远动监控技术_02A

1、1第二章第二章 远动信息与编码的基本理论远动信息与编码的基本理论 第一节第一节 数据传输系统数据传输系统第二节第二节 信道与噪声信道与噪声第三节第三节 信道编码基本原理信道编码基本原理第四节第四节 常用检错码常用检错码第五节第五节 线性分组码线性分组码第六节第六节 循环码循环码2第一节第一节 数据传输系统数据传输系统第二章第二章 远动信息与编码的基本理论远动信息与编码的基本理论32.1.1 数据传输系统模型数据传输系统模型发送设备信道接收设备噪声源信息源受信者发送端接收端信息源信源编码器信道编码器数字调制器信道数字解调器信道译码器信源译码器受信者噪声源数据传输系统数据传输系统一般一般模型模型数

2、字传输系统模型数字传输系统模型42.1.2 数据传输的基本概念数据传输的基本概念1.1.数据、信息和信号数据、信息和信号(1) (1) 信息信息（InformationInformation）是客观事物属性和相互联系特性）是客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。 (2) (2) 数据数据（DataData）一般可以理解为）一般可以理解为“信息的数字化形式信息的数字化形式”或或“数字化的信息形式数字化的信息形式”。狭义的。狭义的“数据数据”通常是指具有一定通常是指具有一定数字特性的信息，如统计数据、气象数据、测量数据

3、及计算数字特性的信息，如统计数据、气象数据、测量数据及计算机中区别于程序的计算数据等。但在计算机网络系统中，数机中区别于程序的计算数据等。但在计算机网络系统中，数据通常被广义地理解为在网络中存储、处理和传输的二进制据通常被广义地理解为在网络中存储、处理和传输的二进制数字编码。数字编码。 (3) (3) 信号信号（SignalSignal）简单地讲就是携带信息的传输媒介。在）简单地讲就是携带信息的传输媒介。在通信系统中我们常常使用的电信号、电磁信号、光信号、载通信系统中我们常常使用的电信号、电磁信号、光信号、载波信号、脉冲信号、调制信号等术语就是指携带某种信息的波信号、脉冲信号、调制信号等术语就

4、是指携带某种信息的具有不同形式或特性的传输媒介。具有不同形式或特性的传输媒介。52.2.数据传输、数字传输和模拟传输数据传输、数字传输和模拟传输62.1.3 信息度量信息度量)(log)(1logxPxPIaaP(x)P(x)是消息是消息x x出现的概率；出现的概率；I I表示消息表示消息x x所含的信息量。所含的信息量。信息量的单位与对数底数信息量的单位与对数底数a a有关：有关：a=2a=2时，信息量的单位为比时，信息量的单位为比特特(bit)(bit)；a=ea=e时，信息量的单位为奈特时，信息量的单位为奈特(nit)(nit)；a=10a=10时，信时，信息量的单位为哈特莱。目前广泛使

5、用的单位为比特。息量的单位为哈特莱。目前广泛使用的单位为比特。 若干个互相独立事件构成的消息，若干个互相独立事件构成的消息， 所含信息量等于各所含信息量等于各独立事件信息量之和，也就是说，信息具有相加性，独立事件信息量之和，也就是说，信息具有相加性， 即即IP(x1)P(x2)=IP(x1)+IP(x2)+1. 信息量计算信息量计算2. 相加性相加性73. 平均信息量平均信息量niiixPxPxH12)(log)()(由于由于H同热力学中的熵形式一样，同热力学中的熵形式一样， 故通常又称它为信息源故通常又称它为信息源的熵，其单位为的熵，其单位为bit/ /符号。符号。设离散信源是一个由设离散信

6、源是一个由n n个符号组成的符号集，个符号组成的符号集， 其中每个符其中每个符号号xi(i=1, 2, 3, , n)xi(i=1, 2, 3, , n)出现的概率为出现的概率为P(xi)P(xi)1)(1niixP平均信息量：平均信息量：8第一次第二次第三次9收到消息获得的信息量收到消息获得的信息量不确定性减少的量不确定性减少的量收到消息前不确定性收到消息前不确定性 收到收到消息后不确定性消息后不确定性从定性的角度分析了信息量的大小是由事从定性的角度分析了信息量的大小是由事件发生的概率所决定的，概率大的事件信件发生的概率所决定的，概率大的事件信息量小；概率小的事件信息量大。息量小；概率小的事

7、件信息量大。10)(38log811logbit )(24log411logbit 11 【例【例2-1】 已知二元信源只有已知二元信源只有“0”、“1”两种符号，如两种符号，如“0”出现的概率为出现的概率为1/3，求，求1所包含的信息量。所包含的信息量。 解：据题意可知，解：据题意可知，“1”出现的概率是出现的概率是2/3，则其包含的信，则其包含的信息量为息量为 【例【例2-2】 已知英文字母已知英文字母e和和z出现的概率分别为出现的概率分别为0.105和和0.001，求英文字母，求英文字母e和和z的信息量。的信息量。 解：解：e的信息量为的信息量为 z的信息量为的信息量为bitI585.

8、032log) 1 (2biteI24. 3105. 0log)(2bitzI97. 9001. 0log)(212 【例【例2-3】 某离散信息源由某离散信息源由0、1、2、3四种符号组成，它四种符号组成，它们出现的概率分别为们出现的概率分别为3/8、1/4、1/4、1/8，试求消息，试求消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量。的信息量。 解：在此消息中，解：在此消息中，0出现出现23次，次，1出现出现14次，次，2出现出现13次，次，3出现出现7次，于是可得消息的信息量为次，于是可得消息的信息量为bit

9、I55.10721262855.3281log741log1341log1483log23222213 当消息很长时，用符号出现的概率计算信息量很烦琐，当消息很长时，用符号出现的概率计算信息量很烦琐，采用平均信息量的计算方法比较方便。所谓平均信息量是指采用平均信息量的计算方法比较方便。所谓平均信息量是指每个符号所含信息量的统计平均值，又称为信息源的熵，其每个符号所含信息量的统计平均值，又称为信息源的熵，其单位是单位是bit/符号。符号。n个符号的离散消息的平均信息量计算公式个符号的离散消息的平均信息量计算公式为为 对于例对于例2-3可求出消息中各符号的平均信息量（或信源可求出消息中各符号的平均

10、信息量（或信源的熵）为的熵）为niii)P(x)P(xH(X)12log222233111111loglogloglog884444881.906/Hbit 符号14 因此，上述含有因此，上述含有57个符号消息的总信息量为个符号消息的总信息量为 从计算结果看，与例从计算结果看，与例1-3相比略有差异，原因在于两者平相比略有差异，原因在于两者平均处理的方法不同。随着消息中符号数的增加，这种误差会均处理的方法不同。随着消息中符号数的增加，这种误差会逐渐减小。逐渐减小。 需要注意的是，信源的熵越大越好，这说明信源的信息需要注意的是，信源的熵越大越好，这说明信源的信息有效性高。信源的最大熵发生在每一个

11、符号等概率出现时，有效性高。信源的最大熵发生在每一个符号等概率出现时，即即 ，且最大熵等于，且最大熵等于 bit/符号。符号。bitI64.108906. 157nxpi1)(n2log152.1.4 数据传输的主要技术指标数据传输的主要技术指标1.1.信道带宽和信道容量信道带宽和信道容量 信道带宽是指信道所能传送的信号频率宽度，信道带宽是指信道所能传送的信号频率宽度，它的值为信道上可传送信号的最高频率与最低它的值为信道上可传送信号的最高频率与最低频率之差。频率之差。 根据频率范围的不同，通常可将信道分为窄根据频率范围的不同，通常可将信道分为窄带信道带信道(0(0300Hz)300Hz)、音频

12、信道、音频信道(300(3003400Hz)3400Hz)和宽带信道和宽带信道(3400Hz(3400Hz以上以上) )。 信道容量常指信道在单位时间内可传输的最信道容量常指信道在单位时间内可传输的最大码元数。大码元数。( (可以用波特率或比特率表示可以用波特率或比特率表示) )162.2.传输速率传输速率(1)(1)数据传输速率数据传输速率 单位时间内信道内传输的二进制代码位单位时间内信道内传输的二进制代码位( (比特比特) )数，即数，即比特率。记为比特率。记为b/sb/s或或bpsbps。(2)(2)调制速率调制速率 又称波特率或码元速率，表示调制后每秒传输的电信又称波特率或码元速率，表

13、示调制后每秒传输的电信号单元号单元( (码元码元) )数，即模拟电信号每秒的变化次数，是调制数，即模拟电信号每秒的变化次数，是调制周期的倒数。周期的倒数。MnRSM2logBit/sRCM为波特率，单位为波特率，单位Bd，表示每秒传输的码元数。表示每秒传输的码元数。n n是输出码元数，是输出码元数，M M是进制数。是进制数。MRRCMSM2logBit/s两者的转换关系：两者的转换关系：174.4.延迟时间延迟时间延迟时间传输延迟传播延迟延迟时间传输延迟传播延迟3.3.误码率误码率 P Pe e=N=Ne e/N/N（N N是传送的总位数，是传送的总位数，N Ne e是出错的位数）是出错的位数

14、）注：注： 计算机网络传送中的每一位二进制数字称为计算机网络传送中的每一位二进制数字称为“码元码元”或或“码位码位”，例如二进制数字，例如二进制数字1000000110000001是由是由8 8个码元组成的个码元组成的序列，通常称为序列，通常称为“字节字节”。18 例例2-4在传输语音或图象信息的在传输语音或图象信息的64Kbps 的数字信道上，若传真机将每英的数字信道上，若传真机将每英寸数字化为寸数字化为300个像素，每个像素用个像素，每个像素用4比特比特表示，问该信道以传真方式传输一幅表示，问该信道以传真方式传输一幅8*10英寸的图像需要多少时间？英寸的图像需要多少时间？t=8*10*30

15、0*4/64k19 例例2-5在相隔在相隔1000km的两地间传输的两地间传输3kbits的的数据，可以通过电缆以数据，可以通过电缆以20kbps的速率传输或通过的速率传输或通过卫星信道以卫星信道以60kbps的速率传输，问用那种方式从的速率传输，问用那种方式从发送方开始发送到接收方接收完全部数据的时间发送方开始发送到接收方接收完全部数据的时间最短最短? (? (信息在电缆中传输速度是信息在电缆中传输速度是200,000km/s，而在卫星信道中的传输速度是而在卫星信道中的传输速度是300,000km/s，卫卫星距离地面星距离地面36000km) )20电缆电缆 3/20=150ms 卫星卫星

16、3/60=50ms电缆电缆 1000/(2*105)=5ms卫星卫星 36000*2/(3*105)=240ms150+5=155ms50+240=290ms传输时延传输时延：传播时延传播时延：使用电缆的使用电缆的总时延总时延：使用卫星的使用卫星的总时延总时延：212.1.5 数据通信方式数据通信方式1）并行通信和串行通信并行通信和串行通信2）单工通信、半双工通信和全双工通信单工通信、半双工通信和全双工通信3）点对点通信和广播式通信点对点通信和广播式通信221）并行通信和串行通信）并行通信和串行通信b0b7b6b5b4b3b2b1并行通信并行通信b0b7b6b5b4b3b2b1发送端发送端b7

17、串行通信串行通信b6b1b2b3b4b5b0接收端接收端并行通信并行通信 多个比特以成组的多个比特以成组的方式在多个并行的方式在多个并行的信道上同时传输信道上同时传输串行通信串行通信把每个二进制位把每个二进制位按顺序排列成串，按顺序排列成串，形成比特流，逐形成比特流，逐位在信道上传送位在信道上传送 232）单工通信、半双工通信和全双工通信）单工通信、半双工通信和全双工通信发端信 道收端发端信 道收端发端收端(a)(b)发端信 道收端发端收端信 道(c)(a) (a) 单工；单工； (b) (b) 半双工；半双工； (c) (c) 全双工全双工半双工通信半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，即

18、通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（或同时接收），这种但不能双方同时发送（或同时接收），这种通信方式往往是一方发送另一方接收。通信方式往往是一方发送另一方接收。全双工通信全双工通信，即通信双方可以，即通信双方可以同时发送和接收信息。同时发送和接收信息。单工通信单工通信，即只能有一，即只能有一个方向的通信，而没有个方向的通信，而没有反方向的交互。反方向的交互。243）点对点通信和广播式通信）点对点通信和广播式通信1.1.点对点通信点对点通信 是由一条通信线路把两个是由一条通信线路把两个 端点连接起来构成的通信方式，也叫端到端点连接起来构成的通信方式，也叫端到端式通信。端式通信。2.2.

19、广播式通信广播式通信 是指系统中多个端点共享是指系统中多个端点共享一个通信信道，一个端点发出信息，其他一个通信信道，一个端点发出信息，其他端点接收信息的通信方式。该通信方式中端点接收信息的通信方式。该通信方式中的信息是单向传输的。的信息是单向传输的。252.1.6 数据传输技术数据传输技术1 1）基带传输、频带传输和宽带传输基带传输、频带传输和宽带传输2 2）信源编码信源编码3 3）多路复用技术多路复用技术4 4）同步技术同步技术261）基带传输、频带传输和宽带传输）基带传输、频带传输和宽带传输 l基带传输是在数字信道上直接传送基带信基带传输是在数字信道上直接传送基带信号号数据编码方法数据编码

20、方法n 不归零码不归零码* *n 差分不归零码差分不归零码* *n 曼彻斯特编码曼彻斯特编码n 差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码27数字数据的编码数字数据的编码 b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 b10 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1不归零不归零差分不归零差分不归零曼彻斯特曼彻斯特差分曼彻斯特差分曼彻斯特28 通常是指在电话网上传输数据通常是指在电话网上传输数据调制与解调调制与解调调制是用交流信号承载信息的过程，即用要发送的调制是用交流信号承载信息的过程，即用要发送的信息调制载波信息调制载波解调是从载波中还原发送的信息的过程解调是从载波中还原发送的信息的过

21、程 3 3种基本调制形式种基本调制形式 幅移键控（幅移键控（ASKASK）即调幅）即调幅 频移键控（频移键控（FSKFSK）即调频）即调频 相移键控（相移键控（PSKPSK）即调相）即调相293 3种调制技术的波形种调制技术的波形数据数据 1 0 1 1 0 0 1ASKFSKPSK(绝对绝对)PSK(相对相对)30利用宽带进行的传输称为宽带传输。利用宽带进行的传输称为宽带传输。宽带传输系统可以是模拟或数字传输系统，它能够在宽带传输系统可以是模拟或数字传输系统，它能够在同一信道上进行数字信息和模拟信息传输。同一信道上进行数字信息和模拟信息传输。一个宽带信道可以被划分为多个逻辑基带信道。一个宽带

22、信道可以被划分为多个逻辑基带信道。宽带传输采用的是频带传输技术，能把声音、图像、宽带传输采用的是频带传输技术，能把声音、图像、数据等信息综合到一个物理信道上进行传输。但频带数据等信息综合到一个物理信道上进行传输。但频带传输不一定是宽带传输。传输不一定是宽带传输。312）信源编码）信源编码1.模拟信号数字化；2.数据压缩编码提高传输效率；3.加密编码提高数据安全性。32 多路复用技术包括复用、传输和分离三多路复用技术包括复用、传输和分离三个过程。实现多路复用功能的设备叫个过程。实现多路复用功能的设备叫多路复用器。复用器成对使用。复用器成对使用。多路复用器n个输入。多路复用器n个输出1 条线路多路

23、复用原理图多路复用原理图n 个信道3）多路复用技术）多路复用技术331.频分多路复用技术频分多路复用技术FDM（Frequency Division Multiplexing） 将一个有足够带宽的信道划分成若干等宽的将一个有足够带宽的信道划分成若干等宽的子频段（每一个频段称为一个子信道），事子频段（每一个频段称为一个子信道），事先固定将每一个频段分配给一个用户专用。先固定将每一个频段分配给一个用户专用。即一个频段只传送一个用户的信息。值得注即一个频段只传送一个用户的信息。值得注意的是，在划分子信道时，两个子信道之间意的是，在划分子信道时，两个子信道之间要预留一定的间隙要预留一定的间隙(保护频带

24、保护频带)，以防止相邻，以防止相邻的两个子信道的信号相互重叠和干扰，造成的两个子信道的信号相互重叠和干扰，造成信号的失真。如图所示。信号的失真。如图所示。34 频分多路复用技术示意图频分多路复用技术示意图35信道可用带宽信道可用带宽t复复 用用 器器信道信道A信道信道C信道信道D信道信道BffAfCfDfB复复 用用 器器信号源信号源D信号源信号源B信号源信号源C信号源信号源A保护带保护带36注：每个用户终端的数据通过专门分配给它的子通注：每个用户终端的数据通过专门分配给它的子通路传输，在用户没有数据传输时，别的用户也不能路传输，在用户没有数据传输时，别的用户也不能使用。使用。频分多路复用主要

25、用于模拟信道的复用，典型例子频分多路复用主要用于模拟信道的复用，典型例子有许多，例如，无线电广播和无线电视将多个电台有许多，例如，无线电广播和无线电视将多个电台或电视台的多组节目对应的声音、图像信号分别载或电视台的多组节目对应的声音、图像信号分别载在不同频率的无线电波上，同时在同一无线空间中在不同频率的无线电波上，同时在同一无线空间中传播，接收者根据需要接收特定的某种频率的信号传播，接收者根据需要接收特定的某种频率的信号收听或收看。有线电视也是基于同一原理。收听或收看。有线电视也是基于同一原理。372.时分多路复用技术时分多路复用技术TDM（Time Division Multiplexing

26、）时分多路复用是按传输信号的时间进行分割的，它使不同时分多路复用是按传输信号的时间进行分割的，它使不同的信号在不同时间内传送，即通过在时间上交叉发送每一的信号在不同时间内传送，即通过在时间上交叉发送每一路信号来实现一条信道传送多路信号。路信号来实现一条信道传送多路信号。TDMTDM将传输时间划分为许多个短的互不重叠的时隙，而将若将传输时间划分为许多个短的互不重叠的时隙，而将若干个时隙组成时分复用帧，用每个时分复用帧中某一固定干个时隙组成时分复用帧，用每个时分复用帧中某一固定序号的时隙组成一个子信道，每个子信道所占用的带宽相序号的时隙组成一个子信道，每个子信道所占用的带宽相同，每个时分复用帧所占

27、的时间也是相同的（如图所示）。同，每个时分复用帧所占的时间也是相同的（如图所示）。对于对于TDMTDM，时隙长度越短，则每个时分复用帧中所包含的时，时隙长度越短，则每个时分复用帧中所包含的时隙数就越多，所容纳的用户数也就越多。隙数就越多，所容纳的用户数也就越多。时分多路复用主要用于数字信道的复用。时分多路复用主要用于数字信道的复用。38 时分多路复用技术示意图时分多路复用技术示意图39D C B A D C B A D C B A时分复用帧时分复用帧t复复 用用 器器信道可用带宽信道可用带宽复复 用用 器器f信道信道D信道信道A信号源信号源D信号源信号源B信号源信号源C信号源信号源A40时分多

28、路复用又分为同步时分多路复用时分多路复用又分为同步时分多路复用(STDM)(STDM)和异步时分和异步时分多路复用多路复用(ATDM)(ATDM)。STDM:STDM:采用固定时间片分配方式，即将传输信号的时间按特采用固定时间片分配方式，即将传输信号的时间按特定长度连续的划分成特定时间段，再将每一时间段划分成定长度连续的划分成特定时间段，再将每一时间段划分成等长度的多个时隙，每个时隙以固定的方式分配给各路数等长度的多个时隙，每个时隙以固定的方式分配给各路数字信号，各路数字信号在每一时间段都顺序分配到一个时字信号，各路数字信号在每一时间段都顺序分配到一个时隙。隙。由于在由于在STDMSTDM中，

29、时隙预先分配且固定不变，无论时隙拥有中，时隙预先分配且固定不变，无论时隙拥有者是否传输数据都占有一定时隙，这就造成了时隙浪费，者是否传输数据都占有一定时隙，这就造成了时隙浪费，利用率低。利用率低。ATDM:ATDM:又称为统计时分多路复用，它是动态地按需分配时隙，又称为统计时分多路复用，它是动态地按需分配时隙，只有当某一路用户有数据要发送时才把时隙分配给它，对只有当某一路用户有数据要发送时才把时隙分配给它，对没有数据发送的用户不分配时隙。没有数据发送的用户不分配时隙。这样就不会造成时隙的浪费，利用率高。这样就不会造成时隙的浪费，利用率高。41同步时分多路复用同步时分多路复用，传输介质被划分为多

30、个信道，传输介质被划分为多个信道，同时传送多路数据，所有信道平均分配介质带宽同时传送多路数据，所有信道平均分配介质带宽若某路数据较少，可能造成信道空闲，浪费了带宽若某路数据较少，可能造成信道空闲，浪费了带宽资源资源（周期性）复用帧（周期性）复用帧（周期性）复用帧周期性）复用帧时隙时隙时间时间信道信道1信道信道2信道信道1 信道信道2信道信道n帧同步帧同步信道信道1 信道信道2信道信道n帧同步帧同步（STDM）42异步时分多路复用异步时分多路复用，根据需要来分配信道，每个信道分到，根据需要来分配信道，每个信道分到的带宽不同的带宽不同一个信元占据一个时隙，通过信元头部的控制信息区分信一个信元占据一

31、个时隙，通过信元头部的控制信息区分信道，可以充分利用介质带宽道，可以充分利用介质带宽信道信道1信道信道3信道信道4信道信道2信道信道1信元信元时隙时隙信元头部信元头部空闲空闲信道信道1信道信道2信道信道2信道信道1时分复用帧时分复用帧时分复用帧时分复用帧（ATDM）433.3.波分多路复用技术波分多路复用技术WDMWDM（Wavelength Division Wavelength Division MultiplexingMultiplexing） 波分复用就是不同波长的光载波同在一根光纤上传输，波分复用就是不同波长的光载波同在一根光纤上传输，它的本质就是光纤上频分复用它的本质就是光纤上频分

32、复用FDMFDM技术，每个通路通过技术，每个通路通过频域的分割实现，每个通路占用一部份光纤的带宽。由频域的分割实现，每个通路占用一部份光纤的带宽。由于光载波的频率很高，而习惯上是用波长而不用频率来于光载波的频率很高，而习惯上是用波长而不用频率来表示所使用的光载波，因而称其为波分复用。表示所使用的光载波，因而称其为波分复用。 WDMWDM主要用于全光纤网组成的通信系统。主要用于全光纤网组成的通信系统。444.码分多路复用码分多路复用（Code Division Multiplexing） 又称为码分多址，也是一种共享信道的方法，又称为码分多址，也是一种共享信道的方法，每个用户可在同一时间使用同样

33、的频带进行通信，每个用户可在同一时间使用同样的频带进行通信，但使用的是基于码型的分割信道的方法，即每个但使用的是基于码型的分割信道的方法，即每个用户分配一个地址码，各个码型互不重叠，通信用户分配一个地址码，各个码型互不重叠，通信各方之间不会相互干扰，且抗干扰能力强。各方之间不会相互干扰，且抗干扰能力强。该技术主要用于无线通信系统，特别是移动通信该技术主要用于无线通信系统，特别是移动通信系统。系统。454）同步技术）同步技术 同步是指通信的收发双方发送和接收数据在时间基准上必须保持一致。 同步方法分为异步方式和同步方式。SYNSYN一个或多个一个或多个SYN字符字符控制字符控制字符数据字符数据字

34、符控制字符控制字符同步传输的字符块结构同步传输的字符块结构同步传输方式同步传输方式46b0位宽位宽字符字符1字符字符4字符字符3字符字符2启始位启始位7个信息位个信息位校验位校验位 截止位截止位一个字符一个字符接收时钟同步接收时钟同步发送时钟发送时钟接收时钟接收时钟发送的字符发送的字符tb1b2b3b4b5b6异步传输方式异步传输方式47第二节第二节 信道与噪声信道与噪声第二章第二章 远动信息与编码的基本理论远动信息与编码的基本理论482.2.1 信道的定义和分类信道的定义和分类 定义：信号的通道定义：信号的通道l 分类：可分为狭义信道和广义信道分类：可分为狭义信道和广义信道w 狭义信道狭义信

35、道：仅指传输媒质。可分为有线信道和无线信仅指传输媒质。可分为有线信道和无线信道两类。有线信道包括架空明线、对称电缆、同轴电缆道两类。有线信道包括架空明线、对称电缆、同轴电缆以及光导纤维；无线信道包括地波传播、短波电离层反以及光导纤维；无线信道包括地波传播、短波电离层反射、超短波、微波无线电视距传输、卫星中继以及各种射、超短波、微波无线电视距传输、卫星中继以及各种散射信道。散射信道。w 广义信道广义信道：除了传输媒质外，还包括有关的转换设备，除了传输媒质外，还包括有关的转换设备，如发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器如发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等等。这种范围扩大了的

36、信道称为广义信道。按照广义等等。这种范围扩大了的信道称为广义信道。按照广义信道包含的功能，它可分为调制信道和编码信道两类。信道包含的功能，它可分为调制信道和编码信道两类。如图所示。如图所示。 49调制信道与编码信道调制信道与编码信道编码器输出调制器发转换器媒质收转换器解调器解调器输出调制信道编码信道调制器中含发滤波器，解调器中含收滤波器调制器中含发滤波器，解调器中含收滤波器 收、发转换器：放大，频率变换等功能收、发转换器：放大，频率变换等功能50 调制信道与编码信道调制信道与编码信道l 调制信道：调制信道是从研究调制与解调角度定义的，调制信道：调制信道是从研究调制与解调角度定义的，其范围从调制

37、器的输出至解调器的输入端。调制信道传其范围从调制器的输出至解调器的输入端。调制信道传输已调信号，关心的是信号的失真情况及噪声对信号的输已调信号，关心的是信号的失真情况及噪声对信号的影响，其中已调信号的瞬时值是连续变化的。因此，调影响，其中已调信号的瞬时值是连续变化的。因此，调制信道可看成为模拟信道制信道可看成为模拟信道l 编码信道：编码信道是从研究编码和解码的角度定义编码信道：编码信道是从研究编码和解码的角度定义的，其范围从编码器输出端到解码器输入端。编码信道的，其范围从编码器输出端到解码器输入端。编码信道输入、输出都是数字信号，关心的是误码率而不是信号输入、输出都是数字信号，关心的是误码率而

38、不是信号失真情况，但误码是由调制信道造成的。因此，编码信失真情况，但误码是由调制信道造成的。因此，编码信道可看成为数字信道道可看成为数字信道512.2.2 信道的数学模型信道的数学模型调制信道调制信道调制信道的共性调制信道的共性（1 1）有一对）有一对( (或多对或多对) )输入和输出端输入和输出端（2 2）绝大部分信道是线性的，满足叠加定理）绝大部分信道是线性的，满足叠加定理（3 3）具延迟作用和损耗）具延迟作用和损耗（4 4）无输入时（）无输入时（0 0输入）也有输出输入）也有输出噪声噪声 )(tei)(0te)()()(0tnteftei输入输出关系：输入输出关系：)(0te)(tei)

39、(tn)(tefi其中，其中， 是输入的已调信号；是输入的已调信号； 是信道总的输出；是信道总的输出； 是加性噪声（或称加性干扰）；是加性噪声（或称加性干扰）； 是线性失真，时变是线性失真，时变损耗等损耗等调制信道一般调制信道一般可看成一个输可看成一个输出端叠加有噪出端叠加有噪声的时变线性声的时变线性网络网络52)()()()(0tntetktei)()()(0tnteftei)(tk)(tk根据乘性干扰特性，可把调制信道分为两类：一类是恒根据乘性干扰特性，可把调制信道分为两类：一类是恒参信道，即参信道，即 随时间缓变或不变；另一类是随参信道，随时间缓变或不变；另一类是随参信道，即即 随机快变

40、化随机快变化信道对信号的影响可归结到两点：信道对信号的影响可归结到两点： 一是乘性干扰一是乘性干扰k(t)k(t) 二是加性干扰二是加性干扰n(t)n(t)输出与输入的关系为：输出与输入的关系为：二对端（单输入单输出）二对端（单输入单输出）调制信道模型调制信道模型53编码信道的特性编码信道的特性（1 1）编码信道对信号的影响则是一种数字序列的）编码信道对信号的影响则是一种数字序列的 变换，也就是说把一种数字序列变成另一种变换，也就是说把一种数字序列变成另一种 数字序列；数字序列；（2 2）编码信道模型用数字转移概率来描述；）编码信道模型用数字转移概率来描述；（3 3）编码信道包含调制信道，故它

41、要受调制信道）编码信道包含调制信道，故它要受调制信道 的影响；的影响；（4 4）编码信道可分成有记忆和无记忆两类（根据）编码信道可分成有记忆和无记忆两类（根据 输出码元的差错发生是否相互独立确定）。输出码元的差错发生是否相互独立确定）。2.2.2 信道的数学模型信道的数学模型编码信道编码信道54p(0/0)p(0/1)p(1/0)p(1/1)0101xy0101xye1e1ee 二进制无记忆信道 二进制无记忆对称信道无记忆的含义：解调器每个输出码元的差错发生是相互独立的。无记忆的含义：解调器每个输出码元的差错发生是相互独立的。P(0/0)P(0/0)、P(1/0)P(1/0)、P(0/1)P(

42、0/1)和和P(1/1)P(1/1)称为信道转移概率。称为信道转移概率。P(0/0)P(0/0)与与P(1/1)P(1/1)是正确转移的概率；是正确转移的概率；P(1/0)P(0/1)P(1/0)P(0/1)是错误转移概率；是错误转移概率； P(0/0)=1-P(1/0)P(0/0)=1-P(1/0)、P(1/1)=1-P(0/1)P(1/1)=1-P(0/1)编码信道数学模型编码信道数学模型（以二进制编码信道为例）（以二进制编码信道为例）55 恒参信道是指乘性干扰恒参信道是指乘性干扰 基本不随时间基本不随时间变化的信道。因此，恒参信道可等效为变化的信道。因此，恒参信道可等效为一个线性时不变网

43、络。一个线性时不变网络。 可用可用幅频特性幅频特性和相频特性和相频特性共同来描述。共同来描述。 传输特性传输特性 幅频特性幅频特性 相频特性相频特性 )(tk)(H)()()(jeHH)(H)(2.2.3 信道特性及其对信号传输的影响信道特性及其对信号传输的影响56 不失真条件不失真条件 群迟延群迟延频率特性，它定义为相频特性的导数，频率特性，它定义为相频特性的导数，即即 若若 呈线性关系，则呈线性关系，则 曲线是一曲线是一条水平直线。这时，信号的不同频率成分将有条水平直线。这时，信号的不同频率成分将有相同的时延，因而信号经过该信道传输后将不相同的时延，因而信号经过该信道传输后将不发生失真。发

44、生失真。dd)()()( tjKeH)(成一条水平线成线性关系，或为一条水平线)()()(H57理想的相频特性及群迟延理想的相频特性及群迟延频率特性频率特性 00KK58幅频失真幅频失真 指信号中不同频率的分量分别受到信道不指信号中不同频率的分量分别受到信道不同的衰减。它对模拟通信影响较大，导致信号波形畸同的衰减。它对模拟通信影响较大，导致信号波形畸变，输出信噪比下降。变，输出信噪比下降。相频失真相频失真（或群迟延失真）指信号中不同频率的分量（或群迟延失真）指信号中不同频率的分量分别受到信道不同的时延。它对数字通信影响较大，分别受到信道不同的时延。它对数字通信影响较大，会引起严重的码间干扰，造

45、成误码。会引起严重的码间干扰，造成误码。综述：恒参信道通常用它的幅频特性及相频特性来表综述：恒参信道通常用它的幅频特性及相频特性来表述。这两个特性的不理想，将是损害信号传输特性的述。这两个特性的不理想，将是损害信号传输特性的重要因素。实际中常采用重要因素。实际中常采用“均衡均衡”措施去补偿信道的措施去补偿信道的传输特性。传输特性。两种失真及其影响两种失真及其影响实际的信道特性并不理想，必然对信号产生两种失真：实际的信道特性并不理想，必然对信号产生两种失真：59三次谐波基波合成波不同延迟群时延-频率特性)(f幅度频率特性)(Hf060 加性噪声加性噪声的来源可分为人为噪声、自然噪声和内的来源可分

46、为人为噪声、自然噪声和内部噪声。噪声是影响通信质量的主要因素之一。部噪声。噪声是影响通信质量的主要因素之一。通常将宇宙噪声、散弹噪声和热噪声归为起伏噪通常将宇宙噪声、散弹噪声和热噪声归为起伏噪声，分析表明：它们的统计特性均服从高斯分布，声，分析表明：它们的统计特性均服从高斯分布，称为高斯噪声称为高斯噪声。2.2.4 信道的加性噪声信道的加性噪声61加性噪声是分散在通信系统中各处噪声的集中加性噪声是分散在通信系统中各处噪声的集中表示。它独立于有用信号，却始终干扰有用信表示。它独立于有用信号，却始终干扰有用信号。加性噪声的主要代表是起伏噪声（包括热号。加性噪声的主要代表是起伏噪声（包括热噪声、散弹

47、噪声、和宇宙噪声）。这类噪声是噪声、散弹噪声、和宇宙噪声）。这类噪声是不能回避的客观存在，是影响通信质量的主要不能回避的客观存在，是影响通信质量的主要因素之一。因素之一。为了研究噪声背景下通信系统的性能，必须了为了研究噪声背景下通信系统的性能，必须了解噪声的统计特性。分析表明：热噪声、散弹解噪声的统计特性。分析表明：热噪声、散弹噪声、和宇宙噪声均为高斯噪声，且在很宽的噪声、和宇宙噪声均为高斯噪声，且在很宽的频率范围内都具有平坦的功率谱密度，故今后频率范围内都具有平坦的功率谱密度，故今后一律把起伏噪声定义为高斯白噪声。其双边功一律把起伏噪声定义为高斯白噪声。其双边功率谱密度为率谱密度为)()/(

48、2)(0fHzWnPn62其一维概率密度函数为其一维概率密度函数为当研究调制与解调问题时，起伏噪声往当研究调制与解调问题时，起伏噪声往往先通过一个带通滤波器才到达解调器往先通过一个带通滤波器才到达解调器输入端，此处的噪声将是一个窄带高斯输入端，此处的噪声将是一个窄带高斯白噪声。也就是说，调制信道的加性噪白噪声。也就是说，调制信道的加性噪声可直接表述为窄带高斯白噪声。声可直接表述为窄带高斯白噪声。设带通型噪声的功率谱密度设带通型噪声的功率谱密度 可以由可以由高斯白噪声通过一个带通滤波器而得到。高斯白噪声通过一个带通滤波器而得到。222exp21)(nnvvf)(nP63假设功率谱密度假设功率谱密

49、度 曲线下的面积与图中矩形曲线下的面积与图中矩形虚线下的面积相等，即虚线下的面积相等，即式中，式中， 为等效噪声带宽，其物理含义是白噪为等效噪声带宽，其物理含义是白噪声通过实际带通滤波器的效果与通过宽度声通过实际带通滤波器的效果与通过宽度为为 ，高为，高为1 1的矩型滤波器的效果一样。的矩型滤波器的效果一样。上述噪声带宽的定义将适用于今后常见的窄带上述噪声带宽的定义将适用于今后常见的窄带高斯噪声。且认为带宽为高斯噪声。且认为带宽为 的窄带高斯噪声，的窄带高斯噪声，其功率谱密度其功率谱密度 在带宽在带宽 内是平坦的。内是平坦的。)(nP)(2)(cnnnfPBdffPnBnBnB)(nPnB)(nP)(0fPnnBnB0f0ff0带通型噪声的带通型噪声的功率谱密度功率谱密度6465 信道容量信道容量：单位时间内信道上所能传输的最大信：单位时间内信道上所能传输的最大信息量称为信道容量息量称为信道容量l 离散信道：指输入与输出信号都是取值离散的时间函离散信道：指输入与输出信号都是取值离散的时间函数的信道，即广义信道中的编码信道。数的信道，即广义信道中的编码信道。l 连续信道：指输入和输出信号都是取值连续的信道，连续信道：指输入和输出信号都是取值连续的信道，即