無(wú)線通信主要包括微波通信和衛(wèi)星通信.doc

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