通信系统

通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称。现代通信系统主要借助电磁波在自由空间的传播或在导引媒体中的传输机理来实现，前者称为无线通信系统，后者称为有线通信系统。

定义：用电信号（或光信号）传输信息的系统，也称电信系统。系统通常是由具有特定功能、相互作用和相互依赖的若干单元组成的、完成统一目标的有机整体。最简便的通信系统供两点的用户彼此发送和接收信息。在一般通信系统内，用户可通过交换设备与系统内的其他用户进行通信。

用以完成信息传输过程的技术系统的总称。当电磁波的波长达到光波范围时，这样的电信系统特称为光通信系统，其他电磁波范围的通信系统则称为电磁通信系统，简称为电信系统。由于光的导引媒体采用特制的玻璃纤维，因此有线光通信系统又称光纤通信系统。一般电磁波的导引媒体是导线，按其具体结构可分为电缆通信系统和明线通信系统；无线电信系统按其电磁波的波长则有微波通信系统与短波通信系统之分。另一方面，按照通信业务的不同，通信系统又可分为电话通信系统、数据通信系统、传真通信系统和图像通信系统等。由于人们对通信的容量要求越来越高，对通信的业务要求越来越多样化，所以通信系统正迅速向着宽带化方向发展，而光纤通信系统将在通信网中发挥越来越重要的作用。

一般由信源（发端设备）、信宿（收端设备）和信道（传输媒介）等组成，被称为通信的三要素。

来自信源的消息（语言、文字、图像或数据）在发信端先由末端设备（如电话机、电传打字机、传真机或数据末端设备等）变换成电信号，然后经发端设备编码、调制、放大或发射后，把基带信号变换成适合在传输媒介中传输的形式；经传输媒介传输，在收信端经收端设备进行反变换恢复成消息提供给收信者。这种点对点的通信大都是双向传输的。因此，在通信对象所在的两端均备有发端和收端设备。

基本通信系统

通信系统按所用传输媒介的不同可分为两类：①利用金属导体为传输媒介，如常用的通信线缆等，这种以线缆为传输媒介的通信系统称为有线电通信系统；②利用无线电波在大气、空间、水或岩、土等传输媒介中传播而进行通信，这种通信系统称为无线电通信系统。光通信系统也有“有线”和“无线”之分，它们所用的传输媒介分别为光学纤维和大气、空间或水。

通信系统按通信业务（即所传输的信息种类）的不同可分为电话、电报、传真、数据通信系统等。信号在时间上是连续变化的，称为模拟信号(如电话)；在时间上离散、其幅度取值也是离散的信号称为数字信号（如电报）。模拟信号通过模拟－数字变换（包括采样、量化和编码过程）也可变成数字信号。通信系统中传输的基带信号为模拟信号时，这种系统称为模拟通信系统;传输的基带信号为数字信号的通信系统称为数字通信系统。

通信系统都是在有噪声的环境下工作的（图中集中以噪声源表示）。设计模拟通信系统时采用最小均方误差准则，即收信端输出的信号噪声比最大。设计数字通信系统时，采用最小错误概率准则，即根据所选用的传输媒介和噪声的统计特性，选用最佳调制体制，设计最佳信号和最佳接收机。

模拟通信是指在信道上把模拟信号从信源传送到信宿的一种通信方式。由于导体中存在电阻，信号直接传输的距离不能太远，解决的方法是通过载波来传输模拟信号。载波是指被调制以传输信号的波形，通常为高频振荡的正弦波。这样，把模拟信号调制在载波上传输，则可比直接传输远得多。一般要求正弦波的频率远远高于调制信号的带宽，否则会发生混叠，使传输信号失真。

模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿及噪声源组成。

模拟通信的优点是直观且容易实现，但保密性差，抗干扰能力弱。由于模拟通信在信道传输的信号频谱比较窄，因此可通过多路复用使信道的利用率提高。

数字通信是指在信道上把数字信号从信源传送到信宿的一种通信方式。它与模拟通信相比，其优点为：抗干扰能力强，没有噪声积累；可以进行远距离传输并能保证质量；能适应各种通信业务要求，便于实现综合处理；传输的二进制数字信号能直接被计算机接收和处理；便于采用大规模集成电路实现，通信设备利于集成化；容易进行加密处理，安全性更容易得到保证。

为了充分利用通信信道、扩大通信容量和降低通信费用，很多通信系统 采用多路复用方式，即在同一传输途径上同时传输多个信息。多路复用分为频率分割、时间分割和码分割多路复用。在模拟通信系统中，将划分的可用频段分配给各个信息而共用一个共同传输媒质，称为频分多路复用。在数字通信系统中，分配给每个信息一个时隙(短暂的时间段)，各路依次轮流占用时隙，称为时分多路复用。码分多路复用则是在发信端使各路输入信号分别与正交码波形发生器产生的某个码列波形相乘，然后相加而得到多路信号。完成多路复用功能的设备称为多路复用终端设备，简称终端设备。多路通信系统由末端设备、终端设备、发送设备、接收设备和传输媒介等组成。

用于长距离电话通信的载波通信系统，是按频率分割进行多路复用的通信系 统。它由载波电话终端设备、增音机、传输线路和附属设备等组成。其中载波电话终端设备是把话频信号或其他群信号搬移到线路频谱或将对方传输来的线路频谱加以反变换、并能适应线路传输要求的设备；增音机能补偿线路传输衰耗及其变化，沿线路每隔一定距离装设一部。

长距离大容量的无线电通信系统，因传输信号占用频带宽，一般工作于微波或超短波波段。在这些波段，一般仅在视距范围内具有稳定的传输特性，因而在进行长距离通信时须采用接力(也称中继)通信方式，即在信号由一个终端站传输到另一个终端站所经的路由上，设立若干个邻接的、转送信号的微波接力站(又称中继站)，各站间的空间距离约为20～50公里。接力站又可分为中间站和分转站。微波接力通信系统的终端站所传信号在基带上可与模拟频分多路终端设备或与数字时分多路终端设备相连接。前者称为模拟接力通信系统；后者称为数字接力通信系统。由于具有便于加密和传输质量好等优点，数字微波接力通信系统日益得到人们的重视。除上述视距接力通信系统外，利用对流层散射传播的超视距散射通信系统，也可通过接力方式作为长距离中容量的通信系统。

在微波通信系统中，若以位于对地静止轨道上的通信卫星为中继转发器，转发各地球站的信号，则构成一个卫星通信系统。卫星通信系统的特点是覆盖面积很大，在卫星天线波束覆盖的大面积范围内可根据需要灵活地组织通信联络，有的还具有一定的变换功能，故已成为国际通信的主要手段，也是许多国家国内通信的重要手段。卫星通信系统主要由通信卫星、地球站、测控系统和相应的终端设备组成。卫星通信系统既可作为一种独立的通信手段（特别适用于对海上、空中的移动通信业务和专用通信网），又可与陆地的通信系统结合、相互补充，构成更完善的传输系统。

用上述载波、微波接力、卫星等通信系统作传输分系统，与交换分系统相结合，可构成传送各种通信业务的通信系统。

电话通信的特点是通话双方要求实时对话，因而要在一个相对短暂的时间内在双方之间临时接通一条通路，故电话通信系统应具有传输和交换两种功能。这种系统通常由用户线路、交换中心、局间中继线和干线等组成。电话通信网的交换设备采用电路交换方式，由接续网络（又称交换网络）和控制部分组成。话路接续网络可根据需要临时向用户接通通话用的通路，控制部分是用来完成用户通话建立全过程中的信号处理并控制接续网络。在设计电话通信系统时，主要以接收话音的响度来评定通话质量，在规定发送、接收和全程参考当量后即可进行传输衰耗的分配。另一方面根据话务量和规定的服务等级（即用户未被接通的概率──呼损率）来确定所需机、线设备的能力。

由于移动通信业务的需要日益增长，移动通信得到了迅速的发展。移动通信系统由车载无线电台、无线电中心（又称基地台）和无线交换中心等组成。车载电台通过固定配置的无线电中心进入无线电交换中心，可完成各移动用户间的通信联络；还可由无线电交换中心与固定电话通信系统中的交换中心(一般为市内电话局)连接，实现移动用户与固定用户间的通话。

为使电报用户之间互通电报而建立的通信系统。它主要利用电话通路传输电报信号。公众电报通信系统中的电报交换设备采用存储转发交换方式（又称电文交换），即将收到的报文先存入缓冲存储器中，然后转发到去向路由，这样可以提高电路和交换设备的利用率。在设计电报通信系统时，服务质量是以通过系统传输一份报文所用的平均时延来衡量的。对于用户电报通信业务则仍采用电路交换方式，即将双方间的电路接通，而后由用户双方直接通报。

数据通信是伴随着信息处理技术的迅速发展而发展起来的。数据通信系统由分布在各点的数据终端和数据传输设备、数据交换设备和通信线路互相连接而成。利用通信线路把分布在不同地点的多个独立的计算机系统连接在一起的网络，称为计算机网络，这样可使广大用户共享资源。在数据通信系统中多采用分组交换（或称包交换）方式，这是一种特殊的电文交换方式，在发信端把数据分割成若干长度较短的分组（或称包）然后进行传输，在收信端再加以合并。它的主要优点是可以减少时延和充分利用传输信道

如何来衡量一个通信系统的好坏呢？我们主要是通过有效性和可靠性来衡量的。也就是说一个通信系统越高效可靠，显然就越好。但实际上有效性和可靠性是一对矛盾的指标，两者需要一定的折中。有效性指的是信息传输的速率，信息传输的速率越快，有效性越好。但信息传输快了，出错的概率也就越高，信息的传输质量就不能保证，也就是可靠性降低了。就好比汽车在公路上超速行驶，快是快了，但有很大的安全隐患。所以不能撇开可靠性来单纯追求高速度，否则，真的会欲速则不达了。

那么具体是用哪些指标来说明系统的有效性和可靠性的呢？

对于模拟通信系统来说，有效性是用系统的带宽来衡量的，可靠性则是用信噪比来衡量的。如果一路电话占用的带宽是一定的话，那么系统的总带宽越大，就意味着能容纳更多路电话。而当系统的带宽一定时，要想增加系统的容量，则可以通过降低单路电话占用的带宽来实现，因此单路信号所需的带宽越窄，说明有效性越好。但降低单路信号的占用带宽后，由于两路信号之间的频带隔离变窄，势必会增加相互间的干扰，即增加噪声，使信号功率与噪声功率的比值降低，从而降低了系统的可靠性。

对于数字通信系统来说，有效性是通过信息传输速率来表示的，可靠性则是通过误码率或误信率来体现的。误码率是指接收端收到的错误码元数与总的传输码元数的比值，即表示在传输中出现错误码元的概率。误信率是指接收到的错误比特数与总的传输比特数的比值，即传输中出现错误信息量的概率。

数字信号在信道中传输时，为了保证传输的可靠性，往往要添加纠错编码，纠错编码是要占用传输速率的。当一个信道每秒能传输的总码元数或比特数一定时，如果不要纠错编码，显然每秒传输的信息量比特会多些，效率提高了，但没有了纠错码，可靠性则无法保证。这些为了提高可靠性而增加的编码，也被称为传输开销，原因是传输这些码元或比特的目的是为了捡错纠错，而它们是不携带信息的。

在通信系统中，频率是个任何信号都与生具有的特征。即使是数字信号，也不例外，传输它们是要占用一定的频率资源的。带宽和数字信号的传输速率是成正比的关系。理想情况下，传输速率除以2就是以这个速率传输的数字信号所占用的频带宽度。所以越高速率所占的频带也会越宽，所以高速通信往往也以叫“宽带通信”。