《通信原理》課件

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1、通 信 原 理 通 信 原 理 是 電 子 信 息 與 科 學(xué) 技 術(shù) 專(zhuān) 業(yè) 專(zhuān)業(yè) 課 ,理 論 是 52(72)學(xué) 時(shí) ,實(shí) 驗(yàn) 24學(xué) 時(shí)參 考 書(shū)1.現(xiàn) 代 通 信 原 理 曹 志 剛 錢(qián) 亞 生 清 華 大 學(xué) 出 版 社 2001年 3月 2.通 信 原 理 簡(jiǎn) 明 教 程 南 利 平 編 著清 華 大 學(xué) 出 版 社 1999年 11月 通 信 原 理 3.通 信 原 理 (第 四 版 ) 樊 昌 信 徐 炳 祥 吳 成 柯 編著 國(guó) 防 工 業(yè) 出 版 社 我 們 以 樊 昌 信 通 信 原 理 (第 五 版 ) 的 內(nèi) 容 來(lái)講 ,具 體 要 求 由 西 北 工 業(yè) 大 學(xué)

2、的 要 求 ,對(duì) 考 研 的同 學(xué) 也 有 利 的 。 要 學(xué) 好 這 門(mén) 課 :(1)概 念 清 楚 ;(2)框 圖 的 理 解(包 括 波 形 );(3)數(shù) 學(xué) 知 識(shí) 抓 住 這 3點(diǎn) 第 1章 緒 論 第 1章 的 主 要 內(nèi) 容 有 以 下 幾 個(gè) 1.通 信 的 基 本 概 念 ; 2.通 信 系 統(tǒng) 的 組 成 及 分 類(lèi) ; 3.信 息 及 其 度 量 ; 4.通 信 系 統(tǒng) 的 主 要 性 能 指 標(biāo) ; 1.1引 言 通 信 發(fā) 展 非 常 快 ,現(xiàn) 在 社 會(huì) 發(fā) 展 中 必 不 可 少的 ,有 的 書(shū) 上 說(shuō) 沒(méi) 有 通 信 ,人 類(lèi) 社 會(huì) 是 不 可 想 象 的 ,

3、社 會(huì) 生 產(chǎn) 力 水 平 要 求 通 信 水 平 與 之 相 適 應(yīng) 。 以 下 看 幾 個(gè) 概 念 。 1.通 信 :消 息 傳 遞 的 全 過(guò) 程 ,即 信 息 的 傳 輸 與 交換 。 2.消 息 :是 有 待 于 傳 輸 的 語(yǔ) 言 ,活 動(dòng) 圖 片 和 文字 ,數(shù) 據(jù) 等 。 前 者 稱(chēng) 為 連 續(xù) 消 息 ,后 者 稱(chēng) 為 離 散消 息 ,它 們 均 具 有 不 確 定 性 (隨 機(jī) 性 )。 3.信 息 :消 息 中 包 含 的 有 意 義 的 內(nèi) 容 。 不 同形 式 的 消 息 可 以 包 含 相 同 的 信 息 。 4.信 號(hào) :與 信 息 一 一 對(duì) 應(yīng) 的 電 量 ,

4、是 信 息 的物 質(zhì) 載 體 .它 有 模 擬 信 號(hào) 和 數(shù) 字 信 號(hào) 之 分 。 1.2通 信 系 統(tǒng) 的 組 成 通 信 的 目 的 是 傳 遞 消 息 ,目 前 通 信 業(yè) 務(wù) 可 分為 :電 報(bào) ,電 話(huà) ,傳 真 ,數(shù) 據(jù) 傳 輸 及 可 視 電 話(huà) 等 。 如廣 義 角 度 看 ,則 廣 播 ,電 視 ,雷 達(dá) ,導(dǎo) 航 ,遙 測(cè) ,遙 控 等也 可 列 入 通 信 的 范 疇 。 基 本 的 點(diǎn) 對(duì) 點(diǎn) 通 信 ,均 是 把發(fā) 端 的 消 息 傳 遞 到 接 收 端 。 1.2.1 通 信 系 統(tǒng) 模 型1. 通 信 系 統(tǒng) 模 型 當(dāng) 今 社 會(huì) 的 三 大 資 源 :信

5、息 .物 質(zhì) .能 源信道信息源發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備受信者噪聲發(fā) 送 端 接 收 端消 息 的 發(fā) 出 者 將 原 始 電 信 號(hào) 轉(zhuǎn)換 成 適 合 信 道 中傳 輸 的 形 式 信 號(hào) 的 傳 輸 通 道完 成 與 發(fā) 送 設(shè) 備工 作 相 反 過(guò) 程 消 息 的 接 收 者 線 路 及 系 統(tǒng) 各 部 分的 噪 聲 集 中 體 現(xiàn) 2. 各 框 的 作 用 (1)信 息 源 :是 把 各 種 可 能 消 息 轉(zhuǎn) 換 成 原 始 電 信號(hào) (非 電 /電 轉(zhuǎn) 換 )。 (2)發(fā) 送 設(shè) 備 :為 了 原 始 電 信 號(hào) 適 合 在 信 道 中 傳輸 ,由 發(fā) 送 設(shè) 備 對(duì) 原 始 電 信 號(hào)

6、完 成 某 種 變 換 (包 括編 碼 和 調(diào) 制 ),然 后 再 送 入 信 道 。 基 本 功 能 是 將 信源 和 信 道 匹 配 。 (3)信 道 :是 指 信 號(hào) 傳 輸 的 通 道 ,即 傳 輸 媒 質(zhì) ,分為 有 線 和 無(wú) 線 兩 類(lèi) 。 (4)噪 聲 源 :是 信 道 中 的 噪 聲 以 及 分 散 在 通 信系 統(tǒng) 其 它 各 處 的 噪 聲 的 集 中 表 示 。 (5)接 收 設(shè) 備 :接 收 設(shè) 備 的 功 能 與 發(fā) 送 設(shè) 備 的相 反 的 ,它 能 從 接 收 信 號(hào) 中 恢 復(fù) 出 相 應(yīng) 的 原 始 信號(hào) ,而 受 信 者 (信 宿 )是 將 復(fù) 原 的 原

7、 始 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 成相 應(yīng) 的 消 息 。 信 息 源 和 發(fā) 送 設(shè) 備 統(tǒng) 稱(chēng) 為 發(fā) 送 端 ;接 收 設(shè) 備 和受 信 者 統(tǒng) 稱(chēng) 為 接 收 端 。1.2.2模 擬 通 信 與 數(shù) 字 通 信 系 統(tǒng) 模 型 因 為 消 息 有 離 散 消 息 與 連 續(xù) 消 息 ,與 它 對(duì) 應(yīng) 的信 號(hào) 有 模 擬 信 號(hào) 和 數(shù) 字 信 號(hào) ,所 以 就 有 模 擬 通 信 與數(shù) 字 通 信 系 統(tǒng) 之 分 。 1.模 擬 通 信 系 統(tǒng) 模 型信道信息源調(diào)制器解調(diào)器受信者噪聲 該 模 型 與 簡(jiǎn) 化 模 型 比 較 的 話(huà) 發(fā) 端 多 個(gè) 調(diào) 制 器(或 發(fā) 送 設(shè) 備 用 調(diào) 制 器

8、換 了 ),接 收 端 的 接 收 設(shè) 備 用解 調(diào) 器 換 的 。 模 擬 通 信 中 的 兩 種 變 換 : (1)發(fā) 送 端 的 連 續(xù) 消 息 要 變 換 成 原 始 電 信 號(hào) (非電 /電 轉(zhuǎn) 換 ),接 收 端 收 到 的 信 號(hào) 要 反 變 換 成 連 續(xù) 消息 (電 /非 電 轉(zhuǎn) 換 )。 即 非 電 /電 轉(zhuǎn) 換 和 電 /非 電 轉(zhuǎn) 換 。 (2)將 原 始 電 信 號(hào) 變 換 成 其 頻 帶 適 合 信 道 傳 輸?shù)?信 號(hào) ,稱(chēng) 為 調(diào) 制 ,接 收 端 進(jìn) 行 反 變 換 ,稱(chēng) 為 解 調(diào) 。 (3)經(jīng) 過(guò) 調(diào) 制 后 的 信 號(hào) 稱(chēng) 為 已 調(diào) 信 號(hào) ,有 兩

9、個(gè) 基本 特 征 :一 是 攜 帶 有 消 息 ;二 是 適 應(yīng) 在 信 道 中 傳 輸 。 (4)發(fā) 送 端 調(diào) 制 前 和 接 收 端 解 調(diào) 后 的 信 號(hào) 稱(chēng) 為基 帶 信 號(hào) ,原 始 信 號(hào) 也 稱(chēng) 基 帶 信 號(hào) ,而 已 調(diào) 信 號(hào) 稱(chēng)為 頻 帶 信 號(hào) 。 但 模 擬 通 信 系 統(tǒng) 不 僅 以 上 兩 種 變 換 外 還 有 ,濾波 器 ,放 大 ,變 頻 ,輻 射 等 。2.數(shù) 字 通 信 系 統(tǒng) 模 型 (1)數(shù) 字 通 信 系 統(tǒng) 模 型 數(shù) 字 通 信 系 統(tǒng) 頻 帶 傳 輸 (需 要 載 波 的 通 信 )信息源信源編碼信道編碼調(diào)制器信道解調(diào)器信道譯碼信道解碼受信

10、者噪聲數(shù) 字 通 信 系 統(tǒng) 基 帶 傳 輸 (不 需 要 載 波 的 通 信 )信道信息源基帶信號(hào)形成接收濾波器受信者 噪聲 信 源 和 受 信 者 _信 源 的 作 用 是 把 消 息 轉(zhuǎn)換 成 原 始 的 電 信 號(hào) ,即 基 帶 信 號(hào) ,完 成 非 電 /電的 轉(zhuǎn) 換 (A/D);受 信 者 的 作 用 是 把 復(fù) 原 的 電 信 號(hào)轉(zhuǎn) 換 成 相 應(yīng) 的 消 息 ,即 基 帶 信 號(hào) ,完 成 電 /非 電的 轉(zhuǎn) 換 (D/A)。 (2)數(shù) 字 通 信 系 統(tǒng) 各 部 分 的 作 用 信 源 編 碼 和 信 源 解 碼 信 源 編 碼 有 兩 個(gè) 作 用 ,其 一 :進(jìn) 行 模 /

11、數(shù) 轉(zhuǎn) 換 (A/D),其 二 :數(shù) 據(jù) 壓 縮 ,即 設(shè) 法 降 低 數(shù) 字 信 號(hào) 的 數(shù) 碼 率 ;信 源 解 碼 是 信 源 編 碼 的 逆 過(guò) 程 。 信 道 編 碼 與 解 碼 數(shù) 字 信 號(hào) 在 信 道 中 傳 輸 時(shí) ,由 于 噪 聲 影 響 ,會(huì) 引起 差 錯(cuò) .使 數(shù) 字 信 號(hào) 適 應(yīng) 信 道 所 進(jìn) 行 的 變 換 稱(chēng) 為信 道 編 碼 。 信 道 編 碼 的 目 的 就 是 提 高 通 信 系 統(tǒng) 的抗 干 擾 能 力 盡 量 控 制 差 錯(cuò) ,保 證 通 信 質(zhì) 量 。 信 道 解 碼 是 信 道 編 碼 反 過(guò) 程 。 調(diào) 制 和 解 調(diào) :數(shù) 字 調(diào) 制 的 任

12、 務(wù) 是 把 各 種 數(shù)字 基 帶 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 成 適 應(yīng) 于 信 道 傳 輸 的 數(shù) 字 頻 帶信 號(hào) 。 經(jīng) 變 換 后 的 已 調(diào) 信 號(hào) 有 兩 個(gè) 基 本 特 征 :一是 攜 帶 信 息 ,二 是 適 應(yīng) 在 信 道 中 傳 輸 。 數(shù) 字 解調(diào)是 數(shù) 字 調(diào) 制 的 逆 變 換 。 信 道 :信 道 是 信 號(hào) 傳 輸 的 通 道 (媒 質(zhì) )。 信 道分 為 有 線 和 無(wú) 線 信 道 .在 某 些 有 線 信 道 中 ,若 傳 輸距 離 不 遠(yuǎn) ,通 信 容 量 不 大 時(shí) ,數(shù) 字 基 帶 信 號(hào) 可 以 直接 傳 送 ,稱(chēng) 為 基 帶 傳 輸 ;而 在 無(wú) 線 信 道

13、和 光 纜 信 道中 ,數(shù) 字 基 帶 信 號(hào) 必 須 經(jīng) 過(guò) 調(diào) 制 ,即 把 信 號(hào) 頻 譜 搬移 到 高 處 才 能 傳 輸 ,這 種 傳 輸 稱(chēng) 為 頻 帶 傳 輸 。 最 佳 接 收 和 同 步 :依 據(jù) 最 小 差 錯(cuò) 準(zhǔn) 則 進(jìn)行 接 收 ,可 以 合 理 設(shè) 計(jì) 接 收 機(jī) 達(dá) 到 最 佳 。 同 步是 使收 發(fā) 兩 端 信 號(hào) 在 時(shí) 間 上 保 持 步 調(diào) 一 致 ， 按 照 同步 的 作 用 不 同 ， 分 為 載 波 同 步 、 位 同 步 和 網(wǎng) 同步 。 同 步 是 保 證 數(shù) 字 通 信 系 統(tǒng) 有 序 、 準(zhǔn) 確 、 可靠 工 作 的 前 提 條 件 。 3.數(shù)

14、 字 通 信 系 統(tǒng) 的 特 點(diǎn) 相 對(duì) 模 擬 通 信 系 統(tǒng) 而 言 的 （ 1） 優(yōu) 點(diǎn) 抗 干 擾 能 力 強(qiáng) ， 無(wú) 噪 聲 積 累 ； 便 于 加 密 處 理 ， 保 密 性 強(qiáng) ； 采 用 差 錯(cuò) 控 制 技 術(shù) ， 改 善 傳 輸 質(zhì) 量 ； 便 于 集 成 化 ， 使 通 信 設(shè) 備 微 型 化 ； 利 用 現(xiàn) 代 計(jì) 算 機(jī) 技 術(shù) ， 便 于 對(duì) 信 息 進(jìn) 行 處理 、 存 儲(chǔ) 、 變 換 。 （ 2） 缺 點(diǎn) 占 據(jù) 系 統(tǒng) 頻 帶 寬 ， 頻 帶 利 用 率 不 高 。 一 路模 擬 電 話(huà) 占 4KHz帶 寬 ， 而 一 路 數(shù) 字 電 話(huà) 占2064KHz帶 寬

15、 ； 對(duì) 同 步 要 求 高 ， 系 統(tǒng) 設(shè) 備 比 較 復(fù) 雜 。 通 信 系 統(tǒng) 蜂 窩 移 動(dòng) 通 信 系 統(tǒng) 1.3通 信 系 統(tǒng) 的 組 成 1.3.1通 信 系 統(tǒng) 分 類(lèi) 1.按 消 息 的 物 理 特 征 分 類(lèi) :（ 1） 狹 義 上 ,電 話(huà) 、電 報(bào) 、 數(shù) 據(jù) 、 圖 像 通 信 系 統(tǒng) 等 ； （ 2） 廣 義 上 ,遙測(cè) 、 遙 控 、 遙 感 、 遙 調(diào) 通 信 系 統(tǒng) 等 。 2.按 調(diào) 制 方 式 分 為 :（ 1） 基 帶 傳 輸 ， 把 基 帶 信號(hào) 直 接 傳 送 （ 如 市 內(nèi) 音 頻 電 話(huà) ） ； （ 2） 頻 帶 傳輸 ， 對(duì) 各 種 信 號(hào) 調(diào)

16、 制 后 傳 輸 的 總 稱(chēng) 。 調(diào) 制 方 式 很 多 ， P5.表 1-1,表 中 有 載 波 調(diào) 制 和 脈 沖 調(diào) 制 等 。 3.按 信 號(hào) 特 征 分 類(lèi) :模 擬 通 信 系 統(tǒng) 和 數(shù) 字 通 信系 統(tǒng) 。 4.按 傳 輸 媒 介 分 類(lèi) :有 線 (包 括 光 纖 )和 無(wú) 線 之 分 。可 以 查 看 表 1-2。 5.按 信 號(hào) 復(fù) 用 方 式 分 類(lèi) :有 3種 , (1)頻 分 復(fù) 用 :是 用 頻 譜 搬 移 的 方 法 使 不 同 信 號(hào)占 據(jù) 不 同 的 頻 率 范 圍 (FDM,模 擬 通 信 用 的 ); 2 (2)時(shí) 分 復(fù) 用 :是 用 抽 樣 或 脈

17、沖 調(diào) 制 方 法 使 不 同信 號(hào) 占 據(jù) 不 同 的 時(shí) 間 區(qū) 間 (TDM,GSM就 是 數(shù) 字 通信 用 的 ). (3)碼 分 復(fù) 用 :是 用 一 組 包 含 互 相 正 交 的 碼 子 的碼 組 攜 帶 多 路 信 號(hào) (CDM, 現(xiàn) 在 CDMA就 是 這 種 通信 ,可 以 說(shuō) 綠 色 手 機(jī) 之 稱(chēng) ,信 號(hào) 幅 度 非 常 小 ,無(wú) 輻 射 ,對(duì) 腦 子 沒(méi) 有 害 處 ,不 僅 的 2、 3年 移 動(dòng) 也 要 用 CDMA技 術(shù) )。 6.按 通 信 網(wǎng) 絡(luò) 分 類(lèi) :專(zhuān) 線 通 信 （ 點(diǎn) 對(duì) 點(diǎn) ） 、 網(wǎng)通 信 （ 多 點(diǎn) 間 ） 。 1.3.2通 信 方 式

18、對(duì) 于 點(diǎn) 與 點(diǎn) 之 間 的 通 信 ， 按 消 息 傳 送 的 方 向與 時(shí) 間 關(guān) 系 通 信 方 式 可 分 為 單 工 通 信 、 半 雙 工 通信 、 全 雙 工 通 信 三 種 。 1.單 工 通 信 :是 指 消 息 只 能 單 方 向 傳 輸 的 工 作方 式 。 發(fā)端信道收端發(fā)端收端信道發(fā)端收端單 工 通 信半 雙 工 通 信 2.半 雙 工 通 信 :是 指 通 信 雙 方 都 能 收 發(fā) 消 息 ，但 不 能 同 時(shí) 進(jìn) 行 收 發(fā) 的 工 作 方 式 ， 如 同 一 載 頻的 無(wú) 線 對(duì) 講 機(jī) 。 示 意 圖 如 下 3.全 雙 工 通 信 :是 指 通 信 雙 方

19、 可 同 時(shí) 進(jìn) 行 收 發(fā)消 息 的 工 作 方 式 ， 如 電 話(huà) 等 。 示 意 圖 如 下 發(fā)端收端信道信道收端發(fā)端全 雙 工 通 信 4.數(shù) 字 通 信 的 串 行 傳 輸 與 并 行 傳 輸 （ 1） 串 行 傳 輸 ： 是 將 數(shù) 字 信 號(hào) 碼 元 序 列 按 時(shí)間 循 序 一 個(gè) 接 一 個(gè) 地 在 信 道 中 傳 輸 。 如 下 圖 所 示 . （ 2） 并 行 傳 輸 ： 是 將 數(shù) 字 信 號(hào) 碼 元 序 列 分 割成 兩 路 或 兩 路 以 上 的 數(shù) 字 信 號(hào) 碼 元 序 列 同 時(shí) 在信 道 中 傳 輸 的 方 式 。 示 意 圖 如 下 (b)所 示 。 通

20、信 發(fā) 展 歷 史 回 顧1838 莫 爾 斯 有 線 電 報(bào) 1948 晶 體 管 香 農(nóng) IT 通 信 統(tǒng) 計(jì) 理 論 建 立1864 麥 克 斯 韋 爾 電 磁 輻 射 方 程 1950 時(shí) 分 多 路 通 信 應(yīng) 用 于 電 話(huà)1876 貝 爾 電 話(huà) 1956 越 洋 電 話(huà) 鋪 設(shè)1896 馬 克 尼 無(wú) 線 電 報(bào) 1957 第 一 顆 人 造 衛(wèi) 星 發(fā) 射1906 真 空 管 1958 第 一 顆 通 信 衛(wèi) 星 發(fā) 射1918 調(diào) 幅 廣 播 超 外 差 接 收 機(jī) 1960 發(fā) 明 激 光1925 三 路 明 線 載 波 電 話(huà) 多 路 通 信 1961 發(fā) 明 集 成

21、電 路 1936 調(diào) 頻 廣 播 1962 第 一 顆 同 步 通 信 衛(wèi) 星 PCM進(jìn) 入 實(shí) 用1937 脈 沖 編 碼 調(diào) 制 1960 彩 電 數(shù) 字 傳 輸 理 論 高 速 計(jì) 算 機(jī)1938 電 視 廣 播 1970 LSI 商 用 衛(wèi) 星 程 控 交 換 光 纖 通 訊1940 二 戰(zhàn) 刺 激 雷 達(dá) 和 微 波 系 統(tǒng) 發(fā) 展 1980 SLSI 長(zhǎng) 波 光 纖 通 信 ISDN 3G 發(fā)送設(shè)備 接收設(shè)備 發(fā)送設(shè)備 接收設(shè)備 1 0 1（ a） 串 行 傳 輸 （ b） 并 行 傳 輸 （ a） （ b） 1.息 信 量 的 計(jì) 算 概 率 論 告 訴 我 們 ,事 件 的 不

22、 確 定 程 度 ,可 以 用 其1.4信 息 及 其 度 量 出 現(xiàn) 的 概 率 來(lái) 描 述 。 亦 即 事 件 出 現(xiàn) 的 可 能 性 愈小 ， 則 概 率 就 愈 小 ； 反 之 ， 則 概 率 就 愈 大 。 據(jù)于這 樣 認(rèn) 識(shí) ， 我 們 得 到 ， 消 息 中 的 信 息 量 與 信 息發(fā)生 的 概 率 緊 密 相 關(guān) ， 消 息 出 現(xiàn) 的 概 率 愈 小 ， 則消息 中 包 含 的 信 息 量 就 愈 大 。 如 果 事 件 是 必 然 的（ 概 率 為 1） ， 則 它 傳 遞 的 信 息 量 為 零 ； 如 果 事件 是 不 可 能 的 （ 概 率 為 0） ， 則 它 將

23、 有 無(wú) 窮 的 信息 量 ， 即 P （ 概 率 為 P ） I (信 息 量 用 I） , P I 。 如 果 我 們 得 到 不 是 由 一 個(gè) 事 件 構(gòu) 成而 是 由 若 干 個(gè) 獨(dú) 立 事 件 構(gòu) 成 的 消 息 ， 那 么 我 們得 到 的 總 的 信 息 量 ， 就 是 若 干 個(gè) 獨(dú) 立 事 件 的 信 息 量的 總 和 。 綜 上 ， I與 消 息 x出 現(xiàn) 的 概 率 p(x)有 如 下 規(guī) 律 ： （ ） 消 息 中 所 含 的 信 息 量 I是 出 現(xiàn) 該 消 息 的 概率 p(x)的 函 數(shù) ， 即 （ . ） （ ） 消 息 的 出 現(xiàn) 概 率 越 小 ， 它 所

24、 含 的 息 信 量越 大 ； 反 之 信 息 量 越 小 ， 且 p(x) 時(shí) ， I 。 （ ） 若 干 個(gè) 互 相 獨(dú) 立 的 事 件 構(gòu) 成 的 消 息 ， 所含 息 信 量 等 于 各 獨(dú) 立 事 件 息 信 量 之 和 ， 即 （ . ） )(xpII )()(),(),( 2121 xpIxpIxpxpI （ ） I與 p(x)的 關(guān) 系 為 ， 不 難 看 出 （ . ） （ ） I的 單 位 ： 如 果 對(duì) 數(shù) 的 底 取 a=2， 則 信 息量 的 單 位 為 比 特 （ bit） ； 如 果 取 e為 對(duì) 數(shù) 的 底 ，則 信 息 量 的 單 位 為 奈 特 （ nit）

25、 ； 若 取 a=10為 底， 則 信 息 量 的 單 位 稱(chēng) 為 十 進(jìn) 制 單 位 或 哈 特 來(lái)（ hart） ； 廣 泛 使 用 比 特 （ bit） 。)(log)(1log xpxpI aa 例：當(dāng)二進(jìn)制符號(hào)“0”“1”等概獨(dú)立出現(xiàn)時(shí)，每個(gè)符號(hào)所含信息量為多少?解:每個(gè)符號(hào)所含信息量為 bitpI 12log1log 122 例：M進(jìn)制符號(hào)獨(dú)立等概出現(xiàn)，則每個(gè)符號(hào)所含信息量為)bit(Mlog1/M1logP1logI 222 例：二元離散信源由“0”和“1”兩個(gè)符號(hào)組成，其中p（0）=1/3，p（1）=2/3，則出現(xiàn)符號(hào)“1”的信息量為： I=-log2（2/3）= 0.585

26、bit 2.離 散 信 源 的 平 均 信 息 量 的 計(jì) 算 所 謂 平 均 信 息 量 H是 指 信 源 中 每 個(gè) 符 號(hào) 所 含信 bitI 6.13log31log0 22 的 信 息 量 為 息 量 的 統(tǒng) 計(jì) 平 均 值 。 統(tǒng) 計(jì) 獨(dú) 立 的 N個(gè) 符 號(hào) 的 離 散信 息 源 的 平 均 信 息 量 為 其 中 各 符 號(hào) 出 現(xiàn) 的 概 率 有關(guān) ， 即 ， 且 有 ， 則 )()(),( , 21 21 nnxpxpxp xxx ni ixp1 1)( Ni ii nnni i xlbpxp xpxpxpxpxpxp xpxpH 1 2222121 1 22)()( )(

27、log)()(log)()(log)( )(log)( 例：某離散信源由0、1、2、3四個(gè)符號(hào)組成，概率分別為3/8、1/4、1/4、1/8，求消息2013021103200120033020320102223的信息量.解 ： I=-nilog2 p(x) =-（ 11 log3/8+5 log1/4+9 log1/4+6 log1/8 ） = - (15.62+28.09+18.06)=61.77 bit 平 均 信 息 量 符 號(hào)符 號(hào) 數(shù) /bit99.13177.61II 例:(習(xí)題的1題)英文字母E出現(xiàn)的概率為0.105，X出現(xiàn)的概率為0.002 ，試求E及X 的信息量。解 ： 該

28、題 是 利 用信息量的公式 來(lái) 處 理 問(wèn) 題 ， 由 于 E出現(xiàn)的概率為p(x)=0.105故信息量為：)(log)(1log xpxpI aa bitxpI 25.3105.0log105.0 1log)(1log 222 X出現(xiàn)的概率為p(x)=0.002故信息量為：bitbitxpI 97.896578.830103.0 69897.22log 002.0log 97.8002.0log002.0 1log)(1log 1010 222 例：某離散信源由0、1、2、3四個(gè)符號(hào)組成，出現(xiàn)概率相同，求消息2013021103200120033020320102223的信息量。bit24lo

29、g)x(Plog)x(P)x(H 241i i2i bit62231I 或 bit62312)x(PlognI 2i 平 均 信 息 量 H與 熱 力 學(xué) 中 的 熵 的 形 式 一 樣 ， 也叫 信 源 的 熵 。 3.連 續(xù) 消 息 的 平 均 信 息 量 連 續(xù) 消 息 的 平 均 信 息 量 可 用 概 率 密 度 來(lái) 描 述 ,平均 信 息 量 為 : dxxfxfxH )(ln)()( 1.5主 要 性 能 指 標(biāo) 通 信 的 任 務(wù) 是 能 快 速 ,準(zhǔn) 確 地 傳 送 消 息 ， 從 研 究消 息 的 傳 輸 來(lái) 說(shuō) ,通 信 的 有 效 性 和 可 靠 性 是 通 信 系 統(tǒng)

30、 的 最 主 要 的 性 能 指 標(biāo) 。 有 效 性 是 指 在 給 定 信 道內(nèi) 所 傳 輸 的 信 息 內(nèi) 容 的 多 少 ， 主 要 是 指 信 息 傳 輸?shù)?“ 速 度 ” 問(wèn) 題 。 而 可 靠 性 是 指 接 收 信 息 的 準(zhǔn) 確 程度 ， 主 要 指 信 息 傳 輸 的 “ 質(zhì) 量 ” 問(wèn) 題 。 兩 者 相 互 矛盾 又 相 互 聯(lián) 系 的 。 衡 量 數(shù) 字 通 信 系 統(tǒng) 的 有 效 性 的 主 要 性 能 指 標(biāo) 是傳 輸 速 率 和 頻 帶 利 用 律 。 可 靠 性 指 標(biāo) 主 要 是 差 錯(cuò)率 。 下 面 來(lái) 看 一 下 吧 。 （ 1） 碼 元 傳 輸 速 率

31、(RB)： 簡(jiǎn) 稱(chēng) “ 傳 碼 率 ” ，又 稱(chēng) “ 碼 元 速 率 ” 或 符 號(hào) 速 率 。 它 被 定 義 為 每秒 種 傳 輸 速 率 有 碼 元 傳 輸 速 率 (RB)和 信 息 傳 輸 速 率( Rb )。 1.傳 輸 速 率傳 輸 碼 元 的 數(shù) 目 ， 單 位 為 波 特 ， 可 記 為 Baud或B。 碼 元 速 率 與 所 傳 的 碼 元 進(jìn) 制 無(wú) 關(guān) 。 通 常 N進(jìn)制 的 一 個(gè) 碼 元 可 以 用 lbN個(gè) 二 進(jìn) 制 碼 元 來(lái) 表 示 。 若 信 源 的 碼 元 速 率 為 (RB)， 熵 為 H， 則 該 信 即 ：RB2 = RBN lbN。 例 如 ，

32、某 系 統(tǒng) 每 秒 種 傳 送4800個(gè) 碼 元 ， 所 以 RB = 4800 Baud。 （ 2） 信 息 傳 輸 速 率 （ Rb ） ： 簡(jiǎn) 稱(chēng) 傳 信 率 、又 稱(chēng) 為 信 息 速 率 、 比 特 率 、 數(shù) 碼 率 。 它 被 定 義 為每 秒 種 傳 遞 的 信 息 量 （ 比 特 數(shù) ） 的 多 少 。 單 位 是比 特 /每 秒 ， 記 為 bit/s。 每 個(gè) 二 進(jìn) 制 碼 元 規(guī) 定 含 有1bit信 息 量 。 Rb= RBH（ bit/s） 等 概 時(shí) ,則 有 Rb = RB log2N或 )(log2 BaudNRR bB 如 果 碼 元 速 率 為 1200(

33、Baud)， 那 么 在 二 進(jìn)制 時(shí) 的 信 息 速 率 為 1200(bit/s)； 在 四 進(jìn) 制 時(shí) 的源 的 平 均 信 息 速 率 為 ：信 息 速 率 為 Rb4 = 1200 log24=2400(bit/s)； 同樣 在 八 進(jìn) 制 時(shí) 為 Rb8 = 1200 log28=3600(bit/s) （ 3） 二 進(jìn) 制 碼 元 速 率 (RB)和 信 息 速 率 在 數(shù) 值上 相 等 ， 有 時(shí) 簡(jiǎn) 稱(chēng) 它 們 為 數(shù) 碼 率 。 2.頻 帶 利 用 率 比 較 不 同 通 信 系 統(tǒng) 的 效 率 時(shí) ， 只 看 它 們 的傳 輸 速 率 是 不 夠 的 ， 還 要 看 在

34、這 樣 傳 輸 速 率 下 ，所 占 的 信 道 的 頻 帶 寬 度 。 用 頻 帶 利 用 率 表 示， 定 義 為 ： 單 位 頻 帶 內(nèi) 能 傳 輸 的 信 息 速 率 或 碼元 速 率 ， 單 位 為 bit/（ s .Hz） 或 Baud/（ Hz） 。 )/()( HzBaudfBRbwB 3.可 靠 性 指 標(biāo) 衡 量 數(shù) 字 通 信 系 統(tǒng) 可 靠 性 指 標(biāo) 具 體 可 用 信 號(hào)若 二 進(jìn) 制 傳 輸 的 話(huà) =Rb/B(bit/sHz)即 公 式 為 ： )/()( HzsBitfB Rbwb 在 傳 輸 過(guò) 程 中 出 錯(cuò) 的 概 率 來(lái) 描 述 ， 即 用 差 錯(cuò) 率

35、 。差 錯(cuò) 率 越 大 ， 表 明 系 統(tǒng) 可 靠 性 越 差 。 差 錯(cuò) 率 常用 誤 碼 率 和 誤 信 率 表 示 。 （ 1） 誤 碼 率 （ 也 稱(chēng) 作 誤 符 號(hào) 率 ） 可 表 示 為 誤 碼 率 ： 元 數(shù)單 位 時(shí) 間 內(nèi) 傳 送 的 總 碼 碼 元 數(shù)單 位 時(shí) 間 內(nèi) 接 收 的 錯(cuò) 誤ePPCM語(yǔ) 音 ： Pe10-3 Data信 息 ： Pe10-6 誤 信 （ 比 特 ） 率 ： 息 量 （ 比 特 數(shù) ）單 位 時(shí) 間 內(nèi) 傳 送 的 總 信 信 息 量 （ 比 特 數(shù) ）單 位 時(shí) 間 內(nèi) 接 收 的 錯(cuò) 誤 bP（ 2） 誤 信 率 （ 也 稱(chēng) 作 誤 比 特

36、 率 ） 可 表 示 為 在 二 進(jìn) 制 時(shí) 有 pb=pe 例:某離散信息源輸出x1，x2， x8，8個(gè)不同符號(hào)，符號(hào)速率為2400Baud，其中4個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)概率分別為其余符號(hào)等概出現(xiàn)，解 ： 由 于 信 息 速 率 定 義 為 單 位 時(shí) 間 傳 送 的 信 息 量 ， 所以 一 定 時(shí) 間 T內(nèi) 所 傳 送 的 總 的 信 息 量 可 以 用 I=TR b來(lái) 進(jìn)行 計(jì) 算 。 根 據(jù) 題 意 得 ：（1）求該信息源的平均信息速率；（2）求傳送1小時(shí)的信息量；（3）求傳送1小時(shí)可能達(dá)到的最大信息量。41)(,81)(,161)()( 4321 xpxpxpxp 1)(4)()()()(

37、54321 xpxpxpxpxp 814 )4181161161(1)()()()( 8765 xpxpxpxp先 求 信 源 熵 （ 平 均 信 息 量 ） ： 符 號(hào)/875.281log81441log4181log81161log1612)(log)( 222281 2 bitxpxpH i ii （ 1） 則 平 均 信 息 速 率 為 ：Rb=RBH=2400 2.875=6900bit/s（ 2） 傳 送 1小 時(shí) 的 信 息 量 為 ： I=TRb=3600 6900= 2.484 107bit（ 3） 最 大 信 息 量 是 在 等 概 率 時(shí) ， 81)()( 81 xpxp bitTRI sbitRHRbitH b Bb7 max2max 10592.272003600 /720024003/381log 符 號(hào) ， 本 章 作 業(yè) ：1-2 1-4 1-6