現(xiàn)代通信及應(yīng)用概述

通信技術(shù)基礎(chǔ)電話:郵箱:1/25/20241

為什么要學(xué)？“why”

學(xué)什么？“what”

如何學(xué)？“how”

哪里可學(xué)？“where”

電信類(lèi)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)重要專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課程是必修課、核心主干課是一門(mén)專(zhuān)業(yè)的標(biāo)志性課程起著承前啟后的作用，占有重要的教學(xué)地位。

1/25/20242課程目標(biāo)掌握通信系統(tǒng)的基本概念、基本理論、基本技術(shù)和系統(tǒng)性能分析方法；掌握基本的分析、設(shè)計(jì)思想和方法；了解仿真工具的應(yīng)用（SystemView）；

了解通信新技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展；具備獲取知識(shí)、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力；1/25/20243課程學(xué)習(xí)課堂教學(xué)：74學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)：16學(xué)時(shí)

課程考核方式最終總成績(jī)包括：平時(shí)成績(jī)：40%考試成績(jī)：60%

1/25/20244課程參考教材《通信原理》（第5版），樊昌信，國(guó)防工業(yè)出版社，2001.《通信原理》（上，下），

周炯槃等，北京郵電大學(xué)出版社,

2002.《通信原理教程》，

徐家愷等，科學(xué)出版社,

2003.《數(shù)字通信系統(tǒng)原理》，李斯偉等，人民郵電出版社,

2008.1/25/20245

課程參考網(wǎng)站武漢科技大學(xué)通信原理網(wǎng)站：http://jwc.wust.edu.cn/ec/Root/default.asp西安電子科技大學(xué)通信原理網(wǎng)站：北京郵電大學(xué)通信原理網(wǎng)站：東南大學(xué)通信原理網(wǎng)站：北京交通大學(xué)通信原理網(wǎng)站：南京郵電大學(xué)通信原理網(wǎng)站：無(wú)線資訊網(wǎng)：1/25/202461.1通信與現(xiàn)代通信

1.2信息時(shí)代與現(xiàn)代通信1.3通信技術(shù)應(yīng)用概述1.4通信系統(tǒng)模型第1章現(xiàn)代通信及應(yīng)用概述1/25/202471.1通信與現(xiàn)代通信 1.1.1通信的歷史演進(jìn) 通信發(fā)展可以反映社會(huì)的進(jìn)步過(guò)程。它沒(méi)有明確的界限，可分為三個(gè)階段，即古代通信、近代通信、現(xiàn)代通信。1．古代通信 如旗語(yǔ)（通過(guò)各色旗子的舞動(dòng)），號(hào)角、燈塔、喇叭、擊鼓敲鑼、風(fēng)箏、信號(hào)樹(shù)、信鴿烽火通信等。1/25/20248 2．近代通信

1）電報(bào)與電話的發(fā)明 19世紀(jì)30年代隨著電的發(fā)明與應(yīng)用，俄國(guó)外交家希林格和英國(guó)青年庫(kù)克等都相繼制造出了電報(bào)機(jī)。1834年，莫爾斯利用電流一通一斷的原理，發(fā)明了用電流的“通”和“斷”來(lái)編制代表字母和數(shù)字的代碼，人稱(chēng)“莫爾斯電碼”。后來(lái)他在助手維爾德的幫助下，制成了舉世聞名的莫爾斯電報(bào)機(jī)。1/25/20249 1876年，亞歷山大格雷厄姆貝爾利用電磁感應(yīng)原理發(fā)明了電話，預(yù)示著個(gè)人通信時(shí)代的開(kāi)始，如圖1.3所示。

圖1.3貝爾及其發(fā)明的電話機(jī)1/25/202410 （2）無(wú)線電通信的誕生 電報(bào)，電話的電信號(hào)是通過(guò)金屬線傳送的。無(wú)線通信利用無(wú)線電波來(lái)傳遞信息的。1888年，赫茲制作的簡(jiǎn)易電磁波發(fā)射和接收裝置如圖1-5所示

1/25/202411 1895年，20歲的意大利青年馬可尼如圖1.6所示發(fā)明了無(wú)線電報(bào)機(jī)。開(kāi)創(chuàng)了人類(lèi)利用電磁波進(jìn)行通信的歷史。

圖1.6無(wú)線電通信的創(chuàng)始人馬可尼1/25/202412 3）廣播與電視的出現(xiàn)1906年，美籍加拿大人費(fèi)森登在紐約附近設(shè)立了世界上第一個(gè)廣播站。1925年，英國(guó)人貝爾德發(fā)明了機(jī)械掃描式電視機(jī)。1936年，電視轉(zhuǎn)播在柏林舉行的第6屆奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)。1/25/2024133．現(xiàn)代通信 出現(xiàn)以計(jì)算機(jī)和數(shù)字通信融合為代表的信息技術(shù)，且通信信息網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入商業(yè)化以后，才完成了近代通信技術(shù)向現(xiàn)代通信技術(shù)的轉(zhuǎn)變。

以微電子和光電技術(shù)為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)為支撐，以信息處理技術(shù)為主題的信息技術(shù)（InformationTechnology，簡(jiǎn)稱(chēng)IT）正在改變著我們的生活，數(shù)字化信息時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。1/25/2024141.1.2通信的定義（一）通信和電信概念:1.通信（Communication）定義：通信是按照一致同意的協(xié)定傳遞消息。－通信是信息的傳遞與交流。2.電信（Telecommunication）定義：?jiǎn)栴}：符號(hào)、書(shū)寫(xiě)件、影像、聲音是信息？回答：符號(hào)、書(shū)寫(xiě)件、影像、聲音不是信息；是承載信息的媒體1/25/202415。電信定義電信是利用有線、無(wú)線、光或其它電磁系統(tǒng)，傳遞代表符號(hào)、書(shū)寫(xiě)件、影像、聲音或其它

承載信息的媒體的信號(hào)。－電信是傳遞信號(hào)1/25/2024164.電信與通信的關(guān)系：

中國(guó)電信界一個(gè)被默認(rèn)的基本概念混擾：

通信是傳遞消息；電信是傳遞信號(hào)。中國(guó)電信界通常所說(shuō)<通信>,其實(shí)是<電信>。Telecommunication過(guò)去有人翻譯成<通訊>或<電訊>。電信通信討論書(shū)報(bào)郵政其他文娛1/25/202417（二）電信網(wǎng)絡(luò)概念1.基本電信系統(tǒng)：

基本電信系統(tǒng)是由用戶(hù)終端設(shè)備和傳輸系統(tǒng)組成。其中，傳輸系統(tǒng)可能是：－單向傳輸；－半雙向傳輸；－對(duì)稱(chēng)雙向傳輸；－不對(duì)稱(chēng)雙向傳輸。單工通信半雙工通信對(duì)稱(chēng)雙工通信不對(duì)稱(chēng)雙工通信1/25/2024182.基本電信系統(tǒng)的N2問(wèn)題：

－用戶(hù)數(shù)量N，－用戶(hù)之間傳輸信道數(shù)量N(N-1)≈N2；－信道最大可能利用率≈1/N2當(dāng)電信用戶(hù)數(shù)量擴(kuò)大，用戶(hù)之間傳輸信道數(shù)量按平方增加；傳輸信道最大可能利用率按平方降低。為了擴(kuò)大用戶(hù)規(guī)模和降低電信設(shè)施成本，必須解決基本電信系統(tǒng)的N2問(wèn)題。1/25/2024193.電信網(wǎng)絡(luò)（TelecommunicationNetwork）：為了解決基本電信系統(tǒng)的N2問(wèn)題，出現(xiàn)了電信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。－電信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)，解決了N2問(wèn)題；

引出了復(fù)用和尋址問(wèn)題。－利用復(fù)用技術(shù)和尋址技術(shù)，解決了N2問(wèn)題；引出了電信網(wǎng)絡(luò)。分級(jí)網(wǎng)絡(luò)分區(qū)網(wǎng)絡(luò)本地交換機(jī)中轉(zhuǎn)交換機(jī)邊緣路由器網(wǎng)關(guān)路由器1/25/202420基本電信系統(tǒng)：－單人走路；－直接到家。電信網(wǎng)絡(luò)：－群眾同路而行－復(fù)用問(wèn)題；－個(gè)人尋找歸宿－尋址問(wèn)題。尋址問(wèn)題：個(gè)人尋找歸宿復(fù)用問(wèn)題：群眾同路而行1/25/202421（三）電信系統(tǒng)和信息系統(tǒng)1.電信系統(tǒng)（TelecommunicationSystem）：（1）電信系統(tǒng)是傳遞信號(hào)的設(shè)施整體。（2）電信系統(tǒng)由電信網(wǎng)絡(luò)和用戶(hù)終端組成。其中，電信網(wǎng)絡(luò):是電信系統(tǒng)的公用設(shè)施；用戶(hù)終端:是與電信業(yè)務(wù)相關(guān)的用戶(hù)設(shè)備。用戶(hù)/網(wǎng)絡(luò)接口1234電信網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)終端電信系統(tǒng)1/25/2024222.信息系統(tǒng)（InformationSystem）

（1）信息系統(tǒng)是傳遞和處理信號(hào)的設(shè)施整體。（2）信息系統(tǒng)由信息基礎(chǔ)設(shè)施和信息業(yè)務(wù)系統(tǒng)組成。其中，信息基礎(chǔ)設(shè)施是信息系統(tǒng)的公用設(shè)施；信息業(yè)務(wù)系統(tǒng)是信息系統(tǒng)有關(guān)信息業(yè)務(wù)的設(shè)施。1234信息基礎(chǔ)設(shè)施信息業(yè)務(wù)系統(tǒng)信息系統(tǒng)1/25/2024233.信息基礎(chǔ)設(shè)施（InformationInfrastructure-II）：

（1）信息基礎(chǔ)設(shè)施由電信網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。（2）電信網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行信息傳遞功能；（3）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行信息處理功能。電信網(wǎng)絡(luò)信息基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)算機(jī)系統(tǒng)信息處理平臺(tái)信息傳遞平臺(tái)1/25/2024241）終端設(shè)備：電話、電報(bào)、監(jiān)視器（攝像頭）等。2）傳輸設(shè)備：電纜、光纜、微波、衛(wèi)星等。

3）交換設(shè)備：程控交換、ATM交換、光交換等。

4）協(xié)議和準(zhǔn)則。（四）通信網(wǎng)的構(gòu)成

1/25/2024251.2信息時(shí)代與現(xiàn)代通信

1.2.1信息時(shí)代的概念

石器時(shí)代----萬(wàn)年農(nóng)業(yè)時(shí)代----千年工業(yè)時(shí)代----百年信息時(shí)代-------直到20世紀(jì)末，人類(lèi)逐漸把計(jì)算機(jī)技術(shù)作為工具使用。特別是它與數(shù)字通信融合發(fā)展到現(xiàn)代通信。走向以信息技術(shù)為核心的知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代，這就是所謂的信息時(shí)代。1/25/2024261.2.2信息技術(shù)與信息化

信息技術(shù)是解放、擴(kuò)展人信息功能的技術(shù)；是研究完成信息采集、加工、處理、傳遞、再生和控制的技術(shù)。信息化即為信息技術(shù)的不斷發(fā)展、深入、全面應(yīng)用的過(guò)程。圖1.17信息技術(shù)組成框圖1/25/2024271.3通信技術(shù)應(yīng)用概述

1.3.1通信與生活1.3.2通信與電子政務(wù)

1.3.3通信與企業(yè)信息化1.3.4通信與商務(wù)信息化1.3.5通信與軍事1/25/2024281.4通信系統(tǒng)模型

1．4．1通信系統(tǒng)模型實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和稱(chēng)為通信系統(tǒng)。1/25/2024291.4.1通信系統(tǒng)模型-信源

信源是消息的產(chǎn)生地，其作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，稱(chēng)之為消息信號(hào)或基帶信號(hào)。電話機(jī)、電視攝像機(jī)和電傳機(jī)、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備就是信源。模擬信源，輸出的是模擬信號(hào)；數(shù)字信源，輸出離散的數(shù)字信號(hào)。1/25/2024301.4.1通信系統(tǒng)模型-發(fā)送設(shè)備

發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和信道匹配起來(lái)，即將信源產(chǎn)生的消息信號(hào)變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場(chǎng)合，調(diào)制是最常見(jiàn)的變換方式。對(duì)數(shù)字通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，發(fā)送設(shè)備常常又可分為信源編碼與信道編碼。1/25/2024311.4.1通信系統(tǒng)模型-信道信道是指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理媒質(zhì)。在無(wú)線信道中，信道可以是大氣（自由空間），在有線信道中，信道可以是明線、電纜或光纖。有線和無(wú)線信道均有多種物理媒質(zhì)。媒質(zhì)的固有特性及引入的干擾與噪聲直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。根據(jù)研究對(duì)象的不同，需要對(duì)實(shí)際的物理媒質(zhì)建立不同的數(shù)學(xué)模型，以反映傳輸媒質(zhì)對(duì)信號(hào)的影響。1/25/2024321．4．1通信系統(tǒng)模型噪聲源不是人為加入的設(shè)備，而是通信系統(tǒng)中各種設(shè)備以及信道中所固有的，并且是人們所不希望的。噪聲的來(lái)源是多樣的，它可分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲，而且外部噪聲往往是從信道引入的。因此，為了分析方便，把噪聲源視為各處噪聲的集中表現(xiàn)而抽象加入到信道。1/25/2024331.4.1通信系統(tǒng)模型-接收設(shè)備接收設(shè)備的基本功能是完成發(fā)送設(shè)備的反變換，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中正確恢復(fù)出相應(yīng)的原始基帶信號(hào)來(lái)，對(duì)于多路復(fù)用信號(hào)，還包括解除多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)正確分路。1/25/2024341.4.1通信系統(tǒng)模型-信宿信宿是傳輸信息的歸宿點(diǎn)。其作用是將復(fù)原的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。1/25/2024351.4.2模擬通信模型和數(shù)字通信模型連續(xù)消息是指消息的狀態(tài)連續(xù)變化或是不可數(shù)的，如語(yǔ)音、活動(dòng)圖片等。離散消息則是指消息的狀態(tài)是可數(shù)的或離散的，如符號(hào)、數(shù)據(jù)等。消息的傳遞是通過(guò)它的物質(zhì)載體——電信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，即把消息寄托在電信號(hào)的某一參量上（如連續(xù)波的幅度、頻率或相位；脈沖波的幅度、寬度或位置）。1/25/2024361.4.2模擬通信模型和數(shù)字通信模型模擬信號(hào)：凡信號(hào)參量的取值是連續(xù)的或取無(wú)窮多個(gè)值的，且直接與消息相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。如電話機(jī)送出的語(yǔ)音信號(hào)、電視攝像機(jī)輸出的圖像信號(hào)等。也稱(chēng)連續(xù)信號(hào)，這個(gè)連續(xù)是指信號(hào)的某一參量可以連續(xù)變化，或者說(shuō)在某一取值范圍內(nèi)可以取無(wú)窮多個(gè)值，而不一定在時(shí)間上也連續(xù)。數(shù)字信號(hào)：凡信號(hào)參量只能取有限個(gè)值，并且常常不直接與消息相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。如電報(bào)信號(hào)、計(jì)算機(jī)輸入/輸出信號(hào)、PCM信號(hào)等。有時(shí)也稱(chēng)離散信號(hào)，這個(gè)離散是指信號(hào)的某一參量是離散變化的，而不一定在時(shí)間上也離散。1/25/2024371.4.2模擬通信模型和數(shù)字通信模型模擬信號(hào)波形(a)連續(xù)信號(hào)；(b)抽樣信號(hào)1/25/2024381.4.2模擬通信模型和數(shù)字通信模型數(shù)字信號(hào)波形(a)二進(jìn)制波形；(b)2PSK波形1/25/2024391.4.2模擬通信模型和數(shù)字通信模型按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，可相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。1/25/2024401.模擬通信系統(tǒng)模型信源發(fā)出的原始電信號(hào)是基帶信號(hào)，基帶的含義是指信號(hào)的頻譜從零頻附近開(kāi)始，如語(yǔ)音信號(hào)為300~3400Hz，圖像信號(hào)為0~6MHz。由于這種信號(hào)具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸，這就需要把基帶信號(hào)變換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)，并可在接收端進(jìn)行反變換。完成這種變換和反變換作用的通常是調(diào)制器和解調(diào)器。經(jīng)過(guò)調(diào)制以后的信號(hào)稱(chēng)為已調(diào)信號(hào)。1/25/2024411.模擬通信系統(tǒng)模型已調(diào)信號(hào)有三個(gè)基本特征：攜帶有信息適合在信道中傳輸信號(hào)的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠(yuǎn)離零頻，因而已調(diào)信號(hào)又稱(chēng)頻帶信號(hào)。1/25/2024421.模擬通信系統(tǒng)模型兩種變換連續(xù)消息與基帶信號(hào)的變換基帶信號(hào)與頻帶信號(hào)之間的變換實(shí)際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、天線輻射、控制等過(guò)程。由于調(diào)制與解調(diào)兩種變換對(duì)信號(hào)的變化起決定性作用，而其他過(guò)程對(duì)信號(hào)不會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化，只是對(duì)信號(hào)進(jìn)行了放大或改善了信號(hào)特性，因而被認(rèn)為是理想的而不予討論。1/25/2024431.模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信系統(tǒng)模型1/25/2024441.模擬通信系統(tǒng)模型模擬通信的主要特點(diǎn)

1）抗干擾能力差

2）不易于保密通信

3）設(shè)備不易于大規(guī)模集成

4）不適應(yīng)飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)通信的要求

5）簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。1/25/2024452．?dāng)?shù)字通信系統(tǒng)模型

技術(shù)問(wèn)題主要有信源編碼/譯碼、信道編碼/譯碼、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)、數(shù)字復(fù)接、同步以及加密等。1/25/2024462．?dāng)?shù)字通信系統(tǒng)模型在某些有線信道中，若傳輸距離不太遠(yuǎn)且通信容量不太大時(shí)，數(shù)字基帶信號(hào)無(wú)需調(diào)制，可以直接傳送，稱(chēng)之為數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸，其模型中就不包括調(diào)制與解調(diào)環(huán)節(jié)，1/25/2024471)信源編碼與譯碼作用一:是設(shè)法減少碼元數(shù)目和降低碼元速率，即通常所說(shuō)的數(shù)據(jù)壓縮。碼元速率將直接影響傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬又直接反映了通信的有效性。作用二:是當(dāng)信息源給出的是模擬語(yǔ)音信號(hào)時(shí)，信源編碼器將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸。信源編碼方法：PCM、ADPAM、DM等信源譯碼是信源編碼的逆過(guò)程。1/25/2024482）信道編碼與譯碼數(shù)字信號(hào)在信道傳輸時(shí)，由于噪聲、衰落以及人為干擾等，將會(huì)引起差錯(cuò)。為了減少差錯(cuò)，信道編碼器對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分（監(jiān)督元），組成所謂“抗干擾編碼”。接收端的信道譯碼器按一定規(guī)則進(jìn)行解碼，從解碼過(guò)程中發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或糾正錯(cuò)誤，從而提高通信系統(tǒng)抗干擾能力，實(shí)現(xiàn)可靠通信。信道編碼：線性分組碼、卷積碼、循環(huán)碼等。1/25/2024493）加密與解密在需要實(shí)現(xiàn)保密通信的場(chǎng)合，為了保證所傳信息的安全，人為將被傳輸?shù)臄?shù)字序列擾亂，即加上密碼，這種處理過(guò)程叫加密。在接收端利用與發(fā)送端相同的密碼復(fù)制品對(duì)收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密，恢復(fù)原來(lái)信息，叫解密。1/25/202450