牟興越 盧存旺

人類(lèi)的通信歷史非常悠久，早在遠(yuǎn)古時(shí)候，人們就能利用簡(jiǎn)單的語(yǔ)言、手勢(shì)等方式傳遞信息。經(jīng)過(guò)千百年的發(fā)展，人們逐漸發(fā)明圖案、文字等傳遞信息的方式，其中一些方式至今仍在使用，但是這些方式一般都依靠人類(lèi)自身的感官來(lái)傳遞信息，作用距離很短，傳輸速率較慢，傳遞的內(nèi)容也有限。人類(lèi)通信領(lǐng)域的根本性巨大變革發(fā)生在19世紀(jì)中葉，隨著第一個(gè)人類(lèi)感應(yīng)電火花在實(shí)驗(yàn)室里發(fā)出，赫茲通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明了麥克斯韋的理論，也為人類(lèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)電通信奠定了基礎(chǔ)。隨著越來(lái)越多的科學(xué)家投入到利用無(wú)線(xiàn)電通信的研究當(dāng)中，最終實(shí)現(xiàn)大規(guī)模推廣無(wú)線(xiàn)電通信的是馬可尼，在1897年，馬可尼已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)跨越英吉利海峽的無(wú)線(xiàn)電通信，并建立了馬可尼無(wú)線(xiàn)電報(bào)公司，從此無(wú)線(xiàn)電通信才算正式走入人們的日常生活。

無(wú)線(xiàn)電信號(hào)看不見(jiàn)摸不著，又與我們的生活息息相關(guān)，移動(dòng)支付、移動(dòng)電話(huà)甚至衛(wèi)星傳輸信號(hào)都要依靠它，但很多人不知道到底是個(gè)什么東西，更不明白它是如何傳遞信息的?，F(xiàn)在，這篇文章將為你解答無(wú)線(xiàn)電是如何傳遞信息的疑惑。

原始的無(wú)線(xiàn)電通信就是通過(guò)控制電磁脈沖的發(fā)射實(shí)現(xiàn)的通信的，你可以類(lèi)比為利用一個(gè)開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉控制電燈的滅和亮，其他人通過(guò)事先約定的規(guī)則，將電燈的閃爍規(guī)律翻譯成信息，而電報(bào)則是將電磁脈沖的能量轉(zhuǎn)變?yōu)橛幸?guī)律的聲音或者燈光，再由人將其翻譯為語(yǔ)言信息。

現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)電通信經(jīng)過(guò)長(zhǎng)足的發(fā)展，已經(jīng)與原始的無(wú)線(xiàn)電信號(hào)大不相同?，F(xiàn)代的數(shù)字通信系統(tǒng)模型如下：

在數(shù)字通信的時(shí)代，信息從信源流入，經(jīng)過(guò)一系列處理，再通過(guò)傳輸路徑傳遞到接收設(shè)備，最終到達(dá)信宿。在整個(gè)系統(tǒng)中，信源和信宿可以是人也可以是機(jī)器，他們是原始信息的提供方和接收方，可以類(lèi)比為寄信人和收信人。

信源編碼，是實(shí)現(xiàn)數(shù)字傳輸?shù)牡谝徊?，在這一步需要將語(yǔ)音、文字、圖案等原始信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。信源編碼的主要作用，一是壓縮原始信息，去除冗余信息，提高系統(tǒng)有效性，二是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，下面舉個(gè)例子說(shuō)明為什么要信源編碼：大家在手機(jī)上看電影，會(huì)有清晰度的選擇，以現(xiàn)在各視頻平臺(tái)常見(jiàn)的720 P（1280*720）彩色（24位/像素）電影來(lái)說(shuō)，為了觀(guān)影需求一般要求每秒25幀，它一秒鐘的數(shù)據(jù)量為552.96Mb，這意味著它需要553Mb/S的數(shù)據(jù)傳輸速率才能流暢觀(guān)看，而現(xiàn)實(shí)生活中，大家在手機(jī)上看電影的時(shí)候并不會(huì)需要如此高的網(wǎng)速，一般600kb/s到800kb/s就能流暢觀(guān)看，大家應(yīng)該可以明白信源編碼的重要性了。信源譯碼作為信源編碼的逆過(guò)程，就是要將壓縮的信息還原成聲音、文字等信息。

加密，是保護(hù)信息安全的重要手段，一般在需要實(shí)現(xiàn)保密通信的場(chǎng)合，人們將已經(jīng)壓縮處理的數(shù)字信息按照一定的規(guī)則擾亂。在信息傳遞的過(guò)程中，信息就像裝進(jìn)了上鎖的盒子里，這個(gè)上鎖的過(guò)程就是加密，別人竊取到信息后，如果不知道密碼或加密方式，看到的將是一片亂碼。解密過(guò)程是加密過(guò)程的逆過(guò)程，對(duì)接收到的信息進(jìn)行解密后，恢復(fù)原來(lái)的信息。

信道編碼，是保證通信系統(tǒng)可靠性的重要一步。數(shù)字信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)受到各種干擾，我們將其稱(chēng)為噪聲，顧名思義噪聲就是干擾信號(hào)傳輸?shù)碾姶挪?，就像大街上聊天的時(shí)候，路過(guò)的汽車(chē)的引擎聲，喇叭聲等等，它們可能會(huì)讓你聽(tīng)不見(jiàn)或者聽(tīng)不清甚至聽(tīng)錯(cuò)。信道編碼就是在傳輸?shù)男畔⒋a元中按照一定的規(guī)律加入保護(hù)成分，進(jìn)而組成所謂抗干擾編碼。抗干擾編碼能實(shí)現(xiàn)檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的功能，在接收端通過(guò)檢查這部分編碼，根據(jù)事先約定的規(guī)則，判別傳遞的信息是否出錯(cuò)，并在一定程度上糾正錯(cuò)誤，提高通信的正確率和效率。信道譯碼是信道編碼的逆過(guò)程，與加密解密一樣，信道編碼和信道譯碼都必須采用相同的編碼和譯碼方式。

數(shù)字調(diào)制是實(shí)現(xiàn)數(shù)字傳輸?shù)年P(guān)鍵一步，前面的步驟都是對(duì)信息本身的處理，而我們?cè)谕ㄐ诺臅r(shí)候，并不是直接將信息發(fā)送出去。受到天線(xiàn)尺寸和傳輸速率等因素的要求，我們必須以很高的頻率發(fā)射無(wú)線(xiàn)電波，才能在讓手機(jī)等移動(dòng)通信設(shè)備尺寸做到現(xiàn)在我們看到的這么小，上網(wǎng)速度這么快。因?yàn)楫?dāng)我們?cè)谀骋粋€(gè)頻率通信的時(shí)候，要更好的發(fā)射和接受信號(hào)，天線(xiàn)的最佳尺寸是電磁波波長(zhǎng)的四分之一，于此同時(shí)，相同條件下通信的頻率越高，能使用的帶寬越大，通信的速度也越快，最直接的感受就是網(wǎng)速更快了。然而在調(diào)制之前的信號(hào)并不滿(mǎn)足這些要求，我們要做的是將我們要傳輸?shù)男盘?hào)加載到一個(gè)高頻率的載波上，這個(gè)過(guò)程就是調(diào)制。我們可以將調(diào)制前的信號(hào)類(lèi)比為貨物，載波類(lèi)比為貨車(chē)，路途遙遠(yuǎn)，貨物不能直接轉(zhuǎn)移到收貨方，必須要用貨車(chē)運(yùn)輸過(guò)去，到達(dá)目的地之后再將貨物卸下，這個(gè)過(guò)程就是解調(diào)的過(guò)程。數(shù)字調(diào)制又稱(chēng)為載波鍵控，鍵就像開(kāi)關(guān)一樣，控就是控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉，是不是又像最初的電報(bào)？不過(guò)數(shù)字調(diào)制并不同于電報(bào)直接控制電磁脈沖的發(fā)射和關(guān)閉，數(shù)字調(diào)制控制的是載波。我們有移幅鍵控（ASK）、移頻鍵控（FSK）、移相鍵控（PSK），三類(lèi)調(diào)制方法，ASK是最像電報(bào)的一種調(diào)制方式，你可以認(rèn)為它控制的就是信號(hào)的電壓;FSK 控制的是信號(hào)的頻率，它會(huì)根據(jù)你要傳遞的信號(hào)改變頻率發(fā)射;PSK控制的是電磁波的相位，它會(huì)控制正弦信號(hào)的相位的跳變。

經(jīng)過(guò)發(fā)射前的一系列處理，電磁能量會(huì)由天線(xiàn)輻射出去，電磁波在空中傳播，會(huì)受到各種電磁能量的干擾，這就是噪聲干擾，噪聲是沒(méi)有辦法消除的，我們只能不斷提高抗干擾的能力，提高有效信號(hào)的比例（信噪比）。

經(jīng)過(guò)本文的介紹，大家應(yīng)該對(duì)無(wú)線(xiàn)電通信有了一定的了解，本文舉例的是現(xiàn)在與我們生活最近的數(shù)字通信，實(shí)際上還有模擬通信等通信方式，有興趣的可以更深入的了解。