《无线电是怎么传输信息的》
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人类的通信历史非常悠久,早在远古时候,人们就能利用简单的语言、手势等方式传递信息.经过千百年的发展,人們逐渐发明图案、文字等传递信息的方式,其中一些方式至今仍在使用,但是这些方式一般都依靠人类自身的感官来传递信息,作用距离很短,传输速率较慢,传递的内容也有限.人类通信领域的根本性巨大变革发生在19世纪中叶,随着第一个人类感应电火花在实验室里发出,赫兹通过实验证明了麦克斯韦的理论,也为人类实现无线电通信奠定了基础.随着越来越多的科学家投入到利用无线电通信的研究当中,最终实现大规模推广无线电通信的是马可尼,在1897年,马可尼已经可以实现跨越英吉利海峡的无线电通信,并建立了马可尼无线电报公司,从此无线电通信才算正式走入人们的日常生活.
无线电信号看不见摸不着,又与我们的生活息息相关,移动支付、移动电话甚至卫星传输信号都要依靠它,但很多人不知道到底是个什么东西,更不明白它是如何传递信息的.现在,这篇文章将为你解答无线电是如何传递信息的疑惑.
原始的无线电通信就是通过控制电磁脉冲的发射实现的通信的,你可以类比为利用一个开关的开闭控制电灯的灭和亮,其他人通过事先约定的规则,将电灯的闪烁规律翻译成信息,而电报则是将电磁脉冲的能量转变为有规律的声音或者灯光,再由人将其翻译为语言信息.
现代无线电通信经过长足的发展,已经与原始的无线电信号大不相同.现代的数字通信系统模型如下：
在数字通信的时代,信息从信源流入,经过一系列处理,再通过传输路径传递到接收设备,最终到达信宿.在整个系统中,信源和信宿可以是人也可以是机器,他们是原始信息的提供方和接收方,可以类比为寄信人和收信人.
信源编码,是实现数字传输的第一步,在这一步需要将语音、文字、图案等原始信息转化为数字信号.信源编码的主要作用,一是压缩原始信息,去除冗余信息,提高系统有效性,二是将模拟信号转换成数字信号,下面举个例子说明为什么要信源编码：大家在手机上看电影,会有清晰度的选择,以现在各视频平台常见的720 P（1280*720）彩色（24位/像素）电影来说,为了观影需求一般要求每秒25帧,它一秒钟的数据量为552.96Mb,这意味着它需要553Mb/S的数据传输速率才能流畅观看,而现实生活中,大家在手机上看电影的时候并不会需要如此高的网速,一般600kb/s到800kb/s就能流畅观看,大家应该可以明白信源编码的重要性了.信源译码作为信源编码的逆过程,就是要将压缩的信息还原成声音、文字等信息.
加密,是保护信息安全的重要手段,一般在需要实现保密通信的场合,人们将已经压缩处理的数字信息按照一定的规则扰乱.在信息传递的过程中,信息就像装进了上锁的盒子里,这个上锁的过程就是加密,别人窃取到信息后,如果不知道或加密方式,看到的将是一片乱码.解密过程是加密过程的逆过程,对接收到的信息进行解密后,恢复原来的信息.
信道编码,是保证通信系统可靠性的重要一步.数字信号在传输的过程中会受到各种干扰,我们将其称为噪声,顾名思义噪声就是干扰信号传输的电磁波,就像大街上聊天的时候,路过的汽车的引擎声,喇叭声等等,它们可能会让你听不见或者听不清甚至听错.信道编码就是在传输的信息码元中按照一定的规律加入保护成分,进而组成所谓抗干扰编码.抗干扰编码能实现检错和纠错的功能,在接收端通过检查这部分编码,根据事先约定的规则,判别传递的信息是否出错,并在一定程度上纠正错误,提高通信的正确率和效率.信道译码是信道编码的逆过程,与加密解密一样,信道编码和信道译码都必须采用相同的编码和译码方式.
数字调制是实现数字传输的关键一步,前面的步骤都是对信息本身的处理,而我们在通信的时候,并不是直接将信息发送出去.受到天线尺寸和传输速率等因素的要求,我们必须以很高的频率发射无线电波,才能在让手机等移动通信设备尺寸做到现在我们看到的这么小,上网速度这么快.因为当我们在某一个频率通信的时候,要更好的发射和接受信号,天线的最佳尺寸是电磁长的四分之一,于此同时,相同条件下通信的频率越高,能使用的带宽越大,通信的速度也越快,最直接的感受就是网速更快了.然而在调制之前的信号并不满足这些要求,我们要做的是将我们要传输的信号加载到一个高频率的载波上,这个过程就是调制.我们可以将调制前的信号类比为货物,载波类比为货车,路途遥远,货物不能直接转移到收货方,必须要用货车运输过去,到达目的地之后再将货物卸下,这个过程就是解调的过程.数字调制又称为载波键控,键就像开关一样,控就是控制开关的开闭,是不是又像最初的电报?不过数字调制并不同于电报直接控制电磁脉冲的发射和关闭,数字调制控制的是载波.我们有移幅键控（ASK）、移频键控（FSK）、移相键控（PSK）,三类调制方法,ASK是最像电报的一种调制方式,你可以认为它控制的就是信号的电压;FSK 控制的是信号的频率,它会根据你要传递的信号改变频率发射;PSK控制的是电磁波的相位,它会控制正弦信号的相位的跳变.
经过发射前的一系列处理,电磁能量会由天线辐射出去,电磁波在空中传播,会受到各种电磁能量的干扰,这就是噪声干扰,噪声是没有办法消除的,我们只能不断提高抗干扰的能力,提高有效信号的比例（信噪比）.
经过本文的介绍,大家应该对无线电通信有了一定的了解,本文举例的是现在与我们生活最近的数字通信,实际上还有模拟通信等通信方式,有兴趣的可以更深入的了解.
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