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1、第一章 模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号 通信系统简介通信系统简介 模拟通信模拟通信 模拟信号传输模拟数据模拟信号传输模拟数据 模拟信号传输数字数据模拟信号传输数字数据 数字通信数字通信 数字信号传输模拟数据数字信号传输模拟数据 数字信号传输数字数据数字信号传输数字数据 通信媒体与传输速度通信媒体与传输速度 多路复用多路复用1.1 通信系统简介 通信技术发展简史通信技术发展简史 通信系统的分类通信系统的分类 通信系统的组成通信系统的组成 按信号类型分类按信号类型分类 按消息传送的方向与时间的关系按消息传送的方向与时间的关系 按照数字信号码元排列方法分类按照数字信号码元排列方法分类 通信技术
2、发展简史通信技术发展简史 1837 年，美国人摩尔斯（年，美国人摩尔斯（Samuel Morse）发明了有线电报，使得通过一条铜线上的电脉冲来传递信息）发明了有线电报，使得通过一条铜线上的电脉冲来传递信息 成为可能。揭开了现代通信的历史成为可能。揭开了现代通信的历史 1876 年，贝尔（年，贝尔（Alexander Graham Bell）发明了电话，它将声音转化成电信号，然后由一条电压连续）发明了电话，它将声音转化成电信号，然后由一条电压连续 变化的导线传导出去。在导线的另一端，电信号被还原成声音。变化的导线传导出去。在导线的另一端，电信号被还原成声音。 1895 年，马克尼（年，马克尼（G
3、uglielmo Marconi）发明了无线电报。）发明了无线电报。 1920 年，在无线电的基础上，调幅广播首次在美国实现。年，在无线电的基础上，调幅广播首次在美国实现。 1940 年至年至 1945 年，使用雷达，实现微波通信。年，使用雷达，实现微波通信。 1946 年，世界上第一台多用途的电子计算机年，世界上第一台多用途的电子计算机“爱尼亚克爱尼亚克”（ENIAC）在美国宾夕法尼亚大学莫尔电子工）在美国宾夕法尼亚大学莫尔电子工 程学院诞生。程学院诞生。 1969 年，美国国防部高级研究计划署年，美国国防部高级研究计划署 ARPA 有关广域网络的项目宣告了网络世界的到来。有关广域网络的项目
4、宣告了网络世界的到来。 1978 年，美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统年，美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统(AMPS)，建成了蜂窝状移动通信网，建成了蜂窝状移动通信网， 1982 年，欧洲推出了泛欧数字移动通信网年，欧洲推出了泛欧数字移动通信网(GSM)的体系，并于的体系，并于 1991 年年 7 月投入商用，月投入商用，GSM 手机开始手机开始 走入百姓生活，走入百姓生活，GSM 成为全球移动通信系统的代名词。成为全球移动通信系统的代名词。 1989 年，在瑞士日内瓦欧洲核子物理研究中心（年，在瑞士日内瓦欧洲核子物理研究中心（CERN）工作的蒂姆）工作的蒂姆伯纳斯伯纳斯李（李（T
5、im Berners-Lee） 首先提出了首先提出了 WWW 的概念的概念 1992 年，年，Internet 开始进入它的商业化发展阶段，开始进入它的商业化发展阶段，Internet 用户开始向全世界扩展，标志着以互联网用户开始向全世界扩展，标志着以互联网 Internet 为主要手段的新的通信时代的到来。为主要手段的新的通信时代的到来。通信系统的组成 通信通信 就是通过传输媒体进行信息传递的过程，实现信息传递所需要的一切设备构成就是通过传输媒体进行信息传递的过程，实现信息传递所需要的一切设备构成 通信系统。通信系统。 接收设备 信宿 信源 干扰 传输媒体 发送设备 信信 源源 模拟信源，模
6、拟信源输出连续幅度的信号，如：声音的强度、温度的高低变化等都是模拟信号。模拟信源，模拟信源输出连续幅度的信号，如：声音的强度、温度的高低变化等都是模拟信号。 数字信源，数字信源输出离散的值，每个离散值代表一个符号，如：计算机、电传机产生输出的数据数字信源，数字信源输出离散的值，每个离散值代表一个符号，如：计算机、电传机产生输出的数据 等。等。 信信 宿宿接收者将接收设备得到的信息进行利用，从而完成一次信息的传递过程接收者将接收设备得到的信息进行利用，从而完成一次信息的传递过程 发送设备发送设备 概念，发送设备是将信源产生的信号变换成能够在传输媒介中便于传送的信号形式，送往传输媒介。概念，发送设
7、备是将信源产生的信号变换成能够在传输媒介中便于传送的信号形式，送往传输媒介。 传送的信号不同、通信系统类型不同，发送设备和接收设备所起的作用悬殊很大传送的信号不同、通信系统类型不同，发送设备和接收设备所起的作用悬殊很大 接收设备接收设备 接收设备用于信号的识别，它将接受到的信号进行解调、译码操作，还原为原来的信号，提供给接收者。接收设备用于信号的识别，它将接受到的信号进行解调、译码操作，还原为原来的信号，提供给接收者。通信系统的分类通信系统的分类 传输媒体传输媒体 概念，传输媒体是指从发送设备到接收设备信号传递所经过的物理媒介概念，传输媒体是指从发送设备到接收设备信号传递所经过的物理媒介 分类
8、分类 有线的，如：同轴电缆、双绞线、光纤等。有线的，如：同轴电缆、双绞线、光纤等。 无线的，如微波、通信卫星、移动通信等。无线的，如微波、通信卫星、移动通信等。 干扰和信号衰减干扰和信号衰减 传输介质和电信号的固有物理特性传输介质和电信号的固有物理特性 。 通信系统的分类通信系统的分类按信号类型分类按信号类型分类 模拟通信系统，在传输线路上传输模拟信号的通信方式称为模拟通信，模拟通信系统通过模拟信号传模拟通信系统，在传输线路上传输模拟信号的通信方式称为模拟通信，模拟通信系统通过模拟信号传 输数据。输数据。 数字通信系统，数字通信是指用数字信号作为载体来传输信息，或者用数字信号对载波进行数字调制
9、数字通信系统，数字通信是指用数字信号作为载体来传输信息，或者用数字信号对载波进行数字调制 后再传输的通信方式。后再传输的通信方式。 按消息传送的方向与时间的关系按消息传送的方向与时间的关系 单工通信单工通信 半双工通信半双工通信 全双工通信全双工通信 按照数字信号码元排列方法分类按照数字信号码元排列方法分类 串行传输串行传输 并行传输并行传输数字通信的特点数字通信的特点 抗干扰能力强，数字传输系统通过使用中继器来扩大传送距离，不会累积噪声，传输误差小，只要噪抗干扰能力强，数字传输系统通过使用中继器来扩大传送距离，不会累积噪声，传输误差小，只要噪 声绝对值不超过某一门限值，接收端便可判别脉冲的变
10、化，以保证通信的可靠性。声绝对值不超过某一门限值，接收端便可判别脉冲的变化，以保证通信的可靠性。 以数据帧为单位传输数据，并通过检错编码和重发数据帧来发现并纠正通信错误，从而有效保证通信以数据帧为单位传输数据，并通过检错编码和重发数据帧来发现并纠正通信错误，从而有效保证通信 的可靠性。的可靠性。 可以方便地利用各种加密和解密技术，从而有效增强通信的安全性。可以方便地利用各种加密和解密技术，从而有效增强通信的安全性。 适合远距离传输，在长距离数字通信中可通过中继器放大和整形来保证数字信号的完整，并可以克服适合远距离传输，在长距离数字通信中可通过中继器放大和整形来保证数字信号的完整，并可以克服模拟
11、通信中的噪音累积，保证高质量的数据传输。模拟通信中的噪音累积，保证高质量的数据传输。 可适应各种通信业务要求，如电话、电报、图像、数据等，便于实现统一的综合业务数字网，便于采可适应各种通信业务要求，如电话、电报、图像、数据等，便于实现统一的综合业务数字网，便于采 用大规模集成电路，便于实现通信网的计算机管理等优点。用大规模集成电路，便于实现通信网的计算机管理等优点。 通信模式通信模式 单工通信单工通信 单工通信（单工通信（Simplex Communication）是指数据传输是单方向的，如：只能由设备）是指数据传输是单方向的，如：只能由设备 A 到设备到设备 B，反之则，反之则 不可以。例如
12、，无线广播等。不可以。例如，无线广播等。 半双工通信半双工通信 半双工通信（半双工通信（Half-Duplex Communication）指双方可以互相通信，但是同一时间不能进行发送和接收数）指双方可以互相通信，但是同一时间不能进行发送和接收数 据的操作，发送和接收数据必须轮流进行。例如使用无线对讲机通信据的操作，发送和接收数据必须轮流进行。例如使用无线对讲机通信 。 全双工通信全双工通信 全双工通信（全双工通信（Full-Duplex Communication）是指传输的双方可以同时对数据进行发送和接收，即在两者）是指传输的双方可以同时对数据进行发送和接收，即在两者 之间的传输通道中，允
13、许两个方向的数据流动。之间的传输通道中，允许两个方向的数据流动。 传输模式传输模式 并行传输（并行传输（Parallel Transmission） 是指同时可以传输多个比特，每个比特使用一条独立的线路，这些线路通常被困扎在一条电缆里是指同时可以传输多个比特，每个比特使用一条独立的线路，这些线路通常被困扎在一条电缆里 串行传输（串行传输（Serial Transmission） 是指利用一条线路，逐个传送比特位的传输方式。和并行传输相比，串行传输使用的线路少，因此价格是指利用一条线路，逐个传送比特位的传输方式。和并行传输相比，串行传输使用的线路少，因此价格 较低，长距离传输更加可靠。由于每次只
14、能发送一个比特位，因此速度较慢。较低，长距离传输更加可靠。由于每次只能发送一个比特位，因此速度较慢。串行传输（串行传输（Serial Transmission）的实现）的实现 异步传输（异步传输（Asynchronous Transmission）是指将比特串划分成一个个的小组发送，这些比特组可以在）是指将比特串划分成一个个的小组发送，这些比特组可以在 任何时候发送。任何时候发送。 同步传输（同步传输（Synchronous Transmission）也是对比特流分组，它不是单独的发送每个字符，而是将多）也是对比特流分组，它不是单独的发送每个字符，而是将多 个字符组合成一个大的组一起发送。每一
15、个组合成为一个数据帧，简称帧（个字符组合成一个大的组一起发送。每一个组合成为一个数据帧，简称帧（Frame） 。 1.2 模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号 模拟信号及其传输模拟信号及其传输 数字信号及其传输数字信号及其传输 模拟信号与数字信号的转换模拟信号与数字信号的转换 模拟信号的概念模拟信号的概念 模拟信号（模拟信号（Analog signal）是指在两个峰值之间来回振荡的、连续变化的信号。例如无线电与电视广播）是指在两个峰值之间来回振荡的、连续变化的信号。例如无线电与电视广播 中的电磁波，电话传输中的音频电压信号等。中的电磁波，电话传输中的音频电压信号等。 模拟信号的主要特征模拟信号
16、的主要特征 周期（周期（Period）和频率（）和频率（Frequency） 振幅（振幅（Amplitude） 相移（相移（Phase） 数字信号的概念数字信号的概念 数字信号是指在一个持续时间内保持一个固定的值，然后再转变为另外一个值的信号。例如一系列断续数字信号是指在一个持续时间内保持一个固定的值，然后再转变为另外一个值的信号。例如一系列断续 变化的电压脉冲，或光脉冲。变化的电压脉冲，或光脉冲。 模拟信号与数字信号的转换模拟信号与数字信号的转换 信源数据信源数据 模拟数据模拟数据温度，湿度，声音等温度，湿度，声音等 数字数据数字数据计算机，传真机等计算机，传真机等 信号信号 数字信号数字信号 模拟信号模拟信号
