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通信知识

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通信原理教材就该这么写看完秒懂!

发布日期:2019-07-07 11:40 来源:未知 点击:

  在人类诞生的那一刻起,通信就是的基本需求。新生的婴儿,通过哭声传递饥饿的信息,给自己的母亲,母乳和关爱。参与围猎的部落,通过呼吼声,同伴的支援和协助。这一切,都属于通信的范畴。

  随着人类社会组织单位的不断变大,通信的作用也越来越大。国家之间的合纵连横,亲人之间的思念关怀,都离不开通信。通信的手段,也由面谈这种近距离方式,逐渐发展出烽火、旗语、击鼓、鸣金等多种远距离方式。

  这些通信方式,主要是通过视觉或者听觉来实现。这就要求通信双方之间,是可视的,或者,是可以听见的。客观条件的约束,就了通信的范围。

  而如果采用驿站或信鸽等方式,虽然一定程度上解决了范围和距离的问题,却带来了时效性的问题,无法在很快的时间内送达。

  19世纪电磁理论出现并成熟。在此基础上,莫尔斯发明了莫尔斯编码和电报,贝尔发明了电话,马可尼发明了无线电报,人类就此了用电磁波进行通信的近现代通信时代。通信的距离,不断被突破。与此同时,长距离通信的时延,也在不断缩小。

  时至今日,我们已经全面进入了信息时代,对通信的需求和依赖变得前所未有的强烈。像手机这样的现代通信工具,作为每个人保持社会联系的纽带,变成了寸步难离的必需品。

  不仅是个人,整个社会的运转,都建立在对通信技术的依赖之上。通信技术的先进程度,成为衡量一个国家综合实力的重要标志之一。

  任何通信行为,都可以看成是一个通信系统。而对于一个通信系统来说,都包括以下三个要素:信源、信道和信宿。

  信息量的大小,和信息出现的概率,有直接关系。简单来说,随机事件发生的概率越小,信息量就越大。

  为了达到这个目的,信源侧需要不断升级自己的发送设备,信宿需要不断升级自己的接收设备。而信道的介质,也在不断升级。

  顾名思义,采用网线、光纤、同轴电缆作为通信介质的,就是通信。而采用空气甚至真空的,就是无线通信。

  不管是还是无线,传输的都是电磁波——在电缆中,电磁波是以导行波的方式,而在空气(真空)中,电磁波是以空间波的方式。

  世界上没有真正意义上的“完全”无线通信。无线通信系统中,除了信道部分会有无线环节之外,包括信源、信宿和大部分的信道,其实都是的。

  就像我们现在使用的手机通信系统,它只有手机和基站天线之间是无线,其它环节仍然是,例如基站到机房,南京机房到上海机房,等等。

  既然说到手机通信系统,那我们就多介绍一下。手机通信系统,也叫蜂窝通信系统,因为手机的通信依赖于基站,而基站小区的覆盖范围,看上去有点像蜂窝。

  手机通信通常被称为移动通信,移动通信属于无线通信的一种。除了移动通信之外,Wi-Fi通信,对讲机通信,卫星通信,微波通信,也都属于无线通信。

  用于无线通信的电磁波,看不见、摸不着、听不到,却速度极快(光也是一种电磁波,秒速30万公里)。但是想要利用好它,并不是那么容易。

  最开始电报的时代,我们通过电流脉冲的长短组合,来传递一个字母。例如字母a,就是:“· -”,一个点信号,一个长信号。发出一个完整的单词,就要好几秒甚至十几秒的时间。

  不管是AM调幅还是FM调频,都属于我们经常说的调制。解调呢?就是在信宿那端,将信息从已调信号里提取出来。

  我们以前上网用的猫(Modem),就是调制解调器,干这个事情的。现在到处热议的手机芯片里面的基带芯片,说白了,也是干这个事情的。

  数字信号的常用调制方式,就是书上常说的幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK),还有正交幅度调制,也就是大名鼎鼎的QAM。我们的LTE,还有即将到来的5G,都是用的QAM。

  传输数据,就像汽车运货,如果想要运输更多货物,一方面,可以让马变宽,另一方面,也要想办法让自己减重。

  有价值的货物当然不能丢,但是,可以减少无价值的载重。就像人与人之间说话,要挑重点的话说,少说废话。

  对于音频信号,我们常用的是PCM编码和MP3编码等。在移动通信系统中,以3G WCDMA为例,用的是AMR语音编码。

  对于视频信号,常用的是MPEG-4编码(MP4),还有H.264、H.265编码。在企业常用的视频会议电话系统(也是通信系统的一种)中,现在普遍开始采用的,就是H.265编码。

  无线信号在空气中的传输,随着传输距离的增加,本身就会耗。这种损耗,也叫做径损耗(损)。

  损耗和无线信号传输的几种效应有密不可分的关系。例如阴影效应、多径效应、远近效应,还有大家一定听说过的多普勒效应。限于篇幅和理解难度,不多做介绍。

  除了这些电磁波特性造成的衰耗之外,无线通信还容易遇到各种干扰和噪声。例如电磁干扰和频段挤占等。

  增加冗余信息,就像在货物边上塞泡沫,货物的正确运输。如果上遇到颠簸,发生碰撞,货物的受损概率会降低。

  去年闹得沸沸扬扬的联想5G标准投票事件,华为主推的Polar码,还有高通主推的LDCP码,说的都是信道编码。3G/4G时代处于核心地位的Turbo码,也是信道编码。

  对抗衰弱的办法,除了信道编码之外,还有分集技术和均衡技术。像现在备受关注的MIMO(多天线收发技术),就属于空间分集技术中的一种。简单来说,就是一个不够就用两个,两个不够就用四个。

  前面我们所说的,是一对一的通信模型。但实际生活中,我们不可能一个通信系统只给两个人用。我们会尽可能让更多的人可以同时使用它。这就需要用到多址技术。

  简单举例,我们把频率资源想象成一个房间,如果把房间分割成不同的空间,不同的用户在不同的房间聊天,这就是频分多址(FDMA)。

  而复用(Multiplexing)又是什么呢?复用和多址的区别,就是复用针对资源,而多址针对用户。

  举个例子,将10MHz的频率资源,划分成5个2MHz,作为子信道,这种做法,叫复用。不同的用户使用这些子信道,每个子信道变成了用户的“址”,这叫多址。

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