要了解通信,就要先明白几个简单概念:
(1)信息:传输的有效内容
(2)消息:通信系统传输的对象,信息的载体,例如语音,音乐
(3)信号:消息的传输载体,例如电信号
想要传输信息,就要对信息进行一定的处理,这里就需要引入通信系统模型了。
一、通信系统模型
通信的目的就是传输信息。而通信系统就是把由信源产生的信息(通常是电信号形式)通过发送设备处理(变成适合于信道传输的信号,通常包含变换、放大、滤波、编码、调制等等)之后发射出去,并在信道中传输(可能会有噪声干扰),利用接收设备处理(译码、解调等等)并接收信息,再通过信宿转换(电信号转换转换为相应的消息)为原消息。
通信系统模型通常分为两类:模拟通信系统模型和数字通信系统模型
(1)模拟通信系统
在模拟通信系统中,通常包含两种变换:
1.在信源位置把消息变换成原始电信号,并在信宿位置恢复
2.原始电信号,即基带信号,通常是无法直接在信道中传输的。一般都需要对其进行调制变换,把原始电信号转换成已调信号(带通信号),并在接收端对其解调。对应的设备就是调制器和解调器。
(2)数字通信系统
在数字通信系统中,模型如图所示:
首先在信源利用信源编码器对其进行编码,进行A/D转换;在信道中进行编码,增强抗干扰能力;数字调制是把数字基带信号的频谱搬移到高频处,适用于信道传输。
另外通讯系统模型还可以分为:有线通信系统和无线通信系统;频分复用、时分复用、码分复用、波分复用和空分复用;
二、信道的定义与分类
定义:信道(Channel)是指传输信号的通道,通常是一种物理媒质。
分类:
(1)根据新到的定义,如果信道仅是指信号的传输媒质,这种信道称为狭义信道;如果这种信道不仅是传输媒质,而且包括通信系统中的转换装置,这种信道称为广义信道。
1.狭义信道按照传输媒质的特性可分为有线信道和无线信道。有线信道包括对称电缆、同轴电缆及光纤等。无线信道包括地波传播、短波电离层反射、超短波、移动无线电信道等。常把广义信道简称为信道。
2.广义信道按照它包括的功能可分为调制信道(Modulated Channel)、编码信道(Coding Channel)等。
(2)多址接入信道(多源接入信道):多输入单输出的多用户信道,信道的多个输入端口可供多个信源同时接入。
(3)有线信道和无线信道
(4)调制信道(模拟信道)和编码信道(数字信道)
信道的连接方式
信道的编码
信道的互易性
系统的上下行链路在相同的频率资源的不同时隙上传输,所以在相对较短的时间之内(信道传播的相干时间),可以认为上行链路和下行链路的传输信号所经历的信道衰落是相同的。
带宽
带宽指的是信道的传输能力,也就是理想状况下在这条信道上所能传输信号的最大速率,但是可能没有那么多的数据要传输,那么实际速率就会低于带宽。比特是数据量最小单位,秒是时间的最小单位, 所以速率单位为bps。类似的,有 Kb/s(K=10的3次方),Mb/s(M=10的6次方), Gb/s(G=10的9次方),Tb/s(T=10的12次方)。
传输速率
传输速率也称带宽,指在数据传输的过程中,两个设备之间数据流动的物理速度称为传输速率,单位bps。单位时间内传输的数据量有多少。
吞吐量
吞吐量,即可用带宽,指的是实际的传输速率,某一时刻的传输速率,不可能大于带宽。吞吐量不仅衡量带宽,同时也衡量主机的CPU处理能力、网络的拥堵程度、报文中数据字段的占有份额等信息。
吞吐量 = 传输速率 * 编码方案
衰落(fading)
对于S——D这样一个发送接收系统来说,理想的无线信号传播(自由空间传播模型)是由S发送的电磁信号经过一定的衰减(attenuation)到达D点,我们可以理解为信号沿着S—D的直线。虽然这样,电磁波实际上是以球面波的形式向周围360度辐射,但其是只有沿着S—D直线传播的信号才能抵达D点,我们也可以把S—D路径称为直射路径。这是对于自由空间来说的,在自由空间模型里面除了S和D什么也没有。
而对于实际的大气传播环境,大气中包含着许多的小颗粒(悬浮物),或者小粒子。从S出发,沿着非S—D方向的其它传播方向的额电磁波可能经过一系列的反射(散射)后而抵达接收端D,我们把这种路径称为散射路径。由于每一条散射路径经历的路程都不一样,这样,他们抵达接收端的相位各不相同,导致总的信号强度变低。这样我们把由于信号经过了多个路径而抵达接收端导致信号强度发生随机变化的现象称为衰落(fading)
衰落分为三种:瑞利衰落(Rayleigh),莱斯衰落(Rician)和Nakagami-m衰落