2.2 数字通信系统的组成及各组成部分的基本功能
2.2.1 数字通信系统的一般组成
数字通信系统的一般组成如图2.2所示。它由信源（信宿）和信源编（译）码器、基带系统（编码传输与交换）、射频信道编码和信道（含传输设备和传输媒质）三大部分组成。信源和信源编码与信道和信道编码关系十分密切，所以常常将它们合并在一起讨论。基带系统和射频传输信道总称为传输信道。
在理想的恒参信道传输条件下，数字通信系统的干扰为传输设备系统内部的热噪声干扰。
在通常情况下，一个实际的无线电视距（类似恒参）传输信道中，数字通信系统的干扰主要有外界干扰和设备系统内部热噪声干扰两个部分。
图2.2 数字通信系统的一般组成
2.2.2 各组成部分的基本功能和要求
1.信源编码和信宿译码要求
信源是消息或信息信号的生成和采集地点。信宿是消息或信息信号的归宿地点。信源编码和信宿译码的基本功能是：在发信端信源编码对消息信号进行数字化编码处理，在信宿端译码器对数字化编码信号进行译码处理，并恢复出原发端消息信号。所以信源编码和信宿译码互相对应，并存在于对整个消息信号与数字化信息处理的相互转换（消息↔数字化信息）的功能要求中。信源编码和信宿译码所遵循的准则是：使用最少数量的数字化信息比特和最少的信源消息信号的信息损失或消息信号失真来表述信源消息信号与数字化编码信息信号之间的相互转换关系。换一种说法，在对信源消息信号进行数字化编码（译码）处理中，必须遵循的原则是：在发信端信源的数字化编码信息信号所使用的信号比特数目最少；在信宿端译码输出的信源消息信号，相对原始的信源消息信号来说，它的信息损失最少或消息信号失真最小。
在二元编码条件下，信源消息的原始数字信息用“0”和“1”两种状态来表示。最简单的两种电信号是有电（+E）和无电（0）。通常选用有电（+E）来表示原始的信源数字信息状态“0”，而用无电（0）来表示原始的信源数字信息状态“1”。
2.基带传输系统
基带系统的基本功能是对数字化信息信号进行基带传输的编码与译码处理、信息信号的合路（复接）或分路（分接）、交换和转接控制等。基带传输系统通常采用二进制码元信号作为信息的载体进行传输、复接（分接）和交换转接。常用的基带二进制传输编码码元信号形式有多种，如单极性全占空与半占空、双极性全占空与半占空、平衡对称码、差分码、HDB-3码等。
最简单的二进制全占空与半占空基带传输编码的码元信号波形如图2.3所示。图中S（t）为二进制数字编码信号的波形，S（T）为二进制数字编码信号的时钟信号波形。其中，二进制全占空基带编码信号是存在直流分量的信号波形，这种信号形式不适合远距离传输，只适合近距离接口连接。二进制半占空基带传输编码信号波形不存在直流分量，有利于进行较远距离的传输链接。
图2.3 最简单的二进制数字信号基带传输编码信号常用波形
需要了解更多的二进制基带传输编码信号特性与信号波形的读者，请参阅有关的数字通信原理书籍。
由二进制基带传输编码信号常用波形图形可见：原始的信源消息信号的二进制数字编码信息符号由信号序列S（t）和时钟序列S（T）共同组成，两者缺一不可。在数字通信中，没有时钟的数字信号序列的波形是没有任何意义的。数字通信的时钟序列是一个周期的时间序列信号，所携带的信息也十分简单，但是若没有它作为数字信息序列的时间刻度，数字信息序列所带的信息就无法正确读解，致使数字信息序列所带的信息完全失效。所以在数字通信中，将数字通信的时钟序列比做数字通信的心脏是毫不夸张的。
对信道传输编码信号来说，相同的信源信息码元可以用不同的传输信号码元信号来表示。但是信道传输编码信号的时钟序列与信源的时钟序列是相同的。时钟序列信息（拍节）必须伴随传输信号序列，同时存在于数字通信传输的全部过程中，否则传输信号码元信号所携带的信息也将变得毫无意义。因此任何数字通信的传输系统，在信号的接收端，必须先想办法首先取得发送端的准确数字同步信号信息，然后才能进行数字信号的信息的解调或解读。取得发送端的准确数字同步信号信息的方法有如下两种：
（1）在发送端发送信号序列的同时，发送同步序列信号。
（2）从接收到的发送端发送的信号序列中，先恢复出数字同步时钟序列。
在现代数字通信传输系统中，通常采用第二种方法。信道接收设备先从接收到的发送端发送的信号序列中恢复出数字同步时钟序列，然后再对接收到的信息信号进行解调判决，恢复出发送端发送的信号序。在采用从接收到的发送端发送的信号序列中恢复出数字同步时钟序列方法中，要求发送端在进行编码处理时，要发送的编码信号中，含有的基波信号（时钟信息）频谱分量较为丰富，并将这个要求作为设计和选取信道编码信号形式的要素之一。
对二进制基带传输编码信号波形的选择原则可归结为如下几点。
（1）编码信号序列是否含有直流分量。全占空单极性码是含有直流分量的信码，通常它只能用于设备内部部件之间连接或设备之间的近距离连接传输使用。远距离基带传输应采用不带直流分量的双极性编码类型的信号形式。
（2）编码信号时域波形的面积应尽量大，携带能量多，有利于提高接收信号的检测性能。
（3）编码信号在频域中的主要频谱分布较集中，这部分频谱分布能量较高，其他高频信号频谱能量较低。这种传输信号的占用带宽较窄，有利于提高接收端的检测信噪比，降低传输系统的差错概率。
（4）编码信号序列中所含有的时钟信号频谱能量较丰富，有利于远端接收机从接收到的信号序列中恢复出所需要的发端同步时钟信号序列，提高接收机的解调检测性能。
（5）两个二元传输编码信号之间的相关系数越小越好。通常要求两者之间的相关系数为“-1”或“0”。
上述各项要求中，有些要求是互相矛盾的。所以在实际工作中必须根据实际需要，进行综合考虑适当选取。
3.射频传输信道
射频传输信道包含传输媒质信道、发信机与接收机传输设备。在一般通信系统讨论中，将信道编码调制和信道解调译码器视为发信机信道和接收机信道的一个组成部分。在射频发信机信道和接收机信道设备讨论中，往往将信道编码和信道译码与信道调制和信道接收解调器合称为信道调制解调终端设备。信道调制解调终端设备的功能是针对射频传输信道特性，对输入的基带信号进行编码（和译码处理）。射频传输信道发信端编码调制和收信端解调译码所遵循的准则是：以最小的发信功率代价取得最小的比特误差传输概率。有关射频传输信道设备的具体结构组成，在2.3节中将进一步进行介绍。
2.2.3 无线通信传输系统的干扰噪声简介
无线通信传输系统的干扰噪声由外界大气干扰和设备内部热噪声干扰两大部分组成。主要的外界大气干扰噪声种类及相对接收机内部热噪声功谱（KTBr）电平的分布特性如图2.4所示。除上述设备内部的热噪声干扰外，由于通信传输设备自身不理想还会产生其他一些干扰噪声，如非线性失真、交流声干扰噪声等。
外界干扰是由外部自然环境产生的一种电磁干扰现象。它是不以人的意志为转移的一种自然干扰噪声。在内部干扰噪声中，热噪声干扰是由电子热运动产生一种干扰现象。它是普遍存在于电子设备内部的一种干扰现象。热噪声干扰电平的大小仅与设备所处的工作环境温度（绝对温度）有关。非线性失真、交流声等内部干扰噪声则可以通过设备设计加以适当控制。
图2.4 通信系统的外界干扰噪声
可以说，整个通信传输史就是在与干扰噪声的斗争中度过的。设备设计者的任务就是要在通信设备造价和信号传输质量性能之间进行综合平衡选择。
在一般移动通信系统中，中继覆盖系统被视为移动通信空间媒质信道的一个重要组成部分，位于传输信道的发送设备和接收设备之间。下面将分别介绍空间射频传输信道的终端收/发设备及空间传输信道的基本特性。为后面将要讨论的中继覆盖系统设备设计和工程设计提供所需的基本预备知识。