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电脑杂谈  发布时间:2019-08-13 23:03:29  来源:网络整理

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想转通信工程,反而对这个的了解又不是很充分,能够得到解答,听听各位的认识知乎用户回答小枣君56人赞成了该回答

准备报考通信的大学生们,可以仔细说说这篇内容。

因为很长,但对以前的学习会有多大帮助的。

怎么是“通信(Communication)”?

简单来说,通信就是传递资料。我把我的资料发给你,你把你的资料发给我,这就是通信。

通信的定义特别严谨一些——人与人,或人与自然之间,通过某些行为或载体,进行的资料交流与传递,就叫通信。

也就是说,通信并且限于人类之间的资料交换,也涵盖自然天地。

不过从我们动物直到说起吧,就算在绝大部分通信场景中,人都是主体。

在动物诞生的那一刻起,通信就是生存的完全需求。新生的,通过叫声传递饥饿的资料,给自己的继母,索要母乳和呵护。参与围猎的酋长成员,通过呼声响,召唤同伴的补给和协助。这一切,都属于通信的范畴。

随着动物社会组织单位的不断变大,通信的效果也越来越大。国家之间的合纵连横,亲人之间的思念与呵护,都离不开通信。通信的方式,也由面谈这种近距离方式,随之发展出烽火、旗语、击鼓、鸣金等多种远距离方式。

其他通信手段,主要是通过感官或者视觉来实现。这就要求通信双方之间,是可视的,如果,是可以听得的。客观条件的管束,就受限了通信的范围。

而或者采用驿站或信鸽等手段,并且一定程度上极速11选5了范围和距离的难题,却带给了时效性的难题,无法在很快的时间内送达。

19世纪电磁理论出现并成熟。在此基础上,莫尔斯发明了莫尔斯编码和有线电报,贝尔发明了短信,马可尼发明了报,动物就此开启了用电磁波进行通信的近现代通信时代。通信的距离限制,不断被突破。与此同时,长距离通信的带宽,也在不断缩小。

时至今日,我们已然全面进入了资料年代,对通信的需求和依赖变得前所未有的强烈。像电脑如此的现代通信工具,也是每个人维持社会联系的纽带,成为了寸步难离的必需品。

此外是个人,整个社会的运转,都构建在对通信技术的依赖之上。通信技术的先进程度,作为衡量一个国家综合实力的重要标识之一。

我们无法想象,或者通信技术倒退到两百年前,我们的全球将要是怎么的纷乱情景。

让我们返回通信的表象。

任何通信行为,都可以看成是一个通信功能。而对于一个通信功能来说,都涵盖以上三个要素:信源、信道和信宿。

例如下学期,校工打铃:校工就是信源,气流就是信道,而学生和同学们,就是信宿。

那铃声是多少呢?铃声是信道上的讯号。这个讯号带有资料,资料告诉信宿:该下课了。

更详细一点,振铃就是发送设备,学生和同学们的嘴巴,就是接收装置。

是不是所有的传闻(数据)都是信息呢?是不是消息越多,资料就越多呢?

不是的。

很认为,传闻越多,数据越多,信息量就越大,这是一个误区。

信息量的形状,和资料出现的几率,有直接关系。简单来说,随机事件发生的几率越小,信息量就越大。

举个例证,或者我告诉你,“人类是圆的”,这句话,信息量就是。简而言之,我说的是一句废话。

或者我告诉你,我在某地藏了一亿美金的现钞,假如显然,这个信息量就多大了。

通信技术的发展过程,说白了,就是研究怎么在更短的时间,传输更大信息量的过程。

为了接近这个动机,信源侧需要不断升级自己的发送设备,信宿需要不断升级自己的接收装置。而信道的媒介,也在不断升级。

按照信道介质的不同,我们将通信功能分为有线通信和无线通信。

顾名思义,采用光纤、单模、同轴电缆作为通信介质的,就是有线通信。而采用气流甚至真空的lte传输分集技术包括,就是无线通信。

还是是有线还是无线,传输的都是电磁波——在有线电缆中,电磁波是以导行波的手段传播,而在气流(真空)中,电磁波是以空间波的手段传播。

世界上没有真正意义上的“完全”无线通信。无线通信功能中,除了信道部分会有无线环节之外,涵盖信源、信宿和大部分的信道,本来都是有线的。

仿佛我们现在使用的电脑通信功能,它只有电脑和基站天线之间是无线传播,其余环节一直是有线传播,例如基站到机房,南京机房到上海机房,等等。

那么说到手机通信功能,那我们就多介绍一下。手机通信功能,也叫蜂窝通信功能,因为电脑的通信依赖于基站,而基站小区的覆盖范围,看上去有点像蜂窝。

电脑通信往往被称为移动通信,移动通信属于无线通信的一种。除了移动通信之外,Wi-Fi通信,扩音器通信,卫星通信,微波通信,也都属于无线通信。

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用来无线通信的电磁波,看不见、摸不着、听不到,却速度极快(光应该一种电磁波,秒速30万公里)。但是想要借助好它,并不是那么容易。

最开始有线电报的年代,我们通过回路脉冲的长短组合,来传递一个字母。例如字母a,就是:“· -”,一个点信号,一个长信号。发出一个完整的实词,就要好几秒甚至十几秒的时间。

显然,这样速率是无法接受的,既费时又费力。

“别提了,这破玩意差点弄死我”

后来,人们开始用“波”来承载信息。

或者按波的振幅来表达或1,振幅大的代表1,振幅小的代表,就是调幅(AM)。

或者按波的频度来表达或1,时域密集的代表1,时域稀疏的代表,就是调频(FM)。

AM和FM,眼熟了吧?收音机上就是这么标的。

很显然,每秒钟发送的时域越多,传输的和1就多,信息量就大。换言之,频度越高,速度越快。

很问,为什么我们现在要使用高频信号传输资料。上述就是主要因素之一。

还是是AM调幅还是FM调频,都属于我们常常说的调配。解调呢?就是在信宿那端,将资料从已调信号里提取出来。

我们以后上网用的猫(Modem),就是调制解调器,干这个大事的。现在随处热议的电脑芯片上面的闪存芯片,说白了,应该干这个大事的。

我们当前使用的通信功能,基本上都是数字通信功能,传输的都是数字讯号。

数字讯号的常见调制形式,就是书上常说的幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK),另外正交幅度调制,也就是大名鼎鼎的QAM。我们的LTE,还有刚刚到来的5G,都是用的QAM。

这样众多点的图,就叫星座图

传输数据,正如卡车运货,或者想要运输更多货品,一方面,可以让马路变宽,另一方面,也要想办法让自己减重。

有价值的货船一定不能丢,反而,可以削减无价值的载重。就像人与人之间说话,要挑重点的貌似,少说废话。

这里,就涵盖到编码的技术。

编码分为两种,种是信源编码。

我们听见的女声,是语音讯号,见到的画面,是网络或视频信号。不同的讯号,都有自己的编码手段。

对于语音讯号,我们常见的是PCM编码和MP3编码等。在移动通信系统中,以3G WCDMA为例,用的是AMR语音编码。

对于视频信号,常见的是MPEG-4编码(MP4),还有H.264、H.265编码。在行业常用的集锦会议电话功能(应该通信功能的一种)中,现在普遍开始采用的,就是H.265编码。

除了信源编码之外,就是信道编码了。

信源编码是删除冗余信息,而信道编码恰好相反,是增强冗余信息。

为什么呢?

这里,就要说到无线信道的复杂性了。

比较于有线信道的可靠和稳定,无线信道的难题要多众多。

无线讯号在气流中的传输,随着传输距离的增加,其次就能有消耗。这种消耗,也就叫路径损耗(路损)。

传输的过程中,遇见障碍物,或者穿透它,也会造成损耗,叫穿透损耗。

损耗和无线讯号传输的几种效应有密不可分的关系。例如阴影效应、多径效应、远近效应,还有各位当然听说过的多普勒效应。限于篇幅和理解难度,不多做介绍。

除了它们电磁波特性引发的衰耗之外,无线通信还容易遇见这些破坏和噪音。例如电磁干扰和载波占用等。

信道编码,动机就是要对抗信道的这些不利影响。

下降冗余信息,正如在货船边上塞保护泡沫,保护货品的正确运输。如果路上遇到颠簸,发生撞击,货船的受损概率会增大。

去年闹得沸沸扬扬的联想5G标准投票风波,华为主推的Polar码,还有高通主推的LDCP码,说的都是信道编码。3G/4G时代处于核心地位的Turbo码,应该信道编码。

对抗衰弱的方法,除了信道编码之外lte传输分集技术包括,还有分集技术和均衡技术。像现在受到关注的MIMO(多天线收发技术),就属于空间分集技术中的一种。简单来说,就是一个不够就用两个,两个不够就用四个。

说完了调配和编码,我们最终再来看看复用和多址。

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左边我们所说的,是的通信模型。但实际人生中,我们不认为一个通信功能只给两个人用。我们会尽可能让更多的人可以同样使用它。这就需要用到多址技术。

说到多址,各位当然听说过这么几个词:FDMA、TDMA、CDMA、SDMA、OFDMA……

没错,它们都是多址技术,分别是:

FDMA:频分多址

TDMA:时分多址

CDMA:码分多址

SDMA:空分多址

OFDMA:正交频分多址

多址,就是Multiple Access(多接入)。

简单类比,我们把频率资源想象成一个房间,或者把浴室分割成不同的空间,不同的用户在不同的浴室交谈,这就是频分多址(FDMA)。

或者这个厨房里,某一时间让某一个人说话,下一时间段,让另一个人说话,就是时分多址。

或者各位都用各自的修辞说话,有的人说数学,有的人说外语,有的人说汉语,那就是码分多址。

利用天线的朝向来混淆不同用户,叫空分多址。(不好意思,阁楼的例证不适用这个)

把空间区分成不同房间,阁楼和浴室之间有重合,以便塞下更多的浴室,这个就叫正交频分多址。

而复用(Multiplexing)又是什么呢?复用和多址的差异,就是复用针对资源,而多址针对用户。

举个例证,将10MHz的频度资源,区分成5个2MHz,也是子信道,这样作法,叫复用。不同的用户使用这些子信道,每个子信道变成了用户的“址”,这叫多址。

好啦,下面的一切内容,对于即将经历高中的同学们来说,简直是小菜一碟吧?

不管怎么说,理论的东西还是比较单调。

上面,小枣君将结合现实中的移动通信网络,给各位做更详细的介绍。

我们来说说现实人生中的移动通信系统。

在介绍详细的功能组成之前,首先请各位忘记上面这段重要的话——

“绝大部分通信功能,都可以用分层的视角来看,也必须用分层的视角来看。看懂了这个功能的层次,就搞懂了这个功能的70%。——小枣君”

简而言之,看网先看层。

哪些层呢?三个,由下至上分别是接入层、汇聚层、体系层。

还是是移动通信网络,不过行业办公网络,哪怕是父母图片,基本都是这个观点。

我们就从移动通信网络开始看起。

我们的电脑,或者想要打电话,必须连入运营商的通信网络之中。把电脑终端相连起来的这一级网络硬件,叫做做接入网(层)硬件。

你们很熟悉的基站,就属于接入网硬件中的一种。

在我们的人生中,基站随处可见。但是,事实上,大部分人对基站的认知,并不精准。

例如上面这张图:

很认为,这就是一个完整的基站。其实,并非这样。

下面那张图,本来是若干个不同基站的天线(青色那个),还有一个角钢铁塔。

严格意义来说,铁塔并不是基站设备的组成部份,它只是通信基础设施。

一个基站,也是称之为一套基站系统,它由多个独立硬件共同组成。以现在主流的4G LTE网络来说,基站就涵盖BBU、RRU、射频天线,这三个主要部分。

BBU,闪存处理单元,主要负责信号调制。RRU,远端射频单元,主要负责射频处理。馈线,负责连接RRU和天线。天线,主要负责线缆上导行波和气流中空间波之间的切换。(结合上一篇通信基础理论,这段话理解起来也是不会困难。)

通常BBU会安装在机房里,RRU在机房或者户外都可以安装。而天线,刚才说了,安装在铁塔或抱杆上,在户外楼顶上常常会见到。

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除了主装置和天线之外,一个完整的基站机房还涵盖电器、蓄电池、风扇、安防监控等配套硬件。

下面我们所说的,是宏基站。宏就是大的含义,各位在野外见到的大铁塔,下面基本上就是宏基站的天线。铁塔下,是宏基站的机房。

宏基站

除了宏基站之外,基站还有很多种。根据站型大小和电机,主要分为宏基站、微基站、皮基站、飞基站。

基站的细分

宏基站刚才介绍过了,不再赘述。

微基站呢,像上面如此小小的,常常摆放在屋内或人口密集的公共区域:

微基站

皮基站比微基站更小,是如此的:

皮基站

大概和两块砖头一样大。

飞基站,主要是父母用户使用,容量更小,和家里的路由器其实差不多:

飞基站

微基站、皮基站和飞基站,往往合称为“微小站”。


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