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文檔簡介
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,將音頻信號放大、調(diào)制,產(chǎn)生 AM信號,并耦合到發(fā)射天線,接收天線將電磁波轉(zhuǎn)換為 AM信號(含有噪聲),將AM信號
2、解調(diào)還原為音頻信號,再經(jīng)音頻功放后,驅(qū)動揚聲器,還原為聲音。,發(fā)射天線將AM信號感應(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,調(diào)幅(AM)無線廣播系統(tǒng),:消息中蘊含的有效內(nèi)容。,:通信系統(tǒng)傳輸?shù)膶ο?。形式多種:,,:消息的電表示形式/傳輸載體。,模擬信號: 數(shù)字信號:,信號參量取值連續(xù) 信號參量取值離散,語音、溫度、圖像 數(shù)據(jù)、文字、符號
3、???,連續(xù)消息: 離散消息:,,信號,,消息,,信息,,信號,,消息,,信息,傳輸載體,模擬信號 數(shù)字信號,,表現(xiàn)形式,內(nèi)涵,Q&A,三者關(guān)系,① 模擬信號 和 數(shù)字信號:,,話筒(聲音傳感器)把聲音轉(zhuǎn)變成音頻信號;數(shù)字終端把符號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號;攝像機(jī)把圖像轉(zhuǎn)變成視頻信號;熱敏電阻(溫度傳感器)把溫度轉(zhuǎn)變成電信號。,,② 消息 ~ 電信號的轉(zhuǎn)換:,傳感器,,,,基于以上對 消息 、信息 和 信號 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 → 電信號如 電話機(jī)的話筒把聲音→音頻信號,電信號 → 消息如電話機(jī)的聽筒把音頻信號→聲音,原始電信號→適合在信道中傳輸?shù)男盘?。?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,能傳輸信號的 各種物理媒介
5、,,,模擬消息 ? 原始電信號(基帶) 基帶信號 ? 已 調(diào) 信號(帶通),1.2.2 模擬通信系統(tǒng)模型,兩對重要變換:,,,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;傳輸差錯可控;便于處理、變換、存儲;便于將來自不同信源的信號綜合傳輸;易于集成;易于加密。,可能需要較大的傳輸帶寬;對同步要求高。,優(yōu)點,缺點,1.2.4 數(shù)字通信的特點
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、時分、碼分復(fù)用。同一個通信系統(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)全雙工通信: (雙向、同時
7、),按傳輸方向和時間分:,1.3.2 通信方式,,,,在并行信道上同時傳輸 n 個比特信息。,按數(shù)字碼元傳輸時序分:,并行傳輸:,串行傳輸:,,0 1 1 0 0 1 0 0 1 101010,串行傳輸:,數(shù)字碼元序列按時間順序一個接一個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)”(時效性) “明天下雨”可見:消息中所含信息量和不可預(yù)測性或不確定性有關(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: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)”(時效性) “明天下雨”可見:消息中所含信息量和不可預(yù)測性或不確定性有關(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: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 取對數(shù) ?,1. 離散消息 x 的信息量,概率相同,每個符號蘊含的信息量也相同; 二進(jìn)制的每個碼元含 1 (b) 四進(jìn)制的每個碼元含
11、 2 (b) 推廣:M進(jìn)制的每個碼元含 log2M (b),,,,,【1-1】二進(jìn)制信源(0,1),【1-2】四進(jìn)制信源(0,1,2, 3),每個四進(jìn)制符號可用 2 個二進(jìn)制符號表示。,解:,試求:等概獨立發(fā)送符號時,每個符號的信息量 。,評注,—— 信源中每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值。 設(shè) 則 統(tǒng)計
12、獨立的M個符號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 ——信源中每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值。,2. 離散消息的平均信息量,,,,,解,利用信息相加性概念來計算:,評注,利用熵的概念來計算:,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 差錯概率,矛盾、關(guān)聯(lián)、互換,例如:1秒內(nèi)傳輸1000個碼元,則 RB =1000 Baud,與進(jìn)制數(shù) 有關(guān)嗎 ?,與信源統(tǒng)計特性有關(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 信息量:Ii ,H,I總 RB,Rb,η;Pe ,Pb,例題1、對于同樣以24
15、00b/s比特率發(fā)送的信號,若A系統(tǒng)以2PSK調(diào)制方式傳輸時所需帶寬為2400hz,而B系統(tǒng)以4PSK調(diào)制方式傳輸時所需帶寬為1200hz,哪個系統(tǒng)更有效?,例題1、對于同樣以2400b/s比特率發(fā)送的信號,若A系統(tǒng)以2PSK調(diào)制方式傳輸時所需帶寬為2400hz,而B系統(tǒng)以4PSK調(diào)制方式傳輸時所需帶寬為1200hz,哪個系統(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),每個碼元的持續(xù)時間(寬度)為833*10-6 s,連續(xù)工作1h后,接收到6個錯碼,且每個錯誤碼元中僅發(fā)生1bit錯誤。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),每個碼元的持續(xù)時間(寬度)為833*10-6 s,連續(xù)工作1h后,接收到6個錯碼,且每個錯誤碼元中僅發(fā)生1bit錯誤。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),每個碼元的持續(xù)時間(寬度)為833*10-6 s,連續(xù)工作1h后,接收到6個錯碼,且每個錯誤碼元中僅發(fā)生1bit錯誤。求:(2)該系統(tǒng)的誤碼率和誤信率(誤比特率)碼元總數(shù):
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