第1章 绪论

1.1 数字通信系统的模型

各种数字通信系统（包括存储系统），如电报、电话、图像、计算机、导航、雷达等，都可以归结成如图1-1所示的模型。

图1-1 数字通信系统模型

图中信源编码器把信源发出的语音、图像或文字等消息转换成二进制（或多进制）形式的信息序列。有时为了提高传输有效性，还会去除一些与信息传输无关的冗余度来实现数据压缩。

信道编码器则为了抵抗传输过程中的各种干扰，改善误码率性能，往往会在传输的信息序列中人为地增加一些冗余度，使其具有自动检错或纠错的功能。

调制器的功能是把信源编码器输出的信息序列变换成适合信道传输的电信号，然后送入信道传输。解调器则执行与调制器相反的功能，将接收到的电信号还原为信息序列。由于信号在信道传输过程中会受到信道特性、噪声和干扰信号的不利影响，因此在解调器输出的序列中会出现误码的情况。

接下来，解调器的输出序列会送入信道译码器。信道译码器会对接收到的序列进行检错或纠错。然后通过信源译码器恢复成消息送给信宿。

从图1-1可以看出，通信的目的是要把对方不知道的消息可靠地传送过去，而消息中真正有意义的部分是信息，因此通信的本质是要实现信息的传输。信息论是研究信息的传输、存储和处理的科学，可以称为通信的数学理论。信息论研究的主要问题包括信源编码和信道编码问题，而由这两个理论问题又延伸出很多实用的编码和译码算法。

1948年，贝尔实验室的科学家香农（Shonnon）在《通信的数学理论》一文中讨论了通信的基本问题，得出了几个重要的结论。其核心是：在通信系统中采用适当的编码后能够实现高效率和高可靠性的信息传输，并得出了信源编码定理和信道编码定理。从数学角度看，这些定理是最优编码的存在定理；但从工程角度看，这些定理不是构造性的，不能从定理结果直接得出实现最优编码的方法。然而，这些定理给出了编码的性能限，并阐明了通信系统中各个因素之间的关系，为寻找最佳通信系统提供了重要理论依据。