北邮通信原理.pdf

北京邮电大学通信原理笔记 第一章 绪 论 1.1 信息、消息、信号 信息是要表示和传送的对象 （内容），例如：“200 1 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： 1．抗干扰能力强，可消除噪声积累；可消除噪声积累； 2 ．差错可控，传输性能好； 3 ．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； 4 ．便于集成化，从而使通信设备微型化； 5 ．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。 1.2 模拟通信系统与数字能信系统 图1—1 模拟通信统模型 1 图1—2 数字通信统模型 1.3 离散消息的信息量 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x ,x ,x …x …x 1 2 3 i M 构成的M 元消息集的无素x 在序列中出现的概率为：p(x )i 1、2 、…..M ，且各符号在序列 i i 中出现相互独立，则每一个符号平均信息量等于： M H p (x ) log p (x ) bit / 符号 (1 2) i 2 i i 1 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： M 1 1 H  log2 log2 M bit/符号 （1—3 ） i 1 M M 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