作者：圣才学习网
出版社：圣才教育
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
樊昌信《通信原理》（第6版）笔记和课后习题（含考研真题）详解试读：
第1章 绪 论
1.1 复习笔记
一、通信系统概述
通信的目的是传递消息中所包含的信息。消息是物质或精神状态的一种反映，在不同时期具有不同的表现形式。信息是消息中包含的有效内容。信号是消息的载体。消息携带在电信号的某一参量上，若电信号的该参量是离散取值的，称为数字信号；若该参量连续取值，则称为模拟信号。
1．通信系统的一般模型图1-1 通信系统一般模型
点对点通信系统的一般模型如图1-1所示，其各部分的作用如下：（1）信息源(简称信源)的作用是把各种消息转换成原始电信号(基带信号)，即完成非电量—电量的转换。（2）发送设备的作用是将信源和信道匹配起来，产生适合于在信道中传输的信号。变换方式有多种，如调制、放大、滤波、编码等。（3）信道是指传输信号的通道，可分为有线和无线两大类。信道既给信号以通路，也会对信号产生损耗和干扰。（4）噪声源是信道中的噪声及分散在通信系统其它各处的噪声的集中表示。（5）接收设备的作用是将信号放大和反变换（如译码、解调等），其目的是从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。（6）信宿是传送消息的目的地，其功能与信源相反，即把原始信号还原成相应的消息，如扬声器等。
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。该系统包含两种重要的变换：（1）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；（2）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。
经过调制以后的信号称为已调信号，它应有两个基本特征：①带有信息；②适合在信道中传输。图1-2 模拟通信系统模型
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。图1-3 数字通信系统模型（1）信源和信宿：可以是模拟的，也可以是数字的。（2）信源编码与译码
信源编码有两个基本功能：①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；②完成模/数(A/D)转换。信源译码是信源编码的逆过程。（3）信道编码与译码：信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分(监督元)，组成所谓“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。（4）加密与解密：加密是为了提高所传信息的安全性。在传输重要信息时，按照某加密算法，即密钥，对明文进行加密，使其变成密文后再发送出去。接收时，利用密钥进行解密，从而恢复原来的信息。（5）数字调制与解调：数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。数字解调是调制的逆过程。（6）同步：同步是使收发两端的信号在时间上保持步调一致。照同步的功用不同，分为载波同步、位同步、群(帧)同步和网同步。
说明：图1-3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1-3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。
4．数字通信的优缺点（1）优点
①抗干扰能力强，且噪声不累积。数字通信系统中传输的是离散取值的数字波形，接收端的目标不是精确地还原被传输的波形，而是从受到噪声干扰的信号中判决出发送端所发送的是哪一个波形；
②传输差错可控。在数字通信系统中，可通过信道编码技术进行检错与纠错，降低误码率，提高传输质量；
③便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储。这种数字处理的灵活性表现为可以将来自不同信源的信号综合到一起传输；
④易于集成，使通信设备微型化，重量轻；
⑤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；系统设备复杂。
二、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）单工通信：指消息只能单方向传输的工作方式。广播、遥测、遥控、无线寻呼等就是单工通信方式的例子。（2）半双工通信：指通信双方都能收发消息，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：指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。例如，电话通信、计算机之间的高速数据通信。（4）并行传输：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。（5）串行传输：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。
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。
三、信息及其度量
信息是指消息中包含的有效内容，或者说是受信者预先不知而待知的内容。消息中包含的信息量与消息发生的概率密切相关。消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量就越大。
离散消息x出现的概率p(x)与信息量之间的关系式：
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。
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：
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：
设某信源的熵为H(x)，当该信源发送m个符号时，所发送的总信息量为：
四、通信系统主要性能指标
1．通信系统的指标：有效性、可靠性、适用性、经济性、标准性、可维护性等。
2．模拟通信系统：有效性用传输带宽来衡量，传送同样的消息所需的带宽越小，通信的有效性就越好；可靠性用输出信噪比来衡量，输出信噪比越高，通信质量就越好。
3．数字通信系统：有效性用传输速率和频带利用率来衡量，可靠性用差错率来衡量。（1）传输速率和频带利用率
传输速率可以用码元速率或信息传输速率表示。
①码元速率R，简称码元速率、传码率，又称波特率。其定义B为每秒传输码元的数目，单位是波特(Baud)。码元速率仅仅表征单位时间传送码元的数目，而没有限定码元是何种进制。因此，只要知道每个码元的持续时间(码元宽度)T(秒)，即可得
②信息传输速率R，简称信息速率、传信率，又称比特率。其b定义为每秒钟传递的信息量，单位是比特/秒(bit/s)。R与R的关系：bB因为每个码元所含的平均信息量为H，所以有
等概率时，(即M进制的每个码元携带比特的信息量)，这时有
二进制(M=2)时，有。
③频带利用率。在比较不同通信系统的有效性时，单看它们的传输速率是不够的，还应考虑所占用的频带宽度，因为两个传输速率相等的系统其传输效率并不一定相同。所以，真正衡量数字通信系统的有效性指标是频带利用率，它定义为单位带宽(每赫)内的传输速率，即（2）差错率
差错率可以用误码率或误信率表示。
①误码率P定义为：e
即指错误接收的码元数在传输总码元数中所占的比例。误码率越低，则数字通信系统的可靠性越高。
②误信率(误比特率)P定义为：b
即指错误接收的比特数在传输总比特数中所占的比例。
二进制时，有；M进制时，有。
1.2 课后习题详解
1-1 设英文字母e出现的概率为0.105，x出现的概率为0.002。试求e和x的信息量。
解：字母的信息量：
字母的信息量：
1-2 某信息源的符号集由A，B，C，D和E组成，设每一符号独立出现，其出现概率分别为1/4、1/8、1/8/、3/16和5/16。试求该信息源符号的平均信息量。
解：根据平均信息量公式可得，符号集的平均信息量为：=2.23（bit/符号）
1-3 设有四个符号，其中前三个符号的出现概率分别为1/4，1/8，1/8，且各符号的出现是相对独立的。试计算该符号集的平均信息量。
解：由概率归一性知，第四个符号的出现概率为1/2，则符号集的平均信息量：。
1-4 一个由字母A、B、C、D组成的字，对于传输的每一个字母用二进制脉冲编码，00代替A，01代替B，10代替C，11代替D，每个脉冲宽度为5ms。（1）不同的字母是等可能出现时，试计算传输的平均信息速率；（2）若每个字母出现的可能性分别为
试计算传输的平均信息速率。
解：（1）一个字母对应两个二进制码元，所以属于四进制符号，不同字母等可能出现时，平均信息量达最大熵值=2（bit/符号）
根据题意可知，编码后每个字母的待续时间是10ms，故字母的传输速率：
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]