【通信原理】通信系统概念、组成、分类、度量的分析与研究

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⏰ 最近更新：2022年8月15日

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前言

在当今信息高速发展的信息化社会，信息和通信已经成为现代社会的关键存在，通信技术对人们的生活方式和社会发展产生了重大影响。本文将从通信系统概念、组成、分类、度量几个方面来展开学习。

一、通信系统的概念

通信的目的是传递消息中所包含的信息，消息是物质或者状态的一种反映，其表现形式多种多样，例如语音、文字、图片等。人们最关心的不是消息，而是消息中包含的有效内容，这部分有效内容称作信息。实现通信的方式也是数不胜数，例如手势、语言、击鼓传声等。随着技术的发展，自然科学领域涉及“通信”时，一般都是指电通信，所以消息的传递被认为是通过电信号来实现的。下面是一个常见的AM调幅广播系统：

二、通信系统的组成

1、一般模型

通信系统的作用就是将信息从信号源发送到目的地，一般模型中很好的展现了各个部分的作用以及系统的基本构成。

信源：把各种消息转为原始电信号；
发送设备：产生合适于在信道中传输的信号；
信道：能够传输信号的各种物理媒介；
接收设备：将信号放大和反变换；
信宿：恢复处原始的电信号；
噪声源：随机产生会影响正常信号输出的噪声表现；

2、系统模型

由于通信系统中传输的信号可以是模拟信号，也可以是数字信号，所以相应的将其分为模拟通信系统和数字通信系统。下面分别介绍下两种系统：

2.1、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，模拟信号源将信息转为模拟电信号（通常叫基带信号）后，通过调制器转化为已调信号（通常是带通信号），传送模拟波形，而调制是为了信号在信道中传输做保证，解调是调制的反过程，为了很好的还原出原始电信号，后面会对调制和解调单独进行讲解。

2.2、数字通信系统

数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，其主要涉及信源编码、信源译码、信道编码、信道译码、数字调制、数字解调以及同步和加密等内容。

信源编码与译码：编码主要是A/D转换，确保是数字信号输入，通过数据压缩去冗余降低码元速率和减少码元数目，提高通信系统有效性。
信道编码与译码：编码主要是增强数字信号的抗干扰能力，通过加冗余提高通信系统的可靠性。
加密与解密:在需要实现保密通信的场合，保证所传输信息的安全性。
数字调制与解调：调制是将基带信号进行频谱搬移到高频，形成适合在信道中传输的带通信号；解调一般使用相干解调或者非相干解调还原基带信号。
同步：接收机和发射机信号在时间上保持步调一致，确保数字通信系统准确有序工作。

三、通信系统的分类

1、常见分类

根据不同的标准，通行系统有不同的分类，常见的分类如下：

分类标准	分类类别
信号特征	模拟通信、数字通信
传输媒质	有线通信、无线通信
传输方式	基带传输、带通传输
工作波段	长波、中波、短波……
复用方式	频分、时分、码分……

2、工作方式

通信方式是指通信双方之间的工作方式或者信号传输方式。

1. 按照消息传递的方向与时间关系划分
   
   
   
   单工通信：发端单向传输至收端；（广播）
   半双工通信：收发可双向传输，但不能同时传输。（对讲机）
   全双工通信：收发可双向传输，也可以同时传输。（电话）
2. 按码元传输时序划分
   并行传输：将代表信息的数字信号码元序列以组成的方式在两条或者两条以上的并行信道上同时传输，其优势是节省传输时间，速度快，缺点是线路多，成本高。
   

串行传输：将数字信号码元序列以串行一个接一个的传输码元，其优点是一条信道，成本较低，缺点是速度慢，需要外加设备解决同步问题。

四、通信系统的度量

为了定量表征信息的度量，引入信息量的概念，信息量是物理量，有单位，取决于对数运算的底数a，在理想信道中，等于收信者接收到该消息后所获取的信息量，意味着不确定度的消除。

对于离散信源，含有M个可能的取值，其概率空间为：

信源平均自信息量定义为信源中每个符号所含信息量的统计平均值。

信源内符号等概分布时，信源的熵最大。对于 m 个统计独立的符号构成的消息，总的信息可近似计算为：m*单个符号的信源熵。下面对信息熵给出一个以4进制为基础的例题：

总结

本文将从通信系统概念、组成、分类、度量几个方面来介绍了一下通信系统的基本知识，对通信系统有了一个的了解，知道如何去度量详细中所含的信息量，消息所表达的时间越不可能发生，信息量就越大。