通信原理:课程学习笔记1之绪论(通信系统分类、通信系统结构、OFDM技术背景等)
写在前面:本文源自笔者在大三时对北师大-人工智能学院-郭俊奇老师的“通信原理”课程的部分归纳与整理笔记。此处感谢郭俊奇老师!如发现笔者整理有误之处请在评论区多多指正!
1 通信技术发展
1)有线通信的部分重要时间节点
- 1837年 S.Morse发明有线电报(变长度信源码)
- 1876年 Bell发明有线电话专利
- 1960年 Bell实验室发明数字程控交换机
- 1966年 K.C.Kao与G.A.Hockham提出光纤通信,代替铜缆
2)通信理论的发展
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1924年 奈奎斯特准则提出,标志着现代数字通信的开端。
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1948年 香农建立信息论《通信的数字理论》
香农容量: 信道存在一个固定容量C:如果信息速率R<C,理论上可通过某种方法实现无差别传输;如果信息速率R>C,无论何种方法都无法实现无差别传输
2 通信系统分类
1)按照信号特征分为:模拟通信系统、数字通信系统
其中,数字通信的优缺点:
- 优点:
- 抗噪声、抗干扰性能更好,可实现传输差错控制;
- 易于与现代数字信号处理技术结合;
- 易于用大规模数字集成电路实现,设备简单;
- 易加密,保密性好; - 缺点:(待补充)
2)按照复用方式分为:时分复用、频分复用、码分复用通信系统
3)按照工作方式分为:单工、半双工、全双工通信系统
(上图中从上往下依次为:单工、半双工、双工)
4)按照传输方式分为:并行、串行通信系统
3 通信系统结构
1)普适性通信系统结构
2)模拟通信系统结构
相比于普适性通信系统结构,模拟通信系统结构多了对模拟信号的调制和解调。
3)数字通信系统结构
相比于普适性通信系统结构,数字通信系统结构除了增加了对数字信号的调制和解调,还多了信源与信道的编码与译码,以及加密和解密过程。
- 信源编码与译码的目的:提高信息传输的效率,完成模/数转换;其中信源编码的任务是将信息转换成二进制数据,并进行适当的数据压缩。
- 信道编码与译码的目的:增强抗干扰能力,其中信道编码的意义是检错并纠错。
- 加密与解密的目的:保证所传信息的安全;
- 数字调制与解调的目的:形成适合在信道中传输的带通信号。
在数字调制与解调的过程中,主要是基带调制+载波调制与载波解调+均衡判决。
其中载波调制:把基带信号映射为带通信号的过程,这个带通信号以频率fc为载波。
其中基带信号指幅度在零/低频处不全为零,在高频处为零;带通信号指在以f = fc为中心的一个频带内幅度不全为零,其中载波频率fc>>0。
载波调制的原因:满足天线发射的要求,并且利于频率资源的利用。
4 信息论基础
1)消息出现的概率越小,则消息中包含的信息量就越大
2)信息量I = -logaP(x),其中P(x)表示消息发生的概率。若a = 2,则信息量I的单位称为比特;若a = e,则信息量I的单位称为奈特
5 通信性能的衡量指标
1)有效性
① 码元(符号)传输速率RB:单位时间传送码元的数目,单位为波特,简记为B
② 信息(比特)传输速率Rb:单位时间内传递的平均信息量或比特数,单位为比特/秒,简记为b/s,或bps
③ 频带利用率:单位带宽(1Hz)内的传输速率
2)可靠性
6 正交频分复用OFDM技术的背景
OFDM(正交频分复用,Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
1)高速传输带来的新问题:随着数据传输速率的提高,符号周期T很小,高速传输时会产生多径效应
2)OFDM技术要素:
① 增大符号周期:发射端串联传输转成并联传输,可以抑制多径效应
② 多载波调制
③ 载波相互正交