通信原理之信号与噪声：如何在杂音中传递信息？
通信是指两个或多个实体之间交换信息的过程。通信可以分为模拟通信和数字通信，模拟通信是指用连续变化的物理量（如声波、电压、光强等）表示信息，数字通信是指用离散的符号（如0和1）表示信息。无论是模拟通信还是数字通信，都需要用一种称为信号的物理量来携带信息。信号可以是电磁波、光波、声波等，它们可以在不同的媒介中传播，如空气、电缆、光纤等。
然而，在传播过程中，信号会受到各种干扰和损失，导致信号的质量下降，这种干扰和损失称为噪声。噪声可以分为内部噪声和外部噪声，内部噪声是指由信号源或接收器本身产生的随机波动，如热噪声、散粒噪声等，外部噪声是指由其他信号源或环境因素产生的干扰，如电磁干扰、雷电干扰、风吹雨打等。噪声会使信号的幅度、频率、相位等发生变化，从而影响信息的正确传递。
那么，如何在杂音中传递信息呢？这就需要用到一些技术和方法来提高信噪比，即信号的强度与噪声的强度之比。信噪比越高，说明信号越清晰，信息越容易被接收和识别。提高信噪比的方法有以下几种：
1.增加发射功率：这是最直接的方法，就是让信号更强大，以便在传播过程中抵抗噪声的影响。例如，在无线电广播中，发射台会用高功率的发射机来发送电磁波，以覆盖更大的范围。
2.选择合适的频率：不同频率的信号在不同媒介中的传播特性不同，有些频率更容易受到某些类型的噪声的干扰，有些频率则更能穿透某些障碍物。例如，在无线电通信中，低频波可以沿着地球表面弯曲传播，但容易受到大气层和太阳活动的影响；高频波可以反射于电离层和地球表面之间来实现远距离传播，但容易受到雷电干扰；超高频波可以直线传播，但容易被建筑物和山脉遮挡。
3.使用方向性天线：方向性天线是指只能在某个特定方向上接收或发射信号的天线，它可以减少来自其他方向的噪声的干扰，也可以减少信号的辐射损失。例如，在卫星通信中，地面站和卫星之间会使用高增益的抛物面天线来实现高效的信号传输。
4.使用滤波器：滤波器是指可以通过或阻止某些频率的信号的电路或器件，它可以用来去除信号中的不需要的成分，或者抑制噪声中的干扰成分。例如，在电话通信中，会使用低通滤波器来去除人声信号中高于3.4千赫兹的部分，以减少带宽的占用和噪声的影响。
5.使用编码技术：编码技术是指对信息进行一定的变换或添加一些冗余信息，以提高信息的可靠性和安全性。例如，在数字通信中，会使用差错控制编码来检测和纠正传输过程中产生的错误，或者使用加密编码来防止信息被窃听或篡改。