文档介绍：北京邮电大学通信原理笔记
第一章 绪 论
、消息、信号
信息是要表示和传送的对象(内容),例如:“2001年7月13日北京申奥成功”即为一条信息。信息由消息表示,消息是表示信息的媒体,象语言、文字、图象、符号、声音等。同一条信息可以用不同的消息表示。例如前面用中文表示的申奥信息也可由英文、法文、俄文、德文、日文等其他文字表示,也可用不同语言等其他方式表示,这说明信息和消息有密切的关系,但它们并不等同。
消息可分为连续消息和离散消息两大类。离散消息的可能取值是离散的、可数的,例如文字、符号等都是离散消息。连续消息的可能取值是连续的、不可数的,例如语音、音乐、活动图象等都是连续消息。取两种值的离散消息称为二元消息或二进制消息(例如取1,0或1,—1);取值数大于二的称为多元消息或多进制消息。
信号是与消息对应的某种物理量,通常它是时间的函数,例如随着时间变化的电压(电流),随时间变化的电磁波等都是信号,这种信号统称为电信号。利用电信号传送信息的通信称为电通信,简称电信。随时间变化的光(激光)称为光信号,利用光信号传输信息的系统称为光通信系统。信号常常由消息变换而来。
传输离散消息的通信系统通常称为数字通信系统;传输连续消息的通信系统称为模拟通信系统。由于数字通信系统具有模拟系统不具有的许多优点,所以得到了迅速的发展和应用。数字通信的特点可归纳为:
抗干扰能力强,可消除噪声积累;可消除噪声积累;
差错可控,传输性能好;
便于与各种数字终端接口,用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储,形成智能网;
便于集成化,从而使通信设备微型化;
便于加密处理,且保密强度高。
事物总是一分为二的,一般来说,数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的系统频带为代价而换取的。以电话为例,一路模拟电话通常只占据4KHz宽带,但一路接近同样话音质量的数字电话可能要占据20—60KHz的宽带,因此数字通信的频带利用率不高。数字通信的另一个缺点是对同步要求高,系统设备比较复杂。
图1—1模拟通信统模型
图1—2数字通信统模型
离散消息的各种可能取值称作其元素,简称元,在通信技术中常称其为符号或码元。由消息的元素组成的集合称为消息集,例如:由26个英文字母abcd…..xyz组成的集合就是一个26元的(或26进制的)消息集。信息通常由消息集的元素构成的序列表示,例如由26个英文字母组成的词或句子就是这种表示信息的序列。序列中每一个元素所表示的平均信息量与消息集的进制和各元素在序列中的出现概率有关。
设由M个符号x1,x2,x3…xi…xM
构成的M元消息集的无素xi在序列中出现的概率为:p(xi)i=1、2、…..M,且各符号在序列中出现相互独立,则每一个符号平均信息量等于:
由于H同热力学中的熵形式一样,故通常又称它为消息集的符号熵,单位为bit/符号。
可以证明,当消息集的各个元素(符号)在消息序列中等概独立出现时,其符号熵最大,等于:
bit/符号 (1—3)
当二元消息集的元素在消息中等概率独立出现时,其符号熵最大,等于:
H2=1 bit/符号
这个信息量就定为离散消息信息量的单位,称为bit。
例如:某消息集的符号熵等于3 bit/符号,则其每一个符号所表示的平均信息量为3 bit,换句话说,如果用二进制符号表示此消息集的符号,则平均须用3个二进制符号。
通信系统的最主要的性能指标是其有效性和可靠性。有效性是指在给定信道内传输的信息量的多少,可靠性是指接收信息的准确程度。这两者是相互有联系又有矛盾的,且可以互换。
模拟通信系统的有效性通常用单位带宽内传送的电话路数或电视路数表示,而可靠性是用接受端的输出信噪比来度量。
数字通信系统的有效性的主要性能指标是传输速率、频带利用率。可靠性主要是差错率。
码元传输速率(Rg)
码元传输速率简称传码率,也称码元速率或符号速率。它被定义为单位时间(s—1)内传输码元的数目,单位为波特,记为Baud或B。码元速率与所传的码元进制无关,即码元可以是多进制的也可以是二进制的。通常一个M进制的码元可以用log2M个二进制码元表示。
码元速率双叫做调制速率。它表示信号调制过程中,1秒中内调制信号波形的变换次数。如果一个单位调制信号波形的时间长度为
T秒,则调制速率为
(1—4)
2)信息传输速率(Rb)
信息传输速率简称传信率,又称信息速率。它被定义为单位时间(s—1)内传递的信息量(bit数),单位是比特/秒,也记为bit/s或bps。
频带利用率可以有两种表示方法,一种是单位带宽中的传码率,