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1、现代通信应用与发展,信息工程系 司朝良,2,1、 通信的概念与通信发展,3,1、1 通信的基本概念,1、通信： 指带有信息的信号从一点传到另一点的过程。,2、现代通信： 在任何时间、任何空间、任何地点、任何对象之间以任何方式进行信息交换的过程。 例如人与人、人与机器之间信息的交换。,4,1、1 通信的基本概念,3、通信的目的,传递消息中包含的信息。,4、 消息,语音、文字、图形、图像等传递对象。 消息必须转换成电信号（简称信号），才能 在通信系统中传输。,5,1、1 通信的基本概念,6、 信息,指消息中的对有效内容。 不同形式表现（汉字、符号、图形等）的同 一消息，载有相同的信息。,5、 信号
2、,是消息的载体，为传送消息而对其变换后传的某种物理量（如电信号、声信号、光信号）。,6,1、2 通信的发展,一、通信方式历史,1.古代： 公元前800年(周朝)，周幽王烽火戏诸侯。 应用光通信的见证最简单的二进制数字通信。 2.近代： 1820年：安培发明电报通信，近代数字通信的开始。 1838年：莫尔斯将电报通信推向实用。 1876年：贝尔发明电话，模拟通信的开始。,7,1、2 通信的发展,烽火台,8,1、2 通信的发展,3.现代 20世纪60年代以后： 数字通信技术进入高级发展阶段。 近20多年： 数字通信迅猛发展； 光纤通信也携手同行。 两者都成为现代通行网的主要支柱。,9,1、2 通信
3、的发展,1844年5月24日国会大厦 ，“上帝创造了何等的奇迹!”,塞缪尔莫尔斯 （Samuel Finley Breese Morse，1791-1872）,10,1、2 通信的发展,贝尔 （1847-1922） 美国电话发明者,11,1、2 通信的发展,1876年3月10日，美国发明家贝尔发明世界上第一部电话，并获美国专利局批准的电话专利。 这是2005年8月11日拍摄的美国新泽西州默里山贝尔实验室博物馆内的世界第一部电话。,12,1、2 通信的发展,麦克斯韦预言了电磁波的存在，并建立了电磁场理论。1873年，麦克斯韦完成巨著电磁学通论，是牛顿以后科学史上的又一座丰碑 。,麦克斯韦(Jam
4、es Clerk Maxwel 18311879)英国物理学家,13,1、2 通信的发展,赫兹最伟大的贡献： 用实验证实了电磁波的存在。,赫兹 （1857-1894）德国物理学家,1888年，赫兹证实了麦克斯韦发现的真理，开创了无线电电子技术的新纪元。 为纪念他在电磁波发现中的卓越贡献，后人将频率的单位命名为赫兹。,14,1、2 通信的发展,1888年，赫兹制作的简易电磁波发射和接收装置,15,1、2 通信的发展,1895年，20岁的意大利青年马可尼发明了无线电报机。 开创了人类利用电磁波进行通信的历史,1、2 通信的发展,其他利用电磁波的技术，相继问世： 无线电广播（1906年）、无线电导航
5、（1911年）、 无线电话（1916年）、 短波通讯（1921年）、 无线电传真（1923年）、 电视（1929年）、 微波通讯（1933年）、 雷达（1935年）， 遥控、遥感、卫星通信、射电天文学,17,1、2 通信的发展,返回,18,1.3 通信系统的分类,模拟通信系统和数字通信系统 （按信号方式分）,模拟信号，也称连续信号。 如：话筒送出的语音信号。 数字信号，也称离散信号。 如：代表文字的编码、计算机数据信号。,19,1.3 通信系统的分类,模拟信号,数字信号,20,1.3 通信系统的分类,2、按信息的物理特征分： 电报通信系统、 电话通信系统、 数据通信系统、 图象通信系统。,21
6、,1.3 通信系统的分类,3. 按传输信道分： 有线通信（明线、电缆、光纤） 无线通信,信道： 传输信号所用的媒介与设施。,22,1.3 通信系统的分类,4、按传输信号的复用方式分： 频分复用（FDMA）：不同信号占据不同的频率范围。 时分复用(TDMA)：使不同信号占据不同的时间区间。 码分复用(CDMA)：用一组正交的脉冲序列分别携带不同的信号。,23,1.3 通信系统的分类,5、按传输手段分： 电缆通信系统、 微波（中继）通信系统、 光纤通信系统、 卫星通信系统、 移动通信系统、 计算机通信系统。,24,1.3 通信系统的分类,6、按传输频段分： 长波通信系统、 短波通信系统、 中波通信
7、系统、 激光通信系统、 红外波通信系统。,25,1.3 通信系统的分类,6、按调制方式分： 基带传输系统不经调制的信号直接在信道上传输的系统。如：音频市内电话、数字信号的基带传输。 调制传输系统各种信号变换方式后进行传输的总称。,26,1.3 通信系统的分类,调制与解调,调制的目的： a将信号变换成适于在信道上传送的形式。如无线传输时，必须将信息信号载在高频上才好向自由空间发射。 b有效地利用频带。 c提高通信的抗干扰能力（数字通信）。,27,1.3 通信系统的分类,国内现有通信网络 我国现有的通信网络大致可分为3类： （1）电信网 ： 公用电话交换网和移动通信网 （2）计算机通信网：互联网
8、（3）有线电视网,28,1.4 通信系统的组成,29,1.5 信道,一、信道分类（依传输媒体分）,1. 无线信道： 利用电磁波来传播信号。 如广播电台、移动电话。 2.有线信道： 利用人造传输媒体来传输信号。 如传统的固定电话。,30,1.5 信道,31,1.5 信道,二、无线信道 1.电磁波的发射和接收,均要用天线 因天线尺寸的要求，通信频率都较高。 频率使用规划和管理 国际电信联盟（ITU）定期召开世界无线电通信大会WRC（The World Radio- communication Conference），制定频率使用国际协议。 我国：信息产业部无线电管理局。,32,1.5 信道,根据通
9、信距离、频率和位置的不同： 地波传播 天波传播 视距传播,二、无线信道 2.电磁波的传播,33,1.5 信道,（1） 地波传播 频率：2MHz 以下，有一定的绕射能力 绕射：电磁波沿弯曲的地球表面传播所具 有的能力 通信距离：可达数百数千 km,34,1.5 信道,（2）天波传播 频率：230MHz 电离层反射： 通信距离：单次可达4000km，多次可达10000km,35,1.5 信道,（3） 视距传播 频率：30MHz以上 天线高度h与传播距离D(=2d)的关系： D 2=8rh50h （r为地球的等效半径）,36,1.5 信道, 采用无线电中继，实现远程通信。 若天线架设高度为50m，则
10、视线距离约为 50km。（视距传输距离有限，需中继）,37,1.5 信道,转发站（基站）： 人造卫星：3颗静止卫星 （卫星通信系统），目前广泛应用。,38,1.5 信道, 高空平台电台HAPS(High Altitude Platform Station) ： 250个充氦气艇（平流层通信系统），很有发展前途。,39,1.5 信道无线信道,（4） 散射传播 电离层散射：30 60 MHz 对流层散射: 100 4000 MHz 通信流星余迹: 30 100 MHz,40,1.5 信道无线信道,41,1.5 信道无线信道,目前民用无线电通信中，应用最广的是蜂窝网和卫星通信。,42,1.5 信道无
11、线信道,移动 交换 中心,电话 交换 中心,蜂窝网,43,1.5 信道,明线 对称电缆 同轴电缆,二、有线信道 1. 传输电信号,44,1.5 信道有线信道,（1）明线,45,1.5 信道有线信道,（2）对称电缆：双绞线,46,1.5 信道有线信道,（2）对称电缆：双绞线,47,1.5 信道有线信道,双绞线（Twisted Pairwire）由两根具有绝缘保护层的铜导线组成，把两根导线按一定密度互相缠绕在一起,可降低信号干扰的程度。 双绞线可以分为屏蔽双绞线（STP）与非屏蔽双绞线（UTP）两大类。,48,1.5 信道有线信道,（3）同轴电缆,同轴电缆截面示意图,双同轴电缆及6芯接头,49,1.5 信道有线信道,（3）同轴电缆,基站用射频同轴电缆 (50同轴电缆),射频同轴电缆,50,1.5 信道有线信道,同轴电缆是一种通信电缆，以实心铜体为芯外包着一层绝缘材料，绝缘材料用密织的网状导体环绕，网外又再覆盖一层保护性材料。 常用的同轴电缆有两类：50和75,（3）同轴电缆,51,1.5 信道有线信道,有线信道电气特征,52,1.5 信道有线信道,2.传输光信号光纤,表面涂层,包层,芯区,53,1.5 信道有线信道,2. 光纤,光纤结构,
