【正文】 的頻率范圍，即信道能夠傳輸?shù)男盘柕淖罡哳l率和最低頻率的差值。 ：復(fù)雜 2/1 – 信號帶寬 ： 諧波 的最高頻率 fh 與最低頻率 fl之差 （ fh fl ） 叫做信號的頻帶寬度 ， 簡稱 帶寬 。然而，信號的大部分功率實(shí)際上只集中在某個(gè)有限的頻譜寬度內(nèi)。 實(shí)際頻譜與有效頻譜（有效帶寬） ? :帶寬 =頻寬 ? :帶寬 =傳輸速率 (單位時(shí)間通過的數(shù)據(jù)量 . 信號的半功帶寬 ? 信號的 半功帶寬 ，是 通用的帶寬定義 。 ? 信號的帶寬和傳輸信號的系統(tǒng)的帶寬（或者說信道帶寬）是有區(qū)別的。 信號帶寬 由于信道帶寬不足導(dǎo)致數(shù)字信號訛誤 傳輸損耗 衰損 失真 噪聲 信噪比 香農(nóng)定理 信道容量 衰損 ? 衰損： 信號在傳輸介質(zhì)中傳輸時(shí)將會有部分 能量 轉(zhuǎn)化為熱能或者被傳輸介質(zhì)吸收 ，從而造成信號 強(qiáng)度 不斷減弱 。 衰損 ? 衰損用分貝來描述 ， 它是衡量兩個(gè)功率電平之間差別的度量 。 ? 解：根據(jù)公式 （ ） 可得 ? D=10 lg(p1/p2)= 10 lg(7/12)= （ dB） 失真 ? 失真： 信號不同頻率的 分量 在傳輸過程中受到不同程度的衰減和延遲的影響 ， 最終使到達(dá)接收端的信號與發(fā)送端送出的初始信號在波形上有所差異 ，把這種傳輸過程中信號波形的變化稱為失真 。 – 振幅失真 ： 由各個(gè)頻率分量振幅值發(fā)生不同變化而引起的失真 ， 是由傳輸設(shè)備和線路引起的衰損造成的 – 延遲失真 ： 由各頻率分量的傳播速度不一致所造成的失真，容易造成碼間串?dāng)_ ? 圖 失真的信號波形 噪聲 ?噪聲： 傳輸過程中插入到數(shù)據(jù)信號中不希望有的信號 ， 根據(jù)產(chǎn)生原因不同分為四類： – 熱噪聲 ， – 交調(diào)噪聲 – 串音 – 脈沖噪聲 。 – 噪聲功率密度可作為熱噪聲值的度量 ,N0=KT N0： W/HZ； – K：波爾茲曼常數(shù) 1023J/K； T：絕對溫度 K 噪聲 – 高斯噪聲： n維分布都服從高斯分布 。 – 熱噪聲是一種高斯白噪聲。 （ 非線性因素 ?元件故障引起的 ） – 通常情況：發(fā)送端和接收端是以線性系統(tǒng)模式工作的 ， 即輸出為輸入的常數(shù)倍 。 噪聲 脈沖噪聲 ：是 一種由突發(fā)的振幅很大持續(xù)時(shí)間很短 ， 耦合到信號通路中的非連續(xù)尖峰脈沖引起的干擾 ， 通常是由一些無法預(yù)知的因素造成的 ， 如電火花 ， 雷電； – 脈沖噪聲對模擬數(shù)據(jù)傳輸不會造成明顯影響 – 但數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸中脈沖噪聲是產(chǎn)生差錯(cuò)的主要來源 噪聲 噪聲對數(shù)字信號傳輸造成的影響 噪聲 – 脈沖噪聲造成的干擾是不易被消除的 ，必須通過差錯(cuò)控制手段來確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?！ 信噪比 ? 信噪比 ： 信號在傳輸過程中不可避免地要受到噪聲的影響 ， 信噪比是用來描述在此過程中信號受噪聲影響程度的量 ， 它是衡量傳輸系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)之一 。 ? 香農(nóng)定理指出：在高斯白噪聲干擾條件下 ，通信系統(tǒng)的極限傳輸速率為 （ ） ? 式中 C是極限傳輸速率，其單位是 bit/s； B是信道帶寬，其單位是 Hz； S/N是信噪比，其中 S為信號功率， N為噪聲功率。 (3) 增大信道帶寬 B可以增加信道容量 ， 但不能使信道容量無限制增大 。埃爾伍德 1940年獲麻省理工學(xué)院數(shù)學(xué)博士學(xué)位和電子工程碩士學(xué)位，1941年進(jìn)入貝爾實(shí)驗(yàn)室數(shù)學(xué)部工作。經(jīng)典地闡明了通信的基本問題，提出了通信系統(tǒng)的模型，給出了信息量的數(shù)學(xué)表達(dá)式，解決了信道容量、信源統(tǒng)計(jì)特性、信源編碼、信道編碼、信息度量和信道容量與噪聲的關(guān)系等有關(guān)精確傳送通信符號的基本技術(shù)問題。信息是對組織程度的一種測度，信息能使物質(zhì)系統(tǒng)有序性增強(qiáng)，減少破壞、混亂和噪音。 信息與信息科學(xué) (第 3章 )差錯(cuò)控制的理論基礎(chǔ) 香農(nóng)信道編碼定理 ? 香農(nóng)信道編碼定理 ： 每個(gè)信道都具有確定的信道容量 C，只要信息傳輸速率： – Rb（ bps） =C則理論上就一定存在一種編碼方式，使其譯碼差錯(cuò)概率 Pe滿足： – Pe=A en E(Rb) – 式中 – 香農(nóng)另一個(gè)定理 : – 通信系統(tǒng)極限傳輸速率 ?????? ??? NSBC 1lo g 2– n— 碼字長度（碼長） – E（ Rb） — 誤差指數(shù)（當(dāng) Rb=C時(shí) E（ Rb ）0） – A— 正系數(shù) – Pe＝ Ne／ N誤碼率是指二進(jìn)制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率 ； N為傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元總數(shù)， Ne為被傳錯(cuò)的碼元數(shù)。 香農(nóng)信道編碼定理 ? 從而差錯(cuò)控制編碼的基本原理就是： 在保持信息位數(shù)不變（信息碼元）情況下，采用增加碼長的方法來降低誤碼率。 ? 解：由題可知 ， 這條線路的帶寬 ? B=3 400－ 300=3 100（ Hz） ? 又因?yàn)樾旁氡葹?25 dB， 故由公式 （ ）(P27)可得 ? ≈ 316 ? 因此根據(jù)公式 （ ） ， 線路傳輸速率的上限約為 ? =3100log2(317)≈ 25 761（ bit/s） ? 也就是說，這條線路傳輸速率的上限將近 26 kbit/s。 而有效帶寬則根據(jù)系統(tǒng)中的噪聲程度也會有所不同地增加。 比特率與有效帶寬 信道容量 ? 信道容量： 信道所能允許的不產(chǎn)生錯(cuò)誤的最快的傳輸速率 。 ? 只要傳輸速率小于等于信道容量，則總可以找到一種信道編碼方式，實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳輸；若傳輸速率大于信道容量，則不可能實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳輸。 (3) 增大信道帶寬 B可以增加信道容量 ， 但不能使信道容量無限制增大 。對于 無噪聲的數(shù)字信道 而言，另有奈奎斯特(Nyquist)準(zhǔn)則指明其信道容量。 信道對信號傳播的影響 – 信號隨著在信道上傳輸而變化。 – 信道影響可能包含帶寬限制、衰減、失真、噪聲、干擾等，無線信道還包含空間的散射、折射、障礙反射、大氣吸收等。 – 根據(jù)編碼功能的不同，可分為 （ 1）第一次編碼，把各種信息用二進(jìn)制表示。 （ 3）第三次編碼，差錯(cuò)控制編碼。 本章主要講述第一、二次編碼，第三次編碼將在第三章講述，第四次編碼將在第五章講述。 這樣為了使計(jì)算機(jī)能處理字符 ， 規(guī)定了字符和二進(jìn)制數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系 ， 又稱 字符編碼 (這也是一種信源編碼 ） 。 字符編碼 ? 字符編碼 5號碼 2號碼 5號碼 ? 5號碼： 由 ANSI提出 ISO/CCITT?國際通用的信息交換用標(biāo)準(zhǔn)碼 ， 即 ASCII碼 。 – 0列 ,1列以及 Space和 DEL均屬于控制字符 ， 不可被顯示和打印 (34個(gè) )。 – 見書上 表 ? ： extended擴(kuò)充的 BCD交換碼 – 它是一種 8位 BCD， 共可表示 256個(gè)字符； – 實(shí)際僅定義了 134個(gè)字符 ， 大量未定義的狀態(tài)用戶根據(jù)需要自行定義； – 8bit碼長無法添加奇偶校驗(yàn)位 ， 不適合遠(yuǎn)距離傳輸 。 – 本來只能表示 32個(gè)字符 ， 無法滿足 36個(gè)基本字符 （ 26+10） 的需要； – 但通過轉(zhuǎn)義控制碼來轉(zhuǎn)變緊隨其后的編碼所具有的含義 ， 最終實(shí)現(xiàn) 5位二進(jìn)制數(shù)表示 58個(gè)字符的功能 。 4．計(jì)算機(jī)中的漢字編碼 ? 在計(jì)算機(jī)上處理漢字要比處理西文字符復(fù)雜得多，處理漢字首先要確定漢字集合的大小，要解決漢字的輸入、傳輸、存儲、輸出等一系列問題。 （ 1） 漢字字符集 ? 漢字字符集確定了計(jì)算機(jī)處理漢字的數(shù)量 ，目前 ， 常用的漢字字符集有如下幾種 。字符集收錄了 6763個(gè)漢字和 682個(gè)非漢字圖形字符。它共收錄了 21003個(gè)漢字和 883個(gè)符號，并提供 1894個(gè)造字碼位，簡、繁體字融于一庫。在該字符集中，總共收錄了 20902個(gè)漢字。它廣泛地應(yīng)用于電腦業(yè)和因特網(wǎng) (Inter)中。其中包括 408個(gè)符號， 13053個(gè)漢字。 （ 2）漢字編碼系統(tǒng) ? 在計(jì)算機(jī)上處理漢字要經(jīng)過輸入、存儲、輸出等過程，漢字在處理過程節(jié)中要用到不同的編碼形式。 ? (1)區(qū)位碼 ? (2)機(jī)內(nèi)碼 ? (3)輸入碼 ? (4)字形碼 ? (5)漢字地址碼 ? (6)內(nèi)碼和外碼 碼型及編碼方法 ? 碼型： 表示二進(jìn)制數(shù)中 0和 1的信號形式被稱為 碼形 。 ? 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)基帶信號 常用碼型有 ? 二電平碼，差分碼， ? 交替反轉(zhuǎn)碼（ AMI），曼徹斯特碼， ? 差分曼徹斯特碼，密勒碼， ? 多電平碼，和二進(jìn)制編碼等。 單極性非歸零編碼 ? ? 二、極化編碼分類圖 ? （ NRZL） ? （ NRZI） ? _雙極性歸零編碼 ? _雙相位編碼 ? ? ? ? ? 數(shù)字 數(shù)字編碼分類 數(shù)字 數(shù)字編碼 單極性 編碼 Unipolar 極化 編碼 Polar 雙極性 編碼 Bipolar mBnB 編碼 mBnB 一、單極性編碼 ? 數(shù)字編碼用 電壓改變 來指示比特位的變化 ? 單極性編碼只使用 一個(gè)電壓值 。 單極性編碼 單極性 非歸零碼 單極性歸零碼 RZ碼與 NRZ碼 ? 歸零碼（ RZ碼 ）： – Return Zero code 在整個(gè)碼元期間高電平只維持一段時(shí)間，其余時(shí)間返回零電平， 即歸零碼的有電脈沖寬度比碼元寬度窄(即占空比 1），每個(gè)脈沖在還沒有到一個(gè)碼元終止時(shí)刻就回到零值。 占空比 τ T s ′ 占空比 說明 占空比 為脈沖寬度 τ 與碼元寬度 Ts之比 (τ /Ts),如下圖所示。 二、極化編碼分類圖 極化編碼 非歸零 編碼 NRZ 雙極性歸零碼 RZ 雙相位 編碼 Biphase 非歸零 電平編碼 NRZL 非歸零 反相編碼 NRZI 曼徹斯特 編碼 Manchester 差分曼徹斯特編碼 Differential Manchester 極化編碼 ? 極化編碼使用 一正一負(fù) 兩個(gè)電壓值 (即雙極性） 代表二進(jìn)制比特值。 極化編碼 ? 在極化編碼各種變型中，只討論三類最普遍的： – 非歸零制 ?非歸零電平編碼 ?非歸零反相編碼 – 歸零制 :雙極性歸零碼 – 雙相位制 ?曼徹斯特編碼 用于以太 (Ether)局域網(wǎng) 中 ?差分曼徹斯特編碼 用于令牌環(huán) (Token Ring)局域網(wǎng)中 極化編碼 _非歸零編碼 (NRZ) 碼型 編碼方式 非歸零電平碼 1一正電平 0一負(fù)電平 非歸零反相碼 l一比特起始時(shí)刻出現(xiàn)電平跳變 0一比特起始時(shí)刻不出現(xiàn)電平跳變 （ NRZL） ? 電壓為 0，說明線路上沒有信號傳輸。 ?“ 歸零碼 ” （ NRZI） ? 1比特的起始時(shí)刻發(fā)生了電平跳變 ? 0比特的起始時(shí)刻沒有發(fā)生電平跳變 ? 非歸零編碼 (NRZ) – 零電壓代表線路空閑 – 非歸零 電平編碼 (NRZ_L)中，信號的電平取決于所代表的比特。 – 非歸零制仍然 不是自同步編碼 ，接收端易失去同步。 _雙極性歸零編碼 ? 雙極性歸零編碼 –使用正、負(fù)二個(gè)電平。通過歸零， 使每個(gè)比特位（碼元）都發(fā)生信號變化 ，接收端可利用信號跳變建立與發(fā)送端之間的