无线电是怎么传输信息的

牟兴越 卢存旺

人类的通信历史非常悠久，早在远古时候，人们就能利用简单的语言、手势等方式传递信息。经过千百年的发展，人們逐渐发明图案、文字等传递信息的方式，其中一些方式至今仍在使用，但是这些方式一般都依靠人类自身的感官来传递信息，作用距离很短，传输速率较慢，传递的内容也有限。人类通信领域的根本性巨大变革发生在19世纪中叶，随着第一个人类感应电火花在实验室里发出，赫兹通过实验证明了麦克斯韦的理论，也为人类实现无线电通信奠定了基础。随着越来越多的科学家投入到利用无线电通信的研究当中，最终实现大规模推广无线电通信的是马可尼，在1897年，马可尼已经可以实现跨越英吉利海峡的无线电通信，并建立了马可尼无线电报公司，从此无线电通信才算正式走入人们的日常生活。

无线电信号看不见摸不着，又与我们的生活息息相关，移动支付、移动电话甚至卫星传输信号都要依靠它，但很多人不知道到底是个什么东西，更不明白它是如何传递信息的。现在，这篇文章将为你解答无线电是如何传递信息的疑惑。

原始的无线电通信就是通过控制电磁脉冲的发射实现的通信的，你可以类比为利用一个开关的开闭控制电灯的灭和亮，其他人通过事先约定的规则，将电灯的闪烁规律翻译成信息，而电报则是将电磁脉冲的能量转变为有规律的声音或者灯光，再由人将其翻译为语言信息。

现代无线电通信经过长足的发展，已经与原始的无线电信号大不相同。现代的数字通信系统模型如下：

在数字通信的时代，信息从信源流入，经过一系列处理，再通过传输路径传递到接收设备，最终到达信宿。在整个系统中，信源和信宿可以是人也可以是机器，他们是原始信息的提供方和接收方，可以类比为寄信人和收信人。

信源编码，是实现数字传输的第一步，在这一步需要将语音、文字、图案等原始信息转化为数字信号。信源编码的主要作用，一是压缩原始信息，去除冗余信息，提高系统有效性，二是将模拟信号转换成数字信号，下面举个例子说明为什么要信源编码：大家在手机上看电影，会有清晰度的选择，以现在各视频平台常见的720 P（1280*720）彩色（24位/像素）电影来说，为了观影需求一般要求每秒25帧，它一秒钟的数据量为552.96Mb，这意味着它需要553Mb/S的数据传输速率才能流畅观看，而现实生活中，大家在手机上看电影的时候并不会需要如此高的网速，一般600kb/s到800kb/s就能流畅观看，大家应该可以明白信源编码的重要性了。信源译码作为信源编码的逆过程，就是要将压缩的信息还原成声音、文字等信息。

加密，是保护信息安全的重要手段，一般在需要实现保密通信的场合，人们将已经压缩处理的数字信息按照一定的规则扰乱。在信息传递的过程中，信息就像装进了上锁的盒子里，这个上锁的过程就是加密，别人窃取到信息后，如果不知道密码或加密方式，看到的将是一片乱码。解密过程是加密过程的逆过程，对接收到的信息进行解密后，恢复原来的信息。

信道编码，是保证通信系统可靠性的重要一步。数字信号在传输的过程中会受到各种干扰，我们将其称为噪声，顾名思义噪声就是干扰信号传输的电磁波，就像大街上聊天的时候，路过的汽车的引擎声，喇叭声等等，它们可能会让你听不见或者听不清甚至听错。信道编码就是在传输的信息码元中按照一定的规律加入保护成分，进而组成所谓抗干扰编码。抗干扰编码能实现检错和纠错的功能，在接收端通过检查这部分编码，根据事先约定的规则，判别传递的信息是否出错，并在一定程度上纠正错误，提高通信的正确率和效率。信道译码是信道编码的逆过程，与加密解密一样，信道编码和信道译码都必须采用相同的编码和译码方式。

数字调制是实现数字传输的关键一步，前面的步骤都是对信息本身的处理，而我们在通信的时候，并不是直接将信息发送出去。受到天线尺寸和传输速率等因素的要求，我们必须以很高的频率发射无线电波，才能在让手机等移动通信设备尺寸做到现在我们看到的这么小，上网速度这么快。因为当我们在某一个频率通信的时候，要更好的发射和接受信号，天线的最佳尺寸是电磁波波长的四分之一，于此同时，相同条件下通信的频率越高，能使用的带宽越大，通信的速度也越快，最直接的感受就是网速更快了。然而在调制之前的信号并不满足这些要求，我们要做的是将我们要传输的信号加载到一个高频率的载波上，这个过程就是调制。我们可以将调制前的信号类比为货物，载波类比为货车，路途遥远，货物不能直接转移到收货方，必须要用货车运输过去，到达目的地之后再将货物卸下，这个过程就是解调的过程。数字调制又称为载波键控，键就像开关一样，控就是控制开关的开闭，是不是又像最初的电报？不过数字调制并不同于电报直接控制电磁脉冲的发射和关闭，数字调制控制的是载波。我们有移幅键控（ASK）、移频键控（FSK）、移相键控（PSK），三类调制方法，ASK是最像电报的一种调制方式，你可以认为它控制的就是信号的电压;FSK 控制的是信号的频率，它会根据你要传递的信号改变频率发射;PSK控制的是电磁波的相位，它会控制正弦信号的相位的跳变。

经过发射前的一系列处理，电磁能量会由天线辐射出去，电磁波在空中传播，会受到各种电磁能量的干扰，这就是噪声干扰，噪声是没有办法消除的，我们只能不断提高抗干扰的能力，提高有效信号的比例（信噪比）。

经过本文的介绍，大家应该对无线电通信有了一定的了解，本文举例的是现在与我们生活最近的数字通信，实际上还有模拟通信等通信方式，有兴趣的可以更深入的了解。