第1章 緒論

1.1 數(shù)字通信系統(tǒng)的模型

各種數(shù)字通信系統(tǒng)（包括存儲(chǔ)系統(tǒng)），如電報(bào)、電話、圖像、計(jì)算機(jī)、導(dǎo)航、雷達(dá)等，都可以歸結(jié)成如圖1-1所示的模型。

圖1-1 數(shù)字通信系統(tǒng)模型

圖中信源編碼器把信源發(fā)出的語(yǔ)音、圖像或文字等消息轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制（或多進(jìn)制）形式的信息序列。有時(shí)為了提高傳輸有效性，還會(huì)去除一些與信息傳輸無(wú)關(guān)的冗余度來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮。

信道編碼器則為了抵抗傳輸過(guò)程中的各種干擾，改善誤碼率性能，往往會(huì)在傳輸?shù)男畔⑿蛄兄腥藶榈卦黾右恍┤哂喽龋蛊渚哂凶詣?dòng)檢錯(cuò)或糾錯(cuò)的功能。

調(diào)制器的功能是把信源編碼器輸出的信息序列變換成適合信道傳輸?shù)碾娦盘?hào)，然后送入信道傳輸。解調(diào)器則執(zhí)行與調(diào)制器相反的功能，將接收到的電信號(hào)還原為信息序列。由于信號(hào)在信道傳輸過(guò)程中會(huì)受到信道特性、噪聲和干擾信號(hào)的不利影響，因此在解調(diào)器輸出的序列中會(huì)出現(xiàn)誤碼的情況。

接下來(lái)，解調(diào)器的輸出序列會(huì)送入信道譯碼器。信道譯碼器會(huì)對(duì)接收到的序列進(jìn)行檢錯(cuò)或糾錯(cuò)。然后通過(guò)信源譯碼器恢復(fù)成消息送給信宿。

從圖1-1可以看出，通信的目的是要把對(duì)方不知道的消息可靠地傳送過(guò)去，而消息中真正有意義的部分是信息，因此通信的本質(zhì)是要實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。信息論是研究信息的傳輸、存儲(chǔ)和處理的科學(xué)，可以稱為通信的數(shù)學(xué)理論。信息論研究的主要問(wèn)題包括信源編碼和信道編碼問(wèn)題，而由這兩個(gè)理論問(wèn)題又延伸出很多實(shí)用的編碼和譯碼算法。

1948年，貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家香農(nóng)（Shonnon）在《通信的數(shù)學(xué)理論》一文中討論了通信的基本問(wèn)題，得出了幾個(gè)重要的結(jié)論。其核心是：在通信系統(tǒng)中采用適當(dāng)?shù)木幋a后能夠?qū)崿F(xiàn)高效率和高可靠性的信息傳輸，并得出了信源編碼定理和信道編碼定理。從數(shù)學(xué)角度看，這些定理是最優(yōu)編碼的存在定理；但從工程角度看，這些定理不是構(gòu)造性的，不能從定理結(jié)果直接得出實(shí)現(xiàn)最優(yōu)編碼的方法。然而，這些定理給出了編碼的性能限，并闡明了通信系統(tǒng)中各個(gè)因素之間的關(guān)系，為尋找最佳通信系統(tǒng)提供了重要理論依據(jù)。