一文读懂数字通信系统的本质

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数字通信系统本质

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通信（communication）的目的是传输信息。通信系统的作用是将信息从信源发送到一个或多个目的地。数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，如下图所示。无论是GSM、WCDMA、LTE还是目前最火的5G通信系统，都脱离不了这个框架；无论是通信理论、网络、协议也脱离不了这个框架；通信标准更新换代，无非是设备改个名字，或者挪个位置，功能本质并没有变化，理解透了这个框图，也就理解透了数字通信系统。

信源编码和译码：信源编码有两个基本功能，一是提高信息传输的有效性，即通过某种压缩编码技术设法减少码元数目以降低码元速率。二是完成模/数转换，即当信号源给出的是模拟信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字传输。信源译码时信源编码的逆过程。

信道编码和译码：信道编码的作用是进行差错控制。数字信号在传输中会受到噪声等影响而发生差错。为了减少差错，信道编码器对传输码元按一定规则加入保护成分（监督码元），组成所谓“抗干扰编码”。接收端的信道译码器按相应的逆规则及逆行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性。

加密解密：在需要实现秘密通信的场合，为了保证所传信息的安全，人为地将被传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种物理过程叫加密。在接收端利用与发送端处理过程相反的过程对接收到的数字序列进行解密，恢复原来的信息。

数字调制和解调：数字调制是把基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。基本的数字调制方式有振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、绝对相移键控(PSK)、相对相移键控同步（DPSK）。在接收端可以采用相干解调或非相干解调还原数字基带信号。

同步：同步是使收发两端的信号在时间上保持步调一致，是保证数字通信系统有序、准确可靠工作的前提条件。需要说明的是同步单元也是系统的组成部分，但在框图中未画出。框图是数字通信系统的一般化模型，实际的数字通信系统不一定包括图中的所有环节，例如数字基带传输系统中，无需调制和解调。

空口技术：空中接口指的是终端设备与网络设备之间的通信接口，空中接口频率指的就是调制的射频频率。空中接口技术被称为无线通信的皇冠上的明珠，各种通信技术标准，其根本差别就在空中接口上！

信道：信道是一种物理媒介，用来将来自发送设备的信号传送到接收端。在无线信道中，信道可以是电磁波；在有线信道中，可以是电缆、网线和光纤。信道既给信号一通路，也会对信号产生各种干扰和噪声。信道的固有特性和引入的干扰和噪声直接关系到通信的质量，那么无线信道的衰落等特性会直接影响通信的质量。

无线通信和有线通信的区别说的简单点，就是接口和信道，毫不夸张的说，读透了空中接口和无线信道，就读透了无线通信。