通信原理第7版第1章ppt課件(樊昌信版)

1、卞 靜,緒 論,,通信原理（第7版）,,樊昌信 曹麗娜 編著,第1章,基本概念 信息度量 性能指標(biāo),模型/分類/通信方式信息量/信源熵 有效性/可靠性,本章內(nèi)容:,第1章 緒 論,通信的基本概念,§1.1,,。。。,。。。,1.1.1 通信的發(fā)展,,聲音,音頻信號(hào),將音頻信號(hào)放大、調(diào)制，產(chǎn)生 AM信號(hào)，并耦合到發(fā)射天線,接收天線將電磁波轉(zhuǎn)換為 AM信號(hào)（含有噪聲）,將AM信號(hào)

2、解調(diào)還原為音頻信號(hào)，再經(jīng)音頻功放后，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，還原為聲音。,發(fā)射天線將AM信號(hào)感應(yīng)成可以輻射到大氣中的電磁波 （無線電波）,1.1.2 消息 信息 信號(hào),調(diào)幅（AM）無線廣播系統(tǒng),：消息中蘊(yùn)含的有效內(nèi)容。,：通信系統(tǒng)傳輸?shù)膶?duì)象。形式多種:,,：消息的電表示形式/傳輸載體。,模擬信號(hào)： 數(shù)字信號(hào)：,信號(hào)參量取值連續(xù) 信號(hào)參量取值離散,語音、溫度、圖像 數(shù)據(jù)、文字、符號(hào)

3、???,連續(xù)消息： 離散消息：,,信號(hào),,消息,,信息,,信號(hào),,消息,,信息,傳輸載體,模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào),,表現(xiàn)形式,內(nèi)涵,Q&A,三者關(guān)系,① 模擬信號(hào) 和 數(shù)字信號(hào):,,話筒（聲音傳感器）把聲音轉(zhuǎn)變成音頻信號(hào)；數(shù)字終端把符號(hào)轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)；攝像機(jī)把圖像轉(zhuǎn)變成視頻信號(hào)；熱敏電阻（溫度傳感器）把溫度轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。,,② 消息 ~ 電信號(hào)的轉(zhuǎn)換:,傳感器,,,,基于以上對(duì) 消息 、信息 和 信號(hào) 的

4、理解：,,通信,通信系統(tǒng)模型,§1.2,,,,,,,,,,,,1.2.1 通信系統(tǒng)一般模型,,消息 → 電信號(hào)如 電話機(jī)的話筒把聲音→音頻信號(hào),電信號(hào) → 消息如電話機(jī)的聽筒把音頻信號(hào)→聲音,原始電信號(hào)→適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。如 編碼、調(diào)制,其功能與發(fā)送設(shè)備相反。 如 譯碼、解調(diào),destination,source,transmitter,receiver,channel,noise,能傳輸信號(hào)的 各種物理媒介

5、,,,模擬消息 ? 原始電信號(hào)（基帶） 基帶信號(hào) ? 已 調(diào) 信號(hào)（帶通）,1.2.2 模擬通信系統(tǒng)模型,兩對(duì)重要變換：,,,信源編碼：模/數(shù)轉(zhuǎn)換 提高有效性,信道編碼：增強(qiáng)抗干擾能力,1.2.3 數(shù)字通信系統(tǒng)模型,抗干擾能力強(qiáng)，且噪聲不積累；傳輸差錯(cuò)可控；便于處理、變換、存儲(chǔ)；便于將來自不同信源的信號(hào)綜合傳輸；易于集成；易于加密。,可能需要較大的傳輸帶寬；對(duì)同步要求高。,優(yōu)點(diǎn),缺點(diǎn),1.2.4 數(shù)字通信的特點(diǎn)

6、,通信系統(tǒng)分類 與 通信方式,§1.3,,,,,,,詳見表3-1,按復(fù)用方式劃分：頻分、時(shí)分、碼分復(fù)用。同一個(gè)通信系統(tǒng)可以分屬于不同分類。 ? AM廣播系統(tǒng)——中短波通信、模擬通信、 帶通傳輸系統(tǒng)（調(diào)制系統(tǒng)）。,1.3.1 通信系統(tǒng)分類,單工通信： （單向）半雙工通信： （雙向、不同時(shí)）全雙工通信： （雙向、同時(shí)

7、）,按傳輸方向和時(shí)間分：,1.3.2 通信方式,,,,在并行信道上同時(shí)傳輸 n 個(gè)比特信息。,按數(shù)字碼元傳輸時(shí)序分：,并行傳輸：,串行傳輸：,,0 1 1 0 0 1 0 0 1 101010,串行傳輸：,數(shù)字碼元序列按時(shí)間順序一個(gè)接一個(gè)地在一條信道中傳輸。,基本概念 信息度量 性能指標(biāo),模型/分類/通信方式信息量/信源熵 有效性/可靠性,本章內(nèi)容:,第1章 緒 論,信息及其度量,

8、67;1.4,信息是消息的內(nèi)涵；通信的目的在于傳輸消息中所包含的信息；消息中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息；信息量就是對(duì)這種不確定性的定量描述。,引言,信息具有以下特性：,在當(dāng)今信息社會(huì)中，信息是最寶貴的資源之一。,原則：度量方法與消息的種類無關(guān)。與消息的重要程度無關(guān)。舉例：“美國世貿(mào)大樓被炸（9.11事件）”（時(shí)效性） “明天下雨”可見：消息中所含信息量和不可預(yù)測(cè)性或不確定性有關(guān)。消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生，信息量就越

9、大。,如何度量消息中所含的信息量 ?,,根據(jù)概率論知識(shí)：事件的不確定性 可用事件出現(xiàn)的概率來描述。,？,原則：度量方法與消息的種類無關(guān)。與消息的重要程度無關(guān)。舉例：“美國世貿(mào)大樓被炸（9.11事件）”（時(shí)效性） “明天下雨”可見：消息中所含信息量和不可預(yù)測(cè)性或不確定性有關(guān)。消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。,如何度量消息中所含的信息量 ?,？,,根據(jù)概率論知識(shí)：事件的不確定性 可用事件出現(xiàn)的概率來描

10、述。,信息量 I 可用概率 P 來度量： I = f [P(x)],,P ?1，I?0P ?0，I??P(x) I(y)相加性,a= 2，比特(bit) ，簡記為ba= e，奈特(nat) a=10，哈特萊(Hartley),,1 nat=1.44 b,為什么 取對(duì)數(shù) ？,1. 離散消息 x 的信息量,概率相同，每個(gè)符號(hào)蘊(yùn)含的信息量也相同； 二進(jìn)制的每個(gè)碼元含 1 （b) 四進(jìn)制的每個(gè)碼元含

11、 2 （b) 推廣：M進(jìn)制的每個(gè)碼元含 log2M （b),,,,,【1-1】二進(jìn)制信源（0，1）,【1-2】四進(jìn)制信源（0，1，2, 3）,每個(gè)四進(jìn)制符號(hào)可用 2 個(gè)二進(jìn)制符號(hào)表示。,解：,試求：等概獨(dú)立發(fā)送符號(hào)時(shí)，每個(gè)符號(hào)的信息量 。,評(píng)注,—— 信源中每個(gè)符號(hào)所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值。 設(shè) 則 統(tǒng)計(jì)

12、獨(dú)立的M個(gè)符號(hào)的離散信源的平均信息量為 H與熱力學(xué)中的熵形式一樣，故稱為信源的熵。,,2. 離散信源的平均信息量 ——信源中每個(gè)符號(hào)所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值。,2. 離散消息的平均信息量,,,,,解,利用信息相加性概念來計(jì)算：,評(píng)注,利用熵的概念來計(jì)算：,解：,歸納：,基本概念 信息度量 性能指標(biāo),模型/分類/通信方式信息量/信源熵 有效性/可靠性,本章內(nèi)容:,第1章

13、 緒 論,通信系統(tǒng)性能指標(biāo),§1.5,,,,,,,可靠性,Headline,Headline,text,,,,有效性,性能指標(biāo),模 擬 通 信,數(shù) 字 通 信,傳輸帶寬 輸出信噪比,頻帶利用率 差錯(cuò)概率,矛盾、關(guān)聯(lián)、互換,例如：1秒內(nèi)傳輸1000個(gè)碼元，則 RB =1000 Baud,與進(jìn)制數(shù) 有關(guān)嗎 ？,與信源統(tǒng)計(jì)特性有關(guān)嗎 ？,1.5.1 數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo),Rb與 RB的關(guān)系——,,

14、H為紐帶,數(shù)值相等單位不同,（3）頻帶利用率——把 B 與 傳輸速率 聯(lián)系起來定義為單位帶寬內(nèi)的傳輸速率，即,,,,（1）誤碼率 Pe,二進(jìn)制：Pb=Pe ； M進(jìn)制：Pb<Pe ； why ?,（2）誤信率(誤比特率） Pb,1.5.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo),本章小結(jié)： 術(shù)語，模型，分類，通信方式 數(shù)字通信的優(yōu)缺點(diǎn) 信息量：Ii ，H，I總 RB，Rb，η；Pe ，Pb,例題1、對(duì)于同樣以24

15、00b/s比特率發(fā)送的信號(hào)，若A系統(tǒng)以2PSK調(diào)制方式傳輸時(shí)所需帶寬為2400hz，而B系統(tǒng)以4PSK調(diào)制方式傳輸時(shí)所需帶寬為1200hz，哪個(gè)系統(tǒng)更有效？,例題1、對(duì)于同樣以2400b/s比特率發(fā)送的信號(hào)，若A系統(tǒng)以2PSK調(diào)制方式傳輸時(shí)所需帶寬為2400hz，而B系統(tǒng)以4PSK調(diào)制方式傳輸時(shí)所需帶寬為1200hz，哪個(gè)系統(tǒng)更有效？ Ａ：　?。拢?頻帶利用率,√,例題２、某數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳送二進(jìn)制碼元的速率為1200b/

16、sBaud，求該系統(tǒng)的信息速率。若該系統(tǒng)改為傳送八進(jìn)制信號(hào)碼元，碼元速率不變，則系統(tǒng)信息速率為多少？,例題２、某數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳送二進(jìn)制碼元的速率為1200b/sBaud，求該系統(tǒng)的信息速率。若該系統(tǒng)改為傳送八進(jìn)制信號(hào)碼元，碼元速率不變，則系統(tǒng)信息速率為多少？,例題3、某四進(jìn)制傳輸系統(tǒng)，每個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間（寬度）為833*10-6 s，連續(xù)工作1h后，接收到6個(gè)錯(cuò)碼，且每個(gè)錯(cuò)誤碼元中僅發(fā)生1bit錯(cuò)誤。求： （1）該系統(tǒng)的碼元速率

17、和信息速率 （2）該系統(tǒng)的誤碼率和誤信率（誤比特率）,3、某四進(jìn)制傳輸系統(tǒng)，每個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間（寬度）為833*10-6 s，連續(xù)工作1h后，接收到6個(gè)錯(cuò)碼，且每個(gè)錯(cuò)誤碼元中僅發(fā)生1bit錯(cuò)誤。求： （1）該系統(tǒng)的碼元速率和信息速率,3、某四進(jìn)制傳輸系統(tǒng)，每個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間（寬度）為833*10-6 s，連續(xù)工作1h后，接收到6個(gè)錯(cuò)碼，且每個(gè)錯(cuò)誤碼元中僅發(fā)生1bit錯(cuò)誤。求：（2）該系統(tǒng)的誤碼率和誤信率（誤比特率）碼元總數(shù)：