通信原理第7版第1章PPT课件(樊昌信版)
通信原理第7版第1章PPT课件(樊昌信版)_教育学_高等教育_教育专区。通信原理第7版第1章PPT课件(樊昌信版)
卞 静 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 第1章 绪 论 通信原理（第7版） 樊昌信 曹丽娜 编著 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 本章内容: 基本概念 模型/分类/通信方式 第1章 绪 论 信息度量 信息量/信源熵 性能指标 有效性/可靠性 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 §1.1 通信的基本概念 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 1.1.1 通信的发展 综合化 宽带化 高速化 智能化 数字化 电报 电话 击鼓 。。。 电视 因特网 。。。 烽火 鸣金 移动化 个人化 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 1.1.2 消息 信息 信号 发射天线将AM信号成 可以辐射到大气中的电磁波 （无线电波） 音频信号 声音 接收天线将电磁波转换为 AM信号（含有噪声） 将音频信号放大、调制， 产生 AM信号，并耦合到 发射天线 西安电子科技大学 通信工程学院 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。 课件制作：曹丽娜 调幅（AM）无线系统 消息 ：通信系统传输 的对象。形式多种: 信号 ：消息的电表示 形式/传输载体。 ?连续消息： ?模拟信号： 语音、温度、图像 ?离散消息： 数据、文字、符号??? 信号参量取值连续 ?数字信号： 信号参量取值离散 信息 ：消息中蕴含的有效内容。 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 ? 三者关系 内涵 传输 载体 模拟信号 数字信号 信息 表现形式 消息 信号 Q&A 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 ① 模拟信号 和 数字信号: 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 ② 消息 ~ 电信号的转换: 传感器 t ? ? ? ? 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。 课件制作：曹丽娜 西安电子科技大学 通信工程学院 基于以上对 消息 、信息 和 信号 的理解： 通信 通信系统 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 §1.2 通信系统模型 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 1.2.1 通信系统一般模型 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 channel 能传输信号的 各种物理媒介 信源 source 发送设备 信道 噪声 noise 接收设备 信宿 destination 消息 → 电信号 如 电话机的话筒 把声音→音频信号 transmitter receiver 电信号 → 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 其功能与发送设备相反。 的信号。如 编码、调制 如 译码、解调 课件制作：曹丽娜 西安电子科技大学 通信工程学院 1.2.2 模拟通信系统模型 模拟信源 调制器 信道 解调器 信宿 噪声 ? 两对重要变换： ? ? 模拟消息 ? 原始电信号（基带） 基带信号 ? 已 调 信号（带通） 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 1.2.3 数字通信系统模型 信 源 信 源 编 码 加 密 信 道 编 码 数 字 调 制 信道 噪声源 数 字 解 调 信 道 译 码 解 密 信 源 译 码 信 宿 ? 信源编码： ? 模/数转换 ? 提高有效性 信道编码： ? ? 增强抗干扰能力 课件制作：曹丽娜 西安电子科技大学 通信工程学院 1.2.4 数字通信的特点 优点 ? ? ? ? ? 抗干扰能力强，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。 缺点 ? ? 可能需要较大的传输带宽； 对同步要求高。 课件制作：曹丽娜 西安电子科技大学 通信工程学院 §1.3 通信系统分类 通信方式 与 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 1.3.1 通信系统分类 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系统——中短波通信、模拟通信、 带通传输系统（调制系统）。 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 1.3.2 通信方式 ? 按传输方向和时间分： ? 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） 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 ? 按数字码元传输时序分： ? 并行传输： 在并行信道上同时传输 n 个比特信息。 发 送 方 0 1 1 0 1 1 0 0 接 收 方 ? 串行传输： 课件制作：曹丽娜 西安电子科技大学 通信工程学院 ? 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。 发 送 方 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 101010 0 1 1 0 0 1 0 0 接 收 方 并行/串行 转换器 串行/并行 转换器 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 本章内容: 基本概念 模型/分类/通信方式 第1章 绪 论 信息度量 信息量/信源熵 性能指标 有效性/可靠性 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 §1.4 信息及其度量 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 引言 ? ? 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。 信息具有以下特性： 存在 压缩 扩充 存储 相对 传输 度量 共享 时效 ? ? 在当今信息社会中，信息是最宝贵的资源之一。 课件制作：曹丽娜 西安电子科技大学 通信工程学院 ？ 如何度量消息中所含的信息量 ? 原则： ? ? 度量方法与消息的种类无关。 与消息的重要程度无关。 “美国世贸大楼被炸（9.11事件）”（时效性） “明天下雨” 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。 举例： ? ? 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。 课件制作：曹丽娜 西安电子科技大学 通信工程学院 ？ 如何度量消息中所含的信息量 ? 原则： ? ? 度量方法与消息的种类无关。 信息量 I 可用概率 P 来度量： I = f [P(x)] 与消息的重要程度无关。 “美国世贸大楼被炸（9.11事件）”（时效性） “明天下雨” 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。 举例： ? ? 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。 课件制作：曹丽娜 西安电子科技大学 通信工程学院 1. 离散消息 x 的信息量 P ?1，I?0 P ?0，I?? P(x) P(y), I(x) I(y) 相加性 为什么 取对数 ？ a= 2，比特(bit) ，简记为b a= e，奈特(nat) a=10，哈特莱(Hartley) 1 nat=1.44 b 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 例 【1-1】 二进制信源（0，1） 例 【1-2】 四进制信源（0，1，2, 3） 试求：等概发送符号时，每个符号的信息量 。 解： P (0) ? P (1) ? 1 2 P(0) ? P(1) ? P(2) ? P(3) ? 1 4 1 I 0 ? I1 ? log 2 P( x) ? log 2 2 ? 1 b 评注 ? I 0 ? I1 ? I 2 ? I3 ? log 2 4 ? 2 b 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) 每个四进制符号可用 2 个二进制符号表示。 推广：M进制的每个码元含 log2M （b) 课件制作：曹丽娜 西安电子科技大学 通信工程学院 2. 离散消息的平均信息量 —— 信源中每个符号所含信息量的统计平均值。 设 ? x1 , ? , x i , ? , x M ? ? ? P ( x ), ? , P ( x ), ? , P ( x ) ? ? 且 1 i M ? ? ? P( x ) ? 1 i i M 则 统计的M个符号的离散信源的平均信息量为 1 H ? ? p( xi ) log 2 (b / 符号） p( xi ) i ?1 H与热力学中的熵形式一样，故称为信源的熵。 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 M 例 解 1 H ? ? p( xi ) log 2 p( xi ) i ?1 M 1 Ii ? log 2 P( xi ) H ? P(0) I 0 ? P(1) I1 ? P(2) I 2 ? P(3) I 3 ? 1.906 (b/符号） 评注 比较例【1-3】与【1-2】可知： 等概时，熵最大: H max ? log 2 M 课件制作：曹丽娜 西安电子科技大学 通信工程学院 例 解： 利用信息相加性概念来计算： I总 ? 23I 0 ? 14I1 ?13I 2 ? 7I3 ? 108（b） 利用熵的概念来计算： H ? 1.906 (b/符号） I总 ? 57 ? H ? 57 ?1? 906 ? 108.64 (b) 评注 I总 ? m ? H 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 归纳： 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 本章内容: 基本概念 模型/分类/通信方式 第1章 绪 论 信息度量 信息量/信源熵 性能指标 有效性/可靠性 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 §1.5 通信系统性能指标 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 text 有效性 性能 指标 矛盾、关联、互换 可靠性 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 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 1.5.1 数字通信系统的有效性指标 与进制数 有关吗 ？ 1 RB ? Ts 与信源统计 特性有关吗 ？ 例如：1秒内传输1000个码元，则 RB =1000 Baud 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 Rb与 RB的关系—— H为纽带 Rb ? RB ? H Rb ? RB ? log2 M 西安电子科技大学 通信工程学院 M ?2时 Rb ? RB 数值相等 单位不同 课件制作：曹丽娜 （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 RB ?? B (Baud/Hz) Rb ?b ? B ?b ? ? ? log2 M (b/s ? Hz -1 ) 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 1.5.2 数字通信系统的可靠性指标 （1）误码率 Pe （2）误信率(误比特率） Pb 二进制：Pb=Pe ； M进制：PbPe ； 西安电子科技大学 通信工程学院 why ? 课件制作：曹丽娜 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，η；Pe ，Pb 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 例题 1、对于同样以2400b/s比特率发送的信号，若A系统以2PSK 调制方式传输时所需带宽为2400hz，而B系统以4PSK调制 方式传输时所需带宽为1200hz，哪个系统更有效？ 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 例题 1、对于同样以2400b/s比特率发送的信号，若A系统以2PSK 调制方式传输时所需带宽为2400hz，而B系统以4PSK调制 方式传输时所需带宽为1200hz，哪个系统更有效？ Ａ： Rb 2400 ?b ? ? ? 1???b / (s? Hz) B 2400 频带利用率 Ｂ： ?b ? Rb 2400 ? ? 2???b / (s? Hz) B 1200 √ 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 例题 ２、某数字传输系统传送二进制码元的速率为1200b/sBaud， 求该系统的信息速率。若该系统改为传送八进制信号码 元，码元速率不变，则系统信息速率为多少？ 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 例题 ２、某数字传输系统传送二进制码元的速率为1200b/sBaud， 求该系统的信息速率。若该系统改为传送八进制信号码 元，码元速率不变，则系统信息速率为多少？ Rb ? RB log2 M ? 1200????(b/ s) Rb ? RB log2 M ? 3600????(b/ s) 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 例题 3、某四进制传输系统，每个码元的持续时间（宽度）为 833*10-6 s，连续工作1h后，接收到6个错码，且每个错 误码元中仅发生1bit错误。求： （1）该系统的码元速率和信息速率 （2）该系统的误码率和误信率（误比特率） 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 3、某四进制传输系统，每个码元的持续时间（宽度）为 833*10-6 s，连续工作1h后，接收到6个错码，且每个错 误码元中仅发生1bit错误。求： （1）该系统的码元速率和信息速率 1 1 RB ? ? ? 1200(Baud) ?6 TB 833 ?10 Rb ? RB log 2 M ? 2400(b/ s) 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 3、某四进制传输系统，每个码元的持续时间（宽度）为 833*10-6 s，梦到找不到回家的路连续工作1h后，接收到6个错码，且每个错 误码元中仅发生1bit错误。求： （2）该系统的误码率和误信率（误比特率） 码元总数： N ? RB ? t ? 1200 ? 3600 ? 432 ?104 (个) 误码率： Ne 6 ?6 Pe ? ? ? 1.39 ? 10 N 432 ?104 误信率： ?7 P ? P / log M ? 6.94 ? 10 b e 2 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜 3、某四进制传输系统，每个码元的持续时间（宽度）为 833*10-6 s，连续工作1h后，接收到6个错码，且每个错 误码元中仅发生1bit错误。求： （2）该系统的误码率和误信率（误比特率） 码元总数： N ? RB ? t ? 1200 ? 3600 ? 432 ?104 (个) 误码率： Ne 6 ?6 Pe ? ? ? 1.39 ? 10 N 432 ?104 或计算1h内传送的信息量 则误信率： I ? Rb ? t ? 2400 ? 3600 错误接收的比特数 6 Pb ? = =6.94 ?10-7 传输的总比特数 2400 ? 3600 西安电子科技大学 通信工程学院 课件制作：曹丽娜