通信原理通信工程教研室◆教材：◆學時安排：理論：64學時實驗：8學時◆評分標準：考試成績：80%（閉卷考試）實驗成績：11%平時成績：9%課程說明東北石油大學通信原理參考資料沈振元.通信系統原理，西電出版社1、西安電子科技大學通信原理網站

(9/txgc/)

2、東南大學通信原理網站

(/jpkc/declare/2006txyl/old/1.htm)

3、北京交通大學通信原理網站

(/course/xnjp/dzxy/txxtyl)

4、南京郵電大學通信原理網站

(85/tongxin/index.aspx)

5、北京郵電大學通信原理網站

(/)

東北石油大學通信原理參考資料6、

無線資訊網

/7、通信世界網

/8、Winlab(羅格斯大學)的CommunicationTheory

/~crose/index545.html9、楊百翰大學的AnalogandDigitalCommunications

/ee/class/ee444/10、麻省理工學院“開放式課程網頁”|主要課程列表

/cocw/mit/Global/all-courses.htm東北石油大學通信原理教學內容和學時分配

緒論4學時1

隨機過程8學時2

信道4學時3模擬調制系統8學時45

正弦載波數字調制系統12學時(實驗2學時）67

差錯控制編碼8學時8數字基帶傳輸系統10學時（實驗2學時）模擬信號的數字傳輸10學時(實驗2學時）

東北石油大學通信原理第1章緒論本章內容與知識要點：◆基本概念（通信系統的模型、分類、數字通信的特點、通信方式）◆信息度量（信息量I和熵H）◆性能指標（有效性和可靠性）東北石油大學通信原理第1章緒論1.1通信的基本概念1.2通信系統的組成1.3通信系統分類與通信方式1.4信息及其度量

1.5通信系統主要性能指標

東北石油大學通信原理1、消息、信息與信號

消息：通信系統要傳輸的對象，消息的種類有很多：語音、溫度、活動圖片、數據、符號、文字等等。消息可以分為兩大類：①連續消息：消息的狀態連續變化或不可數的②離散消息：消息的狀態是可數的、有限個

在電通信系統中，傳輸的是電信號，因此，需要把消息轉換成電信號。

1.1通信的基本概念

東北石油大學通信原理1、消息、信息與信號信息：消息中所包含的有效內容，是受信者原來不知而待知的內容。

信息和消息的關系：消息是信息的物理表現形式，信息是消息的內涵。例如：播報天氣，語音是天氣預報的表現形式，而天氣情況是語音的內涵。東北石油大學通信原理信號：就是與消息相對應的電的表示形式，也可以說，信號是消息的傳輸載體。（在電信系統中，傳輸的是電信號）。為了將各種消息通過線路傳輸，必須首先將消息轉變成電信號，如電壓、電流、電磁波等，也就是把消息載荷在電信號的某個參量上。由于消息分成兩類，相應的也把信號分成兩大類：①模擬信號：載荷消息的信號參量的取值是連續的，即取值是不可數、無限個的。如：電話機送出的話音信號，其電壓瞬時值是隨時間連續變化的。②數字信號：載荷消息的信號參量的取值離散，即只有有限個取值，如：電報機、計算機輸出的信號。

1、消息、信息與信號東北石油大學通信原理問題：⑴如何區分模擬信號和數字信號？⑵如何將消息轉換為電信號？1、消息、信息與信號東北石油大學通信原理⑴模擬信號和數字信號（a）（b）（a）模擬信號：信號的參量取值是連續變化的，即它的取值是無限個的，是連續取值的。（b）抽樣信號：時間上離散，但是它取的樣值是無窮多的，因此，也是模擬信號。（實際中，抽樣點數是足夠多的，例如：話音信號的抽樣速率8KHz，即每秒至少抽8000個樣點，）

（a）是時間上連續的，（b）是時間上離散的，但是，就模擬信號和數字信號的區分來說，兩者都是模擬信號。tm(t)t東北石油大學通信原理（C）（D）

（C）信號的電平狀態只有兩種，數字基帶信號（二進制單極性）。

（D）二進制數字調相信號，借助于正弦波（相位）去攜載信息的。（總結）如何區分模擬和數字信號？不是看時間上是否連續，而是要看載荷消息的信號參量的取值是連續的還是離散的。⑴模擬信號和數字信號東北石油大學通信原理⑵如何將消息轉換為電信號？

通常是由各種傳感器等換能器來實現?！粼捦玻曇魝鞲衅鳎崖曇艮D變成音頻電信號?！魯底纸K端：把符號轉變成數字信號?！魯z像機：把圖像轉變成視頻信號。◆熱敏電阻（溫度傳感器），把溫度轉變成電信號。東北石油大學通信原理（總結）消息、信息與信號的關系

▲消息是信息的物理表現形式▲信息是消息的有效內容▲信號是消息的傳輸載體（消息分成連續的和離散的，相應的，信號分為模擬信號和數字信號。）1、消息、信息與信號東北石油大學通信原理通信：利用電信號傳輸消息中所包含的信息。（按照傳統的理解就是信息的傳輸；通信的目的：傳輸信息）通信系統：完成通信過程所需的電子設備和信道的總體。由一地向另一地進行消息的有效傳遞。利用電子等技術手段，借助電信號（含光信號）實現從一地向另一地進行消息的有效傳遞。通信定義2、通信東北石油大學通信原理1.2通信系統的組成1.2.1通信系統的一般模型1.2.2模擬通信系統模型和數字通信系統模型1.2.3數字通信的特點東北石油大學通信原理1.2.1通信系統的一般模型信息源發送設備信道接收設備受信者噪聲源發送端接收端圖1-1通信系統一般模型東北石油大學通信原理信息源發送設備信道接收設備受信者噪聲源發送端接收端1.2.1通信系統的一般模型1、信息源（簡稱信源，消息的發源地）

作用：把各種消息轉換成原始電信號。根據消息的種類不同，信源可分為模擬信源（話筒：聲音→音頻信號）和數字信源（電傳機：鍵盤字符→數字信號）。東北石油大學通信原理信息源發送設備信道接收設備受信者噪聲源發送端接收端1.2.1通信系統的一般模型

2、受信者（信宿）功能：把原始電信號還原成相應的消息，如電話機的聽筒（音頻信號聲音）等。東北石油大學通信原理信息源發送設備信道接收設備受信者噪聲源發送端接收端1.2.1通信系統的一般模型3、發送設備作用：把原始電信號轉換成適合于在信道中傳輸的信號。通常包括編碼、調制、放大等設備。東北石油大學通信原理信息源發送設備信道接收設備受信者噪聲源發送端接收端1.2.1通信系統的一般模型4、接收設備功能：從受到減損的接收信號中正確恢復出原始電信號。如：譯碼、解調。東北石油大學通信原理信息源發送設備信道接收設備受信者噪聲源發送端接收端1.2.1通信系統的一般模型5、信道

傳輸信號的各種物理媒質作用：將來自發送設備的信號傳送到接收端。信道分：有線信道和無線信道兩大類。6、噪聲源

集中表示分布于通信系統中各處的噪聲。東北石油大學通信原理信息源發送設備信道接收設備受信者噪聲源發送端接收端1.2.1通信系統的一般模型

一般模型概括地描述了一個通信系統的組成，就是指實際中的任何通信系統（模擬、數字、基帶、頻帶）都可以用這個一般模型來概括，它反映了通信系統的共性。但是，在實際中，根據不同的研究對象和具體問題時，一般模型的內容和作用將有所不同，因而相應有不同形式的、更具體的通信模型。東北石油大學通信原理1.2.2模擬通信系統模型和數字通信系統模型東北石油大學通信原理1、模擬通信系統模型模擬信息源調制器信道解調器受信者噪聲源發送端接收端模擬通信系統中兩種重要變換：

（1）連續消息和原始的電信號之間的相互變換；（2）基帶信號到已調信號（帶通信號或頻帶信號）的變換；東北石油大學通信原理1、模擬通信系統模型已調信號(帶通信號或頻帶信號)有三個基本特性：（1）攜帶有信息；（2）適合在信道中傳輸；（3）頻譜具有帶通形式，且中心頻率遠離零頻。東北石油大學通信原理2、數字通信系統模型發送端信息源信道編碼信道噪聲源信源編碼加密數字調制數字解調信道譯碼解密信源譯碼受信者接收端信源編碼功能：★模/數轉換★提高有效性：進行數據壓縮，來提高有效性東北石油大學通信原理2、數字通信系統模型發送端信息源信道編碼信道噪聲源信源編碼加密數字調制數字解調信道譯碼解密信源譯碼受信者接收端信道編碼（抗干擾編碼）目的：★提高抗噪聲性能東北石油大學通信原理2、數字通信系統模型發送端信息源信道編碼信道噪聲源信源編碼加密數字調制數字解調信道譯碼解密信源譯碼受信者接收端★調制：把信息加載在高頻載波上★解調：從已調信號中卸載信息★通信系統包含的主要功能（通信的關鍵技術）：調制/解調、編碼/解碼、同步（對數字通信系統很多部件都是需要同步的，如：編譯碼時需位同步，另外，還有群同步、載波同步、網同步。）東北石油大學通信原理1.2.3數字通信的特點1.主要優點

（1）抗干擾能力強，且噪聲不積累（2）傳輸差錯可控（信道編碼技術）（3）便于用現代數字信號處理技術對數字信息進行處理、變換、存儲（4）易于集成，使通信設備微型化，重量輕（5）易于加密處理，且保密性好2.缺點（1）需要較大的傳輸帶寬（2）系統設備復雜(由于需要嚴格的同步，對同步要求高)東北石油大學通信原理1.3通信系統分類與通信方式1.3.1通信系統的分類

1、按通信業務分類

電報通信系統、電話通信系統、數據通信系統、圖像通信系統等。目前，已實現了業務綜合，即把各種通信業務（電報、電話、傳真、數據、圖像）綜合在一個網內進行傳輸。其中，電話通信網是一種電信業務量最大、服務面積最廣的專業網，可兼容其它許多種非話業務網。

2、按調制方式分類

根據信道中傳輸的信號是否經過調制，可將通信系統分為基帶傳輸系統（如：市內電話、有線廣播）和帶通（頻帶或調制）傳輸系統。東北石油大學通信原理1.3.1通信系統的分類連續波脈沖序列線性AM，DSB，SSB，VSB非線性FM，PMASK，FSK，PSK，QAM模擬數字模擬數字PAM，PDM，PPMPCM，DPCM，△M東北石油大學通信原理1.3.1通信系統的分類

3、按信號特征分類

模擬通信系統與數字通信系統4、按傳輸媒質分類

有線通信系統（市內電話、有線電視等）和無線通信系統（短波電離層傳播、微波視距傳播、衛星中繼等）

5、按工作波段分類

按照通信設備的工作頻率或波長不同，分為：長波通信、中波通信、短波通信、遠紅外線通信等。（表1-2）信號的波長與信號的頻率、光速的關系：

東北石油大學通信原理6、按信號復用方式分類復用是把多路信號同時傳輸的方式，傳輸多路信號有三種復用方式：頻分復用、時分復用和碼分復用。

☆說明：同一個通信系統可以分屬于不同的分類，例：AM廣播系統，既是中短波通信系統，也是模擬通信系統和帶通傳輸系統。1.3.1通信系統的分類東北石油大學通信原理1、按消息傳遞的方向與時間關系劃分單工通信：消息只能單方向傳輸的工作方式半雙工通信：通信雙方都能收發消息，但不能同時收 發的工作方式（雙向、不同時）全雙工通信：通信雙方可同時進行收發消息的工作方式

1.3.2通信方式通信方式指通信雙方之間的工作方式或信號傳輸方式東北石油大學通信原理2、（在數據通信中）按數據碼元傳輸方式不同劃分并行傳輸：在并行信道上同時傳輸n個bit。

優點：節省傳輸時間，傳輸速度快

缺點：需要n條通信線路，成本高

應用：設備之間的近距離通信，如：設備內部、芯片之間、計算機和打印機之間數據的傳輸。1.3.2通信方式東北石油大學通信原理串行傳輸：將數字信號碼元序列以串行方式一個碼元接一個碼元地在一條信道上傳輸

優點：只需一條通信信道，節省線路鋪設費用，成本低

缺點：速度慢，需要外加碼組或字符同步措施

應用：遠距離的數字傳輸1.3.2通信方式東北石油大學通信原理1.4信息及其度量1、信息

消息中包含的有效內容，或是受信者預先不知而待知的內容。2、信息與消息的關系

消息是信息的物理表現形式，信息是其內涵。

不同形式的消息可以包含相同的信息。3、傳輸信息的多少用“信息量”衡量

如何度量消息中所含的信息量？

東北石油大學通信原理1.4信息及其度量如何度量消息中所含的信息量？例如：詢問昆明的天氣情況（1）溫和晴朗（2）天冷（3）可能有小雪消息中包含的信息量與消息發生的概率密切相關東北石油大學通信原理1.4信息及其度量

4、消息中包含的信息量與消息發生的概率密切相關

I與P(x)之間的關系具體可以描述為如下規律：

（1）消息中所含信息量是消息出現概率的函數；

（2）消息出現的概率愈小，它所含信息量愈大；反之信息量愈小；且當p(x)=1，I=0；

p(x)=0，I無窮

（3）若干個互相獨立事件構成的消息,所含信息量等于各獨立事件信息量的和。東北石油大學通信原理1.4信息及其度量

5、信息量的單位

信息量的單位與對數底數a有關。a=2時，信息量的單位為比特(bit)；a=e時，信息量的單位為奈特(nat)；a=10時，信息量的單位為哈特萊(Hartley)。東北石油大學通信原理例1設二進制離散信源，以相等的概率發送數字0或1，求信源每個輸出的信息量。

解:二進制等概率時

即二進制等概時，每個符號的信息量相等，為1bit。

工程應用中，習慣把一個二進制碼元稱作1b6、離散消息的度量（1）等概率離散消息的度量1.4信息及其度量東北石油大學通信原理當M=4時，即4進制波形，I=2比特， 當M=8時，即8進制波形，I=3比特。若有M個等概率波形（P=1/M），且每一個波形的出現是獨立的，則傳送M進制波形之一的信息量為若M是2的整冪次，即M=2k，則有

1.4信息及其度量東北石油大學通信原理

當各個符號出現的概率不相等時，計算消息的信息量，常用到平均信息量的概念。

平均信息量：每個符號所含信息量的統計平均值。（2）非等概率離散消息的度量1.4信息及其度量東北石油大學通信原理設離散信源是一個由M個符號組成的集合，其中：且則平均信息量（信息源的熵）為：1.4信息及其度量東北石油大學通信原理例2離散信源產生A、B、C三個符號，概率分別為1/2，1/4，1/4，且每個符號的出現都是獨立的。求信源熵。解：1.4信息及其度量東北石油大學通信原理例3離散信源由0，1，2，3四個符號組成，它們出現的概率分別為3/8，1/4，1/4，1/8，且每個符號的出現都是獨立的。試求某消息0102013021300120321010021010023102002010312032100120210

的信息量。解I：此消息中，0出現23次，1出現14次，2出現13次，3出現7次，共有57個符號。1.4信息及其度量東北石油大學通信原理該消息的信息量為

每個符號的算術平均信息量為1.4信息及其度量東北石油大學通信原理解II：若用熵的概念來計算，得則該消息的信息量：1.4信息及其度量東北石油大學通信原理設f(x)為連續消息出現的概率密度，則連續消息的平均信息量為：1.4信息及其度量7、連續消息的度量東北石油大學通信原理

1.5通信系統主要性能指標

有效性:傳輸一定信息量所占用的頻帶寬度，即頻帶利用率。

可靠性：傳輸信息的準確程度。不同的通信系統對有效性和可靠性的要求及度量方法也不盡相同。東北石油大學通信原理

1.5通信系統主要性能指標1.5.1有效性

1.5.2可靠性

東北石油大學通信原理

傳輸同樣的信源信號，所需的傳輸帶寬越小，頻帶利用率越高，有效性越好。

信號帶寬與調制方式有關。1、模擬通信系統的有效性1.5.1有效性東北石油大學通信原理頻帶利用率：單位帶寬（每赫）內的傳輸速率。1.5.1有效性2、數字通信系統的有效性東北石油大學通信原理①碼元傳輸速率（碼元速率、傳碼率、波特率）定義：單位時間內（每秒）傳輸碼元的數目；

單位：波特（Baud）TB為碼元寬度，即每個碼元的長度1.5.1有效性東北石油大學通信原理②信息傳輸速率（傳信率、比特率）定義：單位時間內傳輸的平均信息量；

單位：比特/秒(bit/s)，簡記為b/s或bps；

符號：,它與進制數M有關。1.5.1有效性東北石油大學通信原理與之間的關系：一個M進制碼元攜帶的信息量在數值上有如下關系：1.5.1有效性東北石油大學通信原理解:

(1)在2×60s內傳送了72000個碼元RB2=72000/(2×60)=600(B)Rb2=RB2=600(b/s)例4

已知二進制數字信號在2min內共傳送720