通信技术与系统-第一章 通信系统概述

其他分类
按通信业务分类：电话通信系统、电报通信系 统、广播通信系统、电视通信系统、数据通信 系统等
按工作波段分类：长波通信系统、中波通信系 统、短波通信系统、微波通信系统和光通信系 统等
4
信息
信息：事物运动的状态和方式。 消息、信息和信号
消息：语音、文字、图形、图像… 信息：消息的有效内容
广播通信系统、电视通信系统、数据通信系统等 按工作波段分类：长波通信系统、中波通信系统、
短波通信系统、微波通信系统和光通信系统等
按信号特征分类
模拟通信系统：信道中传输模拟信号的 系统，如电话、广播和电视系统；
数字通信系统：信道中传输数字信号的 系统，比如数字电话通信系统。
按信号特征分类
信源
按通信对象数量的不同，通信方式可分为点 到点通信、点到多点通信和多点到多点通信 三种；
根据信号传输方向与传输时间的不同，任意 两点间的通信方式可分为单工通信、半双工 通信和全双工通信。
按通信方式分类
单工通信：在任何一个时刻，信号只能 从甲方向乙方单向传输，甲方只能发信， 乙方只能收信。
半双工通信：在任何一个时刻，信号只 能单向传输，或从甲方向乙方，或从乙 方向甲方，每一方都不能同时收、发信 息。
调制信道与编码信道示意图
编码器输出
调 制
器
发 转 换 器
传输介质
调制信道 编码信道
收 转 换 器
解 调
译码器输入
器
5
调制信道与编码信道
调制信道是指在具有调制和解调过程的任何一 种通信方式中，从调制器的输出到解调器的输 入之间的信号传输途径。
编码信道是指编码器的输出到解码器的输入之 间的信号传输途径。
电磁波的发射和接收均要用天线 因天线尺寸的要求，通信频率都较高。
8
通信频段的划分
频率使用规划和管理
国际电信联盟（ITU）定期召开世界无线电 通信大会，制定频率使用国际协议。
我国：信息产业部无线电管理局。
根据频率高低的不同(波长的不同)，无 线电波分为9个大波段。
因为不同频率(波长)电磁波的传播特性 各异，所以其应用场合也不尽相同。
光导纤维(简称光纤)是光纤通信系统的传输 介质。由于可见光的频率非常高，约为108MHz 的量级，因此，一个光纤通信系统的传输带宽远 远大于其它各种传输介质的带宽，是目前最有发 展前途的有线传输介质。
光纤呈圆柱形，由芯、封套和外套三部分组 成。
7
有线介质——光纤示意图
外套
绝缘
包层 纤维芯
纤维芯是光纤最中心的部分，它由一条或多条非常细 的玻璃或塑料纤维线构成，每根纤维线都有它自己的 封套。由于玻璃或塑料封套涂层的折射率比芯线低， 因此可使光波保持在芯线内。环绕一束或多束有封套 纤维的外套由若干塑料或其它材料层构成，以防止外 部的潮湿气体侵入，并可防止磨损或挤压等伤害。
无线广播、有线电视、无线电视等通信手段
尽管通信的方式各种各样，传递内容千差万别， 但都有一个共性：进行信息的传递。
通信
通信的概念
所谓通信，就是信息的传递； 传递：一种信息传输的过程或方式。
克服距离因素：信息从一个地方通过传输信道 传送到另一个地方的对话过程；
克服不同文化、不同个体区别：信息或其表示 方式（表示媒体）的时空转移。
有线介质
光纤 根据光纤传输数据模式的不同，可分为 多模光纤和单模光纤两种。
多模光纤意指光在光纤中可能有多条不同角 度入射的光线在一条光纤中同时传播, 这种 光纤所含纤芯的直径较粗。
单模光纤意指光在光纤中的传播没有反射， 而沿直线传播，这种光纤的直径非常细，就 像一根波导那样，可使光线一直向前传播。
有线介质——同轴电缆示意图
外部绝缘体
内部导体
内部绝缘体 铝制编织导体(屏蔽) (a) 一段同轴电缆
(b) 一段与连接器相连的同轴电缆
有线介质——同轴电缆示意图
基站用射频同轴电缆 (50Ω同轴电缆)
射频同轴电缆
有线介质——同轴电缆示意图
同轴电缆截面示意图
双同轴电缆及6芯接头
有线介质
光纤(OpticalFiber)
随着计算机进入通信系统，通信软件逐渐成 为了组成通信系统的基本要素，因此在定义 中加入了软件。
1
通信系统的组成
从硬件组成上看，通信系统主要由信源、 信宿、传输介质和收信、发信设备五部 分组成。
通信系统的一般模型
发
传
接
信
送
输
收
信
源
设
介
设
宿
备
质
备
干 扰
在实际应用中，一个通信系统无法彻底消除干扰。
编码信道与调制信道有明显的不同。调制信道 对信号的影响是通过乘性干扰及加性干扰使已 调制信号发生模拟性的变化；而编码信道对信 号的影响则是一种数字序列的变换，即把一种 数字序列变成另一种数字序列(产生误码)。
传输介质
传输介质(通信介质)指的是可以传播(传 输)电信号(光信号)的物质。
从通信系统的角度上看，就是连接通信双方 收、发信设备并负责信号传输的物质(物理 实体)。
信息的层次
语法信息：信息表达方式的状态、逻辑
结构；
语义信息：事物状态或逻辑形式所具有
的内涵、信息内容的理解；
语用信息：不仅懂得信息的含义、而且
还了解它的效用，如何利用；
信息技术
信息技术就是获得、处理和利用信息的 手段或方法的统称。
信息感测技术：实现信息的采集和测量的技 术；
信息加工技术：包括基于计算机的加工处理 和信息传输（通信）技术；
全双工通信：在任何一个时刻，信号能 够双向传输，每一方都能同时进行收信 与发信工作。
按通信方式分类
A 点到点通信 B
B
A
C
点到多点通信 D
A
D
B
E
C
F
多点到多点通 信
(a)
甲方发信端 甲方发信端 甲方收信端 甲方发信端 甲方收信端
信道 单工方式 信道 半双工方式 信道 全双工方式
(b)
乙方收信端 乙方发信端 乙方收信端 乙方收信端 乙方发信端
按信号特征分类
模拟通信一般指的是信源发出的、信宿接收的 和信道传输的都是模拟信号的通信过程或方式； 以模拟信道传输模拟信号的系统。
数字通信是指信源发出和信宿接收的是模拟信 号，而信道传输的是数字信号的通信过程或方 式； 数字通信系统：以数字信号的形式传输模拟 信号的系统。
按信号特征分类
双绞线又称为双扭线，由若干对且每对有两条相互 绝缘的铜导线按一定规则绞合而成。采用这种绞合 结构是为了减少对邻近线对的电磁干扰。为了进一 步提高双绞线的抗电磁干扰能力，还可以在双绞线 的外层再加上一个用金属丝编织而成的屏蔽层。 双绞线既可用于模拟信号传输，也可用于数字信号 传输，其通信距离一般为几到十几千米。由于双绞 线的性能价格比相对其它传输介质要好，因此使用 十分广泛。
有线介质——双绞线示意图
屏蔽箔 屏蔽双绞线
非屏蔽双绞线
6
有线介质
双绞线
第一类双绞线就是住宅常用的缠绕式电话线，只适 合于语音传输，不适合高速数据传输。
第二类传输速率为4Mb/s，可用于传输语音和数据。 第三类是局域网LAN采用的最低档双绞线，传输速
率可达10Mb/s。 第四类主要用于令牌环网，传输速率为16Mb/s。 第五类可提供100Mb/s的传输速率，而超五类双
通信系统实例
载波机
导线
(a) 有线长途电话系统示意图
Байду номын сангаас
载波机
发射设备
接收设备
话筒
扬声器
(b) 广播通信系统示意图
通信系统的分类
按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统 按传输介质分类：无线通信系统与有线通信系统 按调制方式分类：基带通信系统和调制通信系统 按工作方式分类：单工、半双工和全双工 按通信业务分类：电话通信系统、电报通信系统、
绞线可保证155Mb/s的传输速率。第五类双绞线 可 用 于 光 纤 分 布 数 据 接 口 FDDI、 快 速 以 太 网 和 ATM。
有线介质
同轴电缆(CoaxialCable)
同轴电缆由内导线铜质芯线(单股实心线或多 股绞合线)、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽 层以及保护塑料外层所组成。同轴电缆的这种 结构使其具有高带宽和较好的抗干扰特性，并 且可在共享通信线路上支持更多的点。按特性 阻抗数值的不同，同轴电缆又分为两种，一种 是50Ω的基带同轴电缆，另一种是75Ω的宽 带同轴电缆。
主要分为有线介质和无线介质。
有线介质主要是各种线缆和光缆； 无线介质主要是指可以传输无线电波和光波
的空间或大气。
有线介质
有线介质通常指架空明线、双绞线、同 轴电缆、多芯电缆和光纤。
架空明线
架空明线即在电线杆上架设的互相平行而 绝缘的裸线。
有线介质
有线介质
双绞线(TwistedPair)
按通信方式分类
按通信终端之间的连接方式可划分为两点间 直通方式和交换方式。直通方式是通信双方 直接用专线连接；而交换式的通信双方必须 经过一个称为交换机的设备才能连接起来， 如电话系统。
按数字信号传输的顺序，在数据通信中(主 要指计算机通信)，通信方式又有串行通信 与并行通信之分。
按同步方式的不同，还可以分为同步通信和 异步通信。
通信
通信原理课程中的“通信”
目的：克服距离因素实现信号传递； 传递信号：电信号、光信号、电磁波信号； 人们通过通信系统来进行通信，也就是说通
信系统是传输信息的一种手段； 通信系统要解决的问题包括两个方面：
信息的表示 信息的有效传输
通信系统
通信系统的定义
用于进行通信的设备硬件、软件和传输介质 的集合叫做通信系统。
不同消息可有相同内容 信号：传输消息的手段（媒介）
通信系统中传输的是信号
模拟信号、离散信号和数字信号
y
y
5
5
4
4
3
3
2
2
1
1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t (a) 模拟信号
y 5 4 3 2 1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t (b) 离散信号
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t (c) 数字信号
第一章 通信系统概述
主要内容
通信与通信系统 信息与信息技术 信道与噪声 通信频段的划分 通信系统的质量指标 通信发展简史
通信
通信实例：
古代的烽火报警（ 以及“消息树” ） 舰船上的灯语和旗语 传统的信函 对讲机相互联络 军人或警察利用无线电台进行作战指挥 电报、电传、电话、寻呼、移动电话、有线广播、
调制
信道
解调
信宿
模拟通信系统
2
按信号特征分类
信源
信源 编码
加密
信道 编码
调制
信道
信宿
信源 译码
解密
信道 解码
解调
数字通信系统
按信号特征分类
数字通信系统多了信源编码(解码)和信 道编码(解码)功能模块；
信源编码完成的是将模拟信息(模拟信号) 转换成数字信号的功能(信源解码功能相 反)；信道编码是将信源编码输出的数字 信号变成适合于信道传输的码型(信道解 码功能相反)，以提高传输的有效性和可 靠性。
有线通信系统：用导线(包括电缆、 光缆和波导等)作为介质的通信系统；
3
按调制方式分类
基带通信系统：传输的是没有经过 任何调制处理的基带信号；
调制通信系统：传输的是已调信号；
按通信方式分类
通信方式指通信双方(或多方)之间的工 作形式和信号传输方式，它是通信各方 在通信实施之前必须首先确定的问题。
信息施效技术：信息的利用，它是信息感测 和加工的根本目标。
信道
信道：信号传输的途径。 狭义信道就是传输介质。
根据通信的概念，信号必须依靠传输介质传输。
广义信道是传输介质(狭义信道)和信号必须经 过的各种通信设备的统称。
信号还必须经过很多设备(发送机、接收机、调制器、 解调器、放大器等)进行各种处理，这些设备也是 信号经过的途径，
数据通信指信源、信宿处理的都是数字 信号，而传输信道既可以是数字信道也 可以是模拟信道的通信过程(方式)。 数据通信主要指计算机(或数字终端) 之间的通信。
按信号特征分类
信源 信源 信源
信道 模拟通信
信道 数字通信
信道 数据通信
信宿 信宿 信宿
按传输介质分类
无线通信系统：利用无线电波、红 外线、超声波、激光进行通信的系 统；
有线介质
有线介质——光纤示意图
吸收护套
(a) 多模
纤芯 包层
(b) 单模
无线介质
无线介质主要由无线电波和光波作为传 输载体。
在光波中，红外线、激光是常用的信号 载体，前者广泛用于短距离通信；后者 可用于建筑物之间的局域网连接。
无线介质
由于无线电波传播距离远，能够穿过建 筑物，而且既可以全方向传播，也可以 定向传播，因此绝大多数无线通信都采 用无线电波作为信号传输的载体。