【QQ空间转移】原创 通信历史及接收机

 

2012-2-26 23:05

 

 

通信历史及接收机

 

通信技术起源于19世纪末，发展于20世纪，我觉得可能会收尾于21世纪。通信技术发展的历程和电子技术的发展息息相关。

19世纪：

通信技术分为有线通信和无线通信，有线通信依靠电流(铜线)和光波(光纤)，无线通信依靠电磁波。因此电磁波是无线通信的根本。
可电磁波这玩意看不见摸不着，谁第一个发现并利用它的捏？
1864年，英国的物理学家麦克斯韦（J.c.Maxwel）建立了电磁理论并预言了电磁波的存在。然后德国物理学家海因里斯.赫兹（H.R.Hertz）在1888年通过实验证实了电磁波的存在。不过Hertz当时并不认为电磁波能用于无线通信，其实这也非常好理解，打个低俗的比方，你在教室放了个屁，你在食堂肯定闻不到。不过技术的发展会超过人的想象力的，只要你的屁足够臭，你的鼻子足够灵，还是能够闻到的。
1875年，苏格兰人亚历山大.贝尔（A.G.Bell）发明电话，这应该算有线通信的始祖了。
1895年，意大利人马可尼（Marconi）进行了传距数百米的无线通信，正式拉开了无线通信技术发展的序幕。好像近代有名的意大利人除了球星就只剩下这个马可尼了。。。

20世纪：

1901年，马可尼进行了横渡大西洋的无线通信，证明了长距离无线通信的可能性。

1904年英国电气工程师弗莱明（J.A. Fleming）发明真空二极管（diode）。1907年美国物理学家德福莱斯特（De Forest Lee）发明真空三极管（triode）。通信技术进入了真空电子管的时代。啥叫真空电子管，现在已经很少见了，就是一个密封的小玻璃瓶，里面抽成真空，然后在上面插上两个到五个电极（几个电极就叫几极管），其中阳极阴极各一个，加热阴极，让阴极上的电子跑到真空玻璃瓶里，然后被玻璃瓶中的阳极吸走，对三极管来说，还有一个是栅极，位置在阴阳之间，控制阳极吸电子的速度。

这个时候的无线通信方式大多数AM或FM，接收机采用非相关的接收方式，对AM来说就是包络检波，如马可尼的粉式检波器、著名的矿石检波器，对FM来说就是鉴频器。不用相干解调的原因是因为那时候还没有锁相环，无法获得同频同相的本地载波。

一开始的接收机的方式是接收端对高频信号进行滤波，然后放大，再检波。加拿大的工程师Reginald Fessenden在1901用一个频率和信号频率很相近的本振和射频信号相乘，然后接收信号下变频到可听的音频范围（约为16Hz~16kHz），这样在扬声器端可以听到莫尔斯电码“点”和“短线”的声音，即用一个和接收信号频率略差的信号“拍”出音频信号。但由于当时的本振很不稳定而没有广泛应用。这种方式的接收机叫外差接收机（heterodyne），来自于希腊语的词根hetero（“相异的，不同的”）和dyn（“功率”）。

1918 年, 美国电气工程师E.H 阿姆斯特朗发明了超外差式接收装置。利用本地产生的振荡波与输入信号混频，将输入信号频率变换为某个预先确定的频率，这个固定的频率一般被称为中频（IF），由于中频频率高于外差方式中的音频，因此叫超外差（Superheterodyne）。 在当时，相对于外差方式，超外差的优点是最终信号的质量受本振稳定度的影响没那么大。

1932，H. de Bellescise提出来锁相环的概念，这是相干接收机的基础。然后超外差式相干接收机成为主流。

1947年12月16日：威廉·肖克利（William Shockley）、约翰·巴丁（John Bardeen）和沃特·布拉顿（Walter Brattain）成功地在贝尔实验室制造出第一个晶体管。然后集成电路按照摩尔定律迅猛发展。

1948，香农发表论文《通信的数学理论》开创了信息论。

1962年，低密度奇偶检查码(LDPC code)被Gallager提出，不过受限于当时的器件技术，低密度奇偶检查码并无法实用。

1966年，Robert.W.Chang提出OFDM的原理。

1993年，两位法国教授Berrou、Glavieux 和他们的缅甸籍博士生Thitimajshima 提出Turbo 码。

 

 20世纪末，MIMO的应用（虽然MIMO的概念是由马可尼于1908年提出）

对于频带通信系统来说，接收机的任务是将信号的频率从射频变到基带，再从基带信号中提取出有用信息。综上所述，接收机的变频方式其实就是两种，直接变频和分阶段变频。

 

1 直接变频
homodyne 或 synchrodyne 或 Direct-conversion receiver 或 zero-IF receiver
1）非相干接收的方式，在超外差接收机出现之前，大多是这种方式，即直接对射频信号进行检波。这种古老的方式已经消失很久了。
2）随着通信设备的小型化和节能等要求，以及振荡器的性能的提升，现在一种零中频的接收机也较为常见，用正交的两路本振信号分别和射频信号相乘，直接提取出IQ信号，然后对IQ信号进行采样，这种方式的优点是 结构简单，无镜频干扰，缺点是IQ不平衡，本振泄漏导致直流偏移，难以进行载波同步。据我所知，一般用于半相干的差分解调系统或相干的OFDM系统（OFDM中的导频可以进行信道估计）。

 

2 分阶段变频（多次变频只考虑最后一次变频的方式）
1）超外差式（Super heterodyne）不再介绍，这种方式流行了快1百年，优点是选择性好，选择范围宽，现在在一些传统的接收机和扫描式频谱仪中还在使用。

2 ）低中频接收机（Low IF receiver），低中频和超外差的区别就是中频频率很低，低到可以进行数字化，因此低中频方案采用的是数字中频，即先将中频信号数字化，然后和NCO相乘进行数字下变频。优点是无IQ不平衡，无本振泄漏导致直流偏移，缺点是由于中频低，所以镜频和信号频率靠得很近（2倍中频），不容易滤除。现在这种方式是主流。