通信原理ppt课件第一章.ppt

通通 信信 原原 理理电子科技大学成都学院电子信息工程系 Communication Theory 王 珂Email：2课程任务及目的课程任务及目的v本课程以数字通信原理为重点，讲述通信系统的组成、性能指标、工作原理性能分析和设计方法.v通过本课程的学习，使大家掌握有关的通信技术及方法，了解通信技术在计算机、电子工程、自动控制、通信工程等信息科学技术领域的许多应用。 3教材及参考文献教材及参考文献v教材通信原理（第2版），樊昌信 等编著，（北京）电子工业出版社v参考文献现代通信原理曹志刚、钱亚生 编著，清华大学出版社现代通信原理与技术张辉、曹丽娜 编著，西安电子科技 大学出版社通信原理（第五版），樊昌信 等编著4第第1章章 概论概论 1.1 通信的发展 1.2 消息、信息和信号 1.3 数字通信 1.4 信道 1.5 信道中的噪声 1.6 小结51.1 通信的发展通信的发展v我们所熟悉的通信原始的光通信：利用有或无光信号表示有或无“敌情”；二进制数字通信典故：周幽王烽火戏诸侯典故：周幽王烽火戏诸侯古代：击鼓鸣金、摇旗呐喊、飞鸽传信、快马传书等等这些通信方法和手段只能极其有限地解决一定距离的通信问题。这些通信方法和手段只能极其有限地解决一定距离的通信问题。61.1 通信的发展通信的发展v 通信的定义：传递信息v 通信方式：运动通信（利用人力或机械的方式运动通信（利用人力或机械的方式传递信息）传递信息）电通信（利用电传递信息）电通信（利用电传递信息）71.1 通信的发展通信的发展v早期电通信的发展18201820年年 安培安培( (A.M.AmpereA.M.Ampere) ) 电报通信电报通信18381838年年 莫尔斯莫尔斯( (seSamuelseSamuel F.B.MorseF.B.Morse) ) 电报通信的实用阶段电报通信的实用阶段18761876年年 贝尔贝尔( (A.G.BellA.G.Bell) ) 电话电话数字通信的开始模拟通信的开始81.1 通信的发展通信的发展v近代电通信的发展 在20世纪前半叶，由于电话通信的实时性和交互式都比电报更便于使用，所以这种采用模拟通信技术的电话通信技术和电话通信网，比电报得到更加快速和广泛的发展。 20世纪60年代以后，随着半导体、计算机和激光技术的出现和发展，传输字符和计算机数据的数字通信技术进入高级发展阶段。v 当今信息社会，通信与传感、计算技术紧密结合，成为整当今信息社会，通信与传感、计算技术紧密结合，成为整个社会的高级个社会的高级“神经中枢神经中枢”，从某种程度上，可以说通信，从某种程度上，可以说通信技术的发达程度反映了一个社会的现代化程度。技术的发达程度反映了一个社会的现代化程度。91.2 消息、信息和信号消息、信息和信号一、消息、信息和信号的定义 消息：消息：语音、文字、图形、图像等 信息：信息：消息中包含的有效内容（有意义的内容） 不同形式的消息可以载有相同内容的信息 信号：信号：消息的载体 通信系统中传输的是信号101.2 消息、信息和信号消息、信息和信号二、信息及其度量 信息量：信息量：是评价传输信息多少的一种度量。 在一切有意义的通信中，同样的消息包含的信息量可能不同。例：例：“明天降雨量将有一毫米明天降雨量将有一毫米” ” - - 信息量小信息量小 “ “明天降雨量将达到一米明天降雨量将达到一米” ” - - 信息量大信息量大 “ “明日太阳将从东方升起明日太阳将从东方升起” ” - - 信息量零信息量零消息中确有可能包含不同的信息量，消息所表达的事件越不可能发生，越使人意外，则信息量越大。因此，我们可以从事件的不确定程度，即其发生的概率来描述信息量的大小。11 事件的不确定程度可以用其出现的概率来表述。消息中所含的信息量I可以按如下方法定义：v消息中所含的信息量I是出现该消息的概率P(x)的函数，即I= IP(x)v消息出现的概率越小，它所含的信息量越大；反之信息量越小，且当P(x)=1时，I=0。v若干个独立事件构成的消息，所含信息量等于各独立事件信息量的和，即IP(x1)P(x2) = IP(x1)+IP(x2)+1.2 消息、信息和信号消息、信息和信号12 若要满足上述定义，则I与P(x)间的关系式应当满足)(log)(1logxpxpIaa I代表两种含义：当事件x发生以前，表示事件x发生的不确定性；当事件x发生以后，表示事件x所含有（或所提供）的信息量。上式中信息量单位的确定取决于对数底a的确定。若a=2，则信息量I的单位为比特（bit）；若a=e，则信息量I的单位为奈特（nit）；若a=10，则信息量 I的单位为哈特莱（hartley）。 通常广泛适用的单位是比特。1.2 消息、信息和信号消息、信息和信号13 若需要传递的离散消息是在M个消息中独立地选择其一，且认为每一消息的出现概率是相同的。 当M=2时， P(x)=1/2；则信息量为221loglog 21()1/ 2Ibit221loglog(bit)1/IMM 对于M2时， P(x)=1/M；则信息量为 如果M是2的整次幂，即M=2K(K=1,2,3,),则信息量为22loglog 2(bit)kIMk 等概率出现的离散消息的信息含量1.2 消息、信息和信号消息、信息和信号14设离散消息源是一个有n个符号组成的集合 ，符号集中的每一个符号 在消息中是按一定概率独立出现的 ，设符号集中各符号出现的概率为 ，并且有 ixiP(x )12n12nx ,x ,xP(x ),P(x ),P(x )nii 1P(x )1 不等概出现的离散消息的度量度量1.2 消息、信息和信号消息、信息和信号15则 所包含的信息量分别是 则每个符号所包含信息量的统计平均值为12nx ,x ,x21222nlog P(x ), log P(x ), log P(x )121222n2nH P(x ) log P(x )P(x ) log P(x )P(x ) log P(x )ni2ii 1P(x )log P(x )(/bit 符号）1.2 消息、信息和信号消息、信息和信号平均信息量 显然，当信源中每个符号等概独立出现时， 此时有最大值。 16 1.3.1 基本概念1.3 数字通信数字通信1、信号的分类（按取值方式不同）v 连续信号（模拟信号）：是指取值连续的信号，如语音信号；v 离散信号（数字信号）：是指取值离散的信号，如代表文字的编码、计算机数据等。区分模拟信号和数字信号的准绳，是看其取值是连续的还是离散的，而不是看时间。171.3 数字通信数字通信模拟信号数字信号s(t)s(t)s(t)码元码元s(t)图1.3.1 模拟信号和数字信号18v 按消息的物理特征分类电报电话数据图像 随着信息与网络技术的发展，以上各种信息都 可以在统一的综合业务通信网中传送。1.3 数字通信数字通信2、通信系统的分类19 按调制方式分类按调制方式分类1.3 数字通信数字通信基带调制频带调制 按传输媒介分类有线通信系统无线通信系统 按信号复用方式分类频分复用通信系统时分复用通信系统码分复用通信系统20按信号特征分类模拟通信系统数字通信系统1.3 数字通信数字通信通信系统设计的基本问题之一就是解决噪声和干扰的影响。 模拟通信系统要求 高保真度准则 信号噪声功率（电压）比手段 参量估值方法 数字通信系统要求 正确准则 错误率手段 统计判决理论21 对于点对点之间的通信，按照消息传送的方向与时间关系，通信方式可分为发收发收收发发收收发v单工通信：消息只能单方向传输的工作方式；如遥测、遥控v半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收发的工作方式；如对讲机v全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方式。如电话1.3 数字通信数字通信3、通信方式22 在数字通信中，按照数字信号码元排列方法不同，有串行传输和并行传输之分。v串行传输：将数字信号码元序列按时间顺序一个一个地在信道中传输；v并行传输：将数字信号码元序列分割成两路或两路以上的数字信号码元序列同时在信道中传输。发送设备接收设备(a)串行传输发送设备接收设备（b）并行传输图1-6 串行和并行方式传输1.3 数字通信数字通信23 图1.3.2 数字信号波形的失真和恢复(a) 失真的数字信号波形(b) 中继站整形后的数字信号波形1.3 数字通信数字通信 1.3.2 数字通信的优点 取值有限，在失真没有超过定值的情况下，能正确接收；24 1.3.2 数字通信的优点1.3 数字通信数字通信 可采用纠错和检错技术，大大提高抗干扰性； 数字信号在传输过程中出现的错误（差错），可通过纠错编码技术来控制。 可采用高保密性能的数字加密技术； 数字信号与模拟信号相比，容易加密和解密。 可综合传输各种模拟和数字输入信号； 易于设计、制造，体积小、重量轻； 可作信源编码，压缩冗余度，提高信道利用率； 输出信噪比随带宽按指数规律增长。25数字通信的缺点 1.占据宽的系统频带，因此数字通信的频带利用率不高。 2.数字通信对同步要求高，因而系统设备比较复杂。 不过，随着光纤等的采用、 窄带调制技术和超大规模集成电路的发展，数字通信的这些缺点已经弱化。数字通信将占主导地位。1.3 数字通信数字通信26 1 、通信系统模型基站（MBS) )移动用户（MSS)图1-1 通信系统的一般模型1.3 数字通信数字通信 1.3.3 数字通信系统模型27v信息源：把需要传输的消息转换为原始电信号；v发送设备：为了使这个原始信号适合在信道中传输，发送设备对原始信号完成某种变换，然后再送入信道；v接收设备：接收设备的功能与发送设备的相反，它能从接收信号中恢复出相应的原始信息；v噪声源：是信道中的噪声以及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表现。1.3 数字通信数字通信28 2 .数字通信系统模型1.3 数字通信数字通信图1.3.3 数字通信系统模型发送端发送端接收端接收端信信 源源信道编码信道编码调调 制制信信 道道压缩编码压缩编码解解 调调信信 宿宿保密解码保密解码信道解码信道解码压缩解码压缩解码保密编码保密编码噪噪 声声同同 步步信源编码信源编码信源解码信源解码29v各部分功能信源：信源：把消息转换成电信号的设备；信源编码：信源编码：减小数字信号的冗余，提高数字信号的有效性；信道编码信道编码：提高信号传输的可靠性；调制：调制：使经过编码的信号特性与信道特性相适应，使信号经过调制后能够顺利通过信道传输；（区分基带信号与频带信号）信道：信道：信号传输的通道，分为基带信道和带通信道；噪声：噪声：外来干扰以及系统内部各个元器件产生的总的噪声；同步：同步：从发送信号中提取的同步信息，以便接收端准确知道接收的数字信号中每个符号（码元）的起止时刻。1.3 数字通信数字通信30v模拟通信系统模型图1.3.4 模拟通信系统模型发送端接收端噪 声调 制信 道解 调信 宿信 源1.3 数字通信数字通信31 通信系统的性能指标涉及有效性、可靠性、适应性、标准性、经济性及维护使用等等，但是，从研究消息的传输来说，通信的有效性与可靠性将是主要的矛盾所在。 v 有效性：有效性：是指消息传输的“速度”问题；v 可靠性：可靠性：是指消息传输的“质量”问题。 在满足一定可靠性指标下，尽量提高消息的传输速度；或者，在维持一定有效性下，使消息传送质量尽可能提高。1.3 数字通信数字通信1.3.4 数字通信系统的性能指标32v 传输速率传输速率( (三种定义三种定义) )数字通信系统的有效性指标用传输速率和差错率来表征。1.码元速率RB，单位时间传输的码元数目，单位为波特(B)。2.信息速率Rb，单位时间传输的信息量，单位为比特/秒(b/s)。3.消息速率RM ，单位时间传输的消息数目，传输文字时单位为字/s。1.3 数字通信数字通信33 在二进制下，码元速率与信息速率在数值上相等，即 Rb = RB2 ，但两者单位不同。 在M进制下有 Rb = RBlog2M (bit/s) RB= Rb /log2M (B) 码元速率与信息速率的关系（等概情况下）1.3 数字通信数字通信34v 差错率差错率( (三种定义三种定义) )1.误码率(Pe )：指错误接收码元数目在传输码元总数中所占的比例。Pe = 错误接收码元 / 传输的码元总数；2.误比特率(Pb ) ：指错误接收比特数在传输总比特数中所占的比例。Pb = 错误接收比特数 / 传输总比特数；3.误字率(Pw ) ：指错误接收字数在传输总字数中所占的比例。1.3 数字通信数字通信35 误码率和误比特率的关系在传输二进制码时有：Pb = Pe当M大时，Pb = Pe x M / 2(M-1) Pe /2 误字率和误比特率的关系对于二进制，若一个字由k比特组成，则Pw1 (1 Pe)k 误码率与误比特率、误字率的关系1.3 数字通信数字通信v 频道利用率：频道利用率：单位频带内所能达到的信息速率；v 能量利用率：能量利用率：传输每一比特所需的信号能量。36v 研究通信系统模型是本门课程的基本分析方法，它突出了影响通信质量的关键部件。在这里强调了调制和解调在通信系统中的重要作用，对数字通信来说，编码和解码也是很重要的。v M个等概率出现的离散消息的信息量 ；非等概率出现的离散消息的每个符号所含的平均信息量 。v 通常从信号传输的有效性和可靠性两方面来衡量通信质量的好坏。对数字通信系统为传输速率和误码率。1.3 数字通信数字通信37例题例题例1-1.某数字通信系统用正弦载波的四个相位0、/2 、 3/2 来传输信息，这四个相位是互相独立的。(1)每秒钟内这四个相位出现的次数都为250，求此通信系统的码速率和信息速率。(2)每秒钟内0、/2 、 3/2出现的次数分别为500、125、125、250，求此通信系统的码速率和信息速率；38例题例题解: (1)此时四个符号出现的概率相等，每秒钟共传输1000个相位 故 RB=1000 BRb=(10002)bit/s=2000 bit/s (2)每秒钟传输1000个相位，故 RB=1000 B，每个符号出现的概率分别为P(0)=1/2; P (/2)=1/8; P()=1/8; P(3/2)=1/4 。8243432141信息速率 Rb=(10001每个符号所含的平均信息量为 H(X)=(1+3+2)bit/符号=1bit/符号)bit/s=1750 bit/s39例1-2. 125 S内传输256个四进制码元，传信率为多少？若2S产生3个误码，误码率为多少？例题例题40例题例题RB=256/125 S = 2.048106 ( B) Rb=RB log24=4.096106( bit/s)Pe =3/ (2.048106 2)=0.7310-6411.4 信道信道v信道信道1.定义 连接发送端和接收端的通信设备，并将信号从发送端传送到接收端。2.分类（按照传输媒体）无线信道：利用电磁波在空间传播来传输信号；有线信道：需利用人造的传输媒体来传输信号。3.信道中的干扰 有源干扰：信道中的噪声； 无源干扰：信道本身传输特性不良。421.4 信道信道1.4.1 无线信道 电磁波发射和接收对天线的要求 为了有效地发射或接收电磁波，要求天线的尺寸不小于电磁波波长的1/10。 因此，频率过低，波长过长，则天线难于实现。所以，通常用于通信中的电磁波频率都比较高。 实用中，频段（波长）被划分为若干波段。431.4 信道信道1.根据通信距离、频率和位置的不同，电磁波传播分为地波、天波和视线传播。传播方式频率范围传输路径通信距离（km）地波传播2MHz 以下沿地面传播数百数千天波传播2-30MHz沿被电离层反射路径传播一次发射：4000 多次发射：10000视线传播高于30MHz穿透电离层传播 视天线架设高度而定441.4 信道信道对流层对流层地球地球010 km电离层电离层60300 km平流层平流层45ddDr1.4 信道信道图1.4.3 视线传播461.4 信道信道图1.4.4 无线电中继v 为了达到远程通信的目的，视线传播可采用无线电中继的方法471.4 信道信道v 静止卫星中继通信特点：传输距离远、覆盖区域广、传播稳定可靠、传输容量大等。用途：传输多路电话、电报、数据和电视。481.4 信道信道频率(GHz)(a) 氧气和水蒸气（浓度7.5 g/m3）的衰减频率(GHz)(b) 降雨的衰减衰减(dB/km)水蒸气氧气降雨率图1.4.5 大气衰减v 大气对电磁波传播的影响衰减(dB/km)注：在大气通信中应尽量避免使用衰减严重的频率491.4 信道信道2.电磁波的散射传播 电离层散射 频率: 30 60 MHz 对流层散射 频率: 100 4000 MHz 流星余迹散射 频率: 30 100 MHz501.4 信道信道民用无线电通信蜂窝网地波传播卫星通信视线传播3.民用无线通信511.4 信道信道1.4.2 有线信道 明线：平行架设在电线杆上的架空线路。（传输损耗低、易受天气和环境的影响、对外界噪声干扰敏感） 对称电缆：若干对叫做芯线的双导线放在一根保护套内制成的。（损耗较明线大，但是性能较稳定） 同轴电缆：由内外两根同心圆柱形导体构成。图1.4.8 同轴电缆截面示意图521.4 信道信道n1n2折射率折射率n1n22a图1.4.9 多模光纤结构示意图v 光纤：传输光信号的有线信道。 结构：由折射率不同的两种玻璃介质纤维制成；由纤芯和包层构成。只在边界处发生反射传输路径逐渐弯曲531.4 信道信道v 按照光纤中光波的传输模式划分。 多模光纤：光波在光纤中不止一条传输路线，不同频率的光波的传输时延也不同，因此会造成信号的失真。 单模光纤：光波在光纤中只有一条传输路线，但是其直径较小，两端光纤不易对接。541.4 信道信道光波波长（nm）1.55 m1.31 m0.7 0,9 1.1 1.3 1.51.7图1.4.10 光纤损耗与波长的关系 损耗：尽量将光波波长选择在光纤传输损耗最小的波长上。相当于两个损耗波谷551.4 信道信道1.4.3 信道模型 信道模型的分类编码信道：编码器输出端至解码器输入端之间的部分。（便于研究数字通信系统中利用纠错编码对数字信号进行差错控制的效果）调制信道：发送端调制器输出端至接收端解调器输入端之间的部分。（便于研究各种调制制度的性能）56图图 3 1 3 1 调制信道和编码信道调制信道和编码信道编码器输入调制器发转换器媒质收转换器解调器译码器输出编码信道调制信道1.4 信道信道571.4 信道信道1.编码信道模型0110P(0/0)P(0/1)P(1/1) 其中，P(0/0), P(1/1) 正确转移概率P(0/1), P(1/0) 错误转移概率 P(0/0) = 1 - P(1/0) P(1/1) = 1 - P(0/1)编码信道对信号的影响是使传输的数字序列发生变化，即序列中的数字发生错误。所以可以用错误概率来描述编码信道的特性。这种错误概率通常称为转移概率。1.4.3 信道模型581.4 信道信道2.调制信道模型 最基本的调制信道有一对输入端和一对输出端。 eo(t) = f ei(t) + n(t)式中 ei(t) 输入的已调信号； eo(t) 输出信号； n(t) 噪声电压，它与ei(t)相互独立； f ei(t) 信道输入与输出电压之间的函数关系,表示信道对于信号的影响。591.4 信道信道为了便于数学分析，通常 f ei(t) 可以表示为：k(t) ei(t)， 此时， eo(t) = k(t) ei(t) + n(t)其中的n (t)是始终存在的，与信号成相加的关系，称为加性干扰；k(t)是一个反映信道特性的函数，反映了信道的衰减、线性失真、非线性失真、延迟等，因与信号成相乘的关系，称为乘性干扰。 当k(t) =常数，称为恒(定)参(量)信道（不随时间变化或随时间变化很小） 例如，同轴电缆当k(t)常数，称为随(机)参(量)信道例如，移动蜂窝网通信信道调制信道对信号的影响是k(t)、n(t)使信号的波形发生变化。601.4 信道信道1.4.4 信道特性对信号传输的影响1.恒参信道：各种有线信道和部分无线信道（卫星链路、某些视距传输链路）；恒参信道对信号传输的影响是确定的或者是变化极其缓慢的。传输特性的表征：振幅频率特性、相位频率特性61理想恒参信道对信号传输的影响是： (1) 对信号在幅度上产生固定的衰减； (2) 对信号在时间上产生固定的迟延。 这种情况也称信号是无失真传输。 |H(f)|k0ff0无失真传输条件(a) 振幅特性(b) 频率特性一条水平直线一条过原点的直线1.4 信道信道62 在实际中，如果信道传输特性偏离了理想信道特性，就会产生失真(或称为畸变)。如果信道的幅度-频率特性在信号频带范围之内不是常数，则会使信号产生幅度幅度-频率失真频率失真；如果信道的相位-频率特性在信号频带范围之内不是的线性函数， 则会使信号产生相位相位-频率失真频率失真。 631.4 信道信道幅度-频率失真：信道的振幅-频率特性不理想，引发的信号失真。 影响：信号波形畸变、码间串扰等 特点：线性失真 补偿：寻求一个线性网络，使其频率特性与信道的频率特性之和，在信号占用的频带内为一条水平直线。图1.4.13 频率失真的补偿0Af(a) 频率失真信道特性0Af(b) 线性补偿网络特性0Af(c)补偿后信道特性641.4 信道信道相位失真：信道的相位-频率特性不理想，引发的信号失真。 影响：引起码间串扰，使误码率增大； 特点：线性失真； 补偿：线性网络。651.4 信道信道恒参信道中可能存在的其他失真因素： 非线性失真: 信道输入信号和输出信号的振幅关系不是直线关系，由信道中元器件特性不理想造成.会引起谐波失真。 频率偏移：信道输入信号的频谱经过信道传输后产生了平移。由振荡器的频率误差引起。 相位抖动：会对信号产生附加调制， 振荡器频率不稳定产生。0输出电压输入电压661.4 信道信道2.随参信道对信号传输的影响 随参信道：大部分无线信道1)传输衰减：随时间变化2)传输时延: 随时间变化 3) 存在多径传播现象存在多径传播现象67 多径传播的影响: 在存在多径传播的随参信道中，就每条路径的信号而言，它的衰耗和时延都是随机变化的。因此，多径传播后的接收信号将是衰减和时延都将随时间变化的各路径的合成。 设发送信号为Acos0t，则经过n条路径传播后的接收信号R (t)可以表示为：n1in1ii0ii0i)t (tcos) t (r)t (t cos) t (r) t (R式中 ri (t) 第 i 条路径的接收信号振幅； i (t) 第 i 条路径的传输时延； i (t) = - 0 i (t)。随机变化1.4 信道信道681.4 信道信道n1in1i0ii0iitsin) t (sin) t (rtcos) t (cos) t (r) t (RXc(t)Xs(t)t (tcos) t (Vtsin) t (Xtcos) t (X) t (R00s0c式中 V(t) 合成波R(t)的包络; (t) 合成波R(t)的相位。即有)()(arctan)()()()(22tXtXttXtXtVcssc 由于，相对于0而言，ri(t)和i(t)变化缓慢，故Xc(t), Xs(t)及V(t), (t) 也是缓慢变化的。 所以，R(t)可以视为一个窄带信号。691.4 信道信道由下式可见，)t (tcos) t (V) t (R0 原发送信号A cos 0t，经过传输后： * 恒定振幅A，变成慢变振幅V(t); * 恒定相位0，变成慢变相位(t)； * 因而，频谱由单一频率变成窄带频谱。701.4 信道信道衰落：信号包络因传播有了起伏的现象。根据衰落时间的长短分为： 快衰落：多径效应所引起 慢衰落：仅有一条无线电路径传播时产生711.4 信道信道设：只有两条多径传播路径，且衰减相同，时延不同； 发射信号为f(t)，接收信号为af(t - 0)和af(t - 0 - )； 发射信号的频谱为F()。 则有 f(t) F() af(t - 0) a F() e-j0 af(t - 0 - ) a F() e-j(0 + ) af(t - 0) + af(t - 0 - ) a F() e-j0 (1+e-j) H() = a F() e-j0 (1+e-j)/F() = ae-j0 (1+e-j)|1+e-j| = |1+cos-jsin|=|(1+cos)2+sin21/2| =2|cos(/2)|快衰落表示此多径信道的传输衰减与信号频率有关延时特性线性特性721.4 信道信道 三类数字信号*确知信号：接收端能够准确知道其码元波形的信号；（理想情况）*随相信号：信号的相位由于传输时延的不确定而带有随机性，使接收码元的相位随机变化；（恒参信道传输）*起伏信号：接收信号的包络随机起伏，相位也随机变化。（多径信道传输）731.5 信道中的噪声信道中的噪声 按照来源分类： 人为噪声：电火花、家用电器 自然噪声：闪电、大气噪声、热噪声 按照性质分类： 脉冲噪声 窄带噪声 起伏噪声（无处不在） 今后讨论通信系统时主要涉及：白噪声 起伏噪声中的热噪声是一种典型白噪声。 频谱在整个通信系统的工作频段是均匀分布的。741-1.在英文字母中E的出现概率最大，等于0.105，试求其信息量。课后习题及答案课后习题及答案)(25.3105.01)(log2bitEI)(1logxPIa)(logxPa题解：这里用的是信息量的定义公式 注：1、a的取值：a2时，信息量的单位为bit ae时，信息量的单位为nit a10时，信息量的单位为哈特莱 2、在一般的情况下，信息量都用bit为单位，所以a275课后习题及答案课后习题及答案)(24)()(log2bitBIAI)(415. 2316)(log2bitCI1-2. 某个信息源由A，B，C和D4个符号组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为1/4，1/4，3/16和5/16。试求该信息源每个符号的信息量。题解：同上题，利用：)(1logxPIa)(logxPa)(678. 1516)(log2bitDI76课后习题及答案课后习题及答案1-3、某个信息源由A，B，C和D4个符号组成。这些符号分别用二进制码组00、01、10、11表示。若每个二进制码元用宽度为5ms的脉冲传输，试分别求出在下列条件下的平均信息速率。(1)这4个符号等概率出现；(2)这4个符号的出现概率如上题所示。题解：在不等概情况下要通过计算码流中每个符号的平均信息量来计算出平均信息速率的。77课后习题及答案课后习题及答案24log 4200(/ )Bbit sbRR341100()2 5 10BBaudR 421222log (1/)13165162log 4loglog41631651.9772()iiiIppbit(1)由于每个二进制码元的宽度为5ms，且每个符号由两个码元组成所以每个符号的持续时间为2 5ms=10ms，所以符号传输速率为4个符号等概出现，则平均信息速率为(2)在不等概情况下，应先计算每个符号的平均信息量所以平均信息速率为4197.72(/ )BIbit sbRR78课后习题及答案课后习题及答案1-4、试问上题中的码元速率等于多少？题解：码元速率为单位时间内传送的码元数目。 由于每个二进制码元的宽度为5ms，所以码元速率为31200()5 10BBaudR79课后习题及答案课后习题及答案1-5. 设一信息源由64个不同符号组成。其中16个符号出现的概率为1/32，其余48个出现概率为1/96。若此信息源每秒发出1000个独立符号。试求该信息源的平均信息速率。解：解：每个符号的平均信息量为 已知码元速率RB=1000 Baud ,故该信息源的平均信息速率为 Rb= RBI=5792.5 bit/s题解：符号出现的概率不等，须求出每个符号的平均信息量后再根据码元速率计算出平均信息速率。642122log (1/)1116log 3248log 9632965.7925()iiiIppbit80课后习题及答案课后习题及答案1-6. 设一个信息源输出四进制等概率信号，其码元宽度为125us。试求其码元速率和信息速率。题解：码元速率为单位时间内传送的码元数目。 由于每个二进制码元的宽度为125us，所以码元速率为618000()125 10BBaudR2log 416000(/ )Bbit sbRR信号为4进制等概出现的，则平均信息速率为81课后习题及答案课后习题及答案6BMHz4VkTRB600R 1-7. 设一个接收机输入电路的等效电阻等于600欧姆，输入电路的带宽等于6 MHz，环境温度为23摄氏度，试求该电路产生的热噪声电压有效值。题解：代入公式 即得。 由于 ； ； ；所以电路产生的热噪声电压有效值为0273300TtK 231.38 10k236644 1.38 10300 600 6 107.72 10VkTRBV 82课后习题及答案课后习题及答案2248Ddrh1-8. 设一条无线链路用视距传播方式通信，其收发天线的架设高度为80m，试求其最远通信距离。题解：按地球半径为 ，代入公式 (1.4-3) 即得。 由 得到最远通信距离为80hm6370rkm388 6370 108063.8DrhkmddDrhh