通信原理的简单了解

ranlic

想起了多年前我刚上大一的时候，也是同样迷茫，不明白通信到底是什么；学了各种数学课，却对通信一无所知。我说一下我的理解好了，有问题我再修改。
通信到底是什么呢？其实每一本有关通信的书里，一般都会介绍类似下面的三个：
一、通信的目的：将信息从发端”搬运“到收端。
二、衡量通信过程的指标：有效性和可靠性。
三、完成通信的手段：和具体信道和收发端有关系。其实这也是题主问题里所问的一切，那一切的东西，都是手段。
一切通信都离不开这三个方面。就如同你和其他人交流的时候可以通过声音，你想表达的是你的信息，通过的信道是空气。那么你的通信手段就是: 首先将你想说的内容调制到声音频率上，然后发送你想说的话给你的听众，然后你的听众接收到了你的发送信号（声音），然后理解（解调和译码）了你的意思。你看这就是一个通信过程。
那么考虑这样或那样的问题，面对不同的信道，不同的人群，如何能有效并可靠的将你的信息给别人呢？那就要考虑各种实际的问题了。如果你在太空中，没有任何声音可以传播的介质，你能通过大声喊（就认为这是一种编码、调制并发送的过程好了）让别人听见吗？答案当然是否啦。不过近距离的话你可以通过手势，眼神等其他（编码、调制）方式来完成交流，这就是面对不同信道的一种解决方案了。那么再考虑另外一种情况，如果你和一个略通中文歪果仁用中文对话，你当然不可能用很快的语速来交流了，那么降低你的说话频率（码率或者速率）就是一种不错的解决方案了。这个过程你可以看做是一个面对条件不好的接收机，所作出的次优选择了。
回过头来，题主所问的随机信号呀，信道呀，编码呀，这些都是面对实际中的具体问题而出现的。我们最常用的地面无线信道，发送的是电磁波，发送端和接收端是天线，介质是空气。因为衰落和天线尺寸的关系，我们只能选取高频的电磁波作为载体，那么就需要调制。经过的信道由随机的衰落和噪声（噪声的来源有机器的电子噪声，也有其他信号的干扰混叠），那么想研究这个通信过程，就必须考虑随机的噪声，那么这就到了随机信号分析。调制过的信号带宽并不是无穷的（这个你通过高数里的傅里叶变换就可以看出），因此这个信号是在一定频带内传输的，那么我们设计滤波器的时候，只考虑信号频带内的传输就可以，这就是带通系统。等你学了信息论之后，你会发现，模拟信号的熵是正无穷，也就是说，你无法通过有限长度的有限进制的数组表示任意一个浮点数。换句话说，当信息是模拟信号，在通过一个有噪信道之后，无法完完全全的恢复原始信号。并且为了便于实际数字电路和运算处理，二进制表述的信号，是最容易处理的一种方式（当然不是最优方式）；因此现代的通信系统，都是数字系统。在将原始信号转化成数字信号，同时希望数字信号越短越好（信源编码：采样和压缩）
按照刚才讨论的那一通，现代通信的过程，就是讲原始信息模拟数字转换和信源压缩（降低冗余），然后做一些信道编码（增加冗余，以降低错误），然后调制成传输符号（BPSK，QPSK, 64-QAM,OFDM...）,经过信道传输，然后接收机解调，信道译码，解压缩，数字信号转模拟信号，最后生成一个很接近原始信息的信号。这个过程就是香农给出的通信系统模型。