通信系统二三事（2）

前情回顾

上一回，我们说到了组成通信系统的三兄弟：信源、信道和信宿。其中，信宿是信息传输的终点，是信息的使用者；从信息使用的角度出发，信宿对通信系统传输的数据量、正确性和时效性等能力提出了设计要求。

信源

说完信宿，我们来说说信源。

信源是通信系统里产生信息的地方；一般而言，在通信系统中，信息往往由传感器、控制器和信息处理器来产生。系统之中产生信息最多的地方是各种各样的传感器，例如：视频、音频、温度、湿度、高度传感器等等，传感器产生的是对环境进行测量的原始数据。产生信息数量居中的则是信息处理器，信息处理器将有传感器产生的数据进行二次处理，例如：压缩、组帧等，将信息转换成系统能更方便处理和使用的格式。产生信息最少的地方，应该就是控制器了，控制器产生的数据包括两类，一类是对环境信息（包括传感器产生的原始数据和信息处理器处理过的二手信息）进行综合运算之后产生的控制信息，另一类是维护通信系统运行的控制信息。这两类信息里，第二类信息都由通信系统根据既定的通信协议自动产生，而第一类信息可以由通信系统设备自动产生，也可以由系统的使用者（人）来产生。

从概率论的角度出发，任一时刻任一信源都是有一定概率会产生数据的。不同的信源产生数据的概率分布不同，例如：指数、正态、瑞利分布等等。产生周期数据的信源，可以理解为在时间满足一定条件的时候有100%概率产生数据，其它条件下以0%的概率产生数据的信源；而类似产生倒车雷达提示音的系统，产生的警示信息的概率则随着与障碍物距离的接近而出现指数级的提升（声音频率快速的提升）。

虽然产生信息的源头有很多，信源产生数据的概率分布也有很多，但是各类的信源都可以用统一的数学模型来描述。这个模型就是信源的数据流量模型：

其中，代表信源产生的数据量，代表信源产生数据的平均流量，代表时间段的长度，代表信源的突发度。

通过这个公式，我们可以发现，当时间足够长的时候（），信源产生的数据量（）和平均流量（）成正比；当时间足够短的时候（），信源产生的数据量（）和信源的突发度（）一致。

不同类型的信源，在平均流量相同的条件下，突发度也存在着很大的差异。一般而言，指数分布的信源的突发度大于正态分布的信源，而周期信源就可以被认定为一种突发度趋近于零的信源。

在通信系统的设计中，平均流量和突发度有着重要的意义。从单机设计的角度，首先需要根据信源的平均流量为其分配相应的传输信道资源，一旦分配的资源不足，就必然会造成信息的丢失；其次，需要根据信源的突发度设定系统传输环节中的缓冲区的大小，避免由于缓冲区的不足，导致的丢包。从系统设计的角度，需要根据信源模型进行系统性的建模仿真，对系统的吞吐量、传输延迟、丢包率等指标进行考量。

未完待续~

写在最后

这周有点忙，拖到了最后才交卷，下周聊聊信道的故事。

第80篇（80/1000），2019年4月21日，于北京。