什么是“通信(Communication)”

发布时间:2019-12-10 14:58:08    点击数:

什么是“通信(Communication)”?  

简单来说,通信就是传递信息。我把我的信息发给你,你把你的信息发给我,这就是通信。   

通信的官方定义更加严谨一些——人与人,或人与自然之间,通过某种行为或媒介,进行的信息交流与传递,叫做通信。也就是说,通信不仅限于人类之间的信息交换,也包括自然万物。

在人类诞生的那一刻起,通信就是生存的基本需求。新生的婴儿,通过哭声传递饥饿的信息,给自己的母亲,索取母乳和关爱。参与围猎的部落成员,通过呼吼声,召唤同伴的支援和协助。这一切,都属于通信的范畴。       

随着人类社会组织单位的不断变大,通信的作用也越来越大。国家之间的合纵连横,亲人之间的思念关怀,都离不开通信。通信的手段,也由面谈这种近距离方式,逐渐发展出烽火、旗语、击鼓、鸣金等多种远距离方式。       

这些通信方式,主要是通过视觉或者听觉来实现。这就要求通信双方之间,是可视的,或者,是可以听见的。客观条件的约束,就限制了通信的范围。而如果采用驿站或信鸽等方式,虽然一定程度上解决了范围和距离的问题,却带来了时效性的问题,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,贝尔发明了电话,马可尼发明了无线电报,人类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,长距离通信的时延,也在不断缩小。

任何通信行为,都可以看成是一个通信系统。而对于一个通信系统来说,都包括以下三个要素:信源、信道和信宿。  

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例如下课时,校工打铃:校工就是信源,空气就是信道,而老师和同学们,就是信宿。那铃声是什么呢?铃声是信道上的信号。这个信号带有信息,信息告诉信宿:该下课了。更具体一点,振铃就是发送设备,老师和同学们的耳朵,就是接收设备。

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是不是所有的消息(数据)都是信息呢?是不是消息越多,信息就越多呢? 答:不是的。    

很多人认为,消息越多,数据越多,信息量就越大,这是一个误区。

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信息量的大小,和信息出现的概率,有直接关系。简单来说,事件发生的概率越小,信息量就越大。

如果我告诉你,我在某地藏了一亿美金的现金,那么显然,这个信息量就很大了。通信技术的发展过程,简单说,就是研究如何在更短的时间,传输更大信息量的过程。   

为了达到这个目的,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设备。而信道的介质,也在不断升级。

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根据信道介质的不同,我们将通信系统分为有线通信和无线通信。    

顾名思义,采用网线、光纤、同轴电缆作为通信介质的,就是有线通信。而采用空气甚至真空的,就是无线通信。    

不管是有线还是无线,传输的都是电磁波——在有线电缆中,电磁波是以导行波的方式传播,而在空气(真空)中,电磁波是以空间波的方式传播。      

世界上没有真正意义上的“完全”无线通信。无线通信系统中,除了信道部分会有无线环节之外,包括信源、信宿和大部分的信道,其实都是有线的。    

就像我们现在使用的手机通信系统,它只有手机和基站天线之间是无线传播,其它环节仍然是有线传播,例如基站到机房,南京机房到上海机房,等等。    

既然说到手机通信系统,那我们就多介绍一下。手机通信系统,也叫蜂窝通信系统,因为手机的通信依赖于基站,而基站小区的覆盖范围,看上去有点像蜂窝。

手机通信通常被称为移动通信,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,对讲机通信,卫星通信,微波通信,也都属于无线通信。   

用于无线通信的电磁波,看不见、摸不着、听不到,却速度极快(光也是一种电磁波,秒速30万公里)。但是想要利用好它,并不是那么容易。    

最开始有线电报的时代,我们通过电流脉冲的长短组合,来传递一个字母。例如字母a,就是:“· -”,一个点信号,一个长信号。发出一个完整的单词,就要好几秒甚至十几秒的时间。显然,这种速度是无法接受的,既费时又费力。   

后来,人们开始用“波”来承载信息。

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如果按波的振幅来表达0或1,振幅大的代表1,振幅小的代表0,就是调幅(AM)。

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如果按波的频率来表达0或1,波形密集的代表1,波形稀疏的代表0,就是调频(FM)。

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AM和FM,眼熟了吧?收音机上就是这么标的。

很显然,每秒钟发送的波形越多,传输的0和1就多,信息量就大。换言之,频率越高,速率越快。

很多人问,为什么我们现在要使用高频信号传输信息。上述就是主要原因之一。不管是AM调幅还是FM调频,都属于我们经常说的调制。解调呢?就是在信宿那端,将信息从已调信号里提取出来。    

我们以前上网用的猫(Modem),就是调制解调器,干这个事情的。现在到处热议的手机芯片里面的基带芯片,也是类似的功能。

我们使用的通信系统,基本上都是数字通信系统,传输的都是数字信号。   

数字信号的常用调制方式,就是书上常说的幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK),还有正交幅度调制,也就是大名鼎鼎的QAM。我们的LTE,还有即将到来的5G,都是用的QAM。    

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这种很多点的图,叫做星座图。传输数据,就像汽车运货,如果想要运输更多货物,一方面,可以让马路变宽,另一方面,也要想办法让自己减重。

以上就是这篇文章内容,通过简单介绍通信原理,希望能给大家带来不一样的讲解。

 


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