通信原理第1章概论1.1通信的发展通信：信息（或消息）的传输和交换。两类通信方式运动通信：利用人力或机械的方式传递信息电信：利用电传递信息古代通信的起源近代通信的发展1.2消息、信息和信号消息：语音、文字、图形、图像、数据…信息：消息的有效内容不同消息可包含相同信息信号：消息的物理载体通信系统中传输的是信号信息的度量：*制定度量方法考虑的原则货物消息货运量信息量有多种有多种和种类无关和类型无关和贵重程度和重要程度无关无关总量是单件总量是单件独立货运量之和消息的信息量之和*制定度量信息的方法#消息“量”信息量#例：“明天降雨量将有一毫米”--信息量小“明天降雨量将达到一米”--信息量大“明日太阳将从东方升起”--信息量零度量信息量的方法事件的不确定程度可以用其出现的概率来描述：消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量就越大。设：P(x)－消息发生的概率，I－消息中所含的信息量，则P(x)和I之间应该有如下关系：I是P(x)的函数：I＝I[P(x)]P(x)，I；P(x)，I；P(x)=1时，I＝0；P(x)=0时，I＝；满足上述3条件的关系式如下：－信息量的定义上式中对数的底：若a=2，信息量的单位称为比特(bit)，可简记为b若a=e，信息量的单位称为奈特(nat)，若a=10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley)。通常广泛使用的单位为比特，这时有(b)若有M个等概率波形（P=1/M），且每一个波形的出现是独立的，则传送M进制波形之一的信息量为若M是2的整幂次，即M=2k，则有当M=4时，即4进制波形，I=2比特，当M=8时，即8进制波形，I=3比特。对于非等概率情况设：一个离散信源是由M个符号组成的集合，其中每个符号xi(i=1,2,3,…,M)按一定的概率P(xi)独立出现，即且有则x1,x2,x3,…,xM所包含的信息量分别为【例1】一离散信源由“0”，“1”，“2”，“3”四个符号组成，它们出现的概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。【解】此消息中，“0”出现23次，“1”出现14次，“2”出现13次，“3”出现7次，共有57个符号，故该消息的信息量每个符号的算术平均信息量为若用熵的概念来计算：则该消息的信息量以上两种解法结果出现差异，前一种是针对一个实际消息的运算，它仅包含有限个（57）数据；后一种用了熵的概念，而熵是统计平均的结果，因此后一种是统计运算，需要用到无穷多个数据。对于由一串符号构成的消息，可以根据前一种，但当消息很长时，用熵的概念比较方便。当然两种计算误差将随着消息序列中符号数的增加而减小。连续消息的信息量关于连续消息的信息量可以用概率密度函数来描述。可以证明，连续消息的平均信息量为式中，f(x)－连续消息出现的概率密度。1.3通信系统的组成通信系统的一般模型信息源（简称信源）：把各种消息转换成原始电信号，如麦克风。信源可分为模拟信源和数字信源。发送设备：产生适合于在信道中传输的信号。信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。分为有线信道和无线信道两大类。噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。模拟通信系统模型和数字通信系统模型模拟信号和数字信号模拟信号：代表消息的信号参量取值连续，例如麦克风输出电压：数字信号：代表消息的信号参量取值为有限个，例如电报信号、计算机输入输出信号：通常，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统：两种变换：模拟消息原始电信号（基带信号）基带信号已调信号（带通信号）数字通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统信源编码与译码目的：提高信息传输的有效性完成模/数转换信道编码与译码目的：增强抗干扰能力加密与解密目的：保证所传信息的安全数字调制与解调目的：形成适合在信道中传输的带通信号同步目的：使收发两端的信号在