計算機通信原理課程設(shè)計

1、第一章 緒論第一節(jié) 通信技術(shù)的發(fā)展一、模擬通信歷史 人類在長期的勞動和社會實踐中不斷地創(chuàng)造了文字，豐富了語言，并利用它們充分地表達(dá)和交流人們的意志和感情，傳遞各種信息，推動了社會進步和經(jīng)濟發(fā)展。經(jīng)過廣大科技工作者的悉心研究和提煉加工，將傳遞信息和雙向交流的工具逐步完善，其功能不斷地由低級到高級發(fā)展，終于形成了一門獨立的學(xué)科，這就是通信。 古代的通信方式比較簡單，通信內(nèi)容也很貧乏，例如人們使用信物、繩結(jié)、旗語、烽火、象形文字等作為通信工具，傳遞數(shù)字和文字信息。近代通信技術(shù)是與電的發(fā)明分不開的，因此也稱電信技術(shù)，從十九世紀(jì)三十年代開始就有一系列的創(chuàng)造發(fā)明，如莫爾斯（Morse)發(fā)明的電報、貝爾（B

2、ell）發(fā)明的電話、波波夫（Popov)和馬可尼(Marconi)幾乎同時發(fā)明的無線電等，這些創(chuàng)造發(fā)明為二十世紀(jì)通信技術(shù)的大發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。 二十世紀(jì)是通信技術(shù)發(fā)展的新紀(jì)元，它首先是從模擬通信開始的。所謂模擬通信是指在信道中所傳遞的信息是模擬量，相應(yīng)的參數(shù)模型是模擬波形。最初是以電子管作為主要的電子器件，用來發(fā)送和接收傳輸信號；到四十年代末期晶體管的出現(xiàn)，給通信技術(shù)帶來了生機，為通信設(shè)備的小型化和提高通信設(shè)備的可靠性起到了關(guān)鍵性的作用。但當(dāng)時所采用的電子管或晶體管主要是實現(xiàn)有源模擬電路的功能，因此它們可以說是模擬通信時代的標(biāo)志。 二十世紀(jì)初期所使用的傳輸線路一般是架空明線，后來改進為對稱

3、電纜和同軸電纜。由于電纜的通信質(zhì)量明顯優(yōu)于架空明線，不僅傳輸帶寬增加了成千倍，可以實現(xiàn)更多話路的復(fù)用；而且由于屏蔽效果好，通信質(zhì)量大大提高。到三十年代中期，由于采用了大同軸電纜傳輸話音，可以達(dá)到萬路載波電話的復(fù)用程度；后來又可實現(xiàn)多路電話和電視信號同時傳輸，以充分滿足廣大用戶對通信的需求。 在無線通信領(lǐng)域，最初是依靠短波頻率產(chǎn)生信號，它是利用電離層的反射和折射原理，因此也稱天波傳輸。其優(yōu)點是傳輸距離遠(yuǎn)，但穩(wěn)定性差，特別是要受到天氣和時間的限制，通信質(zhì)量不是很高。在某些應(yīng)用領(lǐng)域，也可采用地波傳輸，它是依靠長波頻率沿地表層傳輸信號，有時也可利用水面?zhèn)鬏敗Ｆ鋬?yōu)點是通信穩(wěn)定性好，但傳輸距離要受到地面（

4、或水面）衰減的影響，不易實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。從六十年代開始發(fā)展微波和衛(wèi)星通信，前者是在地面每隔2030Km建立中繼站，因此也稱微波接力通信。由于微波是利用空間波傳輸信號，要受到地形和雨雪等因素的衰減，因此直接傳輸距離有一定限制，需要增加中繼站數(shù)目來實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信；但它的傳輸容量很大，可以連接萬路載波機實現(xiàn)巨量多路傳輸，并且穩(wěn)定性也比較好，一度受到通信界的青睞。衛(wèi)星通信是在發(fā)射通信衛(wèi)星的基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)發(fā)傳輸信號，也是使用微波頻率，因此容量大、穩(wěn)定性好。衛(wèi)星地面站利用大口徑的拋物面天線，可以接收由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)過來的微弱信號，并由高靈敏度的接收機提取信息。 在無線通信中還有一族是移動通信，最初用于車載電話，后來發(fā)

5、展為便攜式，它們都是使用超短波（例如400MHz和800MHz）傳輸信號。老一代的移動電話都是模擬的，無論是蜂窩結(jié)構(gòu)還是集群制式，所傳輸?shù)男盘柖际悄M信號，因此音質(zhì)不是很好，尤其是在大城市里要受到高層建筑的屏蔽影響，會惡化傳輸質(zhì)量。但由于它使用方便靈活，建設(shè)周期快，特別適合于移動體的通信聯(lián)絡(luò)，因此很受用戶市場的歡迎，它的發(fā)展速度是最快的。 從技術(shù)上來分析，上述模擬通信的最大特點是采用模擬調(diào)制方式，最早是調(diào)幅制和調(diào)頻制，后來發(fā)展單邊帶和殘留邊帶調(diào)制技術(shù)。調(diào)幅通信的優(yōu)點是占用頻帶窄，因此節(jié)省頻率資源；但它的抗干擾能力差，因此通信質(zhì)量難以提高。調(diào)頻通信則正相反，它的抗干擾能力很強，通信質(zhì)量有明顯改善

6、；但它要占用很寬的頻帶，不利于頻率復(fù)用。單邊帶調(diào)制則是模擬通信中的新技術(shù)，它不僅占用頻帶最少，而且抗干擾能力也很強；但它在技術(shù)上要求很高，特別是同步指標(biāo)很嚴(yán)格，因此要采用鎖相技術(shù)和頻率合成器，這類調(diào)制方式在遠(yuǎn)洋通信中首先得到推廣。 回顧模擬通信發(fā)展歷史，它在通信技術(shù)上有過輝煌的一頁，在推動通信學(xué)科發(fā)展中發(fā)揮過積極而又重要的作用，但由于它固有的缺點無法克服，不得不逐漸退出歷史舞臺，被日益興旺發(fā)達(dá)的數(shù)字通信所替代。二、數(shù)字通信的崛起 自從1934年美國學(xué)者李佛西（Reeves)提出脈沖編碼調(diào)制(簡稱PCM）的概念以后，應(yīng)該說通信數(shù)字化的時代已經(jīng)開始了，但數(shù)字通信的發(fā)展卻是二十世紀(jì)七十年代以來的事情

7、，數(shù)字通信的崛起說明了通信技術(shù)的重大革新和通信業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展。隨著時代的發(fā)展，通信用戶不再滿足于聽清聲音，而且還要看得見圖像；通信終端不再是單一的電話機，而且要接傳真機、計算機等一類數(shù)據(jù)終端；通信領(lǐng)域也不再是市內(nèi)或國內(nèi)，而且更多的是國際和全球通信；通信業(yè)務(wù)也不再是簡單的報話業(yè)務(wù)，而且更多的是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，甚至包括集聲音、圖像和數(shù)據(jù)為一體的綜合通信業(yè)務(wù)。這些通信需求對模擬通信來說已經(jīng)難以勝任，甚至無法實現(xiàn)，只有依靠數(shù)字通信技術(shù)來解決。 眾所周知，數(shù)字通信與模擬通信相比較，具有一系列優(yōu)點：第一，用數(shù)字信號傳遞信息易于再生，防止干擾的積累；第二，數(shù)字信號便于連接各種數(shù)據(jù)終端，特別是計算機終端；第三，數(shù)字

8、信號易于加密，可靠性好；第四，數(shù)字信息易于實現(xiàn)通信業(yè)務(wù)綜合化，有利于組網(wǎng)傳輸；第五，數(shù)字信息的電子器件易于高度集成化，有利于通信設(shè)備的小型化和靈活性；第六，數(shù)字信息易于加工處理，有利于擴大通信容量和提高通信質(zhì)量。諸多優(yōu)點正是說明它在與模擬通信的競爭中具有絕對優(yōu)勢，它代表了通信技術(shù)的發(fā)展方向。 數(shù)字通信的崛起首先要歸功于數(shù)字調(diào)制技術(shù)的發(fā)展。在模擬信號數(shù)字化方面，開始是采用脈沖編碼調(diào)制（PCM)和增量調(diào)制(DM)，后來改進為自適應(yīng)脈沖編碼調(diào)制(ADPCM)，使語音信號數(shù)字化后的傳輸比特率由原來的64Kbit/s減少到32Kbit/s，既提高了通信效率，又沒有使通信質(zhì)量受到影響。為了進一步降低數(shù)字語

9、音信號的傳輸比特率，可以采用數(shù)字信號處理技術(shù)，在保證通信質(zhì)量的前提下出現(xiàn)了許多中速率（傳輸速率在9.6到32Kbit/s之間）和低速率（傳輸速率在9.6Kbit/s以下）數(shù)字語音方案，例如自適應(yīng)預(yù)測編碼（APC)、殘余激勵線性預(yù)測（RELP)、脈沖激勵線性預(yù)測（RPELP)、多脈沖激勵線性預(yù)測（MELP)、以及碼本激勵預(yù)測（CELP)等，后者已有國際標(biāo)準(zhǔn)，并首先在數(shù)字移動通信中推廣使用，它的傳輸比特率只有4.8Kbit/s，而通話質(zhì)量可以達(dá)到國際電話的音質(zhì)要求。 在數(shù)字調(diào)制方面也有很大發(fā)展，從開始時的二元調(diào)制（包括幅度鍵控ASK、頻率鍵控FSK和相位鍵控PSK)發(fā)展到多元調(diào)制技術(shù)，極大地提高了

10、數(shù)字信號傳輸?shù)念l帶利用率，而且改善了誤碼性能。先后采用的多元數(shù)字調(diào)制技術(shù)有連續(xù)相位調(diào)制（CPM)、多元相位調(diào)制（MPSK)、正交幅度調(diào)制(QAM)、以及網(wǎng)格編碼調(diào)制(TCM)等，特別是后者從1982年誕生以來引起了廣大通信工作者的興趣，它是將編碼技術(shù)與調(diào)制技術(shù)有機地融合一體，依靠卷積碼的良好抗干擾特性，即使在信噪比極差的條件下仍能改善誤碼性能；同時它又保持了極高的頻帶利用率，目前這種數(shù)字調(diào)制技術(shù)已經(jīng)得到實用化。 為了傳輸高速率的多路復(fù)用數(shù)字信號，必須提供高速電子器件和寬帶傳輸信道，它們是實現(xiàn)數(shù)字通信的基礎(chǔ)技術(shù)。自從1948年出現(xiàn)第一只晶體管以來，微電子技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展，如果以1960年

11、的晶體管大小約有1cm為例，到1970年一只晶體管的大小就降到大約10mm，1985年降到1mm，到本世紀(jì)末可以降到0.1mm左右，即一根頭發(fā)絲的橫截面內(nèi)可以集成5萬個晶體管。微電子技術(shù)的集成度是沿著單個晶體管發(fā)展到中小規(guī)模集成電路，再發(fā)展到大規(guī)模集成電路(LSI)、超大規(guī)模集成電路(VLSI)、和甚大規(guī)模集成電路（ULSI)的軌道前進，并且隨著集成度的提高，微電子芯片的功能卻越來越大，成本就越來越低。例如1970年在一個芯片上只能存儲幾行文字內(nèi)容，到1980年就能存儲一整頁文稿，到九十年代已能存儲一本書的內(nèi)容，預(yù)計到二十一世紀(jì)初期就能將以一部百科全書的內(nèi)容全部存儲在一個芯片上；而芯片的成本卻

12、以每年20到30的速度在下降。不僅是芯片的存儲容量擴大，而且還表現(xiàn)在信號處理的速度加快，例如在1950年需要用一百年處理的數(shù)據(jù)量，到九十年代就可以在千分之一秒內(nèi)全部處理完畢，也就是說信號處理速度在過去四十年間大約提高了1兆兆倍，這些成就有可能用快速信號處理芯片來集成靈巧的便攜式移動電話（俗稱手機）或筆記本式個人電腦。 寬帶傳輸信道的發(fā)展離不開光纖通信和衛(wèi)星通信技術(shù)。自從1970年發(fā)明光導(dǎo)纖維以來，一直受到人們的重視，并且開辟了光電通信的新時代。由于它在傳輸信號時具有一系列優(yōu)點，例如頻帶寬、損耗低、串?dāng)_小、傳輸性能穩(wěn)定等，因此對光纖通信技術(shù)的研究在世界各國掀起了高潮，傳輸速率越來越高，傳輸距離越

13、來越長，特別適合于高速數(shù)據(jù)傳輸。在光纖通信中開始是采用短波長（0.85mm）光纖傳輸，后來向長波長（1.3mm）光纖發(fā)展，其原因是后者傳輸損耗更小，因而中繼距離可以增長，有利于遠(yuǎn)距離傳輸。根據(jù)理論計算，理想的傳輸波長應(yīng)該是1.55mm，此時傳輸損耗接近于零。另外，在光纖結(jié)構(gòu)上開始從多模光纖向單模光纖發(fā)展，后者在傳輸容量方面要比前者大得多。如果以1980年為例，一對光纖的傳輸速率為44.7Mbit/s，可以傳輸672路電話和1路電視；到1991年，一對光纖就可以傳輸2488Mbit/s速率，即容納32256路電話和48路電視信號，可見在十年內(nèi)傳輸速率和傳輸容量方面的發(fā)展速度是驚人的。 現(xiàn)在再來觀

14、察另一種寬帶傳輸信道，即衛(wèi)星通信。1965年美國發(fā)射第一代國際同步衛(wèi)星，定位于大西洋上空，可以傳輸240路電話和1路電視信號，這就標(biāo)志著衛(wèi)星通信時代的到來。接著發(fā)射第二代國際通信衛(wèi)星，定位于大西洋印度洋上空；第三代國際通信衛(wèi)星定位于太平洋大西洋印度洋上空，從此衛(wèi)星通信可以覆蓋全球，每個轉(zhuǎn)發(fā)器的傳輸容量已增加到1200路電話和1路電視。到1992年已發(fā)射第七代國際通信衛(wèi)星，除了進一步增加傳輸容量以滿足廣大用戶需求外，還設(shè)法延長通信衛(wèi)星的使用壽命，以便降低通信成本。除了國際衛(wèi)星通信以外，各通信發(fā)達(dá)國家還研制和發(fā)射國內(nèi)通信衛(wèi)星，用來彌補光纖通信難以到達(dá)的地區(qū)，或滿足軍事、公安、交通、防災(zāi)等部門的通信

15、需求。最早的衛(wèi)星通信是采用模擬調(diào)制方式，即調(diào)頻時分多址（簡稱FM/TDMA）和頻分復(fù)用多址（PCM/FDMA）兩種制式。對于容量不大的低速用戶，可以采用小口徑終端數(shù)據(jù)衛(wèi)星通信（簡稱VSAT）系統(tǒng)，它的優(yōu)點是天線直徑不到1M，比一般衛(wèi)星地面站的天線要小得多，傳輸速率可達(dá)57.6Kbit/s，有單獨的網(wǎng)絡(luò)管理和控制功能中等容量的用戶可以采用頻分復(fù)用多址系統(tǒng)，它要比模擬調(diào)制的頻分復(fù)用系統(tǒng)容量提高4倍左右，例如國際商業(yè)服務(wù)的IBS系統(tǒng)，其傳輸速率由64Kbit/s到8.448Mbit/s不等，可按用戶需求來選擇。如果是以傳輸多路電話為主，則可采用IDR系統(tǒng)，它的傳輸速率與30路PCM電話的數(shù)據(jù)率相同，

16、即2.048Mbit/s。對于容量較大的高速用戶來說，應(yīng)該采用時分復(fù)用多址系統(tǒng)，其傳輸速率已可達(dá)到120Mbit/s，相當(dāng)于3300路PCM電話信號。如果在通信衛(wèi)星上安置4個轉(zhuǎn)發(fā)器，每個轉(zhuǎn)發(fā)器的容量是25Mbit/s，則其總的傳輸速率就可實現(xiàn)100Mbit/s，代表了最先進的數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng)。在數(shù)字衛(wèi)星通信中還有一類是移動衛(wèi)星通信，例如已在交通運輸和金融部門使用的全球定位系統(tǒng)（簡稱GPS），同樣受到用戶市場的歡迎。 三、通信技術(shù)的發(fā)展方向 盡管在二十世紀(jì)內(nèi)通信技術(shù)得到了突飛猛進的發(fā)展，但是隨著基礎(chǔ)技術(shù)的不斷進步，特別是用戶需求的不斷提高，新的通信市場正在不斷擴大，使得通信技術(shù)還將面臨著進一步發(fā)展的

17、機遇和挑戰(zhàn)。通信專家預(yù)言，面向二十一世紀(jì)的通信技術(shù)將朝著網(wǎng)絡(luò)化和個人化的方向發(fā)展。 通信網(wǎng)絡(luò)同樣也經(jīng)歷著從模擬到數(shù)字，從單一功能的網(wǎng)絡(luò)到綜合業(yè)務(wù)的發(fā)展過程。在模擬通信時代以步進制和縱橫制交換機為代表的電路交換系統(tǒng)構(gòu)成了模擬通信網(wǎng)絡(luò)的主體，它包括地區(qū)電話網(wǎng)和長途電話網(wǎng)。自從數(shù)字通信的崛起，改用數(shù)字程控交換機來交換話音信號，所傳送的數(shù)據(jù)是采用分組交換技術(shù)，因此出現(xiàn)了程控交換網(wǎng)和分組交換網(wǎng)。分組網(wǎng)最初是建立在模擬信道的基礎(chǔ)上，由于傳輸速率無法提高，僅適用于低速用戶，如金融信息業(yè)務(wù)等。以傳輸數(shù)據(jù)為主的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）和幀中繼（FR）能提供中高速率的專線或租用線路業(yè)務(wù)，它們主要是依靠光纖傳輸，信道誤

18、碼率可以達(dá)到以內(nèi)，因此通信質(zhì)量有了明顯提高。它們除了用于傳輸數(shù)據(jù)外，也可以傳輸數(shù)字話音、數(shù)字傳真等用戶業(yè)務(wù)，特別是適合于計算機通信。從本世紀(jì)八十年代起發(fā)展綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（簡稱ISDN），開始時是窄帶的ISDN，可以傳輸話音、數(shù)據(jù)、傳真及一般質(zhì)量的圖像等綜合信息，適用于可視電話、一般質(zhì)量的會議電視等用戶業(yè)務(wù)。但隨著多媒體圖像業(yè)務(wù)的大量發(fā)展，很快就過渡到寬帶的ISDN（簡稱B-ISDN），它不僅傳輸速率很高，通信質(zhì)量也很好；它不僅能傳輸靜態(tài)圖像，而且也可以傳輸高質(zhì)量的活動圖像，因此可以開展包括影視、動畫、虛擬現(xiàn)實等多種用戶業(yè)務(wù)，極大地發(fā)揮了數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)的綜合優(yōu)勢和增值效應(yīng)。發(fā)展B-ISDN離不開異

19、步轉(zhuǎn)換模式（簡稱ATM）技術(shù)，它同時克服了電路交換速度慢和分組交換時延大的缺點，既適合于高速數(shù)據(jù)、又適用于高質(zhì)量的活動圖像傳輸，因此它是國際公認(rèn)的新一代交換和傳輸模式。建立在ATM技術(shù)和光纖傳輸系統(tǒng)基礎(chǔ)上的寬帶綜合數(shù)字業(yè)務(wù)網(wǎng)是代表了最先進的通信網(wǎng)絡(luò)水平，也是今后網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主流。新一代的光纖傳輸系統(tǒng)是采用摻鉺光纖放大器和波分復(fù)用技術(shù)（簡稱WDM），它可以傳輸速率高達(dá)25KMbit/s的高速數(shù)據(jù)信息，而且中繼距離可以增大到80至140Km。另外，隨著通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍越來越廣，通信業(yè)務(wù)趨于國際化和全球化，因此迫切要求發(fā)展網(wǎng)絡(luò)互連技術(shù)，由局域網(wǎng)（簡稱LAN）通過路由器或網(wǎng)關(guān)連通城域網(wǎng)（簡稱MAN），

20、再進一步連通全國范圍內(nèi)的廣域網(wǎng)（簡稱WAN），最后是構(gòu)成國際互連網(wǎng)（俗稱因特網(wǎng)），這是未來信息高速公路的原型。但目前它的數(shù)據(jù)傳輸速率只有45Mbit/s，今后計劃提高一百至一千倍，能夠連通世界上任何一臺計算機，并開展多種多媒體通信業(yè)務(wù)，這才是真正的信息高速公路。在實現(xiàn)國際互連網(wǎng)的同時還離不開用戶接入網(wǎng)的發(fā)展，它是指用戶終端采用何種方式和手段接入到主干網(wǎng)上去。由于用戶數(shù)量廣大而分散，接入網(wǎng)的通信投資往往占有很大比例，因此各地都要根據(jù)實際情況建立相應(yīng)的用戶接入網(wǎng)，而接入網(wǎng)技術(shù)也就成為人們研究的一個分支。目前大多數(shù)采用撥號電話網(wǎng)（即公用電話交換網(wǎng)）或?qū)Ｓ茫òㄗ庥茫┚€路接入，但它僅適合于窄帶的中低速

21、用戶終端，開展一般的話音、數(shù)據(jù)或傳真業(yè)務(wù)。隨著多媒體通信業(yè)務(wù)的廣泛開展，今后的接入方式將采用光纖到大樓或光纖到路邊，甚至光纖到戶，即由光電混合的接入網(wǎng)發(fā)展到全光纖的接入網(wǎng)，屆時家庭用戶或單位用戶均可以使用高速數(shù)據(jù)終端，通過寬帶的接入網(wǎng)直接跨上信息高速公路，開展多種多媒體業(yè)務(wù)活動。 通信的目標(biāo)不僅要實現(xiàn)全球化，而且還要達(dá)到個人化，這里是指未來的通信能將世界上任何人、在任何時候和任何地方都可以保持聯(lián)系，不僅要能通話，而且還要傳送數(shù)據(jù)甚至圖像，這就是要發(fā)展個人通信的原因。顯然，發(fā)展個人通信技術(shù)的基礎(chǔ)是無線移動通信，近十年內(nèi)移動通信的發(fā)展速度是驚人的，據(jù)統(tǒng)計全世界移動通信用戶的增長率每年在20以上，有

22、的國家達(dá)到50，其中包括無繩電話在內(nèi)。在無線移動通信中最主要的是蜂窩通信技術(shù)，它是將基地臺功率所能覆蓋的服務(wù)區(qū)域劃分為呈蜂窩狀的許多小區(qū)，通過頻率重用技術(shù)來增加用戶數(shù)目。當(dāng)移動臺越區(qū)時需要自動切換可用頻率，其功能由基地臺的調(diào)度中心來完成。當(dāng)異地使用時，蜂窩通信系統(tǒng)還具有自動漫游功能，以實現(xiàn)國內(nèi)甚至國際長話業(yè)務(wù)。由于城區(qū)建筑物的屏蔽效應(yīng)，在電波傳播中會產(chǎn)生多徑干擾，特別是在移動通信用戶容量增加的同時，會帶來路間串?dāng)_，這些都會使通信質(zhì)量下降。為此，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)?shù)販p小蜂窩小區(qū)的直徑，適當(dāng)增加基地臺的數(shù)量，可重用頻率也可隨之增加，用以解決增加通信容量和保證通信質(zhì)量之間的矛盾，這就稱為微蜂窩技術(shù)。無線移動通

23、信同樣也是由模擬調(diào)制發(fā)展為數(shù)字調(diào)制，第一代蜂窩通信采用模擬調(diào)頻（FM）制式，多址方式則采用頻分多址（FDMA）；但從八十年代開始就研制數(shù)字移動通信，首先是歐洲電信聯(lián)盟提出GSM系統(tǒng)作為泛歐數(shù)字式蜂窩通信的標(biāo)準(zhǔn)，并得到推廣使用，這是第二代蜂窩通信技術(shù)的代表。GSM系統(tǒng)采用數(shù)字話音調(diào)制，傳輸速率為13Kbit/s；多址方式則采用時分多址（TDMA），同時加強了網(wǎng)絡(luò)控制功能，以進一步增加系統(tǒng)容量和提高通信質(zhì)量，開展國際漫游業(yè)務(wù)。美國提出的碼分多址（CDMA）技術(shù)是更先進的移動通信系統(tǒng)，它作為第三代無線移動通信的標(biāo)志，這就是從九十年代開始研制的個人通信系統(tǒng)（簡稱PCS），它具有更強的通信功能，并允許開

24、展多媒體通信業(yè)務(wù)，因此受到廣大通信用戶的歡迎。所謂個人通信就是要做到通信服務(wù)到個人，而不是服務(wù)到配置固定號碼的電話機，因此個人通信所使用的電話號碼應(yīng)該在世界范圍內(nèi)是唯一的，如同注冊國的個人身份證號碼一樣。個人通信還要求不受任何時間和地點的限制，因此它往往是與數(shù)字衛(wèi)星通信或光纖通信系統(tǒng)有機地聯(lián)系在一起，構(gòu)成全球通信網(wǎng)。目前已經(jīng)提出許多種實現(xiàn)個人通信的方案，其中以國際電信聯(lián)盟所提出的未來公眾陸地移動通信系統(tǒng)（FPLMTS）為最典型，它是面向二十一世紀(jì)的新一代移動通信系統(tǒng)，即個人通信系統(tǒng)。按照設(shè)計目標(biāo)，它所組成的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該在任何地點（包括室內(nèi)或室外，鄉(xiāng)間或城市，固定點或移動點），能夠傳輸任何類型的信息

25、（包括文字、數(shù)據(jù)、語音或圖像），提供多種接口標(biāo)準(zhǔn)和通信協(xié)議，并能夠與國際衛(wèi)星通信網(wǎng)或?qū)拵ЬC合數(shù)字業(yè)務(wù)網(wǎng)相連的全球通信信息網(wǎng)絡(luò)。在個人通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用數(shù)字調(diào)制和無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，以及通信軟件的國際通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，因此目前大量工作還處在局部試驗階段，但距離真正實用化的時間已經(jīng)為期不遠(yuǎn)了。第二節(jié) 通信業(yè)務(wù)一、傳統(tǒng)的通信業(yè)務(wù) 傳統(tǒng)的通信業(yè)務(wù)是從電報、電話開始的，故統(tǒng)稱報話業(yè)務(wù)。但隨著通信技術(shù)的發(fā)展，報話業(yè)務(wù)逐漸延伸和擴充，例如電報業(yè)務(wù)還包括公眾電報、用戶電報以及傳真電報等，而電話業(yè)務(wù)也擴大到可視電話、會議電話等。與此同時，新的通信業(yè)務(wù)又不斷出現(xiàn)，主要是數(shù)據(jù)通信和圖像通信，前者又細(xì)分為低速、中速和高速數(shù)據(jù)

26、傳輸，后者又有靜態(tài)圖像與活動圖像之分。因此，一般常將傳統(tǒng)的通信業(yè)務(wù)劃分為話音業(yè)務(wù)和非話業(yè)務(wù)兩大類，前者始終是通信業(yè)務(wù)的主體，據(jù)專家預(yù)計到本世紀(jì)末，電話業(yè)務(wù)仍將占有世界電信市場的70以上。同時隨著用戶需求的不斷更新和提高，非話業(yè)務(wù)的發(fā)展速度也很快，據(jù)統(tǒng)計在近二十年內(nèi)，世界非話業(yè)務(wù)平均年增長率為25，這說明通信業(yè)務(wù)的增長要大大高于國民經(jīng)濟的增長速度，而且通信和信息已成為世界主要國家的支柱產(chǎn)業(yè)。 電話通信是屬于雙向的交互型信息傳輸系統(tǒng)，由于它的實時性和操作方便性，一直受到用戶的青睞，我國電話普及率已從不到1提高到接近10，某些大城市已達(dá)到30以上，而在通信發(fā)達(dá)國家可達(dá)到7090，它對于交流和傳遞信息

27、、推動第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到重要作用。在近二十年內(nèi)，由于移動電話的推廣應(yīng)用，又進一步擴大了電話業(yè)務(wù)，據(jù)統(tǒng)計世界移動電話業(yè)務(wù)的平均年增長率已達(dá)到50，成為通信業(yè)務(wù)中增長最快的一個領(lǐng)域。由于衛(wèi)星通信和光纖通信系統(tǒng)的介入，國際長途電話業(yè)務(wù)量猛增，不僅通話質(zhì)量穩(wěn)定、清晰度好，而且通信成本逐步下降，通信費用降低，成為發(fā)展用戶市場的主要動力。 電報業(yè)務(wù)是屬于單向的記錄復(fù)制型信息傳輸系統(tǒng)，最早是采用公眾電報方式，目前已接近淘汰，改為用戶電報方式，將報文直接送到用戶手里，不再需要報務(wù)員翻譯。但是用戶電報無法傳遞圖表信息，因此從八十年代開始廣泛使用傳真電報，數(shù)字傳真機的傳遞速度很快，傳遞一頁型標(biāo)準(zhǔn)紙的平均時間不到1

28、分鐘，而且傳真質(zhì)量清晰可靠，成為公務(wù)和商務(wù)通信中的主要業(yè)務(wù)內(nèi)容。由用戶電報發(fā)展到傳真電報，減少了人工傳遞報文的過程，大大提高了辦事效率，因此它的用戶市場也是與日俱增。 在非話業(yè)務(wù)中發(fā)展最快的首推數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，最早是在公眾電話網(wǎng)上傳輸?shù)退贁?shù)據(jù)業(yè)務(wù)，例如平均傳輸速率從1200bit/s發(fā)展到4800bit/s。但是隨著調(diào)制解調(diào)器的改進，數(shù)據(jù)傳輸速率可從9600bit/s提高到56Kbit/s，它稱為中速數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，不僅能傳送數(shù)據(jù)，而且還能傳送數(shù)字話音和壓縮后的數(shù)字圖像，因此這類用戶市場也在逐步擴大，應(yīng)用領(lǐng)域得到發(fā)展。但是對于高速率的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，則需要在專門的計算機通信網(wǎng)上傳輸，它的傳輸帶寬要比

29、公眾電話網(wǎng)寬得多，而且傳輸質(zhì)量也要好得多。 有一類圖像通信業(yè)務(wù)是與傳真和數(shù)據(jù)傳輸相結(jié)合的，這就是圖文傳輸業(yè)務(wù)，也可稱為可視數(shù)據(jù)（Videotex）或圖文電視（Teletex）。前者是利用公眾電話網(wǎng)提取數(shù)據(jù)中心的文字和圖形信息，可以接在家用電視機上顯示，一般是用于檢索或查詢業(yè)務(wù)，在商務(wù)通信中很方便。圖文電視則利用電視臺發(fā)射電視信號的回掃期間傳遞文字或圖像信息，可以在觀看電視的同時傳遞天氣預(yù)報、商業(yè)廣告、金融信息及科技動態(tài)等，對用戶來說很實用，但上述兩種通信方式所用的電視機必須具備外加的通信接口。 圖像通信最主要的內(nèi)容應(yīng)該是傳輸活動圖像，例如可視電話和會議電視業(yè)務(wù)，它們的通信質(zhì)量要視傳輸信道而定。

30、一般來說，寬帶的傳輸信道（如同軸電纜、光纖、微波或衛(wèi)星信道）可以提供較高質(zhì)量的活動圖像，例如每秒10幀以上；而窄帶信道（如普通電話線或移動通信信道）即使采用壓縮技術(shù)后也只能傳送每秒5幀以下的活動圖像，因此與電視信號相比較，其通信質(zhì)量差得很多，一般用于工業(yè)部門或?qū)煌ㄟ\輸作業(yè)的監(jiān)控等領(lǐng)域。 由于人們接受客觀世界的信息大約30來自聽覺器官，而70來自視覺器官，因此視覺型信息傳輸系統(tǒng)在社會經(jīng)濟活動中所處的位置有多么重要，這就是圖像通信作為后起之秀在通信業(yè)務(wù)中飛速發(fā)展的主要原因。二、計算機通信業(yè)務(wù) 分布于各地的計算機聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)后，其輸入和輸出數(shù)據(jù)都要通過通信信道來傳輸，這就是計算機通信，它主要是用來傳輸

31、高速率的數(shù)據(jù)信息。計算機通信一般是采用專門的傳輸信道和通信網(wǎng)，并使用國際上統(tǒng)一的通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。由于它的傳輸速率很高（例如1Mbit以上），因此必須采用綜合布線系統(tǒng)或光纖傳輸系統(tǒng)，而普通的電話線就難以勝任。依據(jù)計算機網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模大小和覆蓋范圍，可以分為局域網(wǎng)（LAN）、城域網(wǎng)（MAN）和廣域網(wǎng)（WAN）幾種，它們的應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同。 局域網(wǎng)一般用于機關(guān)企業(yè)、學(xué)校、醫(yī)院等獨立的企事業(yè)單位，可用作內(nèi)部管理，例如建立各類管理信息系統(tǒng)（MIS）、辦公自動化系統(tǒng)（OA）、智能大樓系統(tǒng)（IB）等，但它們都是開放式的，具有通信接口可以與外部網(wǎng)絡(luò)以及遠(yuǎn)程終端連接，開展計算機通信業(yè)務(wù)。目前在局域網(wǎng)上不僅可以傳輸數(shù)

32、據(jù)信息，而且也可以傳輸數(shù)字話音和圖像信息，這時在計算機終端上要具備各種接口和通信協(xié)議。局域網(wǎng)的拓樸結(jié)構(gòu)主要有三種，即總線網(wǎng)（又稱以太網(wǎng)）、環(huán)形網(wǎng)（又稱令牌網(wǎng)）和雙環(huán)網(wǎng)（又稱FDDI網(wǎng)），它們的通信協(xié)議不同，但傳輸速率都很高，目前已達(dá)到10Mbit/s以上，最高可達(dá)1000Mbit/s。局域網(wǎng)的覆蓋范圍大都在10Km以內(nèi)，可以連接100臺左右的計算機終端，典型的應(yīng)用領(lǐng)域如工廠自動化、管理現(xiàn)代化等。 將局域網(wǎng)通過路由器或網(wǎng)關(guān)，與其它局域網(wǎng)相連，就可以構(gòu)成城域網(wǎng)，它的覆蓋范圍大致與一個城市的規(guī)模相近，例如網(wǎng)絡(luò)直徑為50100Km。在城域網(wǎng)上可以充分發(fā)揮信息資源共享的優(yōu)勢，因此它主要面向社會公眾服務(wù)，

33、例如開展各種查詢、檢索信息業(yè)務(wù)和電子商務(wù)活動，在科技、金融、商業(yè)、服務(wù)等領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用，對促進兩個文明建設(shè)均會起到重要作用。由于城域網(wǎng)的系統(tǒng)容量很大，用戶終端很多，傳輸?shù)母黝愋畔⑹蔷蘖康?，并且要求通信質(zhì)量可靠，因此要建成一個城域網(wǎng)需要大量投資，并且要解決許多復(fù)雜的技術(shù)問題，對通信人才的要求也是很高的，目前只能在少數(shù)具備條件的城市和地區(qū)首先建成。但從通信用戶的需求來看，城域網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展必然是很快的，以迎合信息社會的到來。 將城域網(wǎng)再進一步擴大，直到覆蓋國內(nèi)各大城市，則這就可構(gòu)成全國性的廣域網(wǎng)，在這個網(wǎng)上可以建立各類信息管理系統(tǒng)，例如金融信息管理系統(tǒng)、科教信息管理系統(tǒng)、醫(yī)藥衛(wèi)生管理系統(tǒng)等，它們主要面向

34、各專業(yè)部門，同時也可面向社會公眾。目前，廣域網(wǎng)的概念已擴展到國際社會，出現(xiàn)了第一個國際互連網(wǎng)絡(luò)，它是覆蓋幾十個國家、連接數(shù)百萬臺計算機、為數(shù)千萬個用戶服務(wù)的超大型計算機網(wǎng)絡(luò)，并且還在以驚人的速度發(fā)展。它的應(yīng)用主要是開展電子郵件、文件傳送、遠(yuǎn)程登錄、信息查詢、專題論壇等業(yè)務(wù)，特別是用戶使用WWW瀏覽器可以檢索到圖文并茂的各種文獻(xiàn)資料和商業(yè)廣告，對推動科技進步和促進電子商務(wù)活動作出了杰出貢獻(xiàn)。另外，目前還在發(fā)展網(wǎng)上通信業(yè)務(wù)，例如可視電話、會議電視、遠(yuǎn)距離教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療會診等，特別是與文娛活動相結(jié)合，利用互連網(wǎng)絡(luò)來開展電子游戲或交互電視等業(yè)務(wù)。由于在國際互連網(wǎng)上連接的用戶是巨量的，傳送的又是超文本多

35、媒體信息，因此它要求提供超高速率的傳輸信道，而且要求實時可靠，目前的因特網(wǎng)已經(jīng)難以勝任，計劃在本世紀(jì)末建成真正的信息高速公路，即第二個因特網(wǎng)（Internet II）。它是建立在最先進的ATM網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，其傳輸速率將比目前的因特網(wǎng)提高一百倍以上，并且開發(fā)出功能更強、內(nèi)容更豐富的通信軟件，以適應(yīng)日益發(fā)展的各種多媒體通信業(yè)務(wù)需求。三、多媒體通信業(yè)務(wù) 多媒體通信是將先進的通信網(wǎng)絡(luò)和功能強大的個人計算機有機地結(jié)合在一起，開展以圖像為核心、同時伴有語音、文字和數(shù)據(jù)的多媒體信息傳輸業(yè)務(wù)。由于它將計算機的交互性、通信網(wǎng)絡(luò)的分布性和電視畫面的真實性同時得到充分地發(fā)揮，因此開展多媒體業(yè)務(wù)受到計算機、通信、文娛界

36、、商業(yè)、交通運輸業(yè)等諸多領(lǐng)域的歡迎，它與信息高速公路一樣，成為目前人們最感興趣的話題之一。同時，由于開展多媒體業(yè)務(wù)的需要，極大地推動了計算機技術(shù)和通信技術(shù)的發(fā)展，例如寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)、國際互連網(wǎng)、多媒體數(shù)據(jù)庫、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)。目前最有代表性的多媒體通信業(yè)務(wù)是會議電視和交互電視，它們都屬于多點通信業(yè)務(wù)，具有廣泛的應(yīng)用意義。 多媒體會議電視系統(tǒng)是利用計算機終端信息數(shù)據(jù)庫和通信網(wǎng)絡(luò)等多種資源，創(chuàng)造出一個能夠召開會議的良好環(huán)境，將分布在各地的參加者都能使用各自的終端來參加會議，自由地交談和發(fā)表意見，并利用電子白板、掃描儀、錄像機等外部設(shè)備來展示各類圖表或活動圖像片斷，以便加強發(fā)言內(nèi)容的真實性，它的實

37、現(xiàn)可以達(dá)到面對面會議模式的同樣效果。類似的通信業(yè)務(wù)還有多媒體遠(yuǎn)距離教學(xué)系統(tǒng)，它提供實時的交互式授課或討論環(huán)境；多媒體遠(yuǎn)程醫(yī)療會診系統(tǒng)則提供異地會診的環(huán)境在用戶終端上可以顯示各種病例和醫(yī)療信息，使醫(yī)生充分了解病情，并通過交談后作出診斷結(jié)論及處方。還有一類分布式多媒體通信業(yè)務(wù)是所謂計算機支持的協(xié)調(diào)工作系統(tǒng)（簡稱CSCW），它主要是為科學(xué)家提供群體工作的環(huán)境，但它不要求實時性，使科學(xué)家在各自的工作時間內(nèi)撰寫論文、修改報告或整理實驗資料等，然后將已經(jīng)完成的工作存儲在強大的信息數(shù)據(jù)庫內(nèi)；與此同時可以瀏覽或閱讀其他科學(xué)家的論文，聽取他們的意見，并參與討論和交流。 上述這些多媒體通信系統(tǒng)都是面向單位或?qū)I(yè)部

38、門的，因此屬于專用通信業(yè)務(wù)。交互電視則面向社會大眾，它屬于公眾通信業(yè)務(wù)，并將通信與文娛結(jié)合在一起，使通信業(yè)務(wù)的范圍進一步得到擴展。交互電視的特點在于用戶可以按需點播電視節(jié)目，故又稱點播電視（簡稱VCD），但它不要求實時性。用戶根據(jù)事先預(yù)告的節(jié)目單可以通過鍵盤輸入節(jié)目編號和用戶帳號，電視臺就通過專用頻道給預(yù)訂的用戶播放所選的電視節(jié)目，并根據(jù)節(jié)目內(nèi)容和播放時間來自動計費。由于上行和下行的信息量嚴(yán)重地不對稱，因此開展這類通信業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是特殊的，例如上行信息（主要是數(shù)據(jù)）可以采用電纜傳輸，而下行信息（主要是活動圖像）必須采用光纖傳輸。另外，為了提高電視畫面的質(zhì)量必須采用先進的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，在提高平

39、均壓縮比的同時，要保證活動畫面的連續(xù)性和逼真性，這在技術(shù)上會帶來很大難度。類似的多媒體技術(shù)還有動畫片制作業(yè)務(wù)，這在影視界已經(jīng)掀起高潮，特別是在科幻片的制作中。 網(wǎng)上的多媒體通信業(yè)務(wù)也正是方興未艾，這里主要是指多媒體郵件和超文本信息服務(wù)，后者也可稱為在線頁面業(yè)務(wù)。用戶在自己的辦公室或家里就可以使用計算機終端通過網(wǎng)絡(luò)來閱讀報刊雜志或者郵件文章，它們都是聲文圖并茂的有聲可視讀物，讀者接受多種媒體的信息，真正享受到賞心悅目的樂趣。超文本信息服務(wù)也是交互式的，用戶可以按需來選擇文本的種類和內(nèi)容，同時也可以記錄下來（或稱下載）儲存在磁盤或光盤上。這類業(yè)務(wù)的擴展就可用于電子出版行業(yè)，它們將有紙書刊變成無紙的

40、電子出版物，不僅儲存信息的容量大，而且具有重量輕、體積小、易保存和成本低等優(yōu)點。開展這類業(yè)務(wù)的前提是要在網(wǎng)上建立功能強大的信息數(shù)據(jù)庫，也可稱為電子圖書館，它包攬各種各樣的信息，并分門別類地編制成圖書目錄；同時還要開發(fā)各種方便使用的瀏覽器，用戶直接在計算機終端上進行操作。多媒體郵件則是電子郵件業(yè)務(wù)的擴展，它在郵件上包含聲、圖、文等多種媒體信息，使收件人感受到更加親切和逼真的內(nèi)容。四、增值業(yè)務(wù) 所謂增值功能是指除了通信功能以外，在原有的通信網(wǎng)上增加信息服務(wù)的功能，因此相當(dāng)于在通信網(wǎng)上再增設(shè)一個虛擬的信息網(wǎng)，后者又可稱為智能網(wǎng)或增值網(wǎng)。在智能網(wǎng)上開展的信息業(yè)務(wù)就可稱為增值業(yè)務(wù)或智能業(yè)務(wù)，例如建立虛擬

41、的專用信道、開通自動聲訊服務(wù)系統(tǒng)、增設(shè)話音信箱、電子投票站、對方付款電話等。事實上，在現(xiàn)有的程控電話網(wǎng)上已經(jīng)存在許多免費或收費的增值業(yè)務(wù)，例如國內(nèi)外長途直撥、縮位撥號、轉(zhuǎn)移呼叫、遇忙回呼、呼叫等待、熱線服務(wù)、鬧鐘服務(wù)、三方通話、呼出加鎖、免干擾服務(wù)以及會議電話等，它們都是利用各種提示符和提示音的組合編碼來實現(xiàn)的。前面提到的超文件信息服務(wù)則是更高級的增值業(yè)務(wù)。建立增值網(wǎng)的關(guān)鍵是開發(fā)通信軟件和建立信息數(shù)據(jù)庫，前者主要完成控制和調(diào)度管理功能，特別是計費功能；后者則是各類信息中心，提供信息源。隨著計算機通信和多媒體業(yè)務(wù)的大量發(fā)展、通信網(wǎng)絡(luò)的日益先進和完善，未來的智能性增值業(yè)務(wù)還會越來越多；通信技術(shù)和信

42、息技術(shù)完美地結(jié)合在一起，將會使增值業(yè)務(wù)越來越高級，增值效果也會越來越大。第三節(jié) 通信系統(tǒng)一、通信系統(tǒng)的組成 總起來說，通信系統(tǒng)是由發(fā)射機、傳輸信道和接收機三大部分組成，其中發(fā)射機的功能主要是發(fā)送信號，它先將采集到的原始信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號，然后再要經(jīng)過放大、調(diào)制、濾波等一系列加工處理后，將信號送入傳輸信道，這個過程是為了使信號的特征與傳輸信道相匹配，以便提高傳輸效率和可靠性。接收機的功能則正好相反，它將從傳輸信道送來的信號再經(jīng)過濾波、放大、解調(diào)等一系列加工處理后，設(shè)法使原來發(fā)送的信息準(zhǔn)確無誤地恢復(fù)原樣，相當(dāng)于完成與發(fā)射機相反的過程。由于接收到的信號已經(jīng)過信道傳輸，不可避免地會給傳輸信號帶來失

43、真和干擾，因此在接收機里的信號處理任務(wù)就相當(dāng)復(fù)雜，要根據(jù)不同的傳輸信號和傳輸信道來設(shè)計對策。傳輸信道是通信系統(tǒng)中不可分割的一部分，但按照功能來區(qū)分可有狹義信道和廣義信道兩大類，前者通常就是指傳輸線路，例如有線傳輸線路包括架空線、電纜、光纜等，而無線傳輸線路則包括天線、饋線和傳播電磁波的自由空間等。廣義信道則比較復(fù)雜，它應(yīng)包括信號調(diào)制以后，直到信號解調(diào)以前的全部傳輸過程，故也可稱為調(diào)制信道。顯然，狹義信道的傳輸特性往往僅限于傳輸介質(zhì)本身，例如傳輸衰耗、相移、延時以及天線增益等；而廣義信道的傳輸特性則著重在幅度頻率特性、相位頻率特性、非線性失真，以及信噪比、誤碼率等整體性能指標(biāo)方面。通信系統(tǒng)按照傳

44、輸信號的不同，也可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)兩大類，前者以傳輸模擬話音信號為主，因此是傳統(tǒng)的通信方式，它在通信歷史中曾發(fā)揮了重要作用。數(shù)字通信系統(tǒng)則可傳輸多種數(shù)字信號，包括數(shù)字化后的話音信號（簡稱數(shù)字話音）、數(shù)據(jù)信號、數(shù)字圖像信號等，特別是在計算機通信和多媒體業(yè)務(wù)大量發(fā)展后，這類通信系統(tǒng)已經(jīng)逐步替代模擬通信系統(tǒng)，成為通信方式的主流。模擬通信系統(tǒng)的組成如圖11所示，它在發(fā)端從信源采集到信號后經(jīng)過調(diào)制器就直接送入廣義信道傳輸，在收端則將廣義信道送來的信號經(jīng)過解調(diào)器恢復(fù)成原始信息后傳給信宿。由此可見，在模擬通信系統(tǒng)中從信源到信宿，除了廣義傳輸信道外就剩下調(diào)制器和解調(diào)器，它說明調(diào)制和解調(diào)功能在模擬

45、通信系統(tǒng)中的重要地位。事實上，由于原始信號的特性往往與廣義信道的傳輸特性不能很好地匹配，例如原始信號所占用的頻帶不合適在信道中傳輸，或者正好落在傳輸信道的失真頻段內(nèi)，這就有必要進行頻率搬移（或稱為頻率匹配），調(diào)制器正好就可以完成這個任務(wù)。解調(diào)器的功能則正好相反，它是將已調(diào)信號的頻率位置搬回到原始信號所占有的頻帶內(nèi)，以便準(zhǔn)確地恢復(fù)原始信息，不致于帶來失真。圖11 模擬通信系統(tǒng)的組成 在圖11內(nèi)還有一個噪聲源，它外加在廣義信道上，代表在傳輸過程中接受外界干擾的來源。事實上，任何信道都有干擾存在，而且是分散在各個環(huán)節(jié)，特別是有源器件中的熱噪聲是干擾的主要來源。但在圖11內(nèi)將信道內(nèi)所有的噪聲源都集中在

46、一起是為了計算方便，它的噪聲功率應(yīng)該是所有噪聲源功率的累加和，這是因為熱噪聲具有統(tǒng)計獨立性質(zhì)，各噪聲分量的功率可以線性相加后成為噪聲的總功率。顯然，這里假定廣義信道的特性是線性的，沒有非線性失真存在，而且也沒有其它類型的干擾（例如脈沖干擾等）存在。為了提高通信質(zhì)量，在收端應(yīng)設(shè)法將傳輸過程中所帶來的噪聲盡量減小，使得送到信宿去的信號噪聲比（簡稱信噪比）盡量提高，這是通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)之一。為此，除了精心設(shè)計電子器件和電子電路所產(chǎn)生的噪聲功率要盡量小之外，還必須采用有效的調(diào)制方式，以提高傳輸信號的抗噪聲能力，使得解調(diào)后的輸出信噪比盡量大，例如調(diào)頻信號就要比調(diào)幅信號的抗噪聲能力大得多，通常就稱它

47、為調(diào)制增益。顯然，若調(diào)制增益越大，則在同樣噪聲源的情況下信宿所獲得的信噪比就越大，通信質(zhì)量就越好，這就進一步說明了在模擬通信系統(tǒng)中調(diào)制和解調(diào)過程的重要性，它們一方面要完成與信道匹配的功能，同時又要完成提高系統(tǒng)輸出信噪比的任務(wù)。數(shù)字通信系統(tǒng)的組成如圖12所示，它除了與模擬通信系統(tǒng)相同的部分之外，增加了編碼器和譯碼器。按照其功能不同，編碼器又可細(xì)分為信源編碼和信道編碼兩部分，前者是將原來不適合在數(shù)字通信系統(tǒng)內(nèi)傳輸?shù)哪M信號轉(zhuǎn)換為有效的數(shù)字信號，例如話音信號或圖像信號的數(shù)字化等。另外，像數(shù)據(jù)加密或數(shù)據(jù)壓縮等數(shù)字信號處理任務(wù)也是信源編碼器的特定功能。信道編碼則主要是實現(xiàn)數(shù)字信號傳輸中的差錯控制功能，例

48、如生成線性分組碼或卷積碼等。一般來說，信源編碼是用來刪除和減少原始信號中的信息冗余量，致使信號傳輸?shù)挠行蕴岣?，而信道編碼則是適當(dāng)?shù)卦黾有盘杺鬏斨械男畔⑷哂嗔?，以它為代價換取傳輸可靠性的提高，因此它們所實現(xiàn)的功能是完全不同的，在設(shè)計通信系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸可靠性指標(biāo)時要全面兼顧，不可偏廢。由于編碼器在數(shù)字通信系統(tǒng)中的突出地位，因此有時將發(fā)端編碼器之后直到收端譯碼器之前的傳輸過程稱為編碼信道，以區(qū)別于模擬通信系統(tǒng)中的調(diào)制信道。圖中收端譯碼器的功能是將編碼后的信號恢復(fù)成原來編碼前的信號，而且要盡量減少由于編碼和譯碼所帶來的信號失真，因此它要完成的任務(wù)更為復(fù)雜。圖12 數(shù)字通信系統(tǒng)的組成二、通信系

49、統(tǒng)的性能指標(biāo) 從本質(zhì)上講，通信系統(tǒng)的功能就是為了傳遞信息和交換信息，因此一方面要求被傳遞的信息準(zhǔn)確可靠，另一方面就是要求被傳遞的信息及時有效；前者被稱為通信系統(tǒng)可靠性性能，后者則被稱為通信系統(tǒng)有效性性能。在理想的通信系統(tǒng)中應(yīng)該使傳遞的信息達(dá)到最大的系統(tǒng)容量，同時應(yīng)該保持被傳遞的信息沒有失真，也沒有誤碼。但在實際的通信系統(tǒng)中通信的有效性和可靠性往往是有矛盾的，因此許多通信工作者提出了不少解決矛盾的準(zhǔn)則和方案，做到統(tǒng)籌兼顧，并進行系統(tǒng)優(yōu)化，使得在不增加通信成本的條件下既有足夠大的有效性，又有很好的可靠性，獲得最佳的通信系統(tǒng)性能。 所謂通信的有效性通常是指在給定的信道內(nèi)能夠容納多大的信息量，或者是指

50、允許傳輸多高的信息率。在模擬通信系統(tǒng)中，通信的有效性指標(biāo)往往用有效傳輸頻帶來衡量，顯然信道的傳輸頻帶越寬，則能夠容納的信息量就越大。由于信源不同，傳輸不同類型信號的占用頻帶也是不同的，例如模擬話音信號的占用頻帶大致是從300Hz到3000Hz，而黑白電視信號的占用頻帶幾乎是從0Hz開始直到4.5MHz左右，彩色電視信號的占用頻帶再要擴展3倍，由此可見它們之間的差別有多大?；谏鲜鲈颍谟嬎阈诺纻鬏斎萘繒r不僅要考慮信道本身的有效傳輸頻帶，而且還要考慮傳輸信號的類型和內(nèi)容。例如在傳輸模擬話音信號時可以用話路數(shù)目來代替通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)，它是指傳輸信道的有效帶寬被一路模擬話音信號所占用的帶寬來除

51、，事實上一對架空明線的傳輸線路采用信道復(fù)用方法后最多只能容納12路模擬話路，對稱電纜的復(fù)用話路可以容納120個，同軸電纜的通信容量最大可以達(dá)到10,000個話路，通常將它用作長途干線通信。同樣地，傳輸模擬電視信號也可以用有效路數(shù)來衡量，但實際上往往是采用混合傳輸電話和電視信號的方案，這時通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)可以分別用話路數(shù)目和電視信道數(shù)目來代替，不管是有線通信系統(tǒng)還是無線通信系統(tǒng)，容許傳輸?shù)脑捖窋?shù)目越多、電視信道數(shù)目越多就說明它的通信容量越大，亦即通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)越好。 在數(shù)字通信系統(tǒng)中衡量通信有效性的指標(biāo)不再用傳輸信道的有效傳輸頻帶，而是采用最大信息傳輸速率，它是指在單位時間（通常用每秒

52、）內(nèi)容許傳輸最大信息量的指標(biāo)，這樣可以去除因為不同傳輸信號所占用頻帶大小的差別，而導(dǎo)致有效性指標(biāo)無法統(tǒng)一的缺點。信息傳輸速率（簡稱傳信率）的基本單位是每秒比特（bit）數(shù)，或用bit/s來表示，它是代表在每秒時間內(nèi)傳送一個二進制單位的信息量。有時也可用每秒波特（Baud）數(shù)來衡量傳信率的大小，這里波特是指一個多進制單位的信息量，稱為傳碼率，即每秒傳送的碼元數(shù)，因此波特與比特之間可以相互轉(zhuǎn)換。在采用傳信率作為數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性指標(biāo)后，不管什么傳輸信號，包括數(shù)字化后的話音或圖像信號、數(shù)據(jù)信號等均可統(tǒng)一用每秒比特數(shù)來計算通信的有效性，顯然比模擬通信系統(tǒng)用路數(shù)來計算更為科學(xué)和合理。目前在低速率數(shù)字傳

53、輸信道內(nèi)，例如無線短波或普通對稱電纜，其最大傳信率只有幾百到幾千bit/s，相應(yīng)于在信道內(nèi)傳送數(shù)字傳真或單路數(shù)字話音信號。在中速率數(shù)字傳輸信道內(nèi)最大傳信率可以提高到幾兆到幾十兆bit/s，例如綜合布線系統(tǒng)或有線電視電纜，大多用于傳輸計算機數(shù)據(jù)或數(shù)字圖像信號。在高速率數(shù)字傳輸信道內(nèi)則最大傳信率已可達(dá)到幾百兆到幾千兆bit/s，例如光纜或衛(wèi)星通信系統(tǒng)，它們不僅可以傳輸大量的數(shù)字話音或圖像信號，而且還用于傳輸超文本的多媒體信息，為信息高速公路建立傳輸平臺。 通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)在模擬通信系統(tǒng)中通常用輸出信噪比和失真度來衡量，前者是指輸出信號的平均功率與輸出噪聲的平均功率之比，并用分貝（dB）值作為衡

54、量的單位。顯然，輸出信噪比的分貝值越高，說明通信質(zhì)量越好，例如在話音通信中如果輸出信噪比達(dá)到40dB以上，則話音清晰度就可達(dá)到95，完全可以滿足民用通信的要求；又如電視機的輸出信噪比在60dB以上，則在屏幕上的分辨率就很高，可以看清畫面上的每個細(xì)節(jié)，這說明通信系統(tǒng)的輸出信噪比指標(biāo)要求與所傳輸?shù)男盘柼攸c有關(guān)，在相應(yīng)的設(shè)計文件中應(yīng)該明確指出。另外，失真度指標(biāo)是反映通信系統(tǒng)的傳輸性能，在理想的情況下應(yīng)該是線性的，此時信號失真度為零。但在實際的通信系統(tǒng)中總是有非線性失真存在，例如幅度頻率失真、相位頻率失真等，它們影響輸出信號的真實性，帶來信號畸變，在嚴(yán)重的情況下甚至無法保證正常的通信工作。非線性失真通

55、常是用諧波分量與基波分量的功率比來衡量，它的百分比越小，說明非線性失真就越小，越是接近理想通信的狀態(tài)，當(dāng)然對它的要求也與所傳輸信號的特性有關(guān)。一般來講，話音通信對幅度失真比較敏感，而圖像通信則對相位失真更加嚴(yán)格，這與人們接受聽覺信息和視覺信息的不同敏感性有關(guān)。在數(shù)字通信系統(tǒng)內(nèi)的可靠性指標(biāo)則有所不同，通常是采用誤碼的數(shù)目占全部傳輸碼位的比例，稱為誤碼率，例如在有線或衛(wèi)星傳輸信道內(nèi)最高可以達(dá)到，而在無線短波信道內(nèi)能達(dá)到就算不差了。當(dāng)然，實現(xiàn)誤碼率指標(biāo)的要求還與所采用的信道編碼技術(shù)有關(guān)，后者具有一定的差錯控制能力，即通過檢錯和糾錯的方法來使誤碼率的指標(biāo)提高，以便滿足不同通信系統(tǒng)的傳輸要求。例如在低速率數(shù)字通信中只要求誤碼率達(dá)到；而在中速率情況下要求誤碼率達(dá)到；在高速率通信系統(tǒng)中則要求誤碼率達(dá)到以上，這是今后發(fā)展的方向。實際上，數(shù)字通信系統(tǒng)中的誤碼率指標(biāo)與模擬通信系統(tǒng)中的輸出信噪比指標(biāo)是緊密相關(guān)的，因為它們都是在傳輸信號的過程中受到信道噪聲的污染和侵入，提高