【文章內(nèi)容簡介】 ? ? ?200l o g 1 .4 4SSenn?? 香農(nóng)公式給出了通信系統(tǒng)所能達到的極限信息傳輸速率 ，達到極限信息速率的通信系統(tǒng)稱為理想通信系統(tǒng) 。 但是 ， 香農(nóng)公式只證明了理想通信系統(tǒng)的 “ 存在性 ” ， 卻沒有指出這種通信系統(tǒng)的實現(xiàn)方法 。 因此 ， 理想通信系統(tǒng)的實現(xiàn)還需要我們不斷努力 。 ? 由香農(nóng)公式可以看出： 對于一定的信道容量 C來說 ， 信道帶寬 B、 信號噪聲功率比 S/N及傳輸時間三者之間可以互相轉(zhuǎn)換 。 若增加信道帶寬 ， 可以換來信號噪聲功率比的降低 ， 反之亦然 。 如果信號噪聲功率比不變 ， 那么增加信道帶寬可以換取傳輸時間的減少 ， 等等 。 如果信道容量 C給定 ， 互換前的帶寬和信號噪聲功率比分別為 B1和S1/N1， 互換后的帶寬和信號噪聲功率比分別為 B2和 S2/N2， 則有 B1log2(1+S1/N1)=B2 log2(1+S2/N2) 由于信道的噪聲單邊功率譜密度 n0往往是給定的 ， 所以 例如： 設(shè)互換前信道帶寬 B1=3kHz， 希望傳輸?shù)男畔⑺俾蕿?104b/s。 為了保證這些信息能夠無誤地通過信道 ， 則要求信道容量至少要 104b/s才行 。 互換前 ， 在 3kHz帶寬情況下 ， 使得信息傳輸速率達到104 b/s， 要求信噪比 S1/N1≈9 倍 。 如果將帶寬進行互換 ， 設(shè)互換后的信道帶寬 B2=10kHz。 這時 ， 信息傳輸速率仍為 104 b/s， 則所需要的信噪比 S2/N2=1 倍 。 121 2 2 20 1 0 2l o g ( 1 ) l o g ( 1 )SSBB n B n B? ? ? 可見 ， 信道帶寬 B的變化可使輸出信噪功率比也變化 ， 而保持信息傳輸速率不變 。 這種信噪比和帶寬的互換性在通信工程中有很大的用處 。 例如 ， 在宇宙飛船與地面的通信中 ， 飛船上的發(fā)射功率不可能做得很大 ， 因此可用增大帶寬的方法來換取對信噪比要求的降低 。 相反 ， 如果信道頻帶比較緊張 ， 如有線載波電話信道 ， 這時主要考慮頻帶利用率 ， 可用提高信號功率來增加信噪比 ， 或采用多進制的方法來換取較窄的頻帶 。 前面我們討論的是帶寬和信噪比的互換 。 此外 ， 帶寬或信噪比與傳輸時間也存在著互換關(guān)系 。 香農(nóng)公式得出的重要結(jié)論 ① C隨 S/N增大而增大； ② 當(dāng) n0→ 0時 C→∞ ， 即無干擾信道的信道容量為無窮大； ③ C隨著 B的增大而增大 ， 但不能無限增大 ， 即 當(dāng) B→∞ 時 ， C→ （ S/n0） ④ C一定時 ， B與 (S/N)可以互換； ⑤ 若信源信息速率 Rb≤C ， 則理論上可以實現(xiàn)無差錯傳輸 。 若 RbC， 則不可能實現(xiàn)無差錯傳輸 。 通常 ， 把實現(xiàn)了極限傳輸速率且無差錯 (或差錯為任意小 )的通信系統(tǒng) ， 稱為理想通信系統(tǒng) 。 例 1：一個四進制無噪聲數(shù)字信道，帶寬為 3000Hz，求該信道的信道容量。 解： C=2Blog2L=2 3000 log24=12022bit/s 例 2 ： 黑白電視圖像每幀含有 3 105個像素，每個像素有 16個等概出現(xiàn)的亮度等級。要求每秒鐘傳輸 30幀圖像。若信道輸出S/N=30 dB，計算傳輸該黑白電視圖像所要求的信道的最小帶寬。 解： 每個像素攜帶的平均信息量為 H(x)=(log216) bit/符號 =4 bit/符號 一幀圖像的平均信息量為 I=(4 3 105) bit=12 105 bit 每秒鐘傳輸 30幀圖像時的信息速率為 Rb=(12 105 30) bit/s=36 Mbit/s 令 Rb=C=Blog2（ 1+ S/N） 得 即傳輸該黑白電視圖像所要求的最小帶寬為 MHz。 2236 l og 1001l og 1bRB M H zSN? ? ???????? 數(shù)字信號的基本形式和碼型 ? 最簡單的數(shù)字信號是二元碼 (或稱二進制碼 )，這種碼的幅度只取兩種不同的瞬時值。這種二進制碼分為單極性、雙極性和歸零、 圖 : 二元碼的四種基本形式 ? 在二進制數(shù)字通信系統(tǒng)中，每個碼元或每個符號只能是“ 1”和“ 0”兩個狀態(tài)之一。實際通信中也可以有多信號電平系統(tǒng)即對應(yīng)多進制碼。 ? 進制越高，級差越小，抗干擾能力越差。但是進制越高，每個符號所代表的信息量越大。 ? 在信息論中對符號所載荷的信息量有嚴(yán)格定義。在二進制數(shù)字傳輸中，若數(shù)字序列里 1和 0的概率各占 1／2，并且前后碼元是相互獨立的，序列中每個二進制碼元所載荷的信息量就是 1比特；而多進制每個符號所含的信息量將要增加，四電平的符號包含 log24=2 bit的信息量，八電平的符號包含 log28=3 bit的信息量。 數(shù)字信號碼型 基帶信號 的碼型有如下幾種： （ 1） 二元碼：采用兩個電平編出來的碼型。主要有單極性不歸零碼、單極性歸零碼、雙極性歸零碼、雙極性非歸零碼、差分編碼、雙相脈沖編碼等。 （ 2） 三元碼：信號的幅度取值為 + 0、 1。如：傳號交替反轉(zhuǎn)碼、 HDBn碼等。 （ 3） （ 4） mBnB碼（分組碼）：把輸入的信息碼流按 m個比特為一組然后變換為 n個比特。且 n＞ m。如在光纖通信中常用的 5B6B碼。 ? 由于傳輸信道中有許多電感、電容原件，因其直流截止特性，對線路傳輸碼型的要求如下： ? ? ? ? ? ? 碼型變換設(shè)備簡單，易于實現(xiàn)。 通信信道 (1) 通信媒體 a. 明線 b. 雙絞線 (twisted pair) c. 同軸電纜 (coaxial cable) d. 光纖 e. 微波通信 f. 衛(wèi)星通信 有線電信道 a明線 (即平行絕緣線 ) 優(yōu)點：傳輸損耗低 缺點：噪聲干擾敏感 b對稱電纜 (擰成扭絞狀的電纜 ) 優(yōu)點：較穩(wěn)定 缺點：損耗較大 c同軸電纜 優(yōu)點：外導(dǎo)體接地、屏蔽干擾 LAN用基帶： 50Ω 、 93Ω CATV： 75Ω 圖 ：對稱電纜結(jié)構(gòu)圖 塑料外皮 雙絞線（ 5 對）圖 ：同軸電纜結(jié)構(gòu)圖 ( a )芯1芯2四芯組B四芯線A芯3芯1芯2芯4芯1芯6芯5芯2芯3芯4芯5芯1芯3芯6芯7芯4芯2芯8( b )外層導(dǎo)體（屏蔽層）塑料外皮 內(nèi)層導(dǎo)體絕緣體 表 ： 幾種有線電纜的特性 線路類型 頻率范圍/MHz 信號衰減 電磁干擾 UTP電纜 (非屏蔽雙絞線 ) 1~100 高 一般 STP電纜 (屏蔽雙絞線 ) 1~150 高 小 同軸電纜 1~1000 低 小 ? 非屏蔽雙絞線 (UTP)和屏蔽雙絞線 (STP)兩大類： ? STP外面由一層金屬材料包裹，以減小輻射，防止信息被竊聽，同時具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，但價格較高，安裝也比較復(fù)雜 。 ? UTP無金屬屏蔽材料，只有一層絕緣膠皮包裹，價格相對便宜，組網(wǎng)靈活。除某些特殊場合 (如受電磁輻射嚴(yán)重、對傳輸質(zhì)量要求較高等 )在布線中使用 STP外，一般情況下我們都采用 UTP。 ? 現(xiàn)在使用的 UTP可分為 3類、 4類、五類和超五類四種。其中： 3類UTP適應(yīng)了以太網(wǎng) (10Mbps)對傳輸介質(zhì)的要求，是早期網(wǎng)絡(luò)中重要的傳輸介質(zhì) 。4類 UTP因標(biāo)準(zhǔn)的推出比 3類晚，而傳輸性能與 3類 UTP相比并沒有提高多少，所以一般較少使用 。五類 UTP因價廉質(zhì)優(yōu)而成為快速以太網(wǎng) (100Mbps)的首選介質(zhì) 。超五類 UTP的用武之地是千兆位以太網(wǎng)(1000Mbps)。 ? 組成 ： 調(diào)制電信號 基帶電信號（原始電信號） 基帶電信號（原始電信號） 調(diào)制處理 光源 光調(diào)制器 光纖線路 光檢測器 解調(diào)處理 產(chǎn)生載波光 調(diào)制電信號 表： 無線電波波段的劃分 表：微波頻段的劃分 電磁波的傳播速度與其頻率 f 、波長又有下列固定關(guān)系： 若微波是在真空中傳播，則速度為： ——超短波、微波 例 地面微波接力 ? 兩個地面站之間傳送 ? 距離： 50 100 km 地球 地面站之間的直視線路 微波傳送塔 圖 :微波中繼信道的構(gòu)成 ? 微波中繼通信是利用微波作為載波并采用中繼（接力）方式在地