《通信原理教程》版樊昌信编著十三课件PPT课件
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樊昌信版通信原理课件
数字信号的表示与处理
数字信号的表示方法：包括模拟信号的抽样、量化、编码等过程，以及数字信号的二进制表示 形式。
数字信号的处理方法：包括数字信号的滤波、调制解调、编码解码等处理技术，以及数字信号 处理在通信系统中的应用。
数字信号的传输方式：包括数字信号的传输码型、传输速率、传输距离等，以及数字信号在光 纤、无线等传输介质中的传输特性。
通信原理的基本原理与概念
通信系统的基本组成
信号的传输方式
信号的调制与解调
信道容量与香农定理
樊昌信版通信原理的特点与优势
内容丰富：涵盖了通信原理 的各个方面，包括信号分析、 信道特性、调制解调、编码 解码等。
结构清晰：采用模块化的方式 组织内容，使得学习更加系统 化、条理化。
理论性强：注重理论推导和 证明，对于通信原理的核心 概念和原理进行了深入的探 讨。
实践性强：通过大量的例题和 实验，帮助学生更好地理解和 掌握通信原理的应用。
语言简洁：用简洁明了的语言 描述复杂的概念和原理，使得 学习更加轻松愉快。
樊昌信版通信原理的应用与发展
樊昌信版通信原理的应用领域 樊昌信版通信原理在通信系统中的应用 樊昌信版通信原理在无线通信中的应用 樊昌信版通信原理的发展趋势与未来展望
因果系统与非因 果系统
线性时不变系统
定义：满足线性 性和时不变性的 系统
特性：具有叠加 性和比例性，满 足齐次性和可逆 性
描述方式：常系 数线性微分方程 或差分方程
分类：连续时间 系统和离散时间 系统
Part Four
模拟通信原理
调制的基本概念
调制的作用：将低频信号转换 为高频信号，以便传输
调制的方式：调幅、调频、调 相
数字信号的接收与处理：包括数字信号的接收、解码、解调等处理过程，以及数字信号处理在 接收系统中的应用。
《通信原理教程》(第3版)-樊昌信-编著----第四章--PPT课件
*
由 有 为了保持信号量噪比恒定，要求： x x 即要求： dx/dy x 或 dx/dy = kx, 式中 k =常数 由上式解出： 为了求c，将边界条件(当x = 1时，y = 1)，代入上式，得到 k + c =0， 即求出： c = -k， 将c值代入上式，得到 由上式看出，为了保持信号量噪比恒定，在理论上要求压缩特性为对数特性 。 对于电话信号，ITU制定了两种建议，即A压缩律和压缩律，以及相应的近似算法 － 13折线法和15折线法。
*
由抽样信号恢复原信号的方法 ： 从频域看：当fs 2fH时，用一个截止频率为fH的理想低通滤波器就能够从抽样信号中分离出原信号。 从时域中看，当用抽样脉冲序列冲激此理想低通滤波器时，滤波器的输出就是一系列冲激响应之和，如图所示。这些冲激响应之和就构成了原信号。 理想滤波器是不能实现的。实用滤波器的截止边缘不可能做到如此陡峭。所以，实用的抽样频率fs 必须比 2fH 大较多。 例如，典型电话信号的最高频率限制在3400 Hz，而抽样频率采用8000 Hz。
*
4.4 脉冲编码调制 4.4.1脉冲编码调制（PCM）的基本原理 抽样 量化 编码 例：见右图 3.15 3 011 3.96 4 100 方框图：
*
A压缩率 式中，x为压缩器归一化输入电压； y为压缩器归一化输出电压； A为常数，决定压缩程度。 A律中的常数A不同，则压缩曲线的形状不同。它将特别影响小电压时的信号量噪比的大小。在实用中，选择A等于87.6。
*Hale Waihona Puke *求量化噪声功率的平均值Nq ： 式中，sk为信号的抽样值，即s(kT) sq为量化信号值，即sq(kT) f(sk)为信号抽样值sk的概率密度 E表示求统计平均值 M为量化电平数 求信号sk的平均功率 ： 由上两式可以求出平均量化信噪比。
《通信原理》_樊昌信_曹丽娜_编著第六版课件_1-14全
第1章绪论
1.1通信的基本概念
通信原理
第1章绪论
通信的目的：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，例如 语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像 等。 信息：是消息中包含的有效内容。 实现通信的方式和手段：
非电的：如旌旗、消息树、烽火台… 电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、 因特网和计算机通信等。
满足上述3条件的关系式如下：
1 P(x)
IlogalogaP(x)－信息量的定义
第1章绪论
IlogalogaP(x)
1 P(x)
上式中对数的底： 若a=2，信息量的单位称为比特(bit)，可简记为b 若a=e，信息量的单位称为奈特(nat)， 若a=10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley)。 通常广泛使用的单位为比特，这时有
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。 受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如 扬声器等。
第1章绪论
1.2.2模拟通信系统模型和数字通信系统模型
模拟信号和数字信号
tt
图1-2模拟信号
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
第1章绪论
【例1】一离散信源由―0‖，―1‖，―2‖，―3‖四个符 号组成，它们出现的概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8， 且每个符号的出现都是独立的。试求某消息 2010201302130 01203210100321010023102002010312032100120210的 信息量。 【解】此消息中，―0‖出现23次，―1‖出现14次，―2‖ 出现13次，―3‖出现7次，共有57个符号，故该消息的
1.1通信的基本概念
通信原理
第1章绪论
通信的目的：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，例如 语音、文字、音乐、数据、图片或活动图像 等。 信息：是消息中包含的有效内容。 实现通信的方式和手段：
非电的：如旌旗、消息树、烽火台… 电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、 因特网和计算机通信等。
满足上述3条件的关系式如下：
1 P(x)
IlogalogaP(x)－信息量的定义
第1章绪论
IlogalogaP(x)
1 P(x)
上式中对数的底： 若a=2，信息量的单位称为比特(bit)，可简记为b 若a=e，信息量的单位称为奈特(nat)， 若a=10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley)。 通常广泛使用的单位为比特，这时有
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。 受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如 扬声器等。
第1章绪论
1.2.2模拟通信系统模型和数字通信系统模型
模拟信号和数字信号
tt
图1-2模拟信号
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
第1章绪论
【例1】一离散信源由―0‖，―1‖，―2‖，―3‖四个符 号组成，它们出现的概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8， 且每个符号的出现都是独立的。试求某消息 2010201302130 01203210100321010023102002010312032100120210的 信息量。 【解】此消息中，―0‖出现23次，―1‖出现14次，―2‖ 出现13次，―3‖出现7次，共有57个符号，故该消息的
樊昌信 通信原理 课件
数字通信系统
二进制数字信号的传
二进制数字信号
由0和1组成的数字信号，是数字通信中最基本的信号形式。
二进制信号的传输方式
通过数字信号传输线路，将二进制信号进行传输。
二进制信号的传输速率
指单位时间内传输的二进制位数，是衡量数字通信系统性能的重要 指标之一。
多进制数字信号的传
多进制数字信号
除二进制外的其他进制数字信号，如四进制、 八进制等。
03
调幅信号的缺点是抗干 扰能力较差，信号质量 容易受到噪声和干扰的 影响。
04
调幅信号广泛应用于广 播、电视、无线电通讯 等领域。
调频（FM）通信系统
调频（FM）通信系统是一种通过改变载波信号的频率 来传递信息的方式。
调频信号的缺点是接收设备相对复杂，成本较高。
调频信号的优点是抗干扰能力强，信号质量稳定，适用 于短距离传输。
数字信号传输实验
总结词
掌握数字信号传输的基本原理和技术 。
详细描述
通过实验，学生将学习如何进行数字 信号的传输和处理，了解数字信号的 调制解调、同步、纠错编码等关键技 术，以及数字信号传输在通信系统中 的应用和优势。
THANKS
感谢观看
樊昌信《通信原理》课件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 目录
• 绪论 • 信号与频谱 • 模拟通信系统 • 数字通信系统 • 信道编码与差错控制 • 通信原理实验
01
绪论
通信系统的基本概念
通信系统定义
通信系统是实现信息传输与交换的系 统的总称，它由信源、信道和信宿组 成。
信息与信号
模拟信号与数字信号
模拟信号是连续变化的信号，而数字 信号则是离散的信号。
码等。
线性分组码
二进制数字信号的传
二进制数字信号
由0和1组成的数字信号，是数字通信中最基本的信号形式。
二进制信号的传输方式
通过数字信号传输线路，将二进制信号进行传输。
二进制信号的传输速率
指单位时间内传输的二进制位数，是衡量数字通信系统性能的重要 指标之一。
多进制数字信号的传
多进制数字信号
除二进制外的其他进制数字信号，如四进制、 八进制等。
03
调幅信号的缺点是抗干 扰能力较差，信号质量 容易受到噪声和干扰的 影响。
04
调幅信号广泛应用于广 播、电视、无线电通讯 等领域。
调频（FM）通信系统
调频（FM）通信系统是一种通过改变载波信号的频率 来传递信息的方式。
调频信号的缺点是接收设备相对复杂，成本较高。
调频信号的优点是抗干扰能力强，信号质量稳定，适用 于短距离传输。
数字信号传输实验
总结词
掌握数字信号传输的基本原理和技术 。
详细描述
通过实验，学生将学习如何进行数字 信号的传输和处理，了解数字信号的 调制解调、同步、纠错编码等关键技 术，以及数字信号传输在通信系统中 的应用和优势。
THANKS
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樊昌信《通信原理》课件
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 目录
• 绪论 • 信号与频谱 • 模拟通信系统 • 数字通信系统 • 信道编码与差错控制 • 通信原理实验
01
绪论
通信系统的基本概念
通信系统定义
通信系统是实现信息传输与交换的系 统的总称，它由信源、信道和信宿组 成。
信息与信号
模拟信号与数字信号
模拟信号是连续变化的信号，而数字 信号则是离散的信号。
码等。
线性分组码
通信原理课件第一章
1.3 通信系统分类与通信方式 1.4 信息其度量 1.5 通信系统主要性能指标
10
1.1 通信的基本概念
通信的目的 ——传递消息中所包含的信息 消息 ——物质或精神状态的一种反映（形式） 信息 ——消息中包含的有效内容（本质） 通信方式和手段
手势
语言 电报 旌旗 遥控遥测 消息树 电话
其中：f x 为连续消息出现的概率密度
42
1.5 通信系统主要性能指标
通信系统的主要性能指标
信息传输角度
矛盾 统一
有效性：频带宽度和时间间隔，速度问题
可靠性：准确程度，质量问题
模拟通信系统度量标准
有效性： 有效传输频带
可靠性： 接收端最终输出信噪比
43
1.5 通信系统主要性能指标
在数据通信中，按照数字信号码元排列方法
分类
•
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。
0 1 1 0 0 1 0 0 并行/串行 转换器
8比特依次发送
COM RS232
发 送 方
01100100
0 1 1 0 0 1 0 0 串行/并行 转换器
接 收 方
优点：节省线路 铺设费用 缺点：速度慢， 需要外加码组或 字符同步措施
通
信
原
理
主讲： 刘晨晨
1
本课程的地位
《通信原理》是一门专业基础理论课。主 要学习现代通信的基本理论，是学习通信 系统和技术的必备基础和先行课程。 核心内容
以现代通信系统为背 景，介绍通信系统的 工作原理。
通信系统的组成
通信系统的工作原理 通信系统的性能指标
10
1.1 通信的基本概念
通信的目的 ——传递消息中所包含的信息 消息 ——物质或精神状态的一种反映（形式） 信息 ——消息中包含的有效内容（本质） 通信方式和手段
手势
语言 电报 旌旗 遥控遥测 消息树 电话
其中：f x 为连续消息出现的概率密度
42
1.5 通信系统主要性能指标
通信系统的主要性能指标
信息传输角度
矛盾 统一
有效性：频带宽度和时间间隔，速度问题
可靠性：准确程度，质量问题
模拟通信系统度量标准
有效性： 有效传输频带
可靠性： 接收端最终输出信噪比
43
1.5 通信系统主要性能指标
在数据通信中，按照数字信号码元排列方法
分类
•
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。
0 1 1 0 0 1 0 0 并行/串行 转换器
8比特依次发送
COM RS232
发 送 方
01100100
0 1 1 0 0 1 0 0 串行/并行 转换器
接 收 方
优点：节省线路 铺设费用 缺点：速度慢， 需要外加码组或 字符同步措施
通
信
原
理
主讲： 刘晨晨
1
本课程的地位
《通信原理》是一门专业基础理论课。主 要学习现代通信的基本理论，是学习通信 系统和技术的必备基础和先行课程。 核心内容
以现代通信系统为背 景，介绍通信系统的 工作原理。
通信系统的组成
通信系统的工作原理 通信系统的性能指标
《通信原理》培训PPT课件第一章
数字通信的主要特点
优点: 1、抗干扰能力强，尤其是数字信号通过中继再生后可 消除噪声积累; 2、数字信号通过差错控制编码，可提高通信的可靠性; 3、数字信号易于加密处理，所以数字通信保密性强； 4、在数字通信中，可以综合传输各种模拟和数字输入 消息，包括语音、文字、图像、信令等；并且便于 存储和处理； 5、数字信号可以通过信源编码进行压缩，以减小冗余 度，提高信道利用率; 6、信噪比随带宽增大按指数规律明显提高； 7、通信设备设计制造更容易，体积更小、重量更轻。
1970-80年
1980年 1990年 1995年
大规模集成电路、商用卫星通信、程控数字交换机、 光纤通信系统、微处理机等迅速发展
实现超大规模集成电路； 综合业务数字网崛起 移动通信系统迅速发展 internet及WWW浏览广泛流行
2000年—— 进入基于微处理器的数字信号处理、数字调谐接收 机、高速个人计算机、扩频通信、数字卫星系统、数字电视、个 人通信系统（PCS）时代
发明真空管
调幅无线电广播 超外差接收机问世 第一台全电子式电视机问世，并于1936年在 英国BBC电台正式投入商用电视广播。 调频无线电广播开播
1937年
发明PCM数字语音传输技术，并用于二次大战的语 音加密通信，构成24路系统。 1940-45年 二次大战刺激了雷达和微波通信系统的发展 1948年 1950年 1956年 发明晶体管； 香农提出了信息论，通信统计理论开始建立 时分多路通信应用于电话 敷设了越洋电缆
1957年
1958年 1958年 1962年
苏联发射了第一颗人造卫星，并传送21天遥测信号
美国发射了第一颗通信卫星，持续6个月遥测信号 开发出第一个集成电路（IC），集成度日益提高。 贝尔实验室研制的第一颗同步通信卫星开始转播 电视节目；1965年第一颗商用通信卫星投入使用。
通信原理樊昌信PPT课件
2．难点： 在掌握理论推导的基础上，弄清其物理意义
有部分随机信号分析的方法
大量采用付立叶变换的谱分析方法
3．方法： 住系统框图，理清分析思路
弄清推导思路，学会分析方法
深入领会结论，灵活应用解题
提倡简单预习，重听更重思考
认真完成作业，障碍及时清扫
§0.3参考书
1． 《现代通信原理》 清华 曹志刚
2． 《通信原理》
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
1.3.1 通信系统的分类
按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、 数据通信系统、图像通信系统 … …
按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传 输系统
调制传输系统又分为多种调制，详见书中表1-1。
按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统 按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统 按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通
非电的：如旌旗、消息树、烽火台… 电的：如电报、电话、广播、电视、遥控、遥测、
因特网和计算机通信等。
第1章 绪论
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
……………
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。
信 道 编
码
数
字 调
信道
制
数 字 解 调
信 道 译
码
解
信 源
译 密码
受 信 者
噪声源
图1-5 数字通信系统模型
信源编码与译码目的：
➢ 提高信息传输的有效性 ➢ 完成模/数转换
通信原理课件(樊昌信)通信绪论
a=2 a=e a = 10
单位为比特（ ） 单位为比特（bit） 单位为奈特 单位为哈莱特
对于若干个独立事件构成的消息， 对于若干个独立事件构成的消息，信息量为各独立 事件信息量的总和。 事件信息量的总和。
I (x) = −∑log 2 p(xi )
i
(2)
信息量最小为零，不会为负。 信息量最小为零，不会为负。 （2）信源的熵：信息源每个符号的平均信息量。 ）信源的熵：信息源每个符号的平均信息量。 一般信息源里各符号出现的概率并不相等， 一般信息源里各符号出现的概率并不相等，信息量 不同，若先后相继发出的符号互不相关（统计独立）， 不同，若先后相继发出的符号互不相关（统计独立）， 信源符号的平均信息量为： 信源符号的平均信息量为：
带 信 号
信道 噪声源
解调 器
输出变换 器和信宿
模拟通信系统模型
（4）数字通信系统： ）数字通信系统： 信道上传送数字信号。 信道上传送数字信号。 信源 和输 入变 基 带 换器
信 号
编 码 器
调 制 器
信道 噪声源
解 调 器
译 码 器
输出 变换 器和 信宿 解 密 器
数字通信系统 加 密 器 编 码 器 调 制 器 数字 解 调 器 译 码 器 输出 变换 器和 信宿
输出变换器和信宿：把接收设备复制的电信号变换成 输出变换器和信宿： 接收者能接受的消息。 接收者能接受的消息。 噪声源：由于系统中信道是受干扰最严重的地方， 噪声源：由于系统中信道是受干扰最严重的地方，把 系统受到的干扰看作是从信道引入的。（ 。（不是人为引 系统受到的干扰看作是从信道引入的。（不是人为引 入的） 入的） 信源和输 入变换器 信道 噪声源 基带传输系统示意图 输出变换 器和信宿
通信原理樊昌信课件
模拟信号是连续变化的信号，而数字 信号则是离散的信号。
信息是通信的实质，信号则是信息的 载体，用于传输信息。
通信系统的分类
有线通信与无线通信
01
根据传输介质的不同，通信系统可分为有线通信和无线通信。
模拟通信与数字通信
02
根据信号类型的不同，通信系统可分为模拟通信和数字通信。
卫星通信、移动通信和光纤通信
多进制调制简介
总结词
利用多个状态来表示多位信息
详细描述
多进制调制是一种数字调制方法，它使用多个状态来表示多位信息。与二进制调制相比 ，多进制调制具有更高的频带利用率和抗干扰能力。常见的多进制调制方法包括四相相
移键控（QPSK）和正交幅度调制（QAM）等。
05
信道编码
信道编码的基本概念
1
信道编码是在发送端对原始信号进行适当的编码 ，以便在信道传输过程中减少错误的发生。
通信原理樊昌信课件
contents
目录
• 绪论 • 信号与噪声 • 模拟调制系统 • 数字调制系统 • 信道编码 • 通信同步原理 • 通信中的多址技术
01
绪论
通信系统的基本概念
通信系统定义
通信系统是实现信息传输与交换的系 统，由信源、信道、信宿和信号处理 等部分组成。
信息与信号
模拟信号与数字信号
VS
分类
多址技术可以分为频分多址（FDMA）、 时分多址（TDMA）、码分多址（ CDMA）和空分多址（SDMA）等。
FDMA（频分多址）
原理
频分多址采用不同的频率通道分配给不同的 用户，每个用户占用一个独立的频带，通过 频带复用实现多用户通信。
特点
频分多址具有实现简单、保密性好等优点， 但频率资源有限，随着用户数增加，频率资 源将变得紧张。
信息是通信的实质，信号则是信息的 载体，用于传输信息。
通信系统的分类
有线通信与无线通信
01
根据传输介质的不同，通信系统可分为有线通信和无线通信。
模拟通信与数字通信
02
根据信号类型的不同，通信系统可分为模拟通信和数字通信。
卫星通信、移动通信和光纤通信
多进制调制简介
总结词
利用多个状态来表示多位信息
详细描述
多进制调制是一种数字调制方法，它使用多个状态来表示多位信息。与二进制调制相比 ，多进制调制具有更高的频带利用率和抗干扰能力。常见的多进制调制方法包括四相相
移键控（QPSK）和正交幅度调制（QAM）等。
05
信道编码
信道编码的基本概念
1
信道编码是在发送端对原始信号进行适当的编码 ，以便在信道传输过程中减少错误的发生。
通信原理樊昌信课件
contents
目录
• 绪论 • 信号与噪声 • 模拟调制系统 • 数字调制系统 • 信道编码 • 通信同步原理 • 通信中的多址技术
01
绪论
通信系统的基本概念
通信系统定义
通信系统是实现信息传输与交换的系 统，由信源、信道、信宿和信号处理 等部分组成。
信息与信号
模拟信号与数字信号
VS
分类
多址技术可以分为频分多址（FDMA）、 时分多址（TDMA）、码分多址（ CDMA）和空分多址（SDMA）等。
FDMA（频分多址）
原理
频分多址采用不同的频率通道分配给不同的 用户，每个用户占用一个独立的频带，通过 频带复用实现多用户通信。
特点
频分多址具有实现简单、保密性好等优点， 但频率资源有限，随着用户数增加，频率资 源将变得紧张。
通信原理樊昌信课件
不同（an不同），前者为单极性，后者为双极性。因此， 我们可以直接引用2ASK信号功率谱密度的公式来表述
2PSK信号的功率谱，即
P2PSK (
f
)
=
1 4
[Ps
(
f
+
fc) +
Ps ( f
−
fc )]
应当注意，这里的Ps(f)是双极性矩形脉冲序列的功率谱。
10
第7章数字带通传输系统
由第6章知，双极性全占空矩形随机脉冲序列的功率谱密度
2DPSK信号相位：(0) π 0 0 π π π 0 π π
或
(π ) 0 π π 0 0 0 π 0 0
相应的2DPSK信号的波形如下：
(a)绝对码
1
1
0
1
0
(b)相对码
0
1
0
0
1
1
参考
(c)2DPSK t
由此例可知，对于相同的基带信号，由于初始相位不同，2DPSK信 号的相位可以不同。
即：2DPSK信号的相位并不直接代表基带信号，而前后码元的相对
式中
e2PSK (t) = s(t )cosωct
∑ s(t) = an g(t − nTs )
n
这里，g(t)是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，而an的统计特性为
an =
1, − 1,
概率为 P 概率为1 − P
5
第7章数字带通传输系统
即发送二进制符号“0”时（an取+1），e2PSK(t)取0相位； 发送二进制符号“1”时（ an取 -1）， e2PSK(t)取π相位。 这种以载波的不同相位直接去表示相应二进制数字信 号的调制方式，称为二进制绝对相移方式。 典型波形
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11
式中，N是密钥流的长度。
因为在模2运算中加法和减法是一样的，所以上式也 可以写为 xn yn zn , n 1, 2, , N
因此，同样的装置既可以用于加密，也可以用于解密。
5
密钥流应当尽可能地近似于一个完全随机的序列。 若密钥流是一个m序列，则图中的密钥流产生器就是一
个m序列产生器；密钥则是控制此m序列的生成多项式和 同步信息等。 二进制加性流密码没有错误传播；在密文中一个错误比 特解密后只影响输出中的相应比特。 （分组密码可能有错误传播，使明文分组中很少几个比 特的改变在密文输出中产生很多比特的变化。分组密码 的这种错误传播性质在认证中很有价值，因为它使敌方 的破译人员不可能修改加密后的数据，除非知道密钥。） 流密码通常较适用于通过易出错的通信信道传输数据， 用于要求高数据率的应用中，例如视频保密通信，或者 用于要求传输延迟很小的场合。
原理方框图：一种流密码，其密钥和密钥流相同，并且密 钥只使用一次。
密钥
消息 xn
zn 密文 yn
(a) 加密
密钥
密文
zn 消息
yn
xn
(b) 解密
密文 yn = xn zn,
n = 1, 2, …
式中，xn － 消息比特序列； zn － 统计独立和均匀分布的密钥比特序列。
一次一密密码是完善安全的，因为消息和密文之间的互信 息量为0；所以它是完全不可解密的。
香农对安全性的基本度量 － 互信息量I(X; Y) 令X = (X1, X2, …, XN)表示一个N 比特的明文消息; Y = (Y1, Y2, …, YN)表示相应的N 比特密文。
假定：
密钥Z服从某种概率分布 H(X) － X的不确定性 H(X/Y) － 给定Y后X的不确定性 I (X; Y) = H(X) – H(X/Y) － X和Y之间的互信息量。
仅对密文的攻击是一个密码系统受到的最轻的威胁。因 此，任何系统若不能战胜这种攻击，则被认为是完全不 安全的系统。
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13.4用信息论研究密码的方法
香农模型的假定：
敌方破译人员具有无限的时间和无限的计算能力；
敌方仅限于对密文攻击。
香农的密码分析定义：给定密文以及各种明文和密钥的先验 概率，搜寻密钥的过程。当敌方破译人员获得密文的唯一解 时，就成功地解密了。
息的概率分布，从给定的密文Y，去猜测明文消息X。
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香农基本界 给定密钥Z后，有
H(X/Y) H(X, Z/Y) = H(Z/Y) + H(X/Y, Z)
当且仅当Y 和 Z 共同唯一地决定X 时， H(X/Y, Z) = 0；
当使用已知密钥 Z 解密时，这是一个很有价值的假定。
因此，我们可以将式
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密码编码学内容： 将消息加密的方法 将已加密的消息解密的方法
密码分析学内容：如何破译密文和伪造密文。 密码学的基本术语
明文 － 待加密的消息 密文 － 加密后的消息 密码 － 用于加密的数据变换集合 密钥 － 用于表示加密变换的参数 密码种类： 单密钥密码 公共密钥密码：也称为双密钥密码
13.3 分组密码和流密码
分组密码 加密过程
串行 明文
串行-分组 变换器
密码加密 逻辑
分组-串行 串行 变换器 明文
密钥
原理 连续的分组用相同的密钥加密。 若有一个特定的分组明文和以前的一个分组相同，则加 密后两者的密文也相同。 目标是使明文的任1比特都不会直接出现在密文中。
第十三章 通信安全
13.1 概述
通信安全的基础 － 密码学
密码编码学
密码分析学
通信不安全因素
被破译
被攻击 － 被伪造和篡改
认证 － 防止被攻击的手段
认证的目的：
验证信息发送者真伪
验证接收信息的完整性― 是否被篡改了？是否被重复接收 了？是否被拖延了？
认证技术：包括消息认证、身份验证和数字签字。
H(X/Y) H(X, Z/Y) = H(Z/Y) + H(X/Y, Z)
简化如下：
H(X/Y) H(Z/Y) H(Z)
将上式代入式
H(X/Y) = H(X)
得知：为使一个保密系统给出完善的安全性，必须满足条件
H(Z) H(X) 它表明为了达到完善安全性，密钥Z的不确定性
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一次一密密码
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对通信安全的基本要求
假设：敌方破译人员知道所用加密法的全部机理，只是 不知道密钥。
密码分析性攻击的形式：
仅对密文的攻击
对已知明文的攻击
对选定的明文的攻击
对选定的密文的攻击
实际中常发生的是仅对密文的攻击：
例：使用语言的统计结构知识（例如，英文字母e的 出现概率是13%，以及字母q的后面总跟随着u）和关 于某些可能的字的知识（例如，一封信的开头中可能 有“先生”或“女士”两字）。
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流密码 原理：对明文的逐个比特进行不同的变换。 例：二进制加性流密码
密钥流
密钥
产生器
密钥流
产生器
密钥
密钥流 zn 明文 xn
密文 yn
密钥流 zn 密文 yn
明文 xn
(a)加密装置
(b)解密装置
令xn, yn和zn分别表示在n时刻明文比特、密文比特和
密钥流比特，则ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱyn xn zn , n 1, 2, , N
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13.2 单密钥加密通信系统
信源 X 加密 Y 信道
解密
X
Z
密钥
敌方
安全信道
发送端
信道
例：
密钥Z － m序列
加密算法 － 模2加法 解密算法 － 仍是模2加法 一般算法：
令F为产生密文Y 的可逆变换，即有 Y = F(X, Z) = FZ(X)
接收端
在接收端，密文Y 用逆变换F-1恢复成原来的明文X ，即 X = F-1(Y, Z) = FZ-1(Y) = FZ-1[FZ(X)] 3
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13.4.1 完善安全性 完善安全性定义
假定：破译人员只能够看到密文Y，则一个保密系 统的完善安全性定义为：明文X和密文Y之间是统计独立的，
即有
I(X; Y) = 0 于是，由I (X; Y) = H(X) – H(X/Y)，可以求出
H(X/Y) = H(X)
上式表明，敌方破译人员最多只能，按照所有可能消