1.2.1 通信与通信系统

人们对通信的讨论常常遇到信息、消息和信号这3个表意非常相近的名词。

（1）信息是对客观世界中各种事物运动状态及存在方式的描述。人们从对事物的观察中获取信息，因此，信息是人脑思维活动的产物，是抽象的意识或知识。

（2）消息是指包含信息的语言、文字、图像或数据等。例如，人们通过广播、杂志、视频、互联网等获得各种信息。消息是具体的，它荷载信息，信息则是消息中包含的有意义的内容。消息可分为连续消息和离散消息，连续消息是指消息状态的变化是连续的，或者是不可数的，如语音、视频等；离散消息则是指消息状态的变化是不连续的，或者是有限可数的，如符号、数字等。

（3）信号是消息的载体。在通信系统中，为了传输消息，需要把消息加载到电信号的某个参量（如正弦载波的幅度、频率或相位，又如脉冲载波的幅度、脉冲宽度或脉冲位置）上，把消息转变为电信号，因此信号是消息的物理体现。

信号按参量的取值方式可分为模拟信号和数字信号。模拟信号又称连续信号，主要指其电参量取值范围是随时间连续变化的，因此可有无穷多个取值，如图1.1（a）所示，其中s（t）表示模拟信号，它是时间t的单值函数。原始的语音、音乐及视频等都是模拟信号，正弦信号是最简单的模拟信号。数字信号只能用个数有限的电参量来表示，如图1.1（b）所示，其中数字信号s（t）只有2个有效取值（A或0），t表示时间。计算机数据就是典型的数字信号。

模拟通信是一种以模拟信号传输消息的通信方式。模拟信号抗干扰能力差，容易在传输过程中受到干扰而产生失真。数字通信用数字信号作为载体来传输消息，相对于模拟信号，数字信号有很多优点，如抗干扰能力强、便于多路复用传输、便于交换、便于进行各种数字信号处理、便于存储、便于集成和便于加密等，因此数字通信在现代通信中得到了广泛应用。

通信系统是传输信息所需的一切设备的总和。典型的通信系统包括公用电话交换网（Public Switched Telephone Network，PSTN）、广播系统、有线电视系统、Internet、2G/3G/4G/5G蜂窝移动通信系统、无线局域网（Wireless Local Area Network，WLAN）接入系统和卫星通信系统等。不同的通信系统，由于功能、性能和业务类型不同，其组成也各不相同。通信系统的基本组成均包括信源、发射机、信道、接收机和信宿五部分，如图1.2所示，其中最主要的是发射机、信道和接收机。

1. 信源

信源产生消息信号，它的主要作用是把各种消息（主要是语音、音乐、图像和计算机数据等）转换为原始电信号。信源可分为模拟信源和数字信源两类。模拟信源输出模拟信号，如话筒产生语音信号；数字信源产生数字信号，如计算机产生二进制数据。模拟信源产生的信号通过模/数转换，可转换为数字信号，如智能手机中的语音信号就是数字信号。

2. 发射机

发射机的任务是将信源产生的消息信号转换成适合于信道传输的形式，使得发射信号的特性与信道特性相匹配，并具有一定的抗干扰能力和远距离传输能力。因此，发射机涉及了很多通信技术，如放大、滤波、编码、调制、加密和复用等。

3. 信道

信道是传输消息信号的物理媒介。信道可分为有线信道和无线信道，有线信道包括双绞线、同轴电缆和光纤等，无线信道包括广播信道、移动信道、卫星信道等。通信系统中的信道特性一般是非理想的，信号在信道中传输会产生失真，另外噪声和干扰（其他系统产生）也会被加入信道输出中，因此，通过信道传输的信号是有损的，与发射信号有一定的差异。

4. 接收机

接收机主要完成发射机的逆过程，它需要尽可能地减少或弥补信号在信道传输中的损失，将接收的有损信号进行放大、滤波、译码、解码、解密和解复用等，恢复出原始电信号。由于信号失真及噪声和干扰的存在，接收机恢复的信号在质量上存在一定程度的下降，是原消息信号的估计。

5. 信宿

信宿是消息信号的目的地，其作用与信源相反，主要把原始消息信号的估计还原成原始消息，典型信宿有扬声器、显示器等。

就基本组成来说，不同通信系统的发射机、信道和接收机等功能模块也各不相同。另外，在图1.2所示的模型中，信号的传输是单向的，这里的单向只是表示信号从信源到达信宿的传递方向，并不意味着通信系统是单向通信的。实际上，很多通信系统都是双向通信的，下面具体介绍通信方式。