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1、1.2通信系统1.2.1通信系统的一般模型通过通信的发展过程可以发现，无论是远古狼烟滚滚的烽火，还是今天四通八达的电话，无论是饱含情谊的书信，还是绚丽多彩的电视画面，尽管通信的方式各种各样，传递的内容千差万别， 但都有一个共性， 那就是进行信息的传递。因此，我们对通信下一个简练的定义：所谓通信，就是信息的传输与交换。这里“传输”可以认为是一种信息传输的过程或方式。而在这里所讨论的通信不是广义上的通信，而是特指利用各种电信号和光信号作为通信信号的电通信和光通信。用于进行通信的设备硬件、软件和传输介质的集合叫做通信系统。过去对通信系统的定义没有软件部分，但随着计算机进入通信系统，通信软件就成为组成
2、通信系统的基本要素，因此在定义中加入软件这一模块。从硬件上看， 通信系统主要由信息源、受信者、 传输媒质和发射、 接收设备五部分组成。比如电话通信系统就包括：送话器、电线、交换机、载波机、受话器等要素。广播通信系统包括麦克风、放大器、发送设备、无线电波、收音机等。图1-5 为通信系统的一般模型。图 1-5通信系统的一般模型信息源是消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号（基带信号）。例如：电话机、摄像机、扫描仪、计算机等。发送设备的基本功能是将信息源和传输媒质（信道） 匹配起来， 即将信息源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号（如已调信号） 。在通信中， 信道具有特定的频率范围，
3、超过这个范围的信号将无法传输。而信息源产生的信号未必就恰巧在这个频率范围之内，因此就要靠发送设备的转换了。最典型的信号转换就是调制。调制的作用是将信息源发出的信号频率调制到信道允许的频率范围内。传输媒介（信道）是指传输信号的物理媒质。在无线信道中，信道可以是电磁波，它的频率范围在3Hz300GHz。在有线信道中，信道可以是明线、电缆、光纤。噪声源是通信系统中各种设备以及信道中噪声与干扰的集中表现。噪声源可以理解为是通信系统的一部分，因为在实际应用中，一个通信系统无法彻底消除干扰。接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号。受信者是传输
4、信息的归宿点，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。对于信息源和受信者来说， 不管中间经过什么样的变换和传输，都应该使二者消息内容保持一致。收到和发出消息的相同程度越高越好，表明通信系统的可靠性越高。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 4 页 - - - - - - - - - 1.2.2模拟通信系统信息源发出的消息可分为两大类：连续消息是指消息的状态连续变化或不可数的，如语音，图片等；离散消息是指消息的状态是可数的或离散的，如符号，数据等。消息的传递是通
5、过电信号来实现的。按信号参量的取值方式不同可把信号分为两类，即模拟信号和数字信号。凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，称为模拟信号， 因此模拟信号的波形图是连续的，如电话机发出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等都属于模拟信号。凡信号参量只能取有限个值的，称为数字信号，数字信号的波形图是离散的，如电报信号、计算机输入输出信号。模拟信号通过抽样、量化、编码可以转换为数字信号。信道中传输模拟信号的系统称为模拟通信系统，它指的是信息源发出的和受信者接收的、信道中传输的都是模拟信号的通信过程或方式。第一代移动通信系统，就是在电影中看见的某些大佬手中拿的“大哥大”，就属于模拟通信。模拟通信系统的
6、组成可由一般通信系统模型略加改变而成，如图1-6 所示。这里，一般通信系统模型中的发送设备和接收设备分别为调制器、解调器所代替。图 1-6模拟通信系统模型对于模拟通信系统，它主要包含两种重要变换。一是把连续消息变换成电信号（发端信息源完成）和把电信号恢复成最初的连续消息（收信端受信者完成）。由信息源输出的电信号 （基带信号） 由于它具有频率较低的频谱分量，一般不能直接作为传输信号而送到信道中。因此， 模拟通信系统里常有第二种变换，即将基带信号转换成其适合信道传输的信号，这一变换由调制器完成；在接收端同样需要经过相反的变换，它由解调器完成。经过调制后的信号通常称为已调信号。已调信号有三个基本特性
7、：一是携带有消息， 二是适合在信道中传输，三是频谱具有带通形式，且中心频率远离零频。因而已调信号又常称为频带信号。必须指出， 从消息的发送到消息的恢复，事实上并非仅有以上两种变换，通常在一个通信系统里可能还有滤波、放大、天线辐射与接收、控制等过程。对信号传输而言，由于上面两种变换对信号形式的变化起着决定性作用，因此它们是通信过程中的重要方面。而其它过程对信号变化来说，没有发生质的作用，只不过是对信号进行了放大和改善信号特性等，因此，这些过程我们认为都是理想的，而不去讨论它。1.2.3数字通信系统信道中传输数字信号的系统，称为数字通信系统。数字通信系统可进一步细分为数字频带传输通信系统、数字基带
8、传输通信系统、模拟信号数字化传输通信系统。1数字频带传输通信系统数字通信的基本特征是，它的消息或信号具有“离散”或“数字”的特性，从而使数字通信具有许多特殊的问题。例如前边提到的第二种变换，在模拟通信中强调变换的线性特性，即强调已调参量与代表消息的基带信号之间的比例特性；而在数字通信中， 则强调已调参量与代表消息的数字信号之间的一一对应关系。另外，数字通信中还存在以下突出问题：第一，数字信号传输时，信道噪声或干扰所造名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 4 页
9、- - - - - - - - - 成的差错，原则上是可以控制的。这是通过所谓的差错控制编码来实现的。于是，就需要在发送端增加一个编码器，而在接收端相应需要一个解码器。第二，当需要实现保密通信时，可对数字基带信号进行人为“扰乱”（加密），此时在接收端就必须进行解密。第三，由于数字通信传输的是一个接一个按一定节拍传送的数字信号，因而接收端必须有一个与发端相同的节拍，否则，就会因收发步调不一致而造成混乱。另外，为了表述消息内容，基带信号都是按消息特征进行编组，于是，在收发端之间一组组的编码规律也必须一致，否则接收时消息的真正内容将无法恢复。在数字通信中，称节拍一致为“位同步”或“码元同步”，而称编
10、组一致为“群同步”或“帧同步”，故数字通信中还必须有“同步”这个重要问题。综上所述，点对点的数字通信系统模型一般可用图1-7 所示。图 1-7点对点的数字通信系统模型图中调制器 /解调器、加密器/解密器、编码器/译码器等环节，在具体通信系统中是否全部采用， 这要取决于具体设计条件和要求。但在一个系统中，如果发送端有调制/加密 /编码，则接收端必须有解调/解密 /译码。通常把有调制器/解调器的数字通信系统称为数字频带传输通信系统。2数字基带传输通信系统与频带传输系统相对应，把没有调制器/解调器的数字通信系统称为数字基带传输通信系统，如图1-8 所示。图 1-8数字基带传输通信系统图中基带信号形成
11、器可能包括编码器、加密器以及波形变换等，接收滤波器亦可能包括译码器、解密器等。3模拟信号数字化传输通信系统上面论述的数字通信系统中，信源输出的信号均为数字基带信号，实际上， 在日常生活中大部分信号 （如语音信号） 为连续变化的模拟信号。那么要实现模拟信号在数字系统中的传输，则必须在发端将模拟信号数字化，即进行A/D 转换；在接收端需进行相反的转换，即 D/A 转换。1.2.4数字通信的主要特点目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。但是，数字通信的发展速度已明显超过模拟通信，成为当代通信的主流。与模拟通信相比，数字通信更能适应现代社会对通信技术越来越高的要求。名
12、师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - 1数字通信的主要优点（1）抗干扰能力强在数字通信中，传输的信号幅度是离散的，以二进制为例，信号的取值只有两个，接收端只需判别两种状态。信号在传输过程中受到噪声的干扰，必然会使波形失真，接收端对其进行抽样判决， 以辨别是两种状态中的哪一个。只要噪声的大小不足以影响判决的正确性，就能正确接收（再生） 。而在模拟通信中，传输的信号幅度是连续变化的，一旦叠加上噪声，即使噪声很小，也很难消除它
13、。数字通信抗噪声性能好，在微波中继通信时，它可以消除噪声积累。这是因为数字信号在每次再生后，只要不发生错码，它仍然像信源中发出的信号一样，没有噪声叠加在上面。因此中继站再多， 数字通信仍具有良好的通信质量。而模拟通信中继时，只能增加信号能量（对信号放大） ，而不能消除噪声。（2）差错可控数字信号在传输过程中出现的错误（差错），可通过纠错编码技术来控制，以提高传输的可靠性。（3）易加密数字信号与模拟信号相比，它容易加密和解密。因此，数字通信保密性好。（4）易于与现代技术相结合由于计算机技术、数字存贮技术、数字交换技术以及数字处理技术等现代技术飞速发展，许多设备、终端接口均是数字信号，因此极易与数
14、字通信系统相连接。2数字通信的缺点数字通信相对于模拟通信来说，数字通信主要有以下两个缺点：（1）频带利用率不高系统的频带利用率，可用系统允许最大传输带宽（信道的带宽）与每路信号的有效带宽之比来表征。数字通信中，数字信号占用的频带宽，以电话为例，一路模拟电话通常只占据k4Hz 带宽，但一路接近同样话音质量的数字电话可能要占据2060kHz 的带宽。因此，如果系统传输带宽一定的话，模拟电话的频带利用率要高出数字电话的515 倍。（2）系统设备比较复杂数字通信中，要准确地恢复信号，接收端需要严格的同步系统，以保持收端和发端严格的节拍一致、编组一致。因此，数字通信系统及设备一般都比较复杂，体积较大。不过，随着新的宽带传输信道（如光导纤维）的采用、窄带调制技术和超大规模集成电路的发展， 数字通信的这些缺点已经弱化。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展和广泛应用，数字通信在今后的通信方式中必将逐步取代模拟通信而占主导地位。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - -