一文讀懂數字通信系統的本質

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數字通信系統本質

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通信（communication）的目的是傳輸資訊。通信系統的作用是将資訊從信源發送到一個或多個目的地。數字通信系統是利用數字信号來傳遞資訊的通信系統，如下圖所示。無論是GSM、WCDMA、LTE還是目前最火的5G通信系統，都脫離不了這個架構；無論是通信理論、網絡、協定也脫離不了這個架構；通信标準更新換代，無非是裝置改個名字，或者挪個位置，功能本質并沒有變化，了解透了這個框圖，也就了解透了數字通信系統。

信源編碼和譯碼：信源編碼有兩個基本功能，一是提高資訊傳輸的有效性，即通過某種壓縮編碼技術設法減少碼元數目以降低碼元速率。二是完成模/數轉換，即當信号源給出的是模拟信号時，信源編碼器将其轉換成數字信号，以實作模拟信号的數字傳輸。信源譯碼時信源編碼的逆過程。

信道編碼和譯碼：信道編碼的作用是進行差錯控制。數字信号在傳輸中會受到噪聲等影響而發生差錯。為了減少差錯，信道編碼器對傳輸碼元按一定規則加入保護成分（監督碼元），組成所謂“抗幹擾編碼”。接收端的信道譯碼器按相應的逆規則及逆行解碼，從中發現錯誤或糾正錯誤，提高通信系統的可靠性。

加密解密：在需要實作秘密通信的場合，為了保證所傳資訊的安全，人為地将被傳輸的數字序列擾亂，即加上密碼，這種實體過程叫加密。在接收端利用與發送端處理過程相反的過程對接收到的數字序列進行解密，恢複原來的資訊。

數字調制和解調：數字調制是把基帶信号的頻譜搬移到高頻處，形成适合在信道中傳輸的帶通信号。基本的數字調制方式有振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、絕對相移鍵控(PSK)、相對相移鍵控同步（DPSK）。在接收端可以采用相幹解調或非相幹解調還原數字基帶信号。

同步：同步是使收發兩端的信号在時間上保持步調一緻，是保證數字通信系統有序、準确可靠工作的前提條件。需要說明的是同步單元也是系統的組成部分，但在框圖中未畫出。框圖是數字通信系統的一般化模型，實際的數字通信系統不一定包括圖中的所有環節，例如數字基帶傳輸系統中，無需調制和解調。

空口技術：空中接口指的是終端裝置與網絡裝置之間的通信接口，空中接口頻率指的就是調制的射頻頻率。空中接口技術被稱為無線通信的皇冠上的明珠，各種通信技術标準，其根本差别就在空中接口上！

信道：信道是一種實體媒介，用來将來自發送裝置的信号傳送到接收端。在無線信道中，信道可以是電磁波；在有線信道中，可以是電纜、網線和光纖。信道既給信号一通路，也會對信号産生各種幹擾和噪聲。信道的固有特性和引入的幹擾和噪聲直接關系到通信的品質，那麼無線信道的衰落等特性會直接影響通信的品質。

無線通信和有線通信的差別說的簡單點，就是接口和信道，毫不誇張的說，讀透了空中接口和無線信道，就讀透了無線通信。