一、信息的概念和分类

1. 信息的概念

音讯、消息、通讯系统传输和处理的对象叫做「信息」,泛指人类社会传播的一切内容。信息有着不同的定义:

  • 信息就是信息,即不是物质也不是能量
  • 信息是事物之间的差异
  • 信息是无知和嫩个量在时间和空间的不均匀性
  • 信息是事物相互作用的表现形式
  • 信息是事物联系的普遍形式
  • 信息是用以消除随机不去定性的东西

可见信息本身没有一个准确、严格而统一的定义。其中,最后一条定义是本门课使用的对信息的定义。

信息既有客观性,又有主观性,与接受者的身份、职业和兴趣有关

  • 客观性:所有人听到的消息都是一样的
  • 主观性:不同的人听到同一条信息感受是不一样的

2. 信息的分类

信息分类有许多不同的准则和方法。

  • 按照性质,信息可以分成语法信息、语义信息和语用信息。
  • 按照地位,信息可以分成客观信息和主观信息。
  • 按照作用,信息可以分成有用信息、无用信息和干扰信息。
  • 按照应用部门,信息可以分成工业信息、农业信息、军事信息、政治信息、科技信息、文
  • 化信息、经济信息、市场信息和管理信息等。
  • 按照携带信息的信号的性质,信息还可以分成连续信息、离散信息和半连续信息等。

3. 消息

消息是信息的载荷者。消息具有不同的形式。构成消息的条件有两个:能够被通信双方所理解;可以在通信中进行传递和交换。需要指出的是,同一个消息可以含有不同的信息量,而同一信息可以用不同形式的消息来载荷

4. 信号

信号是消息的表现形式,消息则是信号的具体内容。信号是消息的载体,是表示消息的物理量。一般指随时间而变化的电压或电流,称为电信号。

信号携带消息,但不是信息本身。同样,同一信息可用不同信号来表示;同一信号也可表示不同的信息,如红绿灯信号,在十字路口表示能否通信,在电子仪器上表示仪器是否正常工作的信息

建立信息传输系统的模型,目的是要找到信息传输过程中的共同规律,以提高信息传输的可靠性有效性、保密性和认证性,使达到信息传输系统最优化

信息传输系统的要求:可靠性,就是要使心愿发出的信息经过信道传输以后,要尽可能准确地,不失真地再现在接收端

  • 有效性,就是用尽可能短的时间和尽可能少的设备来传送一定数量的信息

保密性,就是隐蔽和保护通信系统中传送的信息,使它只能被授权接受者获取,而不能被未授权者接受和理解。

认证性,是指接收者能正确判断所接受的信息的正确性,验证消息的完整性

二、通信系统模型

信息论是研究、解决通信系统的问题而逐步形成的科学概念和理论体系。要掌握信息论的基本知识,首先要了解通信系统。下图给出了通信系统的基本模型。

1. 信源

在信息论中,能够产生和发送信息的实体或系统叫做「信源」。它可以是任何能够生成离散或连续信号的源头,如人类语音、电子设备、传感器等。信源可以产生不同的符号或事件,每个符号或事件都携带一定的信息量,但都是随机发生的,亦即在未收到这些消息之前不可能确切地知道他们的内容。这些消息可以用随机变量或随机过程来描述。通过对信源进行建模和分析,我们可以研究信源的统计特性、信息传输的效率以及如何最佳地表示和压缩信源产生的信息。

信源研究的主要内容是消息的统计特性和信源产生信息的速率。在本笔记篇章中,我们将在第二章研究信源。

2. 信源编码

将信源自身的信息序列转换为一组编码符号的过程叫做「信源编码」,以便在传输或存储中有效地表示原始信息。它涉及将源符号映射到较短的编码符号,以达到压缩源数据的目的。信源编码旨在通过消除冗余和利用源符号统计特性来最大限度地减少所需的传输或存储资源。在信息论中,信源编码是研究如何设计最优的编码方案以实现最大压缩率或最小传输成本的重要问题之一。

在本笔记篇章中,我们将在第三章研究信源。

3. 信道

把载荷消息的信号从发射端传到接收端的媒质或通道叫做「信道」,是包括收发设备在内的物理设备。在狭义的通信系统中,实际信道有架空明线、电缆、波导、光纤、无线电传播空间等,对于广义的通信系统来说,信道还可以是其他传播媒介。

在本笔记篇章中,我们将在第四章研究信源。

4. 干扰源

在信道中引入噪声和干扰,这是一种等效的表达方式。为了分析方便,把在系统中其他的部分产生的噪声和干扰都等效成信道干扰,并集中作用于信道。

由于噪声和干扰往往具有随机性,因此它是影响信道的重要因素,并且是决定信道传输能力的决定因素

实际干扰可以分为两大类

  • 加性干扰。由外界引入的随机干扰,如天电干扰亦即设备内部噪声,他们与信道的输入信号统计无关。信道的输出是输入信号和干扰的和
  • 乘性干扰。信号在传播过程中由于物理条件的变化引起信号参量的随机变化而构成的干扰。此时信道的输出信号是输入信号与某些随机参量相乘的结果。

研究信道的中心课题是它的统计特性