通信原理知識點總結(jié)

時間：2022-12-12 20:01:44 總結(jié) 我要投稿

通信原理知識點總結(jié)

　　總結(jié)是指社會團體、企業(yè)單位和個人對某一階段的學(xué)習(xí)、工作或其完成情況加以回顧和分析，得出教訓(xùn)和一些規(guī)律性認識的一種書面材料，它可以提升我們發(fā)現(xiàn)問題的能力，讓我們一起認真地寫一份總結(jié)吧。總結(jié)一般是怎么寫的呢？以下是小編幫大家整理的通信原理知識點總結(jié)，希望能夠幫助到大家。

通信原理知識點總結(jié)

　　第1章緒論

　　掌握內(nèi)容：通信系統(tǒng)的基本問題與主要性能指標；模擬通信與數(shù)字通信；信息量、平均信息量、信息速率。

　　熟悉內(nèi)容：通信系統(tǒng)的分類；通信方式。

　　了解內(nèi)容：通信的概念與發(fā)展；

　　1.1——1.3基本概念

　　1、信號：消息的電的表示形式。在電通信系統(tǒng)中，電信號是消息傳遞的物質(zhì)載體。

　　2、消息：信息的物理表現(xiàn)形式。如語言、文字、數(shù)據(jù)或圖像等。

　　3、信息：消息的內(nèi)涵，即信息是消息中所包含的人們原來不知而待知的內(nèi)容。

　　4、數(shù)字信號是一種離散的、脈沖有無的組合形式，是負載數(shù)字信息的信號。

　　5、模擬信號是指信號無論在時間上或是在幅度上都是連續(xù)的。

　　6、數(shù)字通信是用數(shù)字信號作為載體來傳輸消息，或用數(shù)字信號對載波進行數(shù)字調(diào)制后再傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健Ｋ蓚鬏旊妶蟆?shù)字數(shù)據(jù)等數(shù)字信號，也可傳輸經(jīng)過數(shù)字化處理的語聲和圖像等模擬信號。

　　7、模擬通信是指利用正弦波的幅度、頻率或相位的變化，或者利用脈沖的幅度、寬度或位置變化來模擬原始信號，以達到通信的目的。

　　8、數(shù)據(jù)通信是通信技術(shù)和計算機技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新的通信方式。

　　9、通信系統(tǒng)的一般模型

　　10、按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，可相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。

　　11、模擬通信系統(tǒng)是傳輸模擬信號的通信系統(tǒng)。模擬信號具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸，需要把基帶信號變換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號，并可在接收端進行反變換。完成這種變換和反變換作用的通常是調(diào)制器和解調(diào)器。

　　12、數(shù)字通信系統(tǒng)是傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)。數(shù)字通信涉及的技術(shù)問題很多，其中主要有信源編碼/譯碼、信道編碼/譯碼、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)、數(shù)字復(fù)接、同步以及加密等。

　　13、數(shù)字信道模型

　　14、通信系統(tǒng)的分類

　　1、按通信業(yè)務(wù)分類分為話務(wù)通信和非話務(wù)通信。

　　2、根據(jù)是否采用調(diào)制，可將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸和頻帶（調(diào)制）傳輸。

　　3、按照信道中所傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分成模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。

　　4、按傳輸媒質(zhì)分類，可分為有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)兩大類。

　　有線通信是用導(dǎo)線（如架空明線、同軸電纜、光導(dǎo)纖維、波導(dǎo)等）作為傳輸媒質(zhì)完成通信的，如市內(nèi)電話、有線電視、海底電纜通信等。

　　無線通信是依靠電磁波在空間傳播達到傳遞消息的目的的，如短波電離層傳播、微波視距傳播、衛(wèi)星中繼等。

　　15、常見傳輸多路信號有兩種復(fù)用方式，即頻分復(fù)用、時分復(fù)用。頻分復(fù)用是用頻譜搬移的方法使不同信號占據(jù)不同的頻率范圍。時分復(fù)用是用脈沖調(diào)制的方法使不同信號占據(jù)不同的時間區(qū)間。

　　1.4信息及其度量

　　1、信號是消息的載體，而信息是消息的內(nèi)涵。

　　任何信源產(chǎn)生的輸出都是隨機的，信息含量就是對消息中這種不確定性的度量，是用統(tǒng)計方法來定性的。

　　消息出現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大。

　　2、信息量的計算

　　信息量I與消息出現(xiàn)的概率P(x)之間的關(guān)系應(yīng)為：

　　信息量的單位與對數(shù)底數(shù)a有關(guān)。

　　a=2時，信息量的單位為比特(bit)；a=e時，信息量的單位為奈特(nat)；a=10時，信息量的單位為哈特萊（Hartley）。目前廣泛使用的單位為比特。

　　3、信源的熵：

　　每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值，即平均信息量H為：

　　例題：（重點）設(shè)二進制離散信源，發(fā)送1的概率是3/4，發(fā)送0的概率是1/4，發(fā)送1或者0是相互獨立的；

　　1、信源每個輸出符號的信息量為多少？

　　2、若信源發(fā)出符號序列：110001，則此消息序列的信息量是多少？

　　3、第2步驟中的符號序列的每個符號的平均信息量是多少？

　　4、求信息源的熵？

　　例題：書本第11頁，【例1-2】（重點）

　　1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標

　　通信系統(tǒng)的主要性能指標是系統(tǒng)的有效性和可靠性。

　　有效性是指在給定時間內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}；有效性指標：用單位時間傳送的信息量來衡量，傳送信息量越大，有效性越好；

　　可靠性是指接收信息的準確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。可靠性指標：用接收端最終輸出信噪比來度量，信噪比越大，可靠性越好。

　　第2章確知信號

　　掌握確知信號的基本概念；了解確知信號的頻域性質(zhì)和時域性質(zhì)。

　　2、1基本概念

　　1、系統(tǒng)：一般來講，系統(tǒng)是一個由若干互有關(guān)聯(lián)的單元組成的并具有某種功能以用來達到某些特定目的的有機整體，其意義十分廣泛。分類如下：連續(xù)時間系統(tǒng)與離散時間系統(tǒng)

　　即時系統(tǒng)和動態(tài)系統(tǒng)（按照系統(tǒng)內(nèi)是否含有記憶元件）無源系統(tǒng)和有源系統(tǒng)（按系統(tǒng)內(nèi)是否含源）

　　集中參數(shù)系統(tǒng)和分布參數(shù)系統(tǒng)（按系統(tǒng)的參數(shù)是集中的或分布的）

　　線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)（按其特性分）時不變系統(tǒng)與時變系統(tǒng)（按其參數(shù)是否隨t而變）

　　2、信號的基本概念

　　信號是消息的一種物理體現(xiàn)，消息則是信號的具體內(nèi)容。各種傳輸信號的方法：烽火、鼓聲、旗語、電信號。信號按物理屬性分：電信號和非電信號。

　　描述信號的常用方法

　　（1）函數(shù)表達式f(t)，

　　（2）波形。

　　3、信號的分類：

　　4、確知信號：可以用確定時間函數(shù)表示的信號，稱為確定信號或規(guī)則信號。如正弦信號。

　　5、隨機信號：不能用確定時間函數(shù)表示的信號，且在任意時刻的取值都具有不確定性，只可能知道它的統(tǒng)計特性，如在某時刻取某一數(shù)值的概率，這類信號稱為隨機信號或不確定信號。

　　5、確知信號的類型

　　注意：

　　1、對于能量信號，能量等于一個有限正值，但平均功率為零；

　　2、對于功率信號，平均功率等于一個有限值，但能量為無窮大；

　　3、能量信號和功率信號的分類對于非確知信號也使用。

　　2.2確知信號的頻域性質(zhì)

　　2.2.1功率信號的頻譜

　　2.2.2能量信號的頻譜密度

　　3、二者的區(qū)別：

　　4、單位沖激函數(shù)(函數(shù))（重點：課本第23頁，【例2-5】）

　　2.3確知信號的時域性質(zhì)

　　1、能量信號的自相關(guān)函數(shù)

　　2、自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)：

　　3、功率信號的自相關(guān)函數(shù)和性質(zhì)

　　4、能量信號的互相關(guān)函數(shù)和性質(zhì)

　　5、功率信號的互相關(guān)函數(shù)和性質(zhì)

　　復(fù)習(xí)題（重點）

　　1、畫出單位階躍信號和單位沖激函數(shù)的曲線圖。

　　2、寫出抽樣函數(shù)的形式，畫出其基本圖形。

　　3、什么叫做確知信號？

　　4、按能量是否有限，信號分為哪些類？

　　5、能量信號的特點？

　　6、功率信號的特點？

　　7、簡單描述一下單位沖擊函數(shù)的特點。P34習(xí)題22；25；

　　第3章隨機信號分析

　　掌握內(nèi)容：平穩(wěn)隨機過程的數(shù)字特征與概率密度函數(shù)；平穩(wěn)隨機過程的相關(guān)函數(shù)與功率譜密度；高斯信號通過線性系統(tǒng)。平穩(wěn)隨機過程；平穩(wěn)隨機過程的各態(tài)歷經(jīng)性；

　　1、什么是隨機過程？

　　隨機過程是一類隨時間作隨機變化的過程，它不能用確切的時間函數(shù)描述。可從兩種不同角度看：

　　角度1：對應(yīng)不同隨機試驗結(jié)果的時間過程的集合。

　　角度2：隨機過程是隨機變量概念的延伸。

　　在任一給定時刻t1上，每一個樣本函數(shù)i(t)都是一個確定的數(shù)值i(t1)，但是每個i(t1)都是不可預(yù)知的。

　　在一個固定時刻t1上，不同樣本的取值{i(t1),i=1,2,,n}是一個隨機變量，記為(t1)。因此，我們又可以把隨機過程看作是在時間進程中處于不同時刻的隨機變量的集合。

　　2、隨機過程的分布函數(shù)：

　　3、隨機過程的數(shù)字特征

　　所以，方差等于均方值與均值平方之差，它表示隨機過程在時刻t對于均值a(t)的偏離程度。

　　3.2平穩(wěn)隨機過程

　　1、平穩(wěn)隨機過程及其性質(zhì)

　　2、嚴平穩(wěn)隨即過程的數(shù)字特征

　　結(jié)論：

　　把同時滿足（1）和（2）的過程定義為廣義平穩(wěn)隨機過程。顯然，嚴平穩(wěn)隨機過程必定是廣義平穩(wěn)的，反之不一定成立。

　　在通信系統(tǒng)中所遇到的信號及噪聲，大多數(shù)可視為平穩(wěn)的隨機過程。因此，研究平穩(wěn)隨機過程有著很大的實際意義。

　　3、各態(tài)歷經(jīng)性

　　問題的提出：能否從一次試驗而得到的一個樣本函數(shù)x(t)來決定平穩(wěn)過程的數(shù)字特征呢?回答是肯定的。平穩(wěn)過程在滿足一定的條件下具有一個有趣而又非常有用的特性，稱為“各態(tài)歷經(jīng)性”（又稱“遍歷性”）。

　　具有各態(tài)歷經(jīng)性的過程，其數(shù)字特征（均為統(tǒng)計平均）完全可由隨機過程中的任一實現(xiàn)的時間平均值來代替。

　　4、各態(tài)；歷經(jīng)性的條件

　　“各態(tài)歷經(jīng)”的含義：隨機過程中的任一次實現(xiàn)都經(jīng)歷了隨機過程的所有可能狀態(tài)。具有各態(tài)歷經(jīng)的隨機過程一定是平穩(wěn)過程，反之不一定成立。

　　在通信系統(tǒng)中所遇到的隨機信號和噪聲，一般均能滿足各態(tài)歷經(jīng)條件。

　　5、（重點，書本：第41頁）[例3-1]

　　6、平穩(wěn)過程的自相關(guān)函數(shù)及其性質(zhì)

　　3.3高斯隨機過程（正態(tài)隨機過程）

　　定義：如果隨機過程(t)的任意n維（n=1,2,...）分布均服從正態(tài)分布，則稱它為正態(tài)過程或高斯過程。

　　高斯隨機過程的重要性質(zhì)

　　1、高斯過程的n維分布只依賴各個隨機變量的均值、方差和歸一化協(xié)方差。

　　2、廣義平穩(wěn)的高斯過程也是嚴平穩(wěn)的。

　　3、因為，若高斯過程是廣義平穩(wěn)的，即其均值與時間無關(guān)，協(xié)方差函數(shù)只與時間間隔有關(guān)，而與時間起點無關(guān)，則它的n維分布也與時間起點無關(guān)，故它也是嚴平穩(wěn)的。所以，高斯過程若是廣義平穩(wěn)的，則也嚴平穩(wěn)。

　　4、高斯過程經(jīng)過線性變換后生成的過程仍是高斯過程。也可以說，若線性系統(tǒng)的輸入為高斯過程，則系統(tǒng)輸出也是高斯過程。

　　補充：線性系統(tǒng)

　　1、定義：

　　由若干相互作用和相互依賴的事物組合而成的，具有穩(wěn)定功能的整體。系統(tǒng)模型：系統(tǒng)物理特性的數(shù)學(xué)抽象。

　　在電子技術(shù)領(lǐng)域中，“系統(tǒng)”、“電路”、“網(wǎng)絡(luò)”三個名詞在一般情況下可以通用。

　　2、信號與系統(tǒng)的.描述

　　系統(tǒng)的表示：

　　數(shù)學(xué)表達式：系統(tǒng)物理特性的數(shù)學(xué)抽象。系統(tǒng)圖：形象地表示其功能。

　　3、線性系統(tǒng)

　　3.4平穩(wěn)隨機過程通過線性系統(tǒng)由平穩(wěn)隨機過程通過線性系統(tǒng)之后的數(shù)學(xué)特征可知：若線性系統(tǒng)的輸入是平穩(wěn)的，則輸出也是平穩(wěn)的。

　　如果線性系統(tǒng)的輸入過程是高斯型的，則系統(tǒng)的輸出過程也是高斯型的。

　　復(fù)習(xí)題：

　　P61，思考題：3-1，3-3，3-4；（重點）

　　第4章信道

　　1、信道的基本概念

　　連接發(fā)送端和接受端的通信設(shè)備，其功能是將信號從發(fā)送端傳送到接收端。信道分類：

　　無線信道－電磁波（含光波）有線信道－電線、光纖信道中的干擾：有源干擾－噪聲

　　無源干擾－傳輸特性不良

　　本章重點：介紹信道傳輸特性和噪聲的特性，及其對于信號傳輸?shù)挠绊憽?/p>

　　4.1無線信道

　　無線信道

　　利用電磁波在空間的傳播來實現(xiàn)。

　　要求天線的尺寸不小于電磁波波長的1/10。根據(jù)通信距離分類：地波、天波、視波

　　1、地波

　　頻率<2MHz有繞射能力

　　距離：數(shù)百或數(shù)千千米

　　2、天波

　　頻率：2~30MHz特點：被電離層反射

　　一次反射距離：<4000km寂靜區(qū)：

　　3、視線傳播：

　　頻率>30MHz距離:和天線高度有關(guān)

　　式中，D收發(fā)天線間距離(km)。

　　4、增大視線傳播距離的其他途徑中繼通信：無線電中繼

　　衛(wèi)星通信：靜止衛(wèi)星、移動衛(wèi)星

　　平流層通信：位于平流層的高空平臺電臺

　　4.2有線信道

　　分類：明線、對稱電纜、同軸電纜

　　1、明線是指平行架設(shè)在電線桿上的架空線路。

　　2、雙絞線、電纜（粗電纜、細電纜）、光纖

　　4.3信道的數(shù)學(xué)模型信道模型的分類：調(diào)制信道、編碼信道

　　4.5信道中的噪聲

　　噪聲

　　信道中存在的不需要的電信號。又稱加性干擾。按噪聲來源分類

　　人為噪聲－例：開關(guān)火花、電臺輻射

　　自然噪聲－例：閃電、大氣噪聲、宇宙噪聲、熱噪聲

　　熱噪聲

　　來源：來自一切電阻性元器件中電子的熱運動。按噪聲性質(zhì)分類

　　脈沖噪聲：是突發(fā)性地產(chǎn)生的，幅度很大，其持續(xù)時間比間隔時間短得多。其頻譜較寬。電火花就是一種典型的脈沖噪聲。窄帶噪聲：來自相鄰電臺或其他電子設(shè)備，其頻譜或頻率位置通常是確知的或可以測知的。可以看作是一種非所需的連續(xù)的已調(diào)正弦波。

　　起伏噪聲：包括熱噪聲、電子管內(nèi)產(chǎn)生的散彈噪聲和宇宙噪聲等。

　　注：討論噪聲對于通信系統(tǒng)的影響時，主要是考慮起伏噪聲，特別是熱噪聲的影響。

　　復(fù)習(xí)題：

　　P84，思考題：4-1，4-9，4-14，4-16

　　第9章模擬信號的數(shù)字傳輸

　　掌握內(nèi)容：抽樣定理；脈沖振幅調(diào)制(PAM)原理；脈沖編碼調(diào)制(PCM)原理；增量調(diào)制(ΔM)原理；均勻量化；非均勻量化；

　　了解內(nèi)容：十三折現(xiàn)非均勻量化；十五折線非均勻量化；增量脈沖編碼調(diào)制(DPCM)原理。

　　9.1模擬信號的抽樣——-抽樣定理

　　抽樣定理：設(shè)一個連續(xù)模擬信號m(t)中的最高頻率

　　9.2模擬脈沖調(diào)制

　　模擬脈沖調(diào)制的種類

　　周期性脈沖序列有4個參量：脈沖重復(fù)周期、脈沖振幅、脈沖寬度和脈沖相位（位置）。其中脈沖重復(fù)周期（抽樣周期）一般由抽樣定理決定，故只有其他3個參量可以受調(diào)制。

　　3種脈沖調(diào)制：脈沖振幅調(diào)制(PAM)脈沖寬度調(diào)制(PDM)脈沖位置調(diào)制(PPM)

　　9.3抽樣信號的量化——-量化原理設(shè)模擬信號的抽樣值為m(kT)，其中T是抽樣周期，k是整數(shù)。此抽樣值仍然是一個取值連續(xù)的變量。

　　若僅用N個不同的二進制數(shù)字碼元來代表此抽樣值的大小，則N個不同的二進制碼元只能代表M=2N個不同的抽樣值。

　　因此，必須將抽樣值的范圍劃分成M個區(qū)間，每個區(qū)間用一個電平表示。這樣，共有M個離散電平，它們稱為量化電平。用這M個量化電平表示連續(xù)抽樣值的方法稱為量化。

　　9.3.3非均勻量化1、非均勻量化的目的：

　　在實際應(yīng)用中，對于給定的量化器，量化電平數(shù)M和量化間隔v都是確定的，量化噪聲Nq也是確定的。但是，信號的強度可能隨時間變化（例如，語音信號）。當(dāng)信號小時，信號量噪比也小。

　　所以，這種均勻量化器對于小輸入信號很不利。為了克服這個缺點，改善小信號時的信號量噪比，在實際應(yīng)用中常采用非均勻量化。

　　2、非均勻量化原理

　　實際中，非均勻量化的實現(xiàn)方法通常是在進行量化之前，先將信號抽樣值壓縮，再進行均勻量化。

　　這里的壓縮是用一個非線性電路將輸入電壓x變換成輸出電壓y：y=f(x)

　　3、壓縮特性

　　關(guān)于電話信號的壓縮特性，ITU制定了兩種建議，即A壓縮律和壓縮律，以及相應(yīng)的近似算法－13折線法和15折線法。

　　我國大陸、歐洲各國以及國際間互連時采用A律及相應(yīng)的13折線法。北美、日本和韓國等少數(shù)國家和地區(qū)采用律及15折線法。

　　4、13折線壓縮特性－A律的近似

　　A律表示式是一條平滑曲線，用電子線路很難準確地實現(xiàn)。這種特性很容易用數(shù)字電路來近似實現(xiàn)。13折線特性就是近似于A律的特性。在下圖中示出了這種特性曲線：

　　圖中橫坐標x在0至1區(qū)間中分為不均勻的8段。1/2至1間的線段稱為第8段；1/4至1/2間的線段稱為第7段；1/8至1/4間的線段稱為第6段；依此類推，直到0至1/128間的線段稱為第1段。

　　圖中縱坐標y則均勻地劃分作8段。將與這8段相應(yīng)的座標點(x,y)相連，就得到了一條折線。由圖可見，除第1和2段外，其他各段折線的斜率都不相同。在下表中列出了這些斜率：

　　因為語音信號為交流信號，所以，上述的壓縮特性只是實用的壓縮特性曲線的一半。在第3象限還有對原點奇對稱的另一半曲線，如下圖所示：

　　壓縮律和15折線壓縮特性

　　壓縮律是指符合下式的對數(shù)壓縮規(guī)律：

　　將這些轉(zhuǎn)折點用直線相連，就構(gòu)成了8段折線。

　　由于其第一段和第二段的斜率不同，不能合并為一條直線，故當(dāng)考慮到信號的正負電壓

　　時，僅正電壓第一段和負電壓第一段的斜率相同，可以連成一條直線。所以，得到的是15段折線，稱為15折線壓縮特性。

　　9.4編碼經(jīng)過抽樣、量化，得到了數(shù)字信號。

　　最后經(jīng)過編碼，就可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸了。

　　把從模擬信號抽樣、量化，直到變換成為二進制符號的基本過程，稱為脈沖編碼調(diào)制（PCM），簡稱脈碼調(diào)制。

　　9.4.1脈沖編碼調(diào)制（PCM）的基本原理例：在下圖中，模擬信號的抽樣值為3.15，3.96，5.00，6.38，6.80和6.42。若按照“四舍五入”的原則量化為整數(shù)值，則抽樣值量化后變?yōu)?，4，5，6，7和6。在按照二進制數(shù)編碼后，量化值(quantizedvalue)就變成二進制符號：011、100、101、110、111和110。

　　9.4.2自然二進制碼和折疊二進制碼

　　（1）自然二進制碼

　　（2）折疊二進制碼。

　　折疊碼的優(yōu)點：

　　因為電話信號是交流信號，故在此表中將16個雙極性量化值分成兩部分。第0至第7個量化值對應(yīng)于負極性電壓；第8至第15個量化值對應(yīng)于正極性電壓。顯然，對于自然二進制碼，這兩部分之間沒有什么對應(yīng)聯(lián)系。

　　但是，對于折疊二進制碼，除了其最高位符號相反外，其上下兩部分還呈現(xiàn)映像關(guān)系，或稱折疊關(guān)系。這種碼用最高位表示電壓的極性正負，而用其他位來表示電壓的絕對值。折疊碼的另一個優(yōu)點是誤碼對于小電壓的影響較小。折疊碼對于小信號有利。由于語音信號小電壓出現(xiàn)的概率較大，所以折疊碼有利于減小語音信號的平均量化噪聲。在語音通信中，通常采用8位的PCM編碼就能夠保證滿意的通信質(zhì)量。

　　9.6差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）

　　1、預(yù)測編碼簡介

　　預(yù)測編碼的目的：

　　降低編碼的比特率預(yù)測編碼原理：

　　在預(yù)測編碼中，先根據(jù)前幾個抽樣值計算出一個預(yù)測值，再取當(dāng)前抽樣值和預(yù)測值之差。將此差值編碼并傳輸。此差值稱為預(yù)測誤差。利用減小冗余度的辦法，降低了編碼比特率。

　　線性預(yù)測原理：

　　若利用前面的幾個抽樣值的線性組合來預(yù)測當(dāng)前的抽樣值，則稱為線性預(yù)測。若僅用前面的1個抽樣值預(yù)測當(dāng)前的抽樣值，則就是將要討論的DPCM。

　　補充：哈夫曼編碼（重點）

　　第11章差錯控制編碼

　　11.1概述

　　11.2糾錯編碼的基本原理

　　11.4簡單實用的糾錯編碼

　　11.1概述

　　1、信道分類：從差錯控制角度看

　　隨機信道：錯碼的出現(xiàn)是隨機的突發(fā)信道：錯碼是成串集中出現(xiàn)的

　　混合信道：既存在隨機錯碼又存在突發(fā)錯碼

　　差錯控制技術(shù)的種類：檢錯重發(fā)、前向糾錯、反饋校驗、檢錯刪除差錯控制編碼——-常稱為糾錯編碼

　　監(jiān)督碼元：上述4種技術(shù)中除第3種外，都是在接收端識別有無錯碼。所以在發(fā)送端需要在信息碼元序列中增加一些差錯控制碼元，它們稱為監(jiān)督碼元。不同的編碼方法，有不同的檢錯或糾錯能力。

　　多余度：就是指增加的監(jiān)督碼元多少。例如，若編碼序列中平均每兩個信息碼元就添加一個監(jiān)督碼元，則這種編碼的多余度為1/3。

　　編碼效率(簡稱碼率)：設(shè)編碼序列中信息碼元數(shù)量為k，總碼元數(shù)量為n，則比值k/n就是碼率。

　　冗余度：監(jiān)督碼元數(shù)(n-k)和信息碼元數(shù)k之比。

　　理論上，差錯控制以降低信息傳輸速率為代價換取提高傳輸可靠性。

　　4、自動要求重發(fā)(ARQ)系統(tǒng)采用檢錯重發(fā)的通信系統(tǒng)一般稱為自動要求重發(fā)系統(tǒng)。共3種ARQ系統(tǒng)：

　　1、停止等待ARQ系統(tǒng)；

　　2、拉后ARQ系統(tǒng)；

　　3、選擇重發(fā)ARQ系統(tǒng)

　　ARQ的主要優(yōu)點：和前向糾錯方法相比監(jiān)督碼元較少即能使誤碼率降到很低，即碼率較高；檢錯的計算復(fù)雜度較低；

　　檢錯用的編碼方法和加性干擾的統(tǒng)計特性基本無關(guān)，能適應(yīng)不同特性的信道。

　　ARQ的主要缺點：需要雙向信道來重發(fā)，不能用于單向信道，也不能用于一點到多點的通信系統(tǒng)。因為重發(fā)而使ARQ系統(tǒng)的傳輸效率降低。

　　在信道干擾嚴重時，可能發(fā)生因不斷反復(fù)重發(fā)而造成事實上的通信中斷。在要求實時通信的場合，例如電話通信，往往不允許使用ARQ法。

　　在發(fā)送端，輸入的信息碼元在編碼器中被分組編碼（加入監(jiān)督碼元）后，除了立即發(fā)送外，還暫存于緩沖存儲器中。若接收端解碼器檢出錯碼，則由解碼器控制產(chǎn)生一個重發(fā)指令。此指令經(jīng)過反向信道送到發(fā)送端。由發(fā)送端重發(fā)控制器控制緩沖存儲器重發(fā)一次。

　　接收端僅當(dāng)解碼器認為接收信息碼元正確時，才將信息碼元送給收信者，否則在輸出緩沖存儲器中刪除接收碼元。

　　當(dāng)解碼器未發(fā)現(xiàn)錯碼時，經(jīng)過反向信道發(fā)出不需重發(fā)指令。發(fā)送端收到此指令后，即繼續(xù)發(fā)送后一碼組，發(fā)送端的緩沖存儲器中的內(nèi)容也隨之更新。

　　11.2糾錯編碼的基本原理

　　1、概念：禁用碼組、許用碼組將信息碼分組，為每組信息碼附加若干監(jiān)督碼的編碼稱為分組碼。在分組碼中，監(jiān)督碼元僅監(jiān)督本碼組中的信息碼元。

　　2、分組碼的碼重和碼距碼重：把碼組中“1”的個數(shù)目稱為碼組的重量，簡稱碼重。碼距：把兩個碼組中對應(yīng)位上數(shù)字不同的位數(shù)稱為碼組的距離，簡稱碼距。最小碼距：把某種編碼中各個碼組之間距離的最小值稱為最小碼距(d0)。

　　3、碼距和檢糾錯能力的關(guān)系

　　一種編碼的最小碼距d0的大小直接關(guān)系著這種編碼的檢錯和糾錯能力：

　　1、為檢測e個錯碼，要求最小碼距d0e+1

　　2、為了糾正t個錯碼，要求最小碼距d02t+1

　　3、為糾正t個錯碼，同時檢測e個錯碼，要求最小碼距

　　這種糾錯和檢錯結(jié)合的工作方式簡稱糾檢結(jié)合。

　　11.4簡單實用的糾錯編碼

　　11.4.1奇偶監(jiān)督碼

　　11.4.2二維奇偶監(jiān)督碼

　　11.4.3恒比碼

　　11.4.4正反碼

　　11.4.1奇偶監(jiān)督碼

　　奇偶監(jiān)督碼分為奇數(shù)監(jiān)督碼和偶數(shù)監(jiān)督碼兩種，兩者的原理相同。

　　在偶數(shù)監(jiān)督碼中，無論信息位多少，監(jiān)督位只有1位，它使碼組中“1”的數(shù)目為偶數(shù)，即滿足下式條件：

　　式中a0為監(jiān)督位，其他位為信息位。

　　這種編碼能夠檢測奇數(shù)個錯碼。在接收端，按照上式求“模2和”，若計算結(jié)果為“1”就說明存在錯碼，結(jié)果為“0”就認為無錯碼。

　　11.4.3恒比碼

　　在恒比碼中，每個碼組均含有相同數(shù)目的“1”（和“0”）。由于“1”的數(shù)目與“0”的數(shù)目之比保持恒定，故得此名。

　　這種碼在檢測時，只要計算接收碼組中“1”的數(shù)目是否對，就知道有無錯碼。

　　恒比碼的主要優(yōu)點是簡單和適于用來傳輸電傳機或其他鍵盤設(shè)備產(chǎn)生的字母和符號。對于信源來的二進制隨機數(shù)字序列，這種碼就不適合使用了。

　　11.4.4正反碼————正反碼的編碼：它是一種簡單的能夠糾正錯碼的編碼。其中的監(jiān)督位數(shù)目與信息位數(shù)目相同，監(jiān)督碼元與信息碼元相同或者相反則由信息碼中“1”的個數(shù)而定。

　　第14章通信網(wǎng)

　　一、電話網(wǎng)

　　1、通信網(wǎng)是在多點之間傳遞信息的通信系統(tǒng)。通信網(wǎng)的基本組成部分

　　終端設(shè)備：包括電話機、傳真機、電臺、計算機等發(fā)送和接收信號的設(shè)備。通信鏈路：定義在一定的頻域和空域，它占用給定的頻帶和物理空間。鏈路可以被

　　時分復(fù)用或頻分復(fù)用。

　　交換設(shè)備：按照信令將通信鏈路傳來的信號轉(zhuǎn)接到另一條鏈路的設(shè)備。有些通信網(wǎng)中還包含轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。

　　2、通信網(wǎng)的分類

　　按照功能區(qū)分：電報網(wǎng)、電話網(wǎng)、電傳(Telex)網(wǎng)以及電視網(wǎng)等等。按照拓撲結(jié)構(gòu)區(qū)分：

　　網(wǎng)形：網(wǎng)形網(wǎng)的任意兩個節(jié)點之間都有一條鏈路直接相連。所以若網(wǎng)中共有N個節(jié)點，

　　則需要N(N-1)/2條鏈路連接。當(dāng)N增大時，所需鏈路數(shù)目將急劇增加，故經(jīng)濟性較差。但是，若各節(jié)點有轉(zhuǎn)發(fā)功能，則可靠性大為增加。

　　星形網(wǎng)：在星形網(wǎng)中，若共有N個節(jié)點，則共需(N-1)條鏈路；除中心節(jié)點外，其他

　　節(jié)點之間的通信都需要經(jīng)過中心節(jié)點轉(zhuǎn)接。故在中心節(jié)點處需要有交換設(shè)備為其他各個節(jié)點轉(zhuǎn)接信號。和網(wǎng)形網(wǎng)相比，星形網(wǎng)需要的鏈路數(shù)目減少了，但是需要增加交換設(shè)備。

　　環(huán)形網(wǎng)：環(huán)形網(wǎng)所需的鏈路數(shù)目N等于節(jié)點數(shù)目，并且每個節(jié)點都需要有轉(zhuǎn)發(fā)功能。

　　在這里，任意兩個節(jié)點之間都有一條迂回鏈路，所以可靠性比星形網(wǎng)高。但是，在某些節(jié)點之間可能需要多次轉(zhuǎn)發(fā)，這個因素又會使傳輸時延增大和可靠性下降。總線形網(wǎng)：在總線形網(wǎng)中，利用一條“總線”連接所有節(jié)點。由于所有節(jié)點共用這條總

　　線，即總線同時只能為兩個節(jié)點服務(wù)，所以它主要用于分時工作的計算機局域網(wǎng)中。由于總線形網(wǎng)和環(huán)形網(wǎng)的上述特點，當(dāng)網(wǎng)中節(jié)點數(shù)目較大時，可能使信號傳輸?shù)臅r延較長。這兩種網(wǎng)主要適合用于節(jié)點數(shù)目較少的計算機網(wǎng)中。

　　復(fù)合形網(wǎng)：復(fù)合形網(wǎng)是上述幾種基本型網(wǎng)的組合。根據(jù)對網(wǎng)絡(luò)的性能要求，常將幾種

　　基本型網(wǎng)結(jié)合使用，以求達到技術(shù)和經(jīng)濟指標優(yōu)化的目的。

　　3、電話網(wǎng)的結(jié)構(gòu)

　　組成：由終端設(shè)備（電話機）、傳輸線路和交換設(shè)備組成。分類：專用交換電話網(wǎng)、公共交換電話網(wǎng)(PSTN)

　　本地電話網(wǎng)：

　　是指在一個統(tǒng)一號碼長度的編號區(qū)內(nèi)，由電話機、用戶線、用戶端局（簡稱端局）、匯接局、局間中繼線和長話-市話中繼線組成的電話網(wǎng)。

　　長話-市話中繼線則用于將本地電話網(wǎng)和國內(nèi)長途電話網(wǎng)相連接。中繼線一般是大容量電纜，用于傳輸時分復(fù)用PCM信號。國內(nèi)長途電話網(wǎng)：

　　是指全國各市（縣）間用戶進行長途通話的電話網(wǎng)，網(wǎng)中各市（縣）都設(shè)一個或多個長途電話局。各長途局間由長途電話線路連接起來。

　　國內(nèi)長途電話網(wǎng)的結(jié)構(gòu)在我國采用分級匯接制，它包含4個等級的交換中心，即大區(qū)交換中心（C1），省交換中心(C2)，地區(qū)交換中心(C3)和縣市交換中心（C4）。國際長途電話網(wǎng)：

　　是指將世界各國的電話網(wǎng)相互連接起來進行國際通話的電話網(wǎng)。

　　14.2.2電話網(wǎng)中的交換

　　（1）雙向交換矩陣——--不適宜用于數(shù)字電路

　　（2）單向交換矩陣：和雙向交換矩陣相比，這種單向交換矩陣中的開關(guān)數(shù)目要加倍。

　　注：上述兩種方法中，前者用開關(guān)矩陣實現(xiàn)交換的方法常稱為空分交換，后者則稱為時分交換。空分交換時刻保持連接通信兩端用戶的線路處于持續(xù)接通狀態(tài)。時分交換則不然。

　　14.2.3電話網(wǎng)中的信令信令的用途：在電話網(wǎng)中，交換設(shè)備是根據(jù)用戶發(fā)來的信令控制接通哪一條或幾條電路的。信令的分類：用戶信令和局間信令：

　　用戶信令：從用戶發(fā)到端局的信令，它規(guī)定了要求呼叫的終端目的地。

　　局間信令：在各局和各中心之間傳輸?shù)男帕睿鶕?jù)用戶信令的要求按照網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成決定著信號通過的鏈路。

　　模擬信令和數(shù)字信令：公共電話網(wǎng)中

　　模擬信令：由電話機到端局之間的用戶線一般都是模擬線路，所以用戶信令都是模擬信令。

　　數(shù)字信令：局間中繼線都是數(shù)字線路，故局間信令是數(shù)字信令。

　　局間信令：

　　隨路信令(CAS)：

　　是指信令和用戶信息（語音）在同一信道中傳輸?shù)男帕睢?/p>

　　R2信令是一種基于E-1時分復(fù)用系統(tǒng)的隨路信令。在E-1系統(tǒng)中時隙TS16被預(yù)留用來傳遞這種信令。共路信令(CCS)：

　　將呼叫控制信息和其他業(yè)務(wù)信息通過一個獨立的信令網(wǎng)絡(luò)傳輸。

　　SS7信令為一種共路信令。它比R2信令更高效，更可靠。SS7信令的標準化程度要比R2信令好。

　　14.2.4電話網(wǎng)的性能指標

　　1、話務(wù)量，

　　2、呼損率

　　二、數(shù)據(jù)通信概述

　　1、數(shù)據(jù)通信的概念

　　2、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成

　　3、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標

　　4、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

　　1、數(shù)據(jù)通信的概念

　　數(shù)據(jù)通信是指計算機與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，通常是指依照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，在智能終端與計算機之間或者計算機與計算機之間傳送數(shù)據(jù)的過程。特點：

　　通信雙方至少有一方是計算機；

　　數(shù)據(jù)通信中傳輸?shù)男畔⑹且远M制數(shù)形式表現(xiàn)；

　　它與遠程信息處理相聯(lián)系，是包括科學(xué)計算、過程控制、科學(xué)檢索的內(nèi)容的廣義的信息處理。數(shù)據(jù)通信包括：

　　數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)。

　　數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理（如數(shù)據(jù)的集中、交換、控制等）使數(shù)據(jù)的遠距離交換得以實現(xiàn)。通信控制

　　通信按照一定的規(guī)則有步驟的進行，即雙方必須按照一定的協(xié)議或約定，包括收發(fā)雙方的同步、傳輸?shù)目刂坪蛿?shù)據(jù)流量的控制等。

　　數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：

　　數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)電路將分布在遠地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計算機系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲和處理的系統(tǒng)。

　　1.2數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的設(shè)備稱為數(shù)據(jù)終端設(shè)備（簡稱DTE）。構(gòu)成：數(shù)據(jù)輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備和傳輸控制器。

　　作用：把信息變換成以數(shù)字代碼表示的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)通過傳輸信道送到遠端計算機系統(tǒng)，同時接受數(shù)據(jù)。

　　DTE屬于用戶范疇，其種類繁多，功能差別較大。

　　從計算機和計算機通信系統(tǒng)的觀點來看，終端是輸入／輸出的工具；

　　從數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的觀點來看，計算機和終端都稱為網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)終端設(shè)備，簡稱終端。通信控制器：為了有效而可靠地進行通信，通信雙方必須按一定的規(guī)程進行，如收發(fā)雙方的同步、差錯控制、傳輸鏈路的建立、維待和拆除及數(shù)據(jù)流量控制等，所以必須設(shè)置通信控制器來完成這些功能，對應(yīng)于軟件部分就是通信協(xié)議，這也是數(shù)據(jù)通信與傳統(tǒng)電話通信的主要區(qū)別。

　　1.2數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）

　　用來連接DTE與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備稱為數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DataCircuit-terminatingEquipment，DCE），可見該設(shè)備為用戶設(shè)備提供入網(wǎng)的連接點。

　　DCE的功能就是完成數(shù)據(jù)信號的變換，要進行“數(shù)字→模擬”變換，方法就是調(diào)制，而接收端要進行反變換，即“模擬→數(shù)字”變換，這就是解調(diào)。

　　數(shù)據(jù)電路指的是在線路或信道上加信號變換設(shè)備之后形成的二進制比特流通路，它由傳輸信道及其兩端的數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）組成。

　　數(shù)據(jù)鏈路是在數(shù)據(jù)電路已建立的基礎(chǔ)上，通過發(fā)送方和接收方之間交換“握手”信號，使雙方確認后方可開始傳輸數(shù)據(jù)的兩個或兩個以上的終端裝置與互連線路的組合體。

　　“握手”信號是指通信雙方建立同步聯(lián)系、使雙方設(shè)備處于正確收發(fā)狀態(tài)、通信雙方相互核對地址等。

　　中央計算機由通信控制器、主機以及外圍設(shè)備組成，其功能是進行數(shù)據(jù)處理并可將處理結(jié)果向相應(yīng)的數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸出。

　　主機又稱中央處理機，主要功能是進行數(shù)據(jù)處理。傳輸信道，目前數(shù)據(jù)通信中所使用的多為有線信道。

　　主要有：直接利用傳輸媒體的實線信道（如局域網(wǎng)中）；經(jīng)調(diào)制解調(diào)器的頻分信道（如部分地區(qū)用戶線路中）；

　　時分信道，由于光纖通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在絕大部分的數(shù)據(jù)傳輸在時分信道上，以同步數(shù)字體系SDH方式傳輸。

　　數(shù)據(jù)傳輸按信息傳送的方向與時間可以分為：單工、半雙工、全雙工三種傳輸方式。

　　1.2傳輸方式——多路復(fù)用

　　為了提高信道的利用率，在數(shù)據(jù)的傳輸中組合多個低速的數(shù)據(jù)終端共同使用一條高速的信道，這種方法稱為多路復(fù)用，常用的復(fù)用技術(shù)有頻分復(fù)用和時分復(fù)用。

　　頻分復(fù)用

　　頻分復(fù)用是將物理信道上的總帶寬分成若干個獨立的信道（即子信道），分別分配給用戶傳輸數(shù)據(jù)信息，各子信道間還略留一個寬度（稱為保護帶）。

　　頻分復(fù)用適用于傳輸模擬信號的頻分制信道，主要用于電話和有線電視（CATV）

　　系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中應(yīng)和調(diào)制解調(diào)技術(shù)結(jié)合使用，且只在地區(qū)用戶線上用到，長途干線上主要采用時分復(fù)用。

　　時分復(fù)用

　　時分復(fù)用是將一條物理信道按時間分成若干時間片（即時隙）輪流地分配給每個用戶，每個時間片由復(fù)用的一個用戶占用，而不像FDM那樣，同一時間同時發(fā)送多路信號。

　　數(shù)據(jù)時分復(fù)用可分為同步時分復(fù)用和統(tǒng)計時分復(fù)用。同步時分復(fù)用和統(tǒng)計時分復(fù)用同步時分復(fù)用是指復(fù)用器把時隙固定地分配給各個數(shù)據(jù)終端，通過時隙交織形成。

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