u 思考题思考题(或要求或要求)： 1、通信系统由哪三大部分组成？、通信系统由哪三大部分组成？ 2、数字通信系统与模拟通信系统比较有什么优缺点？、数字通信系统与模拟通信系统比较有什么优缺点？ 3、我们设计信息承载波形时应主要考虑哪些因素？、我们设计信息承载波形时应主要考虑哪些因素？ 4、通信系统的主要性能指标是哪两个？这两个指标在数字通、通信系统的主要性能指标是哪两个？这两个指标在数字通信系统与模拟通信系统各表现为什么？信系统与模拟通信系统各表现为什么？ 5、什么是加性高斯白噪声信道？、什么是加性高斯白噪声信道？ 6、单个消息的信息量、信源熵、信息速率怎么计算？、单个消息的信息量、信源熵、信息速率怎么计算？ 7、香农公式有什么意义？信道三要素、香农公式有什么意义？信道三要素 是什么？它们各自对信是什么？它们各自对信息传输有什么影响？息传输有什么影响？第一章第一章 绪论绪论9/13/202411. 几个术语 通信通信 (communication) 通信就是沟通信息。通信就是沟通信息。 信息信息 (information) 我们感兴趣的事物的状态和状态变化。我们感兴趣的事物的状态和状态变化。 消息消息 (message) 消息是信息的载体。消息是信息的载体。 信号信号 (signal) 信号是消息的载体。信号是消息的载体。 信号波形的中心频率及其带宽。信号波形的中心频率及其带宽。 信号波形的功率和能量。信号波形的功率和能量。 信号波形的抗干扰能力如何？信号波形的抗干扰能力如何？ 在发送端：产生该波形的代价如何？在发送端：产生该波形的代价如何？ 在接收端：检测该波形的代价又如何？在接收端：检测该波形的代价又如何？q信号波形设计取决于如下几个因素：信号波形设计取决于如下几个因素：9/13/202422. 通信系统TransmitterReceiverChannel原始信息信号原始信息信号原始信息信号原始信息信号通信系统通信系统发送器，信道与接收器。发送器，信道与接收器。 通信系统中还存在噪声，噪声限制了通信的能力。通信系统中还存在噪声，噪声限制了通信的能力。 信道信道9/13/202433. 模拟通信系统模拟通信系统 模拟通信系统模拟通信系统信道中传输模拟波形的通信系统。信道中传输模拟波形的通信系统。 信源调制器发射机信道接收机解调器信宿噪声发送设备接收设备系统的核心：调制与解调单元。 基带信号基带信号基带信号基带信号9/13/202444. 数字通信系统数字通信系统 信道中传输数字波形的通信系统。信道中传输数字波形的通信系统。 收发两端结构基本对称，相应的单元彼此互逆。收发两端结构基本对称，相应的单元彼此互逆。信道噪声接收设备接收设备信源信宿格式化脉脉冲冲基基带带调调制制发送设备发送设备信源编码信道编码加密频带调制发射机格式化脉脉冲冲基基带带检检测测信源译码信道译码解密频带解调接收机信号处理信号处理信号处理信号处理基带信号基带信号基带信号基带信号9/13/20245数字通信系统数字通信系统(相比模拟系统相比模拟系统)突出的优点：突出的优点：（1）信号状态有限，抗干扰能力强，可实现低误码率。）信号状态有限，抗干扰能力强，可实现低误码率。中继再生可以避免噪声积累，利于长距离传输；中继再生可以避免噪声积累，利于长距离传输；（2）由信道纠错编码技术可进一步降低误码率；）由信道纠错编码技术可进一步降低误码率；（3）易于进行加密处理；）易于进行加密处理；（4）易于进行）易于进行压缩，以减少冗余度，提高信道利用率。压缩，以减少冗余度，提高信道利用率。（5）易于不同种类的信源数据，共用数字通信系统；）易于不同种类的信源数据，共用数字通信系统；（6）便于计算机与网络通信；）便于计算机与网络通信；缺点：缺点：（1）通常需要更多的带宽；）通常需要更多的带宽；（2）复杂的同步系统。）复杂的同步系统。9/13/202465. 通信系统的主要性能指标通信系统的主要性能指标:有效性有效性给定的时间内能传输的信息内容的多少；给定的时间内能传输的信息内容的多少；可靠性可靠性接收到的信息的准确程度。接收到的信息的准确程度。 (1) 数字通信系统的有效性：数字通信系统的有效性：比特率比特率 : Rb 每秒传输的每秒传输的bit数数 单位单位: bits/s b/s bps符号速率（波特率）符号速率（波特率）: Rs 每秒传输的脉冲（信道符号）数每秒传输的脉冲（信道符号）数 单位单位 : symbol/s Baud Bd码元速率码元速率p 数字通信系统数字通信系统9/13/20247频带利用率频带利用率：平均每赫兹所能提供的传输速率。：平均每赫兹所能提供的传输速率。 B: 数字波形的带宽数字波形的带宽Rb: 数字波形的数字波形的bit率率Rs: 数字波形的符号速率数字波形的符号速率(2) 数字通信系统的可靠性：数字通信系统的可靠性： 误码元率误码元率: 误比特率误比特率 (BER):9/13/20248p 模拟通信系统模拟通信系统模拟通信系统的有效性模拟通信系统的有效性信息承载信号的传输带宽；信息承载信号的传输带宽；模拟通信系统的可靠性模拟通信系统的可靠性接收机输出信号的接收机输出信号的信噪比信噪比（SNR） 9/13/202496. 信息的度量信息的度量(1) 单个消息的信息量单个消息的信息量蕴含的信息量含的信息量为：设设: 离散信源离散信源(2) 信源熵信源熵 H(X)数字信源每个符号出现所带来的平均信息量数字信源每个符号出现所带来的平均信息量9/13/202410(3) 信息速率（信息速率（熵率熵率）一个信源的信息速率为一个信源的信息速率为:其中其中 : H 为信源熵为信源熵 . T 为发送一条消息的时间为发送一条消息的时间. R 为每秒内发送的信息量为每秒内发送的信息量从信息的角度看，熵与熵率是信源的基本指标。从信息的角度看，熵与熵率是信源的基本指标。 7. 信道的容量信道的容量(1) 信道容量信道容量 C : 香农指出香农指出信道有一个传输信息的信道有一个传输信息的“能力能力”，称为，称为信道容量，是无差错传输的速率上界。信道容量，是无差错传输的速率上界。 9/13/202411(2) 香农公式香农公式带宽为带宽为 BHz的的AGWN信道（信道（ ），其信道容量为），其信道容量为其中其中: 为为信道三要素信道三要素(3) 香农公式的意义香农公式的意义a. 当当给给定定B、S/N时时，信信道道的的极极限限传传输输能能力力C（信信道道容容量量）即即确确定定。如如果果信信道道实实际际的的信信息息传传输输速速率率R小小于于或或等等于于C时时，此此时时能能做做到到无无差差错错传传输输（差差错错率率可可任任意意小小）。如如果果R大大于于C，那么无差错传输在理论上是不可能的。那么无差错传输在理论上是不可能的。9/13/202412b. . 提提高高信信噪噪比比S/ /N（通通过过减减少少n0或或增增大大S），可可提提高高信信道道容容量量C C。特特别别是是，若若 ，则则 ，这这意意味味着着无干扰信道容量为无穷大；无干扰信道容量为无穷大；c. . 增增加加信信道道带带宽宽B并并不不能能无无限限制制地地增增大大信信道道容容量量。信信道道容容量的极限值为量的极限值为d. . 当信道容量当信道容量C一定时，带宽一定时，带宽B和信噪比和信噪比S/ /N之间可以互换。之间可以互换。9/13/202413