關於通訊原理的一點總結

2021-12-21 19:44:31 字數 3240 閱讀 5994

學了通訊原理這門課,一開始覺得很難,而且聽學長們也總是告誡我們,通訊原理是很難的課程,平時一定要好好學,不然自己複習的日子根本就抓不到要點了。事實上好像也是如此,在周圍,這門主課的掛課率總是算前排的。當然對於我這樣的人,總是上課時算是比較認真的,但是半期的時候還是沒有搞懂它是幹什麼的,甚至到期末了,也只有零星的一點編碼呀,頻寬呀,調製啦,這樣一些概念,但這些技術在乙個通訊系統中又是出於什麼樣的位置,該怎樣應用這些技術組成乙個通訊系統,對此我還是一概不知。

然而經過期末前的複習,我感覺自己對通訊系統總算有個印象了,所以想把那些零碎的名詞做一些解釋,並且用我自己的學習過程以及對通訊系統的了解來說明這些技術的應用。

上面是我畫的認為比較完整的通訊系統的簡單流程圖,對此我做一翻解釋。

首先日常生活中的訊號總是模擬的,我們把這些訊號通過濾波等處理,得到帶限的訊號,這裡以基帶訊號singnal為例子,signal 經過取樣保持電路,我們就得到pam訊號,如圖,這樣的訊號就是離散訊號了。

離散訊號經過量化歸屬到個檔次的幅度中比如我們有2v,4v,6,v,8v四個檔次的歸類,並且規定1v~3v之間的pam離散訊號就歸類到2v的檔次中去,一次類推,通過比較給每個pam訊號進行歸類,這就是量化。

之後將量化了的訊號進行編碼,編碼是一種認為規定的過程比如我們規定2v用00表示,4v用01表示,6v用10表示,而8v用11來表示,這樣就把階梯訊號和二進位制訊號有了一種對應關係,順著這種對應關係,我們可以得到剛才量化了的訊號的二進位制**,這就是pcm編碼得到了可以在儲存器中儲存的數碼訊號。

以上從模擬到數碼訊號的一種轉變就是我們常說的a/d轉換。至於我們平時要求的轉換位元率的求法可以從它的轉換過程得出計算方法。乙個pam訊號對應乙個檔次,而乙個檔次對應幾個位元的數字是在編碼中體現的,例子中就是乙個檔次對應兩個位元,假設這種對應關係是1對n個位元,對模擬訊號的取樣率是f,也就是1秒鐘有f個pam訊號,這f個pam訊號就要被轉換成f*n個位元,所以位元率就是f*n了。

對於完成轉換的數碼訊號,我們如何處理呢?有的是被放進儲存器中儲存了,有的是到cpu中進行計算,加密等處理了。

通常為了達到通訊目的,我們就要將數碼訊號傳遞並且轉換成模擬訊號,畢竟在生活中模擬訊號才是我們可以識別的。

所以我們從儲存器中讀取數碼訊號,這些訊號是基帶訊號,不容易傳輸,經過數字調製系統就可以轉換成高頻訊號而被傳送裝置以各種形式比如微波,光訊號傳播出去。傳送這些高頻訊號的速度關係到傳送的位元率注意與前面的轉換的位元率有不同。假如整個傳送端可以傳送四中波形a,b,c,d,它們可以分別表示傳送了00,01,10,11訊號,那麼我們就說傳送乙個符號(即波形)就是傳送了兩個位元了。

由此得到符號率與位元率的關係b=n*是符號率baud/s, b是位元率bit/s, n表示乙個符號與n個位元對應。

接收裝置將這些訊號轉換成電訊號,通過解調器,就可以還原基帶訊號,同樣可以將它們放進儲存器儲存,這可以理解成網路**在我們的電腦上的快取。快取中的訊號通過解碼器,也就是與編碼器功能相反的器件將數字序列轉換成各種量化的台階(檔次)訊號。

最後將台階訊號進行填充恢復,我們就又可以原來的輸入的模擬波形了,由此我們完成一次通訊。

如果模擬訊號不需要數位化,那麼我們可以進行模擬調製,同樣可以傳送出去,這個過程要簡單很多。

當然,這裡所講的只是我們學習中所涉及的一些概念,完整的通訊系統還有更多要考慮的,這只是我覺得通訊過程的關鍵的骨架問題。

還有幾個概念是對它們的理解和總結,希望可以和大家分享。

1. 二進位制位元率與資訊量中的位元率。

因為我們假定二進位制訊號是等概率發生的,也就是p=0.5,而資訊量的定義是這樣的i=-log2(p)bit,通過此式,我們可以計算傳送的乙個二進位制符號的資訊量i=-log2(0.5)bit=1 bit,所以我們通常說乙個0或者1就是乙個位元了。

2. 方波的頻寬問題。

由上圖我們可以注意到,乙個持續時間為t的方波,它的頻譜是乙個sinc函式,零點頻寬是1/t,即時間的倒數。當然,方波的頻寬是無限大的,因此這樣的波形在現實中是很難實現的,我們只能給方波提供一定的頻寬,就是說得到的肯定只能是經過了過濾的波形。

在這裡我們可以聯絡到吉布斯現象。我們可以這樣理解:頻率越大,就說明變化越快,而方波的轉折點處就是乙個極快的變化也就是有頻帶的高頻部分構成,而經過帶限的濾波之後,高頻被濾去,得到的波形在轉折點處就變化慢下來,於是在需要變化快的地方(如方波的轉折點)變化慢,由此產生吉布斯現象。

3. 公升余弦滾降濾波器。

我們知道公升余弦滾降濾波器是防止碼間串擾而設計的。碼間串擾是指各個時間點上傳送的符號並非準確的方波,而是在規定的時間內仍有餘波,於是對下乙個時刻傳送的符號產生影響,最後可能因為影響的疊加效果而使後果嚴重,得到相反的取樣結果。注意我們這裡講的碼間串擾都是發生在基帶頻率上的。

因此公升余弦滾降濾波器也是在基帶上的應用。

下圖是公升余弦滾降濾波器的原理圖,上半部分是濾波器的頻譜相應圖,下半部分是濾波結果在時間域上的波形圖。

我們可以這樣思考,傳送的基帶波形是在一定的帶限內的,假如說要求傳送的符號率是d,那麼圖下半部分中可知1/2f0=1/d,所以f0=1/(2*d),或者說d=2* f0,由下半圖我們可以看出我們傳送的符號的頻率是2* f0,這串符號在頻譜上的表示(上半圖)是個頻寬為f0的訊號,這個就是取樣定理中說的當波形用sinc函式來表示時,符號率是該波形的頻寬的兩倍,也就是公升余弦滾降濾波器在r=0的時候的特性。

當然,我們這裡表示的只是傳送乙個符號的波形的頻寬,但是我們可以這樣想象,乙個系統在任何時候傳送符號是使用的頻寬f0都是固定的,在1時間段內傳送的波形的頻寬在f0以內,那麼我們完全有理由相信在2時間段內傳送的波形的頻寬必然在f0以內,所以這樣可以理解多個符號組成的波形的頻寬是在f0以內的。

從下半圖我們可以看到,隨著r的增加,符號波形在乙個週期段以外的衰減就會加快,這裡我們就可以看到它對碼間串擾的影響會減小,這個就是公升余弦滾降濾波器的作用,但是我們必須清楚的看到,符號率是不變的2* f0,而系統的絕對頻寬在增加。根據公升余弦滾降濾波器的定義我們得到這樣乙個關係d=2* f0/(1+r)。從以上的分析過程我們可以認為1/2*f0就是傳送的數碼訊號的週期,也就是對於同樣週期的訊號我們需要不同的頻寬,這個頻寬就是傳送的數碼訊號的頻寬,而與原始的模擬波的頻寬無關。

4. 調製的一些想法。

在學習調製的過程中,我一直搞不清什麼是調製訊號,什麼是載波。最後總算明白,原來(一般來講)調製就是將低頻訊號(調製訊號)攜帶的資訊在另外乙個高頻的訊號(載波)上表現出來,表現的方法可以是改變載波的幅度或者相位或者頻率等。當我們看到調製完成的波形是,發現它與載波有不同的幅度或者相位或者頻率,從這裡的變化我們極可以判斷處調製訊號有那些資訊。

載波就是用來攜帶低頻訊號要表達的意思的高頻訊號。之所以用高頻是因為在一般情況下高頻訊號便於傳輸。

以上是我在學習通訊原理中覺得關鍵要明白的只是點,這樣知識才可以融會貫通。

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