通信原理小結(jié)(20210223135855)

1、通信原理小結(jié)總是上課時算是比較認(rèn)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(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(rèn)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

2、,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(jìn)行歸類，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(rèn)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(jìn)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(jìn)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

3、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(jì)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?？有的是被放進(jìn)存儲器中存儲 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

4、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

5、， 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(jìn)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(jìn)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(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, 通過此式，我們可以計(jì)算發(fā)送的一個二進(jìn)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(diǎn)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(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 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

7、點(diǎn)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(diǎn)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(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 時間點(diǎn)上發(fā)送的符號并非準(zhǔn)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?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

9、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(rèn)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幅度 或者相位或者頻