通信原理课件第一章通信系统概述.ppt

1.1 概述 1.2 消息、信息、信号 1.3 通信系统 1.4 模拟通信系统 1.5 数字通信系统 1.6 通信方式 1.7 通信系统的主要性能指标 习题,通信是伴随着人类社会的文明进程而产生的。 人们在生产实践和社会活动中总是会产生所谓的消息(下面会给出消息的准确定义)，消息是人类物质或精神状态的一种综合反映，在不同的时期，它通过动作、语言、文字、图像 等不同的方式表述, 而这种消息传递的整个过程就称为通信。反过来说，通信的任务就是克服人们在距离上的障碍，迅速准确地传递消息。通信对人类社会文明、进步与发展产生了巨大的推动作用。,1.1 概 述,从通信的发展历史进程看，按照人类交流方式的不同可分为三个阶段： 第一阶段，人们只能通过语言、手势、钟鼓、旌旗、烽火台等方法交流简单消息；第二阶段是随着文字、印刷术、邮政的出现而开始的，这时可以记录、传递更多消息；第三阶段是在人们认识和开始使用电能的同时，利用电信号进行复杂消息的传递。今天，电信号已经把人们带进了信息时代。,通信有时也称“通讯”、“电信”，后两个叫法范围较窄，目前都统一采用“通信”的叫法。电信就是借助“电”来传递消息的通信方式。这种通信方式具有迅速、准确、可靠的特点，几乎不受时间、地点、距离的限制，因此，近百年来获得了飞速的发展和广泛的应用。现代通信虽然也包含了光通信和粒子通信等，但一般“通信”和“电信”几乎是同义词，实际中通常也不加以区分。,现代通信系统是信息时代的生命线。现代通信网已经是一个全球性的综合信息服务网络。通信学科的发展，一方面表现在新的电子器件和新的技术不断出现；另一方面反映在通信理论的深入发展和不断完善。比如说，20世纪30年代开始形成的调制理论为有线载波通信和无线电通信的基本理论奠定了基础，给实现频分制和时分制多路复用系统指明了方向。在电信的初期发展阶段，人们就发现了噪声的存在和它对通信的影响，但直到20世纪40年代， 通过概率统计方法的分析提出了统计信号检测和估计理论，以及在此基础上发展起来的最佳接收理论，才为噪声中提取信号找到了有效的途径。另外，后来形成的信息论，明确了通信中的一对主要矛盾，即通信的有效性和可靠性的问题,并为最好地解决这对矛盾提出了原则性的定理。,随着计算机的出现，数字电路与数字通信发展迅速，在此基础上逐步发展起来的信源编码、纠错编码、扩频技术、多天线技术、跳频通信、智能天线、多载波调制、复用技术、软件无线电技术等理论和技术，为提高通信质量、增加通信容量、选择新的信号形式和创立新的通信体制奠定了基础。当今，互联网络、移动通信、光纤通信、卫星通信等更是加速了人类信息化的进程。,由此可见，通信这门学科是逐步由低级到高级、由简单到复杂发展起来的。现代通信技术是研究传递各类信息的科学。从广义来说，通信应包括电报、电话、广播、电视、传真、数据和计算机通信等。将雷达、导航、遥测、射频天文学、生物工程学等与通信综合在一起构成了一门完整的信息科学，通信则是其中的一个主要组成部分。,1.2 消息、信息、信号 1.2.1 基本概念 前面提到，通信系统中传输的具体对象是消息。所谓消息，是指载荷信息的有次序的符号序列（包括状态、字母、数字）或连续的时间函数。显然，消息带有需要传送给收信者的信息，即消息是信息的载体。通信系统传输的消息主要有语音、文字、符号、数据和图像等多种形式。,传输消息有时也说成是传输信息，按照信息论的观点，在进行有意义的通信时，传输消息就是传输了信息。所以，信息可以理解为消息中所包含的对受信者有意义的内容。在一般的通信理论表述中，消息和信息可不作严格的区分。但在研究信息理论时却有不同的意义，必须严格加以区别。这方面的内容将在本书第7章中详细讲解。 信号是消息的一种具体表现形式，如电信号就是消息的电的表现形式。从这个意义上说， 通信的根本目的是传输代表消息的电（或光）信号，也就是研究信号传输的问题。,1.2.2 数字信号与模拟信号 按照信号参量的取值方式及其与消息之间的关系，可将信号划分为两类，即模拟信号与数字信号。模拟信号是指代表消息的信号参量（幅度、频率或相位）随消息连续变化的信号。若代表消息的信号参量是幅度，则模拟信号的幅度应随消息连续变化，即幅度有无限多个取值。模拟信号在时间上可以连续，但也可以离散。图1.1为时间连续和时间离散的模拟信号。,图1.1 模拟信号 (a) 时间连续的模拟信号；(b) 时间离散的模拟信号,本节之后将通过一个具体的项目实验来进一步理解模拟信号的产生及特性。 数字信号是指它不仅在时间上是离散的，而且在幅度上也是离散的（即幅度被限制在有限个数值之内）。图1.2(a)所示的二进制数字信号就是用“1”和“0”两种状态的不同组合来表示不同的消息。图1.2(b)也是一种数字信号的表示形式。图中A为振幅值，T为脉冲周期。,图1.2 数字信号示意图,一、实验目的 (1) 熟悉两种模拟信号的产生方法及其用途； (2) 观察分析两种模拟信号波形的特点。 二、电路工作原理 模拟信号源电路用来产生实验所需的音频信号，即同步正弦波信号和异步正弦波信号。,*教学内容项目实验1 模拟信号发生器原理与测试,1. 同步信号源（同步正弦波发生器） 同步信号源用来产生与编码数字信号同步的2 kHz正弦波信号，作为抽样定理增量调制编码、PCM编码实验的输入音频信号。在没有数字存储示波器的条件下，用它作为编码实验的输入信号，可在普通示波器上观察到稳定的编码数字信号波形。 图1.3为同步正弦信号产生的电路示意图, 图1.4为同步正弦信号发生器产生同步正弦信号的电原理图。,图1.3 同步正弦信号产生电路示意图,2 kHz方波信号由CPLD可编程器件U01内的逻辑电路通过编程产生，TP01为其测量点。一个截止频率为L的二阶高通滤波器，用以滤除各次谐波。一个截止频率为H的二阶低通滤波器，用以滤除基波以下的杂波。两者组合成一个2 kHz正弦波的带通滤波器输出一个2 kHz正弦波，TP02为其测量点。 图1.4中的RP01用来改变输出正弦波的幅度，通过图1.3中的信号选择开关J001的第1排进行输出。,图1.4 同步正弦波发生器产生同步正弦信号的电原理图,2. 非同步信号源（异步正弦波发生器） 图1.5为非同步正弦信号产生电路示意图， 图1.6为非同步正弦信号产生电原理图。 非同步信号源是一个简易正弦波信号发生器，它可产生频率为0.33.4 kHz内的某一固定频率的正弦波信号，输出幅度为02 V。可利用它定性地观察通信话路的频率特性，同时用作增量调制、脉冲编码调制实验的音频信号源。电路示意图图如图1.5所示。它由一个正弦波振荡器和一级输出电路组成。信号通过选择开关J001的第3排进行输出，其测量点为TP02。图1.6中的RP02用来调整信号的输出幅度。,图1.5 非同步正弦信号产生电路示意图,图1.6 非同步正弦信号产生电原理图,3. 外加模拟信号接口输入电路 在一些特殊情况下，简易正弦波信号发生器不能满足实验要求，就要用外加信号源提供所需信号。例如要定量地测试通信话路的频率特性时需要使用频率与电平、输出阻抗都很稳定的频率范围很宽的音频测试信号，这就需要外接音频信号产生器或函数信号发生器。外加模拟信号输入电路为它们提供了连接到实验的接口电路。 该实验平台外加模拟信号接口输入电路是S001，通过信号选择开关J001的第3排（从左至右数起）进行输出，其测量点为TP02。,三、实验内容 (1) 用示波器在相应测试点上测量各点波形即同步信号源、非同步信号源及外加模拟信号，并画出电路图。 (2) 熟悉上述各种信号的产生方法，并了解信号流程。 四、实验步骤 (1) 用示波器测量TP01、TP02、TP03等各点波形。 (2) 开关的设置。 J001：模拟信号输出选择开关。 第1排：2 kHz同步正弦波信号输出; 第2排：外加模拟信号输出; 第3排：非同步正弦波信号输出; 第4排：未接。,五、各测量点波形 TP01：2 kHz方波，由CPLD可编程器件编程产生的方波。 TP02：各种模拟信号，由J001跳线开关选择。 第1排：与CPLD可编程器件工作时钟同步输出的2 kHz的正弦波信 号； 第2排：外加模拟信号输出； 第3排：非同步正弦波信号输出； 第4排：未接。 TP03：模拟信号通过话路发送终端放大滤波电路滤波放大后输出的各种模拟信号， 作为后面有关实验模块的输入信号。 TP04：模拟信号连线引接孔。,1.3 通信系统 1.3.1 通信系统的构成 消息的传递必然有发送者和接收者，发送者和接收者可以是人也可以是各种机器。换句话说，通信可以在人与人之间，也可以在人与机器或机器与机器之间进行。如今大量的通信最终都是通过各种机器，并在机器间进行的。广播、电视、计算机等之间的通信都属于机器间的通信。,电信系统在传递消息时，首先要把消息变成电信号，对方接收到信号后再按相同的逆规则将电信号再生为消息。在发送端利用发送设备中的各种元器件，将非电信息变换成初级电信号，或称为原始电信号，然后送到信道中去传输。信道是传输电信号的通道。信道可以是有线的（如电缆、光纤等），也可以是无线的（如电波、激光等）；可以是模拟的，也可以是数字的。在接收端利用接收设备中的各种部件，将从信道中得到的电信号变换成非电信息，这是一个通信的整个过程。从这个过程中可以将通信系统概括为如图1.7所示的模型。,图1.7 通信系统的一般模型,通信系统由信息源、受信者、发送设备、接收设备和传输媒介（信道）几部分组成。 1. 信息源 信息源简称信源。不同的信息源输出信号的性质是不一样的，一般将其分为模拟信源和离散信源。 模拟信源输出的信号在时间和幅度上都是连续的，如语音、图像，以及模拟传感器输出的信号等。离散信源的输出是离散的或可数的，如符号、文字，以及脉冲序列等。离散信源又称为数字信源。,原始的消息经变换后成为电信号或本身就是电信号。模拟信号可以通过抽样、量化和编码变为离散信号。换句话说，一切消息理论上都可以变换成离散的信号，这也是数字通信 技术得到迅猛发展的一个主要原因。 信息源的另一个重要特点是不同的信源有不同的信息速率。比如，电报信道的信息速率一般为150 bits，正常阅读文字的信息速率一般为400 bits左右，彩色电视为90 Mbits，等等。不同速率的信息源对整个传输系统的要求也各不相同。,2. 受信者 受信者接收经过各种变换和传输的信息，并将其还原成所需要的消息形式，受信者有时也称为信宿。一般情况下受信者需要的消息应和发信者发出的消息类型一样，对于受信者和发信者来说，不管中间经过什么样的变换和传输，都不应该将二者所传递的消息改变。收到和发出的消息的相同程度越高越好。,3. 发送设备 发送设备是发送端的重要部分，它的功能是将信息源和传输媒介连接起来，将信源输出的信号变为适合于传输的信号形式。变换的方式很多，采用什么样的变换则要根据信号类型、传输媒介和质量要求等决定。有时可以将电信号直接送至媒介传送，有时则要进行频谱的搬移。在需要搬移时，调制则是最常用的一种变换方式。,如果通信系统是数字的，对于模拟信号则需要进行抽样、量化和编码。编码可以分为信道编码和信源编码两部分。信源编码是把连续的模拟信号变为数字信号；信道编码则是将数字信号按照一定的规则或者插入一定的符号进行二次编码的，使得经信道编码后通过传输媒介传输到接收端的数字信息能够检测出因为干扰造成的错误码元，甚至还能够纠正错误码元。因此，有时也称信道编码为纠错编码。,4. 信道 狭义地理解，信道可以分为有线信道和无线信道。常见的有线信道有架空明线、双绞线、同轴电缆、光纤等。无线信道是利用电磁波在空间的传播来传输信号的。根据电磁波的传播方式不同，无线信道具有不同的特性和应用，这里不再赘述。,根据信道参数变化的特点，信道又可分为恒参信道和变参信道。 恒参信道以有线信道为典型，其特征参量主要是频率的特征，如幅度频率特性与相位频率特性等，反映在时域，有信道的时延、抖动、电平波动和非线性等。其频率特性的传递函数一般可用一个复变函数表示。 变参信道的信道参数不仅随频率变化，而且随时间变化。也就是说，变参信道的网络模型的传递函数既是角频率的函数，又是时间（信号激励时间）的函数。属于变参信道的有短波电离层信道，超短波、微波对流层散射信道等。,5. 噪声 除了上述因狭义信道本身特征影响通信质量外，信道内还可能受到外部和内部各种形式的噪声干扰。 噪声在广义上指通信系统试图传输的信号以外的有害干扰信号。习惯上，常把周期性的、 有规则的有害信号叫做干扰，而把其他有害的随机干扰叫做噪声。 分析噪声是研究通信系统的一项重要内容。噪声在通信系统中是不可避免的，消息往往是在噪声中进行传送的。一般说来，噪声是限制信号传输或检测的重要因素。噪声的影响使信号产生失真，甚至错误，因此，噪声的大小最终将决定系统的性能。研究通信系统的目的之一就是研究如何减小甚至消除噪声的影响。,噪声分为接收机内部噪声和外部噪声两大类。而外部噪声又可分为自然噪声和人为噪声两大类。 (1) 自然噪声：包括天电噪声、宇宙噪声、大气噪声、太阳射电噪声和热噪声等。它们与季节、气候的变化有较大关系。不同地区自然噪声也有很大不同，如赤道附近及两极地区较为严重。太阳黑子发生变动(约11年一个周期)的年份，天电干扰加大，有时会长时间中断短波通信。 (2) 人为噪声：主要来源于各种工业和非工业射频辐射引入的噪声以及电台干扰等，如各种电气设备，电机、电器、电力线、电源开关、电点火装置、微波炉、电焊机等。 对于这类噪声可以采取一些措施消除或至少减小它们的影响，例如采用适当的屏蔽、滤波措施，改善部件设计或者远离噪声源等。,1.3.2 通信系统的分类 按照对信号处理的特征和体制，通常把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。注意：模拟通信系统也可传输数字信号，例如我们可以利用模拟电话网加上调制解调器使产生数字信号的计算机上互联网，只是需要在传输前把计算机数据信号变换成适合在电话网中传输的模拟信号即可；同样，数字通信系统也可传输模拟信号，例如我们可以利用计算机网络传送视频信号（模拟信号），只是需要在传输前将视频信号数字化即可，也就是先进行模/数转换。 通信系统在模拟和数字分类基础上，可以侧重于某一方面进行详细分类。下面介绍常见的几种通信系统的分类方法。,1. 按通信业务类型分类 根据通信业务类型的不同，通信系统可分为电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统等。由于电话通信网最为普及，因而除电话通信外的其他一些通信业务也常通过公共电话通信网进行传输，如电报通信和远距离计算机通信(数据通信)都可通过电话信道传输。现在建成的综合业务数字网(1SDN)适应于多种类型业务的信息传递。,2. 按调制方式分类 按照信道中传输的信号是否经过调制，可将通信系统分为基带传输和频带传输。基带传输是将未经调制的信号直接传输，如远距离音频电话、有线广播等；频带传输是将基带信号经调制后送入信道传输。调制方式很多，常用的调制方式及用途如表1-1所示。,3. 按传输媒介分类 按传输媒介分类，通信系统可分为有线通信和无线通信。有线通信是以传输线缆作为传输的媒介的，它包括电缆通信、光纤通信等；无线通信是无线电波在自由空间中传播信息，它包括短波通信、微波通信、卫星通信等。,4. 按信号复用方式分类 按信号复用方式分类，通信系统又可分为频分复用(FDM)、时分复用(TDM)和码分复用(CDM)等。频分复用是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围；时分复用是用抽样或脉冲调制方法使不同信号占据不同的时间区间；码分复用则是用互相正交的码型来区分多路信号。 传统的模拟通信中大都采用频分复用，如广播通信。随着数字通信的发展，时分复用通信系统得到了广泛的应用。码分复用在现代通信系统中也获得广泛应用，如卫星通信系统、移动通信系统和光纤通信系统。,1.4.1 模拟通信系统的模型 如果我们学习过“高频电子线路”课程，对模拟通信系统应该并不陌生。模拟通信系统的模型如图1.8所示。其中包含两种重要的变换：一是在发送端将连续消息变换成原始电信号， 并在接收端作相反变换，它是由信息源或受信者完成的；二是在发送端将原始电信号转换成其频带适合于信道传输的信号，并在接收端作相反变换，即调制或解调，它们由调制器或解调器完成。经第一种变换所得到的原始电信号具有较低的频谱分量，一般不宜直接作为远距离传输信号，因此在模拟通信系统中，低频信号经放大后常常需要进行第二种变换，即调制与解调。通常我们将在发送端调制前或接收端解调后的信号称为基带信号，也就是，把反映原始消息的电信号叫基带信号，而经过调制的信号称已调信号，即频带信号。,1.4 模拟通信系统,图1.8 模拟通信系统模型,除了上述两个变换外，模拟通信系统中还包括滤波、放大、变频及二四线转换(差接)等环节。 从模拟通信系统模型可以看出，模拟通信研究的基本问题包括： (1) 收发两端的换能过程及基带信号的特性； (2) 调制与解调原理； (3) 信道与噪声特性及其对信号传输的影响； (4) 存在噪声条件下的系统性能等。,1.4.2 模拟通信系统的特点 模拟通信系统发展和应用较早，技术成熟，设备简单，在一些需要大量低价接收终端的通信运用场合较为实用，如目前广泛使用的广播电台、无线电视、电话等，用户终端（收音机、电视机、电话机）便宜，容易普及。但是，模拟通信系统的缺点也很明显，如信息传输效率较低，频谱利用率不高，通信质量差，不适宜计算机应用，抗干扰能力较差等。因此，对于公众通信网络，模拟通信体制即将全部被数字通信系统所取代，但在一些特殊的场合，如简单的点对点通信、信息采集、近距离的信号传输等，模拟通信还具有很强的生命力。,1.4. 调制 所谓调制，就是用需要发送的信号去控制“载波”的某个或几个参数，从而将信号“寄生”在“载波”上。这里的“载波”是广义的，除了高频正弦载波以外，也可以是光波、红外线、高频脉冲信号等。 调制的目的主要有三方面： (1) 将基带信号变换为适合于信道传输的频带信号，如在无线通信中，必须将基带信号载在高频上才能发射出去； (2) 改善系统性能； (3) 实现信道复用，提高信道利用率。,1.4.4 解调 一个完整的通信系统，在接收端，解调就是将“寄生”在载波或者光波上的信号“取”下来并尽量恢复原有信号的“真实度”。因此，解调就是调制的逆过程。根据发送的信号特点(模拟信号或数字信号)，解调又分为模拟解调和数字解调。根据信号“寄生”在载波上某个参数的不同(幅度、频率、相位)，解调又划分为三种不同的方式，即幅度解调、 频率解调、相位解调。这三种解调方式又有多种解调的方法。另外，在一定的条件下，三种解调方式可以互相转换。具体内容将在后续章节中进一步讲述。,*教学内容项目实验2 话路终端信号发送电路,一、 实验目的 (1) 了解语音信号在通信话路终端的传输过程； (2) 熟悉通信话路终端滤波器的带宽与幅频特性曲线。 二、 实验电路工作原理 话路终端信号发送电路示意图如图1.9所示。它由以下几个部分组成： (1) 模拟信号输入选择开关J001； (2) 模拟信号输出选择开关J002； (3) 话路终端信号隔离电路和放大电路。,图1.9 话路终端信号发送电路示意图,该系统电路的作用是： (1) 对信源和系统编码电路进行隔离，使电路稳定工作； (2) 可对模拟信号的幅度进行放大和减小，使编码电路工作在正常编码状态。 话路终端信号发送电原理图如图1.10所示, 通过该电路可以进行PAM、PCM、-三部分电路实验，将在后面的实验中分别介绍。,图1.10 话路终端信号发送电原理图,三、 实验内容 1. 通信话路终端发送放大器实验 了解电路的组成及工作原理，掌握话路终端信号处理流程。 2. 隔离电路和放大电路 了解隔离电路和放大电路的构成与作用，熟悉滤波器的带宽及幅频特性曲线并学会用示波器测量信号。,四、 实验步骤及注意事项 (1) 跳线开关设置：选择J001的外加模拟输入方式。 (2) 外加3003400 Hz信号从S001进入。 在外加模拟信号输入端S001处，用外加信号源输入800 Hz音频信号，用示波器在TP02、TP03处观察测量，在该点信号输出幅度应不失真，如有削顶失真则减小外加信号源的输出幅度或调节RP03。在TP03处观察其通信话路终端发送滤波器输出波形。,(3) 改变外加信号源的频率，分别为300 Hz、800 Hz、1.6 kHz、2.4 kHz、4 kHz，在测量点TP03处用示波器观测其通信话路终端滤波器的带宽，并绘出幅频特性曲线，掌握通信话路终端语音信号传输的幅频特性。,(4) 开关的设置。 J001：模拟信号输入选择开关。 第1排：CPLD可编程器件工作时钟同步输出的2 kHz的正弦波信号； 第2排：外加模拟信号输出； 第3排：非同步正弦波信号输出； 第4排：未接。 J002：模拟信号输出选择开关。 第1排：进行抽样定理及PAM通信系统实验； 第2排：进行PCM编译码实验； 第3排：数字音节压扩增量调制（-）系统； 第4排：未接。 S001：外加模拟信号输入端。,(5) 电位器调节。 RP03：调节发送信号幅度。 五、 测量点说明 TP02：在该点输入的信号，若幅度过大，则被限幅电路限幅成方波，因此信号波形幅度尽量小一些。方法是：可改变外部信号源的幅度大小，或调节通信话路终端发送放大电路 中的电位器RP01(同步)、RP02(异步)。 TP03：话路终端发送模拟信号输出。幅度的大小，可通过调节电位器RP03。,数字通信系统的模型如图1.11所示。在数字通信中，必须保证接收端数字信号与发送端数字信号有一致的节拍，否则就会使收发步调不一致，从而造成数据混乱，使传输出错，这个节拍被称之为同步。图1.11中应包含同步环节，但由于数字通信中有三种同步方式，且每种方式的位置又不是固定的，故图中没有示出。,1.5 数字通信系统,图1.11 数字通信系统模型,编码和译码组成一对环节，编码包括信源编码和信道编码。信源编码的主要任务是提高数字信号传输的有效性，即用适当的方法降低数字信号的码元速率以压缩频带。若从信息源传来的信号是模拟信号，则先要进行AD转换，信源编码的输出就是信息码。此外，信源编码还包括数据扰乱、数据加密、话音和图像压缩编码等。信源编码的主要内容将在本书的第3章中讲解。信道编码的主要任务是提高数字信号传输的可靠性。由于数字通信在信道传输过程中混入的噪声或干扰会造成数字信号传输的差错，需通过差错控制编码来实现差错控制，以提高系统的可靠性。有关信道编码的基本原理将在本书的第7章中讲述。,调制器与解调器构成一对环节，其作用与模拟通信系统中的调制与解调作用相同，不同的是这里的调制与解调是数字的。数字通信系统中，基带信号仍是调制器前和解调器后的信号，信道中传输的调制后的信号为已调信号。数字调制与解调技术将在本书的第5章中详细讲述。 上述所列数字通信的有些环节(如编码与译码、调制与解调)并不是必须的，它可根据不同的条件和要求决定是否采用。没有调制器与解调器环节，直接传输基带信号的数字通信系统称为数字基带传输系统。基带传输的内容将在本书的第4章中讲述。,从数字通信系统模型可看出，数字通信研究的基本问题包括： (1) 收、发两端的换能过程，模拟信号数字化及数字式基带信号的特征； (2) 数字调制与解调原理； (3) 信道与噪声的特性及其对信号传输的影响； (4) 抗干扰编码和译码，即差错控制编码； (5) 通信保密； (6) 同步。,目前，无论是模拟通信还是数字通信，都是已经获得了广泛应用的通信方式。综合模拟通信和数字通信各自的特点，与模拟通信相比，数字通信有以下优点： (1) 数字传输的抗噪声(即抗干扰)能力强，数字信号传输中可通过中继再生消除噪声的累积； (2) 数字通信可以通过差错控制编码技术，提高通信的可靠性； (3) 便于利用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理； (4) 数字信息易于加密，且保密性强；,(5) 数字通信可以传递各种消息(模拟的和离散的)，使通信系统灵活性好、通用性强； (6) 数字通信采用数字集成电路，具有体积小、重量轻、可靠性高及调整调试方便的优点。 但是，与模拟通信相比，数字通信较为突出的缺点是其信号占有的频带宽，如一路模拟电话仅占4 kHz带宽，而一路数字电话要占64 kHz的带宽。然而由于毫米波通信和光纤通信的出现，带宽问题得到解决，数字通信几乎成了唯一的选择。 本书后面的各章将分别对模拟通信系统和数字通信系统中的基本问题进行较为详细的讨论。,1.6 通信方式 1. 按传输的方向与时间关系划分的通信方式 对于点对点的通信，按传输的方向与时间关系，通信方式可分单工通信、半双工通信及全双工通信三种。 单工通信是指消息只能单方向传输的工作方式，如图1.12(a)所示。例如广播、电视、遥测等都是单工通信方式。 半双工通信是指通信的双方都能收发信息，但不能同时进行收发信息的通信方式，如图1.12(b)所示。例如无线电对讲机和普通无线电收发报机等是半双工通信方式。 全双工通信是指通信的双方都可同时收发信息的通信方式，如图1.12(c)所示。例如移动电话、普通电话、计算机网络通信等采用全双工通信方式。,图1.12 通信方式示意图 (a) 单工通信方式； (b) 半双工通信方式；(c) 全双工通信方式,2. 按数字信号码元排列方法划分的通信方式 在数字通信中，按组成字符的数字信号码元排列方法不同，可划分为串序（串行）传输和并序（并行）传输的通信方式，也称串行传输和并行传输通信方式。串序传输是将数字信号码元序列按时间顺序一个接一个地在信道中传输，如图1.13(a)所示，例如计算机网络通信。 并序传输是将数字信号码元序列分割成两路或两路以上的数字信号码元序列同时在信道中传输，如图1.13(b)所示，例如计算机和打印机之间数据的传输。 串序传输方式只需一条通路，线路成本低，适合于长距离的通信；而并序传输方式需要多条通路，线路成本高，传输速度快，适合于短距离的通信。,图1.13 串序和并序传输方式 (a) 串序传输方式；(b) 并序传输方式,3. 按照网络结构划分的通信方式 通信系统按照网络结构划分为专线和通信网两类。点对点的通信是专线通信；多点间的通信就构成了通信网。显然，通信网的基础仍是点对点的专线通信。,1.7 通信系统的主要性能指标 设计和评价一个通信系统，往往要涉及到许多性能指标，如系统的有效性、可靠性、适应性、经济性、标准性及使用维护方便性等。这些指标可从各个方面评价通信系统的性能，但从研究信息传输方面考虑，通信的有效性和可靠性是通信系统中最主要的性能指标。有效性主要是指消息传输的“速度”问题，而可靠性主要是指消息传输的“质量”问题。由香农 (Shannon)定理可知，系统的带宽能够决定信号的极限传输速度。信号在传输过程中的噪声干扰和信道特性不理想使信号产生畸变，造成接收信号与发送信号间出现差异，影响了通信质量。有效性和可靠性的要求是相互矛盾而又相互联系的，提高有效性会降低可靠性，反之亦然，因此在设计通信系统时，对二者应统筹考虑。,1.7.1 模拟通信系统的性能指标 在模拟通信系统中，有效性是利用消息传输速度(即单位时间内传输的信息量)或者有效传输频带来衡量。同样的消息采用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度，频带宽度越窄，有效性越好。如传输一路模拟电话，单边带信号只需要4 kHz带宽，而常规调幅(双边带信号)需要8 kHz的带宽。因此在一定频带内用单边带信号传输的路数比常规调幅信号多一倍，显然，单边带系统的有效性比常规调幅系统要好。,模拟通信系统的可靠性用接收端最终输出的信噪比（即输出信号平均功率与噪声平均功率的比值）来衡量，如通常电话要求信噪比为2040 dB，电视则要求40 dB以上，输出信噪比越高，通信质量越好。它除了与信号功率和噪声功率的大小有关外，还与信号的调制方式有关，如调频信号的抗噪声性能(输出信噪比输入信噪比)比调幅信号好，但调频信号所需传输频带要宽于调幅信号。,1.7.2 数字通信系统的性能指标 在数字通信系统中，常常用相同的时间间隔表示一个N进制信号，每个间隔的信号都是一个码元，而这个间隔就是码元宽度。对于N进制通信系统的每个N进制信号都是一个N进制码元，每个码元都有N种可能的符号可采用。二进制通信系统中的每个二进制信号都是二进制码元0或1。下面讨论数字通信系统的有效性和可靠性问题。,1. 数字通信系统的有效性 数字通信系统的有效性可用码元速率、信息速率及系统频带利用率这三个性能指标来描述。 1) 码元速率RBN 码元速率RBN又称码元传输速率或传码率。它被定义为每秒所传送的码元数目，单位为“波特”，常用符号Baud表示。,2) 信息速率Rb 信息速率Rb又称信息传输速率或传信率。它被定义为每秒所传输的信息量，单位为 “比特/秒”，或记为bit/s。 由于每位二进制数都包含有1比特的信息量，因此信息速率也就是每秒传输的二进制码元数。对于二进制码元的传输，码元速率与信息速率相等，即RB2=Rb；而对于N进制码元的传输来说，由