WCDMA通信基礎（2）

從通信的角度來說，擁有射頻器件就可以實現無線通信了，但實際上通信受制於頻率分配。國家掌握着頻率分配權。每種頻率按不同的目的如廣播、雷達、衛星、微波、電視等進行分配。拿到合適的頻率實際上就可以進行真正的通信了。如大部分的業餘無線電就是這樣乾的。業餘無線電通常是端對端的通訊。兩邊頻率一對上就上可以了。廣播、電視、移動通信等都是一對多的通信。這裏需要指出的就是在空中傳播的廣播頻率與真正的如手機、電視機內部可以處理的頻率是不一樣的，如電視器製造的器件它的內部電纜只能處理0~6MHZ的頻率，所以通過天線收下來之後需要進行調諧到0~6MHZ。如下圖所示：

通過前面這種定性的描述，我們可以發現要實現一個通信系統，需要經過一系列的步驟，特別是如果再考慮安全因素的話，更加複雜，不過再複雜的通信系統也是由如下圖的幾個關鍵步驟組成。

其中信源一般由LC振盪器按照傳遞的數據信息製造出模擬信號（電信號），爲安全考慮，這些信息需要進行信源編碼，防止別人破解。信道編碼則是通過一些特殊的算法來避免數據丟失，這樣丟失後也可以找回來。擴頻和加擾也是同樣的道理，調製是爲了讓傳輸效率更高。前面只是定性的描述了一下通信的基本過程，不過從生活的基本經驗可以知道，要進行通信，首先需要終端，不管是有線通信還是無線通信，首先要有終端，比喻說電話機。接着需要線路，有線就是電話線，無線呢？空氣。用專業的名詞來說，歸納起來就是接口和信道。爲什麼這裏提接口而不提終端呢，因爲終端各式各樣，但接口一般比較固定。對固定電話來說電話機將人的聲音信號採樣後轉化爲電信號通過話機上的接口傳入電話線，電話線將電平信號傳輸出去。接收方收到電平信號後再轉化爲聲音信號。同樣無線通信需要藉助的是無線電磁波來傳遞信號而不是電平的大小。如下圖所示：

因此在通信中信道與接口是非常關鍵的，使用什麼信道和接口決定了採用什麼技術。對有線來說，目前技術比較成熟，對無線來說，需要考慮的太複雜了，這一方面是電磁信號在空中傳播的不確定性，另一方面是電磁信號本身就不是可控的物質，它所表現出來的特徵只能通過其它的東西表現出來，如電流等。講到這裏，可能需要有一個清楚的概念就是信息與信號。

【3】信息與信號

這兩個詞只一個字差別的，但是要理解可不是好理解的。主要是它不像桌子椅子無法觸摸。但是我們可以這樣想像，我們發短信時，寫出來的文字表示是自己想要告訴對方的信息，然後這個信息在手機上編輯好的後，一發送就走了，等到了對方手機又顯示出文字來了。在這個過程中信息是不可理解的，但兩頭都是可以理解的。中間不可理解並不代表信息丟失了，而是信息基於一個載體傳播出去了。這就是信號。標準的解釋如下：

信息：一種事物運動與狀態特徵，是提供判斷或決策的資料，他的性質：既不是物質也不是能量，但可以識別、轉換、存儲、傳輸。如聲音、圖形、圖像、文字等
信號：傳遞信息的一種物理現象和過程，是消息的載體。如隨信息做相應變化的電壓或電流等。

因此從構造通信系統來說需要是信號，信息是由用戶來藉助的通信系統的信號來傳播就可以了。作爲通信系統來說需要對信號進行分析處理。以便附在其中的信息能夠不失真的在端到端中傳播。那麼顯然信號有很多種，作爲WCDMA來說，它是無線，無線的信號就是電磁信號。

電磁信號看不見摸不着，只能想像。前人想了很長時間，終於認定電磁信號可能跟波具有相同的特徵。我們前面說了波是隨着時間變化的，它從數學上可以描述了一個隨着時間而強度發生變化的函數（也看不見摸不着）。如下圖所示：

不管是模擬還數字，只是從數學上進行描述，實際上電磁信號永遠是模擬的，不連續的。如果到這裏結束的話，我們是無法進行通訊的，因爲我們永遠無法知道這個信號隨着時間會發生怎樣的變化，它就是不可控制的。因此我們需要找出規律來預測後續的信號走向。

這就是週期信號的好處。只是信號是週期性變化的，那麼什麼事情都是可控制的，對週期信號來說s(t+T)=s(t)，如下圖所示：

如果說能把電磁信號描述成普通的彈簧波一樣，那是不是非常省事？這一點前人做了很多工作，並引出了一個諧波和基波概念，注意是諧波不是諧星啊。爲什麼會有諧波和基波之分呢？諧波一字起源於聲學，最早是在研究交流電中發現的。諧波是指電流中所含有的頻率爲基波的整數倍的電量。

用一句簡單的話來描述就是波可以用一個基波加上一系統諧波來組成。其中諧波與基波很類似，只是係數不同。如下圖所示：

上圖很直觀的說出了傅立葉的心聲，就是在一定條件下，週期信號可以用成諧波關係的正弦函數級數來表示。同樣非週期信號也一樣。傅立葉級數與傅立葉分析比較複雜，這裏就略過，但基本原理就是上面這張圖。從這裏也導出了另一個結論，就是波的頻域概念，

按照傅立葉變換，信號可以理解爲不同頻度的復指數信號的疊加。也就是不同頻率的諧波分量的權重系統與頻率的關係。

【4】採樣與量化

前面這些描述的東西實際上還沒並沒有涉及到通信系統，主要還在於如何將一個現實的波形描述出有意義的波形傳輸出去。比喻說聲音，當人發出一個聲音時，通過電磁轉換得到一串電磁波，前面的分析主要是通過波形的分析，抽出一些主要特徵來記錄這個聲音。當我們抓住了

波形的特徵之後，需要做的第一件事就是記錄下來，那怎麼記錄呢？。一種記錄方式就是原樣記錄。原樣記錄通常需要保存的信息量非常大。以前有線電話時候，可以通過電流的變化進行傳輸，如果加上中繼就可以傳遞很遠的地方。也就是說聲音通過簧片產生電流的變化

反映了聲音波形的特徵，並通過電流的傳輸到對端，然後轉換成電流。在這個過程聲音實際上並沒有記錄，只是由聲音的波轉換成電流的波都是模擬信號。現在有一種器件叫A/D轉換器。就是模擬轉數字的東西。A/D最開始針對是交流直流轉換發展出來的。

因爲交流電會產生正弦波，直流電如果是脈衝的話肯定是方波。如果想把這種正弦信號轉爲方波信號，顯然通過A/D轉換器可以實現。A/D裏面主要是二極管和三極管組成的開關電路。進而推出更復雜的波形是不是也可以通過這種方式轉爲脈衝波呢？肯定也可以。那顯然這裏面

有一個問題，就是一個正弦波產生多少個脈衝波合適呢？也就是說多少脈衝波才能表示足夠的正弦波的信息呢？這就是波的採樣與量化工作。什麼叫採樣與量化呢？生活中電影怎麼拍的呢？

就是拍出一連串膠片然後連續播放。如下圖所示：

我們知道電影通常採用的是24幀，也就是說每秒取樣24次，就可以將圖形連續起來，並通過光波進入人眼。人眼有一個視覺停留過程，這個過程專業上就是零階保持。那顯然爲什麼是24幀呢？

這裏面有一個奈奎斯特原理。原理比較抽像，現在一般稱爲採樣原理，實際上按我的理解更多的是來源於示波器的研究，就是一個信號怎麼樣經過示波器無失真的顯示出來。顯然示波器需要採樣，

怎麼採樣，採樣的頻率就是進來的帶寬的兩倍以上就可以了。我們知道帶寬一般都是可控的，現實中如語音信號等都是由一組頻率不同的信號組成，但其帶寬是確定的，也就是最小與最大頻率之差是確定的

那也就很容易算出來採樣頻率。對一個信號來說，採樣，採什麼呢？顯然是獲取信號的特徵值，因爲目前大部分信號首先要轉爲電信號，因此功率是基本數值。但顯然信號隨着時間功率是完全不一樣的。

那這些值怎麼取呢？是使用實際取到的值還是使用一些特定的值，讓實際值靠近這些特定值呢？我們知道實際值可能很多，無法使用脈衝信號模擬出來，通常都是採用量化電平來進行，這與數字電路原理一樣，

開關0，1使用取得的電平來標識。量化也是這樣，就是有一些特定的電平，然後這些電平值可以用開關量0，1來進行編碼。而實際值取與量化電平值最近的值。量化的方式有均勻與非均勻兩種。如下圖所示：

量化電平值轉換爲開關量0、1還需要進行編碼。編碼其實比較好理解就是使用整數值來表示電平值。如下圖所示：

常見的信源編碼方式有PCM/DPCM碼，主要是取決於性能的。實際上還有更多的信源編碼方式。信源編碼通常是都是儘量使用少的編碼來表示更多的信息。而因爲信號在空中傳輸，實際上是無法控制錯誤的產生的。所有會加入一定的算法如CRC檢驗碼來進行可靠傳輸。