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通信理論

詞語解釋

通信理論是指在信息傳輸過程中，通過研究信息的源、載體、信道、接收者等因素，對信息傳輸?shù)男蔬M(jìn)行提高的研究。它是一門研究信息傳輸?shù)睦碚撔詫W(xué)科，旨在提高信息傳輸?shù)男�，使信息的傳輸更加可靠�? 通信理論的應(yīng)用主要是在信息傳輸過程中，通過改善信息的源、載體、信道、接收者等因素，來提高信息傳輸?shù)男省? 首先，在信息源方面，通信理論要求信息源能夠提供準(zhǔn)確、可靠的信息，以便有效地傳輸。其次，在信息載體方面，要求信息載體能夠把信息傳輸?shù)浇邮照�，而且信息的傳輸過程要盡可能的高效、穩(wěn)定。此外，在信道方面，要求信道能夠把信息傳輸?shù)浇邮照撸倚畔鬏數(shù)馁|(zhì)量要盡可能的高。最后，在接收者方面，要求接收者能夠準(zhǔn)確接收信息，以便正確地理解信息。通信理論的應(yīng)用主要是在信息傳輸過程中，提高信息傳輸?shù)男�，使信息的傳輸更加可靠。它的�?yīng)用范圍很廣，涉及到電腦網(wǎng)絡(luò)、無線通信、衛(wèi)星通信等，它的應(yīng)用技術(shù)也在不斷發(fā)展，比如數(shù)據(jù)編碼、網(wǎng)絡(luò)安全、多媒體通信等。

　　實(shí)現(xiàn)C.E.仙農(nóng)的理想通信系統(tǒng)的各種理論問題。仙農(nóng)的信息論在規(guī)定了信源和信道概率特性的基礎(chǔ)上，解決了理想編、譯碼器的存在性問題。但是，具體分析實(shí)際信源和信道以及具體實(shí)現(xiàn)編、譯碼器，還涉及到許多技術(shù)性的理論問題,這就是通信理論的主要研究對象。
　　通信理論的形成始自1928年R.V.L.哈特利和H.奈奎斯特分別提出的信息概念和信息率與頻帶的關(guān)系，1942年N.維納和1956年В.А.卡切尼可夫各自引用統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)來說明噪聲和信號特性，1948年仙農(nóng)系統(tǒng)地提出了信息理論。這些理論被認(rèn)為是近代通信理論的基礎(chǔ)。數(shù)字技術(shù)，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，對通信起著越來越大的影響，一方面它們使通信理論的許多原理得以實(shí)現(xiàn)，另一方面又提出許多待探討的理論問題。
　　通信理論的范圍相當(dāng)廣，它涉及仙農(nóng)的信息論、信源和信道分析中的概率論和隨機(jī)過程理論，以及形成信道的電磁波理論，如電波傳播理論、電磁兼容和干擾理論等。編碼器和譯碼器理論是通信理論的重要部分。編碼器是指從信源符號到適合信道傳輸?shù)姆栔g的全部變換設(shè)備，分為信源編碼器和信道編碼器。譯碼器是指從信道到信宿(信息接受者)間的全部反變換設(shè)備。設(shè)計(jì)這些設(shè)備的主要目的是提高通信的有效性和可靠性，因而通信理論研究的主要問題在于降低信源的信息率，充分利用信道和提高通信質(zhì)量。
　　降低信源信息率 　無失真地傳輸模擬信號所需要的信息率將趨于無限大。因此,通常是對模擬信號采樣,把各個(gè)樣值轉(zhuǎn)換成數(shù)字，即把連續(xù)量轉(zhuǎn)換成有限個(gè)量，這種轉(zhuǎn)換過程稱為量化。
　　設(shè)樣值x在（- ∞，∞）之間取值,其概率密度函數(shù)為p(x)；要用n個(gè)離散值a₁,a₂,…,a_n來代表x時(shí)，可把(- ∞，∞)區(qū)間分成n個(gè)區(qū)間A₁,A₂，…，A_n,某區(qū)間A_r內(nèi)的所有x值都用a_r來代表,這樣將會引入失真�？捎檬д婧瘮�(shù)f(x,a_r)來表示量化所引起的失真，其平均值為

當(dāng)失真函數(shù)等于(x-a_r)²時(shí),D值常被稱為量化噪聲功率。
　　使平均失真值D保持在容許范圍內(nèi)并使n最小，稱為最佳量化。達(dá)到這種程度比較困難，因?yàn)楹茈y規(guī)定恰當(dāng)?shù)氖д婧瘮?shù)和精確地獲得實(shí)際傳輸對象的概率密度函數(shù)。通常只能按實(shí)現(xiàn)的可能性和合理性來折衷處理。話音信號的脈碼調(diào)制(PCM)采用樣值的對數(shù)進(jìn)行均勻量化,就是一個(gè)例子。
　　要進(jìn)一步壓縮信息率,可利用樣值之間的相關(guān)性,一種方法是預(yù)測。當(dāng)已知(m-1)個(gè)樣值x₁，x₂,…，x后，可預(yù)先估計(jì)第m個(gè)樣值x_m，即令

式中φ是預(yù)測函數(shù)，

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