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第二章本章提供通信系统的介绍，同样这本书也作为一个整体，学完之后，你会了解一个通信系统，发射器，接收器和噪声的构成。重要的是，会介绍调制的相关内容，会明确它在传输信息上不可缺少的作用，最后的部分简要地讨论了带宽的需求，表明了带宽在传输一些波形上所需的量是比本可能被怀疑的量还要大的。2-1 通信就基本的电学上的观念来说，通信这一术语指的是通过电的方式来实现发送接收，处理信息的过程，同样的，这个学科起源于十九世纪四十年代的有线电报，几十年之后的电话，和本世纪初产生的无线电，无线电通信，三极管的发明使之成为可能，在第二次世界大战期间得到刺激性的发展，它最终通过晶体管的应用，集成电路和其他半导体器件而得到更为广泛的应用和精炼。现代通信系统在它发送前首先考虑信息的收集，处理和储存，然后再进行现实的传送，伴随着更进一步的处理和减小噪声。最后进行接收，其中包括了诸如解码，储存，编译的一系列过程，由于这个原因，通信的形式包括无线电话电报，广播，点对点和移动通信（商业和军事），计算机通信，雷达，和无线电航海导航，所有这些都会在以下的内容中予以介绍。为了熟悉这些系统，首先有必要了解放大器和振荡器，所有实现电的过程的模块。有了这些内容作为基础后，就可以着手处理日常生活中的噪声，调制，和信息理论以及系统本身，任何逻辑指令都可以被应用，可以确信的是，此处采用的基本系统，通信过程和电路以及更多的复杂系统，是最合适的，考虑到人为因素对特定系统的影响是很正确的，因为它们要影响系统的设计和使用。2-2 通信系统在研究单个系统之前，首先有必要定义和讨论一些重要的表达式，比如，信息，信道，噪声，失真，调制和解调，以及编码和解码，为了研究这些概念之间的联系，通过一个关系框图来表示：信道接收器目的地发送机信息源 编码，调制 失真 解码、解调噪声源 图2-1 通信系统框图2-2.1信息通信系统的存在是为了传递信息，这些消息来自与信息源，来自于一个有限集中选择的一条信息。虽然它在电报应用比娱乐广播广泛，例如，它被证明在所有形式的通信中都有应用，由能同其他信息区别开来的个人信息组成的一套或整个信息。这可能是词语，一组词语，符号以及任何预先设定好的单元。信息本身是用来传递的，任何给定信息中包含的信息总量都能用字节等单位测量，这些将会在15章中介绍，并且根据选择的次数来决定，可以的选择数量越多，传递的信息量就越大，例如，为了指出一个词语在某页的位置，说出它在顶部还是底部，左边还是右边等等就足够了，每个连贯的选择都是在两种可能中选择一个，如果这个词出现在两页中的任何一页，指示了另一种相似性质的选择，因此必须给定更多的信息，信息的具体意义是不重要的，从这个观点看，只有数量是重要的，然而，必须意识到没有真正的信息是被多余的信息传递的，多余的信息不是在任何情况下都是浪费的，除了用于娱乐，教学以及其他诉诸情感之外，它有助于信息在恶劣和噪声条件下保持较好的真实度。2-2.2发射机除非信息是来自自然界的电信号，否则它就不适合直接传送，即使这样，为了得到合适的信息还是要做很多工作，这可能还要通过单边调制来演示，它是将进来的声音信号变成电信号，从而限制音频的范围，这一切都是在调制之前做的，在有线通信不必对其进行处理，可以进行编码令进来的信号可以适当地传送最终被接收。最后，在一个发射机中，调制的信息被留在高频的正弦波段，实际的调制方因系统而异，从而调制可能在高水平也可能在低水平，根据不同的需求，系统本身可能是振幅调制，频率调制，脉冲调制中的任意变量或者是它们的组合。图2-2显示了一个高水平的振幅调制广播，具体将会在第7章中介绍。射频输出功率放大器源息源射频电压和功率放大器射频放大器晶体振荡器 调制过程调制电压放大器调制频率放大器 调制输入 图2-2 典型发射机框图 2-2.3噪声信道声音信道不能进行远距离传输，也不能进行由于激光的发明而产生的可见的信道，通信在这种情况下，就被限制在无线通信和电缆信道，尤其是前者，还应注意的是，专业通道常常指的是将频率范围分配给特定的服务或传输，例如电视信号通道。不可避免的是，信号会因为系统失真的结果而在传输和接收的过程中恶化，因为不希望得到的随机的能量-噪声的引入，存在于系统当中并且可以归因于任何原因，由于噪声可以和信号一起被接收，它显然从整体上限制了整个通信系统，当噪声干扰很严重时，以至于信号变得无法被辨识从而变成没有用的信号，在图2-1中只显示了一个噪声源，并不是因为只有一个噪声源，而是为了简化框图，噪声会在通信系统中的任何一点发生，但是当信号最弱的时刻噪声有最大的影响，这意味着在信道中的噪声和接收机输入的噪声最显著，它将在第三章进行细致的介绍。2-2.4 接收机在通信系统中有各种各样的接收机，因为一个特定形式的接收机是要受很多要求影响的，在其中比较重要的需求是调制系统的应用，工作频率和它的范围以及显示的种类需求而这也取决于所接收信息的目标，大多接收机确实符合广泛的超外差设计，框图将会如图2-3 ，射频级 音频电压和功率放大器解调器中频放大器 本地振荡 图2-3 超外差接收机框图接收器的范围非常广泛，从一个很简单的带耳机的晶体收音机到一个更为复杂的雷达接收器，包括天线的设置和需要扫描高电压和同步电路的显示系统，不管是什么接收器，它最主要的功能就是解调，所有这些过程都是对应的发射机过程的逆过程，我们在接下来的章节中进行讨论。就像最初陈述的，一种接收机的目的影响它的结构和所应用的调制系统类型，因此接收机的输出可以连接到扬声器，打孔卡，打字机，各种雷达显示，电视机显像管，录音笔以及电脑。在每一个例子中，要制作各种不同的协定，每一项都影响接收机的设计，需要注意的是，协议必须建立在接收机和发射机的编码和译码的基础上。2-3 调制2-3.1说明在调制的过程中，一些高频的正弦函数的特征是根据正弦函数的瞬时值的变化而变化的，这样一个正弦波可以由表达式表示，其中e是正弦函数的瞬时值，成为载波，E是最大振幅，是角速度，是参照相位，任何这三个参数都可以通过改变调制信号，从而产生各自的调幅，调频，调相。类似于这样的过程非常复杂，除非一些强制的原因都不会采用，现在讨论这些，是因为它们很重要而且并不是立即就很显然的。2-3.2 调制的需要存在两种选择使用调制的载波进行长距离无线信道消息的传递：一种是尝试发射信号本身或用未调制的载波，首先证明了传送信号本身是不可能的。虽然以下的话题还没有被讨论，低于20KHz的电磁波频率要对应到音频频谱仍然存在难度，其中最大的问题是有效地辐射，接收，发射和接收天线的高度必须有所要接收波长的四分之一长。接收1MHz的广播就要天线75m，而接收15KHz的广播就要天线长度就增加到了5000m，这样一个垂直天线的长度是难以想象的。另一个反对直接传输信号本身的重要理由就是：所有的声音都集中在20Hz到20KHz之间，以至于各种不同来源的信号会不可避免的混合在一起，在任何一个城市，单独的广播站将会覆盖整个空间，然而只有很小一部分发射机在使用。为了分离各种信号，把它们编译成电磁频谱的不同部分是必要的，每个信号都有自己的区域，这同样克服了低频段糟糕的辐射这一问题，一旦信号被编译，在接收机前端用一个调谐电路来确保需要的频段被允许通过而不希望得到的被拒绝通过，调谐电路一般情况下是可变的从而可以选择出输出范围的任何所需的传输。虽然这样的分离的信号在缺乏调制的情况已经清楚了一些麻烦，但事实仍然保持着没有经过调频的各种频率的信号不能自己进行传递，没有经过调制的载波关于参考量有不变的振幅，不变的频率，不变的相位关系，事实上所有的参数都是不变的，然而，一条信息，包含着变化的量，比如说讲话，是由不可预知的幅值和频率的变化组成的，因为用一组不变的三个参数是不可能代表两个变化的，所以未被调制的载波是不能用来传输信息的。在一个连续的调制系统中，载波中的任何参数都会引起变化，因此未调制的任意时刻的偏差值与调制电压的瞬时值成正比，发生误差的比率等于调制频率。2-4 带宽需求一个特定的传输的频率范围是由调制的方法支配的，然而，我们希望带宽也是决定于调制信号本身所占的带宽。如果后者是正弦曲线，那么它所占的带宽就只在频率的最高值点和最低值点之间变化，如果调制信号是非正弦曲线，情况就会变得更复杂，由于这类波形在通信中经常出现，它们所需的频率范围正在研究当中。2-4.1 非正弦波形的频谱如果任何诸如方波的非正弦波将要通过通信系统传送，之后，意识到每个这类的波形都可以分解成正弦波，如果只是重复的计算这些波形，所需的带宽要比本来期望的大，一个更合理的陈述如下：这可能说明，任意非正弦单值重复波形的正弦波或者余弦波，低频的频率或者基频，相当于非正弦波的重复频率。这里出现一些无线谐波，因此，一些非正弦波按每秒钟200次的速率循环是由200Hz的正弦基波，400Hz，600Hz，800Hz的谐波组成，没有其他频率的呈现，但有时候会只有偶次谐波。通常情况下，谐波越高，则相对的振幅就越低，以至于带宽计算中较高的谐波往往被忽略。先前陈述的证明可以采取三种形式中的任何一个，它可以通过数学中傅里叶分析的方法，也可以使用添加合适的正弦曲线成分的方法进行图形的