0.1 通信系统的组成

通信既是人类社会生活的重要组成部分，又是社会发展和进步的重要因素。广义地说，凡是在发信者和收信者之间，以任何方式进行的消息传递，都可称为通信。实现消息传递所需设备的总和，称为通信系统。19世纪末迅速发展起来的以电信号为消息载体的通信方式，称为现代通信系统，其组成方框图如图0.1所示。各部分的主要作用简介如下：

图0.1 现代通信系统组成方框图

1.信息源

信息源是指需要传送的原始信息，如语言、音乐、图像、文字等，一般是非电物理量。原始信息经输入换能器转换成电信号后，送入发送设备，将其变成适合于信道传输的电信号，然后经过信道送入接收设备。

2.输入换能器

输入换能器的主要任务是将发信者提供的非电量消息（如声音、景物等）变换为电信号，它应能反映待发送的全部消息，通常具有“低通型”频谱结构，故称为基带信号。当输入消息本身就是电信号时（如计算机输出的二进制信号），输入换能器可省略而直接进入发送设备。

3.发送设备

发送设备主要有两大任务：一是调制，二是放大。所谓调制，就是将基带信号变换成适合信道传输特性传输的频带信号。在连续波调制中，是指用原始电信号去控制高频振荡信号的某一参数，使之随原始电信号的变化规律而变化。对于正弦波信号，其主要参数是振幅、频率和相位，因而出现了振幅调制、频率调制和相位调制（后两种合称为角度调制）等不同的调制方式。

例如，在无线通信中，由天线理论可知要将电信号有效地发射出去，天线的尺寸必须和电信号的波长为同一数量级。由原始非电量信息经转换而成的原始电信号一般是低频信号，波长很长。例如，音频信号的频率仅在15kHz以内，对应波长为20km以上，要制造出相应的巨大天线是不现实的。另外，即使这样巨大的天线制造出来，由于各个发射台发射的均为同一频段的低频信号，在信道中会互相重叠、干扰，接收设备也无法选择所要接收的信号。因此，为了有效地进行传输，必须采用几百kHz以上的高频振荡信号作为载体，将携带信息的低频电信号“装载”到高频振荡信号上（这一过程即称为调制），然后经天线发送出去。到了接收端后，再把低频电信号从高频振荡信号上“卸取”下来（这一过程称为解调）。其中，未经调制的高频振荡信号称为载波信号，低频电信号称为调制信号，经过调制的高频振荡信号称为已调波信号。

采用调制方式以后，由于传送的是高频振荡信号，所需天线尺寸便可大大减小。同时，不同的发射台可以采用不同频率的高频振荡信号作为载波，这样在频谱上就可以互相区分开了。

所谓放大，是指对调制信号和已调波信号的电压和功率进行放大、滤波等处理过程，以保证送入信道有足够大的已调波信号功率。

4.信道

信道是连接发、收两端的信号通道，又称传输媒介。通信系统中应用的信道可分为两大类：有线信道（如架空明线、电缆、波导、光纤等）和无线信道（如海水、地球表面、自由空间等）。不同信道有不同的传输特性，相同媒介对不同频率信号的传输特性也是不同的。例如，在自由空间中，电磁能量是以电磁波的形式传播的。然而，不同频率的电磁波却有着不同的传播方式。1.5MHz以下的电磁波主要沿地表传播，称为地波。由于大地不是理想的导体，当电磁波沿其传播时，有一部分能量被损耗掉，频率越高，趋肤效应越严重，损耗越大，因此频率较高的电磁波不宜沿地表传播。1.5～30MHz的电磁波，主要靠天空中电离层的折射和反射传播，称为天波。电离层是由于太阳和星际空间的辐射引起大气上层电离而形成的。电磁波到达电离层后，一部分能量被吸收，一部分能量被反射和折射到地面。频率越高，被吸收的能量越少，电磁波穿入电离层也越深。当频率超过一定值后，电磁波就会穿透电离层而不再返回地面。因此频率更高的电磁波不宜用天波传播。30MHz以上的电磁波主要沿空间直线传播，称为空间波。由于地球表面的弯曲，空间波的传播距离受限于视距范围，架高发射天线可以增大其传输距离。

5.接收设备

接收设备的任务是将信道传送过来的已调波信号进行处理，以恢复出与发送端相一致的基带信号。这种从已调波中恢复基带信号的处理过程，称为解调。显然解调是调制的逆过程。由于信道的衰减特性，经远距离传输到达接收端的信号电平通常很微弱（微伏数量级），需要放大后才能解调。同时，在信道中还会存在许多干扰信号，因而接收设备还必须具有从众多干扰信号中选择有用信号，并抑制干扰的能力。

6.输出换能器

输出换能器的作用是将接收设备输出的基带信号变换成原来形式的消息，如声音、景物等，供收信者使用。