1.2 通信系统模型
1.2.1 通信系统一般模型
通信是从一地向另一地传递和交换信息。实现信息传递所需的一切设备和传输媒质的总和称为通信系统。基于点对点通信系统的模型可用图1-3来描述。
图1-3 通信系统一般模型
1.信息源
信息源（简称信源）是消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号（称为基带信号）。根据消息的各类不同，信源可分为模拟信源和数字信源。模拟信源输出连续的模拟信号，如电话机、电视摄像机等属于模拟信源；数字信源输出离散的数字信号，如电传机、计算机等各种数字终端属于数字信号。
2.发送设备
发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。根据不同的信道特性，发送设备可能包含很多模块，如模数变换、加密、信道编码、调制、多路复用等。
3.信道
信道是信号传输的通道，指传输信号的物理媒质。在无线信道中，信道可以是大气（自由空间）；在有线信道中，信道可以是明线、电缆或光纤。信号在传输的过程中会受到信道中干扰和噪声的影响。
4.噪声源
噪声源不是人为加入的，而是信道中的噪声及分布在通信系统其他各处噪声的集中表示。噪声是有害的，通常也是随机的，噪声的存在会影响正常信号的传输，降低通信质量。
5.接收设备
接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换（如解调、译码等），其作用是从受到干扰和噪声影响的接收信号中正确恢复出原始电信号。
6.信宿
信宿是传输信息的归宿，其作用是将接收设备恢复出的原始电信号转换成相应的消息。
图1-3概括地反映了通信系统的共性，因此称之为通信系统的一般模型。根据研究对象以及所关注问题不同，会使用不同形式的更为具体的通信系统模型。通信原理后续各章的讨论都是围绕通信系统的模型展开的。通信原理的研究对象就是通信系统模型。
通常，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。
1.2.2 模拟通信系统模型
模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统，其模型如图1-4所示，图中的调制器和解调器就代表图1-3中的发送设备和接收设备。系统中需要两种重要变换。第一种变换是在发送端把连续消息变换成原始电信号，在接收端进行相反的变换。这里所说的原始电信号通常称为基带信号，基带信号的含义是频谱集中在零频附近的信号，如语音信号的频率范围为300～3400Hz，图像信号的频率范围为0～6MHz。有些信道可以直接传输基带信号，而以自由空间作为信道的无线信道却无法直接传输这些信号。因此常常需要有第二种变换，即将原始电信号变换成适合在信道中传输的信号，并在接收端进行反变换。这种变换和反变换通常称为调制和解调，相应的模块称为调制器和解调器。经过调制后的信号称为已调信号，有三个基本特征：一是携带有信息；二是适合在信道中传输；三是信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而又称频带信号。
需要指出，消息从发送端到接收端的传递过程中，不仅仅只有上述两种变换，实际通信系统中可能还有滤波、放大、天线辐射、控制等过程。本书只着重研究上述两种变换与反变换，其余过程被认为都是足够理想的，而不予讨论。
图1-4 模拟通信系统模型
1.2.3 数字通信系统模型
点对点数字通信系统一般模型如图1-5所示。
图1-5 数字通信系统模型
1.信源
信源一般指由电传机、计算机等送来的数字基带信号，也可以是模拟的。
2.信源编码与译码
信源编码（Source Coding）有两个基本功能：一是提高信息传输的有效性，即通过某种压缩编码技术（如哈夫曼编码、声码器技术）设法降低信源的冗余度，减少码元数目。二是完成模/数转换，即当信源输出的是模拟信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字传输（详见第8章）。信源译码完成信源编码的逆过程，即数/模转换和解压缩。
3.加密与解密
在需要实现保密通信的场合，为了实现信息的安全传输，人为地将被传输的数字序列扰乱，即加密（Encryption），如可以把数字信号和一个周期很长的m序列模2加，即完成了加密；接收端需产生同样的m序列与收到的加密信号进行模2加，即恢复了原来发送的数字信号，也就是解密。
4.信道编码与译码
信道编码（Channel Coding）和信道译码（Channel Decoding）的作用是进行差错控制，也称为差错控制编（译）码或纠错编（译）码。数字信号在传输过程中，由于信道噪声或干扰等影响而发生的差错原则上是可以通过差错控制编（译）码来控制的。信源编码器将信源编码器输出的数字基带信号按照一定的规律加入冗余码元，在接收端信道译码器将依据同一规律发现或纠正传输中的错误，提高通信系统的可靠性（详见第9章）。
5.数字调制与解调
数字调制是将数字基带信号的信息携带至某一载波的参数上，频域表现为基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合信道传输的频带信号。基本的数字调制方式有ASK（幅移键控）、FSK（频移键控）、PSK（相移键控）等。在接收端将收到的频带信号还原为数字基带信号的过程则称为解调（详见第6章和第7章）。
若信道是低通型的，则不需要数字调制与解调，代替它们的是码型及波形变换，此时的数字通信系统称为数字基带传输系统，上述对应带通型信道的称为数字频带传输系统。
6.同步
同步（Synchronization）是使收发两端的信号在时间上保持步调一致，是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的前提条件。为实现数字信息的正确传输，同步系统是数字通信系统中必不可少的组成部分。图1-5中同步子系统没有画出，因为它的位置往往是不固定的。同步的原理、实现方法等将在第10章讨论。
1.2.4 数字通信的特点
目前，无论是模拟通信还是数字通信，在不同的通信业务中都得到了广泛的应用。但是，数字通信的发展速度已明显超过模拟通信，成为当代通信技术的主流。与模拟通信相比，数字通信更能适应现代社会对通信技术越来越高的要求，其具有以下优点。
（1）抗干扰能力强。数字通信系统传输的是离散取值的数字波形，接收端不是以精确还原被传输的波形为目的，而是从受到噪声干扰的信号中判断出发送的是哪一个波形为目的。以二进制信号为例，可以代表的波形只有两个，波形在传输过程中必然会发生波形畸变，接收端对其进行抽样判决，以辨别是两个状态中的哪一个，即可判断出发送的是哪个波形。只要噪声的大小不足以影响判决的正确性，就能正确接收。数字通信在远距离传输时，如微波中继通信，各中继站可利用数字通信特有的判决再生接收方式，对数字信号波形进行整形再生而消除噪声积累。而模拟通信系统中传输的是连续变化的模拟信号，它要求接收机能够高度保真地重现信号波形，如果模拟信号叠加上噪声后，即使噪声很小，也很难消除它。
（2）传输差错可控。数字通信中可以采用信道编码技术使误码率降低，提高传输的可靠性。
（3）易于与各种数字终端接口，用现代计算机技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网。
（4）易于集成化，从而使通信设备微型化。
（5）易于加密处理，且保密强度高。
一般来说，数字通信的许多优点都是用比模拟通信占用更宽的系统频带而换得的。以电话为例，一路模拟电话通常只占用4kHz带宽，而一路传输质量相同的数字电话则可能占用20～60kHz的带宽。在系统频带紧张的场合，数字通信的这一缺点显得很突出，但是在系统频带富裕的场合，比如毫米波通信、光通信等场合，数字通信几乎成了唯一的选择。另外，由于数字通信对同步要求高，因而系统设备复杂。但是，随着微电子技术、计算机技术、数据压缩技术的发展以及宽带信道（卫星、毫米波、光纤）的广泛应用，数字通信的应用会越来越广泛。