通信原理概述

news2025/1/14 9:39:16

        通信是指人们通过某种媒介进行信息传递。通过某种介质或通道,将信息从一个地点传递到另一个地点的过程。通信可以是人与人之间的交流,也可以是设备、系统或网络之间的数据传输。

通信信号的分类方法:

1)模拟信号和数字信号(从信号在时间和幅度上连续或离散的特点分类)。

2)确知信号和随机信号(从信号是否可以用明确的表达式表示来分类),确知信号又可以分为周期信号和非周期信号。

3)有用信号和噪声信号(从信号中是否携带有用信息来分类)。

有意义的通信信号应具有随机性,但是其中也会存在确知信号。

确知信号和随机信号分析都很必要。

通信系统根据传输的消息类型可以分为模拟通信系统或数字通信系统。

模拟通信系统的特点如下:

以下是模拟通信系统的一些特点:

  1. 连续信号传输:模拟通信系统使用连续信号来表示和传输信息。模拟信号在时间和幅度上是连续变化的,可以表示无限多个可能的值。

  2. 带宽需求较大:由于使用连续信号传输,模拟通信系统需要较大的频带宽度来传递信号。带宽是传输信号频率范围的度量,通常以赫兹(Hz)为单位。模拟信号的带宽需求通常比数字信号的带宽需求更大。

  3. 容易受到干扰:模拟信号在传输过程中容易受到各种干扰,如噪声、电磁干扰等。这些干扰会引入信号失真,导致传输质量下降。

  4. 信号衰减:模拟信号在传输过程中会因为电缆、传输介质或信号传输距离的影响而发生衰减。随着传输距离的增加,信号强度会下降,导致信噪比降低。

  5. 真实感和连续性:由于模拟信号是连续的,模拟通信系统可以提供更高的信号真实感和连续性,对于一些声音、视频等需要连续变化的信息传输更合适。

数字通信系统的主要特点如下:

1)抗干扰能力强,噪声不积累。

2)可采用信道纠错编码技术,提高通信可靠性。

3)便于处理、变换和存储。

4)易于大规模集成。

5)易于加密处理,保密性好。

6)相比模拟通信系统,占用更多的带宽。

7)需要更复杂的同步系统。

随着数字通信技术的发展,数字通信系统逐渐取代了模拟通信系统,因为数字通信具有更好的抗干扰能力、更低的误码率和更高的传输效率。然而,模拟通信系统仍然在某些特定应用中有其独特的优势和应用场景。

模拟通信系统的数学模型如下图所示

 数字通信系统的数学模型如下图所示

 大致的框图相同,但具体的细节不太一样

模拟通信系统:发送设备主要包含调制器, 接收设备主要包括解调器,载波同步系统也是必要和重要的部分。

数字通信系统:发送设备和接收设备中包含信源编解码、信道编解码,以及保密编解码。为保证系统正常工作,载波同步、码元同步和帧同步也是必不可少的。

关于通信信息量的表述,该内容与信息论的熵这一章节联系紧密,若想详细了解,可以查找信息论相关的平均互信息量、熵、自信息量等进行了解。

通信系统的性能指标有:有效性、可靠性、适应性、经济性、保密性、标准性、维修性、工艺性等。

其中有效性和可靠性是两个最重要的性能指标。

有效性指信息传输的速度,或传输信息所占用的频率资源。

可靠性指信息传输的质量,即接收信息的准确程 度。

有效性和可靠性常常是矛盾的,对于实际通信系统,需要在两个指标之间寻求平衡。模拟和数字通信系统有效性和可靠性的具体指标不同。

模拟通信系统的有效性用信号所占用的带宽来衡量。

模拟通信系统的可靠性用解调器输出信噪功率比表示,简称信噪比。

通常信噪比(信噪功率 比)的单位取分贝(dB)。

一般无线电通信要求信噪比大于26dB;电视节目信噪比一般在54dB以上。

数字通信系统的有效性用码元速率RB、信息速率Rb或频带利用率n表示。

数字通信系统的可靠性用误码率Pe或误信率Pb表示。

此外通信模型中的信道也值得研究,信道根据分类方式的不同,其分类结果也较多。以及噪声的种类。对于信道、噪声的研究信息理论与编码中有详细的相关研究和介绍。可自行前往了解。

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