1.4 通信系统基本知识

1.4.1 知识要点

1.了解通信系统的基本组成

通信系统的基本组成如图1-11所示，按功能划分，任何一个通信系统都是由信源、发送设备、信道、接收设备、信宿组成。噪声源是信道中的噪声及整个通信系统一切噪声的集中表现。

图1-11 通信系统的基本组成框图

2.熟悉数字通信系统框图及各部分的基本功能

数字通信是利用数字信号作载体进行信息传递的通信。数字通信系统的基本任务是把信源产生的信息变换成一定格式的数字信号，通过信道传输，在终端再变换成适宜信宿接收的信息形式。一个基本的数字通信系统由：信源、信宿、编码器、调制器、解调器、解码器和同步系统七部分组成，如图1-12所示。

图1-12 数字通信系统的组成框图

3.熟悉数字通信系统的主要性能指标

（1）码元速率与信息速率：数字通信系统的传输速率是衡量数字信道传输能力的主要指标，它可用码元速率R_B（简称码率，或称波特率、符号率）和信息速率R_b（或称比特率）来描述。

码元速率与信息速率分别从不同的角度来说明信道传输的有效程度。码元速率表示调制过程中，单位时间调制信号波（即码元）的变换次数，它与进制无关。码元的单位是波特（Baud），一个码元所携带的信息量，由码元所取的离散值个数决定。

信息速率是指单位时间内信道上传输信息的数量，单位是比特/秒（bit/s）。对于二进制码元来说，每个码元的信息量为一比特（bit）。比特是数据通信系统中信息的最小单位。当数据信息为M进制时，信息速率与码元速率的关系是：R_b＝R_Blog₂M，当M=2时，R_b＝R_B；当M=2⁸=256时R_b＝R_Blog₂M=8R_B，则信息速率是码元速率的8倍。

（2）误码率与误信率：误码率又称误比特率（BER），是指数字码流经系统传输后发生错误的码元数与信源发出的总码元数之比。

P_e=传错码元数/传输的总码元数

误信率又称误比特率（BER），它定义为发生误码的比特数与传输的总比特数之比，有时也称比特差错率，实质上它是指通过网络传输，在接收终端的错误比特和发送的比特总数之比。

P_b=传错比特数/传输的总比特数

4.掌握光纤传输的基本特性

光纤是一种特制的玻璃丝，材料为高纯度的石英。它是光通信中最常用的传输介质，其外径为125µm，结构分纤芯与包层两部分。

光纤的传输特性主要有两个，即衰减特性与色散特性。

（1）衰减特性。光纤的衰减是光纤最重要的特性之一。它表示光在光纤中传输一定距离后其能量损耗的程度，用单位长度的光纤对信号损失的分贝数来表示，常以dB/km为单位。通常在波长为1.31μm和1.55μm波长附近具有较低的衰减值，1.31μm波长处衰减值为0.35dB/km，1.55μm波长处衰减值只有0.19dB/km。

（2）色散是光纤的另一个重要特性。所谓色散，是指输入信号中包含的不同频率或不同模式的光在光纤中传播的速度不同，不同时到达输出端，使输出波形展宽变形，形成失真的现象。

5.了解基带传输与载波传输

数字信号的传输方式通常可分为基带传输和载波传输两类。所谓基带传输就是把数字信号通过码型变换变为适于传输的码型，并经过发送低通滤波器滤除部分高频分量，经过光纤、电缆、双绞线或微波等进行传输。而载波传输则是用原始数字信号改变载波的某一参数，如载波的幅度、频率或相位，实现频谱的搬移，这个过程称为调制。然后将携带数字信号的载波送入有线、卫星或地面无线（包括微波）信道去传输，这就是数字信号的载波传输。

6.熟悉数字载波光缆传输系统的组成框图及各部分的作用

数字载波光缆传输系统的一般视、音频编码器，复用器，信道编码器和调制发射部分，接收解调、解码部分等组成。如图1-13所示。

信号源输出的模拟信号均需经过数字化处理和数字压缩编码，输出恒定码率的视、音频数据，即使是数字信号源也要进行格式转换。这些数据在数字载波传输系统称为码流，主要包括基本码流（ES）、打包基本码流（PES）、节目码流（PS）与传输码流（TS）。

复用器的任务是将多路信号复用成单路TS。其中有视频数字信号、音频数字信号，另外特别重要的是需加入控制管理数据。每个节目数据包的包头内必须有包识别符（PID），否则无法识别和提取。在多路信号复用时须加入业务信息（数据），数据也以数据包的形式进行复用。业务信息提供了各节目的编号、位置、信号的属性和参数，否则无法从许多信号中提取用户所需的节目信号。

图1-13 数字载波光缆传输系统的组成框图

信道编码的实质是提高信息传输的可靠性，或者说增加整个系统的抗干扰能力。信道编码又称差错控制编码或称纠错编码，在数字电视中一般采用RS码和卷积码。

调制器的作用是把已经处理的信息变成传输网络所需的信号格式，因而调制器是数字载波光缆传输系统的重要组成部分。在有线电视网一般采用64QAM调制器。

解调制、解码器、解复用器的工作过程是调制器、编码器、复用器的逆过程。

7.熟悉数据通信及数据传输方式

数据通信是在计算机或其他数据终端之间发生的存储、处理、传输和交换数字化编码信息的通信技术。

数据传输方式一般分为以下几种：单工、全双工与半双工；并行传输与串行传输；同步传输与异步传输。

8.掌握数据复用方式

数据复用主要是指通过复用技术将多路数据复用到一条数据信道上，或者将多种不同类型的数据复用到一条传输通道内，实现多种业务在一条传输通道内的实时传输。

数据复用一般分为多路复用与多址方式。多路复用与多址方式两者的相同点是利用一条信道同时传输多个信号；两者的不同点是多路复用是一个物理信道的复用，而多址通信是单个射频信道的复用。

多路复用和多址方式都应包括三个工作过程：多个信号的复合，复合信号在信道上的传输以及信号的分离或分割。其中最关键的是如何实现信号的分割，在接收端从复合信号中取出所需要的信号。

多路复用主要有频分复用、波分复用、同步时分复用、异步时分复用和码分多址。

1.4.2 选择题

1.码元速率的单位是（ ）。

A.波特 B.比特 C.比特/秒

2.光在光纤中的传播方式是（ ）。

A.直线 B.散射 C.折射 D.全反射

3.在光纤中，光信号在（ ）中传输。

A.包层 B.内外层间 C.纤芯 D.纤芯与包层间

4.光纤由内外两层光导材料构成，内层折射率（ ）外层折射率。

A.大于 B.小于 C.等于 D.无关系

5.单模光纤与多模光纤相比，由于（ ），适用于大容量远距离传输。

A.损耗小 B.没有模式色散

C.色散小 D.只允许单一波长光束传输

6.激光光线之所以能在光纤中传输，这是由于光纤中光的入射角大于（ ），形成全反射，从而光只能在光纤中行走。

A.反射角 B.临界角

C.轴线夹角 D.折射角

7.单模光纤传输1.31µm波长光时，适用于传输距离在（ ）的干线。

A.35km以内 B.135km以内

C.35km以上 D.85km以内

8.光纤每公里的损耗以（ ）为最小。

A.多模0.85µm波长 B.多模1.30µm波长

C.单模1.31µm波长 D.单模1.55µm波长

9.有线数字电视网络传输的码流是（ ）。

A.基本码流 B.打包基本码流 C.节目码流 D.传输码流

1.4.3 判断题

（正确画√，错误画×）

1.1.31µm波长单模光纤适用远距离传输。 （ ）

2.1.55µm波长单模光纤的传输距离在35km以内。 （ ）

3.噪声源是信道中的噪声及整个通信系统一切噪声的集中表现。 （ ）

4.误码率反映了一个传输系统在信号传输的过程中出现错误比特的概率。 （ ）

5.信道编码的实质是用尽可能少的数码来有效地表示图像或声音信号，从而降低码率，压缩频带。 （ ）

6.有线数字电视网络传输采用载波传输。 （ ）

1.4.4 填空题

1.光纤是由____制成，主要有____和____两种。

2.光纤的传输特性主要有____与____。

3.光纤的损耗包括____吸收损耗和____散射损耗。

4.光纤的色散包括____、____和____。

5.1.31μm波长处衰减值为____，1.55μm波长处衰减值为____。

6.数字信号的传输方式通常可分为____和____两类。

7.数据复用一般分为____与____。

1.4.5 简答题

1.数字通信系统的主要性能指标有哪些？

2.光纤通信有哪些优点？

3.什么是时分复用？