1.通信原理概述

1.1無線通信概述

1.1.1應(yīng)用場景

傳統(tǒng)應(yīng)用場景

固定信息：烽火邊防

文字信息：信鴿

交互方式：旗語(不受干擾)

現(xiàn)代應(yīng)用場景

1895年馬可尼.....

從傳播距離看：遠(yuǎn)距離通信(衛(wèi)星)、中距離通訊(電話)、近距離通訊(對講機(jī))

從傳播內(nèi)容看：語音(無線廣播方式、移動(dòng)通信)、文本和圖片(互聯(lián)網(wǎng))、視頻(電視廣播、視頻電話)

1.1.2通信網(wǎng)絡(luò)框架

發(fā)送端、傳輸介質(zhì)、接收端

信源-->發(fā)送器(同步)-->信道(存在噪聲源)-->接收器(同步)-->信宿

1.1.3通信傳輸介質(zhì)信道介紹

有線信道(更快更可靠)

無線信號(hào)(長波、短波、微波、紅外線)例如在900M的頻譜上可以通過GSM,UMTS,LTE技術(shù)承載傳輸

差異和關(guān)聯(lián)：

傳輸介質(zhì)：有線一般通過光纖傳播、無線通過微波、wifi、藍(lán)牙、無線光纖、無線蜂窩系統(tǒng)

抗干擾性，無線比有線差很多，可能存在波動(dòng)，有線的抗干擾能力強(qiáng)，比較穩(wěn)定。

移動(dòng)性：有線移動(dòng)性低，無線移動(dòng)性好

施工難度：各有優(yōu)缺點(diǎn)，無線的衛(wèi)星部署難度大，有線需要經(jīng)常挖路

擴(kuò)展性：無線一旦發(fā)射機(jī)與接收機(jī)部署完畢就很容易擴(kuò)展

1.1.4通信流程

電路交換：在通信之前就建立物理通道;面向連接，在通信前先建立一條連接電路，在通信結(jié)束后實(shí)時(shí)拆除電路;獨(dú)占性，不管電路是否空閑，均不允許其他用戶使用;實(shí)時(shí)性，信號(hào)經(jīng)電路交換幾乎沒有時(shí)延;優(yōu)點(diǎn)，傳輸時(shí)延小，抖動(dòng)小;缺點(diǎn)，只能支持單一速率;主要用在通話過程中

分組交換：是一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，先把消息數(shù)據(jù)按一定長度分組，根據(jù)交換網(wǎng)的狀態(tài)，選擇空閑路由;是虛電路，在收發(fā)端建立的不是專用的物理電路，只知道收發(fā)端，中間如何走的是不確定的;靈活的帶寬分配;統(tǒng)一業(yè)務(wù)內(nèi)容不同路徑傳遞;資源共享;報(bào)頭處理，到存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)點(diǎn)上就會(huì)解這個(gè)頭;緩存機(jī)制

1.2無線通信原理基礎(chǔ)

1.2.1通信系統(tǒng)模型

通信指信息傳輸，也就是信源和信宿通過信道收發(fā)信息的過程

信源發(fā)出信息，發(fā)信機(jī)負(fù)責(zé)將信息轉(zhuǎn)換成適合在信道上傳輸?shù)男盘?hào)，收信機(jī)將信號(hào)轉(zhuǎn)化成信息發(fā)送給信源

對于每一個(gè)終端來講，既是信源又是信宿

信源是信息的發(fā)送者，負(fù)責(zé)將原始的信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，信宿相反。

1.2.2信道

信道：信息的傳輸通道

發(fā)信機(jī)：接收信源發(fā)送的信息，進(jìn)行編碼和調(diào)制，將信息轉(zhuǎn)化成適合在信道上傳輸?shù)男盘?hào)，發(fā)送到信道上

收信機(jī)：負(fù)責(zé)從信道上接收信號(hào)，進(jìn)行解調(diào)和譯碼，將信息恢復(fù)出來發(fā)送給信宿

不是所有頻率的信號(hào)都可以通過信道傳輸，頻率響應(yīng)決定了哪些可以通過，可以通過的頻率范圍大小是信道的帶寬

香農(nóng)公式：信道容量，就是信道的最大傳輸速率，可通過香農(nóng)公式計(jì)算到

C 信道容量，單位bps

B 信號(hào)帶寬，單位Hz

S 信號(hào)平均功率， 單位W

N 噪聲平均功率，單位W

S/N 信噪比

提升信道容量可以使用比較大的帶寬，降低信噪比;也可以使用比較小的帶寬，升高信噪比

dB 分貝 ， 的單位是db

1.2.3信號(hào)變換

發(fā)信機(jī)進(jìn)行的信號(hào)處理：信源編碼、信道編碼、交織、脈沖成形、調(diào)制

收信機(jī)進(jìn)行的信號(hào)處理：解調(diào)、采樣判決、去交織、信道譯碼、信源譯碼

信源編碼：模擬信號(hào)-->模數(shù)轉(zhuǎn)換-->壓縮編碼(去除冗余信息)-->數(shù)字信號(hào)

例如GSM(全球移動(dòng)通信系統(tǒng)，是應(yīng)用最廣泛的移動(dòng)電話標(biāo)準(zhǔn))先通過PCM(脈沖編碼調(diào)制，是數(shù)字通信編碼方式之一)編碼將模擬語音信號(hào)轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)字碼流，再利用RPE-LPT(規(guī)則脈沖激勵(lì)-長期預(yù)測編碼)算法對其進(jìn)行壓縮

信道編碼：增加冗余信息以便在接收端進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)，解決信道和噪聲和干擾導(dǎo)致的誤碼問題，一般只能糾正零星的錯(cuò)誤，對于連續(xù)的誤碼無能為力

交織：為了解決連續(xù)誤碼導(dǎo)致的信道譯碼出錯(cuò)問題，通過交織將信道編碼之后的數(shù)據(jù)順序按照一定規(guī)律打亂，到了接收端在信道譯碼之前再通過交織將數(shù)據(jù)順序復(fù)原，這樣連續(xù)的誤碼到了接收端就變成了零星的誤碼，信道譯碼就可以正確糾錯(cuò)了

脈沖成形：為了減小帶寬需求，需要將發(fā)送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成合適的波形，這就是脈沖成形(矩形脈沖要求的信道會(huì)很寬，主要原因是矩形脈沖的豎邊是垂直的，想要達(dá)到這一點(diǎn)要很高的頻率，脈沖成形并不要求是垂直的，所以頻率要求也降低了)

調(diào)制：將信息承載到滿足信號(hào)要求的高頻載波信號(hào)的過程

以電話線為例，頻率低于3400Hz的信號(hào)可以通過，人的聲音本身就不超過3400Hz，所以不需要調(diào)制;但是對于其他的數(shù)據(jù)可能會(huì)超過該頻率，需要MODEM調(diào)制解調(diào)器，在發(fā)送端使用調(diào)制功能，接收端使用解調(diào)功能。可以用一條電話線的低頻部分傳送語音，高頻部分傳送數(shù)據(jù)。ADSL就是這么做的，利用0-4kHz傳輸話音，23kHz-138kHz傳輸上行數(shù)據(jù)，138kHz-1.1MHz傳輸下行數(shù)據(jù)

1.2.4復(fù)用和多址技術(shù)

在一條信道上只傳輸一路數(shù)據(jù)的情況下，只需要經(jīng)過信源編碼、信道編碼、交織、脈沖成形、調(diào)制之后就可以發(fā)送到信道上進(jìn)行傳輸了;但如果同事傳遞多條數(shù)據(jù)就需要復(fù)用和多址技術(shù)

復(fù)用技術(shù)：一條信道上同時(shí)傳輸多路數(shù)據(jù)的技術(shù)(TDM時(shí)分復(fù)用、FDM頻分復(fù)用、CDM碼分復(fù)用)

ADSL使用了FDM的技術(shù)，語音的上行和下行占用了不同的帶寬

多址技術(shù)：在一條線上同時(shí)傳輸多個(gè)用戶數(shù)據(jù)的技術(shù)，在接收端把多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)分離(TDMA時(shí)分多址、FDMA頻分多址、CDMA碼分多址)多路復(fù)用技術(shù)是多址技術(shù)的基礎(chǔ)，多址技術(shù)還會(huì)關(guān)注到信道資源的分配算法，walsh碼的分配算法