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信息论作业P02014236徐涛
问题一:
1.对于信源的发送和接收,我们日常生活中有哪些应用?举例说明其工作原理与信息论的关系。
发电报:发送方将文字按固定方式转为长短信号,输入发报机,发报机按发出信息的要求,而发出不同频率和波长的电流,电报信息通过专用的交换线路以电信号的方式发送出去,被接收方收到并翻译成文字。这体现了信源的发送和接收的全过程,其中文字转化使用的编码即为信源编码,接收者翻译的过程即为解码。
写信为:写字的过程就是对信源进行编码,不同的语言进行书写就是不同的编码方式,接着由邮政专车运输就是对信道进行编码,小偷即窃听者可以在这一过程窃取传输的信息,收到信件后阅读的过程就是解码。在这一整个系列中的所有原理都与信息论息息相关,信息论就是以信源的发送和接受等知识为基础进行发
问题二:.在面临香农公式被逼近极限,未来无线通信会朝着哪些方向发展?结合信息论谈一下自己的见解。
香农公式,通信工程学术语,是香农(Shannon)提出并严格证明的“在被高斯白噪声干扰的信道中,计算最大信息传送速率。而信道容量,是理论上的一个极限值,被称为香农极限。由香农公式,对于单信道而言,要增加信道容量C,有三种方式:或增加带宽B,或增加信号功率S,或减少噪声或干扰信号的功率N。
随着无线通信的发展,带宽也好,功率也好,这些资源只会越来越紧张,香农公式也将越来越逼近极限,空间中无线电的相互干扰也只会越来越大。
对于有多个输入和多个输出的信道而言,即使不改变以上三个条件,只要能保证该系统中的各输入源或输出源的信号可以彼此区分,就可以提高总的信道容量。
运用多输入与输出技术
对于无线通信而言,MIMO是指在基站上使用更多数量的天线。这当然就意味着在不增加频带和功率的情况下增加信道容量。
最能在直观上体现这种信道容量增加的,是波束赋形(beam forming)技术。
我们都很清楚,无线电波是一种电磁波,和水波、声波一样,有相干现象。如图3所示,如果使用很多天线发射同样频率的电磁波,控制好发射的波的相位,就可以让这个信号向一个或几个特定的方向传播。这样的信号不仅能量集中,远距离传输时功率也不会急剧降低,还可以区分不同的空间位置。利用这种区分度,也就相当于建立了更多的信道。
而MIMO的一般解释要涉及无线电信号的基本传输模型,这里我就不展开讲解了。只是给出当接收和发射天线都比较多时,其信道容量的常见的估计公式:
C=min(mR,mT)Blog2(1+S/N)
这里mT和mR分别是信道中发射和接收天线的数量,min表示mT和mR两者中的最小值。可见,天线数量的增加,大大提升了系统的信道容量。
散研究。
问题三:在通信系统中,除了常见的高斯白噪声还有哪些噪声会对我们无线传输造成影响?
自然噪声:主要有大气噪声、太阳噪声和银河噪声
人为噪声:由汽车点火系统、电机电器、电力线等产生的电磁辐射造成。在城市中各种噪声源比较集中,故城市的人为噪声(也称城市噪声)比郊区大,大城市的人为噪声比中小城市大。随着汽车数量的日益增多,汽车点火系统噪声已成为城市噪声的重要来源。
发射机噪声:主要是由振荡器、倍频器、调制器以及电源脉冲等造成的。一般的发射机,在无调制状况下,发射机存在着以载频为中心,在相当宽的频率范围内存在着噪声分量,其幅值比载频低70~90dB.
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