第一章 绪论

1.1 通信系统构成

1.1.1信3息与信号

人类生活在信息的海洋里，离不开信息的传递与交流。信息（Information）是指对收信者来说有意义的内容，它是一个比较抽象的概念。信息可以有多种表现形式，如语言、文字、数据、图像等。

信号（Signal）是信息的载体，是运载信息的工具。人们要想交换和传递信息，就必须借助信号，以信号作为载体。

通信（Communication）是信息的传递和交换。通信的含义很广泛，本书所讨论的通信主要是指电通信（包括光通信），即携带信息的载体是电信号（或光信号）。电通信的突出优点是能使信号在任意距离上实现快速、有效、准确、可靠的传递。因此，电通信已成为现代社会的主要通信方式。

1.1.2 模拟信号与数字信号

1.模拟信号（AnalogSignal）

如果信号的幅度值是连续（连续的含义是在某一取值范围内可以取无限多个数值）的而不是离散的，则这样的信号称为模拟信号。图1.1（a）是话音信号的电压波形，它模拟了语音声强的大小，其幅度是连续变化的。图1.1（b）是对图1.1（a）按一定的时间间隔T抽样后的抽样信号，在时间上是离散的，但幅度取值仍然连续，所以图1.1（b）仍然是模拟信号。电话、电视信号都是模拟信号。

2.数字信号（DigitalSignal）

如果信号的幅度是离散的，并且在时间上也是离散的，这样的信号则称为数字信号。图1.2是数字信号的两个波形。图1.2（a）是二进制码，每一个码元只取两个状态（0、1）之一。图1.2（b）是四电平码，每个码元只能取四个状态（3、1、-1、-3）中的一个。数字信号的特点是幅度值被限制在有限个数值之内，它不是连续的而是离散的。电报信号、数据信号均属于数字信号。

判断一个信号是数字信号还是模拟信号，其关键是看信号幅度的取值是否离散。信息既可用模拟信号来表示，也可用数字信号来表示，因此，模拟信号和数字信号在一定条件下可相互转换。

1.1.3 通信系统的模型及特点

1.通信系统的模型

通信系统的一般模型如图1.3所示，由信源、发送设备、信道、接收设备和信宿五部分组成。

信源的作用是把各种形式的信息变换成原始电信号。这个信号称为基带信号。

发送设备将信源产生的信号变换为适于信道传输的信号。变换方式是多种多样的，常见的变换方式有各种信道编码、放大、正弦调制等。经正弦调制后的信号称为频带信号。

信道是信号的传输媒介，即传输信号的通道。信号在通信系统中传输时，不可避免地会受到系统外部和系统内部噪声的干扰。在分析时往往把所有的干扰（包括内部噪声）折合到信道上统一用一个等效噪声源来表示。

接收设备的任务是将接收到的频带信号准确地恢复成原基带信号。

信宿的作用是将基带信号恢复成原始信号。

图1.3所示的通信系统模型是对各种通信系统的概括，它反映了通信系统的共性。根据所研究的对象不同，就会出现形式不同的具体的通信模型。数字通信系统模型如图1.4所示。

图1.4中，信源是将信息变换成原始电信号的设备或电路。常见的信源有产生模拟信号的电话机、话筒、摄像机和输出数字信号的电子计算机等。

信源编码的任务是把模拟信号变换成数字信号，即模拟/数字变换（简称为模/数变换或A/D变换）。

加密器可对数字信号进行加密，即对数字信号进行一些逻辑运算以起到加密的作用。

信道编码包括纠错编码和线路编码（又称为码型变换）两部分。经过信道编码的码流，码元之间具有较强的规律性。这样，就使其满足信道的要求，适应在信道上传输，接收端易于同步接收发送端送来的数字码流，并且根据信道编码形成的规律性自动进行检错甚至纠错。

有时为了适应传输系统的频带要求，将编码后的数字信号频谱变换到高频范围内，这一变换称为调制。

接收端的解调、信道解码、解密器、信源解码等功能与发送端的调制、信道编码、加密器、信源编码等功能是一一对应的反变换，这里不再赘述。

需要指出的是：具体的数字通信系统并非一定包括如图1.4所示的全部方框。如果信源是数字信息时，则可去掉信源编码和信源解码，这时的通信系统称为数据通信系统；对于基带传输系统，可去掉调制、解调器；当通信不需要保密时，可去掉加、解密器。

2.数字通信的特点

与模拟通信比较，数字通信具有以下特点。

（1）抗干扰能力强，无噪声积累

信号在传输过程中必然会受到各种噪声的干扰。在模拟通信中，为了实现远距离传输，提高通信质量，须在信号传输过程中及时对衰减的信号进行放大，同时叠加在信号上的噪声也被放大，如图1.5（a）所示。由于在模拟通信中，噪声是直接干扰信号幅度的，因此难以把信号和干扰噪声分开。随着传输距离的增加，噪声积累越来越大，通信质量越来越差。

在数字通信中，信息变换在脉冲的有无之中。为实现远距离传输，当信噪比恶化到一定程度时，在适当的距离采用再生的方法对已经失真的信号波形进行判决，从而消除噪声的积累，如图1.5（b）所示。

（2）灵活性强，能适应各种业务要求

在数字通信中，各种消息（电报、电话、图像、数据等）都可以变换成统一的二进制数字信号进行传输。

（3）便于与计算机连接

计算机产生、处理和接收的均是数字信号，可以直接作为数字通信系统的信源和信宿。

（4）便于加密处理

信息传输的安全性和保密性越来越重要。数字通信的加密处理比模拟通信容易得多。经过一些简单的逻辑运算即可实现加密。

（5）设备便于集成化、小型化

数字通信通常采用时分多路复用，不需要体积大的滤波器。由于设备中大部分电路都是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小、功耗低。

（6）占用频带宽

这是数字通信的最大缺点。在电话交换系统中，一路模拟电话约占4kHz带宽，而一路数字电话约占64kHz带宽。随着宽频带信道（光缆、数字微波）的大量利用及数字信号处理技术的发展，数字电话的带宽问题已不是主要问题。

1.1.4 通信系统的分类

1.按传输媒介可分为有线通信和无线通信

有线通信是指电磁波沿线缆传播的通信方式。线缆又可分为市话用双绞线、电缆、光缆等。

无线通信是电磁波在空间传播的通信方式，传输媒介为空间。按所用波段不同又可划分为长波通信、中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信等。此外，还有卫星通信、移动通信等。

无线通信与有线通信比较，具有机动灵活、不受地理环境限制、通信区域广等优点。无线通信易受到外界干扰，保密性差。有线通信可靠性高、成本低，适用于近距离固定点之间的通信。在现代通信中，无线通信系统与有线通信系统互相融合、互相补偿。

2.按信号传送类型可分为模拟通信和数字通信

利用模拟信号作为载体而传递信息的通信方式称为模拟通信。目前的电话通信和图像通信仍大量采用模拟通信方式。传输模拟信号的信道称为模拟信道。

利用数字信号作为载体而传递信息的通信方式称为数字通信，如电报、计算机、数据等均属数字通信。

任一信息既可用模拟方式传输，也可用数字方式传输。例如，电话信号过去都用模拟信号传输，而现在可以用数字化手段将模拟信号变成数字信号后再传输，这就是数字电话。此外，数字信号经变换后，也可在模拟信道上传输。