第一章 緒論
1.1 通信系統構成
1.1.1信3息與信號
人類生活在信息的海洋里，離不開信息的傳遞與交流。信息（Information）是指對收信者來說有意義的內容，它是一個比較抽象的概念。信息可以有多種表現形式，如語言、文字、數據、圖像等。
信號（Signal）是信息的載體，是運載信息的工具。人們要想交換和傳遞信息，就必須借助信號，以信號作為載體。
通信（Communication）是信息的傳遞和交換。通信的含義很廣泛，本書所討論的通信主要是指電通信（包括光通信），即攜帶信息的載體是電信號（或光信號）。電通信的突出優點是能使信號在任意距離上實現快速、有效、準確、可靠的傳遞。因此，電通信已成為現代社會的主要通信方式。
1.1.2 模擬信號與數字信號
1.模擬信號（AnalogSignal）
如果信號的幅度值是連續（連續的含義是在某一取值范圍內可以取無限多個數值）的而不是離散的，則這樣的信號稱為模擬信號。圖1.1（a）是話音信號的電壓波形，它模擬了語音聲強的大小，其幅度是連續變化的。圖1.1（b）是對圖1.1（a）按一定的時間間隔T抽樣后的抽樣信號，在時間上是離散的，但幅度取值仍然連續，所以圖1.1（b）仍然是模擬信號。電話、電視信號都是模擬信號。
圖1.1 模擬信號波形
2.數字信號（DigitalSignal）
如果信號的幅度是離散的，并且在時間上也是離散的，這樣的信號則稱為數字信號。圖1.2是數字信號的兩個波形。圖1.2（a）是二進制碼，每一個碼元只取兩個狀態（0、1）之一。圖1.2（b）是四電平碼，每個碼元只能取四個狀態（3、1、-1、-3）中的一個。數字信號的特點是幅度值被限制在有限個數值之內，它不是連續的而是離散的。電報信號、數據信號均屬于數字信號。
圖1.2 數字信號
判斷一個信號是數字信號還是模擬信號，其關鍵是看信號幅度的取值是否離散。信息既可用模擬信號來表示，也可用數字信號來表示，因此，模擬信號和數字信號在一定條件下可相互轉換。
1.1.3 通信系統的模型及特點
1.通信系統的模型
通信系統的一般模型如圖1.3所示，由信源、發送設備、信道、接收設備和信宿五部分組成。
圖1.3 通信系統模型
信源的作用是把各種形式的信息變換成原始電信號。這個信號稱為基帶信號。
發送設備將信源產生的信號變換為適于信道傳輸的信號。變換方式是多種多樣的，常見的變換方式有各種信道編碼、放大、正弦調制等。經正弦調制后的信號稱為頻帶信號。
信道是信號的傳輸媒介，即傳輸信號的通道。信號在通信系統中傳輸時，不可避免地會受到系統外部和系統內部噪聲的干擾。在分析時往往把所有的干擾（包括內部噪聲）折合到信道上統一用一個等效噪聲源來表示。
接收設備的任務是將接收到的頻帶信號準確地恢復成原基帶信號。
信宿的作用是將基帶信號恢復成原始信號。
圖1.3所示的通信系統模型是對各種通信系統的概括，它反映了通信系統的共性。根據所研究的對象不同，就會出現形式不同的具體的通信模型。數字通信系統模型如圖1.4所示。
圖1.4 數字通信系統模型
圖1.4中，信源是將信息變換成原始電信號的設備或電路。常見的信源有產生模擬信號的電話機、話筒、攝像機和輸出數字信號的電子計算機等。
信源編碼的任務是把模擬信號變換成數字信號，即模擬/數字變換（簡稱為模/數變換或A/D變換）。
加密器可對數字信號進行加密，即對數字信號進行一些邏輯運算以起到加密的作用。
信道編碼包括糾錯編碼和線路編碼（又稱為碼型變換）兩部分。經過信道編碼的碼流，碼元之間具有較強的規律性。這樣，就使其滿足信道的要求，適應在信道上傳輸，接收端易于同步接收發送端送來的數字碼流，并且根據信道編碼形成的規律性自動進行檢錯甚至糾錯。
有時為了適應傳輸系統的頻帶要求，將編碼后的數字信號頻譜變換到高頻范圍內，這一變換稱為調制。
接收端的解調、信道解碼、解密器、信源解碼等功能與發送端的調制、信道編碼、加密器、信源編碼等功能是一一對應的反變換，這里不再贅述。
需要指出的是：具體的數字通信系統并非一定包括如圖1.4所示的全部方框。如果信源是數字信息時，則可去掉信源編碼和信源解碼，這時的通信系統稱為數據通信系統；對于基帶傳輸系統，可去掉調制、解調器；當通信不需要保密時，可去掉加、解密器。
2.數字通信的特點
與模擬通信比較，數字通信具有以下特點。
（1）抗干擾能力強，無噪聲積累
信號在傳輸過程中必然會受到各種噪聲的干擾。在模擬通信中，為了實現遠距離傳輸，提高通信質量，須在信號傳輸過程中及時對衰減的信號進行放大，同時疊加在信號上的噪聲也被放大，如圖1.5（a）所示。由于在模擬通信中，噪聲是直接干擾信號幅度的，因此難以把信號和干擾噪聲分開。隨著傳輸距離的增加，噪聲積累越來越大，通信質量越來越差。
圖1.5 數字通信與模擬通信抗干擾性能比較
在數字通信中，信息變換在脈沖的有無之中。為實現遠距離傳輸，當信噪比惡化到一定程度時，在適當的距離采用再生的方法對已經失真的信號波形進行判決，從而消除噪聲的積累，如圖1.5（b）所示。
（2）靈活性強，能適應各種業務要求
在數字通信中，各種消息（電報、電話、圖像、數據等）都可以變換成統一的二進制數字信號進行傳輸。
（3）便于與計算機連接
計算機產生、處理和接收的均是數字信號，可以直接作為數字通信系統的信源和信宿。
（4）便于加密處理
信息傳輸的安全性和保密性越來越重要。數字通信的加密處理比模擬通信容易得多。經過一些簡單的邏輯運算即可實現加密。
（5）設備便于集成化、小型化
數字通信通常采用時分多路復用，不需要體積大的濾波器。由于設備中大部分電路都是數字電路，可用大規模和超大規模集成電路實現，因此體積小、功耗低。
（6）占用頻帶寬
這是數字通信的最大缺點。在電話交換系統中，一路模擬電話約占4kHz帶寬，而一路數字電話約占64kHz帶寬。隨著寬頻帶信道（光纜、數字微波）的大量利用及數字信號處理技術的發展，數字電話的帶寬問題已不是主要問題。
1.1.4 通信系統的分類
1.按傳輸媒介可分為有線通信和無線通信
有線通信是指電磁波沿線纜傳播的通信方式。線纜又可分為市話用雙絞線、電纜、光纜等。
無線通信是電磁波在空間傳播的通信方式，傳輸媒介為空間。按所用波段不同又可劃分為長波通信、中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信等。此外，還有衛星通信、移動通信等。
無線通信與有線通信比較，具有機動靈活、不受地理環境限制、通信區域廣等優點。無線通信易受到外界干擾，保密性差。有線通信可靠性高、成本低，適用于近距離固定點之間的通信。在現代通信中，無線通信系統與有線通信系統互相融合、互相補償。
2.按信號傳送類型可分為模擬通信和數字通信
利用模擬信號作為載體而傳遞信息的通信方式稱為模擬通信。目前的電話通信和圖像通信仍大量采用模擬通信方式。傳輸模擬信號的信道稱為模擬信道。
利用數字信號作為載體而傳遞信息的通信方式稱為數字通信，如電報、計算機、數據等均屬數字通信。
任一信息既可用模擬方式傳輸，也可用數字方式傳輸。例如，電話信號過去都用模擬信號傳輸，而現在可以用數字化手段將模擬信號變成數字信號后再傳輸，這就是數字電話。此外，數字信號經變換后，也可在模擬信道上傳輸。