通信基本概念

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前言

调幅AM无线广播系统：麦克风（声音转化为电信号）–发射机（音频信号进行放大、调制）–发射天线（AM信号转为电磁波）–传输介质（有噪声）–接收天线（带噪声的AM信号）–收音机（本振回路、调谐、放大等模块，功能是解调AM信号，还原为音频信号）–扬声器

信源–发射单元–信道（噪声）–接受单元–信宿
声音–电–电磁波–电–声音

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一、消息、信息和信号

1.消息的定义

消息是通信系统要传输的对象，包含连续消息和离散消息。

• 连续消息：语音、温度、活动图片等；
• 离散消息：计算机数据、符号、文本（26个字母）等。

2.信号的定义

信号是消息的电表示形式，为消息的物质/传输载体。

• 模拟信号：信号参量取值连续的信号；
• 数字信号：信号参量取值离散的信号。

3.信息的定义

消息中蕴含的内容，原来未知而待知的内容。

4.消息、信息和信号的关系

信息 ⇌（内涵、表现形式） 消息 ⇌（传输载体） 信号

5.通信的目标

利用电信号传输消息中包含的信息，收端获得信息后，不确定性被消除 。
通信的意义：消除不确定性。

二、通信系统的组成模型

1.一般通信系统模型

信源 → 发送设备（含编码、调制、放大等）→ 信道（噪声源（必不可少的部分）） → 接收设备 → 信宿

2.各部分说明

• 信源：将消息转化为电信号发出。
• 发送设备：将原始的电信号转化为适合在信道中传输的信号。
• 信道：能够传输信号的各种物理媒介。
• 接收设备：与发送设备功能互逆，可能包含解调、译码等。
• 信宿：将电信号转化为消息，收到信息。

3.模拟通信系统模型

模拟信源 → 调制器 → 信道 （噪声源）→ 解调器（从载波上卸载信号） → 信宿

模拟电信号转化为原始电信号（基带信号）后，通过调制转化为已调信号（带通信号），传送的是模拟波形。
调制是为了让信号更适合在信道中传输，解调是调制的逆过程。

调制是实现频谱搬移的过程，可以节省频带资源，优化天线设计尺寸。

4.数字通信系统模型

信源 → 信源编码 → 加密 → 信道编码 → 数字调制 → 信道（噪声源） → 数字解调 → 信道译码 → 解密 → 信源译码 → 信宿

• 信源编码：A/D转换，通过数据压缩（如视频的H264，HEVC（H265））去冗余，提高通信系统有效性。
• 信道编码：提高系统抗干扰能力，通过加冗余（加校验）提高通信系统的可靠性。
• 数字调制：把信息加到高频载波上。
• 数字解调：从已调信号中卸载信息。
• 关键环节：编码/解码，调制/解调，同步 。

4.数字通信的特点

数字通信的优点

• 抗干扰能力强，噪声不积累：数字通信看状态，模拟通信看保真度。
• 传输差错可控：信道编码、信道译码。
• 便于处理、变换、存储。
• 便于将来自不同信源的信号综合传输。
• 易于集成，便于加密 。

数字通信的缺点

• 需要较大的传输带宽。
• 对同步要求高，设备复杂 。

三、通信系统的分类

• 按信道信号特征分类：模拟通信、数字通信。
• 按传输媒质分类：有线通信、无线通信。
• 按传输方式分类：基带传输、带通传输。
• 按通信业务分类：电话、数据、视频、图像通信等。
• 按工作波段分类：长波、中波、短波、微波、红外以及激光通信等。
• 按复用方式分类：FDM（频分）、TDM（时分）、CDM（码分）、SDM（空分）、WDM（波分复用）等。

同一个通信系统可属于不同的分类。如AM广播系统属于中、短波通信系统，模拟通信系统以及带通传输系统。

通信方式（按码传输时序划分）

并行传输：在并行信道上同时传输n个bit信息

• 优点：节省传输时间，速度快；
• 缺点：需要n条通信线路，成本高；
• 应用：设备之间近距离通信，如计算机、打印机。

串行传输：数字码元序列按时间顺序一个接一个地在一条信道中传输

• 优点：只需要1条通信线路，成本低；
• 缺点：速度慢，需要外加同步措施；
• 应用：远距离通信 。

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