物联网通信技术复习知识点汇总

....第一部分概述第0章概述物联网的框架结构信息的感知控制层数据采集子层短距离通信传输子层协同信息处理子层网络传输层应用层物联网通信系统感知控制层通信目的:将各种传感设备所感知的信息在较短的通信距离内传送到信息汇聚系统，并由该系统传送（或互联）到网络传输层。特点:传输距离近,传输方式灵活,多样承载平台：有线、无线等网络传输层通信：如基于IP的通信协议由数据通信主机（或服务器）、网络交换机、路由器等构成，在数据传送网络支撑下的计算机通信系统。可由公众电话交换网PSTN、全球移动通信系统GSM，码分多址CDMA、时分同步码分多址TDCDMA，数字数据网DDN、异步传输模式ATM，帧中继....第1篇数据通信基础第1章通信的基本模型与概念1.基带信号：信源（信息源，也称发送端）发出的没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号，信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。根据原始电信号的特征，基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号（相应地，信源也分为数字信源和模拟信源。）其由信源决定。2.频带信号：已调信号。在通信中，由于基带信号具有频率很低的频谱分量,出于抗干扰和提高传输率考虑一般不宜直接传输,需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号，变换后的信号就是频带信号。3.模拟通信系统模型4.数字通信系统模型5.通信系统的分类按调制方式分:载波调制\脉冲调制按信号特征分:模拟通信\数字通信信息源信源编码信道译码信道编码信道数字调制加密数字解调解密信源译码受信者噪声源信息源信道调制器解调器受信者噪声源....按传输媒介分:有线\无线按信号复用分:频分\时分\码分6.通信方式单工通信\半双工通信\全双工通信串行通信方式\并行通信方式7.信息量:信息多少的量度。在信息论中，认为信源输出的消息是随机的。即在未收到消息之前，是不能肯定信源到底发送什么样的消息。而通信的目的也就是要使接收者在接收到消息后，尽可能多的解除接收者对信源所存在的疑义（不确定度），因此这个被解除的不定度实际上就是在通信中所要传送的信息量。例，设二进制离散信源以相等的概率发送0或1，且相互独立，则信源输出的每个符号所含信息量为多少？消息的信息量：一条消息由若干个事件组成，如果各事件相互独立，那么所有事件发生的概率即为各个事件信息量的总和例，一离散信源由0，1，2，3，四个符号组成，它们出现的概率分别3/8,1/4,1/4,1/8,且每个符号的出现相互独立，则试求以下信息的信息量是多少？log()aIPx221(0)loglog21(0)1(1)loglog21(1)aaIPIP222231(0)3log(1)2log8411(2)3log(3)2log48(0)(1)(2)(3)IIIIIIIII121(())(()).....log()naiiIIPxIPxPx....收到一个符号时获得的平均信息量例，一离散信源由0，1，2，3，四个符号组成，它们出现的概率分别3/8,1/4,1/4,1/8,且每个符号的出现相互独立，则试求信息2010230213的平均信息量是多少？8.数据通信系统中的主要性能指标比特(bit):是“信息量”的计量单位，1位二进制数所携带的信息量即为1bit(比特)，例如，10010110是8位二进制数字，所携带的信息量为8bit。码元：(codecell)是携带信息的数字单位，是指在数字信道中传送数字信号的一个波形符号，也即“时间轴上的一个信号编码单元”。在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为(二进制）码元。码元和比特的关系:一个以m波特传送信号的线路，其传送二进制数据的速率不一定是m比特/秒，因为每个信号可以运载几个比特，例如，若使用0、1、2、3、4、5、6、7共8个电平级，则需要2^3，即3个比特来表示一个信号值，可以理解为一个码元为三个比特。21()()log()niiiHxPxPx222233111111loglogloglog884444881.906(/)Hbit符号....信息传输速率:通信线路(或系统)单位时间(每秒)内传输的信息量，即每秒能传输的二进制位数，通常用Rb表示，其单位是比特/秒(bit/s或b/s，英文缩略语为bps)。码元传输速率:其定义为每秒钟传送码元的数目，单位为波特，又可以称为波特率码元速率和数据速率的关系:Rb=RBlbM误比特率=传输中出错信息的比特个数/传输信息的比特总数*100%。误码率=传输中的出错码元的个数/传输的码元的总个数*100%。误码率与误比特率的关系:误比特率=误码率/(log2M)信噪比是信号与噪声的平均功率之比书上例题1.5.1-1.5.2SNSPNP....第2章数据通信的基础理论1.时域分析：在时域内对信号进行滤波、放大、统计特征计算、相关性分析等处理，统称为信号的时域分析。波长:在波动中，振动相位总是相同的两个相邻质点间的距离，叫做波的波长周期T：任一质点完成一次全振动所用的时间用符号T表示，周期的单位是s。频率f：介质中任一质点在单位时间内完成的全振动的次数，用符号f表示。单位是Hz.波速v：单位时间内振动（波形）所传播的距离。2.频域分析：在信号频域分析是采用傅立叶变换将时域信号x(t)变换为频域信号X(f)，从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征。频域任一信号，只要符合一定条件都可以分解为一系列不同频率的正弦（或余弦）分量的线性叠加；每一个特定频率的正弦分量都有它相应的幅度和相位。3.频谱：对于一个信号，它的各分量的幅度和相位分别是频率的函数；或者合起来，它的复数幅度是频率的函数。这种幅度（或相位）关于频率的函数，就称为信号的频谱。vvfT或....频谱图：当把信号频谱，即幅度（或相位）关于频率的变化关系用图来表示，就形成频谱图4.傅里叶级数:展开其实只是在做一个动作，那就是把函数“投影”到一系列由三角函数构成的“坐标轴”上5.傅里叶变换:傅里叶级数针对的是周期信号。即可针对周期信号，也可针对非周期信号的是傅里叶变换傅里叶逆变换6.信号带宽:是信号频谱的宽度，也就是信号的最高频率分量与最低频率分量之差例：如果方波信号基频为500Hz，最高频率分量是11次谐波的频率为5.5kHz，其带宽只需要5kHz，远小于信道带宽，是否就能很好地通过信道（通带为1.5kHz至15kHz，其带宽为13.5kHz）呢？其实，该信号在信道上传输时，基频被滤掉了，仅各次谐波能够通过，信号波形一定是不堪入目的。7.交换技术：电路交换、报文交换和分组交换电路交换：由于电路交换在通信之前要在通信双方之间建立一条被双方独占的物理通路（由通信双方之间的交换设备和链路逐段110001()sin(2)cos(2)22()sin(2)2()cos(2)2()nmnmTnTmTgtCanftbmftagtnftdtTbgtfmtdtTCgtdtT()[()]()jwtFFftftedt11()[()]()2jtftFFFed....连接而成）。报文交换：报文交换是以报文为数据交换的单位，报文携带有目标地址、源地址等信息，在交换结点采用存储转发的传输方式。分组交换：分组交换仍采用存储转发传输方式，但将一个长报文先分割为若干个较短的分组，然后把这些分组（携带源、目的地址和编号信息）逐个地发送出去。分组交换有数据报和虚电路两种交换方式数据报：在目的地需要重新组装报文。优点：如有故障可绕过故障点。缺点：不能保证按顺序到达，丢失不能立即知晓。虚电路：在数据传输之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路。它适用于两端之间长时间的数据交换。优点：可靠、保持顺序；缺点：如有故障，则经过故障点的数据全部丢失.....第三章数据通信中的信道1.信道的模型2.狭义信道:发送设备和接收设备之间用以传输信号的传输媒介定义为狭义信道3.广义信道:从研究消息传输的角度，我们所关心的是通信系统的基本问题，除了传输媒介，还包括调制器，加密，编码等部分，这种扩大了范围的信道叫广义信道。4.恒参信道:信道的各项参数不随时间变化的信道，它对信号的影响是确定的。恒参信道是对信号的影响是确定的或者是变化极其缓慢的，通常包括明线，对称电缆，同轴电缆，光纤，卫星中继等。5.随参信道:信道的各项参数随时间变化的信道，它对信号的影响一般是不确定的。随参信道是指信道传输特性承时间快速变化的信道，常见的随参信道有陆地移动信道，短波电离层反射信道，超短波流星余迹散射信道，超短波及微波对流层散射信道等。6.离散信道:信道中信号在时间和幅度上都是离散的，则信道是离散信道。7.连续信道:信道中信号在时间和幅度上都是连续的，则信道是连续信道。8.无记忆信道:信道的当前输出仅与当前输入有关。9.有记忆信道:信道当前输出不仅与当前输入有关，而且还与以前的输入有关。10.模拟信道:传输模拟信号的信道。信息源信源编码传输媒质发送滤波器调制器接收滤波器解调器信源译码信缩狭义信道编码信道调制信道广义信道....11.数字信道:传输数字信号的信道12.物理信道:一个实际存在的物理实体信道称为物理信道，包含实际存在的物理设备和传输物理媒质。13.逻辑信道:采用多路复用技术在一个物理信道中来传输多路信号而划分的信道称为逻辑信道。14.信道的容量:是衡量最大传输能力的重要参数。离散信道的信道模型用转移概率表示！连续信道的信道模型用时变线性系统来表示！15.是发送端发送的概率是信道输出符号为而信道输入符号为的条件概率.16.互信息量:后验概率与先验概率之比的对数称为互信息量:17.信道传输的平均信息量:例:设信息源由符号0和1组成，顺次选择两符号构成所有可能的消息，如果消息传输速率是每秒1000符号，且符号出现的概率相等。传输中，平均每100符号中有一个符号不正确，试问这时传输的信息的平均信息量是多少？(/)(,)log()()(/)()((/))iiiiiiiiiiiPxyIxyPxlbPxlbPxylbPxlbPxy()iPxix(/)iiPxyixiy111(,)[(,)]()()()(/)(/)()(/)iinmniiiiiiiijiIXYEIxyPxlbPxPyPxylbPxyHXHXY22221111()(loglog)1(/)2222(/)(0.99log0.990.01log0.01)0.081(/)(/)10.0810.919HXbitHXYbitIXY符号符号....18.信息传输速率:指信道在单位时间内所传输的平均信息量,用R表示,即例:设信息源由符号0和1组成，顺次选择两符号构成所有可能的消息，如果消息传输速率是每秒1000符号，且符号出现的概率相等。传输中，平均每100符号中有一个符号不正确，试问这时传输的信息的速率是多少？19.信道容量:一个信道的传输通力应用信道最大可能传输的速率来衡量，即对于一切可能的信源概率分布，信道传输信息的速率R的最大值为信道容量，记为C信道容量定义为信道中每个符号平均所能传递的最大信息量，也就是最大I(X；Y)值。此时输入的概率分布称为最佳输入分布.20.连续信道的信道容量:在有噪声信道中，若信道带宽为，信道输出的信号功率为,以及连续信道的容量为上式也叫香农公式。它表明，当信号与作用在信息上的起伏噪声的平均功率时，在具有一定频带宽度B的信道上，理论上单位时间内可能传输的信息量的极限值。电视图像可以大致认为由300000个小像元组成。对于一般要求的对比度，每一像元大约取10个可辨别的亮度电平（例如对应()(/)()()(/)()llllRHXHXYHXrHXHXYrHY