第1章 引言
1.1 学习指导 1.1.1 要点
本章的要点有通信系统的数学模型，通信系统的分类及通信方式，信息及其度量，通信系统的主要性能指标。
1.通信系统的数学模型
通信系统是指传递消息所需的一切技术设备（含信道）的总和。通信系统的作用就是将信息从信源发送到一个或多个目的地。
（1）一般模型
以图1-1所示的功能框图来表示。
信源 输入变换器发送设备信道接收设备信宿 输出变换器噪声源 图1-1通信系统的一般模型
信息源。信源所产生的信息可以是声音、图像或文本。信息源一般包含变换器，将信源的输出变换成电信号。例如，用作变换器的话筒，可以将语音信号变换成电信号，而摄像机则将图像信号变换成电信号。这些设备输出的信号一般称为基带信号。在接收端，使用类似的变换器就可以将接收到的电信号变换成适合用户的形式，如声音信号、图像等。
发送设备。发送设备将原始基带电信号变换成适合物理信道或其他传输介质传输的形式。例如在无线电和电视广播中，通信部门规定了各发射台的频率范围，因此，发射机必须将待发送的信息信号转换到适合的频率范围来发送，以便与分配给此发射机的频率相匹配。这样，由多个无线电台发送的信号就不会彼此干扰。又如果信道是光纤组成的，那么发送设备就要将处理好的基带信号转换光波信号再发送。因此发送设备涵盖的内容很多，可能包含变换、放大、滤波、编码调制等过程。对于多路传输系统，发送设备中还包括多路复用器。
信道。信道用于将来自发送设备的信号发送到接收端的物理介质。信道可以分为两大类：无线信道和有线信道。在无线信道中，信道可以是大气、自由空间和海水。有线信道有双绞电话线、同轴电缆及光纤等。信道对不同种类的信号有不同的传输特性，但都会对在信道中传输的信号产生衰减，信道中的噪声和由不理想接收机引入的噪声会引起接收信号的失真
接收设备。接收设备的功能是恢复接收信号中所包含的消息信号。使用和发送端相
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似的变换器将接收到电信号变换成适合用户的形式，如声音信号、图像等。接收到的信号由于噪声的影响，出现某种程度的恶化，除了完成信号解调这一功能外，接收机还有完成包括信号滤波和噪声抑制等在内的其他一系列外围功能。在后面章节的分析中我们将会看到，接收消息信号的保真度与调制类型和加性噪声强度密切相关。
（2）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，其模型如图1-2所示。
图1-2 模拟通信系统模型
1）消息?基带信号，完成这种变换和反变换的是信源和信宿。
2）基带信号?已调信号，完成这种变换和反变换的通常是调制器和解调器。 经过调制以后的信号称为已调信号，它应有两个基本特征：一是携带有信息，二是适合在信道中传输。由于已调信号的频谱通常具有带通形式，因而已调信号又称为带通信号（也称为频带信号）。
（3）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，如图1-3所示。
信源信源编码器信道编码器数字调制器噪声信源译码器信道译码器数字解调器信道收信者图1-3 数字通信系统模型
信源编码译码器 将模拟或数字信源的输出高效地变换成二进制序列的过程称为信源编码(source encoding)或数据压缩(data compression)。信源译码是信源编码的逆过程。
信道编码译码器 信道编码的目的是增强数字信号的抗干扰能力。数字信号在信道中传输时受到噪声等影响后将会引起差错。为了减小差错，信道编码器以受控的方式引入一定的冗余码元（监督元），组成所谓的“抗干扰编码”。接收端的信道译码器按相应的逆规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性。
数字调制解调器 在实际应用中，不同的通信信道能够传送不同的电信号（波形），因此数字调制器的目的是将二进制信息序列映射成适合特定信道传输的信号波形。数字解调器(digital demodulator)对信道损伤的发射波形进行处理，并将每个波形还原成
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表示所发送数据码元（二进制或M进制）的估计数字。例如，采用二进制调制时，解调器对所接收波形进行处理，以判定发送的比特是1还是0，这种情况称之为二元判决或硬判决(hard decision)。当需要保密时，可以有效地对基带信号进行人为扰乱，即加密，在接收端就需要进行解密。
评价解调器与译码器性能好坏的测度，是译码序列中出现错误的概率。更准确的说，在译码器输出端出现比特错误的平均概率是评价解调器-译码器组合性能的依据。一般情况下，错误概率与码特性、信道中进行信息发送的波形类型、发射机功率、信道特性及解调和译码方法等有关。
2.通信系统的分类
通信系统的类别可从不同的角度来划分，一个通信系统可以分属不同的种类。 （1） 模拟通信系统：指的是利用模拟信号来传递信息的通信系统。 （2） 数字通信系统：指的是利用数字信号来传递信息的通信系统。
（3） 有线通信系统：用导线（如同轴电缆、双绞线和光纤光缆）作为传输媒质的
通信系统。例如，市内电话、有线电视、海底电缆通信。
（4） 无线通信系统：利用无线电波进行通信的系统。例如，短波电离层传播、微
波视距传播、卫星中继等。
（5） 基带传输系统：以基带信号（未经调制的信号）作为传输信号的通信系统。
根据信号是模拟的，还是数字的，基带传输又可分为模拟基带传输和数字基带传输。
（6） 带通传输系统：以已调信号作为传输信号的通信系统。 3.通信方式
通信方式是指通信双方之间的工作方式或信号传输方式。
（1）单工通信，是指信息只能单方向传输的工作方式，因此只占用一个信道。广播、遥测、遥控、无线电寻呼等就是单工通信方式的例子。
（2）半双工通信，是指通信双方都能收发信息，但不能同时进行收和发的工作方式。例如，使用同一载频的普通对讲机，问询及检索等都是半双工通信方式。
（3）全双工通信，是指通信双方可同时进行收发信息的工作方式。一般情况全双工通信的信道必须是双向的信道。电话是全双工通信一个常见的例子，通话的双方可同时进行说和听。计算机之间的高速数据通信也是这种方式。
（4）并行传输是将代表信息的数字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。
（5）串行传输是数字序列以串行方式一个接一个地在一条信道上传输。 4.信息及其度量
如果信源中某一消息发生的不确定性越大，一旦它发生，并为收信者收到，获得的信息量也就越大。根据概率论知识，事件的不确定性可以用事件出现的概率来描述，可能性越小，概率越小；反之，概率越大。因此，消息中包含的信息量与事件发生的概率密切相关。例如，“海洋受到了核爆炸的破坏”这条消息比“今天下雨”这条消息包含更多的信息量。即事件出现的概率越小，事件中包含的信息量越大。
基于以上的认识，对信息量作如下定义：若一个消息xi出现的概率为P(xi)，则这一消息所含的信息量为
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通信原理(陈启兴版)第章课后习题答案
