通信基础原理（信息，信道，电磁波）2017-12-25

数字消息：

一队符号序列。

符号：①N元（N种符号）

                 二元，两个符号（0/1），用bit表示

                ASCII码用8位二进制表示（8bits），256元，共256个符号

                符号集：所有可能的符号，概率：每个符号对应的概率，把符号和概率结合，就是消息。

            ②符号速率（每秒Rs个符号，sym/s=波特Baud）

                手按键盘，每秒5个字符，因为键盘是ASCII码，所以每个符号8位，速率是5sym/s，或者40bps（波特率）

注：一般元数较多，可以折合为bit，bit = log2(N)，

数字通信系统两大指标：传输速度和传输质量。

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模拟消息：

一条波形，连续，取值无限，

傅里叶变换：看出消息的内在成分配比，即频谱的宽度（带宽）

电话信号一般是4KHZ，图像信号：6MHz，音乐：20000HZ,

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信道

消息随机，噪声也随机。

信道是：连接发送方与接收方的，供信息传输的通道，信道的消息载体一般为电磁波，电和光信号等某种物理媒介。一般消息要经过发送器转变为相应的传输信号，进入媒介中传播。

分类：    

有线信道（传输电信号）：普通导线，双绞线（差分消除噪声），同轴电缆（内有铜线，铜线外包有屏蔽层），波导。

有线信道（传输光信号）：光导纤维（玻璃纤维构成）

无线信道（传输光，电磁波等）：水，空气等

信道对信号的影响：

信号衰减：导线电阻与长度成正比，电磁波被吸收。

加性噪声：沿途电阻，固态器件引入的随机噪声，基本是热噪声。

外来干扰：无线通信开放，其他信号可能通过电磁耦合窜入信号，窜线信号。

信号畸变：色散，可能因为寄生电容，使的高频信号的衰减较大。

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AWGN信道模型（加性白高斯信道模型add white Gassion Noise）

一般来说，信号的影响主要是信号衰减和加性噪声（热噪声）用下面数学模型表示：

y =A×S(t)＋n(t)，A为衰减因子（A<1）,n(t)为加性噪声

变形为：

A^(-1)y =S(t)＋A^(-1)*n(t)；即为r（t）=S(t)+N(t)，巧妙地把信号衰减和加性噪声两个因素结合在一起。

服从白高斯分布（WSN）（white Gassion Noise）

时域上服从高斯分布；

Gassion分布

频域上噪声均匀分布在所有频域上，对应白，包含所有频率，这二和白光包含所有可见光是一样的道理。

WGN功率谱密度值

上图是功率谱密度值：每个HZ上有多少噪声

一般在实际分析中，用加性高斯白噪声代替实际信道进行分析。

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无线电波

基本形式：正弦波或者正弦波的变形

发射装置：天线（电磁波的跑道）

                    一般发射天线的的长度是所发射的电磁波波长的1/10.

频带图：

电磁波空中传播方式

天波（sky_wave）：

电波被天空中的电离层反射折回地卖地面的传播方式。

适用的波的频率：3~30MHz（短波高频）；小于3MHz的会被吸收，大于30MHz的会穿透电离层。

用于长距离通信，军事政府等。

地波(ground_wave)：电磁波沿地表弯曲传播，在海洋上传输更远。

适用波的频率：1~2MHz，

视线(LOS,line of sight):直线传播；

适用波的频率：30MH在以上，一般电视广播采用50~80MHz，

信号传播的越远发射端就要建的越高，因为地球是圆的，信号是直线传播，会被地平线阻挡，但是也采用中继的方法，微波中继通信，

卫星也是视线传播，同步卫星，静止卫星，无源卫星，有源卫星

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电磁波管理

1.每个频段只能发送一种信息。

2.无线电波的频域十分珍贵

3.ITU是负责频段指配和技术标准制定的国际机构。

4.频分复用（错开发送），频分多址（同时发送，不同地址），频分双工（既收又发）。