通信原理小結
當然,這里所講的只是我們學習中所涉及的一些概念,完整的通信系統還有更多要考慮的,這只是我覺得通信過程的關鍵的骨架問題。
還有幾個概念是對它們的理解和總結,希望可以和大家分享。
1. 二進制比特率與信息量中的比特率。
因為我們假定二進制信號是等概率發生的,也就是p=0.5,而信息量的定義是這樣的i=-log2(p)bit,通過此式,我們可以計算發送的一個二進制符號的信息量i=-log2(0.5)bit=1 bit,所以我們通常說一個0或者1就是一個比特了。
2. 方波的帶寬問題。
由上圖我們可以注意到,一個持續時間為t的方波,它的頻譜是一個sinc函數,零點帶寬是1/t,即時間的倒數。當然,方波的帶寬是無限大的,因此這樣的波形在現實中是很難實現的,我們只能給方波提供一定的帶寬,就是說得到的肯定只能是經過了過濾的波形。
在這里我們可以聯系到吉布斯現象。我們可以這樣理解:頻率越大,就說明變化越快,而方波的轉折點處就是一個極快的變化也就是有頻帶的高頻部分構成,而經過帶限的濾波之后,高頻被濾去,得到的波形在轉折點處就變化慢下來,于是在需要變化快的地方(如方波的轉折點)變化慢,由此產生吉布斯現象。
3. 升余弦滾降濾波器。
我們知道升余弦滾降濾波器是防止碼間串擾而設計的。碼間串擾是指各個時間點上發送的符號并非準確的方波,而是在規定的時間內仍有余波,于是對下一個時刻發送的符號產生影響,最后可能因為影響的疊加效果而使后果嚴重,得到相反的采樣結果。注意我們這里講的碼間串擾都是發生在基帶頻率上的。因此升余弦滾降濾波器也是在基帶上的應用。
下圖是升余弦滾降濾波器的原理圖,上半部分是濾波器的頻譜相應圖,下半部分是濾波結果在時間域上的波形圖。
我們可以這樣思考,發送的基帶波形是在一定的帶限內的,假如說要求發送的符號率是d,那么圖下半部分中可知1/2f0=1/d,所以f0=1/(2*d),或者說d=2* f0,由下半圖我們可以看出我們發送的符號的頻率是2* f0,這串符號在頻譜上的表示(上半圖)是個帶寬為f0的信號,這個就是采樣定理中說的當波形用sinc函數來表示時,符號率是該波形的帶寬的兩倍,也就是升余弦滾降濾波器在r=0的時候的特性。
當然,我們這里表示的只是發送一個符號的波形的帶寬,但是我們可以這樣想象,一個系統在任何時候發送符號是使用的帶寬f0都是固定的,在1時間段內發送的波形的帶寬在f0以內,那么我們完全有理由相信在2時間段內發送的波形的帶寬必然在f0以內,所以這樣可以理解多個符號組成的波形的帶寬是在f0以內的。
從下半圖我們可以看到,隨著r的增加,符號波形在一個周期段以外的衰減就會加快,這里我們就可以看到它對碼間串擾的影響會減小,這個就是升余弦滾降濾波器的作用,但是我們必須清楚的看到,符號率是不變的2* f0,而系統的絕對帶寬在增加。根據升余弦滾降濾波器的定義我們得到這樣一個關系d=2* f0/(1+r)。從以上的分析過程我們可以認為1/2*f0就是發送的數字信號的周期,也就是對于同樣周期的信號我們需要不同的帶寬,這個帶寬就是發送的數字信號的帶寬,而與原始的模擬波的帶寬無關。