通信原理

2023-09-19

PS:更新于2023-10-5

1. 通信模型

其实就是分成

  • 发送端
  • 信道
  • 接收端 在细分就是,信源、发射器(编码和调制)、信道、接收器(解调和译码)、信宿

一、通信流程

有电路交换和分组交换之分
电路交换在通信前需要建立连接,通信结束后拆除电路,其有独占性,即电路建立后不能被其他人占有,也因此,电路交换是实时的
电路交换的通信流程是:建立连接、通信、释放连接

分组交换的本质是存储转发,采用的是逻辑电路(即虚电路),这是一种非面向连接/无连接的交换,并没有一个实际的物理链路。也因此,分组交换可以采用灵活的带宽分配(传的时候占用多的带宽,不传的时候就不占用带宽)
分组交换也有缺点,即传递是有延时的,因为同一个包的不同分组可能会走不同的路径;为了能到达信宿,需要有报文记录信宿的位置;信宿在接收报文时也需要一定的缓存机制

二、信道

信道指的就是信息的传输通道
信道对传输的信号是有要求的,信息必须经过转换这个步骤,才能在信道中传输,另外,信号传输过程中会衰减

另外,信道带宽也是一个很重要的概念,它是指信道所能传输的最高频率的信号,单位是Hz。众说周知,频率越高,能量越大,所以信号频率范围的大小就是信道的带宽,信道上传输的信号带宽不能超过信道带宽

信道容量是指信道所能传输的最大信息量,单位是bit/s,它与信道带宽和信噪比有关,信道容量越大,传输的信息量越大,信道容量的计算公式为:C=B*log2(1+S/N),其中B是信道带宽,S是信号的平均功率,N是噪声的平均功率

三、信号变换

承载的信息需要经过信号变换,才能在信道中传输。
发射器做的事情包括信源编码、信道编码、交织、脉冲成形、调制
接收器做的事情包括解调、采样判决、交织解除、信道译码、信源译码

信源编码主要将模拟信号转化为数字信号,再进行压缩编码,尽量剔除冗余,减少传输带宽的占用

信道编码主要是为了提高信道的可靠性,增加冗余,以便在接收端进行纠错,解决信道的噪声和干扰导致的误码问题

然而,信道编码在应对信号传输过程中连续的出错无能为力,因此需要交织,交织是将连续的出错变成间断的出错,以便纠错,本质上就是将发送的信息打乱,在接收器再重新调整顺序

二进制数据以矩形脉冲的形式发送(比如0用正脉冲,1用负脉冲),然而,这样的脉冲会导致频谱的扩展(高频成分比较多,导致频带变高),因此需要脉冲成形,脉冲成形就是将矩形脉冲变成带通滤波器

脉冲成形后,就可以进行调制了,调制的目的是将信息承载到满足信道要求的高频载波信号上,以便在信道中传输,调制的方式有很多,比如调幅、调频、调相

四、复用和多址技术

其实有一个问题,如果语音和数据是用同一个频率的话,人同一时间只能干一件事(语音or上网),因此需要将不同的信号分配到不同的频率上,比如ADSL就是这么干的。顺道一提,它将语音、上行数据、下行数据分到不同的频率上,因为下行数据的占据的频率范围较广,所以,用户下载比上传速度快

将不同的信号分配到不同频率上指的就是复用和多址技术了

复用是指一条信道同时传输多路数据的技术,分为频分复用(FDM)、时分复用(TDM)、码分复用(CDM)

多址是指一条信道同时传输多个用户的数据,同样分为TDMA、FDMA、CDMA,另外,多址技术还会关注信道资源的分配算法

五、总结

通信模型的总结如下: