1.2 数字通信系统组成

1.2.1 通信系统的一般模型

在案例导入1中介绍的案例VoIP网络电话系统是计算机、网络和通信结合的产物，是现代数据通信网的业务网之一。它的基本任务就是完成信号从一地到另一地的传递，这也是通信的任务，完成信息传送的一系列技术设备及传输媒质构成的总体就是通信系统。由图1-1所示的VoIP网络电话系统的基本构成可以看出，一个基于点与点之间的通信系统通常由发送端、传输媒介、接收端三大部分构成，点对点通信系统的一般模型如图1-3所示。

发送端包括信源和发送设备，接收端包括信宿和接收设备，传输媒介即信道。在VoIP网络电话系统中，终端设备部分既是发送设备，也是接收设备；IP电话网关、PSTN/ISDN/PBX网络及IP网络中设备也属于发送和接收设备范畴。PSTN/ISDN/PBX网络及IP网络中的光缆、电缆等传输媒介是用来传送语音信息的信道。

通信系统一般模型由以下几个主要部分组成。

（1）信源（Source）：原始电信号的来源。它的作用是把原始消息转换成原始电信号，即完成非电量到电量的变换，这样的电信号通常称为基带信号。例如，话筒、摄像机等属于模拟信源，送出的是模拟信号；电传机、计算机等各种数字终端设备是数字信源，输出的是数字信号。

（2）发送设备（Transmitter）：许多电路和系统的总称。发送设备的主要功能有两个：放大和变换。要把信号传往远处，就必须把它放大到具有足够的功率，再发送出去。另外，发送设备将信源和信道匹配，把原始电信号变换（包括编码、调制等）成适合在信道中传输的信号。

（3）信道（Channel）：用于在发送设备和接收设备之间传输信号的媒质。根据传输媒质的不同，信道可分为有线信道和无线信道两大类。有线信道包括明线、同轴电缆、光纤等；无线信道可以是大气（自由空间）、真空及海水（包括地波传播、短波电离层反射）等。有线信道和无线信道均有多种物理媒质，媒质的固有特性和引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。因此，在通信系统模型中，信道是噪声（干扰）集中加入之处。

（4）噪声源（Noise）：不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及信道中噪声与干扰的集中表示。

（5）接收设备（Receiver）：其任务是对带有干扰的接收信号进行必要的处理和变换，从中正确恢复出相应的原始信号，即进行与发送设备相对应的反变换，如解调、解码等。

（6）信宿（Destination）：信息传输的归宿点或通信系统的终点，可以是人或者机器。其作用与信源的作用相反，即完成电量到非电量的变换，将恢复出来的原始电信号转换成相应的消息。典型的例子有：扬声器、显像管、计算机等。

1.2.2 数字通信系统模型

通信系统按传输信号类型可分为模拟通信系统和数字通信系统。利用模拟信号来传递信息的系统称为模拟通信系统；利用数字信号来传递信息的系统称为数字通信系统。在如图1-3所示的点对点通信系统的一般模型中，如果将发送端和接收端功能进一步分解，选择相应功能设备则可构成不同的通信系统。

数字通信系统模型如图1-4所示。

信源产生的信号绝大多数都是模拟信号。信源编码的功能有两个：一是将模拟信号转换成相应的数字信号，即模/数转换，以进入数字通信系统传输，常用的模/数转换方法有脉冲编码调制（PCM）技术、增量调制（ΔM）技术及自适应差值脉冲编码调制（ADPCM）技术等；二是通过数据压缩设法降低数字信号的数码率，从而提高消息传输的有效性。在某些系统中，信源编码还包含加密功能，即在压缩后进行保密编码，以提高数字信息传输的安全性。

信道编码的功能有两个：一是对传输的信息码元按一定的规则加入监督码元，组成所谓的“抗干扰编码”，提高数字通信系统的抗干扰能力，实现可靠通信；二是为了使信源编码后的数字信号更适合于在信道上传输，进行码型变换。

经过信源编码和信道编码后的数字信号仍然是基带信号，只适于在有线信道中直接传输，在无线信道中不能直接传输。基带信号必须经过调制，调制是将数字基带信号转换成适于信道传输的数字频带信号。将基带信号的频谱搬移到适于无线信道传输的频谱上，才能在无线信道中传输。

接收端的解调、信道解码、信源解码等设备的功能与发送端对应设备的功能正好相反，是一一对应的反变换关系。

噪声分为系统内部噪声与系统外部噪声两大类。噪声对通信是有害的，因为它对通信系统中的信号传输与处理起扰乱作用。因此，必须通过改善传输媒质性能和信道编码等措施来加以克服。

同步是使收发两端的信号在时间上保持步调一致，它是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的前提条件。按照同步的作用不同，分为载波同步、位同步、群同步和网同步。

在数字通信系统中还经常运用数字复接技术，数字复接是依据时分复用基本原理把若干个低速数字信号合并成一个高速的数字信号，以增大传输容量和提高传输效率。

对于具体的数字通信系统而言，其方框图并非要和图1-4完全一样。例如，若信源发出的是数字信号，则信源编码和信源解码环节就可省掉；若通信距离不太远，且通信容量不太大时，信道一般可采用基带传输方式，这样就不需要调制和解调环节了。