《通信原理第一章》ppt課件-文庫吧

【正文】 輸信息的工作方式 ， 如圖 15（ c） 所示 。 例如普通電話 、 計算機通信網絡等采用的就是全雙工通信方式 。 《 通信原理課件 》 圖 15 通信方式示意圖 《 通信原理課件 》 按數字信號碼元排列方式劃分通信方式 在數字通信中按照數字碼元排列順序的方式不同 ， 可將通信方式分為串行傳輸和并行傳輸 。 《 通信原理課件 》 并行傳輸是將代表信息的數字信號碼元序列分割成兩路或兩路以上的數字信號序列同時在信道上傳輸 ， 則稱為并行傳輸通信方式 ， 如圖 16（ a）所示 。 并行傳輸的優點是 : 《 通信原理課件 》 速度快 、 節省傳輸時間 ， 但需占用頻帶寬 ， 設備復雜 ， 成本高 ， 故較少采用 ， 一般適用于計算機和其他高速數字系統 ， 特別適用于設備之間的近距離通信 。 串行傳輸是將代表信息的數字信號碼元序列按時間順序一個接一個地在信道中傳輸 ， 如圖 16（ b） 所示 。 通常 ， 一般的遠距離數字通信都采用這種傳輸方式 。 《 通信原理課件 》 圖 16 并行和串行通信方式 《 通信原理課件 》 按照網絡結構劃分通信方式 通信系統按照網絡結構可分為線型、星型、樹型、環型等類型。專門為兩點之間設立傳輸線的通信稱之為點對點通信。多點間的通信屬于網通信。網通信的基礎仍是點對點通信。因此，本書重點討論點對點通信的原理。 《 通信原理課件 》 信息及其度量 通信的目的在于信息的傳遞和交換 。人們常將語言 、 文字 、 圖像和數據等信息的傳遞俗稱消息的傳遞 。 信息與消息在概念上相近 ， 但信息一詞對通信來說 ，更貼切 、 更具普遍性 ， 信息可理解為消息中所含有的特定內容 。 各種各樣的消息 ， 其中有意義的特定內容 ， 均可用信息一詞來表述 。 《 通信原理課件 》 如鐵路系統運送貨物量多少采用“ 貨運量 ” （ 不管運送什么貨物 ） 來度量 ， 通信系統中傳輸信息的多少采用 “ 信息量 ” 來度量 。 當人們在通信中獲得消息之前 ， 對它的特定內容有一種 “ 不確定性 ” ， 事件的不確定程度只能就其出現的概率來描述 。 《 通信原理課件 》 信息量與消息的種類 、 特定內容及重要程度無關 ， 它僅與消息中包含的不確定度有關 。 也就是說消息中所含信息量與消息發生的概率密切相關 。 消息發生概率愈小 ， 愈使人感到意外和驚奇 ， 則此消息所含的信息量愈大 。 例如 ， 一方告訴另一方一件幾乎不可能發生的消息包含的信息量比可能發生的消息包含的信息量大 。 如果消息發生的 概率趨于零（ 不可能事件 ), 《 通信原理課件 》 則它的信息量趨于無窮大；如果消息發生的概率為 1（ 必然事件 ） ， 則此消息所含的信息量為零 。 在信息論中 ， 消息所含的信息量 I與消息 x出現的概率 P(x)的關系式為 )(l og)(1l og xpxpI aa ???（ ） 《 通信原理課件 》 I代表兩種含義：當事件 X發生以前 ，表示事件 x發生的不確定性；當事件 x發生以后 ， 表示事件 x所含有 （ 或所提供 ）的信息量 。 《 通信原理課件 》 信息量的單位由對數底的取值決定 。若對數以 2為底時單位是 “ 比特 ”（ bit — binary unit的縮寫 ） ；若以 e為底時單位是 “ 奈特 ” （ nat—nature unit的縮寫 ） ；若以 10為底時單位是 “ 哈特 ” （ Hart — Hartley的縮寫 ） 。 通常采用 “ 比特 ” 作為信息量的實用單位 。 《 通信原理課件 》 [例 ] 某信息源的符號集由 A， B，C， D和 E組成，設每一符號獨立出現，其出現概率分別為 1/4， 1/8， 1/8，3/16和 5/16。試求該信息源符號的平均信息量。 《 通信原理課件 》 解：該信息源符號的平均信息量為 21( ) ( ) l og ( )niiiH x p x p x??? ?2 2 2 21 1 1 1 3 3 5 5l o g 2 l o g l o g l o g 2 . 2 3 /4 4 8 8 1 6 1 6 1 6 1 6 b it? ? ? ? ? ? ? 符 號《 通信原理課件 》 以上我們討論了離散消息的度量 。 類似 ， 關于連續消息的信息量可用概率密度來描述 。 可以證明 ， 連續消息的平均信息量 （ 相對熵 ） 為 ( ) ( ) l o g ( )caH x f x f x?????? ?（ ） 式中 , f(x)是連續消息出現的概率密度 。有興趣的讀者 ， 可參考信息論有關專著 。 《 通信原理課件 》 通信系統的主要性能指標 設計和評價一個通信系統 ， 往往要涉及到許多性能指標 ， 如系統的有效性 、 可靠性 、 適應性 、 經濟性及使用維護方便性等 。 這些指標可從各個方面評價通信系統的性能 ， 但從研究信息傳輸方面考慮 ， 通信的有效性和可靠性是通信系統中最主要的性能指標 。 《 通信原理課件 》 所謂有效性 ， 是指消息傳輸的 “ 速度 ” 問題 ， 而可靠性主要是指消息傳輸的 “ 質量 ” 問題 。 在實際通信系統中 ， 對有效性和可靠性這兩個指標的要求經常是矛盾的 ， 提高系統的有效性會降低可靠性 ， 反之亦然 。 因此在設計通信系統時 ， 對兩者應統籌考慮 。 《 通信原理課件 》 標 模擬通信系統的有效性指標用所傳信號的有效傳輸帶寬來表征 。 當信道容許傳輸帶寬一定 ， 而進行多路頻分復用時 ，每路信號所需的有效帶寬越窄 ， 信道內復用的路數就越多 。 《 通信原理課件 》 顯然 ， 信道復用的程度越高 ， 信號傳輸的有效性就越好 。 信號的有效傳輸帶寬與系統采用的調制方法有關 。同樣的信號用不同的方法調制得到的有效傳輸帶寬是不一樣的 。 《 通信原理課件 》 模擬通信系統的可靠性指標用整個通信系統的輸出信噪比來衡量 。 信噪比是信號的平均功率 S與噪聲的平均功率 N之比 。 信噪比越高 ， 說明噪聲對信號的影響越小 。 顯然 ， 信噪比越高 ，通信質量就越好 。 《 通信原理課件 》 輸出信噪比一方面與信道內噪聲的大小和信號的功率有關 ， 同時又和調制方式有很大關系 。 例如寬帶調頻系統的有效性不如調幅系統 ， 但是調頻系統的可靠性往往比調幅系統好 。 《 通信原理課件 》 一 、 有效性指標 數字通信系統的有效性指標用傳輸速率和頻帶利用率來表征。 傳輸速率 傳輸速率有兩種表示方法：碼元傳輸速率 和信息傳輸速率 。 BR bR《 通信原理課件 》 碼元傳輸速率 簡稱傳碼率，又稱符號速率等。它表示單位時間內傳輸碼元的數目，單位是波特（ Baud）記為 B。 信息傳輸速率 簡稱傳信率，又稱比特率等。它是指系統每秒鐘傳送的信息量，單位是比特 /秒，常用符號“ bit/s”表示。 BRbR《 通信原理課件 》 傳碼率和傳信率都是用來衡量數字通信系統有效性指標的，但是注意二者既有聯系又有區別。 《 通信原理課件 》 在 N進制下，設信息速率為 （ bit/s），碼元速率為 RBN (Baud)，由于每個碼元或符號通常都含有一定比特的信息量，因此碼元速率和信息速率有確定的關系，即 () bR( ) ( / )b B NR R H x bit s?《 通信原理課件 》 式中， 為信源中每個符號所含的平均信息量（熵）。當離散信源的每一符號等概率出現時，熵有最大值為 信息速率也達到最大，即 ()Hx（ ) （ ) 2l og ( /N bit 符 號 ）2l og ( / )b B NR R N bit s?2()l o g bBN RR B a u dN?《 通信原理課件 》 式中， N為符號的進制數，在二進制下，碼元速率與信息速率數值相等，但單位不同。 頻帶利用率 在比較不同通信系統的有效性時 ， 單看它們的傳輸速率是不夠的 ， 還應看在這樣的傳輸速率下所占信道的頻帶寬度 。頻帶利用率有兩種表示方式：碼元頻帶利用率和信息頻帶利用率 。 《 通信原理課件 》 碼元頻帶利用率是指單位頻帶內的碼元傳輸速率 ， 即 信息頻帶利用率是指每秒鐘在單位頻帶上傳輸的信息量，即 ( / )BR B a u d H zB? ?（ ) （ ) /( )bR b it s H zB? ??《 通信原理課件 》 二、可靠性指標 數字通信系統的可靠性指標用差錯率來衡量 。 差錯率越小 ， 可靠性越高 。 差錯率也有兩種表示方法：誤碼率和誤信率 。 《 通信原理課件 》 誤碼率：指接收到的錯誤碼元數和總的傳輸碼元個數之比 ， 即在傳輸中出現錯誤碼元的概率 ， 記為 傳輸總碼元數接收的錯誤碼元數?eP（ ） 《 通信原理課件 》 誤信率：又叫誤比特率 ， 是指接收到的錯誤比特數和總的傳輸比特數之比 ， 即在傳輸中出現錯誤信息量的概率 ， 記為 傳輸總比特數接收的錯誤比特數?bP（ ） 《 通信原理課件 》 [例 ] 設一信息源的輸出由 128個不同符號組成。其中 16個出現的概率為1/32，其余 112個出現概率為 1/224。信息源每秒發出 1000個符號，且每個符號彼此獨立。試計算該信息源的平均信息速率。 《 通信原理課件 》 解：每個符號的平均信息量為 =已知碼元速率 RB=1000B，故該信息源的平均信息速率為 2211( ) 1 6 l o g 3 2 1 1 2 l o g 2 2 43 2 2 2 4Hx ? ? ? ?( ) 640 4 /bBR R H x bit s? ? ?《 通信原理課件 》 [例 ] 已知某八進制數字通信系統的信息速率為 3000bit/s ，在收端 10分鐘內共測得出現 18個錯誤碼元，試求該系統的誤碼率。 解： 依題意 則 由式（ ）得系統的誤碼率 3 0 0 0 /bR b it s?82 /