通信的一些基本概念整理

　　近期做實驗室項目的時候發現大學學習《通信原理》的時候，到現在好多概念出現了混亂，有必要整理一下。

帶寬”（bandwidth）

有以下兩種不同的意義：

1.指信号具有的頻帶寬度.信号的帶寬是指該信号所包含的各種不同頻率成分所占據的頻率範圍.

2.在計算機網絡中，帶寬用來表示網絡的通信線路所能傳送資料的能力，是以網絡帶寬表示在機關時間内從網絡中的某一點到另一點所能通過的“最高資料率”.

3dB帶寬

指幅值等于最大值的二分之根号二倍時對應的頻帶寬度。

幅值的平方即為功率，平方後變為1/2倍，在對數坐标中就是-3dB的位置了，也就是半功率點了，對應的帶寬就是功率在減少至其一半以前的頻帶寬度，表示在該帶寬内集中了一半的功率。

基帶信号

信源（資訊源，也稱發終端）發出的沒有經過調制（進行頻譜搬移和變換）的原始電信号，其特點是頻率較低，信号頻譜從零頻附近開始，具有低通形式。根據原始電信号的特征，基帶信号可分為數字基帶信号和模拟基帶信号（相應地，信源也分為數字信源和模拟信源。）其由信源決定。說的通俗一點，基帶信号就是發出的直接表達了要傳輸的資訊的信号，比如我們說話的聲波就是基帶信号。（如果一個信号包含了頻率達到無窮大的交流成份和可能的直流成份，則這個信号就是基帶信号。）

由于在近距離範圍内基帶信号的衰減不大，進而信号内容不會發生變化。是以在傳輸距離較近時，計算機網絡都采用基帶傳輸方式。如從計算機到螢幕、列印機等外設的信号就是基帶傳輸的。大多數的區域網路使用基帶傳輸，如以太網、令牌環網。常見的網絡設計标準10BaseT使用的就是基帶信号。計算機内部并行總線上的信号全部都是基帶信号，由于基帶信号中交流分量極其豐富，是以不适合長距離傳輸。

載波信号

載波是指被調制以傳輸信号的波形。基帶信号的頻帶很寬(理論上是無限寬)，但由于帶通原因，幾乎不存在無限帶寬的傳輸媒體，是以基帶信号無法在普通媒體上進行遠距離傳輸，否則碼間幹擾和衰減無法使信号得到恢複，是以用載波對基帶信号進行調制，減小帶寬，可以使信号可靠傳輸，減小衰減，接受端再進行解調還原原來的數字信号。載波頻率較為單一，是以調制後的信号的帶寬較小。

寬帶信号

寬帶信号是一個相對概念，它是指它的傳輸媒體具有很寬的帶通能力，這樣的好處就是能夠在一路傳輸媒體上複用很多的信号，節省線路鋪設的成本，在寬帶媒體上傳輸的信号就叫寬帶信号了。目前帶寬最寬的媒體時單模光纖。

相幹帶寬

是描述時延擴充的：相幹帶寬是表征多徑信道特性的一個重要參數，它是指某一特定的頻率範圍，在該頻率範圍内的任意兩個頻率分量都具有很強的幅度相關性，即在相幹帶寬範圍内，多徑信道具有恒定的增益和線性相位。通常，相幹帶寬近似等于最大多徑時延的倒數。從頻域看，如果相幹帶寬小于發送信道的帶寬，則該信道特性會導緻接收信号波形産生頻率選擇性衰落，即某些頻率成分信号的幅值可以增強，而另外一些頻率成分信号的幅值會被削弱。定義相幹帶寬一般是用來劃分平坦衰落信道和頻率選擇性衰落信道的量化參數。如果信道的最大多徑時延擴充為τm，那麼信道的相幹帶寬Bc=1/τm

相幹時間

是描述多譜勒擴充的：相幹時間在時域描述信道的頻率色散的時變特性。相幹時間與多普勒擴充成反比，是信道沖激響應維持不變的時間間隔的統計平均值。如果基帶信号的符号周期大于信道的相幹時間，則在基帶信号的傳輸過程中信道可能會發生改變，導緻接收信号發生失真，産生時間選擇性衰落，也稱快衰落；如果基帶信号的符号周期小于信道的相幹時間，則在基帶信号的傳輸過程中信道不會發生改變，也不會産生時間選擇性衰落，也稱慢衰落。定義相幹時間一般是用來劃分時間非選擇性衰落信道和時間選擇性衰落信道，或叫慢衰落信道和快衰落信道的量化參數。如果信道的最大多普勒頻移為fm，那麼信道的相幹時間Tc=0.423/fm。

相幹時間和相幹帶寬都是描述信道特性的參數，當兩個發射信号的頻率間隔小于信道的相幹帶寬，那麼這兩個經過信道後的，受到的信道傳輸函數是相似的，由于通常的發射信号不是單一頻率的，即一路信号也是占有一定帶寬的，如果，這路信号的帶寬小于相幹帶寬，那麼它整個信号受到信道的傳輸函數是相似的，即信道對信号而言是平坦特性的，非頻率選擇性衰落的。同樣在相幹時間内，兩路信号受到的傳輸函數也是相似的特性，通常發射的一路信号由于多徑效應，有多路到達接收機，若這幾路信号的時間間隔在相幹時間之内，那麼他們具有很強的相關性，接收機都可以認為是有用信号，若大于相幹時間，則接收機無法識别，隻能認為是幹擾信号。

星座圖（constellation diagram）

有助于定義信号元素的振幅和相位，尤其當我們使用兩個載波(一個同相，而另一個正交)時。當處理多電平ASK,PSK或QAM(見下一個節)時，星座圖很有用。在星座圖中，一個信号元素用一個點表示。它攜帶的位或者位組合一般寫在它的旁邊。

星座圖有兩根軸。水準X軸與同相載波相關，垂直Y軸與正交載波相關。圖中每個點，可以包含4條資訊。點在X軸的投影定義了同相成分的峰值振幅，點在Y軸的投影定義了正交成分的峰值振幅。點到原點的連線(向量)長度是該信号元素的峰值振幅(X成分和Y成分的組合)，連線和X軸之間的角度是信号元素的相位。所有需要的資訊都可以從星座圖中輕易得到。

舉例，希望起到抛磚引玉的作用！

1、對于ASK，我們隻需要同相載波。是以，兩個點應該在X軸上。二進制0有0V的振幅，二進制1有比如1V的振幅。這兩個點位于原點和機關1處。

2、BPSK也隻使用同相載波。但是，我們使用極性NRZ信号用于調制。它産生兩種類型的信号元素，一種振幅是1，另一種振幅是-1.換句話說，BPSK建立兩個不同的信号元素，一個振幅為1并同相；另一個振幅為1并有180度相移。

3、QPSK使用兩種載波：一個同相而另一種正交。表示11的點由兩個組合信号元素組成，兩個都是1V的振幅，一個元素由同相載波表示，另一個元素由正交載波表示。發送這個2位資料的元素的最後信号元素的振幅都是2，相位都是45度。其它三個點類似。所有信号元素的振幅都有2，但是它們的相位不同（45度，135度，-135度和-45度）。當然，可以選擇載波振幅1代替1V振幅。