第2章 信息与信道.ppt

第2章 信息与信道 C 2.1 信息及其度量 2.1.1 信息的概念 信息是消息的内涵，是消息中所包含的人们原来不知而待知的内容，是对消息统计特性的一种定量描述。 2.1.2 信息度量 信息论利用统计的概念对信息提出了一种度量方法，把度量信息大小的物理量称为信息量，简称信息。 设消息所代表的事件出现的概率为P ( x )，该消息所含有的信息量 C 2.2 信道 信道：是信息传输的通道。 信道分类：按信道的组成划分，可分为广义信道和狭义信道。 狭义信道：发送设备和接收设备之间用以传输信号的媒介或通道。 广义信道：除了传输媒介外，还包括有关的部件和电路，如调制器、解调器、编码器、解码器等。 调制信道（广义信道）：从调制器的输出端至解调器的输入端。 编码信道（广义信道）：从编码器输出端至解码器输入端。 按传输介质划分，可分为有线信道和无线信道。 有线信道：由各种传输线路构成的信道。 无线信道：电波传播空间构成的信道。 按传输信号的特征，可分为模拟信道（连续信道）和数字信道。 模拟信道（连续信道）：传输模拟信号的信道。广义信道中的调制信道属于模拟信道。 数字信道：传输数字信号的信道。 C 2.3 信道容量 信道容量：单位时间内信道无差错传输的最大信息量，即信道的极限传输能力。用信道的最大信息传输速率来衡量，单位：比特/秒（b/s）。 2.3.1 数字信道的信道容量 无噪声、无码间干扰的理想数字信道的信道容量 C为信道容量，单位是b/s； B为信道带宽，单位是Hz；Μ为传输的数字信号的进制数。 2.3.2 模拟信道的信道容量 香农公式：在模拟信道中传输数字信号的信道容量（加性高斯白噪声信道中，传输功率受限信号时，信道所能达到的最大传输速率） C--信道容量，单位是b/s； B--信道带宽，单位是Hz；N--噪声平均功率，S--信号平均功率，S / N--信噪比。 结论： （1）任何一个信道，都有信道容量C。如果信息速率R≤C，理论上存在一种方法，能以任意小的差错概率通过信道传输；如果RC，在理论上无差错传输是不可能的。 （2）对于给定的C，可以用不同的带宽和信噪比的组合来传输信息，带宽与信噪比可以互换。 （3）信息速率C = I / T，T为传输时间，代入上式 当S / N一定，给定的信息量可以用不同的带宽和时间T的组合来传输，即带宽与时间可以互换。 【例】用于传输数据的模拟信道一些典型参数为：信道带宽B=3000Hz，信号功率S=0.0001W，信道噪声功率N=0.0000004W，求该信道的信息传输速率C。 解: =3000 log2 (1+0.0001 / 0.0000004) ≈24000（b/s） 【例】某信道的频率范围处于3MHz~4MHz之间，信噪比为24dB，求该信道的信息传输速率。 解:信道带宽B = 4MHz – 3MHz = 1MHz ∴ S/N = 251 = 106×log2（1＋251） = 106 ×log2252≈106 ×8 = 8（Mb/s） C 2.4 信道传输损耗 信号在信道中传输时会受到削弱，这种影响称为传输损耗。信道特性不同，产生的传输损耗也不同，但共同特点是，传输信号产生衰减。 无线信道：信号能量会随着传输距离的增加而衰减，信号的强度不断变小。衰减就是用来描述描述这种能量损耗的。衰减指的是信号在信道中，随着传输距离的增加，信号衰减的程度。衰减直接导致信噪比S / N 的下降。 有线信道：信号的衰减一般是连续变化的，特性比较稳定。对于模拟信号，通常在信号传输一定距离之后使用放大器来放大信号；对于数字信号，通过中继器来再生信号，以便传输更远的距离。 C 2.5 有线传输介质 传输介质：通信系统中连接收发双方的物理通路，即通信过程中消息传送的载体。 分类：有线传输介质和无线传输介质。 系统的传输性能和质量，不但与信号特性有关，还与传输介质的特性有关。当采用有线传输介质时，传输介质本身的特性对传输极限的影响极为重要。例如，介质本身的带宽就限制了系统的带宽。 常用有线传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤等。 2.5.1 双绞线 双绞线是由两根各自封装在彩色塑料皮内的铜线相互扭绞而成的，扭绞的目的是使它们之间的干扰最小。 类型:屏蔽型（STP）和非屏蔽型(UTP)。 输入阻抗：100Ω和150Ω两种。 2.5.2 同轴电缆 同轴电缆：是一种应用非常广泛的传输介质，由内导体、外导体、绝缘层及外部保护层组成。 分类：基带（视频）电缆和宽带（射频）电缆。 基带同轴电缆：用于直接传输数字数据信号。 宽带同轴电缆：用于传输