当前位置：首页 > 第1章 通信基础知识
【例1-5】 某信息源输出四进制等概率信号，码元宽度为125μs，求码元速率和信息速率。
【解】码元宽度T=1.25×10-4s，故码元速率
RB?信息速率
11? ?8000( Baud) -4T1.25?10 Rb?RBlog2M?8000?log24?1.6?104 (bit/s) 2、可靠性
数字信号码元在传输过程中，由于信道不理想以及噪声的干扰等因素，使接收到的码元可能会出现错误，这称之为误码。误码的多少用误码率Pe来衡量，表示单位时间内错误接收的码元数与发送的总码元数之比值，即
错误接收的码元数P? (1.6-4) e发送的总码元数误码率是传输系统可靠性的度量，是一个无量纲的数，误码越多，误码率越大，可靠性
越差。
数字通信的可靠性也可用误信率来度量，它表示单位时间内错误接收的比特数与发送的总比特数之比，即
错误接收的比特数P? (1.6-5) b发送的总比特数1.7 通信网概述
1.7.1 通信网的基本构成
所谓通信网，是指在多个节点之间传输信息的通信系统，即是一种采用交换设备、传输设备，将地理上分散用户终端设备互连起来实现通信和信息交换的系统。通信最基本的形式是在点与点之间建立通信，但这不能称为通信网。只有将许多通信系统通过交换系统按一定拓扑结构组合在一起才能称之为通信网。
通信网在硬件方面包含三方面要素。(1)用户终端设备，是用户与通信网之间的接口设备，可把用户的消息与收发的电信号相互进行转换。(2)传输设备，是传输电信号的通道，是连接网络节点的媒介，包括有线、无线、光缆等线路。(3)交换设备，用于在终端之间和局间进行路由选择、接续控制等，交换设备是通信网的核心。为使全网能合理协调工作，还需要相应软件的支撑，如各种标准、信令、通信协议、路由方案等，有了这些软件，通信网才是完整的。
1.7.2 通信网的分类
通信网可从不同角度进行分类，比如：
按照通信的范围可为局域网、城域网和广域网；
按照传输信号的类型可分为模拟通信网和数字通信网； 按运营方式可分为公用通信网和专用通信网；
按业务性质可分为电话网、电报网、传真网、数据网； 按业务的行业可分为计算机通信网、有线电视网、电信网； 按组网的方式可分为移动通信网、卫星通信网；
还有其他的分类方式，如国内通信网、国际通信网等。 1.7.3 通信网的拓扑结构
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在通信网中，所谓拓扑结构是指构成通信网节点之间的互连方式。基本的拓扑结构包括网形网、星形网、环形网、总线形网、树形网、复合形网等。
1、 网形网
网形网结构如图1-7(a)所示，特点是网内任何两个节点之间均有直达线路连接。如果有N 个节点，则需要N(N -1)/2条传输链路。
网形网的优点是：任意两点间可直接通信，网络可靠性高；网形网的缺点是：线路利用率低，网络成本高，另外网络的扩容也不方便，每增加一个节点，就需增加N条线路。网形网适用于节点数目少，又有很高可靠性要求的场合。
网形网的一种变形称之为网孔形网，如图1-7(b)所示，其特点是：大部分节点之间有线路直接连接，但有小部分节点之间不直接相连，即对一些业务量偏少的节点之间不连接直通线路。网孔形网相比网形网可节省一些线路，构建成本下降，但稳定性也有所降低。
(a)网形网(b)网孔形网图1-7 网形网与网孔形网
2、 星形网
星形网结构如图1-8所示，由一个功能较强的中心节点和各自连接到中心的从节点所组成。由于从节点之间的通信都要通过中心节点进行转接，因此中心节点需要配置交换设备。
星形网的优点是：具有N个节点的星形网只需要(N-1)条传输链路。与网形网相比，降低了传输链路的成本，提高了线路的利用率。在星形网络中，任何一站点只和中央节点相连接，因而媒体访问控制方法很简单。
星形网的缺点是：如果中心节点发生故障或转接能力不足，全网的通信都会受到影响，因而对中央节点可靠性和冗余度方面的要求很高。星形网结构广泛应用于网络的智能集中于中央节点的场合。
3、 环形网
环形网结构如图1-9所示，通信的各个节点依次首尾相连，每个节点都具有转发功能，N个节点共需要N条传输链路。
环形网的优点是：结构简单，容易实现；环形网的缺点是：数据在环中沿一个方向传输，完成一次通信可能要经过多个节点转接，节点数较多时转接时延无法控制，如果一个节点出现故障，会影响到全网的通信。环形网主要用于计算机局域网、光纤接入网、城域网、光传输网等网络中。
图1-8 星形网图1-9 环形网
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4、总线形网
总线形网结构如图1-10所示，网中的所有节点都连接到一个公共的总线上，任何时候只允许一个用户占用总线发送或接送数据。
总线形网优点是：需要的传输链路少，节点间通信无需转接节点，控制方式简单，增减节点比较方便；总线形网缺点是：稳定性较差，节点数目不宜过多，网络覆盖范围受到限制。总线形网主要用于计算机局域网、电信接入网等网络中。
5、 树形网
树形网结构如图1-11所示，它可以看成是星形拓扑结构的扩展，节点按层次进行连接，信息交换主要在上、下节点之间进行。
树形网结构主要用于用户接入网或用户线路网中，在数字同步网中主从同步方式的时钟分配网也采用树形结构。
图1-10 总线形网图1-11 树形网
6、复合形网
复合形网一般是指上面几种基本类型网的组合。典型的复合形网如图1-12所示，结构采用网状网和星形网组合，以星形网为基础，在业务量较大的转接交换中心之间采用网状网结构。
复合形网的优点是：兼并了网状网和星形网的优点，可根据对网络的性能要求灵活组网，从而使整个网络结构比较经济，且稳定性较好。复合形网主要用于规模较大的局域网和电信骨干网中，常采用分级的复合型网络结构。
图1-12 复合形网
1.7.4通信网发展趋势
通信网的发展趋势可概括为：通信技术数字化、通信业务综合化、通信网络宽带化、网络管理智能化和通信服务个人化。
1、通信技术数字化
数字化是指在通信网中全面使用数字技术，包括数字传输、数字交换和数字终端等。 2、通信业务综合化
就是能够将来自各种信息源的业务综合在一个数字通信网中传送，提供综合性的、为多种信息服务的通信网。比如三网融合，就是将电信网、计算机网和有线电视网三大网络通过技术改造，提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务。
3、通信网络宽带化
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为了支撑大量的数据业务和支持多种形态的用户总量，对拓展网络带宽和提高通信容量提出了越来越高的要求。宽带网络就是以宽带技术为基础构建的网络体系，用以提高传输信息的容量和速度，以保障信息及时、准确、完整的地传送。
4、网络管理智能化
智能化要求在网络管理中更多地采用智能因素，从而大幅度提高工作效率。智能化以智能数据库为基础，不仅能传送信息，而且能存储和处理信息。比如，可以查看全网的网络连接关系，实时监控各种网络设备可能出现的问题，检测网络性能瓶颈所在，并进行自动处理或远程修复等。
5、通信服务个人化
所谓的个人通信，就是任何用户在任何时间、任何地方与任何人进行任何方式(如语音、数据、图像)的通信。这种通信可以实现真正意义上的自由通信，是通信发展的最高目标。个人通信能使用户摆脱终端束缚，以人作为通信对象，采用与网路无关的唯一个人通信号码，随时随地建立和维持有效通信。
总之，现代通信系统是信息时代的生命线，现代通信与经济的发展密切相关，因此通信网已经成为支撑现代经济最重要的基础结构之一。
1.8 Matlab与通信仿真 1.8.1 Matlab简介
Matlab是Matrix Laboratory（矩阵实验室）的简称，是美国MathWorks公司推出的商用数学软件，是国际公认的优秀工程应用开发环境。Matlab功能强大、简单易学、编程效率高，深受科技工作者的欢迎，也特别受到非计算机专业科技人员的青睐。
Matlab的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，因此用Matlab解算问题比用C语言和FORTRAN语言等完成相同的事情简捷得多。Matlab吸收了Maple等软件的优点，使其成为一个功能强大的数学工具。在进行科学计算和工程运算方面，Matlab功能很强大，能使通常难以实现的运算和功能变得简单且准确有效，其产生的工作进程和效率是用通常的编程方法所无法比拟的。
高版本的Matlab语言是建立在流行的C++语言基础上的，其语法特征与C++语言十分相似，而且更为简单，符合科技人员对数学表达式的书写格式。Matlab语言可移植性好、可拓展性极强，这也是Matlab能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。
Matlab在函数图形绘制方面也同样具有很强的优势，可以将向量和矩阵用图形表现出来，并进行多种形式的标注。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。高版本的Matlab对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它在图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等方面具有出色的处理能力。对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，Matlab也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外Matlab还在图形用户界面（GUI）的制作上作了很大的改善，使得对这方面有特殊要求的用户能够得到满足。
Matlab对许多专门的领域开发了功能强大的模块集和工具箱，用户可以直接使用工具箱进行学习和应用而不需要自己编写代码。目前，Matlab已经把工具箱延伸到了科学研究和工程应用的诸多领域，诸如通讯、信号处理、图像处理、数据采集、数据库接口、小波分析、优化、电力系统仿真等。
1.8.2 通信仿真技术
实际的通信系统是功能结构相当复杂的系统，对这个系统做出的任何改变都可能影响到
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