第一章 绪论
实际上这本书是入门中的入门,给大家提供一个通信的背景,知道通信是什么,如何评判他的好坏,如何有效可靠的传递信息。
本章即为提供最初始的一个背景。
1.通信的基本概念
研究对象:信号、消息、信息。区别略。
组成模型:
模拟里面用的是调制器和解调器,因为一般的拿自由空间来传输的电信号和信源频率不一样,需要调制器来调制变换。调制之后的信号叫已调信号,或者叫带通信号,因为他的频谱通常是是带通的。
数字通信里面用的是信源编码信道编码和相应的解调译码,他就不用像模拟信号一样调制了,他要的叫数字调制和解调,等于是搬频谱,同时更需要有效率的ad转换、抗干扰处理。
PS:
数字通信有一个不太好的点,就是需要的带宽比较大,因为他这个时域波形很方,有高频成分,频域就算近似的话也不能太窄,不然导致失真严重。
另外,在数字通信中常见的 调制方式(ASK、PSK、QAM 等) 也是通过在频带上携带数字信息的。
调制阶数越高(例如16QAM、64QAM),在相同带宽内能传更多bit,这是我们常说的频谱效率提升。
其他的这些,什么分类啊,半双工全双工,不是现在死记硬背的,略过不讲,知道研究什么(研究对象的单元及其组成的模型)即可。
2.信息的度量
这个部分实际上信息论已经给我们讲过了一遍,用的啥?还是倒数取对,得信息量。
\[ I=-log_aP(x) \]
因为这样能很好的符合:
概率越小的事情信息量越大
若干独立事件构成的消息等于个独立事件信息量之和
同时定义信息熵 \(H\) (离散):
\[ H(x) = \sum P(x_i)I(x_i) \]
等于就是加权求和嘛,描述的是平均的信息量。
不过要注意的一点就是,这个权重是针对整体概率的,而非样本的,详情可见下面这个例题:
3.通信系统主要性能指标
首先介绍有效性,有效性用来描述这个系统是否能传输信号。具体而言就是拿传输速率指标来判断是否有效。
数字通信系统中频带利用率定义为单位带宽内传输速率,即
\[ \eta = \frac{R_B}{B}(Baud/Hz) \]
或
\[ \eta_t = \frac{R_b}{B} \quad (\text{b/(s·Hz)}) \]
\(R_B\) 为码元传输速率,简称传码率。它被定义为单位时间(每秒)传输码元的数目,单位为波特(Baud),因此又称为波特率。
设每个码元的长度为 \(T_B(s)\),则有
\[R_B = \frac{1}{T_B} \quad (\text{Baud}) \]
\(R_b\) 为信息传输速率,简称传信率,又称比特率。它定义为单位时间内传输的平均信息量,单位为比特/秒 (b/s)。
因为一个 \(M\) 进制码元携带 \(\log_2 M\) 比特的信息量,所以码元速率和信息速率有以下确定的关系,即
\[R_b = R_B \log_2 M \quad (\text{b/s})\]
或
\[R_B = \frac{R_b}{\log_2 M} \quad (\text{Baud})\]
例如,设码元速率为 1200 Baud,若采用八进制,则信息速率为 3600
b/s。
若设每个二进制码元的持续时间为 T_b,则 T_B 与 T_b 有如下关系:
\[T_B = T_b \log_2 M\]
一个好的通信系统除了要能传输信息,同时也要保证传输是正确的,传输是可靠的。
在模拟通信系统中,可靠性通常用接收端输出信号与噪声功率比 (S/N) 来度量,即信噪比,S/N 与调制方式有关,这个之后再说。
在数字通信系统中,可靠性可用误码率表示。误码率反映传输过程中发生错误的概率,通常定义为传错码元数占传输总码元数的比例,更确切地说,误码率表示码元出错的概率的概念,即
\[P_e = \frac{\text{错误码元数}}{\text{传输总码元数}}\]
或
\[P_b = \frac{\text{错误比特数}}{\text{传输总比特数}}\]