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[话题讨论] 通信原理的简单了解 [复制链接]

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注册:2017-10-11
发表于 2018-9-27 10:32:32 |显示全部楼层

想起了多年前我刚上大一的时候,也是同样迷茫,不明白通信到底是什么;学了各种数学课,却对通信一无所知。我说一下我的理解好了,有问题我再修改。
通信到底是什么呢?其实每一本有关通信的书里,一般都会介绍类似下面的三个:
一、通信的目的:将信息从发端”搬运“到收端。
二、衡量通信过程的指标:有效性和可靠性。
三、完成通信的手段:和具体信道和收发端有关系。其实这也是题主问题里所问的一切,那一切的东西,都是手段。
一切通信都离不开这三个方面。就如同你和其他人交流的时候可以通过声音,你想表达的是你的信息,通过的信道是空气。那么你的通信手段就是: 首先将你想说的内容调制到声音频率上,然后发送你想说的话给你的听众,然后你的听众接收到了你的发送信号(声音),然后理解(解调和译码)了你的意思。你看这就是一个通信过程。
那么考虑这样或那样的问题,面对不同的信道,不同的人群,如何能有效并可靠的将你的信息给别人呢?那就要考虑各种实际的问题了。如果你在太空中,没有任何声音可以传播的介质,你能通过大声喊(就认为这是一种编码、调制并发送的过程好了)让别人听见吗?答案当然是否啦。不过近距离的话你可以通过手势,眼神等其他(编码调制)方式来完成交流,这就是面对不同信道的一种解决方案了。那么再考虑另外一种情况,如果你和一个略通中文歪果仁用中文对话,你当然不可能用很快的语速来交流了,那么降低你的说话频率(码率或者速率)就是一种不错的解决方案了。这个过程你可以看做是一个面对条件不好的接收机,所作出的次优选择了。
回过头来,题主所问的随机信号呀,信道呀,编码呀,这些都是面对实际中的具体问题而出现的。我们最常用的地面无线信道,发送的是电磁波,发送端和接收端是天线,介质是空气。因为衰落和天线尺寸的关系,我们只能选取高频的电磁波作为载体,那么就需要调制。经过的信道由随机的衰落和噪声(噪声的来源有机器的电子噪声,也有其他信号的干扰混叠),那么想研究这个通信过程,就必须考虑随机的噪声,那么这就到了随机信号分析。调制过的信号带宽并不是无穷的(这个你通过高数里的傅里叶变换就可以看出),因此这个信号是在一定频带内传输的,那么我们设计滤波器的时候,只考虑信号频带内的传输就可以,这就是带通系统。等你学了信息论之后,你会发现,模拟信号的熵是正无穷,也就是说,你无法通过有限长度的有限进制的数组表示任意一个浮点数。换句话说,当信息是模拟信号,在通过一个有噪信道之后,无法完完全全的恢复原始信号。并且为了便于实际数字电路和运算处理,二进制表述的信号,是最容易处理的一种方式(当然不是最优方式);因此现代的通信系统,都是数字系统。在将原始信号转化成数字信号,同时希望数字信号越短越好(信源编码采样和压缩
按照刚才讨论的那一通,现代通信的过程,就是讲原始信息模拟数字转换信源压缩(降低冗余),然后做一些信道编码(增加冗余,以降低错误),然后调制成传输符号(BPSK,QPSK, 64-QAM,OFDM...),经过信道传输,然后接收机解调信道译码解压缩数字信号转模拟信号,最后生成一个很接近原始信息的信号。这个过程就是香农给出的通信系统模型。


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