序论

之前一直有个想法，把自己所学教给更多的人，但一直没有时间去做，前段时间才开始这个计划，后续我会写一系列文章给大家分享IT方面的知识。关于《通信原理》这个篇幅，我将给大家介绍通信原理相关的知识，内容大概和大学通信专业所学的《通信原理》课程相当，本篇幅文章全部免费，预计在5月底之前完结，欢迎大家阅读

1. 通信系统的基本模型

课程开始之前，我们需要了解两个最基本的概念：通信与通信系统

通信：沟通信息，实现信息的传输与交换

通信系统：实现通信的系统，传输信息的设备总和

通信系统的基本模型由信息源、发送设备、信道、接收设备、噪声、受信者六个部分组成：

信息源：消息的发源地,其作用是把各种消息转换成原始电信号(称为消息信号或基带信号)，根据消息种类的不同，信源可分为模拟信源（传输模拟信号）和数字信源（传输离散数字信号）

发送设备：将信源和信道匹配，对原始信号完成某种变换（如放大、调制、编码），再进入信道发送

信道：指传输信号的物理媒质，可分为有线和无线，包括：大气（自由空间）、明线、电缆或光纤等

接收设备：功能是放大和反变换（将之前变换的信号变换回来），如滤波、译码、解调等，其目的是从受到干扰和减损的接收信号中正确恢复出原始电信号

受信者：传输信息的归宿点，也称为信宿，是传送消息的目的地，其功能与信源相反，即将复原的原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等

噪声：信道中的噪声及通信系统其他各处噪声的集中表示

按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统两类，下面对其进行讲解：

2.模拟通信系统

模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统，信源发出的原始电信号是基带信号，核心是调制和解调

基带信号：指频谱从零频附近开始的信号，如语音为300～3400Hz，图像为0～6MHz。由于具有频率很低的频谱分量，不宜直接传输，要么传输距离较近，要么质量差

调制：把原始基带信号变成适合信道传输的信号；从信号与系统的角度：调制器=频带搬移，调制后的信号称为已调信号、频带信号。

已调信号有三个基本特征：

• 携带有完整的基带信息
• 适合在信道中传输
• 信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频带信号

解调：调制的逆过程，把频带信号变换成基带信号

3.数字通信系统

数字通信系统是利用数字信号来传递信息，主要包括信源编码/译码、信道编码/译码、数字调制/解调、数字复接、同步及加密/解密等模块

信源编码：

• 一是减少码元数目和降低码元速率，即通常所说的数据压缩
• 二是当信息源是模拟语音信号时，信源编码器将其转换为数字信号，以实现模拟信号的数字化传输

信源译码：信源编码的逆过程，解压缩或还原模拟信号

信道编码：信号在信道传输时受噪声、衰落及人为干扰等影响会引起差错。为了减小差错，对传输信息码元按一定规则加入保护成分（监督元），实现抗干扰编码

信道译码：接收端信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误，提高通信系统的抗干扰能力

数字调制：把数字基带信号的频谱搬到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号，基本的数字调制方式有振幅键控ASK、频移键控FSK、绝对相移键控PSK等。

数字解调：恢复数字基带信号，可以采用相干解调或非相干解调还原数字基带信号

加密：按照某种规则将数字传输序列扰乱，防止非授权用户获取信息或注入错误信息，保证通信的保密性和安全性

解密：在接收端利用与发送端相同的密码规则对收到的数字序列进行解密，恢复原来信息

同步：使收、发两端的信号在时间上保持步调一致。按照同步的功用不同，可分为载波同步、位同步、群同步和网同步

数字复接：依据时分复用基本原理把若干个低速数字信号合并成一个高速的数字信号，以扩大传输容量和提高传输速率

4.通信系统的通信方式

4.1 按消息转播形式

按消息转播形式可分为广播方式和点-点方式两种

广播方式：信息同时送到多个收信者，如无线电台、无线广播

点-点方式：一个信源对一个收信者，如电话通信

4.2 按消息传递方向与时间

按消息传递方向与时间分类可分为单工、半双工、全双工三种

单工通信：指消息只能单方向传输的工作方式，只占用一个信道。如广播、遥测、遥控

半双工通信：指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。如使用同一载频的对讲机、收发报机以及问询、检索、科学计算等数据通信

全双工通信：指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。如普通电话、手机、计算机间高速数据通信也是这种方式

4.3 按数字信号代码排列顺序

按数字信号代码排列顺序分类可分为并行传输和串行传输

并行传输：将代表信息数字序列以成组方式在两条或两条以上并行信道上同时传输。并行传输优点是节省传输时间，但需要传输信道多，设备复杂 成本高，故较少采用，一般适用于计算机和其他高速数字系统，特别适用于设备之间的近距离通信，如：IDE、PCI总线等

串行传输：将数字序列以串行方式一个接一个地在一条信道上传输。通常，一般的远距离数字通信都采用这种传输方式，如：UART、SPI、PCI－Express、USB、SATA、LVDS