第1章　绪论［视频讲解］

1.1　本章要点详解

本章要点

■通信的基本概念

■通信系统的组成

■通信系统分类与通信方式

■信息及其度量

■通信系统主要性能指标

重难点导学

视频二维码（扫码观看）

一、通信的基本概念

1．通信的目的

传递消息中所包含的信息。

2．消息

消息是物质或精神状态的一种反映，例如语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像等。

3．信息

信息是消息中包含的有效内容。

4．实现通信的方式和手段

实现通信的方式和手段分为非电的方式和电的方式。

（1）非电的方式有旌旗、消息树、烽火台等。

（2）电的方式包括电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、因特网和计算机通信等。

5．电信发明史

1837年：莫尔斯发明有线电报。

1876年：贝尔发明有线电话。

1918年：调幅无线电广播、超外差接收机问世。

1936年：商业电视广播开播。

6．通信范畴

后面讲述中，“通信”这一术语是指“电通信”，包括光通信，因为光也是一种电磁波。

7．信号

（1）性质

信号是消息的载体。

（2）分类

信号分为数字信号和模拟信号。

①数字信号

消息携带在电信号的某一参量上，该参量是离散取值的，则称该电信号称为数字信号。

②模拟信号

代表消息的信号参量取值连续，则称该电信号称为模拟信号。

视频二维码（扫码观看）

二、通信系统的组成

1．通信系统的一般模型

图1-1  通信系统一般模型

（1）噪声源

集中表示分布于通信系统中各处的噪声。

（2）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。

（3）受信者（信宿）

把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。

（4）信息源(简称信源)

①定义

把各种消息转换成原始电信号,如麦克风。

②分类

信源可分为模拟信源和数字信源。

（5）发送设备

产生适合于在信道中传输的信号。

（6）信道

①定义

将来自发送设备的信号传送到接收端的物理媒质。

②分类

信道分为有线信道和无线信道两大类。

2．模拟通信系统模型和数字通信系统模型

（1）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。

（a）话音信号（b）抽样信号

图1-2  模拟信号

（2）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。

（a）二进制信号（b）2PSK信号

图1-3  数字信号

（3）模拟通信系统

①定义

利用模拟信号来传递信息的通信系统，系统模型如图1-4所示。

图1-4  模拟通信系统模型

②两种变换

a．消息↔基带信号，完成这种变换和反变换的设备是信源和信宿；

b．基带信号↔已调信号，完成这种变换和反变换的设备通常是调制器和解调器。

（4）数字通信系统

①定义

利用数字信号来传递信息的通信系统。系统模型如图1-5所示。

图1-5  数字通信系统模型

②信源编码与译码目的

a．提高信息传输的有效性，即通过某种数据压缩技术设法减少码元数目和降低码元速率；

b．完成模/数转换。

③加密与解密目的

保证所传信息的安全。

④信道编码与译码目的

增强抗干扰能力。

⑤数字调制与解调目的

形成适合在信道中传输的带通信号。

⑥同步目的

使收发两端的信号在时间上保持步调一致。

说明：图1-5是数字通信系统的一般化模型，实际的数字通信系统不一定包括图中的所有环节，例如数字基带传输系统（详见第6章）中，无需调制和解调；有的环节，由于分散在各处，图1-5中也没有画出，例如同步。此外，模拟信号经过数字编码后可以在数字通信系统中传输。

3．数字通信的特点

（1）优点

①抗干扰能力强，且噪声不累积；

②传输差错可控；

③便于处理、变换、存储；

④将来自不同信源的信号综合到一起传输；

⑤易于集成，使通信设备微型化，重量轻；

⑥易于加密处理，且保密性好。

（2）缺点

①占用较大的传输带宽；

②对同步要求高。

视频二维码（扫码观看）

三、通信系统分类与通信方式

1．通信系统的分类

通信系统的类别可从不同的角度来划分，如表1-1所示。

表1-1  通信系统的分类

2．通信方式

通信方式是指通信的双方(或多方)之间的工作方式，其常见分类如表1-2所示。

表1-2  通信方式的分类

（1）按消息传递的方向与时间关系分类

①单工通信：消息只能单方向传输的工作方式。如图1-6所示。

图1-6  单工通信

②半双工通信：指通信双方都能收发消息，但不能同时收发的工作方式。如图1-7所示。

图1-7  半双工通信

③全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方式。如图1-8所示。

图1-8  全双工通信

（2）按数据代码排列的时序分类

①并行传输

a．定义

将代表信息的数字信号码元序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输。

图1-9  并行传输

b．优点

第一，节省传输时间，速度快；

第二，不需要字符同步措施。

c．缺点

需要n条通信线路，成本高。

②串行传输

a．定义

将数字信号码元序列以串行方式一个码元接一个码元地在一条信道上传输。

图1-10  串行传输

b．优点

只需一条通信信道，节省线路铺设费用。

c．缺点

速度慢，需要外加码组或字符同步措施。

（3）其他分类方式

①同步通信和异步通信；

②专线通信和网通信。

注意：一种通信方式可以具有多种类型，如广播电视既是一种单工通信方式，也是一种点到多点的通信方式。

视频二维码（扫码观看）

四、信息及其度量

1．信息

信息是指消息中包含的有效内容。

2．信息量

传输信息的多少由信息量来衡量。

3．信息量与消息发生的概率的关系

消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量就越大。

4．公式

（1）信息量

其中，为消息发生的概率，I为消息中所含的信息量。

信息量的单位和对数的底a有关。如果a＝2，则信息量的单位为比特(bit),可简记为b；如果a＝e，则信息量的单位为奈特(nat)；如果a=10，则信息量的单位为哈特莱（Hartley)。通常广泛使用的单位为比特。在工程应用中，习惯把一个二进制码元称作1比特。

（2）信息源的熵

设信源输出n个统计独立的符号，它们出现的概率分别是，则信源中每个符号的平均信息量计算公式为

假设信源中有M个符号，当信息源的每个符号等概率出现时，信源具有最大的熵为

视频二维码（扫码观看）

五、通信系统主要性能指标

通信系统的主要性能指标包括有效性、可靠性。

1．有效性

（1）定义

指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），或者说是传输的“速度”问题。

（2）度量方式

①模拟通信系统

可用有效传输频带来度量；传送同样的消息所需的带宽越小，通信的有效性就越好。

②数字通信系统

用传输速率和频带利用率来衡量。

a．码元传输速率R_B

单位时间（每秒）传送码元的数目，单位为波特（Baud），简记为B。

式中T为码元的持续时间（秒）。

b．信息传输速率R_b

单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特/秒，简记为 b/s ，或bps。

c．码元速率和信息速率的关系

d．频带利用率

单位带宽（1赫兹）内的传输速率。即

2．可靠性

（1）定义

指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。

（2）度量方式

①模拟通信系统

可用接收端最终输出信噪比来度量。

②数字通信系统

常用误码率和误信率表示。

a．误码率

误码率越低，则数字通信系统的可靠性越高。

b．信率(误比特率)P_b

c．误码率和误信率的关系

二进制时，有；M进制时，有。