
感谢大家的点赞,今天更新了第三部分,怎样学习通信原理。
以下是原回答。
谢不邀。
答主作为一个工作了十六年的通信算法工程师,来系统回答一下这个问题。
相信你看完本文,学通信原理不再迷茫。
本文分为三部分:
第一部分,简单讲讲通信原理这门课的地位和用途;
第二部分,讲通信原理各个章节的内容在通信系统中都有什么用,并侧重讲述哪些内容比较重要,哪些内容已经过时,重要性大大降低;
第三部分,讲讲通信原理怎么学。
通信原理是通信工程专业的一门专业课,号称通信专业的看家课,也是通信专业考研的两大专业课之一,另一门是信号与系统。
也就是说,如果你想考通信专业的研究生,大概率要考通信原理,如果不考通信原理,大概率是考信号与系统;如果毕业后你想在通信行业工作,通信原理是必备的知识。
既然通信原理这么重要,这门课究竟是干嘛的?或者换一个角度来说,干哪些工作要用到通信原理,哪些工作用的比较少,或者根本就不用,只有说清楚这个问题,探讨怎么学好通信原理才有意义。
如果说你将从事无线通信物理层算法工程师,比如移动通信,短距离无线通信等,或者泛通信算法工厂是,比如卫星导航接收机方向的算法工程师,或者从事通信系统相关的开发工作,如通信物理层软件工程师,这一类工作都是通信原理的重度使用者。而且,你需要在这一领域做一些开创性的工作,比如算法的改进,或者实现方式的改进。
举个例子:
答主本人做为一名通信算法工程师,工作的一个重要内容,就是研究新的算法,来改善通信接收机的接收性能。比如,测试现场发现通信系统的吞吐量比友商低20%,经过分析,发现是我司产品定时偏差精度不够,也就说要提升系统性能,与友商竞标,就必须改善时间同步算法。
这就需要算法工程师提更加先进的算法方案,如果以前有一些思路可能提升性能,但是没有评估过,那就马上评估,如果没有思路,就要去查论文和专利,寻找思路。
有了思路,就要做仿真,看看是否真的能提升性能,提升了多少。如果性能提升幅度满意,就要设计定点方案,与软件人员讨论,看实现复杂度是否能接受。如果能接受,后面就是实现,测试等一系列的流程。这就是物理层算法工程师的一项重要工作内容。
当然如果你在通信行业工作,但是不搞研发,通信原理的基础知识还是需要的,但是不必像研发人员那样精通。
如果你从事互联网方面的研发工作,通信原理知识用的就不多,只可能会用到一些基础知识,比如随机过程;如果你从事金融或者保险精算方面的知识,也会用到随机过程相关的知识。通信原理其它方面的知识基本是用不上的。
当然,如果从事金融保险相关行业,这点随机过程知识是远远不够的,会有一本厚厚的随机过程教材等着你,通信原理中学的那点随机过程知识,只是一个引子而已。
第二部分:通信原理的各个部分内容在通信系统中的作用
本章以通信工程专业广泛使用的樊昌信《通信原理(第七版)》为蓝本,具体讲一讲通信原理各个章节的关系,以及这些内容是在通信系统中怎样体现的。
当然更重要的是,结合本人的工作经验,会补充一些教科书上没有,但实际工作中又特别重要的内容,这才是本文的独到之处。
首先看看樊昌信这本书的内容简介。
对于没有学过通信原理的同学来说,从上面的简介中看不出什么特别的,对于一个有多年工作经验的算法工程师来说,则是另外一种滋味。
数字调制,信源编码,信道编码。。。这些内容都可以单独开一门课,甚至可以本身就是一个庞大的学科,而在本书中往往只占了一章,讲透是不可能的。
本门课程只是帮你建立一个通信系统的最基本的概念,如果想从事相关工作,还必须进一步学习,比如读研,乃至读博。如果你只是一个本科学历,又不是清北的话,基本没有机会从事通信算法方面的工作。所以,职业方向的选择,你懂的。
1、基础理论部分
第二章确知信号和第三章随机过程,这个没什么好说的,这一部分是进行通信系统设计与理论分析的依据。
2、重要性比较低的部分
第五章模拟调制,这部分内容已经很少用了,现代的通信系统绝大部分都是数字通信系统,工作十几年,也没搞过模拟通信,相信以后也不会搞。
第六章数字基带传输,这个部分答主也没搞过,至少无线通信中不会使用,有线通信中可能会用,但愿你不要去搞这个,坑太少,原因你懂的,不多说了。
3、重要部分
下面重头戏来了。后续的内容是现代通信理论中的重要内容,也是通信工程师的重要干饭工具。这部分围绕着下面这张图展开。
这是一个最简单的数字通信系统模型。这张图的核心是数字调制和数字解调,因为其它环节可以没有,比如加密和解密,信道编码和信道译码,有的环节可以做的很简单,如信源编码,简单的PCM编码也可以应付一下。
下面我们拆解一下这张图。
首先被拆出来的是加密和解密,这并不是说这部分不重要,而是这部分非常独立,其理论基础和工程应用与其它部分差别很大。有一个学科叫做密码学,就是专门搞加密和解密的,一般是搞信息安全的人在搞这个方向,搞通信的一般不玩这个。搞密码学的需要很强的数学能力,一般人玩不转。通信原理也不讲这方面的内容,知道是怎么回事就行了。
第二个被拆分出来的是信源编码,这个部分也比较独立,实际上也是一个庞大的学科,如图像编码,视频编码,声音编码,搞通信的大多也不怎么玩这个。所以第十章信源编码除了应付考试,掌握概念就好(如果你不想搞这个方向)。
第三个被拆分出来的是信道编码\译码。信道编码的功能是提升信道传输的可靠性,也就是纠错和检错。传输中出现了较少的错误比特,要能纠正过来,出现了较多的错误比特,要能检测出来,告诉接收者,传输已经出现了大量的错误,一般都是让发端重传。
目前主流移动通信系统中应用比较广泛的高性能信道编码是Turbo码,Polar码,LDPC码。LTE主要使用了Turbo码,而NR中则使用了Polar码和LDPC码。线性分组码中BCH码和RS码比较重要。实际工作中有些岗位对信道编码这块有要求,但是这类岗位不是太多。
在实际的产品开发中,译码算法常常使用现成的IP核,所以搞信道编码的人并不太多。而且,信道编码这部分难度很大,一般人也玩不转。当然,如果你掌握了几种典型的成熟的信道译码算法,也能体现一下你的专业能力,对于毕业生来说,也算多了一个砝码。
那么,看到这里,相信第十一章差错控制编码的地位和作用你也就明白了
最后一个部分调制和解调是通信系统的核心。这并不是说,调制和解调算法有多么难,而是围绕着解调的那些辅助功能的内容实在太丰富了。
比如,同步。这是通信系统不可缺少的一部分,同步的性能极大地影响通信系统的性能。但是,同步却没有出现在上面的框图中。同步通常包括载波同步,定时同步。比较简单的通信系统,如GPS、zigbee、GSM等,最复杂最核心的部分就是同步。不同的通信系统同步的设计差别很大,常常需要用伪随机序列相关和锁相环相关的知识,也就是说第十二章和第十三章的内容看起来关联不大,却是通信系统的核心知识。
同时,CDMA和OFDM是现代无线通信系统中最重要的信号传输体制,涉及一大批相关的技术。内容极为丰富。而 现代通信接收机设计中最核心的模块——信道估计和均衡模块会因为传输技术的选择不同而不同。没错,信道估计和均衡是通信NR和LTE这样的通信系统的重中之重,但是它没有出现在上面的框图中。
一句话,靠书本知识是学不好工科专业的。要学好工科专业,必须要进行大量的实践,尤其对于通信工程这样难度比较大的专业来说更是如此。
那么就通信原理这门课来说,最好的学习方法,就是找一个比较简单的通信系统,自己动手仿真,切实地理解通信系统的工作原理。
这个系统的选择要满足以下几个条件:
1)不能太复杂。太复杂了搞不定,学不到东西。但也不能太简单,太简单了施展不开。
2)除非为了做项目,尽量选择比较知名的系统,这样的系统通常岗位比较多,由于是大家都知道的系统,用人单位也方便评估你的技术水平。比如5G NR,没几个不知道的,即使对5G的技术不太了解的人,随便搜索一下,也能了解个大概。可惜5G太复杂,上手太难了。
3)资料丰富。便于学习,遇到问题也就比较容易解决。
符合上述三条的系统是卫星导航系统。卫星导航系统是扩频通信系统,系统比较简单,但是同步、解调、信道编码一样都不少。
卫星导航系统现在有多种信号,除了普通的扩频信号,还有BOC调制,其接收算法与普通扩频信号不同。除了接收机这个领域,还有抗干扰,以及后端的PPP和RTK,有足够的技术纵深让你折腾。
卫星导航系统资料非常丰富,而且做卫星导航的公司也比较多,找工作和找实习也比较容易。
当然,如果你对信道编码感兴趣,可以学学应用比较多的BCH码、RS码、卷积码,如果你能掌握几种经典的译码算法,如BM算法,彼得森算法,欧几里得算法等,并自己动手做过仿真,用人单位一定要看你一眼。如果你自己仿真过维特比算法,甚至turbo码的迭代译码算法,那水平就相当可以了。
最重要的是,要自己写代码,做仿真,才是真正掌握,浮皮潦草地看看书,背一下算法步骤,是经不起面试官拷问的。
这个回答到这里就结束了,已经3800多字。感谢大家的阅读和点赞。
