關(guān)于通信原理的一點(diǎn)總結

　　簡(jiǎn)介：學(xué)了通信原理這門(mén)課，一開(kāi)始覺(jué)得很難，而且聽(tīng)學(xué)長(cháng)們也總是告誡我們，通信原理是很難的課程，平時(shí)一定要好好學(xué)，不然自己復習的日子根本就抓不到要點(diǎn)了。事實(shí)上好像也是如此，在周?chē)?，這門(mén)主課的掛課率總是算前排的。當然對于我這樣的人，總是上課時(shí)算是比較認真的，但是半期的時(shí)候還是沒(méi)有搞懂它是干什么的，甚至到期末了，也只有零星的一點(diǎn)編碼呀，帶寬呀，調制啦，這樣一些概念，但這些技術(shù)在一個(gè)通信系統中又是出于什么樣的位置，該怎樣應用這些技術(shù)組成一個(gè)通信系統，對此我還是一概不知。然而經(jīng)過(guò)期末前的復習，我感覺(jué)自己對通信系統總算有個(gè)印象了，所以想把那些零碎的名詞做一些解釋?zhuān)⑶矣梦易约旱膶W(xué)習過(guò)程以及對通信系統的了解來(lái)說(shuō)明這些技術(shù)的應用。

　　下面是我畫(huà)的認為比較完整的通信系統的簡(jiǎn)單流程圖，對此我做一翻解釋。

　　首先日常生活中的信號總是模擬的，我們把這些信號通過(guò)濾波等處理，得到帶限的信號，這里以基帶信號singnal為例子，signal 經(jīng)過(guò)采樣保持電路，我們就得到PAM信號，如圖，這樣的信號就是離散信號了。

　　離散信號經(jīng)過(guò)量化歸屬到個(gè)檔次的幅度中比如我們有2V，4V，6，V，8V四個(gè)檔次的歸類(lèi)，并且規定1V～3V之間的PAM離散信號就歸類(lèi)到2V的檔次中去，一次類(lèi)推，通過(guò)比較給每個(gè)PAM信號進(jìn)行歸類(lèi)，這就是量化。

　　之后將量化了的信號進(jìn)行編碼，編碼是一種認為規定的過(guò)程比如我們規定2V用00表示，4V用01表示，6V用10表示，而8V用11來(lái)表示，這樣就把階梯信號和二進(jìn)制信號有了一種對應關(guān)系，順著(zhù)這種對應關(guān)系，我們可以得到剛才量化了的信號的二進(jìn)制代碼，這就是PCM編碼得到了可以在存儲器中存儲的數字信號。

　　以上從模擬到數字信號的一種轉變就是我們常說(shuō)的A/D轉換。至于我們平時(shí)要求的轉換比特率的求法可以從它的轉換過(guò)程得出計算方法。一個(gè)PAM信號對應一個(gè)檔次，而一個(gè)檔次對應幾個(gè)比特的數字是在編碼中體現的，例子中就是一個(gè)檔次對應兩個(gè)比特，假設這種對應關(guān)系是1對N個(gè)比特，對模擬信號的采樣率是F，也就是1秒鐘有F個(gè)PAM信號，這F個(gè)PAM信號就要被轉換成F*N個(gè)比特，所以比特率就是F*N了。

　　對于完成轉換的數字信號，我們如何處理呢?有的是被放進(jìn)存儲器中存儲了，有的是到CPU中進(jìn)行計算，加密等處理了。

　　通常為了達到通信目的，我們就要將數字信號傳遞并且轉換成模擬信號，畢竟在生活中模擬信號才是我們可以識別的。

　　所以我們從存儲器中讀取數字信號，這些信號是基帶信號，不容易傳輸，經(jīng)過(guò)數字調制系統就可以轉換成高頻信號而被發(fā)送設備以各種形式比如微波，光信號傳播出去。發(fā)送這些高頻信號的速度關(guān)系到發(fā)送的比特率注意與前面的轉換的比特率有不同。假如整個(gè)發(fā)送端可以發(fā)送四中波形A，B，C，D，它們可以分別表示發(fā)送了00，01，10，11信號，那么我們就說(shuō)發(fā)送一個(gè)符號(即波形)就是發(fā)送了兩個(gè)比特了。由此得到符號率與比特率的關(guān)系B=N*D.D是符號率baud/s， B是比特率bit/s， N表示一個(gè)符號與N個(gè)比特對應。

　　接收設備將這些信號轉換成電信號，通過(guò)解調器，就可以還原基帶信號，同樣可以將它們放進(jìn)存儲器存儲，這可以理解成網(wǎng)絡(luò )視頻在我們的電腦上的緩存。緩存中的信號通過(guò)解碼器，也就是與編碼器功能相反的器件將數字序列轉換成各種量化的臺階(檔次)信號。

　　最后將臺階信號進(jìn)行填充恢復，我們就又可以原來(lái)的輸入的模擬波形了，由此我們完成一次通信。

　　如果模擬信號不需要數字化，那么我們可以進(jìn)行模擬調制，同樣可以發(fā)送出去，這個(gè)過(guò)程要簡(jiǎn)單很多。

　　當然，這里所講的只是我們學(xué)習中所涉及的一些概念，完整的通信系統還有更多要考慮的，這只是我覺(jué)得通信過(guò)程的關(guān)鍵的骨架問(wèn)題。

　　還有幾個(gè)概念是對它們的理解和總結，希望可以和大家分享。

　　1.二進(jìn)制比特率與信息量中的比特率。

　　因為我們假定二進(jìn)制信號是等概率發(fā)生的，也就是P=0.5，而信息量的定義是這樣的I=-log2(p)bit，通過(guò)此式，我們可以計算發(fā)送的一個(gè)二進(jìn)制符號的信息量I=-log2(0.5)bit=1 bit，所以我們通常說(shuō)一個(gè)0或者1就是一個(gè)比特了。

　　2.方波的帶寬問(wèn)題。

　　由上圖我們可以注意到，一個(gè)持續時(shí)間為T(mén)的方波，它的頻譜是一個(gè)SINC函數，零點(diǎn)帶寬是1/T，即時(shí)間的倒數。當然，方波的帶寬是無(wú)限大的，因此這樣的波形在現實(shí)中是很難實(shí)現的，我們只能給方波提供一定的帶寬，就是說(shuō)得到的肯定只能是經(jīng)過(guò)了過(guò)濾的波形。

　　在這里我們可以聯(lián)系到吉布斯現象。我們可以這樣理解：頻率越大，就說(shuō)明變化越快，而方波的轉折點(diǎn)處就是一個(gè)極快的變化也就是有頻帶的高頻部分構成，而經(jīng)過(guò)帶限的濾波之后，高頻被濾去，得到的波形在轉折點(diǎn)處就變化慢下來(lái)，于是在需要變化快的地方(如方波的轉折點(diǎn))變化慢，由此產(chǎn)生吉布斯現象。

　　3.升余弦滾降濾波器。

　　我們知道升余弦滾降濾波器是防止碼間串擾而設計的。碼間串擾是指各個(gè)時(shí)間點(diǎn)上發(fā)送的符號并非準確的方波，而是在規定的時(shí)間內仍有余波，于是對下一個(gè)時(shí)刻發(fā)送的符號產(chǎn)生影響，最后可能因為影響的疊加效果而使后果嚴重，得到相反的采樣結果。注意我們這里講的碼間串擾都是發(fā)生在基帶頻率上的。因此升余弦滾降濾波器也是在基帶上的應用。

　　下圖是升余弦滾降濾波器的原理圖，上半部分是濾波器的頻譜相應圖，下半部分是濾波結果在時(shí)間域上的波形圖。

　　我們可以這樣思考，發(fā)送的基帶波形是在一定的帶限內的，假如說(shuō)要求發(fā)送的符號率是D，那么圖下半部分中可知1/2f0=1/D，所以f0=1/(2*D)，或者說(shuō)D=2* f0，由下半圖我們可以看出我們發(fā)送的符號的頻率是2* f0，這串符號在頻譜上的表示(上半圖)是個(gè)帶寬為f0的信號，這個(gè)就是采樣定理中說(shuō)的當波形用SINC函數來(lái)表示時(shí)，符號率是該波形的帶寬的兩倍，也就是升余弦滾降濾波器在r=0的時(shí)候的特性。

　　當然，我們這里表示的只是發(fā)送一個(gè)符號的波形的帶寬，但是我們可以這樣想象，一個(gè)系統在任何時(shí)候發(fā)送符號是使用的帶寬f0都是固定的，在1時(shí)間段內發(fā)送的波形的帶寬在f0以?xún)?，那么我們完全有理由相信?時(shí)間段內發(fā)送的波形的帶寬必然在f0以?xún)?，所以這樣可以理解多個(gè)符號組成的波形的帶寬是在f0以?xún)鹊摹?/p>

　　從下半圖我們可以看到，隨著(zhù)r的增加，符號波形在一個(gè)周期段以外的衰減就會(huì )加快，這里我們就可以看到它對碼間串擾的影響會(huì )減小，這個(gè)就是升余弦滾降濾波器的作用，但是我們必須清楚的看到，符號率是不變的2* f0，而系統的絕對帶寬在增加。根據升余弦滾降濾波器的定義我們得到這樣一個(gè)關(guān)系D=2* f0/(1+r)。從以上的分析過(guò)程我們可以認為1/2*f0就是發(fā)送的數字信號的周期，也就是對于同樣周期的信號我們需要不同的帶寬，這個(gè)帶寬就是發(fā)送的數字信號的帶寬，而與原始的模擬波的帶寬無(wú)關(guān)。

　　4.調制的一些想法。

　　在學(xué)習調制的過(guò)程中，我一直搞不清什么是調制信號，什么是載波。最后總算明白，原來(lái)(一般來(lái)講)調制就是將低頻信號(調制信號)攜帶的信息在另外一個(gè)高頻的信號(載波)上表現出來(lái)，表現的方法可以是改變載波的幅度或者相位或者頻率等。當我們看到調制完成的波形是，發(fā)現它與載波有不同的幅度或者相位或者頻率，從這里的變化我們極可以判斷處調制信號有那些信息。載波就是用來(lái)攜帶低頻信號要表達的意思的高頻信號。之所以用高頻是因為在一般情況下高頻信號便于傳輸。

　　以上是我在學(xué)習通信原理中覺(jué)得關(guān)鍵要明白的只是點(diǎn)，這樣知識才可以融會(huì )貫通。