1.4 通信系統(tǒng)基本知識

1.4.1 知識要點(diǎn)

1.了解通信系統(tǒng)的基本組成

通信系統(tǒng)的基本組成如圖1-11所示，按功能劃分，任何一個通信系統(tǒng)都是由信源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備、信宿組成。噪聲源是信道中的噪聲及整個通信系統(tǒng)一切噪聲的集中表現(xiàn)。

圖1-11 通信系統(tǒng)的基本組成框圖

2.熟悉數(shù)字通信系統(tǒng)框圖及各部分的基本功能

數(shù)字通信是利用數(shù)字信號作載體進(jìn)行信息傳遞的通信。數(shù)字通信系統(tǒng)的基本任務(wù)是把信源產(chǎn)生的信息變換成一定格式的數(shù)字信號，通過信道傳輸，在終端再變換成適宜信宿接收的信息形式。一個基本的數(shù)字通信系統(tǒng)由：信源、信宿、編碼器、調(diào)制器、解調(diào)器、解碼器和同步系統(tǒng)七部分組成，如圖1-12所示。

圖1-12 數(shù)字通信系統(tǒng)的組成框圖

3.熟悉數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)

（1）碼元速率與信息速率：數(shù)字通信系統(tǒng)的傳輸速率是衡量數(shù)字信道傳輸能力的主要指標(biāo)，它可用碼元速率R_B（簡稱碼率，或稱波特率、符號率）和信息速率R_b（或稱比特率）來描述。

碼元速率與信息速率分別從不同的角度來說明信道傳輸?shù)挠行С潭取４a元速率表示調(diào)制過程中，單位時間調(diào)制信號波（即碼元）的變換次數(shù)，它與進(jìn)制無關(guān)。碼元的單位是波特（Baud），一個碼元所攜帶的信息量，由碼元所取的離散值個數(shù)決定。

信息速率是指單位時間內(nèi)信道上傳輸信息的數(shù)量，單位是比特/秒（bit/s）。對于二進(jìn)制碼元來說，每個碼元的信息量為一比特（bit）。比特是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中信息的最小單位。當(dāng)數(shù)據(jù)信息為M進(jìn)制時，信息速率與碼元速率的關(guān)系是：R_b＝R_Blog₂M，當(dāng)M=2時，R_b＝R_B；當(dāng)M=2⁸=256時R_b＝R_Blog₂M=8R_B，則信息速率是碼元速率的8倍。

（2）誤碼率與誤信率：誤碼率又稱誤比特率（BER），是指數(shù)字碼流經(jīng)系統(tǒng)傳輸后發(fā)生錯誤的碼元數(shù)與信源發(fā)出的總碼元數(shù)之比。

P_e=傳錯碼元數(shù)/傳輸?shù)目偞a元數(shù)

誤信率又稱誤比特率（BER），它定義為發(fā)生誤碼的比特數(shù)與傳輸?shù)目偙忍財?shù)之比，有時也稱比特差錯率，實質(zhì)上它是指通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，在接收終端的錯誤比特和發(fā)送的比特總數(shù)之比。

P_b=傳錯比特數(shù)/傳輸?shù)目偙忍財?shù)

4.掌握光纖傳輸?shù)幕咎匦?/span>

光纖是一種特制的玻璃絲，材料為高純度的石英。它是光通信中最常用的傳輸介質(zhì)，其外徑為125μm，結(jié)構(gòu)分纖芯與包層兩部分。

光纖的傳輸特性主要有兩個，即衰減特性與色散特性。

（1）衰減特性。光纖的衰減是光纖最重要的特性之一。它表示光在光纖中傳輸一定距離后其能量損耗的程度，用單位長度的光纖對信號損失的分貝數(shù)來表示，常以dB/km為單位。通常在波長為1.31μm和1.55μm波長附近具有較低的衰減值，1.31μm波長處衰減值為0.35dB/km，1.55μm波長處衰減值只有0.19dB/km。

（2）色散是光纖的另一個重要特性。所謂色散，是指輸入信號中包含的不同頻率或不同模式的光在光纖中傳播的速度不同，不同時到達(dá)輸出端，使輸出波形展寬變形，形成失真的現(xiàn)象。

5.了解基帶傳輸與載波傳輸

數(shù)字信號的傳輸方式通常可分為基帶傳輸和載波傳輸兩類。所謂基帶傳輸就是把數(shù)字信號通過碼型變換變?yōu)檫m于傳輸?shù)拇a型，并經(jīng)過發(fā)送低通濾波器濾除部分高頻分量，經(jīng)過光纖、電纜、雙絞線或微波等進(jìn)行傳輸。而載波傳輸則是用原始數(shù)字信號改變載波的某一參數(shù)，如載波的幅度、頻率或相位，實現(xiàn)頻譜的搬移，這個過程稱為調(diào)制。然后將攜帶數(shù)字信號的載波送入有線、衛(wèi)星或地面無線（包括微波）信道去傳輸，這就是數(shù)字信號的載波傳輸。

6.熟悉數(shù)字載波光纜傳輸系統(tǒng)的組成框圖及各部分的作用

數(shù)字載波光纜傳輸系統(tǒng)的一般視、音頻編碼器，復(fù)用器，信道編碼器和調(diào)制發(fā)射部分，接收解調(diào)、解碼部分等組成。如圖1-13所示。

信號源輸出的模擬信號均需經(jīng)過數(shù)字化處理和數(shù)字壓縮編碼，輸出恒定碼率的視、音頻數(shù)據(jù)，即使是數(shù)字信號源也要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。這些數(shù)據(jù)在數(shù)字載波傳輸系統(tǒng)稱為碼流，主要包括基本碼流（ES）、打包基本碼流（PES）、節(jié)目碼流（PS）與傳輸碼流（TS）。

復(fù)用器的任務(wù)是將多路信號復(fù)用成單路TS。其中有視頻數(shù)字信號、音頻數(shù)字信號，另外特別重要的是需加入控制管理數(shù)據(jù)。每個節(jié)目數(shù)據(jù)包的包頭內(nèi)必須有包識別符（PID），否則無法識別和提取。在多路信號復(fù)用時須加入業(yè)務(wù)信息（數(shù)據(jù)），數(shù)據(jù)也以數(shù)據(jù)包的形式進(jìn)行復(fù)用。業(yè)務(wù)信息提供了各節(jié)目的編號、位置、信號的屬性和參數(shù)，否則無法從許多信號中提取用戶所需的節(jié)目信號。

圖1-13 數(shù)字載波光纜傳輸系統(tǒng)的組成框圖

信道編碼的實質(zhì)是提高信息傳輸?shù)目煽啃裕蛘哒f增加整個系統(tǒng)的抗干擾能力。信道編碼又稱差錯控制編碼或稱糾錯編碼，在數(shù)字電視中一般采用RS碼和卷積碼。

調(diào)制器的作用是把已經(jīng)處理的信息變成傳輸網(wǎng)絡(luò)所需的信號格式，因而調(diào)制器是數(shù)字載波光纜傳輸系統(tǒng)的重要組成部分。在有線電視網(wǎng)一般采用64QAM調(diào)制器。

解調(diào)制、解碼器、解復(fù)用器的工作過程是調(diào)制器、編碼器、復(fù)用器的逆過程。

7.熟悉數(shù)據(jù)通信及數(shù)據(jù)傳輸方式

數(shù)據(jù)通信是在計算機(jī)或其他數(shù)據(jù)終端之間發(fā)生的存儲、處理、傳輸和交換數(shù)字化編碼信息的通信技術(shù)。

數(shù)據(jù)傳輸方式一般分為以下幾種：單工、全雙工與半雙工；并行傳輸與串行傳輸；同步傳輸與異步傳輸。

8.掌握數(shù)據(jù)復(fù)用方式

數(shù)據(jù)復(fù)用主要是指通過復(fù)用技術(shù)將多路數(shù)據(jù)復(fù)用到一條數(shù)據(jù)信道上，或者將多種不同類型的數(shù)據(jù)復(fù)用到一條傳輸通道內(nèi)，實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)在一條傳輸通道內(nèi)的實時傳輸。

數(shù)據(jù)復(fù)用一般分為多路復(fù)用與多址方式。多路復(fù)用與多址方式兩者的相同點(diǎn)是利用一條信道同時傳輸多個信號；兩者的不同點(diǎn)是多路復(fù)用是一個物理信道的復(fù)用，而多址通信是單個射頻信道的復(fù)用。

多路復(fù)用和多址方式都應(yīng)包括三個工作過程：多個信號的復(fù)合，復(fù)合信號在信道上的傳輸以及信號的分離或分割。其中最關(guān)鍵的是如何實現(xiàn)信號的分割，在接收端從復(fù)合信號中取出所需要的信號。

多路復(fù)用主要有頻分復(fù)用、波分復(fù)用、同步時分復(fù)用、異步時分復(fù)用和碼分多址。

1.4.2 選擇題

1.碼元速率的單位是（ ）。

A.波特 B.比特 C.比特/秒

2.光在光纖中的傳播方式是（ ）。

A.直線 B.散射 C.折射 D.全反射

3.在光纖中，光信號在（ ）中傳輸。

A.包層 B.內(nèi)外層間 C.纖芯 D.纖芯與包層間

4.光纖由內(nèi)外兩層光導(dǎo)材料構(gòu)成，內(nèi)層折射率（ ）外層折射率。

A.大于 B.小于 C.等于 D.無關(guān)系

5.單模光纖與多模光纖相比，由于（ ），適用于大容量遠(yuǎn)距離傳輸。

A.損耗小 B.沒有模式色散

C.色散小 D.只允許單一波長光束傳輸

6.激光光線之所以能在光纖中傳輸，這是由于光纖中光的入射角大于（ ），形成全反射，從而光只能在光纖中行走。

A.反射角 B.臨界角

C.軸線夾角 D.折射角

7.單模光纖傳輸1.31μm波長光時，適用于傳輸距離在（ ）的干線。

A.35km以內(nèi) B.135km以內(nèi)

C.35km以上 D.85km以內(nèi)

8.光纖每公里的損耗以（ ）為最小。

A.多模0.85μm波長 B.多模1.30μm波長

C.單模1.31μm波長 D.單模1.55μm波長

9.有線數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拇a流是（ ）。

A.基本碼流 B.打包基本碼流 C.節(jié)目碼流 D.傳輸碼流

1.4.3 判斷題

（正確畫√，錯誤畫×）

1.1.31μm波長單模光纖適用遠(yuǎn)距離傳輸。 （ ）

2.1.55μm波長單模光纖的傳輸距離在35km以內(nèi)。 （ ）

3.噪聲源是信道中的噪聲及整個通信系統(tǒng)一切噪聲的集中表現(xiàn)。 （ ）

4.誤碼率反映了一個傳輸系統(tǒng)在信號傳輸?shù)倪^程中出現(xiàn)錯誤比特的概率。 （ ）

5.信道編碼的實質(zhì)是用盡可能少的數(shù)碼來有效地表示圖像或聲音信號，從而降低碼率，壓縮頻帶。 （ ）

6.有線數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)傳輸采用載波傳輸。 （ ）

1.4.4 填空題

1.光纖是由____制成，主要有____和____兩種。

2.光纖的傳輸特性主要有____與____。

3.光纖的損耗包括____吸收損耗和____散射損耗。

4.光纖的色散包括____、____和____。

5.1.31μm波長處衰減值為____，1.55μm波長處衰減值為____。

6.數(shù)字信號的傳輸方式通常可分為____和____兩類。

7.數(shù)據(jù)復(fù)用一般分為____與____。

1.4.5 簡答題

1.數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有哪些？

2.光纖通信有哪些優(yōu)點(diǎn)？

3.什么是時分復(fù)用？