11光通信1-1.ppt

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1、目目录录第一章第一章信息与信号信息与信号第二章第二章光通信的一般概念光通信的一般概念第三章第三章传输光路传输光路第四章第四章光发射机光发射机第五章第五章光接收机与基本光纤数字通信系统光接收机与基本光纤数字通信系统第六章第六章基于电复用的光纤通信系统基于电复用的光纤通信系统第七章第七章光放大光放大第八章第八章光路复用技术光路复用技术信信息息从哲学的角度上讲，从哲学的角度上讲，信息信息是构成物质世界的三是构成物质世界的三大支柱之一，其他两个是大支柱之一，其他两个是物质物质和和能量能量。美国安东尼美国安东尼.欧廷教授欧廷教授:没有物质没有物质,就什么东西也不存在就什么东西也不存在.没有能量没有能量,

2、就什么事情也不发生就什么事情也不发生.没有信息没有信息,就什么东西也无意义就什么东西也无意义.可以说我们生活在信息的海洋之中，没有信息就没有世界，当然可以说我们生活在信息的海洋之中，没有信息就没有世界，当然也就没有我们人类社会。人类利用信息利用信息的历史非常悠久，而且也就没有我们人类社会。人类利用信息利用信息的历史非常悠久，而且随着人类社会的发展而发展。到了现代，信息的利用已经非常重要，以随着人类社会的发展而发展。到了现代，信息的利用已经非常重要，以至于我们当今生活的社会被称作至于我们当今生活的社会被称作信息社会信息社会。可见信息的重要。可见信息的重要。信息论的发展历史信息论的发展历史1924

3、年，奈奎斯特年，奈奎斯特Nyquist提出信息传输理论；提出信息传输理论；1928年，哈特莱年，哈特莱Hartley提出信息量关系；提出信息量关系；1932年，莫尔斯年，莫尔斯Morse发明电报编码；发明电报编码；1946年，柯切尼柯夫提出信号检测理论；年，柯切尼柯夫提出信号检测理论；1948年，年，Shannon提出信息论，提出信息论，“通信中的数通信中的数学理论学理论第一章第一章信息与信号信息与信号第一节第一节信息的基本知识信息的基本知识 1 1信息的概念信息的概念 2 2信息的度量信息的度量 3 3信息源信息源 4.4.信息系统与信道信息系统与信道第二节第二节信号的概念信号的概念第三节第

4、三节数字信号数字信号第四节第四节噪声噪声第一节第一节信息的基本知识信息的基本知识1 1信息的概念信息的概念（1 1）什么是信息？什么是信息？（2 2）信息的基本特征信息的基本特征2 2信息的度量信息的度量（1 1）信息量信息量（2 2）信息量的单位信息量的单位3 3信源信源（1 1）信源的信息量信源的信息量（2 2）信源编码信源编码 4.4.信息系统与信道信息系统与信道信息信息是事物的特征、状态和与其他事物的关联是事物的特征、状态和与其他事物的关联信信息息是是能能够够用用来来消消除除不不确确定定性性的的东东西西。它它是是信信息息获获得得者者从从“不不知知”到到“知知”的的过过程程中中，对对事事

5、物物从从不不确确定定到到确定的一个度量。确定的一个度量。AB1信息的概念信息的概念定义有争定义有争议议信息论的创始人信息论的创始人是美贝尔电话研究所的数是美贝尔电话研究所的数学家学家申农申农（C.E.Shannon1916），），他为解决通讯技术中的信息编码问题，突他为解决通讯技术中的信息编码问题，突破老框框，把发射信息和接收信息作为一破老框框，把发射信息和接收信息作为一个整体的通讯过程来研究，提出通讯系统个整体的通讯过程来研究，提出通讯系统的一般模型；同时建立了信息量的统计公的一般模型；同时建立了信息量的统计公式，奠定了信息论的理论基础。式，奠定了信息论的理论基础。1948年申农发表的年申农

6、发表的通讯的数学理论通讯的数学理论一文，成为一文，成为信息论诞生的标志信息论诞生的标志。生物信息生物信息DNA信息的客观性信息的客观性信息是事物的特征、状态和与其他事物的关联信息是事物的特征、状态和与其他事物的关联自然界的万事万物，从一个状态转换为另一个状态，自然界的万事万物，从一个状态转换为另一个状态，可分为两种情况：一种是必然的，一种是非必然的可分为两种情况：一种是必然的，一种是非必然的（有多种可能的）（有多种可能的）宿舍宿舍-教室教室-具体某个位置具体某个位置信信息息就就是是从从事事物物的的可可能能性性（不不确确定定性性）转转换换为为现现实实性性（确定性）的体现（确定性）的体现。可能性与

7、现实性可能性与现实性事前可能性与事后现实性事前可能性与事后现实性1 1圆圆1 1圆圆1 1圆圆可能性可能性现实性现实性信息的基本特征信息的基本特征信息的第一个特征信息的第一个特征共享性共享性。信息的第二个特征，可以信息的第二个特征，可以被传递被传递信息的第三个特征，信息的信息的第三个特征，信息的控制作用控制作用信息可以信息可以“衍生衍生”信息可以以物质的状态信息可以以物质的状态被存储被存储起来起来对信息的对信息的描述描述，可以分为三个层次，即，可以分为三个层次，即“语法语法”、“语义语义”和和“语用语用”共享性共享性信息可以从一个承载体传递到另一个承载体，但信息可以从一个承载体传递到另一个承载

8、体，但传递过程不会使原有承载体的信息减少传递过程不会使原有承载体的信息减少。物质不灭定律物质不灭定律能量守恒定律能量守恒定律可传递性可传递性信息的运动信息的运动信息的传递依赖于能量的传递信息的传递依赖于能量的传递二者的传递方向是一致的，但并不一定要求一致二者的传递方向是一致的，但并不一定要求一致信息传递所遵循的规律，目前还没有被总结出来。信息传递所遵循的规律，目前还没有被总结出来。信息的控制作用信息的控制作用自然界的大量存在的自然界的大量存在的随机的、无序的随机的、无序的运动，可以在信运动，可以在信息的控制下成为息的控制下成为可预知可预知的、的、有序的有序的运动运动和谐社会必需大量信息和谐社会

9、必需大量信息信息的信息的“衍生衍生”2与与4衍生衍生2小于小于42是是4的的1/24是是2的平方的平方2与与4都是偶数都是偶数信息挖掘信息挖掘信息的三个层次信息的三个层次语法语法：描述信息的数学的或物理的方法描述信息的数学的或物理的方法抽象性抽象性身份证号码身份证号码18位，区号，红绿灯位，区号，红绿灯语义语义：编码的具体含义：编码的具体含义，具体性，具体性语用语用：信息的外延，和它对接受到信息的客体的作用信息的外延，和它对接受到信息的客体的作用 物物体体或或物物质质之之间间的的相相互互作作用用，除除了了以以能能的的形形式式相相互互作用外，还可以通过信息相互作用作用外，还可以通过信息相互作用

10、晴天或雨天晴天或雨天 上课，地震上课，地震通通信信课课程程中中，一一般般只只注注重重语语法法层层面面，有有时时会会涉涉及及到到语语义义，一般不涉及语用层面。一般不涉及语用层面。2信息的度量信息的度量不确定性和确定性。信息是从事物的可能性（不确定性）不确定性和确定性。信息是从事物的可能性（不确定性）转换为现实性（确定性）的体现。转换为现实性（确定性）的体现。信息量信息量是事物的某个确定状态所排除的可能状态的度量是事物的某个确定状态所排除的可能状态的度量一个事物出现某个状态的概率越大，则当它处于这个状态一个事物出现某个状态的概率越大，则当它处于这个状态所包含的信息量就越少。所包含的信息量就越少。9

11、11事件出现某个状态时所包含的信息量为：出现某个状态时所包含的信息量为：数学描述数学描述如果一个随机事件有如果一个随机事件有2个等概率的可能状态，那么当一个个等概率的可能状态，那么当一个状态出现时，这个事件所处状态包含的信息量定义为状态出现时，这个事件所处状态包含的信息量定义为1比比特（特（bit）Pi_事前出现某状态的概率事前出现某状态的概率I(xi)事后某状态已经出现时（现实性）的信息事后某状态已经出现时（现实性）的信息数学描述数学描述对对于于二二进进制制计计数数系系统统，每每一一位位只只可可能能有有2个个状状态态(0,1)，因因此此二二进进制制的的每每一一位位的的出出现现都都包包含含了了

12、1比比特特的信息。的信息。对对于于十十进进制制计计数数系系统统，每每一一位位可可能能有有10个个状状态态(0-9)，当当其其中中任任何何一一个个状状态态出出现现时时，这这个个状状态态所所包包含含的信息量为：的信息量为：信息熵信息熵是指整个现实过程各个状态信息量的平均值是指整个现实过程各个状态信息量的平均值现实过程的现实过程的信息熵信息熵如果每个状态的出现是独立的，随机过程是平稳的，则有：如果每个状态的出现是独立的，随机过程是平稳的，则有：信息速率和符号速率信息速率和符号速率信息速率（比特率），信息速率（比特率），单位是比特单位是比特/秒秒单位时间内传送的信息量单位时间内传送的信息量符号速率，波

13、特符号速率，波特 单位时间内传递的符号数单位时间内传递的符号数 符号可以是电平，脉冲等。符号可以是电平，脉冲等。9600波特的调制器，指它在一秒钟内能传送波特的调制器，指它在一秒钟内能传送9600个符号。个符号。信息速率和符号速率信息速率和符号速率如果每个符号包含一比特的信息，那么波特率和比特率如果每个符号包含一比特的信息，那么波特率和比特率在数值上相同。在数值上相同。如果每个符号包含了多于一比特的信息，那么波特率就如果每个符号包含了多于一比特的信息，那么波特率就小于比特率。小于比特率。注意：波特率和比特率不是一个概念！注意：波特率和比特率不是一个概念！冗余编码，冗余编码，1B2B1B2B编码

14、编码，每个符号包含的信息量小于一比特，每个符号包含的信息量小于一比特，此时波特率大于比特率。此时波特率大于比特率。信息源信息源信息的产生者信息的产生者通信系统的信源为信息的发出者通信系统的信源为信息的发出者信源含有多少信息量？不可能穷尽信源含有多少信息量？不可能穷尽从信息源中取得的信息量，和我们的检测手段、或从信息源中取得的信息量，和我们的检测手段、或检测工具相联系检测工具相联系例如：测量温度例如：测量温度 实际检测的信息速率：实际检测的信息速率：3信息源信息源光学信息光学信息所研究对象的光学特征所研究对象的光学特征一维光学信息一维光学信息，光学量在直线或曲线上的分布，光学量在直线或曲线上的分

15、布二维平面光学信息二维平面光学信息，常见的为图像信息，常见的为图像信息二维半光学信息二维半光学信息，分布在曲面上的光学信息，分布在曲面上的光学信息三维光学信息三维光学信息，投射的立体分布，投射的立体分布图像信息图像信息256级（级（8比特），那么每幅图像将有比特），那么每幅图像将有125kb，若每秒传送若每秒传送50幅图，则信息速率为：幅图，则信息速率为：普通制式的电视（普通制式的电视（PAL）的空间分辨率：的空间分辨率：4.信息系统和信道信息系统和信道信息源信息源信道信道信宿信宿噪声噪声图图1-1 信息系统的基本模型信息系统的基本模型完成信息传递的客体称为信息系统的完成信息传递的客体称为信息

16、系统的信道信道。在信息论中，把所有导致不确定性增加的因在信息论中，把所有导致不确定性增加的因素统称为素统称为噪声噪声。噪声与信道容量噪声与信道容量在信息论中，把所有导致不确定性增加的因素，都统称为在信息论中，把所有导致不确定性增加的因素，都统称为噪声噪声，无论是否真正存在一个产生物理噪声的源，无论是否真正存在一个产生物理噪声的源。信道在一定时间内传递的信息是有限的，信道在一定时间内传递的信息是有限的，1个信道能传递的个信道能传递的最大信息速率称为最大信息速率称为信道的容量信道的容量。对于有个有噪声的连续信道，其信道容量为：对于有个有噪声的连续信道，其信道容量为：C=wlog2(1+S/N)乡农公式乡农公式谢谢谢谢