關(guān)于通信原理的一點總結(jié) 學(xué)了通信原理這門課，一開始覺得很難，而且聽學(xué)長們也總是告誡我們，通信原理是很難的課程，平時一定要好好學(xué)，不然自己復(fù)習(xí)的日子根本就抓不到要點了。事實上好像也是如此，在周圍，這門主課的掛課率總是算前排的。當(dāng)然對于我這樣的人，總是上課時算是比較認真的，但是半期的時候還是沒有搞懂它是干什么的，甚至到期末了，也只有零星的一點編碼呀，帶寬呀，調(diào)制啦，這樣一些概念，但這些技術(shù)在一個通信系統(tǒng)中又是出于什么樣的位置，該怎樣應(yīng)用這些技術(shù)組成一個通信系統(tǒng)，對此我還是一概不知。然而經(jīng)過期末前的復(fù)習(xí)，我感覺 自己對通信系統(tǒng)總算有個印象了，所以想把那些零碎的名詞做一些解釋，并且用我自己的學(xué)習(xí)過程以及對通信系統(tǒng)的了解來說明這些技術(shù)的應(yīng)用。 上面是我畫的認為比較完整的通信系統(tǒng)的簡單流程圖，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)過量化歸屬到個檔次的幅度中 比如我們有 2V,4V,6,V,8V 四個檔次的歸類，并且規(guī)定 1V3V 之 間的 PAM 離散信號就歸類到 2V 的檔次中去 ,一次類推，通過比較給每個 PAM 信號進行歸類， 這就是量化。 之后將量化了的信號進行編碼，編碼是一種認為規(guī)定的過程 比如我們規(guī)定 2V 用 00 表示， 4V 用 01 表示， 6V 用 10 表示，而 8V 用 11 來表示 ,這樣就把階梯信號和二進制信號有了一種對應(yīng)關(guān)系，順著這種對應(yīng)關(guān)系，我們可以得到剛才量化了的信號的二進制代碼，這就是 PCM 編碼得到了可以在存儲器中存儲的數(shù)字信號。 以上從模擬到數(shù)字信號的一種轉(zhuǎn)變就是我們常說的 A/D 轉(zhuǎn)換。至于我們平時要求的轉(zhuǎn)換比特率的求法可以從它的轉(zhuǎn)換過程得出計算方法 。 一個 PAM 信號對應(yīng)一個檔次，而一個檔次對應(yīng)幾個比特的數(shù)字是在編碼中體現(xiàn)的，例子中就是一個檔次對應(yīng)兩個比特，假設(shè)這種對應(yīng)關(guān)系是 1 對 N個比特，對模擬信號的采樣率是 F,也就是 1 秒鐘有 F 個 PAM 信號，這 F 個 PAM 信號就要被轉(zhuǎn)換成 F*N 個比特，所以比特率就是 F*N 了。 對于完成轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號，我們?nèi)绾翁幚砟兀坑械氖潜环胚M存儲器中存儲了，有的是到 CPU 中進行計算，加密等處理了。 通常為了達到通信目的，我們就要將數(shù)字信號傳遞并且轉(zhuǎn)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(shù)字信號，這 些信號是基帶信號，不容易傳輸，經(jīng)過數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)就可以轉(zhuǎn)換成高頻信號而被發(fā)送設(shè)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(zhuǎn)換的比特率有不同。假如整個發(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，那么我們就說發(fā)送一個符號（即波形）就是發(fā)送了兩個比特了。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 表示一個符號與 N 個比特對應(yīng)。 接收 設(shè)備將這些信號轉(zhuǎn)換成電信號，通過解調(diào)器，就可以還 原基帶信號，同樣可以將它們放進存儲器存儲，這可以理解成網(wǎng)絡(luò)視頻在我們的電腦上的緩存。緩存中的信號通過解碼器，也就是與編碼器功能相反的器件將數(shù)字序列轉(zhuǎn)換成各種量化的臺階（檔次）信號。 最后將臺階信號進行填充恢復(fù)，我們就又可以原來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(shù)字化，那么我們可以進行模擬調(diào)制，同樣可以發(fā)送出去，這個過程要簡單很多。 當(dāng)然，這里所講的只是我們學(xué)習(xí)中所涉及的一些概念，完整的通信系統(tǒng)還有更多要考慮的，這只是我覺得通信過程的關(guān)鍵的 骨架問題。 還有幾個概念是對它們的理解和總 結(jié)，希望可以和大家分享。 1. 二進制比特率與信息量中的比特率。 因為我們假定二進制信號是等概率發(fā)生的，也就是 P=0.5，而信息量的定義是這樣的 I=-log2(p)bit,通過此式， 我們 可以計算發(fā)送的一個二進制符號的信息量 I=-log2(0.5)bit=1 bit,所以我們通常說一個 0或者 1 就是一個比特了。 2. 方波的帶寬問題。 由上圖我們可以注意到，一個持續(xù)時間為 T的方波，它的頻譜是一個 SINC函數(shù)，零點帶寬是 1/T，即時間的倒數(shù)。當(dāng)然，方波的帶寬是無限大的，因此這樣的波形在現(xiàn)實中是很難實現(xiàn)的，我們只能給方波提供一定的帶寬，就是說得到的肯定只能是經(jīng)過了過濾的波形 。 在這里我們可以聯(lián)系到吉布斯現(xiàn)象。我們可以這樣理解：頻率越大，就說明變化越快，而方波的轉(zhuǎn)折點處就是一個極快的變化也就是有頻帶的高頻部分構(gòu)成，而經(jīng)過帶限的濾波之后，高頻被濾去，得到的波形在轉(zhuǎn)折點處就變化慢下來，于是在需要變化快的地方（如方波的轉(zhuǎn)折點）變化慢，由此產(chǎn)生吉布斯現(xiàn) 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?dāng)_而設(shè)計的。碼間串?dāng)_是指各個時間點上發(fā)送的符號并非準確的方波，而是在規(guī)定的時間內(nèi)仍有余波，于是對下一個時刻發(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(jié)果。 注意我們這里講的碼間串?dāng)_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(yīng)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(yīng) 圖，下半部分是 濾波結(jié)果在 時間域上的波形圖。 我們可以 這樣思考，發(fā)送的基帶波形是在一定的帶限內(nèi)的，假如說要求發(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 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）是個帶寬為 f0的信號，這個就是采樣定理中說的當(dāng)波形用 SINC 函數(shù)來表示時，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 的時候的特性。 當(dāng)然，我們這里表示的只是發(fā)送一個符號的波形的帶寬，但是我們可以這樣想象，一個系統(tǒng)在任何時候發(fā)送符號是使用的帶寬 f0都是 固定的，在 1 時間段內(nèi)發(fā)送的波形的帶寬在 f0以內(nèi)，那么我們完全有理由相信在 2 時間段內(nèi)發(fā)送的波形的 帶寬必然在f0以內(nèi)，所以這樣可以理解多個符號組成的波形的帶寬是在 f0以內(nèi)的 。 從下半圖我們可以看到，隨著 r 的增加，符號波形在一個周期段以外的衰減就會加快，這里我們就可以看到它對碼間串?dāng)_的影響會減小，這個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(tǒng)的絕對帶寬在增加。根據(jù)升余弦滾降濾波器的定義我們得到這樣一個關(guān)系 D=2* f0/(1+r)。 從以上的分析過程我們可以認為 1/2*f0就是發(fā)送的數(shù)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，這個帶寬就是發(fā)送的數(shù)字信號的帶寬， 而與原始的模擬波的帶寬無關(guān)。 4. 調(diào)制的一些想法。 在學(xué)習(xí)調(diào)制的過程中，我一直搞不清什么是調(diào)制信號，什么是載波。最后總算明白，原來（一般來講）調(diào)制就是將低頻信號（調(diào)制信號）攜帶的信息在另外一個高頻的信號（載波）上表現(xiàn)出來，表現(xiàn)的方法可以是改變載波的