在信息化社会中，语音、数据、图像等各类信息，从信息源开始，经过搜索、筛选、分类、编辑、整理等一系列信息处理过程，加工成信息产品，最终传给信息消费者，而信息流动是围绕高速信息通信网进行的，这个高速信息通信网是以光纤通信、微波通信、卫星通信、移动通信等为传输基础，并通过交换与路由系统和各类信息应用系统延伸到全社会的每个地方和每个人，从而真正实现信息资源的共享和信息流动的快速与畅通。
一、通信的基本概念
1.通信的基本含义
人与人之间通过听觉、视觉、嗅觉、触觉等感官，感知现实世界而获取信息，并通过通信来传递信息•物体与物体之间通过所附加的功能器件实现彼此间的信息交互（物联网）。因此通信的基本定义是按照一致的约定传递信息，其基本形式是在信源（始端）与信宿（末端）之间通过建立一个信息传输（转移）通道（信道）来实现信息的传递，或者说是指人与人、人与自然、物体与物体之间通过某种行为或媒介进行的信息传递与交流。
过去的通信由于受技术与需求所限，仅限于话音。随着信息社会的到来，人们对信息的需求将日益丰富与多样化，而现代通信的发展又为此提供了条件。因此现代通信意义上所指的信息已不再局限于电话、电报、传真等单一媒体信息，而是将声音、文字、图像、数据等合为一体的多媒体信息。总之通过人的各种感官或通过传感器、仪器、仪表对现实世界的感觉，形成多媒体或新媒体（人的五官之外）信息，这些信息通过通信手段来进行传递。因此所谓通信系统（电信系统）就是利用有线、无线等形式来传递电、光等信息的系统。
2.通信系统的分类
通信系统可以从不同的角度来分类。
（1）按照通信业务分类
根据不同的通信业务，通信系统可以分为多种类型。
•单媒体通信系统：如电话、传真等；
•多媒体通信系统：如电视、可视电话、会议电话、远程教学等；
•新媒体通信系统：如物体与物体之间的通信等；
•实时通信系统：如电话、电视等；
•非实时通信系统：如电报、传真、数据通信等；
•单向传输系统：如广播、电视等；
•交互传输系统：如电话、点播电视（VOD）等；
•窄带通信系统：如电话、电报、低速数据等；
•宽带通信系统：如点播电视、会议电视、远程教学、远程医疗、高速数据等。
（2）按照传输媒质分类
按照传输媒质分类，通信系统可以分为有线通信系统和无线通信系统。有线通信系统的传输媒质可以是架空明线、电缆和光缆。无线通信系统是借助于电磁波在自由空间的传播来传输信号，根据电磁波波长的不同又可以分为中/长波通信、短波通信和微波通信等类型。
（3）按照调制方式分类
根据是否釆用调制，通信系统可以分为基带传输和调制传输两大类。基带传输是将未经调制的信号直接在线路上传输，如音频市内电话和数字信号的基带传输等。调制传输是先对信号进行调制后再进行传输。
（4）按照信道中传输的信号分类
按照信道中传输的信号形式不同分类，通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统等。数字通信系统抗干扰能力强，有较好的保密性和可靠性，易于集成化，目前已得到了广泛应用。
二、通信系统的基本组成
通信的基本形式是在信源与信宿之间通过建立一个信息传输通道（信道）来实现信息的传递。但是由于信源与信宿之间的不确定性和多元性，一般在它们之间的信息传递方式不是固定的。为了便于分析，可通过通信系统的构成模型，将各种通信系统技术归纳并反映,如图1所示。点与点之间建立的通信系统的基本组成包括：信源、变换器、信道、噪声源、反变换器及信宿6个部分。
图1 点与点单向通信系统构成模型
（1）信源
信源是指产生各种信息（如语音、文字、图像及数据等）的信息源，可以是发出信息的人，也可以是发出信息的机器或器件，如计算机或传感器等。不同的信息源构成不同形式的通信系统。
（2）变换器
变换器的作用是将信源发出的信息变换成适合在信道中传输的信号。对应不同的信源和不同的通信系统，变换器有不同的组成和变换功能。例如，对于数字电话通信系统，变换器包括送话器和模/数变换器等，模/数变换器的作用是将送话器输出的模拟话音信号经过模/数变换、编码及时分复用等处理后，变换成适合于在数字信道中传输的信号。
（3）信道
信道是信号的传输媒介。信道按传输介质的种类可以分为有线信道和无线信道。在有线信道中电磁信号被约束在某种传输线（如电缆、光缆等）上传输；在无线信道中电磁信号沿空间（大气层、对流层、电离层等）传输。信道如果按传输信号的形式又可以分为模拟信道和数字信道。
（4）反变换器
反变换器的作用是将从信道上接收的信号变换成信息接收者可以接收的信息。反变换器的作用与变换器正好相反，起着还原的作用。
（5）信宿
信宿是信息的接收者，他/它可以与信源相对应构成人一人通信或机一机通信，也可以与信源不一致，构成人一机通信或机一人通信。
（6）噪声源
噪声源是指系统内各种干扰影响的等效结果，系统的噪声来自各个部分，从发出和接收信息的周围环境、各种设备的电子器件，到信道所受到的外部电磁场干扰，都会对信号形成噪声影响。为了分析问题方便，一般将系统内所存在的干扰均折合到信道中，用噪声源表示。
以上所述的通信系统只是表述了两用户或两终端之间的单向通信，对于双向通信还需要另一个通信系统完成相反方向的信息传送工作。而要实现多用户间的通信，则需要将多个通信系统有机地组成一个整体，使它们能协同工作，即形成通信网。多用户或多终端之间的相互通信，最简单的方法是在任意两用户之间均有线路相连，但由于用户众多，这种方法不但会造成线路的巨大浪费，而且也是难以大规模实现的。为了解决这个问题，以电话通信为例，引入了程控交换机，即每个用户都通过用户线与交换机相连，任何用户间的通信都要经过交换机的转接交换。由此可见，图1所示的只是两个用户间的专线系统模型，而实际中，一般使用的通信系统则是由多级交换的通信网提供信道。
三、现代通信网的分层结构
业务需求驱动了现代通信技术和通信网络的发展，这里所说的通信网是指由一定数量的节点（包括终端设备、交换和路由设备）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和规程约定组成的有机整体，用以完成规定的功能。
传统通信网络由传输、交换、终端三大部分组成。其中传输与交换部分组成通信网络,传输部分为网络的链路（Link）,交换部分为网络的节点（Node）等。随着通信技术的发展与用户需求日益多样化，现代通信网正处在变革与发展之中，网络类型及所提供的业务种类不 断增加和更新，形成了复杂的通信网络体系。
为了更清晰地描述现代通信网络结构，在此引入网络分层的概念。
由于传递信息的通信网络结构复杂，从不同的角度来看，会对通信网络有不同的理解和描述，例如，可以从功能上、逻辑上、物理实体和对用户服务的界面上等不同角度和层次进行划分。为了比较客观和全面地描述信息基础设施网络结构，同时也为了能够更好地讲述和理解，本书根据网络的结构特征采用垂直描述并结合水平描述的方法。所谓垂直描述是指为实现用户（端）与用户（端）之间的业务通信，从功能上将网络分为业务与终端、交换与路由和接入与传送（如图2所示）；而水平描述是基于用户接入网络实际的物理连接来划分的,可分为用户驻地网、接入网和核心网，或局域网、城域网和广域网等。
图2 网络分层结构种的通信技术
图2（左）描述的是在一个实际通信网络中，为实现端到端的业务传递（全程全网）所经历的业务一终端一接入一交换一路由一传送等实现进程。图2（右）是根据逻辑功能对应的网络分层结构，上层表示面向用户的各种通信业务与通信终端的类型和服务种类，其功能与技术特征表现为“业务与终端”；中层表示支持各种业务的提供手段与网络装备，其功能与技术特征表现为“交换与路由”；下层表示支持所接入业务的传送媒质和基础设施，其功能与技术特征表现为“接入与传送”。
这使得各种通信技术与通信网络有机地融合，并能清晰地显现各种通信技术在网络中的位置与作用，同时也避免了一种业务对应一个网络、一个网络对应一种技术、一种技术对应一门课程的传统描述方法（例如，单独讲述语音通信、数据通信等），体现了从网络分层和网络技术融合的角度来讲述先进通信技术的教学理念与方法（例如将语音、数据等各种类型业务都汇集成待传递的信息，然后统一完成）。
网络的分层使网络规范与具体实施方法无关，从而简化了网络的规划和设计，使各层的功能相对独立。因此单独地设计和运行每一层网络要比将整个网络作为单个实体设计和运行简单得多。随着信息服务多样化的发展及技术的演进，尤其是随着软件定义网络等先进技术的出现，现代通信网与支撑技术还会出现新的变化与新的发展。
四、通信网组网结构
通信网的基本组网结构主要有网状型、星型、复合型、环型、总线型和树型等。
1.网状型网
网状型网如图3（a）所示，网内任何两个节点之间均有直达线路相连。
图3 通信网组网结构示意图
如果有N个节点，则需要有12N（N—1）条传输链路。显然当节点数增加时，传输链路将迅速增大。这种网络结构的冗余度较大，稳定性较好，但线路利用率不高，经济性较差，适用于局间业务量较大或分局量较少的情况。图3（b）所示为网孔型网，它是网状型网的一种变型，也就是不完全网状型网。其大部分节点相互之间有线路直接相连，一小部分节点可能与其他节点之间没有线路直接相连。哪些节点之间不需直达线路，视具体情况而定（一般是这些节点之间业务量相对少一些）。网孔型网与网状型网相比，可适当节省一些线路，即线路利用率有所提高，经济性有所改善，但稳定性会稍有降低。
2.星型网
星型网也称为辐射网，它将一个节点作为辐射点，该点与其他节点均有线路相连，如图3（c）所示。具有N个节点的星型网至少需要N—1条传输链路。星型网的辐射点就是转接交换中心，其余N—1个节点间的相互通信都要经过转接交换中心的交换设备，因而该交换设备的交换能力和可靠性会影响网内的所有用户。由于星型网比网状型网的传输链路少、线路利用率高，所以当交换设备的费用低于相关传输链路的费用时，星型网比起网状型网，经济性较好，但安全性较差（因为中心节点是全网可靠性的瓶颈，中心节点一旦出现故障会造成全网瘫痪）。
3.复合型网
复合型网由网状型网和星型网复合而成，如图3（d）所示。根据网中业务量的需要，以星型网为基础，在业务量较大的转接交换中心区间采用网状型结构，可以使整个网络比较经济且稳定性较好。复合型网具有网状型网和星型网的优点，是通信网中普遍采用的一种网络结构，但网络设计应以交换设备和传输链路的总费用最小为原则。
4.环型网
环型网如图3（e）所示。它的特点是结构简单，实现容易。而且由于可以釆用自愈环对网络进行自动保护，所以其稳定性比较高。另外，还有一种叫线型网的网络结构，它与环型网不同的是首尾不相连。
5.总线型网
总线型网是所有节点都连接在一个公共传输通道——总线上，如图3（f）所示。这种网络结构需要的传输链路少，增减节点比较方便，但稳定性较差，网络范围也受到限制。
6.树型网
树型网如图3（g）所示，它可以看成是星型拓扑结构的扩展。在树型网中，节点按层次进行连接，信息交换主要在上下节点之间进行。树型结构主要用于用户接入网或用户线路网中，另外，主从网同步方式中的时钟分配网也采用树型结构。
五、通信冋的质量要求
1.一般通信网的质量要求
为了使通信网能快速、有效、可靠地传递信息，充分发挥其作用，对通信网一般提出3项要求：连接的任意性与快速性；信号传输的透明性与传输质量的一致性；网络的可靠性与经济合理性。本书所讲的各项通信技术实现的最终目标都是要使通信系统达到这些质量要求。
（1）连接的任意性与快速性
连接的任意性与快速性是对通信网的最基本要求。所谓连接的任意性与快速性是指网内的一个用户应能快速地接通网内任一其他用户。如果有些用户不能与其他一些用户通信，则这些用户必定不在同一个网内或网内出现了问题；而如果不能快速地接通，有时会使要传送的信息失去价值，这种接通将是无效的。
影响接通的主要因素如下。
•通信网的拓扑结构：如果网络的拓扑结构不合理会增加转接次数，使阻塞率上升、时延增大；
•通信网的网络资源：网络资源不足的后果是增加阻塞概率；
•通信网的可靠性：可靠性降低会造成传输链路或交换设备出现故障，甚至丧失其应有的功能。
（2）信号传输的透明性与传输质量的一致性
信号传输的透明性是指在规定业务范围内的信息都可以在网内传输，对用户不加任何限制；传输质量的一致性是指网内任何两个用户通信时，应具有相同或相仿的传输质量，而与用户之间的距离无关。通信网的传输质量直接影响通信的效果。因此要制定传输质量标准并进行合理分配，使网中的各部分均满足传输质量指标的要求。
（3）网络的可靠性与经济合理性
可靠性对通信网至关重要，一个可靠性不高的网会经常出现故障乃至中断通信，这样的网是不能用的。但绝对可靠的网是不存在的。所谓可靠是指在概率的意义上，使平均故障间隔时间（两个相邻故障间隔时间的平均值）达到要求。可靠性必须与经济合理性结合起来。提高可靠性往往要增加投资，但造价太高又不易实现，因此应根据实际需要在可靠性与经济性之间取得折中和平衡。以上是对通信网的基本要求，除此之外，人们还会对通信网提出一些其他要求。而且对于不同业务的通信网，上述各项要求的具体内容和含义将有所差别。
2.电话通信网的质量要求
电话通信是目前用户最基本的业务需求，对电话通信网的三项要求是：接续质量、传输质量和稳定质量。
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。
传输质量是指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。
稳定质量是指通信网的可靠性，其指标主要有：失效率（设备或系统工作I时间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所需的平均时间）等。
