信息安全 第3章 信道及其容量.ppt

第3章 信道及其容量作者：谭炳健 学号：1100360121 专业：信息安全 学院：计算机科学与工程学院 学校：桂林电子科技大学;简介：;这些研究依赖于对信道的问题建立一定的数学模型，选择合理的、简化的数学模型，从而，需要首先对信道通信问题建立简化的数学模型，选择必要的参数来描述信道的通信过程，以此为基础，度量和分析各种类型的信道，计算在不同约束条件下的信道容量，并且分析相应的特征。我们一般指的信道是物理信道，物理信道一般是指依托物理媒介传输信息的通道，比如：电话线，光纤，同轴，微波等。;与之相对的还有逻辑信道，当作信道。逻辑信道一般是指人为定义的信息传输信道，实际上许多时候提到的信道是广义的，非物理的，比如我们可以将信道编码、译码和信道看成一个广??的信道，也可以将加密、加密和信源编码、解码当作信道。;3.1 信道的数学模型与分类;在连续信道中，如果输入和输出的信号在时间和幅度上均连续，称为波形信道，可以用随机过程来描述，一般将它分解为离散信道，时间或幅度之一上离散的连续信道，半离散半连续信道来研究。 　　（2）据输入输出随机变量个数的多少分类 　　单符号信道：输入和输出端都只用一个随机变量来表示。 多符号信道：输入和输出端用随机变量序列/随机矢量来表示 ;　　（3）根据信道用户的多少（输入输出个数）分类 　　单用户信道：只有一个输入端和一个输出端，注意信息只能向一个方向传递。比如点对点的单向通信， 　　多用户信道：至少有一端有两个以上的用户合用一个信道，双向通信，比如一般的通信网。 　　（4）根据输入端和输出端的关联分类 　　无反馈信道：无反馈就是输出端的信号不反馈到输入端，即输出信号对输入信号没有影响。 　　有反馈信道：输出信号通过一定途径反馈到输入端，致使输入端的信号发生变化的信道。 （5）根据信道参数与时间的关系分类 　　;　　固定参数（恒参、平稳）信道：信道的统计特征不随时间而变化，比如卫星通信信道可以近似的认为是固定参数信道。 　　时变参数（随参、非平稳，time-varying）信道：信道的统计特征随时间而变化，例如短波通信。 　　（6）根据信道上有无干扰分类 　　有干扰信道（noisy discrete channel， discrete channel with noise）：存在噪声或干扰的信道，或者同时存在两者的信道。 　　无干扰信道：不存在噪声和干扰，或者可以忽略的信道。 　　;（7）根据信道有无记忆特性分类 　　有记忆信道（channel with memory）：某个时间的输出y不仅仅与相应时间的输入x有关，而与前后的输入、输出相关。类似于马尔可夫信源，输出只与前面有限个输入有关时，可称为有限记忆信道。当与前面无限个输入有关，但关联性随间隔加大而趋于零时，可称为渐近有记忆信道。条件概率是相同的函数时，称为平稳信道，即变量的下标顺序推移时，条件概率的函数形式不变。 　　;无记忆信道（memoryless channel）：某个时间的输出y只与相应时间的输入x有关，而与前后的输入、输出无关。 　　还可以根据载荷消息的介质和信号的形式不同进行分类。 实际上，有时候信道划分是人为的，比如下图3-1中进行不同的划分，由于信号在不同的位置进行不同的处理和转换，所以对应的信源、信宿可以认为是不一样的，所以可以得出不同的信道类型： ;图3-1 不同的信道划分;　　其中：c1段，信号一般是连续的，所以该段为连续信道，调制信道； 　　c2为离散信道，编码信道； 　　c3为半离散、半连续信道； 　　c4为半连续、半离散信道。 　　狭义的信道仅仅包括传输介质，但是广义的信道可以包括传输介质、各种信号变换、编码和耦合装置等。在通信系统中的广义信道通常也可分成两种：调制信道和编码信道。 　　;（1）调制信道 调制信道是从研究调制与解调的基本问题出发而构成的，它的范围是从调制器输出端到解调器输入端，从调制和解调的角度来看，我们只关心解调器输出的信号形式和解调器输入 　　信号与噪声的最终特性，并不关心信号的中间变化过程。因此，定义调制信道对于研究调制与解调问题是方便和恰当的。 　 ;　补充相关概念：调制，就是把数字信号转换成电话线上传输的模拟信号；解调，即把模拟信号转换成数字信号。将两种功能合并在一起的设备合称调制解调器，就是我们通常所称的猫（Modem）。它能把计算机的数字信号翻译成可沿普通电话线传送的脉冲信号，而这些脉冲信号又可被线路另一端的另一个调制解调器接收，并译成计算机可懂的语言。 　　;（2）编码信道 　　在数字通信系统中，如果仅着眼于编码和译码问题，则可得到另一种广义信道－－