1.2 通信系统技术基础

1.2.1 通信系统概述

1.通信系统构成

通信系统指利用传输信道或网络将具有收、发信息功能的终端设备有机连接起来的系统，包括终端设备、交换设备、传输信道3部分，可实现单向/双向或单工/双工通信功能。为把用户非电形式的消息传输到远方，发送端通过终端设备将作为信源的消息转换成电信号，并将该信号加载到某种载体上，经信道传输到接收端，接收端的用户终端设备从所接收信号中还原出受信消息。通信系统构成如图1-1所示。

① 终端设备。终端设备除完成消息和信号相互转换外，还具有产生、识别、处理信令及信道适配等功能。不同通信业务终端设备各异，如电话业务的电话机、传真业务的传真机、数据业务的数据终端机等。

② 交换设备。交换设备是通信网络核心，基本功能是汇集、转接、分配用户信号，实现用户间选择性连接和自由通信。不同属性的通信业务要求的交换设备各异：实时性强的电话业务，要求能直接接续话路的电路交换设备；实时性要求不高的数据业务，可采用分组交换设备，把数据信号分组、存储和交换，并以分组为单位，利用各信道的空闲“见缝插针”地传输。通常，安装交换设备的局、所称为交换节点或交换中心，各交换中心有不同层次或级别，分为接入用户的端局和疏导局间业务的汇接局。

③ 传输设备。传输设备是连接交换节点、提供传输信号通道的系统，通常由置于系统两端的传输终端设备、通信线路和间插于线路的中继器组成。中继器主要起补偿线路衰耗、延长传输距离作用。为提高传输网络的效率，现代通信采用各种复用技术，使传输系统不仅能在“点—点”间提供许多宽带信号通道，还能在线路中串入分出/插入复用设备，沿线上/下部分通道，扩大通信系统的服务范围或覆盖范围。

通常，根据传输、处理信号的幅度是否随时间连续变化，分为模拟通信系统和数字通信系统。前者抗干扰性差，存在噪声累积，复用方式落后，不易保密通信，设备规模集成困难；后者具有模拟通信系统无可比拟的优点，但带宽利用率低，在带宽资源受限的电缆时代难以成为主要的通信系统。20世纪80年代以来，数字处理技术、数字集成电路等已十分成熟，特别是光纤通信技术的迅猛发展和广泛应用突破了带宽资源的瓶颈，以及因特网日益深入社会生活，迎来了数字通信的辉煌时代。

2.通信系统分类

通信系统根据传输信号特征、传输介质、调制方式、通信方式等的不同，有多种分类方法。

① 按信号特征分类。根据传输信号的幅度是否随时间连续变化，分模拟通信系统和数字通信系统。

② 按传输介质分类。根据传输介质不同，分为有线通信，如双绞线、双平行线、同轴电缆、微带、波导、多芯铜线、光缆等；无线通信，如移动通信、微波通信、卫星通信、雷达、声呐、遥控遥测、无线定位、无线接入等。

③ 按调制方式分类。根据信号送到信道前是否进行调制，通信系统分基带传输和频带传输。前者指信号未经调制而直接送到信道传输；后者指信号经过调制后再经信道传输，接收端需进行相应的解调。常用调制方式及用途如表1-1所示。

3.通信系统质量指标

影响通信系统质量的因素主要包括：传输信道的特征及相关因素；表示信息本身的信号或编码方式和传输方式。模拟通信系统与数字通信系统质量指标有所不同。其中，有效性与可靠性是相辅相承的两个质量指标体系。前者指信道一定时，系统能传输信息内容的多少；后者指系统接收端恢复信息的准确程度。

① 模拟通信系统的有效性指在给定信道带宽内能容纳通信路数的多少，也可用传输单路信号的有效带宽衡量；可靠性指接收端的输出信噪比（S/N）。每路模拟信号需占用一定的信道带宽，可通过频率分割复用，以复用路数多少体现其有效性，或根据业务性质减少信号带宽。如音频信号的调幅单边带仅4kHz，比调频信号带宽小数倍，这样就能充分利用传输信道能力，提高通信系统的有效性。

② 数字通信系统的有效性主要体现在信道通过的信息速率，可靠性则表现为传输产生的错误概率。基带数字信号可采用TDMA以充分利用信道带宽，CDMA、WDMA等也可以提高数字通信系统的有效性。另外，为利用有限的信道带宽支持信源信息量大的业务传输，根据信息理论，可采用压缩编码技术来消除源信息的冗余部分，如电视信号的有效信息仅4%，采用无失真压缩编码，能达到30多倍压缩率。根据不同应用要求，还可去掉一些次要信息，这种有损压缩编码可压缩百倍，较好地满足一般性需要。

为获得通信系统所需的有效性和可靠性，产生了信息处理技术。它是现代信息工程的核心，目的是提高系统对某方面要求或优化系统性能指标，常用手段有调制/解调、编码/解码。例如，为提高系统有效性，可通过信源编码实现；为提高系统安全性，可通过加密实现；为提高系统可靠性，可通过信道编码实现。

4.关于现代通信技术

通信技术实际上就是通信系统和通信网的技术。其中，通信系统指“点-点”通信所需的全部设施，通信网是由许多通信系统组成的多点间相互通信的全部设施。现代通信技术包括数字通信技术、程控交换技术、信息传输技术、通信网络技术、数据通信与数据网、AT M技术、宽带IP技术、接入网技术等。

综观通信技术发展，有个明显特点：频率由低频向高频发展，通信方式从中波、短波发展到微波、毫米波。可以说通信技术的发展历史是不断开拓更高频率的历史，也就是通信容量不断增长的历史。例如，人类掌握了数百至数千千赫的技术后，无线电及广播开始应用；数十至数百兆赫技术成熟后，电视进入千家万户；数千至数万兆赫的载波，提供了雷达、微波通信、卫星通信等通信手段。而要开发更高的载频，就势必要开拓光波。现代通信技术发展趋势是在数字化、综合化基础上，向智能化、移动化、宽带化和个人化方向发展。目前，光通信正逐渐取代电通信，成为主要通信手段，而这正是人类进入信息时代、网络时代的重要标志，是现代通信技术发展的必然。