通信原理小結(jié)(20210223135855)

1、通信原理小結(jié)總是上課時(shí)算是比較認(rèn)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(diào)制啦，這樣一些概 念，但這些技術(shù)在一個(gè)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(gè)通信系統(tǒng)，對(duì)此我還是一概不知。然而經(jīng)過(guò)期末前的復(fù)習(xí)，我感覺(jué) 自己對(duì)通信系統(tǒng)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?用我自己的學(xué)習(xí)過(guò)程以及對(duì)通信系統(tǒng)的了解來(lái)說(shuō)明這些技術(shù)的應(yīng)用。上面是我畫(huà)的認(rèn)為比較完整的通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)單流程圖，對(duì)此我做一翻解釋。首先日常生活中的信號(hào)總是模擬的，我們把這些信號(hào)通過(guò)濾波等處理，得 到帶限的信號(hào)，這里以基帶信號(hào) singnal 為例子

2、,signal 經(jīng)過(guò)采樣保持電路， 我們就得到pam信號(hào)，如圖，這樣的信號(hào)就是離散信號(hào)了。離散信號(hào)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(guī)定1v3v之間的pam離散信號(hào)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(hào)進(jìn)行歸類(lèi)，這就是量化。之后將量化了的信號(hào)進(jìn)行編碼，編碼是一種認(rèn)為規(guī)定的過(guò)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(lái)表示，這樣就把階 梯信號(hào)和二進(jìn)制信號(hào)有了一種對(duì)應(yīng)關(guān)系，順著這種對(duì)應(yīng)關(guān)系，我們可以得到剛 才量化了的信號(hào)的二進(jìn)制代碼，這就是 pcm編碼得到了可以在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的 數(shù)字信號(hào)。以

3、上從模擬到數(shù)字信號(hào)的一種轉(zhuǎn)變就是我們常說(shuō)的 a/d 轉(zhuǎn)換。至于我們平 時(shí)要求的轉(zhuǎn)換比特率的求法可以從它的轉(zhuǎn)換過(guò)程得出計(jì)算方法。一個(gè)pam信號(hào)對(duì)應(yīng)一個(gè)檔次，而一個(gè)檔次對(duì)應(yīng)幾個(gè)比特的數(shù)字是在編碼中體現(xiàn)的，例子中就 是一個(gè)檔次對(duì)應(yīng)兩個(gè)比特，假設(shè)這種對(duì)應(yīng)關(guān)系是1對(duì)n個(gè)比特，對(duì)模擬信號(hào)的采樣率是f,也就是1秒鐘有f個(gè)pam信號(hào)，這f個(gè)pam信號(hào)就要被轉(zhuǎn)換成f*n 個(gè)比特，所以比特率就是 f*n 了。對(duì)于完成轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)，我們?nèi)绾翁幚砟兀坑械氖潜环胚M(jìn)存儲(chǔ)器中存儲(chǔ) 了，有的是到 cpu 中進(jìn)行計(jì)算，加密等處理了。通常為了達(dá)到通信目的，我們就要將數(shù)字信號(hào)傳遞并且轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)， 畢竟在生活中模擬信號(hào)才是我們

4、可以識(shí)別的。所以我們從存儲(chǔ)器中讀取數(shù)字信號(hào)，這些信號(hào)是基帶信號(hào)，不容易傳輸， 經(jīng)過(guò)數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)就可以轉(zhuǎn)換成高頻信號(hào)而被發(fā)送設(shè)備以各種形式比如微波， 光信號(hào)傳播出去。發(fā)送這些高頻信號(hào)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(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(hào)，那么我們就說(shuō)發(fā)送一個(gè)符號(hào)（即波形） 就是發(fā)送了兩個(gè)比特了。由此得到符號(hào)率與比特率的關(guān)系 b=n*d.d 是符號(hào)率 baud/s, b 是比特率 bit/s, n 表示一個(gè)符號(hào)與 n 個(gè)比特對(duì)應(yīng)。接收設(shè)備將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)解調(diào)器，就可以還原基帶信號(hào)

5、， 同樣可以將它們放進(jìn)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)，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(hào)通過(guò)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(tái)階（檔次）信號(hào)。最后將臺(tái)階信號(hào)進(jìn)行填充恢復(fù)，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(hào)不需要數(shù)字化，那么我們可以進(jìn)行模擬調(diào)制，同樣可以發(fā)送 出去，這個(gè)過(guò)程要簡(jiǎn)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(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(duì)它們的理解和總結(jié)，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?yàn)槲覀兗俣ǘM(jìn)制信號(hào)是等概率發(fā)

6、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(jì)算發(fā)送的一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)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(xù)時(shí)間為 t 的方波，它的頻譜是一個(gè) sinc 函數(shù)，零點(diǎn)帶寬是 1/t ，即時(shí)間的倒數(shù)。當(dāng)然，方波的帶寬是無(wú)限大的，因此 這樣的波形在現(xiàn)實(shí)中是很難實(shí)現(xiàn)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(xiàn)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(zhuǎn)折

7、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(gòu)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(zhuǎn)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(zhuǎn)折點(diǎn))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(jì)的。碼間串?dāng)_是指各個(gè) 時(shí)間點(diǎn)上發(fā)送的符號(hào)并非準(zhǔn)確的方波，而是在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)仍有余波，于是對(duì) 下一個(gè)時(shí)刻發(fā)送的符號(hào)產(chǎn)生影響，最后可能因?yàn)橛绊懙寞B加效果而使后果嚴(yán) 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

8、半部分是濾波結(jié)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(nèi)的，假如說(shuō)要求發(fā) 送的符號(hào)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(hào)的頻率是 2* f0 ，這串符號(hào)在 頻譜上的表示(上半圖)是個(gè)帶寬為 f0 的信號(hào)，這個(gè)就是采樣定理中說(shuō)的當(dāng)波 形用 sinc 函數(shù)來(lái)表示時(shí)，符號(hào)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(dāng)然，我們這里表示的只是發(fā)送一個(gè)符號(hào)的波形的帶寬，但是我們可以這 樣想象，一個(gè)系統(tǒng)在任何時(shí)候發(fā)送符號(hào)是使用的帶寬 f0 都是固定的，在

9、1 時(shí)間 段內(nèi)發(fā)送的波形的帶寬在 f0 以?xún)?nèi)，那么我們完全有理由相信在 2 時(shí)間段內(nèi)發(fā)送 的波形的帶寬必然在 f0 以?xún)?nèi)，所以這樣可以理解多個(gè)符號(hào)組成的波形的帶寬是 在 f0 以?xún)?nèi)的。從下半圖我們可以看到，隨著 r 的增加，符號(hào)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(duì)碼間串?dāng)_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(hào)率是不變的2* f0, 而系統(tǒng)的絕對(duì)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(gè)關(guān)系 d=2* f0/（1+r） 。從以上的分析過(guò)程我們可以認(rèn)為 1/2*f0 就是發(fā)送的數(shù)字信號(hào) 的周期，也就是對(duì)于同樣周期的信號(hào)我們需要不同的帶寬，這個(gè)帶寬就是發(fā)送 的數(shù)字信號(hào)的帶寬，而與原始的模擬波的帶寬無(wú)關(guān)。4. 調(diào)制的一些想法。在學(xué)習(xí)調(diào)制的過(guò)程中，我一直搞不清什么是調(diào)制信號(hào)，什么是載波。最后 總算明白，原來(lái)（一般來(lái)講）調(diào)制就是將低頻信號(hào)（調(diào)制信號(hào)）攜帶的信息在 另外一個(gè)高頻的信號(hào)（載波）上表現(xiàn)出來(lái)，表現(xiàn)的方法可以是改變載波的幅度 或者相位或者頻