1.3 通信系统的分类和数字通信系统

前面已经说过，随着通信技术的发展，通信的内容和形式不断丰富。因此通信的种类层出不穷，很难列举齐全。按照不同的分类法，通信就有不同的种类，常见的分类法有：

按收发两地有没有一条具体的线路相连接来区分，通信分为有线通信和无线通信。常见的以架空明线、电缆、波导管和光缆等作为线路连接的均属有线通信，而中、长、短波通信，微波接力通信，卫星通信和散射通信等均属无线通信。

按消息的形式分，如传送的消息是语音的则称为电话；传送的消息是文字和符号的则为电报；传送固定图像的为传真；传送活动图像的则为电视。

按信号性质分，传送模拟信号的通信为模拟通信；传送数字信号的通信为数字通信。

前两种分类法是大家都很熟悉的，为搞清第3种分类法，我们有必要对模拟信号与数字信号加以介绍。

凡信号的某一参量可以取无限多个值，并且直接与消息对应的信号称为模拟信号。语音激励话筒而产生的信号波形如图1.3所示。语音信号不但在时间上连续，而且它的幅度有无穷多个取值，并且其值的大小与语声强弱一一对应，显然它是模拟信号。

凡信号的某一参量只能取有限个值，并且常常不直接或者不准确地与消息对应的信号称为数字信号。莫尔斯电报信号如图1.4所示，该信号的幅度只能取0V和AV两个值，它是靠取值变化的排列表示消息的，因此它只能间接地与消息发生联系，它是数字信号。

图1.5（a）所示是电视摄像机输出的亮度信号，它在时间上虽然与莫尔斯电报信号相似，是离散的，但亮度信号的幅度可以取无穷多种数值，其值大小与被摄物体亮度一一对应，因此它是模拟信号。图1.5（b）所示是二相调相信号，从时间上看它虽然是连续变化的信号，但因为这种信号的相位只有两个取值（例如，不是0相，就是π相），因此它是数字信号。由此可见，模拟信号与数字信号区别的关键是表示信息的信号参量的取值数量。取值为无限，必然能与消息一一对应，则为模拟信号；取值有限，只能间接地或不准确地与消息对应，则为数字信号。

以上说明了模拟信号及数字信号，我们把模拟信号作为载体传送消息的通信系统称为模拟通信系统；把数字信号作为载体传送消息的通信系统称为数字通信系统。

数字通信系统方框原理如图1.6所示，把它与图1.2比较，可以发现两者基本形式一致，图1.6将图1.2中发送设备和接收设备两个方框更具体化。发送设备包含信源编码、信道编码和数字调制；接收设备包含数字解调、信道译码和信源译码。前者的任务是把信源输出的消息变换成便于在信道上传送的信号；后者完成相反的过程，即把信道输出的信号变换成接收者需要的消息。这里采用了两个串接的编码方框和译码方框，其目的是把依赖于信源特性和接收者要求的编译码与依赖于信道特性的编译码区别开来，因为这两种编译码的目的、作用、实现方法及考虑问题的出发点是完全不同的。经过编码得到的数字序列，通常称为基带信号。它可以直接在市话电缆等有线信道中传输，我们称这类系统为数字基带系统。但是对于大多数的无线及微波信道、卫星信道、光缆及高频电缆等信道，它们共同的特点是具有带通信道特性，为了使基带信号与带通型信道匹配，则数字调制与解调是必需的，这样的系统也称为数字调制系统。考虑到信道编码和译码的目的是为了纠正数字信号传输中的错误，我们把信道编译码、调制与解调以及信道这些部件合起来称为数字传输系统，如图1.6所示。由于数字通信系统种类很多，图1.6中的方框也不是一成不变的。如前所述，若是数字基带系统，则数字调制与解调两个方框是没有的；若是保密通信系统，则发信端信源编码器后要插入加密器，相应接收端在信道译码后要插入解密器；又如信源若是计算机输出的数据，信宿也是计算机，则信源编译码也可以不要，因为它的功能由计算机完成了。可见图1.6中的方框可视具体情况而增减。另外，对数字通信系统，信息的传输与接收是一个接一个按节拍发送与接收的，收发步调必须一致，这是由同步系统来保证的。由于同步的种类与实现方法各不相同，它可能与上述方框中的一个方框或若干个方框有关，无法在方框图中具体表示，因此图1.6中没有画出同步系统，但同步往往是数字通信系统中不可缺少的重要部件。

应当指出，并非模拟信号一定要在模拟通信系统中才能传输，如有必要，模拟信号也可在数字通信系统中传输，不过此时应先把模拟信号变换成数字信号，即模/数变换，经数字通信系统传输后，在接收端再进行相反的变换，即数/模变换，以还原为原模拟信号。数字电话系统就是以数字方式传输语音模拟信号的例子。同样数字信号也并非一定要在数字通信系统中才能传输，只要对模拟通信系统或数字通信设备加以适当的改造，数字信号也可在大量现有的模拟通信系统中传输。目前各种Modem就是因为数字信号能在模拟通信系统中传输而得到广泛应用的。由此可见，模拟通信与数字通信的区别，关键是由信道上传送信息的信号性质决定的，若信道上传送的是模拟信号，则为模拟通信；若信道上传送的是数字信号，则为数字通信。

尽管低级的电报通信可视为数字通信，它出现的时间最早，但自从电话发明以后，模拟通信获得了极大的发展，长期以来模拟通信占据了通信的统治地位。但是在20世纪60年代以后，数字通信日益兴旺起来，随着电子计算机和各种数据处理机的广泛应用及电子计算机网络的逐步形成，数据传输量急剧增加，对数字通信提出了更高更迫切的要求。与模拟通信相比，数字通信有如下优点：

① 数字传输的抗噪声（或抗干扰）能力强，尤其在中继时，数字信号还可以再生，从而消除噪声的积累。

② 传输中的差错可以设法控制，不但可以发现，而且还能纠正，因而大大提高了传输质量。

③ 便于同计算机连接，采用现代计算机技术对数字信息进行处理，以便实现通信现代化、自动化。

④ 数字信息易于加密且保密性强。

⑤ 由于数字集成电路，特别是大、中规模集成电路技术日益成熟，数字通信设备越来越易于制造，成本低，体积小，可靠性高。

⑥与模拟通信相比数字通信可以传输种类更多的消息，使通信系统变得通用、灵活。

但是数字通信也有它的不足之处，这就是目前它比模拟通信占据更宽的频带。比如1路模拟电话通常只占据4kHz带宽，但一路数字电话可能要占据几十千赫带宽，可以认为数字通信的许多优点是以信号频带为代价而换取的。本书的重点放在数字通信，但考虑到目前还

大量存在模拟通信系统，因此对模拟通信的内容也会适当兼顾。