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通信理论

实现C.E.仙农的理想通信系统的各种理论问题。仙农的信息论在规定了信源和信道概率特性的基础上,解决了理想编、译码器的存在性问题。但是,具体分析实际信源和信道以及具体实现编、译码器,还涉及到许多技术性的理论问题,这就是通信理论的主要研究对象。
通信理论的形成始自1928年R.V.L.哈特利和H.奈奎斯特分别提出的信息概念和信息率与频带的关系,1942年N.维纳和1956年В.А.卡切尼可夫各自引用统计观点来说明噪声和信号特性,1948年仙农系统地提出了信息理论。这些理论被认为是近代通信理论的基础。数字技术,尤其是计算机技术的发展,对通信起着越来越大的影响,一方面它们使通信理论的许多原理得以实现,另一方面又提出许多待探讨的理论问题。
通信理论的范围相当广,它涉及仙农的信息论、信源和信道分析中的概率论和随机过程理论,以及形成信道的电磁波理论,如电波传播理论、电磁兼容和干扰理论等。编码器和译码器理论是通信理论的重要部分。编码器是指从信源符号到适合信道传输的符号之间的全部变换设备,分为信源编码器和信道编码器。译码器是指从信道到信宿(信息接受者)间的全部反变换设备。设计这些设备的主要目的是提高通信的有效性和可靠性,因而通信理论研究的主要问题在于降低信源的信息率,充分利用信道和提高通信质量。

降低信源信息率

无失真地传输模拟信号所需要的信息率将趋于无限大。因此,通常是对模拟信号采样,把各个样值转换成数字,即把连续量转换成有限个量,这种转换过程称为量化。

充分利用信道

一种情况是带通型信道传输基带型(频率分量从接近零值开始)信号问题。在实际通信中,常用调制器完成这种变换。调制方式很多(见调制),数字调制很重要。要使频带窄并且带外能量尽可能小,则已调信号应是高阶连续函数。但数字信号是不连续的,因而要求一个符号的已调信号要扩展到其他符号的时间中去,这又会引起码间干扰。从信息论观点看,这种扩展可使在后一符号期间尚能提取关于前一符号的信息,理论上是有利的。当然,解调应采用延时判决,但不免复杂一些。代表这个方面的理论之一是连续相位调制,并用部分响应扩展一个符号的相位函数,使相位尽可能平滑地变化以限制频带,再采用最大似然译码(见卷积码)作延时判决以降低误码率。

提高通信质量

在信道输出端,设法使信息传输质量最高(对模拟信号而言,输出信噪比最高,对数字信号而言,误码率最低),这称为最佳接收理论。其基础是统计检测理论,包括维纳滤波、卡尔曼滤波、假设检验、估计理论等,这些理论应用较广。在数字通信中,尚有纠错编码(见纠错码),也可降低误码率。自动反馈重传系统的理论也比较重要。当发信端采用检错编码时,收信端如发现传输有差错(检错比纠错容易实现),就利用反馈信道通知发信端重传,直至认为无错后才完成信息传输。这种方式可基本上做到无差错传输。但由于需要编码和重传,信息有效传输率将降低。电报通信中的自动回答询问 (ARQ)系统和计算机通信中的应答方式都属于这一类。
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- 来自原声例句
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