通信系統

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通信系統（Communication Systems）

　　通信系統是用以完成信息傳輸過程的技術系統的總稱。系統通常是由具有特定功能、相互作用和相互依賴的若幹單元組成的、完成統一目標的有機整體。最簡便的通信系統供兩點的用戶彼此發送和接收信息。在一般通信系統內，用戶可通過交換設備與系統內的其他用戶進行通信。

　　一般由信源（髮端設備）、信宿（收端設備）和通道（傳輸媒介）等組成，被稱為通信的三要素。

　　來自信源的消息（語言、文字、圖像或數據）在發信端先由末端設備（如電話機、電傳打字機、傳真機或數據末端設備等）變換成電信號，然後經髮端設備編碼、調製、放大或發射後，把基帶信號變換成適合在傳輸媒介中傳輸的形式；經傳輸媒介傳輸，在收信端經收端設備進行反變換恢覆成消息提供給收信者。這種點對點的通信大都是雙向傳輸的。因此，在通信對象所在的兩端均備有髮端和收端設備。

　　(1)通信系統按所用傳輸媒介的不同可分為兩類：

　　①利用金屬導體為傳輸媒介，如常用的通信線纜等，這種以線纜為傳輸媒介的通信系統稱為有線電通信系統；

　　②利用無線電波在大氣、空間、水或岩、土等傳輸媒介中傳播而進行通信，這種通信系統稱為無線電通信系統。光通信系統也有“有線”和“無線”之分，它們所用的傳輸媒介分別為光學纖維和大氣、空間或水。

　　(2)通信系統按通信業務（即所傳輸的信息種類）的不同可分為電話、電報、傳真、數據通信系統等。信號在時間上是連續變化的，稱為模擬信號(如電話)；在時間上離散、其幅度取值也是離散的信號稱為數字信號（如電報）。模擬信號通過模擬－數字變換（包括採樣、量化和編碼過程）也可變成數字信號。通信系統中傳輸的基帶信號為模擬信號時,這種系統稱為模擬通信系統;傳輸的基帶信號為數字信號的通信系統稱為數字通信系統。

　　(3)通信系統都是在有雜訊的環境下工作的（圖中集中以雜訊源表示）。設計模擬通信系統時採用最小均方誤差準則，即收信端輸出的信號雜訊比最大。設計數字通信系統時，採用最小錯誤概率準則，即根據所選用的傳輸媒介和雜訊的統計特性，選用最佳調製體制，設計最佳信號和最佳接收機。

　　多路系統

　　為了充分利用通信通道、擴大通信容量和降低通信費用，很多通信系統採用多路復用方式，即在同一傳輸途徑上同時傳輸多個信息。多路復用分為頻率分割、時間分割和碼分割多路復用。在模擬通信系統中，將劃分的可用頻段分配給各個信息而共用一個共同傳輸媒質,稱為頻分多路復用。在數字通信系統中,分配給每個信息一個時隙(短暫的時間段)，各路依次輪流占用時隙，稱為時分多路復用。碼分多路復用則是在發信端使各路輸入信號分別與正交碼波形發生器產生的某個碼列波形相乘，然後相加而得到多路信號。完成多路復用功能的設備稱為多路復用終端設備，簡稱終端設備。多路通信系統由末端設備、終端設備、發送設備、接收設備和傳輸媒介等組成。

　　有線系統

　　用於長距離電話通信的載波通信系統，是按頻率分割進行多路復用的通信系統。它由載波電話終端設備、增音機、傳輸線路和附屬設備等組成。其中載波電話終端設備是把話頻信號或其他群信號搬移到線路頻譜或將對方傳輸來的線路頻譜加以反變換、並能適應線路傳輸要求的設備；增音機能補償線路傳輸衰耗及其變化，沿線路每隔一定距離裝設一部。

　　微波系統

　　長距離大容量的無線電通信系統,因傳輸信號占用頻帶寬,一般工作於微波或超短波波段。在這些波段，一般僅在視距範圍內具有穩定的傳輸特性，因而在進行長距離通信時須採用接力(也稱中繼)通信方式，即在信號由一個終端站傳輸到另一個終端站所經的路由上，設立若幹個鄰接的、轉送信號的微波接力站(又稱中繼站)，各站間的空間距離約為20～50公裡。接力站又可分為中間站和分轉站。微波接力通信系統的終端站所傳信號在基帶上可與模擬頻分多路終端設備或與數字時分多路終端設備相連接。前者稱為模擬接力通信系統；後者稱為數字接力通信系統。由於具有便於加密和傳輸質量好等優點，數字微波接力通信系統日益得到人們的重視。除上述視距接力通信系統外，利用對流層散射傳播的超視距散射通信系統，也可通過接力方式作為長距離中容量的通信系統。

　　衛星系統

　　在微波通信系統中，若以位於對地靜止軌道上的通信衛星為中繼轉發器，轉發各地球站的信號，則構成一個衛星通信系統。衛星通信系統的特點是覆蓋面積很大，在衛星天線波束覆蓋的大面積範圍內可根據需要靈活地組織通信聯絡，有的還具有一定的變換功能,故已成為國際通信的主要手段,也是許多國家國內通信的重要手段。衛星通信系統主要由通信衛星、地球站、測控系統和相應的終端設備組成。衛星通信系統既可作為一種獨立的通信手段（特別適用於對海上、空中的移動通信業務和專用通信網），又可與陸地的通信系統結合、相互補充，構成更完善的傳輸系統。

　　用上述載波、微波接力、衛星等通信系統作傳輸分系統，與交換分系統相結合，可構成傳送各種通信業務的通信系統。

　　電話系統

　　電話通信的特點是通話雙方要求實時對話，因而要在一個相對短暫的時間內在雙方之間臨時接通一條通路，故電話通信系統應具有傳輸和交換兩種功能。這種系統通常由用戶線路、交換中心、局間中繼線和幹線等組成。電話通信網的交換設備採用電路交換方式，由接續網路（又稱交換網路）和控制部分組成。話路接續網路可根據需要臨時向用戶接通通話用的通路，控制部分是用來完成用戶通話建立全過程中的信號處理並控制接續網路。在設計電話通信系統時，主要以接收話音的響度來評定通話質量，在規定發送、接收和全程參考當量後即可進行傳輸衰耗的分配。另一方面根據話務量和規定的服務等級（即用戶未被接通的概率──呼損率）來確定所需機、線設備的能力。

　　由於移動通信業務的需要日益增長，移動通信得到了迅速的發展。移動通信系統由車載無線電臺、無線電中心（又稱基地台）和無線交換中心等組成。車載電臺通過固定配置的無線電中心進入無線電交換中心，可完成各移動用戶間的通信聯絡；還可由無線電交換中心與固定電話通信系統中的交換中心(一般為市內電話局)連接，實現移動用戶與固定用戶間的通話。

　　電報系統

　　為使電報用戶之間互通電報而建立的通信系統。它主要利用電話通路傳輸電報信號。公眾電報通信系統中的電報交換設備採用存儲轉發交換方式（又稱電文交換），即將收到的報文先存入緩衝存儲器中，然後轉發到去向路由，這樣可以提高電路和交換設備的利用率。在設計電報通信系統時，服務質量是以通過系統傳輸一份報文所用的平均時延來衡量的。對於用戶電報通信業務則仍採用電路交換方式，即將雙方間的電路接通，而後由用戶雙方直接通報。

　　數據系統

　　數據通信是伴隨著信息處理技術的迅速發展而發展起來的。數據通信系統由分佈在各點的數據終端和數據傳輸設備、數據交換設備和通信線路互相連接而成。利用通信線路把分佈在不同地點的多個獨立的電腦系統連接在一起的網路,稱為電腦網路,這樣可使廣大用戶共用資源。在數據通信系統中多採用分組交換（或稱包交換）方式，這是一種特殊的電文交換方式，在發信端把數據分割成若幹長度較短的分組（或稱包）然後進行傳輸，在收信端再加以合併。它的主要優點是可以減少時延和充分利用傳輸通道

　　如何來衡量一個通信系統的好壞呢？我們主要是通過有效性和可靠性來衡量的。也就是說一個通信系統越高效可靠，顯然就越好。但實際上有效性和可靠性是一對矛盾的指標，兩者需要一定的折中。有效性指的是信息傳輸的速率，信息傳輸的速率越快，有效性越好。但信息傳輸快了，出錯的概率也就越高，信息的傳輸質量就不能保證，也就是可靠性降低了。就好比汽車在公路上超速行駛，快是快了，但有很大的安全隱患。所以不能撇開可靠性來單純追求高速度，否則，真的會欲速則不達了。

　　對於模擬通信系統來說，有效性是用系統的帶寬來衡量的，可靠性則是用信噪比來衡量的。如果一路電話占用的帶寬是一定的話，那麼系統的總帶寬越大，就意味著能容納更多路電話。而當系統的帶寬一定時，要想增加系統的容量，則可以通過降低單路電話占用的帶寬來實現，因此單路信號所需的帶寬越窄，說明有效性越好。但降低單路信號的占用帶寬後，由於兩路信號之間的頻帶隔離變窄，勢必會增加相互間的干擾，即增加雜訊，使信號功率與雜訊功率的比值降低，從而降低了系統的可靠性。

　　對於數字通信系統來說，有效性是通過信息傳輸速率來表示的，可靠性則是通過誤碼率或誤信率來體現的。誤碼率是指接收端收到的錯誤碼元數與總的傳輸碼元數的比值，即表示在傳輸中出現錯誤碼元的概率。誤信率是指接收到的錯誤比特數與總的傳輸比特數的比值，即傳輸中出現錯誤信息量的概率。

　　數字信號在通道中傳輸時，為了保證傳輸的可靠性，往往要添加糾錯編碼，糾錯編碼是要占用傳輸速率的。當一個通道每秒能傳輸的總碼元數或比特數一定時，如果不要糾錯編碼，顯然每秒傳輸的信息量比特會多些，效率提高了，但沒有了糾錯碼，可靠性則無法保證。這些為了提高可靠性而增加的編碼，也被稱為傳輸開銷，原因是傳輸這些碼元或比特的目的是為了撿錯糾錯，而它們是不攜帶信息的。

　　在通信系統中，頻率是個任何信號都與生具有的特征。即使是數字信號，也不例外，傳輸它們是要占用一定的頻率資源的。帶寬和數字信號的傳輸速率是成正比的關係。理想情況下，傳輸速率除以2就是以這個速率傳輸的數字信號所占用的頻帶寬度。所以越高速率所占的頻帶也會越寬，所以高速通信往往也以叫“寬頻通信”。