通信入门系列——通信的定义及历史发展

本节目录

一、通信
1、通信模型
2、信号、信息、消息
3、调制、解调
二、通信的历史发展

本节内容
一、通信
1、通信模型
通信，必然发生在两个或者两个以上的人或者物体之间，包括一个发送方和一个接收方，或者多个接收方。发送方发出承载信息的信号，接收方收到信号后，解调出信号中所承载的信息，从而建立了通信链路，实现了双方的通信。
其实，这里也就已经引入了所谓的通信系统的一般模型，一般模型包括信源，发送设备，信道，接收设备，信宿以及信道中存在的噪声源。
信源——将各种消息转化成原始的电信号，包括模拟和数字信源。
发送设备——产生适合在信道中传输的信号，保证发送信号特性与信道特性匹配，具有抗信道干扰能力（我的理解是抗此处噪声源产生的干扰），还必须保证有足够的功率满足远距离传输。
信道——通俗点讲就是一种物理媒质，比如光纤等，将来自发送设备的信号传送到接收设备。
接收设备——需要将来自信道的信号放大和反变换，也就是译码和解调等，从受损的接收信号中正确恢复出原始的电信号。
信宿——传送消息的目的地，把原始电信号还原成相应的信息。
噪声源——信道中存在的噪声干扰。

2、信号、信息、消息
信号是信息的传输载体，将各种消息通过线路传输，将消息转变成电信号（把消息载荷在电信号的某个参量上，比如：正弦波的幅度、相位、频率等）包括模拟信号和数字信号。模拟信号指载荷消息的信号参量取值是连续的、不可数的、无穷多的。数字信号指载荷消息的信号参量只有有限个取值。消息是信息的物理形式载体，通信系统传输的对象，包括连续消息（状态连续变化或不可数）和离散消息（可数的有限个数）。信息是消息的有效内容，信息是消息的内涵。
具体如何理解？以火灾预警过程中的各种混杂信号为例。某栋楼着火，需要人员马上撤离，“着火，感觉逃跑”这就是所需要传输的信息，通过各种形式传送给楼里人们，比如通过广播的语音信号，警铃的声音预警信号，报警灯、手机、电视的光传播信号，人们之间互相通知的声音信号等等。
3、调制、解调
调制，简单讲来说，就是将信号形式转换成适合在信道中传输的一种过程。通过将基带信号转换成适合在信道中传输的已调信号，实现信道的多路复用，提高信道利用率，扩展信号带宽，提高系统抗干扰能力。更通俗点来说，就是信息经过发送端加工成信号，然后发送出去，比如上面的火灾预警信息，经过广播、警铃、报警灯、手机、电视等以声光信号发送出去。
解调，接收端将信息从信号中抽取出来，获得信息。火灾中的接收为楼里的人们，人们接收端各种声光信号，从中获取火灾预警的信号。
当然接收端需要解调出信息，必须知道发送端的调制方式，通信技术就是用来研究的如何通过调制和解调实现更高效的通信。
二、通信的历史发展
古老的通信方式，比如烽火狼烟，击鼓鸣金，驿站传递等，均属于通信传输，即使在当今社会，这种方式也一直被延续使用，比如交警的指挥手语，航船的旗语，特警的手语等。
近代意义上的通信，则是建立在电磁理论的研究基础之上的。
公元前人类发现的电现象和磁现象。
1820年，电流的磁效应被发现，建立了电与磁的关系。
1831年，法拉第发现电磁感应定律。
1837年，莫尔斯发明了莫尔斯电码和有线电报，开启电通信时代。
1865年，经典电动力学产生，并预言电磁波的存在。
1876年，“电话之父”贝尔发明电话。
1888年，赫兹实验证明了电磁波的存在。
1896年，无线电波的发明，标志无线通信时代的开启。
1978年，香农定理的诞生，标志着信息论的诞生。规定了信息的度量单位bit的定义，并且给处理高斯白噪声信道的容量界限，指出在这一容量接下，可以实现无差错的信息传输，也就是著名的信道容量定理。
当然，通信一定会出错，即使通过重传机制降低错误率，但是不可能降低称为零。实现无差错传输的信道容量为零，但是香农定理中指出实现无差错传输的通信速率可以是一个远大于零的数值。
与信息论关系最大的莫过于信道编码技术。信道编码就是在信息比特中加入一定的冗余比特，从而纠正传输过程中发送的错误。其中前向错误纠错FEC编码至今仍被广泛使用。之后提出多种编码方式，比如线性分组码、卷积码、级联码等。1993年Trubo码的出现，让人们看到香农极限的现实中是可以达到的。1962年，LDPC码的出现，更接近香农极限的性能。