通信里的一些基本概念


  要了解通信,就要先明白幾個簡單概念:

  (1)信息:傳輸的有效內容

  (2)消息:通信系統傳輸的對象,信息的載體,例如語音,音樂

  (3)信號:消息的傳輸載體,例如電信號

 

  想要傳輸信息,就要對信息進行一定的處理,這里就需要引入通信系統模型了。

一、通信系統模型

  通信的目的就是傳輸信息。而通信系統就是把由信源產生的信息(通常是電信號形式)通過發送設備處理(變成適合於信道傳輸的信號,通常包含變換、放大、濾波、編碼、調制等等)之后發射出去,並在信道中傳輸(可能會有噪聲干擾),利用接收設備處理(譯碼、解調等等)並接收信息,再通過信宿轉換(電信號轉換轉換為相應的消息)為原消息。

  通信系統模型通常分為兩類:模擬通信系統模型和數字通信系統模型 

  (1)模擬通信系統

    在模擬通信系統中,通常包含兩種變換:

    1.在信源位置把消息變換成原始電信號,並在信宿位置恢復

    2.原始電信號,即基帶信號,通常是無法直接在信道中傳輸的。一般都需要對其進行調制變換,把原始電信號轉換成已調信號(帶通信號),並在接收端對其解調。對應的設備就是調制器和解調器。

  (2)數字通信系統

  在數字通信系統中,模型如圖所示:

    首先在信源利用信源編碼器對其進行編碼,進行A/D轉換;在信道中進行編碼,增強抗干擾能力;數字調制是把數字基帶信號的頻譜搬移到高頻處,適用於信道傳輸。

  另外通訊系統模型還可以分為:有線通信系統和無線通信系統;頻分復用、時分復用、碼分復用、波分復用和空分復用;

 

二、信道的定義與分類

  定義:信道(Channel)是指傳輸信號的通道,通常是一種物理媒質。

  分類:

  (1)根據新到的定義,如果信道僅是指信號的傳輸媒質,這種信道稱為狹義信道;如果這種信道不僅是傳輸媒質,而且包括通信系統中的轉換裝置,這種信道稱為廣義信道。

    1.狹義信道按照傳輸媒質的特性可分為有線信道和無線信道。有線信道包括對稱電纜、同軸電纜及光纖等。無線信道包括地波傳播、短波電離層反射、超短波、移動無線電信道等。常把廣義信道簡稱為信道。

    2.廣義信道按照它包括的功能可分為調制信道(Modulated Channel)、編碼信道(Coding Channel)等。

  (2)多址接入信道(多源接入信道):多輸入單輸出的多用戶信道,信道的多個輸入端口可供多個信源同時接入。

  (3)有線信道和無線信道

  (4)調制信道(模擬信道)和編碼信道(數字信道)

 

信道的連接方式

 

信道的編碼

 

信道的互易性

  系統的上下行鏈路在相同的頻率資源的不同時隙上傳輸,所以在相對較短的時間之內(信道傳播的相干時間),可以認為上行鏈路和下行鏈路的傳輸信號所經歷的信道衰落是相同的。

 

 

帶寬

帶寬指的是信道的傳輸能力,也就是理想狀況下在這條信道上所能傳輸信號的最大速率,但是可能沒有那么多的數據要傳輸,那么實際速率就會低於帶寬。比特是數據量最小單位,秒是時間的最小單位, 所以速率單位為bps。類似的,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)。

傳輸速率
傳輸速率也稱帶寬,指在數據傳輸的過程中,兩個設備之間數據流動的物理速度稱為傳輸速率,單位bps。單位時間內傳輸的數據量有多少。

吞吐量
吞吐量,即可用帶寬,指的是實際的傳輸速率,某一時刻的傳輸速率,不可能大於帶寬。吞吐量不僅衡量帶寬,同時也衡量主機的CPU處理能力、網絡的擁堵程度、報文中數據字段的占有份額等信息。

吞吐量 = 傳輸速率 * 編碼方案

 

衰落(fading)

對於S——D這樣一個發送接收系統來說,理想的無線信號傳播(自由空間傳播模型)是由S發送的電磁信號經過一定的衰減(attenuation)到達D點,我們可以理解為信號沿着S—D的直線。雖然這樣,電磁波實際上是以球面波的形式向周圍360度輻射,但其是只有沿着S—D直線傳播的信號才能抵達D點,我們也可以把S—D路徑稱為直射路徑。這是對於自由空間來說的,在自由空間模型里面除了S和D什么也沒有。

而對於實際的大氣傳播環境,大氣中包含着許多的小顆粒(懸浮物),或者小粒子。從S出發,沿着非S—D方向的其它傳播方向的額電磁波可能經過一系列的反射(散射)后而抵達接收端D,我們把這種路徑稱為散射路徑。由於每一條散射路徑經歷的路程都不一樣,這樣,他們抵達接收端的相位各不相同,導致總的信號強度變低。這樣我們把由於信號經過了多個路徑而抵達接收端導致信號強度發生隨機變化的現象稱為衰落(fading)

衰落分為三種:瑞利衰落(Rayleigh),萊斯衰落(Rician)和Nakagami-m衰落


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