一.电气通信的历史 #
1.开端 #
- 1837莫尔斯有线电报
- 1876贝尔电话机
- 1892史瑞巧自动电话交换机
2.无线通信开始 #
- 1864麦克斯韦提出电磁方程组
- 1887赫兹验证电磁波
- 1896马可尼发明无线电报
3.广播与模拟技术 #
- 1918调幅无线电
- 1933阿姆斯特朗调频无线电（高保真、高抗扰）
- 1938电视广播（多媒体通信时代）
4.数字通信与信息论 #
- 1924奈奎斯特抽样原理/采样定理
- 1937瑞维斯脉冲编码调制
- 1942维纳的最佳线行衰减奠定信号处理基础
- 1948香农提出信息论
5.硬件与空间扩展 #
- 1946第一天数字电子计算机
- 1948晶体管
- 1958通信卫星
- 1960激光
- 1961集成电路
- 1964高锟发明光导纤维
6.网络化与网络时代 #
互联网三大基石：
- 分组交换网
- 分组交换通信协议论文
- TCP/IP协议
7.无线移动与全光网的融合 #
1980至今蜂窝网络通信系统
二.描述通信对象 #
1.物理层面（信源） #
消息
2.抽象层面 #
信息 （信源编码：去冗余，反应通信本质和目的）
3.工程实现层面 #
信号 （信息载体）
三.通信系统 #
1.模拟通信系统 #
2.数字通信系统 #
信道 传送信号的物理媒质，一般会引入噪声、干扰和失真。
| 特性 | 噪声 | 干扰 |
|---|---|---|
| 本质 | 随机的，非期望的能量 | 确定的，非期望的信号 |
| 来源 | 内部：电子热运动（热噪声）、 半导体特性（散粒噪声） 外部：自然现象（宇宙噪声、大气噪声） |
外部：其他用户、其他通信系统、 人为电器 内部：系统非线性（互调）、 设计缺陷（ISI） |
| 可预测性 | 不可预测， 只能用统计模型（如高斯分布）描述 |
可预测（至少在原理上）， 可追溯至特定干扰源 |
| 频谱特性 | 通常是宽频的（如白噪声），影响所有频率 | 通常是窄带或有特定结构的， 集中在某些频率、时间或码上 |
| 可消除性 | 不可完全消除， 是 fundamental limit（基本限制） |
理论上可以消除或避免， 通过技术和管理手段 |
| 数学模型 | 通常建模为加性白高斯噪声（AWGN） | 建模为非期望确定性信号或有色噪声 |
| 解决之道 | 提高信号功率（更近或更大功率发射） 降低系统温度（深空通信） 使用纠错编码 |
频谱管理（分配不同频率） 滤波（滤除带外干扰） 正交多址技术（如TDMA, FDMA, CDMA） 功率控制（降低对其他用户的干扰） MIMO与波束成形（空间隔离） |
数字通信的特点 #
优点 #
- 抗噪声和干扰能力强 数字信号：有限种状态，易于识别与重构
- 便于提高消息传输效率
- 容易进行压缩变换处理；
- 容易实现时分复用，提高信道传输效率*
- 便于在传输过程进行差错控制
- 便于对信息进行加密处理
- 便于采用大规模集成电路实现
缺点 #
(1) 同步技术复杂；
问题：
- 为什么需要同步？
- 同步有哪些类型？
- 如何同步？
- 复杂性体现在什么地方？
(2) 门限效应 - 当信号失真大于门限值时，接收端无法正确判决信号状态。
1.5数字通信系统性能指标 #
1.可靠性
通信系统首先要采取各种措施，保证通信内容能被正确接收。
模拟信号的可靠性指标： 信噪比（SNR）。
数字信号的可靠性指标： 误码率或误比特率BER。
2.有效性
在保证可靠性基础上，通信系统要尽量节省带宽，提高频带利用率。
在无线通信，特别是移动通信中，尤为重要！
有效性指标：频带利用率、功率（能量）利用率。
3.安全性
保证通信安全。（核心课程：密码学）
相关指标 #
有效性指标：
(1) 比特率 $R\_b$
在单位时间内传输的二进制数据的位数。
单位：比特/秒，bits/s，b/s 或 bps。
(2) 码元速率$R\_s$
在单位时间内可传输的码元的个数。
又称符号速率、波特率。
单位: 波特（Baud）
波特率与比特率间的关系：
(3) 带宽
信号带宽，指该信号占据的频谱宽度
信道带宽，指该信道可利用的频谱宽度
带宽单位：赫兹
(4) 带宽利用率
定义1 每赫兹带宽每秒传输的比特数
定义2 每赫兹带宽每秒传输的符号数
（5）功率利用率
接收端 解调器的输入信噪比
可靠性指标：
(6) 信噪比 （接收端信宿（模拟信号））
(7) 误码率 （接收端信宿（数字信号））
(8) 误比特率