通信原理这本书主要讲了什么,通信原理课程开设情况及主流教材
什么是“通信”? 简而言之,通信就是传递信息。
把我的信息发给你。 你把你的信息发给我。 这就是通信。
通信的官方定义是——人与人或人与自然之间通过某种行为或媒体进行的信息交换和传递称为通信。
也就是说,通信不限于人类之间的信息交换,还包括自然万物。
还是从我们人类说起吧。 果然,在大部分的交流场合,人是主体。
从人类诞生的那一刻起,通信就是生存的基本需要。
刚出生的婴儿用哭声传达饥饿的信息,向自己的母亲寻求母乳和爱情。
参加狩猎的部落成员通过呼喊吼叫,呼吁伙伴的支援和合作。
所有这些都属于通信的范畴。
随着人类社会组织单位的不断壮大,通信的作用也越来越大。
国家之间的联系、家庭之间的关怀、关怀,都离不开通讯。
通信手段也从面谈这种近距离方式,发展到烽火、旗语、击鼓、鸣金等各种远距离方式。
这些通信方式主要通过视觉或听觉实现。
这需要在两种通信之间是可见的或能够听到的。
客观条件的限制限制了通信的范围。
采用驿站、信鸽等方式,虽然在一定程度上解决了范围和距离问题,但也带来了时效性问题,一时达不到。
19世纪的电磁理论出现并成熟了。
在此基础上,莫尔斯发明了莫尔斯码和有线电报,贝尔发明了电话,马可尼发明了无线电报,人类开启了通过电磁波进行通信的近现代通信时代。
通信距离限制不断突破。
与此同时,长途通信的延迟也在不断缩小。
当今,我们全面进入信息时代,对通信的需求和依赖空前强烈。
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,已经成为一步也走不开的必需品。
不仅仅是个人,整个社会的行动都是建立在对通信技术的依赖之上的。
通信技术的先进程度已成为衡量一个国家综合实力的重要标志之一。
很难想象如果通信技术回到200年前,我们的世界会变成什么样的混乱场面。
回到通信的本质吧。
任何通信行为都可以看作是一个通信系统。
通信系统包括信源、信道和信宿三个要素。
例如下课后,校队人员就会按铃。 校队者是源头,空气是渠道,老师和同学们是信宿。
那铃是什么? 铃声是频道的信号。
这个信号附有信息,信息告诉旅馆“应该下课”。
更具体地说,振铃是发射设备,老师和同学们的耳朵是接收设备。
所有的信息(数据)都是信息吗? 信息越多,信息不是就越多吗? 不。
很多人认为信息越多、数据越多、信息量越大。 这是误会。
信息量的大小和信息出现的概率直接相关。
简单来说,随机事件发生的概率越低,信息量就越大。
例如,如果我告诉你“地球是圆的”这个词,信息量就是0。
简而言之,我说的是无稽之谈。
如果我说我在什么地方藏了一亿美元的现金,显然这个信息量很大。
通信技术的发展过程,简言之,就是研究如何在更短的时间内传输更多信息量的过程。
为了实现这个目的,源端需要不断升级自己的发射设备,宿需要不断升级自己的接收设备。
渠道的媒体也在不断升级。
根据信道介质的不同,将通信系统分为有线通信和无线通信。
顾名思义,采用网线、光纤、同轴电缆作为通信介质的就是有线通信。
使用空气和真空是无线通信。
无论是有线还是无线,传输的都是电磁波——,通过有线电缆传播电磁波以引导行波,通过空气(真空)将电磁波作为空间波传播。
世界上没有真正意义上的“完全”无线通信。
在无线通信系统中,除了信道部分有无线链路外,包括信源、信宿、几乎所有信道在内,实际上都是有线的。
就像我们现在使用的手机通信系统一样,它只有手机和基站天线之间是无线传播,其他环节仍然是有线传播。 例如,基站至机房、南京机房至上海机房等。
说到手机的通信系统,让我多介绍一下。
手机通信系统也称为蜂窝通信系统,由于手机通信依赖于基站,基站小区的覆盖范围看起来像蜂窝。
蜂窝通信通常称为移动通信,移动通信是一种无线通信。
除了移动通信之外,Wi-Fi通信、收发器通信、卫星通信、微波通信也是无线通信。
无线通信所用的电磁波看不见、触不到、听不见,但速度非常快(光也是电磁波,秒速30万公里)。
但是,利用它,并不是那么容易的。
在电缆电报开始的时代,我们用电流脉冲的长度组合来传递文字。
例如,字母a是“……”、点信号、长信号。
要说出完整的单词,需要几秒到十几秒。
很明显,这个速度是不能接受的,需要时间和精力。
“得了吧,这个破东西差点杀了我”
此后,人们开始用“波浪”来传递信息。
如果用波的振幅表现0或1,振幅大的表示1,振幅小的表示0,即为振幅调制( AM )。
用波的频率表示0或1时,表示波形密集的为1,波形稀疏的为0的为FM (调频)。
取款机和调频,很眼熟吧? 收音机上有这样的标志。
很明显,每秒发送的波形越多,发送的0和1就越多,信息量就越大。
也就是说,频率越高,速度越快。
很多人问,为什么我们现在使用高频信号传输信息?
以上是主要原因之一。
无论是调频还是调频,都是我们常说的调制。
解调呢? 在宿端,从调制的信号中取出信息。
我们以前在网上使用的猫( Modem )是用调制解调器做这件事的。
现在到处成为话题的手机芯片中的基带芯片,说白了也在做这件事。
我们当前使用的通信系统基本上是数字通信系统,传送的是数字信号。
数字信号的典型调制机制是振幅偏移调制( ASK )、频移调制( phf-sqam )、相移调制( phf-sqam )、以及正交振幅调制。
我们的LTE,还有即将到来的5G,都在使用QAM。
这么多点的图叫做星座图
传输数据就像汽车运输货物,想要运输更多的货物,既可以拓宽道路,又要想办法让自己减重。
有价值的货物当然不能丢,但可以减少没有价值的装载量。
就像人与人之间说话一样,选择重要的词语,不要胡说。
在这里,我将提到编码技术。
有两种编码,第一种是源代码。
我们听到的声音是音频信号,看到的场景是图像和视频信号。
不同的信号有自己的编码方式。
音频信号经常使用PCM编码和MP3编码等。
在移动通信系统中,以3G WCDMA为例,使用AMR语音编码。
视频信号通常包括MPEG-4编码( MP4 )和H.264,H.265编码。
在政企常用的视频会议电话系统(也是一种通信系统)中,目前开始普遍采用的是H.265码。
除了源代码之外,还有通道代码。
源代码是删除冗馀信息,而信道代码正好相反,是增加冗馀信息。
为什么呢? 现在谈谈无线信道的复杂性。
相对于有线信道的可靠性和稳定性,无线信道的问题相当多。
无线电信号在空气中的传输会随着传输距离的增加而损失。
该损失也称为路径损失(路损)。
在传输过程中,如果遇到障碍物,将其穿透,就会发生损失,称为穿透损失。
损耗和无线信号传输的一些效果有密切的关系。
例如,阴影效果、多路径效果、远近效果、以及大家听过的多普勒效果。
仅限于篇幅和理解的难度,不做过多介绍。
除了这些电磁波特性引起的衰减之外,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侵占等。
信道编码旨在对抗信道的各种不利影响。
增加冗长的信息就像在货物的边缘装上保护泡沫,保护货物的正确运输。
如果道路颠簸或碰撞,货物的损伤概率会降低。
去年沸沸扬扬的联想5g标准投票事件、以中国为中心推送的Polar码、以及以高通为中心推送的LDCP码,都是在说信道码。
处于3G/4G时代中心地位的turbo码也是信道码。
对抗衰弱的方法除了信道编码外,还有分集技术和均衡技术。
当前被关注的MIMO (多天线收发技术)是空间分集技术之一。
简单来说,就是一个不够的话就用两个,两个不够的话就用四个。
调制和编码结束后,最后谈谈复用和多址。
我们说的是一对一的通信模式。
但是在实际生活中,我们不能只有两个人使用一个通信系统。
我们会让尽可能多的人同时使用它。
这需要多址技术。
说到多址,FDMA、TDMA、CDMA、SDMA、OFDMA、……所有这些都是多址技术,例如,FDMA :频分多址TDMA :时分多址、CDMA :码分多址、OFDMA :空分多址
作为一个简单的例子,把频率资源想象成一个房间。 如果将房间划分为不同的空间,不同的用户在不同的房间聊天,这就是频分多址( FDMA )。
在这个房间里,在某个时间让一个人说话,下一个时间段让另一个人说话,就是时分多址。
如果大家用各自的语言说话,有人说英语,有人说法语,有人说中文,那就是码分多址。
利用天线的方向来区分不同的用户,称为空分多址。
【对不起,房间的例子不适用】把空间分成不同的房间,房间和房间之间有重叠,可以容纳更多的房间。 这称为正交频分多址。
什么是多路复用? 复用和多址的不同之处在于,复用是针对资源进行的,而多址是针对用户进行的。
举个例子,将10MHz的频率资源分割为5个2MHz作为子信道,将其称为复用。
不同的用户使用这些子信道,每个子信道都是用户的“地址”。 这被称为多址。
那么,以上就是今天文章的全部。
不是很难理解吗?
总之,理论上的东西很无聊,下一篇,枣君结合现实的移动通信网络,做个更具体的介绍。