源每天播报某地的天气预报，此地晴天、多云、阴、雨的概率分别为,1/2,、,1/4,、,1/8,、,1/8,求：,（,1,）晴、多云、阴、雨的各自所含信息量,（,2,）信息串“晴,-,多云,-,阴,-,晴,-,晴,-,晴,-,多云,-,雨”所含的总信息量,（,3,）此信源的每个消息的平均信息量（称为“信息熵”）,例题,1.4.1,（解）,例题,1.4.1,（解）,称为信息熵，因为其通用公式为,这个公式与物理热力学中的熵很相似。但热力学中的熵总是增加的，而信息熵在通信过程中则总是减小的。,请注意其量纲,（即信息熵）,1.5,通信系统的性能指标,(,重点章节,),通信的,有效性,和,可靠性,是通信系统中最主要的性能指标。,所谓,有效性,，是指消息传输的,“,速度,”,问题,而,可靠性,主要是指消息传输的,“,质量,”,问题,二者是“对立统一”体,例如：在一段固定时间的强干扰下，传输速率越大则误码越多；,检错纠错码加入的冗余信息越多，则越可靠,1.5.1 模拟通信系统的指标,模拟通信系统的有效性指标用所传信号的,有效传输带宽,来表征。,例如收音机调幅电台的带宽通常在,10kHz,左右，而调频电台的带宽通常在,180kHz,左右,模拟通信系统的可靠性指标用整个通信系统的输出信噪比来衡量。,调频的音质明显好于调幅电台,1.5.2 数字通信系统的指标,一、有效性指标,数字通信系统的有效性指标用,传输速率,和,频带利用率,来表征。,1,、传输速率,传输速率有两种表示方法：码元传输速率,R,B,和信息传输速率,R,b,码元传输速率,R,B,简称,传码率,，又称,符号速率,等。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（,Baud,），记为,B,信息传输速率,R,b,简称,传信率,，又称,比特率,等。它是指系统每秒钟传送的信息量，单位是比特,/,秒，常用符号“,bit/s”,表示。,码元速率,R,B,与信息速率,R,b,的关系,在等概率条件下，,4,进制符号每符号的概率为,1/4,，所含信息量为,2bit,8,进制符号每符号的概率为,1/8,，所含信息量为,3bit,可以看出对于等概率,N,进制信源,每传,1,个符号等于传了,log,2,N(bit),信息，所以,对于考研同学的扩展知识,若信源各符号不是等概率的，则,注意：这和上页的结论并不矛盾。,因为,N,进制等概率的信源的熵就是,log,2,N(bit/,符号,),有效性指标之2、频带利用率,又分为,码元频带利用率,和,信息频带利用率,码元频带利用率：,数字通信系统的码元速率,R,B,与其所占频率带宽,B,的比值，即,信息频带利用率,数字通信系统的信息速率,R,b,与其所占频率带宽,B,的比值，即,二、数字通信系统的可靠性指标,主要掌握,这个公式,解：,依题意,则,本章重点小结,1、单个符号的信息量、信源的平均信息量（即“信息熵”）的计算,2、符号速率（又叫“码元速率”、“传号率”）与信息速率（又叫“比特率”、“传信率”）的关系（重点掌握等概率的公式）,3、频带利用率的概念,4、误码率的计算,第一章 作业,教材P11 习题1.10和1.12,