通信系统的组成模型
通信系统模型的概念
通信系统模型的概念通信是人类社会发展中不可或缺的一部分。
随着科技的不断进步，通信系统的模型也在不断演变和完善。
本文将探讨通信系统模型的概念和发展，从物理层到应用层，深入了解其中的关键要素和挑战。
一、通信系统的基本概念通信系统是指将信息传递从一个地点转移到另一个地点的过程。
它通常由源端、信道和目的端组成。
源端即信息的产生者，信道指传输信息的媒介，而目的端则是信息的接收者。
通信系统的目标是确保信息能够准确、快速地传递，同时保护信息的机密性和完整性。
二、通信系统模型的层次结构为了更好地理解和管理通信系统，人们引入了分层模型的概念。
最经典的通信系统分层模型是OSI（开放系统互连）模型，它将通信系统划分为七个层次：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
1. 物理层物理层是通信系统模型中最底层的层次，它负责将数字或模拟信号转换为能被传输媒介传递的物理形式。
物理层主要处理的是电压、电流、光强等物理特性。
2. 数据链路层数据链路层是负责将数据分成数据块，并在物理层提供的传输介质上传输的层次。
它使用帧作为数据传输的基本单位，并为数据提供可靠的传输，实现错误检测和纠正。
3. 网络层网络层负责将数据从源端传输到目的端，通过不同的节点进行路由选择。
它实现了将数据分割成更小的包并选择合适的路径进行传输。
4. 传输层传输层负责处理端到端的通信。
它提供了一种可靠的数据传输机制，保证数据的有序性和完整性。
最常见的传输协议是TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。
5. 会话层会话层负责建立、管理和终止通信会话。
它提供了一种可靠的连接机制，确保通信的连续性和完整性。
6. 表示层表示层负责数据的格式化和解析。
它将数据从应用程序的格式转换为网络可识别的格式，并处理数据的加密和解密。
7. 应用层应用层是通信系统模型中最高层的层次，它负责为用户提供各种网络服务，如电子邮件、文件传输、远程登录等。
三、通信系统模型的挑战和发展趋势随着通信技术的飞速发展，通信系统模型面临了诸多挑战和需求。
通信系统的简化模型
通信系统的简化模型通信系统的简化模型一、引言通信系统是指用于传输信息的设备和网络。
它由多个组成部分构成，包括发送器、接收器、信道和协议等。
通信系统的设计和优化是一个复杂的过程，需要考虑诸多因素。
为了更好地理解通信系统的工作原理，我们可以采用简化模型来描述其基本结构和功能。
二、通信系统的基本结构通信系统可以分为两个主要部分：发送端和接收端。
发送端负责将信息转换为适合传输的形式，并通过信道将其传输到接收端。
接收端则负责将传输过来的信息还原为原始形式，并进行相应处理。
1. 发送端发送端由三个主要组成部分构成：源、编码器和调制器。
（1）源源是指产生信息的设备或人类活动。
例如，语音、图像、文字等都可以作为信息源。
在通信系统中，这些不同类型的信息需要经过不同的处理方式才能被传输。
（2）编码器编码器是将源产生的原始信息转换为适合传输的格式或编码方式。
常见的编码方式包括数字化、压缩和加密等。
（3）调制器调制器是将编码后的数字信号转换为适合传输的模拟信号。
调制器的主要功能是将数字信号转换为模拟信号，并通过信道传输到接收端。
2. 接收端接收端由三个主要组成部分构成：解调器、译码器和目的地。
（1）解调器解调器是将模拟信号转换为数字信号。
其主要功能是将接收到的模拟信号转换为数字信号，并传递给译码器进行进一步处理。
（2）译码器译码器是将数字信号转换为原始信息。
其主要功能是将接收到的数字信号还原为原始信息，并进行相应处理。
（3）目的地目的地是指最终接收到信息的设备或人类活动。
例如，显示屏、扬声器、打印机等都可以作为信息的目的地。
三、通信系统中的信道通信系统中，信息需要通过一定类型的信道进行传输。
根据不同类型的传输媒介，可以将通信系统中使用的信道分为有线和无线两种类型。
1. 有线信道有线信道指通过电缆或光缆等物理媒介进行传输。
常见的有线通讯方式包括电话、电报、以太网等。
2. 无线信道无线通讯方式则使用了无线电波作为传输媒介。
通信系统的组成
第一章概论通信系统的组成可以把通信系统概括为一个统一的模型。
这一模型包括有：信源、变换器、信道、噪声源、反变换器和信宿六个部分。
通信网的基本概念通信网是由一定数量的节点（包括终端设备和交换设备）和连接节点的传输链路相互有机地组合在一起，以实现两个或多个规定点间信息传输的通信体系。
也就是说，通信网是由相互依存、相互制约的许多要素组成的有机整体，用以完成规定的功能。
通信网的构成要素通信网在硬件设备方面的构成要素是终端设备、传输链路和交换设备。
为了使全网协调合理地工作，还要有各种规定，如信令方案、各种协议、网路结构、路由方案、编号方案、资费制度与质量标准等，这些均属于软件。
终端设备：是用户与通信网之间的接口设备。
传输链路：是信息的传输通道，是连接网路节点的媒介。
交换设备：是构成通信网的核心要素，它的基本功能是完成接入交换节点链路的汇集、转接接续和分配。
通信网的基本结构通信网的基本结构主要有网形、星形、复合形、总线形、环形、树形和线形通信网的质量要求对通信网一般提出三个要求：●接通的任意性与快速性；●信号传输的透明性与传输质量的一致性；●网路的可靠性与经济合理性。
对电话通信网是从以下三个方面提出的要求接续质量：电话通信网的接续质量是指用户通话被接续的速度和难易程度，通常用接续损失（呼损）和接续时延来度量。
传输质量：用户接收到的话音信号的清楚逼真程度，可以用响度、清晰度和逼真度来衡量。
稳定质量：通信网的可靠性，其指标主要有：失效率（设备或系统投入工作后，单位时间发生故障的概率）、平均故障间隔时间、平均修复时间（发生故障时进行修复的平均时长）等等。
现代通信网的构成一个完整的现代通信网，除了有传递各种用户信息的业务网之外，还需要有若干支撑网，以使网络更好地运行。
业务网业务网也就是用户信息网，它是现代通信网的主体，是向用户提供诸如电话、电报、传真、数据、图像等各种电信业务的网络。
业务网按其功能又可分为用户接入网、交换网和传输网三个部分。
通信的定义通信系统的组成通信系统分类及通信方
2024/2/11
3
二、模拟通信系统
信源
调制器
发送端
信道 噪声源
解调器
信宿
接收端
图模1-拟2 通模拟信通系信统系的统模模型型
模拟通信系统中两种重要变换： （1）连续消息到电信号相互变换； （2）基带信号到调制信号的变换；
2024/2/11
4
已调信号有三个基本特性： （1）携带有消息； （2）适合在信道中传输; （3）频谱有带通形式，中心频率远离零频。
基带
信
信号
源
形成
器
信道
接收 滤波
器
抽 样 判 决
信 宿
噪声源
cp
图1-4 数字基带传输系统模型
数字基带传输系统模型
基带信号形成器：包括编码器、加密器以及波形 变换等；
接收滤波器： 包括译码器、解密器等。
2024/2/11
7
3. 模拟信号数字化传输通信系统
模拟 信息源
由抽样、量化、 编码组成的模数 转换器
发
接
发
接
送
收
送
收
设
设
设
设
备
备
备
备
(a)串序传输
(b)并序传输
图1-7 串序和并序传输方式
2024/2/11
12
3. 按通信网络形式分 通信的网络形式通常可分为三种：两点间直通方
式、分支方式和交换方式，
终端A (a)
转接站
终端B
终端 A
终端 B
终端 C
...
终端 N
(b)
终端A 终端B 终端C
交换设备
osi七层模型的分层结构
osi七层模型的分层结构OSI（开放系统互联）七层模型是国际标准化组织（ISO）制定的网络协议体系结构，用于规范计算机网络的设计和实现。
该模型将网络通信分为七个不同的层次，每一层都有其特定的功能和责任。
以下是对OSI七层模型的分层结构的详细说明：1. 物理层（Physical Layer）：物理层是整个网络通信的起点，它是处理网络硬件和传输介质的层次。
在物理层中，传输的是比特流（0和1）的电子信号，主要用于传输数据。
在物理层中，主要的设备包括网线、光纤、集线器等。
这一层主要关注的是信号的传输速率和物理连接的形式，并不关心数据包的内部结构。
2. 数据链路层（Data Link Layer）：数据链路层提供了通过物理连接进行数据传输的功能。
它负责将比特流转换为数据帧，并在传输过程中进行差错检测和纠正。
数据链路层主要分为两个子层：逻辑链路控制（LLC）子层和介质访问控制（MAC）子层。
逻辑链路控制子层负责建立和维护链路的逻辑连接，而介质访问控制子层负责调度数据帧的传输，以及解决多个设备同时访问网络的冲突问题。
3. 网络层（Network Layer）：网络层负责将数据包从源主机传输到目标主机。
它通过路由选择算法来确定数据包的传输路径，并对数据包进行分组和寻址。
网络层中最重要的协议是Internet协议（IP），它是整个互联网通信的基础。
网络层还提供了一些其他的功能，如流量控制、拥塞控制、分片和重组等。
4. 传输层（Transport Layer）：传输层主要负责端到端的数据传输和可靠性保证。
它处理端口号、会话管理、流量控制以及错误恢复等功能。
在传输层中，最常用的协议是传输控制协议（TCP）和用户数据报协议（UDP）。
TCP提供了可靠的数据传输服务，确保数据包的有序性、完整性和可靠性；而UDP提供了不可靠的数据传输服务，适用于实时性要求较高的应用。
5. 会话层（Session Layer）：会话层主要负责建立、管理和终止会话。
数字通信系统的一般模型
数字通信系统的一般模型
数字通信系统是指将模拟信号转换成数字信号，并通过媒介传输到接收端，再将数字信号转换回模拟信号的一种通信系统。
数字通信系统的一般模型包含以下几个部分：
1. 发送端：数字信号的产生器、编码器、调制器和发射机等组成的系统，主要负责将模拟信号转换成数字信号并进行相关处理和调制，然后通过天线或其他传输媒介发送出去。
2. 传输媒介：数字信号在传输媒介上进行传输，如光纤、电缆、无线电波等。
4. 噪声：传输过程中会受到各种干扰和噪声的影响，可能导致数字信号的失真和误码。
5. 控制反馈环路：控制系统可以通过反馈传递控制信号来实现数字通信系统的自适应和自校准。
6. 用户界面：数字通信系统还可以提供用户界面和人机交互功能，以方便用户进行控制和监测。
(信源)+编码器→(调制器)+发射机→(通信媒介)+接收机←(解调器)+(解码器)+(数字信号处理器)+(数模转换器)+(载波频率反馈器)
其中，信源指数字通信系统输入的模拟信号；编码器是将信源信号进行数字化编码的模块；调制器将数字信号转化成模拟信号的模块，如将数字信号调制成模拟信号的频率、相位或幅度；发射机是通过天线或其他传输媒介将模拟信号发送出去的模块；噪声是在传输过程中可能会受到的各种噪声和干扰；通信媒介是数字信号在传输过程中的传输媒介，如光纤、电缆和无线电波等；接收机是接收从传输媒介中接收到的信号，将其转换成数字信号的模块，具有解调、解码、数字信号处理和数模转换等功能；控制反馈环路能够实现数字通信系统的控制和校准；用户界面则是方便用户进行控制和监测的接口。
数字通信系统中各组成部分之间的通信和交互过程是复杂的，但是通常采取层次化结构，如协议层次结构，使得整个数字通信系统更加简洁、高效、可靠。
(完整版)通信常见问题及答案
一、通信系统组成(尤其是数字系统，各部分作用)数字通信系统的模型：1）信源编码与译码：信源编码有两个基本功能：一是提高信息传输的有效性，即通过某种数据压缩技术设法减少码元数目和降低码元速率。
码元速率决定传输所占的带宽，而传输带宽反映了通信的有效性。
二是完成模/数转换，即当信息源给出的是模拟信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。
信源译码是信源编码的逆过程。
2）信道编码与译码信道编码的目的是增强数字信号的抗干扰能力。
数字信号在信道传输时受到噪声等的影响后将会引起差错。
为了减小差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰编码”。
接收端的信道译码器按相应的逆规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性。
3）加密与解密在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的安全，人为地将被传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程叫加密。
在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原来信息。
4）数字调制与解调数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频出，形成在信道中传输的带通信号。
基本的数字调制有振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、绝对相移键控（PSK）、相对（差分）相移键控（DPSK）。
在接收端可以采用相干解调或非相干解调还原数字基带信号。
对高斯噪声下的信号检测，一般用相关器或匹配滤波器来实现。
5）同步同步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。
按照同步的功用不同，分为载波同步、位同步、群同步、和网同步。
二、通信的质量指标（有效性、可靠性两者的相互协调。
模拟、数字通信的有效可靠分别用什么来衡量）通信系统的性能指标涉及其有有效性、可靠性、适应性、经济性、标准性、可维护性等，通信的有效性和可靠性是主要的矛盾所在。
所谓有效性是指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），或者说是传输的“速度”问题，而可靠性则是指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。
通信原理期末总结6
数字系统
某信源符号集由A 某信源符号集由A、B、C、D、E，F组成， 组成， 设每个符号独立出现， 设每个符号独立出现，其出现概率分别为 1/2，1/4, 1/8，1/16，1/32，1/32。试求 1/2， 1/8，1/16，1/32，1/32。 每个符号的信息量分别为多少？ （1）每个符号的信息量分别为多少？ 该信息源符号的平均信息量。 （2）该信息源符号的平均信息量。 该信源的最大可能平均信息量， （3）该信源的最大可能平均信息量，条 件是什么？ 件是什么？ 信息量及平均信息量） （信息量及平均信息量） 四进制系统中每秒传输1000个四进制符号， 四进制系统中每秒传输1000个四进制符号， 个四进制符号 求此系统的码元速率和各符号独立等概时的信 息速率。（码元速率和信息速率的定义及关系） 。（码元速率和信息速率的定义及关系 息速率。（码元速率和信息速率的定义及关系）
计算1秒传送100个画面所需要的信道容量 计算1秒传送100个画面所需要的信道容量； 个画面所需要的信道容量； S/N=30dB，传送所需要的带宽是多少？ 若S/N=30dB，传送所需要的带宽是多少？
2.一幅图像在电话线上实现传真传输，大约 2.一幅图像在电话线上实现传真传输， 一幅图像在电话线上实现传真传输 2.25 ×105个像素，每个像素有12个亮度等 个像素，每个像素有12个亮度等 亮度等概率，电话电路具有3kHz的带 级，亮度等概率，电话电路具有3kHz的带 宽和30dB的信噪比 的信噪比， 宽和30dB的信噪比，试求在该电话线上传 输一张传真图片需要的最小时间。 输一张传真图片需要的最小时间。 分析： 分析：
sSSB (t )
cos ω ct
s SSB (t )
x
s p (t )
LPF
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 信息源给出的是模拟语音信号时，信 源编码器将其转换成数字信号，以实 现模拟信号的数字化传输。
2） 信道编码与译码
为了减少差错，信道编码器对传输的信 息码元按一定的规则加入保护成分（监 督元），组成所谓“抗干扰编码”。接 收端的信道译码器按一定规则进行解码， 从解码过程中发现错误或纠正错误，从 而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠 通信。
连续信号及其抽样
f (t )
O (a ) f (nT ) PAM 信号
t
O (b )
t
离散信号及其连续载波调制
f (nT )
1 O
0 0
1
1 0 1 (a )
1
1 0
0 1
t
数字信 息 PSK 波形
0
0
1
1
1
0
0
1
(b )
模拟通信系统模型
• 信源发出的是基带信号，具有频率很低的频谱 分量， 一般不宜直接传输。把基带信号变换成
返回
1.2 通信系统的组成模型
通信系统的一般模型
通信的目的是传输消息。 实现消息传递所需的一切设备和传输媒 质的总和称为通信系统。 基于点与点之间的通信系统的一般模型 可用图 1 - 1 来描述。
通信系统的一般模型
发送 设备 接收 设备
信源
信道 干扰源
信宿
返回
信源
• 定义——产生消息的来源。 • 作用——把各种消息转换成原始电信号。 • 距离——电话机、摄像机、电传机、计算 机等。 • 分类———模拟信源、数字信源
返回
发送设备
• —— 信源产生的消息信号变换成适合在 信道中传输的信号使信源和信道匹配。 发送设备的变换方式是多种多样的，在 需要频谱搬移的场合，调制是最常见的 变换方式。对数字通信系统，发送设备 常常又包括编码器与调制器。
返回
信道
信道是指传输信号的物理媒质。 无线信道中，信道可以是大气（自由空间） 有线信道中，信道可以是明线、 电缆或 光纤。 第3章讨论信道
5）
• 同步是使收、发两端的信号在时间上保 持步调一致。 • 按照同步的功用不同，可分为载波同步、 位同步、群同步和网同步。 • 数字复接就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，以扩大传输容量和提高传输 效率。
说明
• 实际的数字通信系统不一定包括图中的所有环 节。 • 模拟信号经过数字编码后可以在数字通信系统 中传输，例如数字电话系统。 • 数字信号也可以在模拟通信系统中传输，如通 过模拟电话线路传输数据，但这时要用调制解 调器（Modem）将数字基带信号进行正弦调制。
数字通信的主要特点
抗干扰能力强。 远距离传输可消除噪声积累。 采用信道编码技术可控制差错。降低误码率， 提高传输的可靠性。 易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对 信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成 智能网。 易于集成化， 从而使通信设备微型化。 易于加密处理， 且保密强度高。
3） 加密与解密
在需要实现保密通信的场合，为了保证 所传信息的安全，人为将被传输的数字 序列扰乱，即加上密码，这种处理过程 叫加密。在接收端利用与发送端相同的 密码复制品对收到的数字序列进行解密， 恢复原来信息，叫解密。
4） 数字调制与解调
• 数字调制就是把数字基带信号的频谱搬 移到载频处， 形成适合在信道中传输的 频带信号。 • 基本的数字调制方式有振幅键控 ASK 、 频移键控FSK、绝对相移键控PSK、相对 （差分）相移键控DPSK。 • 对这些信号可以采用相干解调或非相干 解调还原为数字基带信号。 • 数字调制是本课程的重点内容之一。
第 1 章绪论
1.2 通信系统的组成 1.3 通信系统分类 1.4 信息及其度量 1.5 主要性能指标 本课程的学习要领
返回主目录
1.3通信系统分类与通信方式
通信系统的分类
•按消息的物理特征：话音、数据、可视图文、图像通信等。
•按调制方式分类：详见表 1 – 1
•按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统。
其频带适合在信道中传输的信号，并可在接收
端进行反变换，是用调制器和解调器实现的。 • 模拟通信系统模型中的发送设备和接收设备主 要是调制器和解调器。
模拟通信系统模型
模拟 信源 模拟 信宿
调制器
信道 干扰源
解调器
图 1-2 模拟通信系统模型
数字通信系统模型
数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通 信系统， 如图 1 - 5 所示。 数字通信涉及的技术问题很多，主要有信源编 码/译码、信道编码/译码、数字调制/解调、数 字复接、 同步以及加密等。
数字通信系统模型
数 字 信 源 数 字 信 源
编 码 器 调 制 器 解 调 器 译 码 器
信道 干扰源
信 宿
基发 带生 波器 形
信道
译 码 器
信 宿
干扰源
1) 信源编码与译码
信源编码的作用： • 设法减少码元数目和降低码元速率， 即通常所说的数据压缩。码元速率将 直接影响传输所占的带宽，而传输带 宽又直接反映了通信的有效性。
•传输媒质分传输媒质：有线通信系统和无线通信系统。
•有线通信--导线、架空明线、同轴电缆、光纤、波导 •无线通信--短波电离层、微波视距传播、卫星中继 按信号复用方式分类：频分复用、时分复用和码分复用。
通信方式
对于点与点之间的通信，按消息传递的方向与 时间关系，通信方式可分为单工、半双工及全 双工通信三种。 按数字信号排列顺序，可分为并行传输和串行 传输。 按通信的网络形式划分。由于通信网的基础是 点与点之间的通信，所以本课程的重点放在点 与点之间的通信上。
返回
接收设备
• 功能是完成发送设备的反变换， 即进行 解调、译码、解码等。 • 它的任务是从带有干扰的接收信号中正确 恢复出相应的原始基带信号来，对于多路 复用信号，还包括解除多路复用，实现正 确分路。
返回信宿• 信宿是传输息的归宿点， 其作用是将 复原的原始信号转换成相应的消息。
返回
干扰源
干扰源是通信系统中各种设备以及信道 中所固有的，并且是人们所不希望的。 干扰的来源是多样的，它可分为内部干 扰和外部干扰，而且外部干扰往往是从 信道引入的，因此，为了分析方便，把 干扰源视为各处干扰的集中表现而抽象 加入到信道。
返回
模拟通信模型和数字通信模型
信源分为两大类： 连续信源；离散信源。
连续信源消息是通过模拟信号来传递的。 离散信源消息是通过数字信号来传递的。 传输模拟信号的通信系统称为模拟通信系 统；传输数字信号的通信系统称为数字通 信系统。