一、通信

什么是通信

通信(即电信):就是利用电信号将消息中所包含的信息从信源传递到目的地(信宿)。

消息与电信号之间的转换，通常由传感器来实现。 例如: 话筒(声音传感器);摄像机;热敏电阻(温度传感器)

消息、信息和信号的关系:

• 消息是信息的外在形式;
• 信息是消息的内涵;
• 信号是消息(或信息)的传输载体

通信(即电信):就是利用电信号将消息中所包含的信息从信源传递到目的地(信宿)

信号

1. 模拟信号-连续 2.数字信号-间断--信号参量（初相位）是离散的，不固定的

信号:(signal)是消息(或信息)的传输载体，电信号表示承载消息的信号参量取值连续(无限个)-模拟信号，承载消息的信号参量取值离散(有限个)-数字信号。

题型

如下承载消息的信号参量是初相位，试判断该信号是信号? 【A模拟信号 B数字信号】

【答案】B 【解析】判断信号是模拟信号还是数字信号，需要根据承载消息的信号参量判断，该信号参量为初相位，每个码元周期内初相位只有两个离散值0，π

信息系统的组成

模拟通信系统模型

该系统里完成两种重要变换:

1. 信源与信宿变换:“连续消息-电信号(基带信号)”，即在发送端把连续消息变换成原始电信号，也叫作调制信号。例如:语音信号4KHZ，图像6MHZ。
2. 调制与解调变换:”基带信号-频带信号“的变换，频带信号也叫已调信号，带通信号。

• 信源(Information source): 是消息(或信息)的发源地，把消息转换成原始电信号。例如，话筒、摄像头、网卡、各类传感器。
• 发送设备(Transmitter): 将信源信号处理和变换，目的适于信道传送。例如:调制器、放大器、编码器滤波器、复用器
• 信道(Channel): 传输信号的各种物理媒介，如光缆、电缆、大气层
• 噪声源(Noise source):信道中的噪声以及通信系统其他各处噪声;
• 接收设备(Receiver):发送设备相反;
• 信宿(Destination):其功能与信源相反;
• 通信系统细分模拟通信系统和数字通信系统:信道中传输的是模拟信号还是数字信号。

数字系统的组成

1、构成

2、解释

• 信源编码(Source Coding):功能一:完成A-D转换，将模拟信号编码成数字信号;功能二:压缩编码去除冗余信息，以提高传输的有效性。
• 信道编码:即差错控制编码，对传输的信息码元按一定的规则加入监督码元。接收端的信道译码器按相应的规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性。
• 加密(Encryption):是为了保证通信的保密性，防止未被授权的用户截获信息或将差错信息加入到系统中。本书不予讨论。
• 数字调制、解调:与模拟调制的本质及原理相似，都是把基带信号(这里是数字基带信号)加载到高频载波上，变换为数字已调信号。解调是调制的逆过程数字通信：同步、多路复用、扩频等技术

3、优缺点

• 优点

  • 1)抗干扰能力强，噪声不积累。 (数字化)
  • 2)实现差错控制(纠错或检错），可靠性高。(信道编码)
  • 3)支持复杂的信号处理技术(如语音编码、加密技术和均衡技术),便于利用计算机进行处理、存储和交换。(信源编码、加密)
  • 4)可将不同类型的信息(如话音、数据、视频图像等) 综合多路传输ISDN
  • 5)易于集成，从而使通信设备的体积小、重量轻、功耗小和成本低。
  • 6)便于加密，目保密性好

• 缺点

  • 1、占用更多的带宽
  • 2、对同步要求高
  • 3、设备复杂

通信系统的分类

1、分类

按信号特征分类：模拟通信、数字通信

按信号复用方式分类：频分复用(FDM)、时分复用(TDM)、码分复用(CDMA)、空分复用(SDM)

按有无调制分类：基带传输、频带传输

按传输媒质：有线通信、无线通信

2、并行传输和串行传输

按照码元序列的传输时序，分为并行传输、串行传输。

并行传输：占用两条以上的并行信道上对码元分组同时传输。 例如：芯片之间、计算机与打印机之间的数据传输

串行传输：例如：网卡、电话线等，优点是只需一条通信信道，成本较低，因而适用于远距离传输;缺点是比并行传输的速度慢。

3、单工、半双工、全双工

单工(simplex)通信，只能单方向传递消息。例如广播(电台把消息 传送到收音机)、遥测、遥控、无线寻呼等。

半双工(half-duplex)通信是指通信的双方都具有发信和收信功能，但不能同时收发。例如，对讲机、问询及检索等。

全双工(full-duplex)双方可同时进行收发消息。例如，普通电话、移动电话(手机)都是全双工通信方。

信息的度量

1、离散消息的信息量(I)-- ‼️重要

1. 若它是二进制信源(0、1),计算每个码元的信息量。 1bit
2. 若它是M进制信源(0、2、3...M-1).计算每个码元的信息量。 $I_i = \log_2 M \text{ (bit)}$

$I_i = \log_2 M \text{ (bit)}$

2、信号量平均值（熵）H

信源的熵（信道容量）：指每个符号所含信息量的统计平均值。 熵=概率*信息量

独立概率不等时

M进制独立概率相等时 2进制，H=1

独立等概时，熵有最大值： ${H}_{\max} = - \sum_{i=1}^{M} \frac{1}{M} \log_2 \frac{1}{M} = \log_2 M$

信息系统的性能指标

1、有效性和可靠性

从研究信息传输的角度来说，有效性和可靠性是评价通信系统性能的主要指标。

有效性:是指传输一定信息量时所占用的信道资源(如频带宽度和占用时间);

可靠性:则是指接收信息的准确程度。

二、信号和噪声

三、信道和容量

四、模拟调制系统

五、数字基带传输

六、数字调制系统数字数据调制为模拟信号

七、模拟信号变数字化

八、差错控制编码

九、同步(恢复原始信号)