当前课程知识点：电子信息科学与技术导引(1) > 第七讲：通讯与网络 > 第二节：信息的基本概念和传输的几种方式 > 第二节：信息的基本概念和传输的几种方式
第一部分通信与
网络概述1
在阐述信息的内涵之前
我们先来认识一下
基本概念对于
科学研究的重要性
在物理学发展史上
库仑
高斯
法拉第和安培
分别发现和定义了
电场和磁场之间的
一些相互作用
比如描述电荷
如何产生电场的
库仑定律
论述磁单极子
不存在的高斯磁定律
描述电流和
时变电场怎样
产生磁场的安培定律
描述时变磁场如何
产生电场的
法拉第电磁感应定律
这些工作都
揭示了尽管电场和
磁场是两个不同的东西
但他们之间有相互作用
存在相互影响
麦克斯韦首次
将库伦高斯
法拉第和安培
提出的这四个
看起来不相关的定律
有效地结合在一起
认为电场和
磁场是物质统一体,
变化的电场产生磁场
变化的磁场产生电场
即我们常说的
电生磁磁生电
有鉴于此
麦克斯韦于
1861年统一了
上述四个公式
完善了电磁场理论
并且在安培定理中
引入位移电流的概念
使得电场和
磁场得到了全面的统一
奠定了现代工业社会
和信息化社会的基础
这个例子充分说明了
基本概念在
科学研究中的重要性
深入了解基本概念
也就抓住了
所分析问题的
主要矛盾
正像麦克斯韦一样
我们用信息
传输和交换
三个概念把这堂课串起来
香农于1948年在
他的经典文章
通信的数学理论
明确指出
信息是用来消除
随机不确定性的东西
例如
甲打电话询问
乙是否吃过饭
在打电话之前
他并不知道
乙的吃饭情况,
即这件事存在
不确定性
如果乙在电话中说
他已经吃过了
那么这件事的
不确定性就消除了
即乙通过电话将
此信息传递给了甲
信息的大小可以
用熵来度量
而更进一步
信息和熵都可以
用比特来度量
比如我们说
前面有个人
这句话呢比较含糊
我们大概需要
1比特信息指出
是人还是其他东西
而前面有个女人
这句话就更具体一些
但是一个比特
我们就很难表达
我们除了
上面这1比特以外
我们还需要
1比特信息指出
是男人还是女人
信息和消息的
不同在于
信息用来消除
随机不确定性的东西
即有用的消息
才能称之为信息
我们以前经常说的
小道消息
这小道消息呢
我们就不能称之为信息
我们举个例子
如图所示
在马来西亚航班
失联事件里面
我们一会得到
消息说飞机往北飞
甚至飞到了哈萨克斯坦
一会儿我们又说
飞机呢坠落到了南海
一会儿又说
飞机跑这儿跑那儿
到至今为止呢
我们只能说这些
是小道消息,
而不能说是信息
人类在生产和
社会活动中
总是伴随着
信息的传递
这种信息的
点到点的
传递过程称为通信
通信面临的
主要问题是传输问题
而根据传输媒质的不同
通信一般可以
分为有线和无线两种
当然在无线里头呢
现在我们又涉及到
更多的一些
除电磁波以外的介质
比如说可见光
比如说量子通信
不同的传输介质和
传输方法都会有
一些相关的理论来支持
也涉及到一些相关的课程
比如说高等数学
电磁场理论
统计信号处理、
随机过程
通信信号处理等等
而有线通信里面,
光纤通信的
基本原理是
光纤核和包层的
折射率是不一样的
如图所示
这样就会存在一个角度
光沿此角度入射
就会发生全反射,
理想情况下
我们知道光的
传输是没有任何损失的
因此
光在光纤中可以
传输很长距离
这就使得远距离
大容量光纤通信成为可能
光纤的发明人之一
高锟教授于
2009年获得了诺贝尔奖
他曾经在
清华大学电子工程系
工作和生活过
无线通信呢
相比于有线通信
它的环境呢
就更复杂一点
由于信号在
空间传输需要
占用一定的频率资源
在进行无线通信时
承载信号的
电磁波需要
通过天线辐射出去
尽管天线的
设计形式多种多样
但其尺寸基本上与
波长的一半是有关系的
在低频段
我们可以看到
这张图所示
电磁波的波长较长
因此天线的尺寸也较大
所支持的数据率较低
但其绕射能力强
即使收发双方
不存在直射路径,
也可以有效的
支持信息的可靠传输
这在一定的应用场景下
比如国家战略核潜艇
通信等等有
很大的应用价值
当频谱达到
毫米波频段的时候
波长较短
因而天线的尺寸
也会较小
所支持的数据率较高
但电磁波的衰减
会比较大
无法穿透建筑物
所以我们可以说
如图所示
人类在移动通信里头
最好的频段呢
是介于300兆到
3.5g赫兹之间
未来无线通信的
发展呢有三个趋势
如图所示
我们有三个维度
第一个是x轴
我们更多考虑的是
如何扩展新频段
比如把电磁波的
频段扩展到毫米波
泰赫兹和可见光的领域
另外一个维度是在y轴上
我们主要考虑的
是密集蜂窝组网
以及融合WIFI等
关键技术
第三个纬度呢
是空间维度
我们考虑的是
如何充分利用
空间维度来提高频谱效率
比如采用大规模多天线技术
-第一节 序言
--第一节 序言
-第二节 电磁学和分析数学发展史：磁学
-第三节 电磁学与分析数学发展史：静电
-第四节 电磁学和分析数学发展史：动电
-第五节 电子器件的发明及电子技术的发展
-第六节 电磁学的广泛应用
-第七节 电磁系统理论
-第八节 电子科学技术各学科间的关系
-第九节 电子科学技术的学科体系
-第一讲：电磁学与分析数学史概览--第一次作业
-第一节 序言
--第一节 序言
-第二节 电磁场（一）
-第三节 电磁场（二）
-第四节 物质
--第四节 物质
-第五节 电磁场与物质的相互作用：非共振作用
-第六节 电磁场与物质的相互作用：共振作用
-第七节 电磁场理论与电路理论
-第一节 空间离散化
-第二节 静场电路分析
-第三节 非静场电路抽象
-第三讲：电路抽象--电路抽象 练习题
-第四节 电路元件抽象
-第五节 非线性元件抽象
-第六节 电路抽象三原则
-第七节 分层抽象思想
-第八节 电路基本问题
-第九节 数字化抽象
-第三讲：电路抽象--Quiz 3
-第一节 序言
--第一节 序言
-第二节 什么是比特
-第三节 比特与编码
-第四节 比特与信息
-第五节 比特的用途示例
-第六节 什么是逻辑
-第七节 逻辑的用途示例
-第八节 与数字电路的关系
-第九节 小结
--第九节 小结
-第四讲：比特与逻辑--Quiz4
-第一节：从算盘到ENIAC
-第二节：通用计算机模型
-第三节：指令集体系结构
-第四节：程序和程序设计语言
-第五节：处理器的工作原理
-第六节：性能问题
--第六节：性能问题
-第七节：小结
--第七节：小结
-第一节：数据与数据处理技术的发展
-第二节：数据处理举例
-第三节：数据模型和算法的概念
-第四节：问题的抽象和建模
-第五节：数值分析问题研究
-第六节：数据和算法的关系I
-第七节：数据和算法的关系II
-第八节：大数据
--第八节：大数据
-第九节：数据挖掘技术和数据算法的展望
-第六讲：数据与算法--Quiz6
-第一节：基本内容简介
-第二节：信息的基本概念和传输的几种方式
-第三节：交换的概念和网络的几种形式
-第四节：模拟与数字通信
-第五节：调制和解调
-第六节：传输涉及的基本理论
-第七节：信息论和几种相关的编码方式
-第八节：多址方式
--第八节：多址方式
-第九节：交换的基本概念
-第十节：网络分层的基本概念
-第十一节：互联网的基本原理和有限状态机模型
-第七讲：通讯与网络--Quiz7
-第一讲：内容简介
--第一讲：内容简介
-第二讲：信息与媒体
-第三讲：人类感知与认知
-第四讲：智能信息处理
-第五讲：媒体与认知相互作用
-第六讲：媒体认知应用
-第七讲：总结
--第七讲：总结
-第八讲：媒体与认知--Quiz8
-期末考试--Final Exam
