簡述什麼是通信？

什麼是“通信（Communication）”？

通信，指人與人或人與自然之間通過某種行為或媒介進行的信息交流與傳遞，從廣義上指需要信息的雙方或多方在不違背各自意願的情況下采用任意方法，任意媒質，將信息從某方準確安全地傳送到另一方，廣義上來說自然界內的所有物質都可以進行信息交流與傳遞。簡單來說，通信就是傳遞信息。我把我的信息發給你，你把你的信息發給我，這就是通信。

從我們人類開始說起吧，畢竟在絕大部分通信場景中，人都是主體。

在人類誕生的那一刻起，通信就是生存的基本需求。新生的嬰兒，通過哭聲傳遞飢餓的信息，給自己的母親，索取母乳和關愛。參與圍獵的部落成員，通過呼吼聲，召喚同伴的支援和協助。這一切，都屬於通信的範疇。

隨著人類社會組織單位的不斷變大，通信的作用也越來越大。國家之間的合縱連橫，親人之間的思念關懷，都離不開通信。通信的手段，也由面談這種近距離方式，逐漸發展出烽火、旗語、擊鼓、鳴金等多種遠距離方式。

這些通信方式，主要是通過視覺或者聽覺來實現。這就要求通信雙方之間，是可視的，或者，是可以聽見的。客觀條件的約束，就限制了通信的範圍。

而如果採用驛站或信鴿等方式，雖然一定程度上解決了範圍和距離的問題，卻帶來了時效性的問題，無法在很快的時間內送達。

19世紀電磁理論出現併成熟。在此基礎上，莫爾斯發明了莫爾斯編碼和有線電報，貝爾發明了電話，馬可尼發明了無線電報，人類就此開啟了用電磁波進行通信的近現代通信時代。通信的距離限制，不斷被突破。與此同時，長距離通信的時延，也在不斷縮小。

時至今日，我們已經全面進入了信息時代，對通信的需求和依賴變得前所未有的強烈。像手機這樣的現代通信工具，作為每個人保持社會聯繫的紐帶，變成了寸步難離的必需品。

不僅是個人，整個社會的運轉，都建立在對通信技術的依賴之上。通信技術的先進程度，成為衡量一個國家綜合實力的重要標誌之一。

我們無法想象，如果通信技術倒退回兩百年前，我們的世界將會是怎樣的混亂場景。

讓我們回到通信的本質。

任何通信行為，都可以看成是一個通信系統。而對於一個通信系統來說，都包括以下三個要素：信源、信道和信宿。

例如下課時，校工打鈴：校工就是信源，空氣就是信道，而老師和同學們，就是信宿。

那鈴聲是什麼呢？鈴聲是信道上的信號。這個信號帶有信息，信息告訴信宿：該下課了。

更具體一點，振鈴就是發送設備，老師和同學們的耳朵，就是接收設備。

是不是所有的消息（數據）都是信息呢？是不是消息越多，信息就越多呢？

不是的。

很多人認為，消息越多，數據越多，信息量就越大，這是一個誤區。

信息量的大小，和信息出現的概率，有直接關係。簡單來說，隨機事件發生的概率越小，信息量就越大。

舉個例子，如果我告訴你，“地球是圓的”，這句話，信息量就是0。簡而言之，我說的是一句廢話。

如果我告訴你，我在某地藏了一億美金的現金，那麼顯然，這個信息量就很大了。

通信技術的發展過程，說白了，就是研究如何在更短的時間，傳輸更大信息量的過程。

為了達到這個目的，信源側需要不斷升級自己的發送設備，信宿需要不斷升級自己的接收設備。而信道的介質，也在不斷升級。

根據信道介質的不同，我們將通信系統分為有線通信和無線通信。

顧名思義，採用網線、光纖、同軸電纜作為通信介質的，就是有線通信。而採用空氣甚至真空的，就是無線通信。

不管是有線還是無線，傳輸的都是電磁波——在有線電纜中，電磁波是以導行波的方式傳播，而在空氣（真空）中，電磁波是以空間波的方式傳播。

世界上沒有真正意義上的“完全”無線通信。無線通信系統中，除了信道部分會有無線環節之外，包括信源、信宿和大部分的信道，其實都是有線的。

就像我們現在使用的手機通信系統，它只有手機和基站天線之間是無線傳播，其它環節仍然是有線傳播，例如基站到機房，南京機房到上海機房，等等。

既然說到手機通信系統，那我們就多介紹一下。手機通信系統，也叫蜂窩通信系統，因為手機的通信依賴於基站，而基站小區的覆蓋範圍，看上去有點像蜂窩。

手機通信通常被稱為移動通信，移動通信屬於無線通信的一種。除了移動通信之外，Wi-Fi通信，對講機通信，衛星通信，微波通信，也都屬於無線通信。

用於無線通信的電磁波，看不見、摸不著、聽不到，卻速度極快（光也是一種電磁波，秒速30萬公里）。但是想要利用好它，並不是那麼容易。

我們目前使用的通信系統，基本上都是數字通信系統，傳輸的都是數字信號。

數字信號的常用調製方式，就是書上常說的幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK），還有正交幅度調製，也就是大名鼎鼎的QAM。我們的LTE，還有即將到來的5G，都是用的QAM。

傳輸數據，就像汽車運貨，如果想要運輸更多貨物，一方面，可以讓馬路變寬，另一方面，也要想辦法讓自己減重。

有價值的貨物當然不能丟，但是，可以減少無價值的載重。就像人與人之間說話，要挑重點的話說，少說廢話。

這裡，就要說到無線信道的複雜性了。

相對於有線信道的可靠和穩定，無線信道的問題要多很多。

無線信號在空氣中的傳輸，隨著傳輸距離的增加，本身就會有損耗。這種損耗，也叫做

傳輸的過程中，遇到障礙物，如果穿透它，也會產生損耗，叫穿透損耗。

損耗和無線信號傳輸的幾種效應有密不可分的關係。例如陰影效應、多徑效應、遠近效應，還有大家一定聽說過的多普勒效應。限於篇幅和理解難度，不多做介紹。

除了這些電磁波特性造成的衰耗之外，無線通信還容易遇到各種干擾和噪聲。例如電磁干擾和頻段擠佔等。

信道編碼，目的就是要對抗信道的各種不利影響。

增加冗餘信息，就像在貨物邊上塞保護泡沫，保護貨物的正確運輸。如果路上遇到顛簸，發生碰撞，貨物的受損概率會降低。

去年鬧得沸沸揚揚的聯想5G標準投票事件，華為主推的Polar碼，還有高通主推的LDCP碼，說的都是信道編碼。3G/4G時代處於核心地位的Turbo碼，也是信道編碼。

對抗衰弱的辦法，除了信道編碼之外，還有分集技術和均衡技術。像現在備受關注的MIMO（多天線收發技術），就屬於空間分集技術中的一種。簡單來說，就是一個不夠就用兩個，兩個不夠就用四個。

說完了調製和編碼，我們最後再來說說複用和多址。

前面我們所說的，是一對一的通信模型。但實際生活中，我們不可能一個通信系統只給兩個人用。我們會盡可能讓更多的人可以同時使用它。這就需要用到多址技術。

說到多址，大家一定聽說過這麼幾個詞：FDMA、TDMA、CDMA、SDMA、OFDMA……

沒錯，這些都是多址技術，分別是：

FDMA：頻分多址

TDMA：時分多址

CDMA：碼分多址

SDMA：空分多址

OFDMA：正交頻分多址

多址，就是Multiple Access（多接入）。

簡單舉例，我們把頻率資源想象成一個房間，如果把房間分割成不同的空間，不同的用戶在不同的房間聊天，這就是頻分多址（FDMA）。

如果這個房間裡，某一時間讓某一個人說話，下一時間段，讓另一個人說話，就是時分多址。

很多教課書類的知識小編就不一一解說了，通信的技術給我們的生活帶來了很大的便利，以及馬上就要問世的5G網絡，它也改變了我們的生活習慣，所以作為一個順應時代的人簡單的瞭解一下“通信”的原理還是很有必要的。下期再見！