通信原理教程 第2章 信息与信道

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1、第2章信息与信道通信的根本目的在于传输信息，信息是依附于消息进行传输的。消息是事物的表象，而信息是事物的本质。在一切有意义的通信中，消息包含有对用户有意义的内容。信道是信号传输的通道，是通信系统中不可缺少的组成部分。信道是通信中一个重要概念，其特性对信号传输有很大影响，其性能好坏直接影响着通信质量。信息和信道，它们在通信系统中都占有重要的地位。第2章信息与信道2．1信息及其度量1信息的概念信息是一切事物运动状态和运动方式的表征，是物质的一种固有属性。消息:是通信传输的具体对象，例如：电报通信中的电文，电话通信中的话音等。特性：消息具有随机性。消息在

2、收到之前无法预测，即消息的出现是随机的。通信系统内传输的消息本身无法度量，消息集合具有一定的统计特性。信息：信息是抽象化的消息。其含义比消息更广泛，而且更抽象。但其不确定性是可以度量的。信息是实际生活中原始的、含糊不清的概念的提炼、概括、抽象和深化。将“信息”定义为对消息统计特性的一种定量描述。人们得到消息之前，对它的内容有一种“不确定性”，信息就是对这种不确定性的定量描述。信息的量值与消息所代表事件的随机性或发生概率有关。度量信息大小的物理量称为信息量，也称信息。第2章信息与信道2.信息度量消息所描述事件发生的可能性越小，这个消息带来的信息量越大

3、。例如，某人告诉我们一件不太可能发生的消息，比起告诉我们一件非常可能发生的消息来说，它所包含的信息要多。如果消息是确定的，即概率为1，则它包含的信息量为零。如果消息是完全不可能的，即概率为零，则它包含有无限的信息量。这表明，信息量可用消息发生概率的倒数来表示。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若a=2，单位为比特(bit），代表出现概率为1/2的消息所含有的信息量。实际中，一位二进制数称为1比特，而不管这两个符号是否相等概率。第2章信

4、息与信道2．2信道信道是信息传输的通道，是通信系统的重要组成部分，其特性对通信系统的性能有很大影响。按其不同特征有不同的分类方法。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。第2章信息与信道信道特性主要由狭义信道决定。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

5、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。第2章信息与信道2．3信道容量信道对信息传输速率是有制约的，这种制约是由信道容量来衡量的。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）。1.数字信道对于信道容量，奈奎斯特和香农从不同的角度，在不同的条件下分别进行了研究。奈奎斯特研究了无噪声、无码间干扰的理想数字信道的信道

6、容量，得出了如下结论：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.模拟信道香农研究了在模拟信道中传输数字信号的信道容量，并得出了著名的香农公式。该公式描述了在加性高斯白噪声信道中，传输功率受限信号时，信第2章信息与信道道所能达到的最大传输速率，即信道容量：N－噪声平均功率，S—信号平均功率，S/N－信噪比，C－信道容量。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R>C，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

7、和信噪比的组合来传输信息。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。第2章信息与信道【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:=3000log2(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=1MH

8、z∴S/N=251=106×log2（1＋251）=106×log2252≈106×8=8（Mb/s）第2章信息与信道2．