WCDMA通信基础（1）

无线通信原理是非常复杂，看看3GPP的文档，规模上就可以让你吐血。但是想想搞通信的这么多人都拿着高薪一个人专一小点，就明白，想完全搞通通信是不可能。不过从另外一个角度来说，因为通信已经发展了这么多年，从2G、3G到4G，通信已经发展的非常模块化了。所以掌握基本的模块同时加上一些通用的通信知识实际上就可以从事通信开发了。通信开发实际上也不是非常需要专业的培训学习，它对从事计算机开发的人来说，也是一种业务知识，如同金融开发需要掌握金融行业知道一样。这里是计算机为通信行业服务。只是通常意义的计算机也是一种通信工具，导致很多人误认为通信行业就是IT行业。实际上不完全是的。这里记录一下有关通信的一些基本业务知识。

【1】波与信号

无线通信与有线通信的最大的不同就是无线通信是借助于电磁波的。大家都学过物理，可能也忘记了差不多了。但有一个基本点就是电磁震荡会差生电磁场的交变过程。表现出来的物理特征就是电磁波。这样说可能还不是很理解。主要是我们经常会将波理解为一种真实存在的物质了。实际上波如同我们以前学习的力一样，它不是一种物质，它是物质表现出来的一种特征。波这种特征就是描述了一种随时间变化的能量传递过程。电磁波实际在空间传播的是电磁场。电磁场反映的物理属性是能量或者说功率。所以说在无线通信中POWER是一种非常重要的参数。如同描述力用牛顿一样，波是用幅值（A)、相位、波速、波长、频率来表示。如下图：

对电磁波来说，它同光波一样，具有恒定的传播速度就是光速。考虑到v=λf，所以频率与波长是成反比的。通信中经常会根据频率的不同来区分，如长波通信、微波通信及中波通信。为什么会有这样一些划分呢？主要是通信传输的信息也就是信号是由波形变化来反映的。也就是波形变化的多所表示的信息量就大，也就更能传递比较多的信息。因此常见的通信都集中的高频段上。低频的主要用于军事上。通信上是如何构造出电磁波呢？通常是RF也叫射频器件。它的核心部件是天线。我们看通常的一个振荡电路会产生交谈的电磁场，但这引电磁场通常不会对外传播。如下图所示：

当将这个两个极板拉直后，变化的磁场会暴露在外面上，很显然这个交变的电磁场或多或少的有一些能量传播出来就形成了电磁波，如果交变的频率很高，传播出来的波肯定多。如下图所示：

所示通常的RF都是高频波。因为是高频波所以必然会带来辐射效应。这个会对人体有伤害。射频器件也就是上面的基本原理的实现。在一个网络系统中，它一定是含有收发两端的。电磁波是电能量强度（功率）随时间而变化引起的场的变化。这种变化实际上是可以进行离散化，并用数学来进行描述的。也就是说可以通过这种变化来表示一些特定的信息。所以规定当电能量以受控方式随时间变化时称为信号。信号又分为模拟信号与数字信号。实际上我们前面说过了，模拟与数字只是数学上是否对这种变化进行离散化描述。真实的波它肯定是连续的模拟信号。信号的强度通常是以功率大小来表示。另外一点就是电磁波传播是在空间传播的，它也同光波一样具有反射、折射、叠加等特性，不可避免的带来损失。因此如果想要电磁波传播的更远，除了高频之外，还需要对电磁波来说需要进行信号的增益。因为通常频率都是受控的，同频必然带来干挠。如何进行信号的增益呢？放大器。因为我们前面就说了信号是能量的传递过程，所以功率的加大就可以对信号进行增益。那如何对信号的强度进行度量呢？使用dB（分贝）。这是一种数学的表述，它等于10*lg(输出功率/输入功率），如下图所示：

在数学上关于信号强度位数与分贝计算有一个比较好的技巧，就是乘除转加减，如放大2倍相当于+3分贝，放大10倍相当于+10dB，减少1/2相当于-3dB，减小1/10相当于-10dB如4000倍=10*10*10*2*2=10db+10db+10db+3db+3db.所以信号描述会变成如下图所示：

描述信号可以用db来表示强度，用频度来表示每秒变化的次数。显然从波的角度已经够了。但是从传输介质的角度还不行，需要一个带宽来描述。前面说了任何器件对波的传输要么产生增益要么产生衰减。在空气中无法控制介质，但在一些线缆中就可以控制阻抗来允许特定频率的波通过。波是功率的传递。显然功率等于电流与电压的积。控制不同的电流就可实现不同信号的传播。因此，就产生了带宽的概念。比喻说家中的宽度有1M,2M.3M这是从速度来区分。显然速度与带宽有连带关系。当这个设备允许的频度范围大，说明可以传递的信息多，也就必然带来速度的提升。带宽就是这个设备允许的最大频率与最小频率之差。对无线RF射频头也是这样来控制的。

【2】射频

前面讲了一些波的原理，如果想利用波的周期性变化将一些有用信息传递到很远的地方，那么就需要能产生、发送、接收和解析波的器件。这些器件统称射频器件，实际上它包括很多种组件。从描述波传播的方向通常将射频器件分成发射与接收。实际上发射与接收的组件基本相同的只是沿着波的方向进行不同的组件的组合。如下图所示：

基本的组件通常包括天线、放大器、滤波器、混频器、振荡器。这些器件的原理和构造都非常复杂，要想完全掌握非常困难。但是对从事通信软件开发的人来说，只需要理解一些基本的概念就可以了，因为现在这些硬件都是分工非常细的，几乎每一个组件都是有现成的产品的。总之这些器件合起来就是产生低频信号（含有要传输的信息，使用振荡器），然后经过混频器将频率调到合适发射的频率，再经过滤波器取出需要发射的频率通过天线发射出去。