通信系統(tǒng)與通信方式

1、數(shù)字與數(shù)據(jù)通信技術(shù)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(guò)程的全部設(shè)備和傳輸介質(zhì)稱為通信系統(tǒng)。 實(shí)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(jié)構(gòu)，但都有相同的基本結(jié)構(gòu)。圖2.1（a）為有線長(zhǎng)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(shè)備、信道和噪聲、接收設(shè)備、信宿四大部分組成。接收設(shè)備信源發(fā)送設(shè)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(jī) 雙絞線 載波機(jī) 電話B (a)有線電話通

2、信系統(tǒng)示意圖 話筒 發(fā)射設(shè)備 接收設(shè)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(chǎn)生（形成）消息，并完成非電信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。信源可能是人也可能是機(jī)器，信源輸出的是待傳輸?shù)男盘?hào)，它可以是模擬信號(hào)也可以是數(shù)字信號(hào)。例如電話的送話器產(chǎn)生的語(yǔ)音信號(hào)、電視攝像機(jī)的圖像信號(hào)、各種傳感器的檢測(cè)信號(hào)等輸出的是模擬信號(hào)。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)輸出的信號(hào)為數(shù)字信號(hào)。1.信源 發(fā)送設(shè)備的作用是使傳輸?shù)男盘?hào)與信道相匹配，因此它將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合信道傳輸?shù)碾娦盘?hào)或光信號(hào)。如編碼器、調(diào)制器、復(fù)用器等。2發(fā)送設(shè)備 信道是信號(hào)傳遞所通過(guò)的通道即傳輸媒質(zhì)，有無(wú)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(hào)在傳輸過(guò)程中不可避免混入的各種干擾信號(hào)，它散布在整個(gè)通信系統(tǒng)各點(diǎn)，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(hào)的人或機(jī)器，它的作用是將基帶信號(hào)恢復(fù)為原始信號(hào)。如聽(tīng)筒、屏幕等。4.接收設(shè)備 接收設(shè)備的作用將接收到的帶有干擾的信號(hào)進(jìn)行處理以恢復(fù)出基帶信號(hào)。如譯碼器、解調(diào)器等。5.信宿1.2 模擬通信系統(tǒng) 解調(diào)器信源調(diào)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(hào)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(hào)在模擬通信系統(tǒng)中傳遞時(shí)噪聲是疊加在信號(hào)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(hào)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(zhǎng)距離傳輸，不易保密、也不便于與計(jì)算機(jī)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(diào)制器信道信宿噪聲信源編碼信道編碼解調(diào)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(hào)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(hào)，而信道傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，因此，可以說(shuō)數(shù)字通信系統(tǒng)是以數(shù)字信號(hào)的形式傳輸模擬信號(hào)的通信系統(tǒng)。（1）抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)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(diǎn)： 在模擬通信，中繼器將有干擾信號(hào)放大后送往下一級(jí)，下一級(jí)接著放大再往下送，這樣一級(jí)一級(jí)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(hào)的取值個(gè)數(shù)有限的離散值(大多數(shù)情況只有0和1兩個(gè)值)，在傳輸過(guò)程中噪聲的干擾也是疊加在傳輸信號(hào)上，數(shù)字信號(hào)與信號(hào)的絕對(duì)值關(guān)系不大，只要注意相對(duì)值即可。所以通過(guò)取樣判決、再生，只要再生后產(chǎn)生的碼元組合不變，就可恢復(fù)原來(lái)的數(shù)字信號(hào)，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(zhì)量，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的高質(zhì)量通信。 （2）差錯(cuò)可

6、控。 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，采用檢糾錯(cuò)技術(shù)對(duì)傳輸中出現(xiàn)的差錯(cuò)(誤碼)可以設(shè)法控制，提高了傳輸質(zhì)量。（3）數(shù)字信息易于加密且保密性強(qiáng)。 通過(guò)各種復(fù)雜的加密算法對(duì)數(shù)字信號(hào)加密，而只需簡(jiǎn)單的邏輯電路能實(shí)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(yīng)各種通信業(yè)務(wù)。 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、交換技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)的發(fā)展，許多設(shè)備和終端接口都能適用于數(shù)字信號(hào)傳輸，如電報(bào)、話音、圖像、數(shù)據(jù)等多種信息能夠傳輸。在技術(shù)允許的范圍內(nèi)還可以對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行加工、處理、儲(chǔ)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(shè)備易于集成化、微型化等。 總之，數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)很多，但事物總是一分為二的。數(shù)字通

7、信也有其缺點(diǎn)：(1) 占用頻帶寬。 一路模擬電話信號(hào)的帶寬為4kHz，而一路數(shù)字電話信號(hào)（PCM終端機(jī)）要占64kHz的帶寬。也就是一路PCM信號(hào)占用了幾個(gè)模擬電話信號(hào)，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(chǎng)合，數(shù)字信號(hào)占用較寬的帶寬的缺點(diǎn)十分突出，但數(shù)字通信的許多長(zhǎng)處是以增加信號(hào)帶寬為代價(jià)的。 (2) 需要嚴(yán)格的同步系統(tǒng)。 數(shù)字通信中，要準(zhǔn)確地恢復(fù)信號(hào)，正確把每一個(gè)碼元區(qū)分，必須要求收端和發(fā)端保持嚴(yán)格同步。雖然數(shù)字通信系統(tǒng)有缺點(diǎn)，但隨著頻帶壓縮技術(shù)和集成技術(shù)的迅速發(fā)展，其缺點(diǎn)已經(jīng)不太重要了。 1.數(shù)據(jù) 隨著社會(huì)的進(jìn)步，傳統(tǒng)電話、電報(bào)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(nèi)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(kù)、圖形和二進(jìn)制可執(zhí)行程序等，目前對(duì)“數(shù)據(jù)”沒(méi)有嚴(yán)格的定義，一般這樣認(rèn)為：數(shù)據(jù)是預(yù)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(shù)在兩個(gè)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(wù)。它可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)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(bào)、電話業(yè)務(wù)之后的第三種最大的通信業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn)：（1）實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與人之間的通信，需定義嚴(yán)格的通信協(xié)議

9、或標(biāo)準(zhǔn)。（2）數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性高(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(shí)間差異大。（5）具有靈活的接口功能，能滿足不同的計(jì)算機(jī)和終端的相互通信。 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過(guò)數(shù)據(jù)電路將分布在遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲(chǔ)和處理的系統(tǒng)。典型的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1.6所示。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通信系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)中經(jīng)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(shè)備(DTE)數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備(DCE)信道數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備(DCE)數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE)圖2.6數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成模型噪聲接口接口

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

11、電平變換、定時(shí)、信號(hào)再生、信道均衡等功能。如果是模擬信道DCE是調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。 圖2.7為數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的示意圖，通過(guò)電話通信線來(lái)傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)，在發(fā)送端通過(guò)調(diào)制解調(diào)器將數(shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，而在接收端調(diào)制解調(diào)器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信號(hào)。計(jì)算機(jī)A Modem 傳輸信道 Modem 計(jì)算機(jī)B圖2.7 實(shí)際數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)示意圖 DTE DCE 電話通信線 DCE DTE 由計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)終端設(shè)備發(fā)出的數(shù)據(jù)信息一般是字母、數(shù)字或符號(hào)的組合，為了傳輸這些字母、數(shù)字或符合用二進(jìn)制“0”和“1”組成的代碼表示。常用的傳輸代碼有ASCII碼、國(guó)際電報(bào)2號(hào)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(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼。它是一種7單位代碼，以7位二進(jìn)制碼來(lái)表示一個(gè)字母、數(shù)字或符號(hào)，是數(shù)據(jù)通信中使用最普遍的一種代碼。（2）國(guó)際電報(bào)2號(hào)碼 國(guó)際電報(bào)2號(hào)碼是一種5位代碼，廣泛應(yīng)用于電報(bào)通信中。是電傳電報(bào)中的標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)移控制碼(“數(shù)字/字母”可改變代碼意義)，共有64種表示，實(shí)際中應(yīng)用了58個(gè)。國(guó)際電報(bào)2號(hào)碼編碼。（3）EBCDIC碼擴(kuò)展的二-十進(jìn)制交換碼EBCDIC，它是IBM公司開(kāi)發(fā)的8比特代碼，可以表示256個(gè)不同字符。主要用于IBM大型機(jī)和外圍設(shè)備。EBCDIC碼目前只定義了143種，剩余113個(gè)，這對(duì)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(biāo)準(zhǔn)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(hào)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(diǎn)到點(diǎn)傳輸、點(diǎn)到多點(diǎn)傳輸和多點(diǎn)到多點(diǎn)傳輸。如圖2.8所示。 （1）點(diǎn)到點(diǎn)傳輸指兩個(gè)終端之間的傳輸，如圖2.8(a)。比如遙控玩具、航模等。 （2）點(diǎn)到多點(diǎn)傳輸指一個(gè)終端與多個(gè)終端之間的傳輸方式，如圖2.8(b)所示。如廣播電臺(tái)與收音機(jī)、電視臺(tái)與電視機(jī)的通信等。 （3）多點(diǎn)到多點(diǎn)傳輸指多個(gè)終端與多個(gè)終端之間的傳輸，如圖

14、2.8(c)所示。如視頻會(huì)議等。1.5 通信方式A B (a)點(diǎn)到點(diǎn)傳輸AABC(b)點(diǎn)到多點(diǎn)傳輸ABCDEF(c)多點(diǎn)到多點(diǎn)傳輸圖2.8通信終端數(shù)量分類 2.按信號(hào)傳送的方向與時(shí)間關(guān)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(gè)方向傳遞的工作方式，如圖2.9（a）所示。如廣播、遙控、遙測(cè)、計(jì)算機(jī)到顯示器、鍵盤到計(jì)算機(jī)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(shí)進(jìn)行收發(fā)的工作方式，如圖2.9（b）所示。如對(duì)講機(jī)、收發(fā)報(bào)機(jī)、檢索、詢問(wèn)等。（3）全雙工傳輸 全雙工傳輸指通信雙方能同時(shí)進(jìn)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(hào)碼元序列排成一行，按時(shí)間順序一個(gè)接一個(gè)的在一條信道內(nèi)傳輸，如圖2.10(a)所示。串行傳輸簡(jiǎn)單、易實(shí)現(xiàn)、成本低且在遠(yuǎn)距離傳輸中比較可靠，缺點(diǎn)傳輸速度慢，需同步信號(hào)。比如公用電話系統(tǒng)采用串行傳輸有很大的現(xiàn)實(shí)意義。（2）并行傳輸 并行傳輸指數(shù)字信號(hào)碼元以組成碼元組的形式在兩條或兩