無線通信初探 （一）

一 、 通信的模型

信源→發(fā)送設(shè)備→信道→接收設(shè)備→信宿

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噪聲

上圖是一個(gè)系統(tǒng)的通信模型，任何一種通信方式都遵循這上面的模型場(chǎng)景，無論是有線通信，無線通信，還是光通信。信源和信宿很好理解，我們傳遞一個(gè)信息，一定是有信號(hào)的源頭和目的，通信的整個(gè)過程就是把信息從源頭傳遞到目的地。

發(fā)送設(shè)備和接受設(shè)備就是通信系統(tǒng)中的信息編碼和調(diào)制解調(diào)器，他們負(fù)責(zé)把信息編碼后，調(diào)制到特定的信道上進(jìn)行傳輸，比如有線通信場(chǎng)景中，我們用CAN通信來舉例，發(fā)送設(shè)備可以認(rèn)為是我們的單片機(jī)或者CAN外設(shè)收發(fā)器，而這里的信道就是CAN通信的那兩根線。

切換到無線通信場(chǎng)景上，對(duì)于信道的分配就有一些區(qū)別，有線通信中，我們可以使用物理中的線纜來區(qū)分不同的信道，使得它們之間避免干擾。在無線信道中，空間都是大家共享的，因此，我們會(huì)根據(jù)載波的頻段來劃分信道，比如我們通常用的遙控器是433MHz，這就是一個(gè)信道。而我們使用的藍(lán)牙，wifi則是使用的2.4GHz的信道。

那么，為什么藍(lán)牙和wifi都使用同樣的2.4GHz 信道，卻都能進(jìn)行各自的通信呢？類比到有線通信中，就好比我們用兩根線來傳輸信號(hào)，即可以連接485通信，也可以用這兩根線來進(jìn)行CAN通信，也可以使用同樣的兩根線來進(jìn)行串口通信。

因此，它們是信道相同，編碼不同。在無線通信中，2.4GHz并不是2400MHz，它是指的一個(gè)頻率段，比如2400 ~ 2480Mhz，那么我們每2Mhz分為一個(gè)通道，還是能分出很多個(gè)通道的，所以在不同的信道分配方式下，我們可以在2.4GHz這一段上既能夠做藍(lán)牙通信，也能夠做wifi通信，還能做zigbee通信。

二、信號(hào)的分類

在無線通信系統(tǒng)中，我們通常傳輸?shù)男盘?hào)分為兩類，模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。

最早之前，我們的半導(dǎo)體收音器，黑白電視機(jī)的通信都是模擬信號(hào)調(diào)制然后傳輸?shù)?，直到近年來，?shù)字信號(hào)在無線通信中的使用才愈加普遍。自然界中大部分信號(hào)是模擬信號(hào)，比如聲音，我們?nèi)绻胪ㄟ^無線通信系統(tǒng)更快速和更可靠的傳遞這些信息，就需要將模擬信號(hào)數(shù)字化，然后在進(jìn)行編碼，最終通過無線通信傳輸?shù)叫潘薅?，信宿端通過解碼和解調(diào)制來獲取到傳輸過來的數(shù)字信號(hào)，再恢復(fù)成模擬信號(hào)給到人類大腦。

為什么要傳遞數(shù)字信號(hào)呢？

因?yàn)檫@樣的傳輸更可靠，帶寬高，可恢復(fù)性高。而其中的編解碼就是為了提高數(shù)字信號(hào)在無線信道中傳輸?shù)目煽啃耘c高速率之間的權(quán)衡。

三、模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換

數(shù)字世界是一個(gè)離散的世界，其原因是我們的數(shù)字系統(tǒng)有一個(gè)時(shí)鐘，這個(gè)時(shí)鐘決定了處理任何信號(hào)都是滴答一下，處理一下，不可能達(dá)到連續(xù)值的狀態(tài)，雖然我們的數(shù)字系統(tǒng)在硅芯片上隨著摩爾定律在不斷的發(fā)展，但也只是不斷地靠近連續(xù)信號(hào)，永遠(yuǎn)達(dá)不到。

由于我們做不到連續(xù)的信號(hào)，所以就出現(xiàn)了音視頻領(lǐng)域的采樣頻率的問題，在音頻中，往往體現(xiàn)為采樣的頻率，也就是多長(zhǎng)時(shí)間對(duì)一個(gè)音頻電壓信號(hào)進(jìn)行量化；在視頻中，我們將畫面分成一堆小方塊，在每個(gè)小方塊上對(duì)顏色進(jìn)行量化。

四、編碼和解碼

編解碼除了是對(duì)信息源進(jìn)行一定的編碼外，我們還會(huì)對(duì)信道進(jìn)行一定的編碼。

信源編碼是針對(duì)我們要傳輸?shù)男畔ⅲ簿褪切盘?hào)的源進(jìn)行編碼，對(duì)于信源的編碼通常是為了壓縮信息進(jìn)行傳輸，這樣一來，在相同的帶寬里可以達(dá)到更高的傳輸速率。當(dāng)然，編碼也可以對(duì)信息做擴(kuò)張，這種一般是增加冗余信息，比如加密等。信源編碼的常見類型，比如視頻的MPEG-4、H.265，以及音頻中的MP3，AAC等。

信道編碼則更注重于傳遞過程中減少錯(cuò)誤，也就是相當(dāng)于保證了信道的通暢性和可靠性。

• 按糾錯(cuò)檢錯(cuò)能力：檢錯(cuò)碼，糾錯(cuò)碼，糾刪碼按檢驗(yàn)關(guān)系：線性碼和非線性碼按約束關(guān)系：分組碼，卷積碼，Turbo編碼

下一篇，我將繼續(xù)學(xué)習(xí)無線通信的調(diào)制和解調(diào)部分。