通信原理Ch1

目的

基本原理：信息表示、信道通信能力、信源编码、信道编码、同步。分析有效性和可靠性。

绪论

基本知识

通信：信息（或消息）的传输 交换。
消息：信息的物理表现形式。如语言、文字、 数据或图像等。
信息：是消息中所包含的人们原来不知而待知的内容。
信号：消息的电的表示形式。在电通信系统中，电信号是消息传递的物质载体。
电通信：是利用电（电流或电波）来传递信息。现代通信一般均是指“电通信”。
通信系统：是完成传递信息任务所需要的一切技术设备和传输媒介所构成的总体。

信源：消息源地，把各种消息转换成原始电信号(基带信号)。声音图像等数字、模拟信号：电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。
发送设备：将信源和信道匹配起来，即将消息信号变换成适合在信道中传输的信号(如已调信号）。
信道：指传输信号的物理媒质。在无线信道中，信道可以是大气（自由空间），在有线信道中，信道可以是明线、电缆、光纤。
接收设备：任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号来。
信宿：信息归宿点，将复原的原始信号转换成相应消息。

区别在于 信道中传输的信号种类。

信源编码：模/数转换，数据压缩。
信道编码与译码：按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰编码”。信道译码：按一定规则进行解码，实现可靠通信。
数字调制与解调：调制，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频带信号。
——数字信号的基带传输：在某些有线信道中，若传输距离不太远且通信容量不太大时，数字基带信号无需调制，可以直接传送，其模型中就不包括调制与解调环节。

频带传输的理解：考虑到信号本身低频，传输需要高频，后端接收需要高频减少尺寸。信源发出的原始电信号是基带信号，基带的含义是指信号的频谱从零频附近开始，如语音信号300~3400Hz， 图像信号为0~6MHz。模拟信号具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输，需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的频带信号，并可在接收端进行反变换。完成这种变换和反变换作用的通常是调制器和解调器。

数字通信的主要不足：占用带宽大，需要同步。

信息及其度量

信息度量
任何信源产生的输出都是随机的，信息含量就是对消息中这种不确定性的度量，是用统计方法来定性的。消息出现概率越小，消息中包含信息量越大。借助噪声和有效信号理解。

一个消息对于接收者很有价值（即信息量大）在于这个消息是他不知道的事情或觉得不可能发生的事情（即小概率事件）。

假设P(x)是一个消息发生的概率，
（1） 信息量是概率的函数， 即 I=f［P(x)］
（2） P(x)越小， I越大； 反之， I越小， 且 P(x)→1时， I→0； P(x)→0时，I→∞；
（3）若干个互相独立事件构成的消息，所含信息具有相加性: I［P(x1)P(x2)…］=I［P(x1)］+I［P(x2)］+…

信息量的计算
信息量I与消息出现的概率P(x)之间的关系应为：

设二进制离散信源，以相等的概率发送数字0或1，则信源每个输出的信息含量为多少？I(0)=I(1)=log2[1/(1/2)]=1 bit

待补充。。。。。。。。。。。。。

当M = 2时，即2进制波形，I = 1比特，
当M = 4时，即4进制波形，I = 2比特，
当M = 8时，即8进制波形，I = 3比特。

序列较长时，熵概念计算更好。

通信系统的主要性能指标
有效性 ：在给定时间内所传输的信息内容的多少，传输“速度”问题；
可靠性 ： 是指接收信息的准确程度，传输的“质量”问题。二者对立统一。

模拟通信系统：有效性指标–有效传输带宽来衡量，信号频带越窄，有效性越好；？？？？？？？？？？？？？
可靠性指标：用接收端最终输出信噪比来度量，信噪比越大，可靠性越好。

数字通信系统指标：
有效性用传输速率来衡量：
（1）传码率RB 波特率：表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（Band）,记作B。若1秒内传2400个码元，则传码率为2400B。
码元长度：在数字通信中常用时间间隔相同的符号来表示一位二进制数字，这个间隔被称为码元长度。码元长度=1/传码率。
（2）传信率Rb 比特率：表示单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒，可记为bit/s ，或 b/s ，或bps。Rb=RB·H(b/s) ，H：信源中每个符号所含的平均信息量（熵）。每个符号包含n个。
Rb=RB log2 N (b/s) （等概率情况下） 。码元速率为1200B，采用八进制（N=8）时，信息速率为（乘以3）3600b/s；采用二进制（N=2）时，信息速率为1200b/s。
二进制的码元速率和信息速率在数量上相等，有时简称它们为数码率。
（3）误码率ρe
（4）误信率ρb