通信系統(tǒng)與通信方式

1、數(shù)字與數(shù)據(jù)通信技術通信系統(tǒng)與通信方式 1.1 通信系統(tǒng)的模型通信系統(tǒng)與通信方式 通信的目的將信息從一地傳遞到另外一地，因此，將用于完成通信這一過程的全部設備和傳輸介質稱為通信系統(tǒng)。 實現(xiàn)通信的方法很多，具體的通信系統(tǒng)種類比較多，雖然不同的通信系統(tǒng)有不同的用途和具體的電路結構，但都有相同的基本結構。圖2.1（a）為有線長途電話系統(tǒng)示意圖，圖2.1(b)為廣播通信系統(tǒng)示意圖。 從圖2.1的示意圖可知通信系統(tǒng)一般模型圖2.2，由信源、發(fā)送設備、信道和噪聲、接收設備、信宿四大部分組成。接收設備信源發(fā)送設備信道信宿噪聲圖2.2 通信系統(tǒng)的一般模型 電話A 載波機 雙絞線 載波機 電話B (a)有線電話通

2、信系統(tǒng)示意圖 話筒 發(fā)射設備 接收設備 喇叭（b）廣播通信系統(tǒng)示意圖圖2.1 通信系統(tǒng)示意圖 信源的作用是產生（形成）消息，并完成非電信號轉換為電信號。信源可能是人也可能是機器，信源輸出的是待傳輸?shù)男盘?，它可以是模擬信號也可以是數(shù)字信號。例如電話的送話器產生的語音信號、電視攝像機的圖像信號、各種傳感器的檢測信號等輸出的是模擬信號。計算機數(shù)據(jù)輸出的信號為數(shù)字信號。1.信源 發(fā)送設備的作用是使傳輸?shù)男盘柵c信道相匹配，因此它將基帶信號轉換為適合信道傳輸?shù)碾娦盘柣蚬庑盘?。如編碼器、調制器、復用器等。2發(fā)送設備 信道是信號傳遞所通過的通道即傳輸媒質，有無線信道和有線信道。不同的信道其傳輸特性不同。3.信

3、道和噪聲 噪聲是信號在傳輸過程中不可避免混入的各種干擾信號，它散布在整個通信系統(tǒng)各點，為分析方便折合到信道并集中表示，如熱噪聲、脈沖干擾等 信宿是接收信號的人或機器，它的作用是將基帶信號恢復為原始信號。如聽筒、屏幕等。4.接收設備 接收設備的作用將接收到的帶有干擾的信號進行處理以恢復出基帶信號。如譯碼器、解調器等。5.信宿1.2 模擬通信系統(tǒng) 解調器信源調制器信道信宿噪聲圖2.3 模擬通信系統(tǒng)的模型 模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號傳遞信息的通信系統(tǒng)，圖2.3為模擬通信系統(tǒng)的模型。信號在模擬通信系統(tǒng)中傳遞時噪聲是疊加在信號上，并隨傳輸距離的增加而噪聲增加，接收端很難將噪聲從信號中分離。因此，模擬通信

4、系統(tǒng)抗干擾能力較差而且不適合長距離傳輸，不易保密、也不便于與計算機連接。1.3 數(shù)字通信系統(tǒng) 圖2.4 頻帶傳輸?shù)臄?shù)字通信系統(tǒng)的模型信源調制器信道信宿噪聲信源編碼信道編碼解調器信道譯碼信源譯碼發(fā)同步器收同步器 信道中傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)，如圖2.4為頻帶傳輸?shù)臄?shù)字通信系統(tǒng)模型。在數(shù)字通信系統(tǒng)中信源發(fā)出和信宿接收的是模擬信號，而信道傳輸?shù)氖菙?shù)字信號，因此，可以說數(shù)字通信系統(tǒng)是以數(shù)字信號的形式傳輸模擬信號的通信系統(tǒng)。（1）抗干擾能力強，無噪聲積累。噪聲噪聲圖2.5 兩種通信系統(tǒng)噪聲影響示意圖(a)模擬通信系統(tǒng)信道發(fā)送端放大接收端(b)數(shù)字通信系統(tǒng)信道發(fā)送端再生中繼接收端數(shù)字通信與

5、模擬通信比較數(shù)字通信具有以下優(yōu)點： 在模擬通信，中繼器將有干擾信號放大后送往下一級，下一級接著放大再往下送，這樣一級一級下去，噪聲被不斷地放大，形成噪聲積累直到通信終端,如圖2.5(a)。 而在數(shù)字通信中，數(shù)字信號的取值個數(shù)有限的離散值(大多數(shù)情況只有0和1兩個值)，在傳輸過程中噪聲的干擾也是疊加在傳輸信號上，數(shù)字信號與信號的絕對值關系不大，只要注意相對值即可。所以通過取樣判決、再生，只要再生后產生的碼元組合不變，就可恢復原來的數(shù)字信號，如圖2.5(b)。噪聲就被中繼器“隔離”，從而消除了噪聲積累，因此，在傳輸中即使中繼站再多，仍能具有良好的通信質量，從而實現(xiàn)遠距離的高質量通信。 （2）差錯可

6、控。 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，采用檢糾錯技術對傳輸中出現(xiàn)的差錯(誤碼)可以設法控制，提高了傳輸質量。（3）數(shù)字信息易于加密且保密性強。 通過各種復雜的加密算法對數(shù)字信號加密，而只需簡單的邏輯電路能實現(xiàn)加密和解密，從而極大的提高通信系統(tǒng)保密性。（4）能夠適應各種通信業(yè)務。 隨著計算機技術、交換技術、數(shù)字處理技術的發(fā)展，許多設備和終端接口都能適用于數(shù)字信號傳輸，如電報、話音、圖像、數(shù)據(jù)等多種信息能夠傳輸。在技術允許的范圍內還可以對數(shù)字信號進行加工、處理、儲存，增加了通信系統(tǒng)的靈活性和通用性。 此外，數(shù)字通信系統(tǒng)還有智能化、設備易于集成化、微型化等。 總之，數(shù)字通信的優(yōu)點很多，但事物總是一分為二的。數(shù)字通

7、信也有其缺點：(1) 占用頻帶寬。 一路模擬電話信號的帶寬為4kHz，而一路數(shù)字電話信號（PCM終端機）要占64kHz的帶寬。也就是一路PCM信號占用了幾個模擬電話信號，如果系統(tǒng)傳輸帶寬一定，模擬電話的頻帶利用率要高出數(shù)字電話的515倍。在系統(tǒng)頻帶緊張的場合，數(shù)字信號占用較寬的帶寬的缺點十分突出，但數(shù)字通信的許多長處是以增加信號帶寬為代價的。 (2) 需要嚴格的同步系統(tǒng)。 數(shù)字通信中，要準確地恢復信號，正確把每一個碼元區(qū)分，必須要求收端和發(fā)端保持嚴格同步。雖然數(shù)字通信系統(tǒng)有缺點，但隨著頻帶壓縮技術和集成技術的迅速發(fā)展，其缺點已經不太重要了。 1.數(shù)據(jù) 隨著社會的進步，傳統(tǒng)電話、電報通信方式已不

8、能滿足人們的需要，以數(shù)據(jù)為信息載體的通信手段已成為人們通信的另外重要組成部分。用數(shù)據(jù)表示的內容十分廣泛，如電子郵件、電子表格、各種文本文件、數(shù)據(jù)庫、圖形和二進制可執(zhí)行程序等，目前對“數(shù)據(jù)”沒有嚴格的定義，一般這樣認為：數(shù)據(jù)是預先約定的具有某種含義的數(shù)字、字母或符合的組合。1.4 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 2.數(shù)據(jù)通信 數(shù)據(jù)通信是依照一定的協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術在兩個終端之間傳遞數(shù)據(jù)信息的一種通信方式和通信業(yè)務。它可實現(xiàn)計算機和計算機、計算機和終端以及終端與終端之間的數(shù)據(jù)信息傳遞。它是繼電報、電話業(yè)務之后的第三種最大的通信業(yè)務。數(shù)據(jù)通信的特點：（1）實現(xiàn)計算機之間或計算機與人之間的通信，需定義嚴格的通信協(xié)議

9、或標準。（2）數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性和可靠性高(誤碼率要求小于10-8)。（3）通信速度很快，可以傳輸和處理大量的數(shù)據(jù)。（4）通信持續(xù)時間差異大。（5）具有靈活的接口功能，能滿足不同的計算機和終端的相互通信。 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)電路將分布在遠端的數(shù)據(jù)終端設備與計算機系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲和處理的系統(tǒng)。典型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結構如圖1.6所示。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通信系統(tǒng)中一個重要的組成部分，它是計算機技術中經常用到的一種通信系統(tǒng)。3.數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)終端設備(DTE)數(shù)據(jù)電路終接設備(DCE)信道數(shù)據(jù)電路終接設備(DCE)數(shù)據(jù)終端設備(DTE)圖2.6數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構成模型噪聲接口接口

10、信源信宿（1）數(shù)據(jù)終端設備（DTE）由數(shù)據(jù)輸入設備、數(shù)據(jù)輸出設備和通信傳輸控制器組成。 數(shù)據(jù)輸入/輸出設備是操作人員與終端之間的界面，它把人可以識別的數(shù)據(jù)變換成計算機可以處理的信息或者相反的過程。常見的輸入設備有鍵盤、鼠標、掃描儀等，輸出設備有顯示器、打印機、繪圖儀等。 通信傳輸控制部分主要執(zhí)行與通信網(wǎng)絡之間的通信過程控制，包括差錯控制和通信協(xié)議實現(xiàn)等。（2）數(shù)據(jù)電路 數(shù)據(jù)電路由傳輸信道及兩端的數(shù)據(jù)電路終端設備組成。位于數(shù)據(jù)終端設備（DTE）與中央計算機之間，為數(shù)據(jù)通信提供傳輸信道。 數(shù)據(jù)電路終接設備（DCE）的主要作用是信號變換。如果信道是數(shù)字信道，DCE實際是數(shù)字接口適配器，可以實現(xiàn)碼型和

11、電平變換、定時、信號再生、信道均衡等功能。如果是模擬信道DCE是調制解調器（MODEM）。 圖2.7為數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的示意圖，通過電話通信線來傳輸數(shù)據(jù)信號，在發(fā)送端通過調制解調器將數(shù)據(jù)信號轉換為模擬信號，而在接收端調制解調器將模擬信號轉換為數(shù)據(jù)信號。計算機A Modem 傳輸信道 Modem 計算機B圖2.7 實際數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)示意圖 DTE DCE 電話通信線 DCE DTE 由計算機或數(shù)據(jù)終端設備發(fā)出的數(shù)據(jù)信息一般是字母、數(shù)字或符號的組合，為了傳輸這些字母、數(shù)字或符合用二進制“0”和“1”組成的代碼表示。常用的傳輸代碼有ASCII碼、國際電報2號碼、EBCDIC碼和信息交換用漢字代碼。4.傳輸

12、代碼（1）ASCII碼 ASCII碼是美國標準信息交換碼。它是一種7單位代碼，以7位二進制碼來表示一個字母、數(shù)字或符號，是數(shù)據(jù)通信中使用最普遍的一種代碼。（2）國際電報2號碼 國際電報2號碼是一種5位代碼，廣泛應用于電報通信中。是電傳電報中的標準用碼，低速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中常使用這種碼。5位碼加上轉移控制碼(“數(shù)字/字母”可改變代碼意義)，共有64種表示，實際中應用了58個。國際電報2號碼編碼。（3）EBCDIC碼擴展的二-十進制交換碼EBCDIC，它是IBM公司開發(fā)的8比特代碼，可以表示256個不同字符。主要用于IBM大型機和外圍設備。EBCDIC碼目前只定義了143種，剩余113個，這對需要自

13、定義的字符非常有利。EBCDIC編碼表。（4）信息交換用漢字代碼漢字代碼是漢字信息交換用的標準代碼，適用于一般的漢字處理、漢字通信等系統(tǒng)之間的信息交換。 通信方式指通信雙方或各方之間的工作形式和信號傳輸方式。根據(jù)不同角度考慮，通信方式有多種分類方法。 1.按通信終端的數(shù)量分類可分為點到點傳輸、點到多點傳輸和多點到多點傳輸。如圖2.8所示。 （1）點到點傳輸指兩個終端之間的傳輸，如圖2.8(a)。比如遙控玩具、航模等。 （2）點到多點傳輸指一個終端與多個終端之間的傳輸方式，如圖2.8(b)所示。如廣播電臺與收音機、電視臺與電視機的通信等。 （3）多點到多點傳輸指多個終端與多個終端之間的傳輸，如圖

14、2.8(c)所示。如視頻會議等。1.5 通信方式A B (a)點到點傳輸AABC(b)點到多點傳輸ABCDEF(c)多點到多點傳輸圖2.8通信終端數(shù)量分類 2.按信號傳送的方向與時間關系可分為單工傳輸、半雙工傳輸和全雙工傳輸。（1）單工傳輸 單工傳輸指信息只能一個方向傳遞的工作方式，如圖2.9（a）所示。如廣播、遙控、遙測、計算機到顯示器、鍵盤到計算機等。（2）半雙工傳輸 半雙工傳輸指通信雙方都能收發(fā)信息，但不能同時進行收發(fā)的工作方式，如圖2.9（b）所示。如對講機、收發(fā)報機、檢索、詢問等。（3）全雙工傳輸 全雙工傳輸指通信雙方能同時進行收發(fā)信息的通信方式，如圖2.9（c）所示。如電話等。甲方

15、發(fā)端甲方收端信道甲方發(fā)端乙方收端信道乙方發(fā)端甲方收端甲方發(fā)端乙方收端甲方收端乙方發(fā)端信道（a）（b）（c）圖2.9 單工、半雙工和全雙工傳輸示意圖發(fā) 送 端接 收 端0 1 0 0 0 1 1 0 發(fā) 送 端接 收 端0 1 0 00 1 1 0（a） (b)圖2.10 串行傳輸和并行傳輸示意圖（1）串行傳輸 串行傳輸指數(shù)字信號碼元序列排成一行，按時間順序一個接一個的在一條信道內傳輸，如圖2.10(a)所示。串行傳輸簡單、易實現(xiàn)、成本低且在遠距離傳輸中比較可靠，缺點傳輸速度慢，需同步信號。比如公用電話系統(tǒng)采用串行傳輸有很大的現(xiàn)實意義。（2）并行傳輸 并行傳輸指數(shù)字信號碼元以組成碼元組的形式在兩條或兩