1、1 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成2 通信系統(tǒng)分類(lèi)與通信方式通信系統(tǒng)分類(lèi)與通信方式3 信息及其度量信息及其度量4 主要性能指標(biāo)主要性能指標(biāo)5 通信發(fā)展趨勢(shì)通信發(fā)展趨勢(shì)返回主目錄返回主目錄1.通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成 從古到今，人類(lèi)的社會(huì)活動(dòng)總離不開(kāi)消息的傳遞和交換，從古到今，人類(lèi)的社會(huì)活動(dòng)總離不開(kāi)消息的傳遞和交換， 古代的消息樹(shù)、烽火臺(tái)和驛馬傳令，以及現(xiàn)代社會(huì)的文字、古代的消息樹(shù)、烽火臺(tái)和驛馬傳令，以及現(xiàn)代社會(huì)的文字、 書(shū)信、電報(bào)、電話、廣播、電視、遙控、遙測(cè)等，這些都是書(shū)信、電報(bào)、電話、廣播、電視、遙控、遙測(cè)等，這些都是消息傳遞的方式或信息交流的手段。人們可以用語(yǔ)言、文字、消息傳遞的方式或

2、信息交流的手段。人們可以用語(yǔ)言、文字、 數(shù)據(jù)或圖像等不同的形式來(lái)表達(dá)信息。但是這些語(yǔ)言、文字、數(shù)據(jù)或圖像等不同的形式來(lái)表達(dá)信息。但是這些語(yǔ)言、文字、 數(shù)據(jù)或圖像本身不是信息而是消息，數(shù)據(jù)或圖像本身不是信息而是消息，信息信息是是消息中所包含的消息中所包含的人們?cè)瓉?lái)不知而待知的內(nèi)容。人們?cè)瓉?lái)不知而待知的內(nèi)容。因此，通信的根本目的在于傳因此，通信的根本目的在于傳輸含有信息的消息，否則，就失去了通信的意義。基于這種輸含有信息的消息，否則，就失去了通信的意義。基于這種認(rèn)識(shí)，認(rèn)識(shí)， “通信通信”也就是也就是“信息傳輸信息傳輸”或或“消息傳輸消息傳輸”。 實(shí)現(xiàn)通信的方式很多，隨著社會(huì)的需求、生產(chǎn)力的發(fā)展實(shí)現(xiàn)

3、通信的方式很多，隨著社會(huì)的需求、生產(chǎn)力的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步， 目前的通信越來(lái)越依賴?yán)媚壳暗耐ㄐ旁絹?lái)越依賴?yán)谩半婋姟眮?lái)傳來(lái)傳遞消息的電通信方式。由于電通信迅速、準(zhǔn)確、可靠且不受遞消息的電通信方式。由于電通信迅速、準(zhǔn)確、可靠且不受時(shí)間、地點(diǎn)、距離的限制，因而近百年來(lái)得到了迅速的發(fā)展時(shí)間、地點(diǎn)、距離的限制，因而近百年來(lái)得到了迅速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用。當(dāng)今，在自然科學(xué)領(lǐng)域涉及和廣泛的應(yīng)用。當(dāng)今，在自然科學(xué)領(lǐng)域涉及“通信通信”這一術(shù)這一術(shù)語(yǔ)時(shí)，語(yǔ)時(shí)，一般均是指一般均是指“電通信電通信”。廣義來(lái)講，光通信也屬于電。廣義來(lái)講，光通信也屬于電通信，通信，因?yàn)楣庖彩且环N電磁波。因?yàn)楣庖彩且?/p>

4、種電磁波。通信的定義消息從發(fā)信者到收信者的有效傳遞非電信號(hào) 電信號(hào)電信號(hào)傳輸?shù)哪康碾娔艿膫鬏?波形已知信息的傳輸 波形未知1.1通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)的一般模型通信通信是從一地向另一地傳遞和交換信息。是從一地向另一地傳遞和交換信息。 實(shí)現(xiàn)信息傳遞實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱為所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱為通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)。基于。基于點(diǎn)與點(diǎn)之間的點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信系統(tǒng)的模型通信系統(tǒng)的模型可用圖可用圖 1 - 1 來(lái)描述。來(lái)描述。 信源信源是消息的產(chǎn)生地，是消息的產(chǎn)生地， 其其作用作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始原始電信號(hào)電信號(hào)，稱之為消息信號(hào)或稱之為消息

5、信號(hào)或基帶信號(hào)基帶信號(hào)。電話機(jī)、計(jì)算機(jī)等各電話機(jī)、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備就是信源。前者屬于模擬種數(shù)字終端設(shè)備就是信源。前者屬于模擬信源，輸出的是模信源，輸出的是模擬信號(hào)；后者是數(shù)字信源，輸出離散的數(shù)字信號(hào)。擬信號(hào)；后者是數(shù)字信源，輸出離散的數(shù)字信號(hào)。 圖1-1通信系統(tǒng)的一般模型通信系統(tǒng)的組成信信息息源源發(fā)送發(fā)送設(shè)備設(shè)備信信道道接收接收設(shè)備設(shè)備受受信信者者噪聲源噪聲源發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端發(fā)送設(shè)備發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和信道匹配起來(lái)，即將信的基本功能是將信源和信道匹配起來(lái)，即將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。變換方源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。變換方式是多

6、種多樣的，在需要頻譜搬移的場(chǎng)合，調(diào)制是最常見(jiàn)的式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場(chǎng)合，調(diào)制是最常見(jiàn)的變換方式。對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，變換方式。對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)， 發(fā)送設(shè)備常常又可分為發(fā)送設(shè)備常常又可分為信信源編碼源編碼與與信道編碼信道編碼。 信道信道是指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理媒質(zhì)。在無(wú)線信道中，信道可是指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理媒質(zhì)。在無(wú)線信道中，信道可以是大氣（自由空間），以是大氣（自由空間）， 在有線信道中，信道可以是明線、在有線信道中，信道可以是明線、 電纜或光纖。有線和無(wú)線信道均有多種物理媒質(zhì)。媒質(zhì)的固電纜或光纖。有線和無(wú)線信道均有多種物理媒質(zhì)。媒質(zhì)的固有特性及引入的干擾與噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。根據(jù)研

7、有特性及引入的干擾與噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。根據(jù)研究對(duì)象的不同，究對(duì)象的不同， 需要對(duì)實(shí)際的物理媒質(zhì)建立不同的數(shù)學(xué)模型，需要對(duì)實(shí)際的物理媒質(zhì)建立不同的數(shù)學(xué)模型， 以反映傳輸媒質(zhì)對(duì)信號(hào)的影響。以反映傳輸媒質(zhì)對(duì)信號(hào)的影響。噪聲源噪聲源不是不是人為加入的設(shè)備，而是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備人為加入的設(shè)備，而是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的，并且是人們所不希望的。噪聲的來(lái)源以及信道中所固有的，并且是人們所不希望的。噪聲的來(lái)源是多樣的，它可分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲，而且外部噪聲往是多樣的，它可分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲，而且外部噪聲往往是從信道引入的，因此，為了分析方便，把噪聲源視為各往是從信道引入的，因此，

8、為了分析方便，把噪聲源視為各處噪聲的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道。處噪聲的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道。 接收設(shè)備接收設(shè)備的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換， 即進(jìn)行即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中解調(diào)、譯碼、解碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始基帶信號(hào)來(lái)，對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，還正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始基帶信號(hào)來(lái)，對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路。包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路。 信宿信宿是傳輸信息的歸宿點(diǎn)，是傳輸信息的歸宿點(diǎn)， 其作用是將復(fù)原的原始信號(hào)其作用是將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消

9、息。 1.2 模擬通信模型和數(shù)字通信模型模擬通信模型和數(shù)字通信模型 按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)， 可相應(yīng)地把可相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。 1. 模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型 模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)。是利用模擬信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)。 我們知道，信源發(fā)出的原始電信號(hào)是我們知道，信源發(fā)出的原始電信號(hào)是基帶信號(hào)基帶信號(hào)，基帶的含義基帶的含義是是指信號(hào)的頻譜從零頻附近開(kāi)始，如指信號(hào)的頻譜從零頻附近開(kāi)始，如語(yǔ)音信號(hào)為語(yǔ)音信號(hào)為3003400Hz， 圖

10、像信號(hào)為圖像信號(hào)為06MHz。經(jīng)過(guò)調(diào)制以后的信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制以后的信號(hào)稱為已調(diào)信號(hào)。稱為已調(diào)信號(hào)。已調(diào)信號(hào)有三個(gè)基本特征已調(diào)信號(hào)有三個(gè)基本特征： 一是攜帶有信息，二是適合在信道中傳輸，三是信號(hào)的一是攜帶有信息，二是適合在信道中傳輸，三是信號(hào)的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠(yuǎn)離零頻，因而已調(diào)信號(hào)又稱頻譜具有帶通形式且中心頻率遠(yuǎn)離零頻，因而已調(diào)信號(hào)又稱頻帶信號(hào)。頻帶信號(hào)。 需要指出，消息從發(fā)送端到接收端的傳遞過(guò)程中，不僅需要指出，消息從發(fā)送端到接收端的傳遞過(guò)程中，不僅僅只有連續(xù)消息與基帶信號(hào)和基帶信號(hào)與頻帶信號(hào)之間的兩僅只有連續(xù)消息與基帶信號(hào)和基帶信號(hào)與頻帶信號(hào)之間的兩種變換，實(shí)際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、

11、放大、天線輻射、種變換，實(shí)際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、天線輻射、控制等過(guò)程。由于調(diào)制與解調(diào)兩種變換對(duì)信號(hào)的變化起決定控制等過(guò)程。由于調(diào)制與解調(diào)兩種變換對(duì)信號(hào)的變化起決定性作用，而其他過(guò)程對(duì)信號(hào)不會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化，只是對(duì)信號(hào)性作用，而其他過(guò)程對(duì)信號(hào)不會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化，只是對(duì)信號(hào)進(jìn)行了放大或改善了信號(hào)特性，因而被認(rèn)為是理想的而不予進(jìn)行了放大或改善了信號(hào)特性，因而被認(rèn)為是理想的而不予討論。討論。 模擬通信系統(tǒng)模型可由圖模擬通信系統(tǒng)模型可由圖 1 - 1 略加演變而成，略加演變而成， 如圖如圖 1 - 4 所示。圖中的調(diào)制器和解調(diào)器就代表圖所示。圖中的調(diào)制器和解調(diào)器就代表圖 1 - 1 中的發(fā)送設(shè)中的

12、發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備。備和接收設(shè)備。 圖1-4模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型信信息息源源調(diào)調(diào)制制器器信信道道解解調(diào)調(diào)器器受受信信者者噪聲源噪聲源發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端2 數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型 數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)，是利用數(shù)字信號(hào)來(lái)傳遞信息的通信系統(tǒng)， 如圖如圖 1 - 5 所示。數(shù)字通信涉及的技術(shù)問(wèn)題很多，其中主要有所示。數(shù)字通信涉及的技術(shù)問(wèn)題很多，其中主要有信源編碼信源編碼/譯碼、信道編碼譯碼、信道編碼/譯碼、數(shù)字調(diào)制譯碼、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)、同步以及解調(diào)、同步以及加密等。下面對(duì)這些技術(shù)作簡(jiǎn)要介紹。加密等。下面對(duì)這些技術(shù)作簡(jiǎn)要介紹。 1) 信源

13、編碼與譯碼信源編碼與譯碼 信源編碼的作用之一信源編碼的作用之一是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說(shuō)的數(shù)據(jù)壓縮。碼元速率將直接影響傳輸所占率，即通常所說(shuō)的數(shù)據(jù)壓縮。碼元速率將直接影響傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬又直接反映了通信的有效性。的帶寬，而傳輸帶寬又直接反映了通信的有效性。作用之二作用之二是，是，當(dāng)信息源給出的是模擬語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，信源編碼器將其轉(zhuǎn)當(dāng)信息源給出的是模擬語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。信源譯碼是換成數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。信源譯碼是信源編碼的逆過(guò)程。信源編碼的逆過(guò)程。 2） 信道編碼與譯碼信道

14、編碼與譯碼 數(shù)字信號(hào)在信道傳輸時(shí)，由于噪聲、衰落以及人為干擾數(shù)字信號(hào)在信道傳輸時(shí)，由于噪聲、衰落以及人為干擾等，將會(huì)引起差錯(cuò)。為了減少差錯(cuò)，信道編碼器對(duì)傳輸?shù)男诺龋瑢?huì)引起差錯(cuò)。為了減少差錯(cuò)，信道編碼器對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成所謂息碼元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成所謂“抗干擾編碼抗干擾編碼”。接收端的信道譯碼器按一定規(guī)則進(jìn)行解碼，。接收端的信道譯碼器按一定規(guī)則進(jìn)行解碼，從解碼過(guò)程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤，從而從解碼過(guò)程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤，從而提高通信系統(tǒng)抗干提高通信系統(tǒng)抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)可靠通信。擾能力，實(shí)現(xiàn)可靠通信。 3） 加密與解密加密與解密 在需要

15、實(shí)現(xiàn)保密通信的場(chǎng)合，為了保證所傳信息的安全，在需要實(shí)現(xiàn)保密通信的場(chǎng)合，為了保證所傳信息的安全， 人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂， 即加上密碼，這種處理過(guò)程即加上密碼，這種處理過(guò)程叫叫加密加密。在接收端利用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對(duì)收到的。在接收端利用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對(duì)收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密，恢復(fù)原來(lái)信息，叫數(shù)字序列進(jìn)行解密，恢復(fù)原來(lái)信息，叫解密解密。 4） 數(shù)字調(diào)制與解調(diào)數(shù)字調(diào)制與解調(diào) 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處，就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處， 形成形成適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號(hào)。適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號(hào)。基本的數(shù)字調(diào)制方式基

16、本的數(shù)字調(diào)制方式有有振幅鍵振幅鍵控控ASK、頻移鍵控頻移鍵控FSK、絕對(duì)相移鍵控絕對(duì)相移鍵控PSK、相對(duì)（差分）相相對(duì)（差分）相移鍵控移鍵控DPSK。對(duì)這些信號(hào)可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還對(duì)這些信號(hào)可以采用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原為數(shù)字基帶信號(hào)。對(duì)高斯噪聲下的信號(hào)檢測(cè)，一般用相關(guān)器原為數(shù)字基帶信號(hào)。對(duì)高斯噪聲下的信號(hào)檢測(cè)，一般用相關(guān)器接收機(jī)或匹配濾波器實(shí)現(xiàn)。接收機(jī)或匹配濾波器實(shí)現(xiàn)。 5） 同步與數(shù)字復(fù)接同步與數(shù)字復(fù)接 同步同步是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠工作的不可缺是保證數(shù)字通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠工作的不可缺少的前提條件。同步是使收、發(fā)兩端的信號(hào)在時(shí)間上保持步調(diào)少的前提條件。同步是使

17、收、發(fā)兩端的信號(hào)在時(shí)間上保持步調(diào)一致。一致。按照同步的功用不同，可分為載波同步、位同步、群同按照同步的功用不同，可分為載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步步和網(wǎng)同步。 需要說(shuō)明的是，需要說(shuō)明的是， 圖圖 1 - 5 是數(shù)字通信系統(tǒng)的一般化模型，是數(shù)字通信系統(tǒng)的一般化模型， 實(shí)際的數(shù)字通信系統(tǒng)不一定包括圖實(shí)際的數(shù)字通信系統(tǒng)不一定包括圖 1 - 1中的所有環(huán)節(jié)。中的所有環(huán)節(jié)。 如在如在某些有線信道中，若傳輸距離不太遠(yuǎn)且通信容量不太大時(shí)，某些有線信道中，若傳輸距離不太遠(yuǎn)且通信容量不太大時(shí)， 數(shù)字基帶信號(hào)無(wú)需調(diào)制，可以直接傳送，稱之為數(shù)字信號(hào)的數(shù)字基帶信號(hào)無(wú)需調(diào)制，可以直接傳送，稱之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸，

18、其模型中就不包括調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié)。基帶傳輸，其模型中就不包括調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié)。 應(yīng)該指出的是，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字編碼后可以在數(shù)字通應(yīng)該指出的是，模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字編碼后可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸信系統(tǒng)中傳輸，數(shù)字信號(hào)也可以在模擬通信系統(tǒng)中傳輸。，數(shù)字信號(hào)也可以在模擬通信系統(tǒng)中傳輸。圖15數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型信源信源信源信源編碼器編碼器信道信道編碼器編碼器帶通帶通調(diào)制器調(diào)制器信宿信宿信源信源譯碼器譯碼器信道信道譯碼器譯碼器數(shù)字?jǐn)?shù)字解調(diào)器解調(diào)器信道信道模擬或數(shù)模擬或數(shù)字信號(hào)字信號(hào)二進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)字序列數(shù)字序列噪聲噪聲數(shù)字?jǐn)?shù)字帶通帶通信號(hào)信號(hào)波形波形二進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)字序列數(shù)字序列模擬或數(shù)模擬或數(shù)字信號(hào)

19、字信號(hào)二進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)字序列數(shù)字序列數(shù)字基帶數(shù)字基帶信號(hào)波形信號(hào)波形基帶脈沖基帶脈沖生成器生成器數(shù)字基帶數(shù)字基帶信號(hào)波形信號(hào)波形采樣采樣判決器判決器數(shù)字?jǐn)?shù)字帶通帶通信號(hào)信號(hào)波形波形二進(jìn)制二進(jìn)制數(shù)字序列數(shù)字序列目前，無(wú)論是模擬通信還是數(shù)字通信，在不同的通信業(yè)務(wù)中目前，無(wú)論是模擬通信還是數(shù)字通信，在不同的通信業(yè)務(wù)中都得到了廣泛的應(yīng)用。但是，數(shù)字通信的發(fā)展速度已明顯超都得到了廣泛的應(yīng)用。但是，數(shù)字通信的發(fā)展速度已明顯超過(guò)模擬通信，成為當(dāng)代通信技術(shù)的主流。與模擬通信相比，過(guò)模擬通信，成為當(dāng)代通信技術(shù)的主流。與模擬通信相比，數(shù)字通信更能適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)通信技術(shù)越來(lái)越高的要求，數(shù)字通信更能適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)通信技

20、術(shù)越來(lái)越高的要求， 其其特點(diǎn)是：特點(diǎn)是： 3. 數(shù)字通信的主要特點(diǎn)數(shù)字通信的主要特點(diǎn)（1） 抗干擾能力強(qiáng)。抗干擾能力強(qiáng)。以二進(jìn)制為例，信號(hào)的取值只有兩個(gè)，以二進(jìn)制為例，信號(hào)的取值只有兩個(gè)，這樣接收端只需判別兩種狀態(tài)。信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到噪聲這樣接收端只需判別兩種狀態(tài)。信號(hào)在傳輸過(guò)程中受到噪聲的干擾，必然會(huì)發(fā)生波形畸變，接收端對(duì)其進(jìn)行抽樣判決，的干擾，必然會(huì)發(fā)生波形畸變，接收端對(duì)其進(jìn)行抽樣判決，以辨別是兩個(gè)狀態(tài)中的哪一個(gè)。只要噪聲的大小不足以影響以辨別是兩個(gè)狀態(tài)中的哪一個(gè)。只要噪聲的大小不足以影響判決的正確，就能正確接收。而模擬通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖沁B判決的正確，就能正確接收。而模擬通信系統(tǒng)中傳輸?shù)?/p>

21、是連續(xù)變化的模擬信號(hào)，它要求接收機(jī)能夠高度保真地重現(xiàn)信號(hào)續(xù)變化的模擬信號(hào)，它要求接收機(jī)能夠高度保真地重現(xiàn)信號(hào)波形，如果模擬信號(hào)疊加上噪聲后，即使噪聲很小，也很難波形，如果模擬信號(hào)疊加上噪聲后，即使噪聲很小，也很難消除它。此外，在遠(yuǎn)距離傳輸，如微波中繼通信時(shí)，各中繼消除它。此外，在遠(yuǎn)距離傳輸，如微波中繼通信時(shí)，各中繼站可利用數(shù)字通信特有的判決再生接收方式，對(duì)數(shù)字信號(hào)波站可利用數(shù)字通信特有的判決再生接收方式，對(duì)數(shù)字信號(hào)波形進(jìn)行整形再生而消除噪聲積累。形進(jìn)行整形再生而消除噪聲積累。 2） 差錯(cuò)可控。差錯(cuò)可控。 可以采用信道編碼技術(shù)使誤碼率降低，可以采用信道編碼技術(shù)使誤碼率降低， 提高傳輸?shù)目煽啃浴Ｌ?/p>

22、高傳輸?shù)目煽啃浴?（3） 易于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)對(duì)信號(hào)易于與各種數(shù)字終端接口，用現(xiàn)代計(jì)算技術(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理、加工、變換、存儲(chǔ)，從而形成智能網(wǎng)。進(jìn)行處理、加工、變換、存儲(chǔ)，從而形成智能網(wǎng)。 （4） 易于集成化，易于集成化， 從而使通信設(shè)備微型化。從而使通信設(shè)備微型化。 （5） 易于加密處理，易于加密處理， 且保密強(qiáng)度高。且保密強(qiáng)度高。 但是，但是， 數(shù)字通信的許多優(yōu)點(diǎn)都是用比模擬通信占據(jù)更數(shù)字通信的許多優(yōu)點(diǎn)都是用比模擬通信占據(jù)更寬的系統(tǒng)頻帶為代價(jià)而換取的。寬的系統(tǒng)頻帶為代價(jià)而換取的。以電話為例，一路模擬電話以電話為例，一路模擬電話通常只占據(jù)通常只占據(jù)4kHz帶寬，但一路接近同樣話

23、音質(zhì)量的數(shù)字電帶寬，但一路接近同樣話音質(zhì)量的數(shù)字電話可能要占據(jù)話可能要占據(jù) 2060kHz的帶寬，因此數(shù)字通信的頻帶利用的帶寬，因此數(shù)字通信的頻帶利用率不高。另外，由于數(shù)字通信對(duì)同步要求高，因而系統(tǒng)設(shè)備率不高。另外，由于數(shù)字通信對(duì)同步要求高，因而系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜。不過(guò)，隨著新的寬帶傳輸信道（如光導(dǎo)纖維）的比較復(fù)雜。不過(guò)，隨著新的寬帶傳輸信道（如光導(dǎo)纖維）的采用、采用、 窄帶調(diào)制技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字通窄帶調(diào)制技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字通信的這些缺點(diǎn)已經(jīng)弱化。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅信的這些缺點(diǎn)已經(jīng)弱化。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)字通信在今后的通

24、信方式中必將逐步猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)字通信在今后的通信方式中必將逐步取代模擬通信而占主導(dǎo)地位。取代模擬通信而占主導(dǎo)地位。 通信系統(tǒng)舉例基帶傳輸系統(tǒng)集線器通信系統(tǒng)舉例模擬電話鏈路PSTNPSTN(Public Switched Telephone Network)公共開(kāi)關(guān)電話網(wǎng)公共開(kāi)關(guān)電話網(wǎng)絡(luò)；一種常用舊式電話系統(tǒng)絡(luò)；一種常用舊式電話系統(tǒng)ModemModemPSTNModem通信系統(tǒng)舉例撥號(hào)上網(wǎng)鏈路數(shù)字通信與模擬通信比較(1)模擬系統(tǒng)接收機(jī)必須處理無(wú)窮多個(gè)波形數(shù)字系統(tǒng)接收機(jī)處理已知波形集中有限個(gè)波形之一數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn) 更好的抗失真和干擾的能力 容易實(shí)現(xiàn)，成本低，更具靈活性 更適合數(shù)字業(yè)務(wù)，容

25、易實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)合一數(shù)字通信與模擬通信比較(2)數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點(diǎn) 同步設(shè)備復(fù)雜模擬系統(tǒng)性能衡量指標(biāo) 信噪比、百分比失真度、發(fā)送端波形和接收波形的期望均方誤差等。2 通信系統(tǒng)分類(lèi)與通信方式通信系統(tǒng)分類(lèi)與通信方式2.1通信系統(tǒng)的分類(lèi)通信系統(tǒng)的分類(lèi)1 按通信業(yè)務(wù)分類(lèi)按通信業(yè)務(wù)分類(lèi) 按通信業(yè)務(wù)分，按通信業(yè)務(wù)分， 通信系統(tǒng)有話務(wù)通信和非話務(wù)通信。通信系統(tǒng)有話務(wù)通信和非話務(wù)通信。 電電話業(yè)務(wù)話業(yè)務(wù)在電信領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位，它屬于人與人之間的在電信領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位，它屬于人與人之間的通信。通信。 近年來(lái)，非話務(wù)通信發(fā)展迅速，近年來(lái)，非話務(wù)通信發(fā)展迅速， 非話務(wù)通信非話務(wù)通信主要是分主要是分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、計(jì)算

26、機(jī)通信、數(shù)據(jù)庫(kù)檢索、電子信箱、電子數(shù)組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、計(jì)算機(jī)通信、數(shù)據(jù)庫(kù)檢索、電子信箱、電子數(shù)據(jù)交換、傳真存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)、可視圖文及會(huì)議電視、圖像通信等。據(jù)交換、傳真存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)、可視圖文及會(huì)議電視、圖像通信等。 由于電話通信最為發(fā)達(dá)，因而其他通信常常借助于公共的電由于電話通信最為發(fā)達(dá)，因而其他通信常常借助于公共的電話通信系統(tǒng)進(jìn)行。話通信系統(tǒng)進(jìn)行。未來(lái)的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)中各種用途的消息都能在一未來(lái)的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)中各種用途的消息都能在一個(gè)統(tǒng)一的通信網(wǎng)中傳輸。此外，還有遙測(cè)、遙控和遙調(diào)等控個(gè)統(tǒng)一的通信網(wǎng)中傳輸。此外，還有遙測(cè)、遙控和遙調(diào)等控制通信業(yè)務(wù)。制通信業(yè)務(wù)。 2 按調(diào)制方式分類(lèi)按調(diào)制方式分類(lèi) 根據(jù)是

27、否采用調(diào)制，可將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸和頻帶根據(jù)是否采用調(diào)制，可將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸和頻帶（調(diào)制）傳輸。（調(diào)制）傳輸。基帶傳輸是將未經(jīng)調(diào)制的信號(hào)直接傳送，如基帶傳輸是將未經(jīng)調(diào)制的信號(hào)直接傳送，如音頻市內(nèi)電話。頻帶傳輸是對(duì)各種信號(hào)調(diào)制后傳輸?shù)目偡Q。音頻市內(nèi)電話。頻帶傳輸是對(duì)各種信號(hào)調(diào)制后傳輸?shù)目偡Q。 調(diào)制方式很多，調(diào)制方式很多， 表表 1 - 1 列出了一些常見(jiàn)的調(diào)制方式。列出了一些常見(jiàn)的調(diào)制方式。 表表 1- 1常見(jiàn)的調(diào)制方式常見(jiàn)的調(diào)制方式調(diào)制方式用途連續(xù)波調(diào)制線性調(diào)制常規(guī)雙邊帶調(diào)幅廣播抑制載波雙邊帶調(diào)幅 立體聲廣播單邊帶調(diào)幅SSB無(wú)線電臺(tái)、數(shù)傳殘留邊帶調(diào)幅VSB電視廣播、數(shù)傳、傳真非線性調(diào)制

28、頻率調(diào)制FM微波中繼、衛(wèi)星通信、廣播相位調(diào)制PM中間調(diào)制方式數(shù)字調(diào)制幅度鍵控ASK數(shù)據(jù)傳輸頻率鍵控FSK數(shù)據(jù)傳輸調(diào)制方式用途脈沖數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制相位鍵控PSK、DPSK、QPSK等數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)字微波、空間通信其他高效數(shù)字調(diào)制QAM、MSK等數(shù)字微波、空間通信脈沖模擬調(diào)制脈幅調(diào)制PAM中間調(diào)制方式、遙測(cè)脈寬調(diào)制PDM(PWM)中間調(diào)制方式脈位調(diào)制PPM遙測(cè)、光纖傳輸脈沖數(shù)字調(diào)制脈碼調(diào)制PCM市話、衛(wèi)星、空間通信增量調(diào)制DM軍用、民用電話差分脈碼調(diào)制DPCM電視電話、圖像編碼其他語(yǔ)言編碼方式ADPCM、APC、LPC中低速數(shù)字電話續(xù)表（續(xù)表（2）3 按信號(hào)特征分類(lèi)按信號(hào)特征分類(lèi) 按照信道中所傳輸?shù)?/p>

29、是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，按照信道中所傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)， 相應(yīng)地相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分成模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。把通信系統(tǒng)分成模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。 4 按傳輸媒質(zhì)分類(lèi)按傳輸媒質(zhì)分類(lèi) 按傳輸媒質(zhì)分，通信系統(tǒng)可分為有線通信系統(tǒng)和無(wú)線通按傳輸媒質(zhì)分，通信系統(tǒng)可分為有線通信系統(tǒng)和無(wú)線通信系統(tǒng)兩大類(lèi)。信系統(tǒng)兩大類(lèi)。有線通信有線通信是是用導(dǎo)線（如架空明線、同軸電纜、用導(dǎo)線（如架空明線、同軸電纜、 光導(dǎo)纖維等）作為傳輸媒質(zhì)完成通信的，光導(dǎo)纖維等）作為傳輸媒質(zhì)完成通信的，如市內(nèi)電話、如市內(nèi)電話、 有線有線電視、海底電纜通信等。電視、海底電纜通信等。無(wú)線通信無(wú)線通信是是依靠電磁波在空間傳播依靠

30、電磁波在空間傳播達(dá)到傳遞消息的目的的，達(dá)到傳遞消息的目的的，如短波電離層傳播、微波視距傳播、如短波電離層傳播、微波視距傳播、衛(wèi)星中繼等。衛(wèi)星中繼等。 5 按工作波段分類(lèi)按工作波段分類(lèi) 按通信設(shè)備的工作頻率不同可分為長(zhǎng)波通信、按通信設(shè)備的工作頻率不同可分為長(zhǎng)波通信、 中波通中波通信、信、 短波通信、短波通信、 遠(yuǎn)紅外線通信等。遠(yuǎn)紅外線通信等。表表 1 -2 列出了通信使用列出了通信使用的頻段、的頻段、 常用的傳輸媒質(zhì)及主要用途。常用的傳輸媒質(zhì)及主要用途。 表表 1 2 通信波段與常用傳輸媒質(zhì)通信波段與常用傳輸媒質(zhì)頻率范圍波長(zhǎng)符號(hào)傳輸媒質(zhì)用途3Hz30kHz104108m甚低頻VLF有線線對(duì)長(zhǎng)波無(wú)

31、線電音頻、電話、數(shù)據(jù)終端長(zhǎng)距離導(dǎo)航、時(shí)標(biāo)30300kHz103104m低頻LF有線線對(duì)長(zhǎng)波無(wú)線電導(dǎo)航、信標(biāo)、電力線通信300kHz3MHz102103m中頻MF同軸電纜短波無(wú)線電調(diào)幅廣播、移動(dòng)陸地通信、業(yè)余無(wú)線電330MHz10102m高頻HF同軸電纜短波無(wú)線電移動(dòng)無(wú)線電話、短波廣播定點(diǎn)軍用通信、業(yè)余無(wú)線電30300MHz110m甚高頻VHF同軸電纜米波無(wú)線電電視、調(diào)頻廣播、空中管制、車(chē)輛、通信、導(dǎo)航續(xù)表（續(xù)表（2）頻率范圍波長(zhǎng)符號(hào)傳輸媒質(zhì)用途300MHz3GHz10100cm特高頻UHF波導(dǎo)分米波無(wú)線電微波接力、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)330GHz110cm超高頻SHF波導(dǎo)厘米波無(wú)線電微波接力、

32、衛(wèi)星和空間通信、雷達(dá)30300GHz110mm極高頻EHF波導(dǎo)毫米波無(wú)線電雷達(dá)、微波接力、射電天文學(xué)107108GHz310-5310-4cm紫外可見(jiàn)光紅外光纖激光空間傳播光通信工作波長(zhǎng)和頻率的換算公式為工作波長(zhǎng)和頻率的換算公式為 =式中，式中， 為工作波長(zhǎng)，為工作波長(zhǎng)， f為工作頻率，為工作頻率， c為光速。為光速。 6 按信號(hào)復(fù)用方式分類(lèi)按信號(hào)復(fù)用方式分類(lèi) 傳輸多路信號(hào)有三種復(fù)用方式，即頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用傳輸多路信號(hào)有三種復(fù)用方式，即頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用。和碼分復(fù)用。頻分復(fù)用（頻分復(fù)用（FDMA）是用頻譜搬移的方法使不是用頻譜搬移的方法使不同信號(hào)占據(jù)不同的頻率范圍；同信號(hào)占據(jù)不同的

33、頻率范圍；時(shí)分復(fù)用（時(shí)分復(fù)用（TDMA）是用脈沖是用脈沖調(diào)制的方法使不同信號(hào)占據(jù)不同的時(shí)間區(qū)間；調(diào)制的方法使不同信號(hào)占據(jù)不同的時(shí)間區(qū)間； 碼分復(fù)用碼分復(fù)用（CDMA）是用正交的脈沖序列分別攜帶不同信號(hào)。傳統(tǒng)的是用正交的脈沖序列分別攜帶不同信號(hào)。傳統(tǒng)的模擬通信中都采用頻分復(fù)用，隨著數(shù)字通信的發(fā)展，時(shí)分復(fù)模擬通信中都采用頻分復(fù)用，隨著數(shù)字通信的發(fā)展，時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，碼分復(fù)用主要用于空間通信用通信系統(tǒng)的應(yīng)用愈來(lái)愈廣泛，碼分復(fù)用主要用于空間通信的擴(kuò)頻通信中。的擴(kuò)頻通信中。 )()/(1038Hzfsmfc無(wú)線通信的多址接入方式無(wú)線通信的多址接入方式一、基本接入方式一、基本接入方式FD

34、MA（FrequencyDivisionMultipleAccess)TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)SDMA(SpaceDivisionMultipleAccess)f2f3tft1tt2 t3ff1tfc1c2c3FDMATDMACDMAcSDMA1.2.2 通信方式通信方式 前述通信系統(tǒng)是單向通信系統(tǒng)，但在多數(shù)場(chǎng)合下，信源前述通信系統(tǒng)是單向通信系統(tǒng)，但在多數(shù)場(chǎng)合下，信源兼為信宿，需要雙向通信，電話就是一個(gè)最好的例子，這時(shí)兼為信宿，需要雙向通信，電話就是一個(gè)最好的例子，這時(shí)通信雙方都要有發(fā)送和接

35、收設(shè)備，并需要各自的傳輸媒質(zhì)，通信雙方都要有發(fā)送和接收設(shè)備，并需要各自的傳輸媒質(zhì)，如果通信雙方共用一個(gè)信道，就必須用頻率或時(shí)間分割的方如果通信雙方共用一個(gè)信道，就必須用頻率或時(shí)間分割的方法來(lái)共享信道。因此，通信過(guò)程中涉及通信方式與信道共享法來(lái)共享信道。因此，通信過(guò)程中涉及通信方式與信道共享問(wèn)題。問(wèn)題。 下面只對(duì)通信方式作一簡(jiǎn)單介紹。下面只對(duì)通信方式作一簡(jiǎn)單介紹。 1 按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系分按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系分 對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信，按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系，對(duì)于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信，按消息傳遞的方向與時(shí)間關(guān)系， 通信方式可分為單工、半雙工及全雙工通信三種。通信方式可分為單工、半雙工

36、及全雙工通信三種。 單工通信單工通信， 是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞剑侵赶⒅荒軉畏较騻鬏數(shù)墓ぷ鞣绞剑?因此因此只占用一個(gè)信道，只占用一個(gè)信道， 如圖如圖 1 -6(a)所示。廣播、遙測(cè)、遙控、無(wú)所示。廣播、遙測(cè)、遙控、無(wú)線尋呼等就是單工通信方式的例子。線尋呼等就是單工通信方式的例子。 圖1-6單工、半雙工和全雙工通信方式示意圖(a)單工；(b)半雙工；(c)全雙工發(fā)端信 道收端發(fā)端信 道收端發(fā)端收端(a)(b)發(fā)端信 道收端發(fā)端收端信 道(c)半雙工通信半雙工通信，是指通信雙方都能收發(fā)消息，是指通信雙方都能收發(fā)消息， 但不能同時(shí)但不能同時(shí)進(jìn)行收和發(fā)的工作方式，進(jìn)行收和發(fā)的工作方式，如圖

37、如圖 1 - 6(b)所示。例如，使用同所示。例如，使用同一載頻的對(duì)講機(jī)，收發(fā)報(bào)機(jī)以及問(wèn)詢、檢索、科學(xué)計(jì)算等數(shù)一載頻的對(duì)講機(jī)，收發(fā)報(bào)機(jī)以及問(wèn)詢、檢索、科學(xué)計(jì)算等數(shù)據(jù)通信都是半雙工通信方式。據(jù)通信都是半雙工通信方式。 全雙工通信全雙工通信， 是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行收發(fā)消息的工作方式。一般情況全雙工通信的信道必須是雙向信道，方式。一般情況全雙工通信的信道必須是雙向信道，如圖如圖 1 - 6(c)所示。普通電話、手機(jī)都是最常見(jiàn)的全雙工通信方式，所示。普通電話、手機(jī)都是最常見(jiàn)的全雙工通信方式， 計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)通信也是這種方式。計(jì)算機(jī)之間的高速數(shù)據(jù)通信也是這種方

38、式。 2 按數(shù)字信號(hào)排列順序分按數(shù)字信號(hào)排列順序分 在數(shù)字通信中，按數(shù)字信號(hào)代碼排列的順序可分為并行傳在數(shù)字通信中，按數(shù)字信號(hào)代碼排列的順序可分為并行傳輸和串行傳輸。輸和串行傳輸。并行傳輸并行傳輸是將代表信息的數(shù)字序列以成組的方是將代表信息的數(shù)字序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸，如圖式在兩條或兩條以上的并行信道上同時(shí)傳輸，如圖 1 - 7（a）所示。并行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是節(jié)省傳輸時(shí)間，但需要傳輸信道多，所示。并行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是節(jié)省傳輸時(shí)間，但需要傳輸信道多， 設(shè)備復(fù)雜，設(shè)備復(fù)雜， 成本高，成本高， 一般適用于計(jì)算機(jī)和其他高速數(shù)字系統(tǒng)，一般適用于計(jì)算機(jī)和其他高速數(shù)字系統(tǒng)，特別適用于設(shè)

39、備之間的近距離通信特別適用于設(shè)備之間的近距離通信。 串行傳輸串行傳輸是數(shù)字序列以串行方式一個(gè)接一個(gè)地在一條信道是數(shù)字序列以串行方式一個(gè)接一個(gè)地在一條信道上傳輸，上傳輸， 如圖如圖 1 - 7(b)所示。通常，所示。通常，一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字通信都一般的遠(yuǎn)距離數(shù)字通信都采用這種傳輸方式。采用這種傳輸方式。 圖1-7并行和串行通信方式示意圖(a)并行傳輸；(b)串行傳輸發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備101(b)發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備(a)3 信息及其度量信息及其度量前已指出，前已指出，信號(hào)是消息的載體，而信息是其內(nèi)涵。信號(hào)是消息的載體，而信息是其內(nèi)涵。任何任何信源產(chǎn)生的輸出都是隨機(jī)的，也就是說(shuō)，信源輸出是用統(tǒng)計(jì)信源產(chǎn)生的

40、輸出都是隨機(jī)的，也就是說(shuō)，信源輸出是用統(tǒng)計(jì)方法來(lái)定性的。對(duì)接收者來(lái)說(shuō)，只有消息中不確定的內(nèi)容才方法來(lái)定性的。對(duì)接收者來(lái)說(shuō)，只有消息中不確定的內(nèi)容才構(gòu)成信息；否則，信源輸出已確切知曉，就沒(méi)有必要再傳輸構(gòu)成信息；否則，信源輸出已確切知曉，就沒(méi)有必要再傳輸它了。因此，它了。因此，信息含量就是對(duì)消息中這種不確定性的度量信息含量就是對(duì)消息中這種不確定性的度量。 首先，讓我們從常識(shí)的角度來(lái)感覺(jué)三條消息：首先，讓我們從常識(shí)的角度來(lái)感覺(jué)三條消息： 太陽(yáng)從太陽(yáng)從東方升起；東方升起； 太陽(yáng)比往日大兩倍；太陽(yáng)比往日大兩倍； 太陽(yáng)將從西方升起太陽(yáng)將從西方升起 。 第一條幾乎沒(méi)有帶來(lái)任何信息，第一條幾乎沒(méi)有帶來(lái)任何信息

41、， 第二條帶來(lái)了大量信息，第第二條帶來(lái)了大量信息，第三條帶來(lái)的信息多于第二條。三條帶來(lái)的信息多于第二條。 究其原因，第一事件是一個(gè)必然事件，人們不足為奇；究其原因，第一事件是一個(gè)必然事件，人們不足為奇； 第三事件幾乎不可能發(fā)生，它使人感到驚奇和意外，也就是第三事件幾乎不可能發(fā)生，它使人感到驚奇和意外，也就是說(shuō)，它帶來(lái)更多的信息。因此，信息含量是與驚奇這一因素說(shuō)，它帶來(lái)更多的信息。因此，信息含量是與驚奇這一因素相關(guān)聯(lián)的，這是不確定性或不可預(yù)測(cè)性的結(jié)果。相關(guān)聯(lián)的，這是不確定性或不可預(yù)測(cè)性的結(jié)果。 越是不可預(yù)越是不可預(yù)測(cè)的事件，測(cè)的事件， 越會(huì)使人感到驚奇，帶來(lái)的信息越多。越會(huì)使人感到驚奇，帶來(lái)的信

42、息越多。 根據(jù)概率論知識(shí)，事件的不確定性可用事件出現(xiàn)的概率根據(jù)概率論知識(shí)，事件的不確定性可用事件出現(xiàn)的概率來(lái)描述。可能性越小，概率越小；反之，概率越大。因此，來(lái)描述。可能性越小，概率越小；反之，概率越大。因此， 消息中包含的信息量與消息發(fā)生的概率密切相關(guān)。消息中包含的信息量與消息發(fā)生的概率密切相關(guān)。消息出現(xiàn)消息出現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大。的概率越小，消息中包含的信息量就越大。假設(shè)假設(shè)P(x)是一個(gè)消是一個(gè)消息發(fā)生的概率，息發(fā)生的概率，I是從該消息獲悉的信息，是從該消息獲悉的信息，根據(jù)上面的認(rèn)知，根據(jù)上面的認(rèn)知， 顯然顯然I與與P(x)之間的關(guān)系反映為如下規(guī)律：之間的關(guān)系反映為如下

43、規(guī)律： （1） 信息量是概率的函數(shù)，信息量是概率的函數(shù)， 即即 I=fP(x) （2） P(x)越小，越小， I越大；越大； 反之，反之， I越小，越小， 且且 P(x)1時(shí)，時(shí)， I0 P(x)0時(shí)，時(shí)， I （3） 若干個(gè)互相獨(dú)立事件構(gòu)成的消息，若干個(gè)互相獨(dú)立事件構(gòu)成的消息， 所含信息量等于所含信息量等于各獨(dú)立事件信息量之和，也就是說(shuō)，信息具有相加性，各獨(dú)立事件信息量之和，也就是說(shuō)，信息具有相加性， 即即 IP(x1)P(x2)=IP(x1)+IP(x2)+綜上所述，綜上所述， 信息量信息量I與消息出現(xiàn)的概率與消息出現(xiàn)的概率P(x)之間的關(guān)系之間的關(guān)系應(yīng)為應(yīng)為 I=loga =-loga

44、P(x) (1.3 - 1)信息量的單位與對(duì)數(shù)底數(shù)信息量的單位與對(duì)數(shù)底數(shù)a有關(guān)。有關(guān)。 a=2時(shí)，時(shí)， 信息量的單信息量的單位為位為比特比特(bit)；a=e時(shí)，信息量的單位為時(shí)，信息量的單位為奈特奈特(nit)； a=10時(shí)，時(shí)， 信息量的單位為十進(jìn)制單位，叫信息量的單位為十進(jìn)制單位，叫哈特萊哈特萊。目前廣泛使用的單。目前廣泛使用的單位為比特。位為比特。 下面舉例說(shuō)明下面舉例說(shuō)明信息量的對(duì)數(shù)度量信息量的對(duì)數(shù)度量是一種合理的度量方法。是一種合理的度量方法。 例例 1 1 設(shè)二進(jìn)制離散信源，設(shè)二進(jìn)制離散信源， 以相等的概率發(fā)送數(shù)字以相等的概率發(fā)送數(shù)字0或或1，則信源每個(gè)輸出的信息含量為，則信源每

45、個(gè)輸出的信息含量為)(1xpI(0)=I(1)=log2 =log22=1 (bit) (1.3 - 2)可見(jiàn)，可見(jiàn)，傳送等概率的二進(jìn)制波形之一（傳送等概率的二進(jìn)制波形之一（P=1/2）的信息量的信息量為為1比特。同理，傳送等概率的四進(jìn)制波形之一（比特。同理，傳送等概率的四進(jìn)制波形之一（P=1/4）的的信息量為信息量為2比特，比特，這時(shí)每一個(gè)四進(jìn)制波形需要用這時(shí)每一個(gè)四進(jìn)制波形需要用2個(gè)二進(jìn)制脈個(gè)二進(jìn)制脈沖表示；傳送等概率的八進(jìn)制波形之一（沖表示；傳送等概率的八進(jìn)制波形之一（P=1/8）的信息量為的信息量為3比特，這時(shí)至少需要比特，這時(shí)至少需要3個(gè)二進(jìn)制脈沖。個(gè)二進(jìn)制脈沖。 綜上所述，綜上所述

46、，對(duì)于離散信源，對(duì)于離散信源，M個(gè)波形等概率（個(gè)波形等概率（P=1/M）發(fā)送，且每一個(gè)波形的出現(xiàn)是獨(dú)立的，即信源是無(wú)記憶的，發(fā)送，且每一個(gè)波形的出現(xiàn)是獨(dú)立的，即信源是無(wú)記憶的，則傳送則傳送M進(jìn)制波形之一的信息量為進(jìn)制波形之一的信息量為211I=log2 =log2 =log2 M(bit) (1.3 - 3) 式中，式中， P為每一個(gè)波形出現(xiàn)的概率，為每一個(gè)波形出現(xiàn)的概率， M為傳送的波形數(shù)。為傳送的波形數(shù)。 若若M是是2的整冪次，比如的整冪次，比如M=2 （K=1，2，3， ），），則式則式(1.3 - 3)可改寫(xiě)為可改寫(xiě)為 I=log 2 2 =K (bit) (1.3 - 4)式中式中,

47、 K是二進(jìn)制脈沖數(shù)目是二進(jìn)制脈沖數(shù)目，也就是說(shuō)，也就是說(shuō)，傳送每一個(gè)傳送每一個(gè)M（M=2 ）進(jìn)制波形的信息量就等于用二進(jìn)制脈沖表示該波）進(jìn)制波形的信息量就等于用二進(jìn)制脈沖表示該波形所需的脈沖數(shù)目形所需的脈沖數(shù)目K。 p1M11KKK如果是非等概情況，設(shè)離散信源是一個(gè)由如果是非等概情況，設(shè)離散信源是一個(gè)由n個(gè)符號(hào)組成的個(gè)符號(hào)組成的符號(hào)集，符號(hào)集， 其中每個(gè)符號(hào)其中每個(gè)符號(hào)xi(i=1, 2, 3, , n)出現(xiàn)的概率為出現(xiàn)的概率為P(xi)， 且有且有 P(xi)=1, 則則x1, x2, , xn 所包含的信息量分別為所包含的信息量分別為-log2 P(x1), -log2 P(x2)， ，-

48、log2 P(xn)。于是，每個(gè)符號(hào)所于是，每個(gè)符號(hào)所含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值，即平均信息量為含信息量的統(tǒng)計(jì)平均值，即平均信息量為H(x)=P(x1)log2 P(x1)+P(x2)log2 P(x2)+P(xn)log2 P(xn) =ni 1符號(hào)）/)(log)(21bitxpxpinii由于由于H同熱力學(xué)中的熵形式一樣，同熱力學(xué)中的熵形式一樣， 故通常又稱它為故通常又稱它為信息信息源的熵源的熵，其單位為，其單位為bit/符號(hào)符號(hào)。 顯然，顯然，當(dāng)信源中每個(gè)符號(hào)等概獨(dú)立出現(xiàn)時(shí)，式當(dāng)信源中每個(gè)符號(hào)等概獨(dú)立出現(xiàn)時(shí)，式(1.3 - 5)即即成為式成為式(1.3 - 3)， 此時(shí)信源的熵有最大值。此時(shí)

49、信源的熵有最大值。 例例 1 - 2一離散信源由一離散信源由0， 1， 2， 3四個(gè)符號(hào)組成，它們出四個(gè)符號(hào)組成，它們出現(xiàn)的概率分別為現(xiàn)的概率分別為3/8, 1/4, 1/4, 1/8，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)立，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求某消息的。試求某消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。的信息量。 解解 此消息中，此消息中，0出現(xiàn)出現(xiàn)23次，次，1出現(xiàn)出現(xiàn)14次，次，2出現(xiàn)出現(xiàn)13次，次，3出出現(xiàn)現(xiàn)7次，共有次，共有57個(gè)符號(hào)，故該消息的信息量為個(gè)符號(hào)，故該消息的信息量為)(1088log74l

50、og134log1438log232222bitI每個(gè)符號(hào)的算術(shù)平均信息量為每個(gè)符號(hào)的算術(shù)平均信息量為符號(hào)位）符號(hào)位/(89. 157108bitII若用熵的概念來(lái)計(jì)算，若用熵的概念來(lái)計(jì)算， 由式（由式（1.3 - 5）得得 81log8141log4183log83222H符號(hào)位）/(906. 1bit可見(jiàn)，兩種算法的結(jié)果有一定誤差，但當(dāng)消息很長(zhǎng)時(shí)，可見(jiàn)，兩種算法的結(jié)果有一定誤差，但當(dāng)消息很長(zhǎng)時(shí)， 用熵的概念來(lái)計(jì)算比較方便。用熵的概念來(lái)計(jì)算比較方便。 而且隨著消息序列長(zhǎng)度的增加，而且隨著消息序列長(zhǎng)度的增加， 兩種計(jì)算誤差將趨于零。兩種計(jì)算誤差將趨于零。 以上我們介紹了離散消息所含信息量的度量

51、方法。以上我們介紹了離散消息所含信息量的度量方法。 對(duì)于對(duì)于連續(xù)消息，信息論中有一個(gè)重要結(jié)論，就是任何形式的待傳連續(xù)消息，信息論中有一個(gè)重要結(jié)論，就是任何形式的待傳信息都可以用二進(jìn)制形式表示而不失主要內(nèi)容。抽樣定理告信息都可以用二進(jìn)制形式表示而不失主要內(nèi)容。抽樣定理告訴我們：一個(gè)頻帶受限的連續(xù)信號(hào)，可以用每秒一定數(shù)目的訴我們：一個(gè)頻帶受限的連續(xù)信號(hào)，可以用每秒一定數(shù)目的抽樣值代替。而每個(gè)抽樣值可以用若干個(gè)二進(jìn)制脈沖序列來(lái)抽樣值代替。而每個(gè)抽樣值可以用若干個(gè)二進(jìn)制脈沖序列來(lái)表示。因此，以上信息量的定義和計(jì)算同樣適用于連續(xù)信號(hào)。表示。因此，以上信息量的定義和計(jì)算同樣適用于連續(xù)信號(hào)。 4. 主要性能

52、指標(biāo)主要性能指標(biāo)通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞信息。因此，通信的任務(wù)是快速、準(zhǔn)確地傳遞信息。因此，評(píng)價(jià)一個(gè)通評(píng)價(jià)一個(gè)通信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標(biāo)是系統(tǒng)的有效性和可靠性信系統(tǒng)優(yōu)劣的主要性能指標(biāo)是系統(tǒng)的有效性和可靠性。有效性有效性是指在給定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說(shuō)是傳輸?shù)氖侵冈诮o定信道內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說(shuō)是傳輸?shù)摹八俣人俣取眴?wèn)題；而問(wèn)題；而可靠性可靠性是指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳是指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)妮數(shù)摹百|(zhì)量質(zhì)量”問(wèn)題。這兩個(gè)問(wèn)題相互矛盾而又相對(duì)統(tǒng)一，通常問(wèn)題。這兩個(gè)問(wèn)題相互矛盾而又相對(duì)統(tǒng)一，通常還可以進(jìn)行互換。還可以進(jìn)行互換。 模擬通信系統(tǒng)的有效性可用有效

53、傳輸頻帶來(lái)度量，同樣的模擬通信系統(tǒng)的有效性可用有效傳輸頻帶來(lái)度量，同樣的消息用不同的調(diào)制方式，則需要不同的頻帶寬度。可靠性用接消息用不同的調(diào)制方式，則需要不同的頻帶寬度。可靠性用接收端最終輸出信噪比來(lái)度量。不同調(diào)制方式在同樣信道信噪比收端最終輸出信噪比來(lái)度量。不同調(diào)制方式在同樣信道信噪比下所得到的最終解調(diào)后的信噪比是不同的。下所得到的最終解調(diào)后的信噪比是不同的。 如調(diào)頻信號(hào)抗干如調(diào)頻信號(hào)抗干擾能力比調(diào)幅好，但調(diào)頻信號(hào)所需傳輸頻帶卻寬于調(diào)幅。擾能力比調(diào)幅好，但調(diào)頻信號(hào)所需傳輸頻帶卻寬于調(diào)幅。數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用傳輸速率來(lái)衡量。數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用傳輸速率來(lái)衡量。 可靠性可可靠性可用差錯(cuò)率

54、來(lái)衡量。用差錯(cuò)率來(lái)衡量。 1. 傳輸速率傳輸速率 碼元傳輸速率碼元傳輸速率RB 簡(jiǎn)稱傳碼率，又稱符號(hào)速率等。它簡(jiǎn)稱傳碼率，又稱符號(hào)速率等。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位是波特（表示單位時(shí)間內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，單位是波特（Baud），），記記為為B。 例如，若例如，若1秒內(nèi)傳秒內(nèi)傳2400個(gè)碼元，則傳碼率為個(gè)碼元，則傳碼率為2400B。 通常在給出碼元速率時(shí)，有必要說(shuō)明碼元的進(jìn)制。由于通常在給出碼元速率時(shí)，有必要說(shuō)明碼元的進(jìn)制。由于M進(jìn)制的一個(gè)碼元可以用進(jìn)制的一個(gè)碼元可以用 log2 M個(gè)二進(jìn)制碼元去表示，因而個(gè)二進(jìn)制碼元去表示，因而在保證信息速率不變的情況下，在保證信息速率不變的情況下，M

55、進(jìn)制的碼元速率進(jìn)制的碼元速率RBM與二進(jìn)與二進(jìn)制的碼元速率制的碼元速率RB2之間有以下轉(zhuǎn)換關(guān)系：之間有以下轉(zhuǎn)換關(guān)系： RB2=RBMlog2 M (B) 信息傳輸速率信息傳輸速率Rb 簡(jiǎn)稱傳信率，又稱比特率等。它簡(jiǎn)稱傳信率，又稱比特率等。它表示單位時(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特?cái)?shù)，單位是比特表示單位時(shí)間內(nèi)傳遞的平均信息量或比特?cái)?shù)，單位是比特/秒，秒，可記為可記為bit/s ，或或 b/s ，或，或bps。 每個(gè)碼元或符號(hào)通常都含有一定每個(gè)碼元或符號(hào)通常都含有一定bit數(shù)的信息量，因此碼數(shù)的信息量，因此碼元速率和信息速率有確定的關(guān)系，即元速率和信息速率有確定的關(guān)系，即Rb=RBH (b/s) (1

56、.4 - 2)式中，式中，H為信源中每個(gè)符號(hào)所含的平均信息量（熵）。為信源中每個(gè)符號(hào)所含的平均信息量（熵）。 等概傳輸時(shí)，熵有最大值等概傳輸時(shí)，熵有最大值log2M，信息速率也達(dá)到最大，即信息速率也達(dá)到最大，即 Rb=RB log2 M (b/s) (1.4 - 3)或或 RB= )(log2BMRb式中，式中，M為符號(hào)的進(jìn)制數(shù)。例如碼元速率為為符號(hào)的進(jìn)制數(shù)。例如碼元速率為1200B，采用八進(jìn)采用八進(jìn)制（制（M=8）時(shí)，信息速率為時(shí)，信息速率為3600b/s；采用二進(jìn)制（采用二進(jìn)制（M=2）時(shí)，時(shí)， 信息速率為信息速率為1200b/s，可見(jiàn)，二進(jìn)制的碼元速率和信息速率在可見(jiàn)，二進(jìn)制的碼元速率和

57、信息速率在數(shù)量上相等，有時(shí)簡(jiǎn)稱它們?yōu)閿?shù)碼率。數(shù)量上相等，有時(shí)簡(jiǎn)稱它們?yōu)閿?shù)碼率。 頻帶利用率頻帶利用率 比較不同通信系統(tǒng)的有效性時(shí)，單看它們比較不同通信系統(tǒng)的有效性時(shí)，單看它們的傳輸速率是不夠的，還應(yīng)看在這樣的傳輸速率下所占的信道的傳輸速率是不夠的，還應(yīng)看在這樣的傳輸速率下所占的信道的頻帶寬度。所以，真正的頻帶寬度。所以，真正衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸效率的應(yīng)當(dāng)是衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸效率的應(yīng)當(dāng)是單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率，即，即)/(HzBBRB數(shù)字信號(hào)的傳輸帶寬數(shù)字信號(hào)的傳輸帶寬B取決于碼元速率取決于碼元速率RB，而碼元速率和而碼元速率和信息速率信息速率Rb有著確定的關(guān)系。為了

58、比較不同系統(tǒng)的傳輸效率，有著確定的關(guān)系。為了比較不同系統(tǒng)的傳輸效率， 又可定義頻帶利用率為又可定義頻帶利用率為)/(HzsbBRb2. 差錯(cuò)率差錯(cuò)率衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)是差錯(cuò)率，衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)是差錯(cuò)率， 常用誤碼常用誤碼率和誤信率表示。率和誤信率表示。 誤碼率（碼元差錯(cuò)率）誤碼率（碼元差錯(cuò)率）Pe 是是指發(fā)生差錯(cuò)的碼元數(shù)在傳指發(fā)生差錯(cuò)的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例，更確切地說(shuō)，輸總碼元數(shù)中所占的比例，更確切地說(shuō)，誤碼率是碼元在誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，即即 傳輸總碼元數(shù)錯(cuò)誤碼元數(shù)ep誤信率（信息差錯(cuò)率）誤信率（信息差錯(cuò)率）Pb 是是

59、指發(fā)生差錯(cuò)的比特?cái)?shù)指發(fā)生差錯(cuò)的比特?cái)?shù)在傳輸總比特?cái)?shù)中所占的比例在傳輸總比特?cái)?shù)中所占的比例， 即即傳輸總比特?cái)?shù)錯(cuò)誤比特?cái)?shù)數(shù)ep顯然，顯然， 在二進(jìn)制中有在二進(jìn)制中有 Pb=Pe1.5 通信發(fā)展趨勢(shì)通信發(fā)展趨勢(shì)在過(guò)去三四十年間，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸需求的增長(zhǎng)以及大規(guī)模集在過(guò)去三四十年間，對(duì)數(shù)據(jù)傳輸需求的增長(zhǎng)以及大規(guī)模集成電路的發(fā)展，促進(jìn)了數(shù)字通信的發(fā)展。目前數(shù)字通信在衛(wèi)星成電路的發(fā)展，促進(jìn)了數(shù)字通信的發(fā)展。目前數(shù)字通信在衛(wèi)星通信、光纖通信、移動(dòng)通信、微波通信等領(lǐng)域有了新的進(jìn)展。通信、光纖通信、移動(dòng)通信、微波通信等領(lǐng)域有了新的進(jìn)展。 下面我們就從這幾個(gè)方面來(lái)了解通信的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。下面我們就從這幾個(gè)方面

60、來(lái)了解通信的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。 1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng) 衛(wèi)星通信系統(tǒng)是將通信衛(wèi)星作為空中中繼站，它能夠?qū)⒌匦l(wèi)星通信系統(tǒng)是將通信衛(wèi)星作為空中中繼站，它能夠?qū)⒌厍蛏夏骋坏孛嬲景l(fā)射來(lái)的無(wú)線電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)地面站，球上某一地面站發(fā)射來(lái)的無(wú)線電信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到另一個(gè)地面站， 從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地域之間的通信。根據(jù)通信衛(wèi)星與地面之從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地域之間的通信。根據(jù)通信衛(wèi)星與地面之間的位置關(guān)系，可以分為間的位置關(guān)系，可以分為靜止通信衛(wèi)星靜止通信衛(wèi)星(或同步通信衛(wèi)星或同步通信衛(wèi)星)和移和移動(dòng)通信衛(wèi)星。動(dòng)通信衛(wèi)星。靜止通信衛(wèi)星是軌道在赤道平面上的衛(wèi)星，它離靜止通信衛(wèi)星是軌道在赤道平面上的衛(wèi)星，它離地面高度為地面