5G移动通讯系统 模拟和数字通讯

简单地说，通信是指把信息从一处（发送端）传递到另一处（接收端）的过程。通信的两端可以是人，也可以是物。“信息”则是一个具有丰富内涵的词（“通信”也是），它可以是存在于声音、图像、符号、文本中的，任何发送者认为有意义而接收者不知道的事情。

为实现远距离的通信，需要某种信号（即某种随时间或空间变化的物理量）来表示信息，并用某种通信技术来传递信号。广义上通信技术的历史和人类社会历史一样久远，例如中国古代的烽火台和驿站，从一定程度上可比拟今天使用的基站和路由器。而今天所说的通信技术一般是指用电信号或光信号通过线缆进行信息传递的有线通信，以及通过电磁波在开放的空间进行信息传递的无线通信。

现代通信技术从早期理论和实验室锥形发展成为如今信息社会的基础技术之一，大约经历了近两个世纪。在此期间，通信理论的丰富、工程技术的进步和市场需求的旺盛共同促进了通信技术的不断创新和更新换代，而今这一技术领域还在继续发展之中。

1.有线通信和无线通信

有线通信起源于19世纪的电报和电话系统，最初使用有线电缆作为电信号的传输介质。19世纪30年代莫尔斯发明了电报，70年代贝尔等人发明了电话。电报和电话系统从19世纪后半叶开始飞速发展，通信的地理范围越来越大。

19世纪60年代建设的跨洋电报电缆极大便利了欧洲和美洲之间的生活和商业等方面的信息传递，而20世纪中期的跨洋电话电缆则为之后的互联网大发展奠定了基础。20世纪70年代起，传递光信号的光纤技术开始应用和发展，进一步提高了信息传输的速率和距离，随后逐步取代铜缆的地位，成为有线通信的主要传输介质。

无线通信是从19世纪电磁波理论建立以来的、基于电磁信号和理论的通信技术。19世纪70年代麦克斯韦在电与磁之间建立了明确的数学关系，并从理论上预测了电磁波的存在，80年代赫兹使用振荡器证明了麦克斯韦的预测，90年代马可尼则用电磁波实现了无线电报的跨洋传送，从而开启了无线通信的实用时代。

无线通信不受铺设线缆的束缚，更为灵活。最早的广播电视系统也是使用无线技术进行图像传输的。20世纪中叶无线通信被应用在卫星通信当中，而无线通信最广泛的应用是在开始于20世纪后期的移动通信系统中（见1.1.2节）。

2.点对点通信和通信网络

一般将发送信息的一端称为信源或发送端，而接收信息的一端称为信宿或接收端。信源到信宿的通信称为点对点通信，常将这两者及其之间的信息传输通道称为一条通信链路，可以用链路模型来概括。模型中间的信道部分对于有线通信是电缆或光缆，对于无线通信则是电磁波的空间传播路径。发送端要将原始信息转换成适合在信道上传输的信号。信号在信道中传输时，会发生能量上的衰减，并受到噪声和干扰的影响。

注意图中的模型仅给出了单向的信息传递，发送端和接收端的角色是固定的，信道也是单向的，可称该系统或信道是单工（Simplex）模式。而大多数的点对点通信是对称的，即一端既是发送端，也是接收端，它与对端双向交互信息，称为双工（Duplex）模式。点对点通信的一种变化形式是广播通信（Multicast），即信息的发送端只有一个，而接收端有多个。

广播往往是单向的，相应的称点对点通信为单播（Unicast）通信距离增大、用户增多后，在任意通信双方间用线缆或无线信道架设点对点通信链路的方式显然效率低下。连接大量通信端点的并为它们之间自动建立通信链路的交换机在19世纪80年代开始应用，形成了通信网络。

在通信网络中，通信双方之间的信息交互可以称为一个会话（尽管信息不仅局限于话音，这个从电话网络产生的历史名词现今仍在沿用），会话使用由多段点对点通信链路所组成的一条“逻辑”通信连接来传递信息。此时如果想强调发送端和接收端之间的通信是由多个点到点的通信链路组成，则称其为端到端通信。

多个通信连接（或会话）可使用同一条点对点物理链路，使得它们可服务的会话数量（即容量）增加。而通信连接又可以通过增加物理链路的数量来延伸到更远更广的地方。因此，使用交换机的通信网络极大扩张了通信系统的容量和范围。

当一个点对点通信链路承载多个通信连接时，就需要某种共享信道的复用（Multiplexing）技术。最早使用的是时分复用（Time Division Multiplexing，TDM），即将时间分为等长的时隙，不同连接使用不同的时隙；以及频分复用（Frequency Division Multiplexing，FDM），即不同连接使用光/电信号的不同频率范围携带信息。

对于信息传输速率给定的会话，如话音通信，点对点技术所能提供的信息传输速率越高，能复用在一起的连接数或会话数就越多（或说容量越大）。另外，交换机要有效地利用所有点对点链路，组织起满足任意两端间通信需求的连接。因此，可将一直以来通信技术发展所追求的两大方向概括如下：

（1）提高点对点通信链路的信息传输速率；

（2）构建高效率的通信网络。

通信网络技术有着丰富的内容和类型。可根据其服务范围从小到大，将通信网络分为局域网、接入网、城域网、广域网等；也常以网络使用的点对点通信技术来称呼一个网络，例如有线网络和无线网络；还会根据网络所承载的信息类型而称其为电话网、广播电视网、数据网等。

在互联网之前，用户和设备规模最大的通信网络是各个国家和地区的公共交换电话网络（Public Switched Telephone Network，PSTN），提供拨号语音服务。不同网络采用了适合各自特点的不同技术，但在发展方向上却有着共同的趋势：点对点通信技术从模拟方式进化为数字方式，而通信网络交换机的工作方式也从电路交换演进为分组交换。