WCDMA通信基础（2）

从通信的角度来说，拥有射频器件就可以实现无线通信了，但实际上通信受制于频率分配。国家掌握着频率分配权。每种频率按不同的目的如广播、雷达、卫星、微波、电视等进行分配。拿到合适的频率实际上就可以进行真正的通信了。如大部分的业余无线电就是这样干的。业余无线电通常是端对端的通讯。两边频率一对上就上可以了。广播、电视、移动通信等都是一对多的通信。这里需要指出的就是在空中传播的广播频率与真正的如手机、电视机内部可以处理的频率是不一样的，如电视器制造的器件它的内部电缆只能处理0~6MHZ的频率，所以通过天线收下来之后需要进行调谐到0~6MHZ。如下图所示：

通过前面这种定性的描述，我们可以发现要实现一个通信系统，需要经过一系列的步骤，特别是如果再考虑安全因素的话，更加复杂，不过再复杂的通信系统也是由如下图的几个关键步骤组成。

其中信源一般由LC振荡器按照传递的数据信息制造出模拟信号（电信号），为安全考虑，这些信息需要进行信源编码，防止别人破解。信道编码则是通过一些特殊的算法来避免数据丢失，这样丢失后也可以找回来。扩频和加扰也是同样的道理，调制是为了让传输效率更高。前面只是定性的描述了一下通信的基本过程，不过从生活的基本经验可以知道，要进行通信，首先需要终端，不管是有线通信还是无线通信，首先要有终端，比喻说电话机。接着需要线路，有线就是电话线，无线呢？空气。用专业的名词来说，归纳起来就是接口和信道。为什么这里提接口而不提终端呢，因为终端各式各样，但接口一般比较固定。对固定电话来说电话机将人的声音信号采样后转化为电信号通过话机上的接口传入电话线，电话线将电平信号传输出去。接收方收到电平信号后再转化为声音信号。同样无线通信需要借助的是无线电磁波来传递信号而不是电平的大小。如下图所示：

因此在通信中信道与接口是非常关键的，使用什么信道和接口决定了采用什么技术。对有线来说，目前技术比较成熟，对无线来说，需要考虑的太复杂了，这一方面是电磁信号在空中传播的不确定性，另一方面是电磁信号本身就不是可控的物质，它所表现出来的特征只能通过其它的东西表现出来，如电流等。讲到这里，可能需要有一个清楚的概念就是信息与信号。

【3】信息与信号

这两个词只一个字差别的，但是要理解可不是好理解的。主要是它不像桌子椅子无法触摸。但是我们可以这样想像，我们发短信时，写出来的文字表示是自己想要告诉对方的信息，然后这个信息在手机上编辑好的后，一发送就走了，等到了对方手机又显示出文字来了。在这个过程中信息是不可理解的，但两头都是可以理解的。中间不可理解并不代表信息丢失了，而是信息基于一个载体传播出去了。这就是信号。标准的解释如下：

信息：一种事物运动与状态特征，是提供判断或决策的资料，他的性质：既不是物质也不是能量，但可以识别、转换、存储、传输。如声音、图形、图像、文字等
信号：传递信息的一种物理现象和过程，是消息的载体。如随信息做相应变化的电压或电流等。

因此从构造通信系统来说需要是信号，信息是由用户来借助的通信系统的信号来传播就可以了。作为通信系统来说需要对信号进行分析处理。以便附在其中的信息能够不失真的在端到端中传播。那么显然信号有很多种，作为WCDMA来说，它是无线，无线的信号就是电磁信号。

电磁信号看不见摸不着，只能想像。前人想了很长时间，终于认定电磁信号可能跟波具有相同的特征。我们前面说了波是随着时间变化的，它从数学上可以描述了一个随着时间而强度发生变化的函数（也看不见摸不着）。如下图所示：

不管是模拟还数字，只是从数学上进行描述，实际上电磁信号永远是模拟的，不连续的。如果到这里结束的话，我们是无法进行通讯的，因为我们永远无法知道这个信号随着时间会发生怎样的变化，它就是不可控制的。因此我们需要找出规律来预测后续的信号走向。

这就是周期信号的好处。只是信号是周期性变化的，那么什么事情都是可控制的，对周期信号来说s(t+T)=s(t)，如下图所示：

如果说能把电磁信号描述成普通的弹簧波一样，那是不是非常省事？这一点前人做了很多工作，并引出了一个谐波和基波概念，注意是谐波不是谐星啊。为什么会有谐波和基波之分呢？谐波一字起源于声学，最早是在研究交流电中发现的。谐波是指电流中所含有的频率为基波的整数倍的电量。

用一句简单的话来描述就是波可以用一个基波加上一系统谐波来组成。其中谐波与基波很类似，只是系数不同。如下图所示：

上图很直观的说出了傅立叶的心声，就是在一定条件下，周期信号可以用成谐波关系的正弦函数级数来表示。同样非周期信号也一样。傅立叶级数与傅立叶分析比较复杂，这里就略过，但基本原理就是上面这张图。从这里也导出了另一个结论，就是波的频域概念，

按照傅立叶变换，信号可以理解为不同频度的复指数信号的叠加。也就是不同频率的谐波分量的权重系统与频率的关系。

【4】采样与量化

前面这些描述的东西实际上还没并没有涉及到通信系统，主要还在于如何将一个现实的波形描述出有意义的波形传输出去。比喻说声音，当人发出一个声音时，通过电磁转换得到一串电磁波，前面的分析主要是通过波形的分析，抽出一些主要特征来记录这个声音。当我们抓住了

波形的特征之后，需要做的第一件事就是记录下来，那怎么记录呢？。一种记录方式就是原样记录。原样记录通常需要保存的信息量非常大。以前有线电话时候，可以通过电流的变化进行传输，如果加上中继就可以传递很远的地方。也就是说声音通过簧片产生电流的变化

反映了声音波形的特征，并通过电流的传输到对端，然后转换成电流。在这个过程声音实际上并没有记录，只是由声音的波转换成电流的波都是模拟信号。现在有一种器件叫A/D转换器。就是模拟转数字的东西。A/D最开始针对是交流直流转换发展出来的。

因为交流电会产生正弦波，直流电如果是脉冲的话肯定是方波。如果想把这种正弦信号转为方波信号，显然通过A/D转换器可以实现。A/D里面主要是二极管和三极管组成的开关电路。进而推出更复杂的波形是不是也可以通过这种方式转为脉冲波呢？肯定也可以。那显然这里面

有一个问题，就是一个正弦波产生多少个脉冲波合适呢？也就是说多少脉冲波才能表示足够的正弦波的信息呢？这就是波的采样与量化工作。什么叫采样与量化呢？生活中电影怎么拍的呢？

就是拍出一连串胶片然后连续播放。如下图所示：

我们知道电影通常采用的是24帧，也就是说每秒取样24次，就可以将图形连续起来，并通过光波进入人眼。人眼有一个视觉停留过程，这个过程专业上就是零阶保持。那显然为什么是24帧呢？

这里面有一个奈奎斯特原理。原理比较抽像，现在一般称为采样原理，实际上按我的理解更多的是来源于示波器的研究，就是一个信号怎么样经过示波器无失真的显示出来。显然示波器需要采样，

怎么采样，采样的频率就是进来的带宽的两倍以上就可以了。我们知道带宽一般都是可控的，现实中如语音信号等都是由一组频率不同的信号组成，但其带宽是确定的，也就是最小与最大频率之差是确定的

那也就很容易算出来采样频率。对一个信号来说，采样，采什么呢？显然是获取信号的特征值，因为目前大部分信号首先要转为电信号，因此功率是基本数值。但显然信号随着时间功率是完全不一样的。

那这些值怎么取呢？是使用实际取到的值还是使用一些特定的值，让实际值靠近这些特定值呢？我们知道实际值可能很多，无法使用脉冲信号模拟出来，通常都是采用量化电平来进行，这与数字电路原理一样，

开关0，1使用取得的电平来标识。量化也是这样，就是有一些特定的电平，然后这些电平值可以用开关量0，1来进行编码。而实际值取与量化电平值最近的值。量化的方式有均匀与非均匀两种。如下图所示：

量化电平值转换为开关量0、1还需要进行编码。编码其实比较好理解就是使用整数值来表示电平值。如下图所示：

常见的信源编码方式有PCM/DPCM码，主要是取决于性能的。实际上还有更多的信源编码方式。信源编码通常是都是尽量使用少的编码来表示更多的信息。而因为信号在空中传输，实际上是无法控制错误的产生的。所有会加入一定的算法如CRC检验码来进行可靠传输。