现现 代代 通通 信信 技技 术术 主主 讲讲 教教 师：张炎生师：张炎生 使用教材：使用教材：现代通信技术现代通信技术朱月秀朱月秀 主主 编编周周 珏珏 副主编副主编电子工业出版社电子工业出版社ISBN：7-121-03565-0定价：定价：22元元 从远古时代到现在高度文明发达的信息从远古时代到现在高度文明发达的信息社会，人类的各种活动都与通信密切相关。社会，人类的各种活动都与通信密切相关。 通信是现代信息社会中包括能源、交通、通信是现代信息社会中包括能源、交通、通信等在内的三大基础结构之一，是现代信通信等在内的三大基础结构之一，是现代信息社会运行机体神经系统。息社会运行机体神经系统。 通信已渗入到社会生产和生活的各个领通信已渗入到社会生产和生活的各个领域，通信产品随处可见。通信已经成为现代域，通信产品随处可见。通信已经成为现代文明标志之一，对人们日常生活和社会活动文明标志之一，对人们日常生活和社会活动的影响越来越大。的影响越来越大。1.1 通信的基本概念1.6 复用技术第1章 通信基础知识1.1通信的基本概念人们在相隔较远的地方，如何进行信息交换呢？人们在相隔较远的地方，如何进行信息交换呢？人类是通过嘴巴、耳朵、眼睛等与对方进行信息交人类是通过嘴巴、耳朵、眼睛等与对方进行信息交换的换的 。通信的基本任务：通信的基本任务：是解决两地之间消息的传递和交是解决两地之间消息的传递和交换。例如，将地点换。例如，将地点A的信息传输到地点的信息传输到地点B，或者将地或者将地点点A和地点和地点B的信息双向传输。的信息双向传输。A AB B实现通信的方式实现通信的方式: : 古代人们曾利用信物、烽火、金鼓、旗语等古代人们曾利用信物、烽火、金鼓、旗语等作为通信工具传递信息作为通信工具传递信息 。 现代人们利用电话、传真、电视、国际互联现代人们利用电话、传真、电视、国际互联网等进行信息传递和交换。网等进行信息传递和交换。现代的通信是电通信方式：现代的通信是电通信方式： 利用电信号携带所要传递的信息，然后经过各利用电信号携带所要传递的信息，然后经过各种信道进行传输，达到通信的目的。由于电通信几种信道进行传输，达到通信的目的。由于电通信几乎能在任意的通信距离上实现迅速而又准确的传递，乎能在任意的通信距离上实现迅速而又准确的传递，因而获得了飞速的发展和广泛的应用。因而获得了飞速的发展和广泛的应用。1.1.1信号 信息要用某种物理方式表达出来，通常可以信息要用某种物理方式表达出来，通常可以用声音、图像、文字、符号等来表达。用声音、图像、文字、符号等来表达。信号的信号的 定义：定义：是信息的载体，是信息的表现形式。是信息的载体，是信息的表现形式。一般讲的信号是指电信号，它的表达形式可以是一般讲的信号是指电信号，它的表达形式可以是电压、电流或电场等。电压、电流或电场等。 在语音中频率越高能量就越小，所以电话中只在语音中频率越高能量就越小，所以电话中只传送听清对方说话声的传送听清对方说话声的3003003400Hz 3400Hz 部分。部分。电信号的分类电信号的分类 以频率划分，可分为基带信号和频带信号。以频率划分，可分为基带信号和频带信号。 以信号参数的状态划分，可以分为模拟信号和数字以信号参数的状态划分，可以分为模拟信号和数字信号。信号。1.1.基带信号与频带信号基带信号与频带信号 基带信号是指含有低频成份甚至直流成份基带信号是指含有低频成份甚至直流成份的信号，通常原始信号都是基带信号。的信号，通常原始信号都是基带信号。 例如例如: :话音信号是一种典型的基带信号，它话音信号是一种典型的基带信号，它是由人的声音经过话筒转换而成的。是由人的声音经过话筒转换而成的。 频频带带信信号号的的中中心心频频率率较较高高，而而带带宽宽相相对对中中心心频频率率很窄，因此适合于在信道中传输。很窄，因此适合于在信道中传输。 例例如如: :调调频频广广播播电电台台的的FMMHzFMMHz就就是是一一个个频频带带信信号号，它它是是将将话话音音信信号号调调制制到到MHzMHz的的中中心心频频率率上上，然然后后进进行行发发射射。如如果果接接收收机机的的频频率率与与电电台台的的频频率率相相同，就能够接收到所发射的信号。同，就能够接收到所发射的信号。2.模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号 模拟信号是指电信号参量的取值随时间连续变模拟信号是指电信号参量的取值随时间连续变化的信号。因此，模拟信号也叫连续信号。如图所化的信号。因此，模拟信号也叫连续信号。如图所示。示。 常见的模拟信号有语音信号、图像信号以及来常见的模拟信号有语音信号、图像信号以及来自各种传感器的检测信号等。自各种传感器的检测信号等。 数数字字信信号号与与模模拟拟信信号号相相反反，是是指指电电信信号号参参量量的的取取值值是是离离散散的的且且只只有有有有限限个个状状态态的的信信号号。因因此此，数数字字信信号号也也叫叫离离散散信信号号。如如图图（a a）所所示示是是二二进进制制数数字字信信号号，它它只只有有两两种种取取值值，分分别别用用0 0和和1 1表表示示。如如图图（b b）所所示示就就是是四四进进制制数数字字信信号号，分分别别用用0 0、1 1、2 2、3 3表表示示四种取值。四种取值。 数字信号举例 常见的数字信号有电报、传真、计算机数据等信号。常见的数字信号有电报、传真、计算机数据等信号。1.1.2信道 信道是信号的传输媒质，它可分为有线信道和无信道是信号的传输媒质，它可分为有线信道和无线信道两类。线信道两类。 有线信道包括明线、双绞线、同轴电缆和光纤等。有线信道包括明线、双绞线、同轴电缆和光纤等。 无线信道是由无形的空间构成，利用电波进行通信。无线信道是由无形的空间构成，利用电波进行通信。 1.有线信道有线信道 有线信道主要有双绞线、同轴电缆和光有线信道主要有双绞线、同轴电缆和光纤，它们的构造、特征及主要用途如表所纤，它们的构造、特征及主要用途如表所示。示。线路种类构造特征主要用途双绞线 便宜、构造简单，传输频带宽，有漏话现象，容易混入杂音电话用户线低速LAN同轴电缆 价格稍高，传输频带宽，漏话感应少，分支、接头容易CATV分配电缆高速LAN光纤 低损耗，频带宽，重量轻，直径小，无感应，无漏话国际间主干线国内城市间主干线高速LAN表表 有线信道的线路种类、构造、特征和主要用途有线信道的线路种类、构造、特征和主要用途 双双绞绞线线构构造造简简单单且且价价格格便便宜宜，但但传传输输损损耗耗大大，且且随随着着频频率率升升高高双双绞绞线线间间产产生生漏漏话话现现象象。另另外外，不不能能对对电电磁磁波波产产生生屏屏蔽蔽，容容易易混混入入外外部部杂杂音音。双双绞绞线线主主要要使使用用于于100kHz以以下下或或数数字字信信号号10Mbit/s以以下下的的信信息息传传输输，被被广广泛泛应应用用于于电电话话端端局局和和用用户户之间的连线，或低速局域网计算机之间连线。之间的连线，或低速局域网计算机之间连线。 一一般般高高频频率率信信号号的的传传输输和和长长距距离离的的传传输输都都使使用用同同轴轴电电缆缆。同同轴轴电电缆缆的的频频带带要要比比双双绞绞线线宽宽得得多多，它它的的外外部部金金属属能能屏屏蔽蔽中中心心导导体体的的电电磁磁波波，因因而而不不容容易易混混入入杂杂音音。由由于于这这些些特特点点，它它被被广广泛泛用用于于数数百百兆兆赫赫兹兹的的模模拟拟信信号号传传输输，也也可可用用于于1Gbit/s的的数数字字传传输输。因因为为电电视视的的频频段段在在91.25 MHz900MHz范范围围，所所以有线电视（以有线电视（CATV）的分配电缆都采用同轴电缆。）的分配电缆都采用同轴电缆。 光纤与双绞线、同轴电缆相比较，具有无可光纤与双绞线、同轴电缆相比较，具有无可比拟的低损耗、传输频带宽、无电磁感应、不漏话比拟的低损耗、传输频带宽、无电磁感应、不漏话且质轻、径细等极优良的性能。国际间、国内城市且质轻、径细等极优良的性能。国际间、国内城市间长距离大容量的传输线路使用的同轴电缆很快被间长距离大容量的传输线路使用的同轴电缆很快被光纤替代了。伴随着制造光纤技术的日益提高，成光纤替代了。伴随着制造光纤技术的日益提高，成本不断下降，甚至原来以双绞线、同轴电缆为主要本不断下降，甚至原来以双绞线、同轴电缆为主要传输线路的高层大楼、办公室等内部通信也开始使传输线路的高层大楼、办公室等内部通信也开始使用光纤了。用光纤了。 2无线信道无线信道 无无线线信信道道是是利利用用电电波波传传输输信信号号。电电波波是是一一种种在在空空间间传传播播的的物物质质，是是全全世世界界共共同同拥拥有有的的资资源源和和财财产产。电电波波是是指指频频率率在在3GHz以以下下的的电电磁磁波波，电电磁磁波波包包括括电电波波、红红外外线线、可可见见光光、紫紫外外线线、X射射线线和和 射射线线等等，它它们们都都是是以以光光速速3108m/s传传播播的的，人人们们根根据据电电波波的的波长对它进行命名，如表所示。波长对它进行命名，如表所示。电波的名称 电波是从天线发射出来的，不同的频率其电波是从天线发射出来的，不同的频率其天线的形状、尺寸也各不相同，并且电波传播天线的形状、尺寸也各不相同，并且电波传播方式也多种多样。方式也多种多样。 电波的主要传播方式：电波的主要传播方式：地表面波、直射波和地表面波、直射波和电离层反射波。电离层反射波。 下下表表列列出出了了电电波波的的工工作作频频段段、传传播播方方式式及及主要用途。主要用途。名称名称频带范围频带范围波长范围波长范围主要传播方式主要传播方式主要用途主要用途长波长波30 kHz300kHz1km10km地表面波地表面波远距离通信，导航远距离通信，导航中波中波300 kHz3 000kHz0.1km1km地表面波地表面波调调幅幅广广播播，船船舶舶、飞飞机机通通信信短波短波3 MHz30MHz10m100m地表面波地表面波电离层反射波电离层反射波调调幅幅广广播播，调调幅幅和和单单边边带带通信通信超短波超短波30 MHz300MHz1 m10m直射波直射波对流层散射对流层散射调调频频广广播播，广广播播电电视视，雷雷达与导航，移动通信达与导航，移动通信微波微波300MHz以上以上1m以下以下直射波直射波广广播播电电视视，卫卫星星通通信信，移移动通信，微波接力通信等动通信，微波接力通信等 无线信道的工作频率、传播方式和主要用途无线信道的工作频率、传播方式和主要用途 如下图所示是电波的各种传播路径。地如下图所示是电波的各种传播路径。地球的表面是一个球面，绕地球表面进行传播的球的表面是一个球面，绕地球表面进行传播的电波称地表面波，中波以下频段的电波主要以电波称地表面波，中波以下频段的电波主要以地表面波形式传播。电波发送端与接收端在视地表面波形式传播。电波发送端与接收端在视距范围内直接传播的方式称为直射波，超短波距范围内直接传播的方式称为直射波，超短波以上波段的电波主要以直射波为主。以上波段的电波主要以直射波为主。 受地表面曲率的影响，直射波的传播范受地表面曲率的影响，直射波的传播范围一般不超过围一般不超过50km。电离层反射波是指电波。电离层反射波是指电波经过电离层反射到地面的电波，短波频段电经过电离层反射到地面的电波，短波频段电波的电离层反射波最为明显。波的电离层反射波最为明显。 电波的传播路径电波的传播路径 1.1.3信息的传输方式 信信息息的的传传输输方方式式可可以以有有以以下下几几种种分分类类：按按照照通通过过传传输输线线路路信信息息的的形形式式不不同同可可以以将将传传输输方方式式分分为为模模拟拟传传输输和和数数字字传传输输；按按照照传传输输方方法法可可分分为为串串行行传传输输和和并并行行传传输输；按按照照信信号号的的流流向向可可分分为为单单工工、半半双双工工和全双工三种通信方式。和全双工三种通信方式。 1模拟传输和数字传输模拟传输和数字传输 根据信道中传送的是模拟信号还是数字信根据信道中传送的是模拟信号还是数字信号，将通信传输方式分成模拟传输方式和数字号，将通信传输方式分成模拟传输方式和数字传输方式。应当指出，模拟传输方式和数字传传输方式。应当指出，模拟传输方式和数字传输方式是以信道传输信号的差异为标准的，而输方式是以信道传输信号的差异为标准的，而不是根据原始输出的信号来划分。不是根据原始输出的信号来划分。 若将原始输出的模拟信号经过模若将原始输出的模拟信号经过模/数变换，数变换，成为数字信号，就可以用数字传输方式传送，成为数字信号，就可以用数字传输方式传送，在接收端再进行相反的数在接收端再进行相反的数/模变换，即可还原模变换，即可还原出原始的模拟信号。出原始的模拟信号。 2串行传输和并行传输串行传输和并行传输 将将多多位位二二进进制制码码的的各各位位码码在在时时间间轴轴上上排排列列成成一一行行，在在一一条条传传输输线线路路上上一一位位一一位位地地传传输输的的方方式式称称为为串串行行传传输输方方式式。用用数数量量等等于于二二进进制制码码的的位位数数的的多多条条传传输输线线路路同同时时传传送送多多位位码码的的传传输输方方式式称称为为并并行行传传输输方方式式。如如图图所所示示是是两两种种传传输输方方式式的的示示意意图。图。 串串行行传传输输的的通通信信成成本本低低但但速速度度慢慢，而而并并行行传传输输的的传传输输速速度度快快但但成成本本高高。因因此此，在在通通信信线线路路长长即即远远距距离离传传输输时时使使用用串串行行传传输输方方式式，而而在在短短距距离离的的计计算算机机之之间间或或计计算算机机与与外外部部设设备备（如如打打印印机机、显显示示器器等等）之之间间使使用用并并行行传传输方式。输方式。 数据的串行传输和并行传输数据的串行传输和并行传输 3单工、半双工和全双工通信单工、半双工和全双工通信（1）单工通信）单工通信 单工通信是指信息的流动方向始终固定为一单工通信是指信息的流动方向始终固定为一个方向的通信方式。虽然能够逆向传输应答监视个方向的通信方式。虽然能够逆向传输应答监视信号，但不能在反方向传输信息，如图（信号，但不能在反方向传输信息，如图（a）所）所示。示。 例例如如，电电视视机机、收收音音机机只只能能接接收收信信号号，而而不不能能反反方方向向传传送送信信号号，它它是是一一种种类类似似于于单单行行道道的的通通信方式。信方式。（2 2）半双工通信）半双工通信 这这是是一一种种信信息息流流动动方方向向可可以以随随时时改改变变的的通通信信方方式式，信信息息的的流流动动方方向向有有时时是是从从A流流向向B，有有时时是是从从B流流向向A。但但任任何何时时刻刻只只能能由由其其中中的的一一方方发发送送数数据据，另另一一方方接接收收数数据据，如如图图（b）所所示示。由由于于传传输输方方向向不断交换，所以传输效率会有所下降。不断交换，所以传输效率会有所下降。 例例如如，无无线线电电收收、发发两两用用机机和和银银行行的的联联机机系系统统都都属属于于这这种种方方式式。它它是是一一种种类类似似于于单单向向交互通行道路的通信方式。交互通行道路的通信方式。（3）全双工通信）全双工通信 全全双双工工通通信信是是指指可可以以同同时时向向两两个个方方向向传传输输信信息息的的通通信信方方式式，如如图图（c）所所示示。这这种种通通信信方方式式可可以以相相互互交交换换大大量量的的信信息息。虽虽然然是是同同时时双双向向传传输输信信息息，但但不不一一定定非非要要在在两两个个方方向向上上分分别别敷敷设设传传输输线线路路，如如将将发发送送、接接收收的的信信号号频频率率分分离离，引引入入频频分分复复用用技技术术就就可可实实现现双双向通信。向通信。 例例如如，电电话话通通信信、宽宽带带上上网网等等都都是是属属于于这这种种通通信信方式。它是一种类似于双向通行道路的通信方式。方式。它是一种类似于双向通行道路的通信方式。1.1.4 通信系统 1通信系统的基本组成通信系统的基本组成 信信号号的的传传递递与与处处理理由由通通信信系系统统完完成成。通通信信系系统统的的一一般般模模型型如如图图所所示示，它它包包括括信信源源、发发送送设设备备、信信道道、噪噪声声源源、接接收收设设备备和和信信宿宿六六个个部部分。分。 通信系统的一般模型通信系统的一般模型 模型中各个部分的功能如下：模型中各个部分的功能如下： （1）信源）信源 信信源源即即为为信信息息的的来来源源，它它的的作作用用是是将将原原始始信信息息转转换换为为相相应应的的电电信信号号，即即基基带带信信号号。常常用用的的信信源源有有电电话话机机的话筒、摄像机等。的话筒、摄像机等。（2）发送设备）发送设备 发发送送设设备备的的功功能能是是对对基基带带信信号号进进行行各各种种变变换换和和处处理，比如放大、调制等，使其适合于在信道中传输。理，比如放大、调制等，使其适合于在信道中传输。（3）信道）信道 信信道道即即为为发发送送设设备备和和接接收收设设备备之之间间用用于于传传输输信信号的媒介。号的媒介。（4）接收设备）接收设备 接接收收设设备备的的功功能能与与发发送送设设备备的的相相反反，其其作作用用是是对对接接收收信信号号进进行行必必要要的的处处理理和和变变换换，以以便便恢恢复复出出相相应应的基带信号。的基带信号。（5）信宿）信宿 信信宿宿指指信信息息的的接接收收者者，它它是是与与信信源源相相对对应应的的，其其作作用用是是将将恢恢复复出出来来的的基基带带信信号号转转换换成成相相应应的的原原始始信信息。常用的信宿有电话机的听筒、耳机、显示器等。息。常用的信宿有电话机的听筒、耳机、显示器等。（6）噪声源）噪声源 噪噪声声源源是是信信道道中中的的噪噪声声以以及及分分散散在在通通信信系系统统其其他他各处的噪声的集中表现。各处的噪声的集中表现。 如如果果通通信信距距离离较较远远，还还必必须须加加上上中中继继器器，对对被被衰衰减减的的信信号号进进行行放放大大或或再再生生，然后再传送。然后再传送。 2模拟通信和数字通信模拟通信和数字通信 根根据据信信道道传传输输信信号号的的差差异异，通通信信系系统统的的分分类类如如图所示。图所示。 模拟基带传输系统 模拟通信系统 模拟调制传输系统通信系统 数字基带传输系统 数字通信系统 数字调制传输系统 通信系统的分类通信系统的分类 利用模拟基带信号传递信息的系统称模拟基利用模拟基带信号传递信息的系统称模拟基带传输系统，如麦克风和放大器之间的信息传输。带传输系统，如麦克风和放大器之间的信息传输。 利用模拟频带信号传递信息的系统称模拟调利用模拟频带信号传递信息的系统称模拟调制传输系统，如电视、广播等系统。制传输系统，如电视、广播等系统。 利用数字基带信号传递信息的系统称数字基带利用数字基带信号传递信息的系统称数字基带传输系统，如计算机和周边设备（打印机等）之间传输系统，如计算机和周边设备（打印机等）之间的信息传输。的信息传输。 利用数字频带信号传递信息的系统称数字调制利用数字频带信号传递信息的系统称数字调制传输系统，如高清晰度数字电视、传输系统，如高清晰度数字电视、GSM移动通信系移动通信系统等。统等。 信信道道中中传传输输的的是是模模拟拟基基带带信信号号或或模模拟拟频频带带信信号号的的通通信信系系统统称称为为模模拟拟通通信信系系统统。信信道道中中传传输输的的是是数数字字基基带带信信号号或或数数字字频频带带信信号号的的通通信信系系统统称称为为数数字字通通信信系系统统。模模拟拟通通信信系系统统仅仅使使用用模模拟拟传传输输方方式式，而而由由于于数数字字频频带带信信号号是是模模拟拟信信号号，因因此此数数字字通通信信系系统统既既可以使用模拟传输方式又可使用数字传输方式。可以使用模拟传输方式又可使用数字传输方式。 目目前前无无论论是是模模拟拟通通信信还还是是数数字字通通信信都都已已获获得得广广泛泛的的应应用用，但但近近年年来来数数字字通通信信无无论论是是在在理理论论上上还还是是技技术术上上都都有有了了突突飞飞猛猛进进的的发发展展。与与模模拟拟通通信信相相比比，数数字字通通信信更更能能适适应应现现代代社社会会通通信信技技术术越越来来越越高高的的要要求求。这这是是由由于于它它本本身身具具有有一一系系列列模模拟拟通通信信无无法法比比拟拟的特点。其的特点。其主要优点主要优点如下：如下：（1）抗干扰能力强）抗干扰能力强 在在远远距距离离通通信信中中，中中继继器器可可以以对对数数字字信信号号波波形形进进行行整整形形、再再生生而而消消除除噪噪声声和和失失真真的的积积累累，但但对对模模拟拟信信号号来来说说，中中继继器器对对传传输输信信号号放放大大的的同同时时，对对叠叠加加在在信信号号上上的的噪噪声声和和失失真真也也进进行行了了放放大大，如如图图所所示示。此此外外还还可可以以采采用用各各种种差差错错控控制制编编码码方方法法进进一一步步改改善善传输质量。传输质量。 模拟通信和数字通信抗干扰性能比较模拟通信和数字通信抗干扰性能比较 （2）便于加密处理）便于加密处理 在在数数字字通通信信中中易易于于采采用用复复杂杂、非非线线性性长长周周期期的的码码序序列列对对信信号号进进行行加加密密，从从而而使使通通信信具具有有高高强强度度的的保密性。保密性。（3）易于实现集成化，使通信设备体积小、功耗低）易于实现集成化，使通信设备体积小、功耗低 由由于于数数字字通通信信中中大大部部分分电电路路都都是是由由数数字字电电路路来来实实现现的的，微微电电子子技技术术的的发发展展可可使使数数字字通通信信便便于于用用大大规模和超大规模集成电路来实现。规模和超大规模集成电路来实现。（4）利于采用时分复用实现多路通信）利于采用时分复用实现多路通信 数数字字信信号号本本身身可可以以很很容容易易用用离离散散时时间间信信号号表表示示，在在两两个个离离散散时时间间之之间间可可以以插插入入多多路路离离散时间信号实现时分多路复用。散时间信号实现时分多路复用。 当当然然，数数字字通通信信系系统统的的许许多多优优点点是是用用比比模模拟拟信信号号占占用用更更宽宽的的频频带带而而换换得得的的。以以电电话话为为例例，一一路路模模拟拟电电话话仅仅占占用用约约4kHz带带宽宽，而而一一路路数数字字电电话话却却要要占占用用20kHz64kHz的的带带宽宽。不不过过，随随着着信信道道带带宽宽很很宽宽的的数数字字微微波波、卫卫星星和和光光纤纤通通信信等等系系统统的的利利用用以以及及数数字字频频带带压压缩缩技技术术的的发发展展，数数字字通通信信占占用用频频带带宽宽的的问问题将可以逐步获得解决。题将可以逐步获得解决。 3通信系统的性能指标通信系统的性能指标 衡衡量量通通信信系系统统性性能能的的优优劣劣，最最重重要要的的是是看看它它的的有有效效性性和和可可靠靠性性。有有效效性性指指的的是是传传输输信信息的效率，可靠性指的是接收信息的准确度。息的效率，可靠性指的是接收信息的准确度。 有有效效性性和和可可靠靠性性这这两两个个要要求求通通常常是是矛矛盾盾的的。提提高高有有效效性性会会降降低低可可靠靠性性，反反之之亦亦然然。因因此此，在在实实际际设设计计一一个个系系统统时时，必必须须根据具体情况寻求适当的折中解决办法。根据具体情况寻求适当的折中解决办法。 模模拟拟通通信信系系统统和和数数字字通通信信系系统统对对这这两两个个指指标标要要求求的的具具体体内内容容有有很很大大差差别别，因因此此分别予以介绍。分别予以介绍。（1）模拟通信系统的质量指标）模拟通信系统的质量指标 模模拟拟通通信信系系统统的的有有效效性性用用有有效效传传输输频频带带来来度度量量。信信道道的的传传输输频频带带越越宽宽，则则能能够够容容纳纳的的信信息息量量就就越越大大。例例如如，一一路路模模拟拟电电话话占占据据4kHz带带宽宽，采采用用频频分分复复用用技技术术后后，一一对对架架空空明明线线最最多多只只能能容容纳纳12路路模模拟拟电电话话，而而一一对对双双绞绞线线可可以以容容纳纳120路路，同同轴轴电电缆缆的的通通信信量量最最大大可可达达到到10 000路路。显显然然同同轴轴电电缆缆的的有有效效性性指指标标比比架架空空明明线线、双绞线好得多。双绞线好得多。 模模拟拟通通信信的的可可靠靠性性用用接接收收端端输输出出的的信信噪噪比比来来度度量量。信信噪噪比比指指输输出出信信号号的的平平均均功功率率和和输输出出噪噪声声的的平平均均功功率率之之比比，并并用用分分贝贝值值作作为为衡衡量量的的单单位位，即即10lgS/N（dB）。信信噪噪比比越越大大，通通信信质质量量越越好好。如如普普通通电电话话要要求求信信噪噪比比在在20dB以以上上，电电视视图图像像则要求信噪比在则要求信噪比在40dB以上。以上。 （2）数字通信系统的质量指标）数字通信系统的质量指标 数数字字通通信信系系统统的的有有效效性性用用信信息息速速率率来来度度量量。它它是是指指单单位位时时间间内内传传输输的的信信息息量量（即即二二进进制制数数字字信信号号码码元元数数），单单位位用用bit/s来来表表示示。例例如如，无无线线短短波波最最大大信信息息速速率率只只有有几几百百到到几几千千bit/s，而而光光纤纤、卫卫星星通通信信系系统统速速率率可可达达几几百百兆兆到到几几千千兆兆bit/s，甚甚至至更更高高。因因此此可可以以说说只只有有光光纤纤、卫卫星星等等才才能能为为信信息息高高速速公公路路建建立传输平台。立传输平台。 数数字字通通信信系系统统的的可可靠靠性性用用误误码码率率来来度度量量。它它是是指指接收错误的码元数与传输的总码元数之比，即接收错误的码元数与传输的总码元数之比，即 在有线或卫星传输信道中误码率可以达到在有线或卫星传输信道中误码率可以达到10-7，而在无线短波信道内只能达到而在无线短波信道内只能达到10-3。 1.1.5 通信网 1通信网的基本结构通信网的基本结构 多多用用户户通通信信系系统统互互连连的的通通信信体体系系称称之之为为通通信信网网。一一般般通通信信网网是是按按业业务务种种类类来来分分的的，如如通通常常所所说说的的电电话话网网、数数据据网网及及有有线线电电视视网网等等。实实现现业业务务通通信信网网的的基基本本网网络络结结构构主主要要有有如如图图所所示示的的四四种种形形式式以以及及它它们们的的组组合合。图图中中的的小小圆圆圈圈代代表表网网络络转转接接中中心心，小小圆圆点点代代表表用用户户终终端端（在在网网络络中中称称为为结结点点），连连接接线线代代表表通信链路。通信链路。通信网的基本网络结构通信网的基本网络结构 （1）网形网）网形网 网网形形网网最最具具代代表表性性的的是是完完全全互互连连网网，各各结结点点之之间间直直接接以以通通信信链链路路连连接接，通通信信建建立立过过程程中中不不需需要要任任何何形形式式的的转转换换。这这种种结结构构的的最最大大优优点点是是接接续续质质量量高高，网网络络的的稳稳定定性性好好。但但当当用用户户数数量量较较大大时时，通通信信链链路路数数将将很很大大，因因而而网网络络投投资资费费用用很很高高。如如果果通通信信业业务务量量不不是是很很大大的的话话，经经济性会很差。济性会很差。（2）星形网）星形网 星星形形网网中中，各各结结点点都都通通过过转转接接中中心心进进行行连连接接，N个个用用户户需需要要N条条通通信信链链路路。与与网网形形网网相相比比节节省省许许多多通通信信链链路路，但但它它需需要要有有转转接接设设备备。由由于于各各用用户户之之间间的的通通信信都都要要通通过过转转接接点点，通通信信的的接接续续质质量量和和稳稳定定性性会会受受到到一一定定的的影影响响，尤尤其其当当转转接接设设备备发发生生故故障障时时，可可能能会会造造成整个网内的通信瘫痪。成整个网内的通信瘫痪。 （3）环形网）环形网 环环形形网网的的拓拓扑扑结结构构为为一一封封闭闭环环形形，各各结结点点通通过过中中继继器器接接入入网网内内，各各中中继继器器由由点点到到点点链链路路首首尾尾连连接接，信信号号单单向向沿沿环环路路逐逐点点传传送送。环环形形网网的的主主要要优优点点是是通通信信链链路路短短，初初始始安安装装比比较较容容易易，故故障障的的诊诊断断比比较较准准确确，十十分分适适用用于于光光纤纤传传输输介介质质。但但其其可可靠靠性性差差，可可扩扩充充性性和和灵灵活活性性也也较较其其他网络差。他网络差。（4）总线形网）总线形网 总总线线形形网网采采用用公公共共总总线线作作为为传传输输介介质质，各各结结点点都都通通过过相相应应的的硬硬件件接接口口连连接接到到总总线线上上，信信号号沿沿总总线线进进行行广广播播式式传传送送。总总线线形形网网的的主主要要优优点点是是通通信信链链路路短短，安安装装容容易易，可可靠靠性性高高并并易易于于扩扩充充。但但故故障障诊诊断断和和隔隔离离困困难难，并并且且终终端端必必须须是智能的。是智能的。 环环形形网网和和总总线线形形网网在在计计算算机机通通信信中中应应用用较较多多，在在这这两两种种网网中中，一一般般传传输输的的信信息息速速率率较较高高。它它要要求求各各结点或总线终端结点由较强的信息识别和处理能力。结点或总线终端结点由较强的信息识别和处理能力。 2通信网的基本构成通信网的基本构成 从从通通信信网网的的基基本本结结构构可可以以看看出出，通通信信网网主主要要由由终终端端设设备备、通通信信链链路路和和转转接接交交换换设设备备三三部部分分构构成成。终终端端设设备备是是通通信信网网中中的的源源点点和和终终点点，它它除除对对应应于于一一般般通通信信系系统统模模型型中中的的信信源源和和信信宿宿外外，还还包包括括部部分分发发送送设设备备和和接接收收设设备。备。 通通信信链链路路是是网网络络结结点点的的传传输输媒媒介介，是是信信息息的的传传输输通通道道，它它除除对对应应于于通通信信系系统统模模型型中中的的信信道道外外，也也还还包包括括部部分分发发送送设设备备和和接接收收设设备备。转转接接交交换换设设备备是是现现代代通通信信网网的的核核心心，它它的的基基本本功功能能是是完完成成接接入入交交换换结结点点链链路路的的汇汇集集、转转接接、接接续续和和分分配配。目目前前广广泛泛使使用用的的转转接接交交换换设设备备有有电电话话网网中中的的电电路路交交换换和和计计算算机机网中的网中的分组交换分组交换等。等。1.6复用技术 所所谓谓复复用用就就是是指指将将多多个个信信号号按按一一定定的的规规律律汇汇集集在在一一起起，用用一一条条传传送送线线路路传传输输的的技技术术。例例如如，电电话话系系统统中中用用户户电电话话机机到到交交换换局局使使用用的的是是单单独独的的传传输输线线路路，而而在在交交换换局局之之间间所所使使用用的的是是复复用用的的中中继继传传输输线线路路。目目前前广广泛泛使使用用的的复复用用技技术术有有频频分分复复用用、时时分分复复用用和和码码分分复复用用等等。这这里里主主要要介介绍绍频频分分复复用用和和时时分分复复用用。1.6.1频分复用技术（FMD） 1频分复用原理频分复用原理频频分分复复用用是是按按频频率率分分割割多多路路信信号号的的方方法法，即即将将信信道道的的可可用用频频带带分分为为若若干干个个互互不不重重叠叠的的频频段段，每每路路信信号号占占据据其其中中的的一一个个频频段段，合合路路成成为为一一个个复复用用信信号号，在在同同一一信信道道中中传传输输。在在接接收收端端用用适适当当的的滤滤波波器器将将多多路路信信号号分分开开，分分别别进进行行解解调调和和终终端端处理。处理。 以话音信号的频分复用为例，设有以话音信号的频分复用为例，设有n路话路话音信号，每路信号的频率范围均为音信号，每路信号的频率范围均为300Hz3 400Hz，如图（，如图（a）所示。首先各路信号分别）所示。首先各路信号分别对不同频率的载波进行单边带振幅调制，形对不同频率的载波进行单边带振幅调制，形成频率不同的已调波，如图（成频率不同的已调波，如图（b）所示。）所示。 频分复用原理示意图频分复用原理示意图 然然后后将将各各路路已已调调波波合合路路成成为为频频分分复复用用信信号号后后送送往往信信道道传传输输。考考虑虑到到传传输输过过程程中中邻邻路路信信号号的的相相互互干干扰扰，因因此此在在保保证证各各路路信信号号的的带带宽宽之之外外，还还应应留留有有一一定定的的防防卫卫间间隔隔。电电话话系系统统每每个个话话路路取取4kHz，作作为为标标准准频频带带。这这里里用用一一个个三三角角形形表表示示0kHz4 kHz的的一一路路电电话话基基带带信信号号，各各路路话话音音合合成成后后在在频频率率轴轴上上的的位位置置如如图（图（c）所示。）所示。 要要想想从从频频分分复复用用的的信信号号中中取取出出某某一一个个话话路路的的信信号号，只只要要选选用用一一个个与与频频率率范范围围相相对对应应的的带带通通滤滤波波器器对对信信号号进进行行滤滤波波，然然后后进进行行解解调调即即可可恢复原调制信号。恢复原调制信号。 2多级复用多级复用当当对对话话音音信信号号进进行行一一次次调调制制实实现现多多路路复复用用时时，一一个个话话路路需需要要一一个个与与它它相相对对应应的的载载频频和和滤滤波波器器。当当复复用用的的话话路路数数目目很很多多时时，必必须须使使用用种种类类繁繁多多的的载载频频和和滤滤波波器器，实实现现起起来来难难度度很很大大。在在这这种种情情况况下下，采采用用多多级级复复用用是是解解决决问问题题的的最最佳佳办办法法。多多级级复复用用是是指指在在一一个个复复用用系系统统内内，对对同同一一个个基基带带信信号号进进行行两两次次或或两次以上同一种方式的调制。两次以上同一种方式的调制。 载载波波电电话话系系统统是是多多级级频频分分复复用用的的一一种种典典型型应应用用。12路路话话音音信信号号合合在在一一起起成成为为基基群群，5个个基基群群复复合合构构成成一一个个超超群群，5个个超超群群构构成成一一个个基基本本主主群群，3个个基基本本主主群群构构成成一一个个基基本本超超主主群群。如如图图所所示示是是900路路基基本本超超主主群群的的多多级级复复用用结结构构示意图。示意图。 900路主群的多级复用结构路主群的多级复用结构 1.6.2时分复用技术（TDM） 1时分复用原理时分复用原理时时分分复复用用是是按按时时间间分分割割多多路路信信号号的的方方法法，即即将将传传输输时时间间划划分分为为若若干干个个互互不不重重叠叠的的时时隙隙，互互相相独独立立的的多多路路信信号号顺顺序序地地占占用用各各自自的的时时隙隙，合合路路成成为为一一个个复复用用信信号号，在在同同一一信信道道中中传传输输。在在接接收收端端按按同同样样的的规规律律把把它它们们分分开开。数数字字信信号号在在传传输输过过程程中中一一般般都都采采用用时时分分复复用用方式。方式。PCM30/32基群方式是时分复用的典型实例。基群方式是时分复用的典型实例。 为为了了满满足足抽抽样样定定理理，每每路路话话音音信信号号的的取取样样频频率率为为8 000Hz，也也就就是是说说每每隔隔Ts=1/8 000=125 s时时间间取取样样一一次次，但但取取出出的的样样值值脉脉冲冲很很窄窄，只只占占这这段段时时间间中中的的很很小小时时段段Tc，一一个个样样值值脉脉冲冲经经编编码码成成为为8bit（位位）码码组组，如如图图（a）所所示示。32路路信信号号对对时时间间Ts进进行行分分配配，如如图（图（b）所示。）所示。时分复用原理示意图时分复用原理示意图 在在时时间间Ts内内，各各路路信信号号顺顺序序出出现现一一次次，这这样样形形成成的的时时分分复复用用信信号号称称为为帧帧，一一帧帧的的时时间间长长度度Ts称称为为帧帧周周期期，每每帧帧共共传传送送832=256bit，因因此此，PCM30/32基基群群的的信信息速率为：息速率为： 在在30/32路路PCM基群中，一帧的基群中，一帧的32个时隙内只有个时隙内只有30个时隙用于话音的传送，第个时隙用于话音的传送，第1个时隙在偶帧时隙传个时隙在偶帧时隙传送送同步帧同步帧，奇帧时传送监测告警信号，第，奇帧时传送监测告警信号，第17个时隙传个时隙传送送信令信令。 时分复用与频分复用在原理上的差别是明显的。时分复用与频分复用在原理上的差别是明显的。时分复用在时域上各路信号是分割开的，但在频域时分复用在时域上各路信号是分割开的，但在频域上各路信号是混叠在一起的；而频分复用在频域上上各路信号是混叠在一起的；而频分复用在频域上各路信号是分割开的，但在时域上各路信号是混叠各路信号是分割开的，但在时域上各路信号是混叠在一起的。时分复用信号的形成和分离都可通过数在一起的。时分复用信号的形成和分离都可通过数字电路实现，比频分复用信号使用调制器和滤波器字电路实现，比频分复用信号使用调制器和滤波器要简单。要简单。 2数字分级复接数字分级复接与模拟信号复用一样，为了提高复用度，数字与模拟信号复用一样，为了提高复用度，数字信号在进行复用处理时也采用分级复接。数字复接信号在进行复用处理时也采用分级复接。数字复接等级结构是以等级结构是以64Kbit/s为基础为基础进行的，分日本、北进行的，分日本、北美、欧洲三大体系。在这些体系中，美、欧洲三大体系。在这些体系中，n次群的信息次群的信息速率等于（速率等于（n-1）次群的信息速率乘以复用度。我国）次群的信息速率乘以复用度。我国采用欧洲体系，如图（采用欧洲体系，如图（a）所示。）所示。 数字复接等级数字复接等级 随随着着光光纤纤通通信信的的发发展展，四四次次群群速速率率已已不不能能满满足足大大容容量量高高速速传传输输的的要要求求，所所以以在在1988年年制制定定了了世世界界统统一一标标准准，确确定定四四次次群群以以上上采采用用同同步步数数字字系系列列（SDH）。SDH的的第第一一级级速速率率为为，记记做做STM-1。4个个STM-1复复接接得得到到STM-4，信信息息速速率率为为。4个个STM-4复接得到复接得到STM-16，信息速率为。，信息速率为。 4个个STM-16复接得到复接得到STM-64，信息速率，信息速率为。如图（为。如图（b）所示。）所示。