揭秘通信原理核心内容

1、通信的基础概念——信息传递、知识和信号

信息传递是知识的物理形态载体，通信网络传输的目标，涵盖了连续的信息传递（状态连续变化或不可数的）和离散的信息传递（可计数的有限个数）。

知识是信息传递的有效内容，知识是信息传递的内涵。

信号是知识的传输媒介，将各种信息通过线路传播，将信息转化为电信号（在电信号的某个参数上承载信息，例如：正弦波的幅度、相位、频率等），包括模拟信号和数字信号。

模拟信号指的是承载信息的信号参数取值连续的、不可数的、无穷多的。

数字信号指的是承载信息的信号参数只有有限个取值的。

2、通信系统的一般架构

信息源：将各种信息转化为原始电信号。包括模拟信息源（输出连续模拟信号）和数字信息源（输出离散数字信号）。

发送设备：生成适合在信道中传输的信号，使发送信号的特性和信道特性相匹配，具有抗干扰的能力，并且有足够的功率以满足远距离传输的需求。

信道：一种物理介质，将来自发送设备的信号传送到接收设备。

接收设备：对信号进行放大和反变换（如解码、解调），从受损的接收信号中正确恢复出原始电信号。

信宿：信息传递的目的地，将原始电信号还原成相应的知识。

3、模拟通信系统架构

模拟通信系统：利用模拟信号来传递知识的通信系统。

两种变换：

一是：模拟信源将连续的信息转化为原始电信号（基带信号，基本频带信号）；信宿将原始电信号转化成连续的信息。

二是：调制器将基带信号转换成适合在信道传输的信号（已调信号，携带信息，频谱具有带通形式，即带通信号）；解调器将信道传输的信号转换成基带信号。

4、数字通信系统架构

信源编码：两个基本功能，一是：通过某种压缩编码技术减少码元数目以降低码元速率，提高信息传输的有效性；二是：完成模/数（A/D）转换，通过编码器将信源发送的模拟信号，转换成数字信号，实现模拟信号的数字传输。

信源解码：信源编码的逆过程。

信道编码：进行差错控制，对传输的信息码元按照一定的规则加入保护成分（监督码元），组成抗干扰码。

信道解码：按照信道编码的逆规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性。

加密：在保密通信场合，人为地将被传输的数字序列扰乱，加上密码。

解密：接收端采用发送端处理过程相反的操作，对接收到的数字序列进行解密，恢复原来信息。

数字调制：将数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。基本的数字调制方式有振幅键控（ASK），频移键控（FSK），绝对相移键控（PSK）、相对（差分）相移键控（DPSK）。

数字解调：接收端采用相干解调或非相干解调还原数字基带信号。

同步：使收发两端的信号在时间上保持步调一致，包括载波同步、位同步、群（帧）同步和网同步。

5、数字通信的特性和优点

优点：（1）抗干扰能力强，且噪声不累积；（2）传输差错可控；（3）便于对数字信息进行处理、变换、存储，将来自不同信源的信号综合到一起传输；（4）易于集成，使通信设备微型化，重量减轻；（5）易于加密处理，且保密性好。

缺点：可能需要较大的传输带宽。

6、通信系统的分类

按照调制方式分类为基带传输系统和带通传输系统。基带传输是将未调制的信号直接传送；带通传输是对各种信号调制后传输。

按照信号特征分类为模拟通信系统和数字通信系统。

按照传输介质分类为有线通信系统和无线通信系统。

按照信号复用方式分类为频分复用、时分复用、码分复用。频分复用是采用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围；时分复用是用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间；码分复用是采用正交的编码分别携带不同信号。

7、通信方式

单工通信：信息只能单方向传输的工作方式。

半双工通信：通信双方都能收发信息，但不能同时进行收和发的工作方式。

全双工通信：通信双方可同时收发信息。

8、离散信息量

P(x)—信息发生的概率；I—信息中的信息量。

a=e时，单位为奈特（nit）。

a=10时，单位为哈特莱（Hartley）。

a=2时，单位为比特（bit）。

9、离散信源的平均信息量（熵）

离散信源：每个符号所包含信息量的统计平均值，即平均信息量熵，单位b/符号。

当P(xi)=1/M，即所有符号出现概率相等，此时的熵是最大的，熵表征了信源的不确定性。

10、通信系统的性能指标——有效性

有效性——传输一定信息量所占用的频带宽度，即频带利用率。

模拟通信系统，传输同样的信源信号，所需传输带宽越小，频带利用率越高，有效性越好。

数字通信系统，频带利用率定义为单位带宽（每赫兹）内的传输速率。

RB——码元传输速率，即传码率（波特率），单位时间（每秒）传输码元的数目，单位为Baud，波特。

TB——每个码元的长度TB(s)，可以理解为每个码元的持续时间。

Rb——信息传输速率，即传信率（比特率），单位时间（每秒）传输的平均信息量，单位b/s，比特/秒。

等概率，平均信息量（熵）H，M——M进制。

Rb与RB的关系。

Tb与TB的关系。

11、通信系统的性能指标——可靠性

可靠性——传输信息的准确程度。

模拟通信系统的可靠性，采用接收端输出信号与噪声功率比（S/N）来衡量，反映了信号经传输后的保真程度和抗噪声能力。

数字通信系统的可靠性，采用差错概率来衡量，包括误码率和误信率。

误码率Pe——码元在传输过程中被传错的概率，指错误接收的码元数在传输总码元中所占的比例。

误信率Pb——误比特率，错误接收的比特数在传输总比特数中所占的比例。

(责任编辑：佚名)