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1、11第第1章 绪论章 绪论 第第1章 绪论章 绪论1.1 通信的基本概念通信的基本概念1.2 通信系统的组成通信系统的组成1.3 通信系统的主要质量指标通信系统的主要质量指标1.4 现代通信技术的发展历史现代通信技术的发展历史2第第1章 绪论章 绪论 1.1 通信的基本概念通信的基本概念1.1.1 通信的定义 从广义的角度讲，我们把由一地向另一地（或多地）进行消息的有效传递称为通信。例如两人在一起 聊天，是通过声音来传递消息的；聋哑人之间的“手语”，是通过手势来传递消息的，只不过通信距离较短； 而打电话、发电子邮件等，则分别是通过电话系统和计算机网络来传递消息的，通信距离可以很长。3第第1章
2、绪论章 绪论 自从19世纪末人们开始利用电信号传递消息以来,电信这种通信方法得到了深入研究和飞速发展,形成了一整套完备的理论、技术及相应的设备,成为当今社会最重要的通信手段（尤其是远距离通信）,以至于在现 代自然科学和工程技术领域,“通信”与“电信”几乎是同义词。 所以,从狭义的角度讲,通信的定义可以表述如下： 把利用电磁技术、电子技术、光电技术等手段,借助电信号或光信号实现从一地向另一地（或多地）进 行消息的有效传递和交换的过程称为通信。 4第第1章 绪论章 绪论 通信的实质就是实现信息的有效传递,它不仅要将有 用的信息进行无失真、高效率的传输,而且还要在传输的 过程中减少或消除无用信息和有
3、害信息。 现代的通信技 术除了能够进行信息的有效传递,还能够实现采集、存 储、处理、显示等多种功能,使通信技术成为信息科学技 术的一个重要组成部分。1.1.2 通信的分类 从不同的角度考虑,通信有不同的分类方法,下面介绍 几种较常用的分类方法。 1. 按传输媒质分 按传输媒质的不同,通信可分为有线通信和无线通 信。 5第第1章 绪论章 绪论 有线通信是指传输媒质是用固态物质制成的导线（如架空明线、电缆、光缆、波导等）,承载消息的电信号（或光信号）沿着导线由一地向另一地传递的通 信,其特点是传输媒质能看得见、摸得着；无线通信是指传输消息的两地之间没有任何固态物质制成的导线 连接,传输媒质为自由空
4、间的通信。 通常,有线通信按照传输导线的不同可进一步分为明线通信、电缆通信、光缆通信等；无线通信按照各自的特点也可分为短波通信、超短波通信、微波通 信、移动通信、卫星通信、散射通信等多种形式。 6第第1章 绪论章 绪论 2. 按传输信号的形式分 按照承载消息的电信号形式的不同,通信可分为模拟 通信和数字通信。 模拟通信是指以模拟信号来传输消息的通信方式。 当信号的某一参量(如时间连续波的振幅、频率、相位, 脉冲波的振幅、宽度、位置等)可以取无限多个数值,且 直接与消息相对应时,称为模拟信号。 模拟信号有时也称 连续信号,这里的连续是指信号的某一参量可以连续变化 (即可以取无限多个值),而不是指
5、信号波形在时间上一定 连续。 例如脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation, PAM）信号在幅度上的取值连续(可以取无限多个值),而 信号波形在时间上不连续,但它仍是模拟信号。27第第1章 绪论章 绪论 对于信号参量连续变化,信号波形在时间上也连续变 化的信号,当然也是模拟信号,如强弱连续变化的语言信 号、亮度连续变化的电视图像信号等都是模拟信号。 数字通信是指把模拟信号经数字化处理后,用数字信 号来传送的通信方式。 当信号的某一参量(如时间连续 波的振幅、频率、相位,脉冲波的振幅、宽度、位置等) 只能取有限个数值,且常常不直接与消息相对应时,称为 数字信号。 数字信
6、号有时也称离散信号,这里的离散是 指信号的某一参量不是连续变化的(即只能取有限多个 值),而不是指信号波形在时间上一定不连续,例如PSK、 FSK信号波形在时间上连续,但PSK的相位取值和FSK的 频率取值均是有限的,所以仍是数字信号。8第第1章 绪论章 绪论 对于信号参量是离散的,信号波形在时间上也是离散的信号,当然也是数字信号。 例如脉冲编码调制（Pulse Code Modulation, PCM）信号在幅度上的取值离散(只能取有限多个值),信号波形在时间上不连续（也是离散的）,它当然是数字信号。3. 按工作频段分 按照传输信号的电磁波工作频率不同,通信可分为长波通信、中波通信、短波通信
7、、微波通信、光波 （如红外线、激光等）通信等。 表1-1给出了通信频段的划分及用途。9第第1章 绪论章 绪论 表1-1 通信使用的频段及主要用途 10第第1章 绪论章 绪论 通信信号的频率和波长可互换,公式为（1-1）式中, 为信号波长；f为信号频率；C为电磁波在自由空间中的传播速度,通常C=3108m/s。4. 按工作方式分 按照信号传输的方向和时间不同,通信可分为单工通信、半双工通信和全双工通信。 fC=11第第1章 绪论章 绪论 单工通信是指通信双方中的一方只有发信设备,只 能发送信号,另一方只有收信设备,只能接收信号,只有一 个单向传输信道,只能单向传输消息的一种工作方式,如 图1-1
8、(a)所 示。 广播电视、无线寻呼、遥测遥控等都 属于单工通信,信号（消息）只从广播电视发射台、无线寻呼中心和遥控器分别传送到收音机电视接收机、BP机和遥测遥控对象。 半双工通信是指通信的双方都有收发信设备,都能 收发信号,有一个双向传输信道,通过转换开关可以双向 传输消息,但不能同时进行的一种工作方式,如图1-1(b) 所示。 对讲机、收发报机等属于半双工通信。12第第1章 绪论章 绪论 全双工通信是指通信双方都有收发信设备,都能收发信号,有一个由两个单向传输信道组成的双向传输信道,能够同时双向传输消息的一种工作方式,如图1-1(c)所示。 由于通信的双方能够同时进行收发消息,所以全双工通信
9、的信道必须是双向信道。固定电话、移动电 话等属于全双工通信。313第第1章 绪论章 绪论 图1-1 通信的工作方式 (a) 单工通信; (b) 半双工通信; (c) 全双工通信A信道B(a)A信道B(b)A信道B(c)14第第1章 绪论章 绪论 5. 按通信的内容分 按照传输的内容不同,通信可分为语音通信、图像 通信和多媒体通信。 语音通信是指传输的内容为声音（语音、音乐）, 如广播、电话等。 图像通信是指传输的内容为图像 （照片、动画、符号、文字等）,如传真机、无线寻 呼、空间遥测等。 多媒体通信是指传输的内容不仅有 声音,而且还有图像,如电视、可视电话、远程教育等。6. 按占用的带宽分 按
10、照传输信号占用的信道带宽不同,通信可分为窄 带通信和宽带通信。 15第第1章 绪论章 绪论 窄带通信是指所传输的信号占用信道的带宽比较窄, 例如电话中一路话音信号的带宽为4 kHz,所占用信道的 带宽比较窄,属于窄带通信。 宽带通信是指所传输的信 号占用信道的带宽比较宽,例如图像通信（信号带宽为几 MHz）和多媒体通信（信号带宽为几十MHz）。7. 按通信对象的运动方式分 按照通信对象的是否运动,通信可分为固定通信和移 动通信。固定通信是指通信的双方都处于静止状态。 移动通 信是指通信的双方至少有一方处于运动状态。16第第1章 绪论章 绪论 1.1.3 信号的传输技术 1. 基带传输和频带传输
11、 基带传输是指信号没有经过调制（频率变换）而 直接送到信道中去传输的一种方式,采用这种信号传输 技术的通信系统称为基带传输通信系统,简称基带系 统。 频带传输是指信号经过调制（频率变换）后再送 到信道中传输的一种方式,收端要进行相应的解调才能 恢复原来的信号,采用这种信号传输技术的通信系统称 为频带传输通信系统,简称频带系统。 由于频带传输比 基带传输的距离更远,传输的效率更高（采用频分多路 技术时）,所以频带传输技术得到了更广泛的应用。 17第第1章 绪论章 绪论 2. 串序传输和并序传输 在数字通信中,按照传输信号的通道不同,信号的传输技术可分为串序传输和并序传输。 串序传输是指传输信号的
12、通道只有一条,承载信息的数字信号序列按时间顺序一个接一个地在信道中传 输的方式,如图1-2(a)所示,计算机的USB接口属于串序传输。 并序传输是指将数字信号序列分割成两路或两路以上,同时在信道上传输,如图1-2(b)所示,计算机的打印机接口属于并序传输。 18第第1章 绪论章 绪论 图1-2 数字信号的传输技术 (a) 串序传输； (b) 并序传输发 送 设 备接 收 设 备101(b)发 送 设 备接 收 设 备(a)419第第1章 绪论章 绪论 1.1.4 主要的远距离传输方式 1. 电缆通信 电缆通信是最早发展起来的通信手段,用于长途通信已有60余年历史,在通信中占有突出地位。 在光纤
13、通信和移动通信发展之前,电话、传真、电报等各用户终端与交换机的连接全靠市话电缆。电缆还曾是长途通信和国际通信的主要手段,大西洋、太平洋均有大容量的越洋电缆。 据1982年统计,我国公用网长途线路总长为18万余公里,其中90%为明线。20第第1章 绪论章 绪论 目前,同轴电缆所占的比例已上升到1/3左右。 电缆通信中主要采用模拟单边带调制和频分多路复用 (SSB/FDM)技术,国际上同轴电缆每芯最高容量高达13 200路(或6路广播电视),我国沪杭、京汉广同轴电缆干线可通1800路载波电话。 自从数字电话问世以来,各国大力发展脉冲编码调制时分多路信号在同轴电缆中 的基带传输技术,数字电话容量可达
14、4032路。 近年来,由于光纤通信的发展,同轴电缆有逐渐被光纤电缆取代的趋势。 21第第1章 绪论章 绪论 2. 微波中继通信 微波通信是20世纪60年代开始发展的,它弥补了电缆通信的缺点,可到达电缆无法敷设的地区,且容易架设,建设周期短,投资也低于同轴电缆。 微波通信是美、俄、日等国国内长途电话和电视节目的主要传输手 段。 美国现有数十万公里微波中继线路,俄罗斯最长的一条微波中继通信线路长达1万多公里,直通东欧。 目前模拟电话微波通信容量每频道可达6000路,主要采用SSB/FM/FDM调制方式。 22第第1章 绪论章 绪论 随着数字通信的发展,数字微波成为微波中继通信 的主要发展方向。 早
15、期的数字微波大都采用BPSK、 QPSK调制,为了提高频谱利用率,增加容量,现已向多电 平调制技术发展,采用了16QAM和64QAM调制,并已出 现了256QAM、1024QAM等超多电平调制的数字微 波。 采用多电平调制,在40 MHz的标准频道间隔内可传 送19207680路脉冲编码调制数字电话,赶上并超过模 拟微波通信容量。 我国现有5万多公里微波中继通信线路,其中3/5用于 通信,2/5用于广播电视节目传送。尽管微波通信面临光 纤通信的严重挑战,但仍将是长途通信的一个重要传输 手段。 23第第1章 绪论章 绪论 3. 光纤通信 光纤通信具有容量大、成本低的优点,而且不怕电磁 干扰,与同
16、轴电缆相比可以大量节约有色金属和能源。 因此,自1977年世界上第一个光纤通信系统在芝加哥投入 运行以来,光纤通信发展极为迅速,新器件、新工艺、新 技术不断涌现,性能日臻完善。 世界各国广泛采用光纤 通信,大西洋、太平洋的海底光缆通信系统已经开通使用, 其容量超出了原有的海底电缆通信系统。 由于长波长激 光器和单模光纤的出现,每芯光纤通话路数可望达到百万 路,中继距离将超过100公里,市话中继光纤通信系统的成 本也将大幅度下降。 目前,某些发达国家长途及市话中 继系统光纤通信网的建设已基本完成,今后将集中发展用 户光纤通信网。 24第第1章 绪论章 绪论 至今我国光纤通信系统累计光缆长度已达数万公里。 目前除了扩充改造原有同轴电缆载波线路,以充分发挥其作用外,已不再敷设同轴电
