通信原理

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1.通信原理概述1.1 什么是通信

        广义上讲，不管用什么方法，通过什么传输媒介，将信息从一个地方传到另一个地方就是通信；狭义上讲，通信只包括电信和广播电视，电信（telecommunications）就是通过“电”来传播信息。

1.2 通信分类

        按传输媒介可分为有线通信（电缆、光缆、导波、纳米材料等）和无线通信（电磁波）；按信道中传输信号类型可分为模拟信号（有时也称为连续信号）和数字信号（也称为离散信号）； 按工作频段可分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信；

1.3 什么是通信系统

       简单来说就是实现信息传递所需要的一切技术设备和传输媒介。通信系统由简单到复杂逐渐发展，经历了由有线到无线、模拟到数字的发展历程。

• 有线模拟通信系统
  

       模拟信号就是利用连续变化的物理量来表达的信息。1875年，贝尔发现电流的强弱可以模拟声音的大小，由此想到了利用电流来传递声音。

图1.1 有线模拟电话通信系统

       如上图就是一个简单的有线模拟电话通信系统。话筒主要负责将声音的变化转为电流的变化，具体来说，对准话筒说话时，声波使麦克风中膜片发生震动，使得电阻变小，从而电流变大；电流通过电线传输到听筒，听筒中的磁体随电流变化规律产生相应的磁场，从而带动听筒中的纸盆震动，发出声音。

       模拟信号中模拟，简单来说就是指将非电信号用电信号模拟表示出来。

图1.2 话筒结构图

• 无线模拟通信系统
  

        有线电话通信系统通过电流来传递声音，无线电话通信系统则通过电磁波。无线电话通信系统主要包括话筒、调制器、发射天线、接收天线、解调器、听筒。

图1.3 无线电话通信系统

       模拟信号在前面说了，也可以称为连续信号，声音的变化是连续的，产生的音频信号也是连续的，因此就有一个缺点，那就是抗干扰能力差。如下图所示，第一个图是话筒送出的音频信号波形，第二个是听筒收到的音频信号波形。

图 1.4 声音波形图

• 有线数字通信系统
  

       数字信号是一些离散的信号，通常用0和1表示，其分别表示高电平和低电平。相比模拟信号，数字信号有不少优点：抗干扰能力强、便于复用传输、便于交换、加密、存储等。

       从原始信号到抽样信号大体上分为三个过程：抽样、量化、编码。抽样就是每隔一小段时间抽取原始信号的一个值，然后量化就是将该值归为既定几个数值（比如0~9）中的某一个，类似于我们将成绩90-100分归为A，80-90归为B一样，最后编码就是将量化后的值编成仅由0和1组成的序列，就相当于转为二进制。

        转为数字信号后，比如发送端将声音信号进行处理后已经转为了数字信号，也就是说用二进制数表示这段声音，那么将这段数字信号传递出去，我们就只需要按低电平表示0，高电平表示1就行。如下图所示。

图 1.5 数字信号形成与传输

        可以看出，转为数字信号后，在接收端只需要区分高电平和低电平就很容易恢复出二进制数字， 但如果传输线路较长，信号衰减较大，这时候信号的波形失真就会比较严重，二进制数据的恢复容易出现错误。这种情况下，我们可以在中间阶段，信号波形失真还不是很严重的情况下插入数字中继器，将波形重新恢复成理想波形再传输出去。

图1.6 数字信号的再生

       模拟信号看似也可通过这样的办法来解决波形失真问题，但要知道，数字信号经过中继器后原来衰减了一些的的高电平还是恢复成高电平，低电平还是低电平，信号失真能够得到修复， 而模拟信号经过中继器后，失真部分信号也会被放大，也就是说，对模拟信号进行放大的同时，叠加在其上的噪声也会被放大。