無(wú)線通信主要包括微波通信和衛(wèi)星通信.doc_第1頁(yè)
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無(wú)線通信(Wireless Communication)是利用電磁波信號(hào)可以在自由空間中傳播的特性進(jìn)行信息交換的一種通信方式,近些年信息通信領(lǐng)域中,發(fā)展最快、應(yīng)用最廣的就是無(wú)線通信技術(shù)。在移動(dòng)中實(shí)現(xiàn)的無(wú)線通信又通稱為移動(dòng)通信,人們把二者合稱為無(wú)線移動(dòng)通信。從最初的電報(bào)開始經(jīng)過(guò)150多年的現(xiàn)代電信的發(fā)展是來(lái)自各界的成千上萬(wàn)科學(xué)家、工程師和研究人員的辛勤勞動(dòng)的結(jié)果。他們當(dāng)中只有少數(shù)獨(dú)立負(fù)責(zé)發(fā)明的人成了名,而大多數(shù)達(dá)到頂點(diǎn)的發(fā)明是許多個(gè)人的成果。這里匯集了部分對(duì)于無(wú)線電通信發(fā)展中起到重要作用的歷史人物。無(wú)線通信主要包括微波通信和衛(wèi)星通信。微波是一種無(wú)線電波,它傳送的距離一般只有幾十千米。但微波的頻帶很寬,通信容量很大。微波通信每隔幾十千米要建一個(gè)微波中繼站。衛(wèi)星通信是利用通信衛(wèi)星作為中繼站在地面上兩個(gè)或多個(gè)地球站之間或移動(dòng)體之間建立微波通信聯(lián)系。無(wú)線技術(shù)給人們帶來(lái)的影響是無(wú)可爭(zhēng)議的。如今每一天大約有15萬(wàn)人成為新的無(wú)線用戶,全球范圍內(nèi)的無(wú)線用戶數(shù)量目前已經(jīng)超過(guò)2億。這些人包括大學(xué)教授、倉(cāng)庫(kù)管理員、護(hù)士、商店負(fù)責(zé)人、辦公室經(jīng)理和卡車司機(jī)。他們使用無(wú)線技術(shù)的方式和他們自身的工作一樣都在不斷地更新。從七十年代,人們就開始了無(wú)線網(wǎng)的研究。在整個(gè)八十年代,伴隨著以太局域網(wǎng)的迅猛發(fā)展,以具有不用架線、靈活性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)的無(wú)線網(wǎng)以己之長(zhǎng)補(bǔ)有線所短,也贏得了特定市場(chǎng)的認(rèn)可,但也正是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的無(wú)線網(wǎng)是作為有線以太網(wǎng)的一種補(bǔ)充,遵循了IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn),使直接架構(gòu)于802.3上的無(wú)線網(wǎng)產(chǎn)品存在著易受其他微波噪聲干擾,性能不穩(wěn)定,傳輸速率低且不易升級(jí)等弱點(diǎn),不同廠商的產(chǎn)品相互也不兼容,這一切都限制了無(wú)線網(wǎng)的進(jìn)一步應(yīng)用。這樣,制定一個(gè)有利于無(wú)線網(wǎng)自身發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)就提上了議事日程。到1997年6月,IEEE終于通過(guò)了802.11標(biāo)準(zhǔn)。802.11標(biāo)準(zhǔn)是IEEE制定的無(wú)線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn),主要是對(duì)網(wǎng)絡(luò)的物理層(PH)和媒質(zhì)訪問(wèn)控制層(MAC)進(jìn)行了規(guī)定,其中對(duì)MAC層的規(guī)定是重點(diǎn)。各廠商的產(chǎn)品在同一物理層上可以互操作,邏輯鏈路控制層(LLC)是一致的,即MAC層以下對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用是透明的(如圖一所示)。這樣就使得無(wú)線網(wǎng)的兩種主要用途-(同網(wǎng)段內(nèi))多點(diǎn)接入和多網(wǎng)段互連,易于質(zhì)優(yōu)價(jià)廉地實(shí)現(xiàn)。對(duì)應(yīng)用來(lái)說(shuō),更重要的是,某種程度上的兼容就意味著競(jìng)爭(zhēng)開始出現(xiàn);而在IT這個(gè)行業(yè),兼容,就意味著十倍速時(shí)代降臨了。在MAC層以下,802.11規(guī)定了三種發(fā)送及接收技術(shù):擴(kuò)頻(SpreadSpectrum)技術(shù);紅外(Infared)技術(shù);窄帶(NarrowBand)技術(shù)。而擴(kuò)頻又分為直接序列(DirectSequence,DS)擴(kuò)頻技術(shù)(簡(jiǎn)稱直擴(kuò)),和跳頻(FrequencyHopping,FH)擴(kuò)頻技術(shù)。直序擴(kuò)頻技術(shù),通常又會(huì)結(jié)合碼分多址CDMA技術(shù)。根據(jù)預(yù)測(cè),今后幾年,無(wú)線網(wǎng)在全世界將有較大的發(fā)展,單只美國(guó)無(wú)線局域網(wǎng)銷售額就將從1997年的2.1億美元增加到2001年的8億美元。這一應(yīng)用已深入到人們生活和工作的各個(gè)方面,包括日常使用的手機(jī)、無(wú)線電話等,其中3G、WLAN、UWB、藍(lán)牙、寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)、數(shù)字電視都是21世紀(jì)最熱門的無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用。信源編碼是一種以提高通信有效性為目的而對(duì)信源符號(hào)進(jìn)行的變換;為了減少或消除信源剩余度而進(jìn)行的信源符號(hào)變換。為了減少信源輸出符號(hào)序列中的剩余度、提高符號(hào)的平均信息量,對(duì)信源輸出的符號(hào)序列所施行的變換。具體說(shuō),就是針對(duì)信源輸出符號(hào)序列的統(tǒng)計(jì)特性來(lái)尋找某種方法,把信源輸出符號(hào)序列變換為最短的碼字序列,使后者的各碼元所載荷的平均信息量最大,同時(shí)又能保證無(wú)失真地恢復(fù)原來(lái)的符號(hào)序列。信源編碼的作用之一是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率,即通常所說(shuō)的數(shù)據(jù)壓縮:作用之二是將信源的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào),以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。最原始的信源編碼就是莫爾斯電碼,另外還有ASCII碼和電報(bào)碼都是信源編碼。但現(xiàn)代通信應(yīng)用中常見的信源編碼方式有:Huffman編碼、算術(shù)編碼、L-Z編碼,這三種都是無(wú)損編碼,另外還有一些有損的編碼方式。信源編碼的目標(biāo)就是使信源減少冗余,更加有效、經(jīng)濟(jì)地傳輸,最常見的應(yīng)用形式就是壓縮。另外,在數(shù)字電視領(lǐng)域,信源編碼包括 通用的MPEG2編碼和H.264(MPEGPart10 AVC)編碼等相應(yīng)地,信道編碼是為了對(duì)抗信道中的噪音和衰減,通過(guò)增加冗余,如校驗(yàn)碼等,來(lái)提高抗干擾能力以及糾錯(cuò)能力。為了減少信源輸出符號(hào)序列中的剩余度、提高符號(hào)的平均信息量,對(duì)所施行的變換。具體說(shuō),就是針對(duì)信源輸出符號(hào)序列的統(tǒng)計(jì)特性來(lái)尋找某種方法,把信源輸出符號(hào)序列變換為最短的碼字序列,使后者的各碼元所載荷的平均信息量最大,同時(shí)又能保證無(wú)失真地恢復(fù)原來(lái)的符號(hào)序列。既然信源編碼的基本目的是提高碼字序列中碼元的平均信息量,那么,一切旨在減少剩余度而對(duì)信源輸出符號(hào)序列所施行的變換或處理,都可以在這種意義下歸入信源編碼的范疇,例如過(guò)濾、預(yù)測(cè)、域變換和數(shù)據(jù)壓縮等。當(dāng)然,這些都是廣義的信源編碼。一般來(lái)說(shuō),減少信源輸出符號(hào)序列中的剩余度、提高符號(hào)平均信息量的基本途徑有兩個(gè):使序列中的各個(gè)符號(hào)盡可能地互相獨(dú)立;使序列中各個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)概率盡可能地相等。前者稱為解除相關(guān)性,后者稱為概率均勻化。信源編碼的一般問(wèn)題可以表述如下:信源編碼若某信源的輸出為長(zhǎng)度等于M的符號(hào)序列集合 式中符號(hào)A為信源符號(hào)表,它包含著K個(gè)不同的符號(hào),A=k|k=1,K,這個(gè)信源至多可以輸出KM個(gè)不同的符號(hào)序列。記U=KM。所謂對(duì)這個(gè)信源的輸出信源編碼進(jìn)行編碼,就是用一個(gè)新的符號(hào)表B的符號(hào)序列集合V來(lái)表示信源輸出的符號(hào)序列集合U。若V的各個(gè)序列的長(zhǎng)度等于 N,即 式中新的符號(hào)表B共含L個(gè)符號(hào),B=bl|l=1,L。它總共可以編出LN個(gè)不同的碼字。類似地,記V=LN。為了使信源的每個(gè)輸出符號(hào)序列都能分配到一個(gè)獨(dú)特的碼字與之對(duì)應(yīng),至少應(yīng)滿足關(guān)系 V=LNU=KM或者N/MlogK/logL假若編碼符號(hào)表B的符號(hào)數(shù)L與信源符號(hào)表A的符號(hào)數(shù)K相等,則編碼后的碼字序列的長(zhǎng)度N必須大于或等于信源輸出符號(hào)序列的長(zhǎng)度M;反之,若有N=M,則必須有LK。只有滿足這些條件,才能保證無(wú)差錯(cuò)地還原出原來(lái)的信源輸出符號(hào)序列(稱為碼字的唯一可譯性)??墒牵谶@些條件下,碼字序列的每個(gè)碼元所載荷的平均信息量不但不能高于,反而會(huì)低于信源輸出序列的每個(gè)符號(hào)所載荷的平均信息量。這與編碼的基本目標(biāo)是直接相矛盾的。下面的幾個(gè)編碼定理,提供了解決這個(gè)矛盾的方法。它們既能改善信息載荷效率,又能保證碼字唯一可譯。離散無(wú)記憶信源的定長(zhǎng)編碼定理對(duì)于任意給定的0,只要滿足條件N/M(H(U)+)/logL那么,當(dāng)M足夠大時(shí),上述編碼幾乎沒有失真;反之,若這個(gè)條件不滿足,就不可能實(shí)現(xiàn)無(wú)失真的編碼。式中H(U)是信源輸出序列的符號(hào)熵。信源編碼通常,信源的符號(hào)熵H(U)logK,因此,上述條件還可以表示為 【H(U)+】/logLN/MlogK/logL特別,若有K=L,那么,只要H(U)logK,就可能有NM,從而提高信息載荷的效率。由上面這個(gè)條件可以看出,H(U)離logK越遠(yuǎn),通過(guò)編碼所能獲得的效率改善就越顯著。實(shí)質(zhì)上,定長(zhǎng)編碼方法提高信息載荷能力的關(guān)鍵是利用了漸近等分性,通過(guò)選擇足夠大的M,把本來(lái)各個(gè)符號(hào)概率不等因而H(U)logK的信源輸出符號(hào)序列變換為概率均勻的典型序列,而碼字的唯一可譯性則由碼字的定長(zhǎng)性來(lái)解決。離散無(wú)記憶信源的變長(zhǎng)編碼定理變長(zhǎng)編碼是指V的各個(gè)碼字的長(zhǎng)度不相等。只要V中各個(gè)碼字的長(zhǎng)度Ni(i=1,V)滿足克拉夫特不等式 這 V個(gè)碼字就能唯一地正確劃分和譯碼。離散無(wú)記憶信源的變長(zhǎng)編碼定理指出:若離散無(wú)記憶信源的輸出符號(hào)序列為, 式中A=k|k=1,K,符號(hào)熵為H(U),對(duì)U進(jìn)行唯一可譯的變長(zhǎng)編碼,編碼字母表B的符號(hào)數(shù)為L(zhǎng),即B=bl|l=1,L,那么必定存在一種編碼方法,使編出的碼字Vi=(vi1,viNi),(i=1,V),具有平均長(zhǎng)度嚻:MH(U)/logL嚻MH(U)/logL+1若L=K,則當(dāng)H(U)logK=logL時(shí),必有嚻M;H(U)離logK越遠(yuǎn),則嚻越小于M。具體實(shí)現(xiàn)唯一可譯變長(zhǎng)編碼的方法很多,但比較經(jīng)典的方法還是仙農(nóng)編碼法、費(fèi)諾編碼法和霍夫曼編碼法。其他方法都是這些經(jīng)典方法的變形和發(fā)展。所有這些經(jīng)典編碼方法,都是通過(guò)以短碼來(lái)表示常出現(xiàn)的符號(hào)這個(gè)原則來(lái)實(shí)現(xiàn)概率的均勻化,從而得到高的信息載荷效率;同時(shí),通過(guò)遵守克拉夫特不等式關(guān)系來(lái)實(shí)現(xiàn)碼字的唯一可譯?;舴蚵幋a方法的具體過(guò)程是:首先把信源的各個(gè)輸出符號(hào)序列按概率遞降的順序排列起來(lái),求其中概率最小的兩個(gè)序列的概率之和,并把這個(gè)概率之和看作是一個(gè)符號(hào)序列的概率,再與其他序列依概率遞降順序排列(參與求概率之和的這兩個(gè)序列不再出現(xiàn)在新的排列之中),然后,對(duì)參與概率求和的兩個(gè)符號(hào)序列分別賦予二進(jìn)制數(shù)字0和1。繼續(xù)這樣的操作,直到剩下一個(gè)以1為概率的符號(hào)序列。最后,按照與編碼過(guò)程相反的順序讀出各個(gè)符號(hào)序列所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)字組,就可分別得到各該符號(hào)序列的碼字。例如,某個(gè)離散無(wú)記憶信源的輸出符號(hào)序列及其對(duì)應(yīng)的概率分布為信源編碼對(duì)這些輸出符號(hào)序列進(jìn)行霍夫曼編碼的具體步驟和結(jié)果如表。信源編碼由表中可以看出,在碼字序列中碼元0和1的概率分別為10/21和11/21,二者近乎相

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