1、1Unit4通信和信息論通信和信息論Unit41第一部分：第一部分：遠(yuǎn)程遠(yuǎn)程通信通信遠(yuǎn)程通信是遠(yuǎn)距離通信的信號(hào)傳輸，在現(xiàn)代，通常這個(gè)過(guò)程需要電子發(fā)射機(jī)發(fā)射電磁波，但是在早期遠(yuǎn)程通信包括使用煙火信號(hào)，鼓或旗語(yǔ)或日光儀。今天，遠(yuǎn)程通信很普遍的，助推這一過(guò)程的設(shè)備如電視，無(wú)線電和電話在世界的許多地區(qū)都已很普遍。還有連接這些設(shè)備的許多網(wǎng)絡(luò)，包括計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，公共電話網(wǎng)，無(wú)線電網(wǎng)和電視網(wǎng)絡(luò)。互聯(lián)網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)通信是眾多通信的一個(gè)例子。通信系統(tǒng)通常由通

2、信工程師設(shè)計(jì)。在這個(gè)領(lǐng)域中早期的發(fā)明家有AlexerGrahamBellGuglielmoMarconi和JohnLogieBaird。通信在當(dāng)今的世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著舉足輕重的作用，通信產(chǎn)業(yè)的稅收在世界總產(chǎn)值的比例已接近百分之三?；疽鼗疽孛總€(gè)通信系統(tǒng)包括三個(gè)基本要素：采集信息并能將其轉(zhuǎn)換為信號(hào)的發(fā)射機(jī)，傳輸信號(hào)的傳輸媒介，接收信號(hào)并能將其還原為有用信息的接收機(jī)?？紤]一個(gè)無(wú)線電廣播的例子。廣播塔是發(fā)射機(jī)，收音機(jī)是接收機(jī)，傳輸媒介是

3、自由空間。通常通信系統(tǒng)都是雙向的，一個(gè)設(shè)備既做發(fā)射機(jī)又做接收機(jī)，即收發(fā)器。例如，移動(dòng)手機(jī)就是一個(gè)收發(fā)器。電話線上的通信稱為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，因?yàn)橹辉谝粋€(gè)發(fā)射機(jī)和一個(gè)接收機(jī)之間。通過(guò)無(wú)線電廣播的通信稱為廣播（一對(duì)多）通信，因?yàn)橥ㄐ攀窃谝粋€(gè)大功率的發(fā)射機(jī)和許多接收機(jī)之間。模擬或數(shù)字模擬或數(shù)字信號(hào)可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。在模擬信號(hào)中，信號(hào)根據(jù)信息而連續(xù)變化。在數(shù)字信號(hào)信息被編碼為一組離散值（如，1和0）。在傳輸過(guò)程中，模擬信號(hào)中的信息會(huì)因噪聲

4、而退化。相反，只要噪聲不超過(guò)一定的閾值，數(shù)字信號(hào)中的信息是不會(huì)丟失的。這是數(shù)字信號(hào)相對(duì)于模擬信號(hào)一個(gè)關(guān)鍵的優(yōu)點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)是由一個(gè)相互通信的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)或收發(fā)機(jī)的集合。數(shù)字網(wǎng)絡(luò)由一個(gè)或多個(gè)路由器組成，路由器正確地將數(shù)據(jù)發(fā)送給用戶。模擬網(wǎng)路由一個(gè)或多個(gè)交換器組成，交換器在兩個(gè)或多個(gè)用戶間建立連接。這兩種網(wǎng)絡(luò)都需要中繼器，用于遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)的放大或重建信號(hào)。（中繼器）用來(lái)抗擊衰減，再現(xiàn)噪聲中難以分辨的信號(hào)。信道信道信道在傳輸媒介中分隔區(qū)域

5、，以用于使傳輸媒介傳送多個(gè)信息流。例如，一個(gè)廣播站可以工作在96MHz，而另一個(gè)廣播站可以工作在94.5MHz。這時(shí)，傳輸媒介被頻率分隔，每個(gè)信道接收一個(gè)單獨(dú)的廣播頻率。另一種方法是給每個(gè)信道分配重復(fù)的時(shí)間段，在這種時(shí)間段中進(jìn)行廣播，稱為時(shí)分多路技術(shù)，有時(shí)用于數(shù)字通信中。3協(xié)議和握手協(xié)議和握手協(xié)議：協(xié)議是兩臺(tái)設(shè)備之間為傳輸數(shù)據(jù)而達(dá)成一致的格式，比如，計(jì)算機(jī)和打印機(jī)之間。設(shè)備之間的所有通信都需要設(shè)備達(dá)成一致的數(shù)據(jù)格式。定義格式的一組規(guī)則稱

6、為協(xié)議。協(xié)議規(guī)定如下內(nèi)容：－使用的差錯(cuò)檢測(cè)類型，如果有的話。如校驗(yàn)數(shù)字（使用什么類型規(guī)則）。－數(shù)據(jù)壓縮的方法，如果有的話。如Zip壓縮文件，如果文件很大，想要在因特網(wǎng)、局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)上傳輸。－發(fā)送設(shè)備如何表示已完成一個(gè)消息的發(fā)送，例如在通信端口可用一根空閑的導(dǎo)線，對(duì)于串行傳輸用開(kāi)始和結(jié)束字來(lái)表示。－接收設(shè)備如何標(biāo)志其已接收信息。－傳輸速率（波特率或比特率）。－是同步傳送還是異步傳送。另外，協(xié)議還可以包括從傳送錯(cuò)誤中進(jìn)行檢測(cè)和恢復(fù)的復(fù)雜的

7、技術(shù)，以及數(shù)據(jù)的編解碼技術(shù)。握手是兩個(gè)設(shè)備開(kāi)始建立通信的過(guò)程，例如沿控制總線送給處理器的某個(gè)II字符或是中斷信號(hào)請(qǐng)求總線信號(hào)。當(dāng)一個(gè)設(shè)備向另一個(gè)設(shè)備發(fā)送信息時(shí)握手便開(kāi)始了，表明要建立一個(gè)通信信道。然后這兩個(gè)設(shè)備來(lái)回發(fā)送信息，最終達(dá)成一個(gè)通信協(xié)議。握手必須在數(shù)據(jù)傳輸之前建立，因?yàn)樗试S協(xié)議達(dá)成一致。Unit43第三部分：第三部分：信息論信息論信息論是應(yīng)用數(shù)學(xué)和工程學(xué)的一個(gè)分支，涉及信息的定量，用以確定數(shù)據(jù)壓縮和可靠通信的基本界限。信息論中

8、信息的一個(gè)重要的量度是信息熵，熵通常用存儲(chǔ)或通信時(shí)所需要的平均比特?cái)?shù)來(lái)表示。直觀地說(shuō)，熵定量地表示一個(gè)隨機(jī)變量所包含的不確定性。例如，擲硬幣比擲骰子的熵小。信息論中的基本主題的應(yīng)用包括無(wú)損數(shù)據(jù)壓縮（如ZIP文件），有損數(shù)據(jù)壓縮（如MP3文件）以及信道編碼（如為DSL線路編碼）。該領(lǐng)域處于數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、物理學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、電氣工程的交叉地位。其影響對(duì)“探索者”探索外層空間的成功，CD的發(fā)明，移動(dòng)電話的實(shí)現(xiàn)，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，語(yǔ)言和

9、人類感知的學(xué)習(xí)，黑洞的研究，以及許多別的領(lǐng)域是極其重要的。信息論中重要的子領(lǐng)域包括信源編碼，信道編碼，算法的復(fù)雜性理論，算法的信息理論以及信息的度量。綜述綜述我們可以從人類通信最普遍的方式：語(yǔ)言來(lái)理解信息論的主要概念。一種好的語(yǔ)言包括兩個(gè)重要的方面：第一，最常用的字（如atheI）長(zhǎng)度應(yīng)該比不常用的字（如benefitgenerationmediocre）短，這樣句子就不會(huì)很長(zhǎng)。字長(zhǎng)的折中考慮和數(shù)據(jù)壓縮是類似的，是信源編碼的重要方面。第