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1、通信系统和技术基础1.通信概述1.1通信的起源和发展1.2通信的基本概念1.3通信系统的分类1.4通信标准化组织3 1.1通信的起源和发展通讯的起源发展操作方式相对简单传递慢且不及时，而且受时间和空间限制，受外界环境影响大，易造成信息丢失。4 1.1通信的起源和发展通信（Communication）一直陪伴着人类的发展。早在远古时期，人们就通过简单的语言、手势等方式进行信息的交换。“烽火狼烟，快马加鞭”生动地描述了我国古代的通信技术。通信在我国的古代也流传出了很多故事，如烽火传军情、鸿雁传书等。在其他国家，通信的方式也多种多样，如长跑、灯塔、通信塔、旗语等。现代通信方式现代通信方式：这些通信方
2、式所传递的信息主要是依靠人的视觉与听觉来直接感知并接收的。随着人类生活范围及“社交圈”的不断扩大，视觉和听觉上的信息交换已不能满足人类的需求。因此，创新出依赖其他方式的通信方法成为人类文明发展史的重要部分。5 1.1通信的起源和发展法国查佩兄弟俩在巴黎和里尔之间以接力方式架设了一条230千米长的托架式线路。这种被称为“遥望通信”的信息传递方式曾在欧洲盛极一时。据称查佩兄弟中的一人，就是最早使用“电报”一词的人。1835年，美国人塞缪尔莫尔斯成功地研制出世界上第一台电磁式电报机，并用电流的“通”“断”和电流通断的时间“长”“短”来代替文字进行传送，这就是“莫尔斯电码”。1875年，原籍苏格兰的亚
3、历山大格拉汉姆贝尔发明了世界上第一台电话机，直接将声信号转变为电信号并沿导线传送1878年，贝尔在相距300km的波士顿和纽约之间进行了首次长途电话实验，获得了成功。19世纪，人们开始研究用电磁波传送电信号。1901年，马可尼成功地实现了横跨大西洋的无线电通信。从此，传输电信号的通信方式，特别是无线电通信方式，得到广泛应用和迅速发展，世界进入了电通信的新时代6 1.1通信的起源和发展20世纪30年代至40年代，人们利用铜线传输载波电话信号，使长途有线通信容量加大，电信号的频分多路技术开始步入实用阶段。20世纪50年代至60年代，半导体晶体管开始在电子电路中替代电子管，其后进入集成电路及超大规模
4、集成电路的时代。通信设备随之更新，开始出现最早的公用电话交换网。20世纪80年代，各种信息业务应用增多，通信网络开始向数字化发展。电信号的时分多路技术走向成熟，公用电话交换网逐渐得到普及，蜂窝网等各种无线移动通信业务向公众开放。现代移动通信以1986年第一代移动通信技术发明为标志，经过30多年的爆发式增长，极大地改变了人们的生活方式，并成为推动社会发展的最重要动力之一。当前正在高速发展的移动通信技术已经进入第五代7 1.2通信的基本概念1.2通信的基本概念1.2.1通信的定义1.2.2通信中的基本概念8 1.2通信的基本概念通信的定义：通信，就是信息的传递，是指人与人或人与自然之间通过某种行为
5、或媒介进行的信息交流与传递。通信从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下采用任意方法、任意介质，将信息从某一方准确、安全地传送到另一方的传输过程。9 1.2通信的基本概念通信专业中所讲的通信，基本上采用电信这个概念中所指的通信内涵。但随着现代技术的发展，电信概念中所指的通信已不能完整反映通信所面临的新问题。因为电信概念中涉及的只有电磁系统，并没有包括非电磁系统（如声学系统），这样水下声通信系统就不属于通信的范畴。通信更广泛的定义是将信源端信号转换为电信号并进行某种处理，使之适用于特定的传输信道，在信宿端再将接收到的信号还原为电信号并最终还原出信源端信号的过程。随着现代科学技术的飞
6、速发展，相继出现了程控交换、移动通信、计算机通信等各种通信技术，并建成了全球性的综合通信网络和互联网。通信技术拉近了人与人之间的距离，提高了经济的效率，深刻地改变了人类的生活方式和社会面貌。10 1.2通信的基本概念通信系统的组成：通信系统由信号传输过程所涉及的全部要件组成，如信源、发信设备、信道、交换设备、接信设备、信宿。在信息传输过程中，外部信号或者内部不同信号之间会对传输的正常信号产生干扰，这就是噪声。在通信系统中，信源是发出信息的信息源，即信息的发送者。信宿是信息传送的终点，也就是信息的接收者。信道是信息传输的通道，有时也会被称为介质或载体。如驿站、烽火台、电磁波、同轴电缆、双绞线、光
7、纤等都是信道。现有信道可以被分为两大类：有线信道和无线信道。噪声也称为噪声源，它并不是人为实现的通信系统必需的实体，而是在实际通信系统中客观存在的。通信系统的任务是对通信系统组成部分中的各要件进行研究，从而最可靠、最有效、最方便、最经济地实现通信目标。在通信系统中，除硬件设备外，还有协调这些硬件设备进行有序化工作的规程和约定，如各种信令、协议、标准等。11 1.2通信的基本概念电磁波：电磁波是电磁场的一种运动形态。化电与磁可以说是一体两面，变的电场会产生磁场，即电流会产生磁场，而变化的磁场则会产生电场。变化的电场和变化的磁场构成了一个不可分离的统一的场，这就是电磁场。而变化的电磁场在空间传播形
8、成了电磁波，也常称为电波。工作方式：利用电磁波的3个基本特征参数（频率、振幅和相位）来携带信息，通过发送端的天线将电磁波发射出去，在接收端同样利用天线来接收电磁波。使电磁波携带信息的方法称为调制，从携带信息的电磁波中获取信息的方法称为解调。公式：v=f电磁波的频率：f （Hz）电磁波的波速：v电磁波的波长:12 1.2通信的基本概念同步和异步：同步是指发送端和接收端按照统一的“时钟节拍”工作，传送和接收都是以数据块为单位，帧与帧之间、帧内部的位与位之间都同步。异步是指发送端和接收端没有统一的时钟节拍，而是按照自己的时钟节拍工作，异步通信时接收端不需要一直在意发送端。并行和串行：并行是指信源和信
9、宿之间通过多条传输线交换数据，数据的各位同时进行传送。适用于短距离通信，且要求通信速率较高的应用场合。适用于短距离通信，且要求通信速率较高的应用场合。串行是指信源和信宿之间仅通过一条传输线交换数据，数据按顺序一位接一位地依次传送。传输速度低，通信成本低，支持长距离传输。单工、半双工和全双工：单工：通信是单向的，即通信的双方在任意时刻只能向一个方向发送信息。半双工：指两个设备都能收发信号，但是两个过程不能同时进行。全双工：指两个设备能够同时进行信息收发，即通信的双方在任意时刻都可以进行信息收发。13 1.2通信的基本概念模拟信号和数字信号：模拟信号是指用连续变化的物理量表示的信号，其信号的幅度（
10、或频率、相位）随时间连续变化，或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。数字信号是指用一组特定的、有限个数的量来描述的信号，典型的就是用最为常见的二进制数字来表示的信号。电路交换与分组交换：电路交换是以电路连接为目的的交换方式。通信之前要在通信两方之间建立一条被两方独占的物理通道，即电路连接，并保持到通信结束。分组交换也称为包交换，即将用户通信的数据划分成多个更小的数据段，在每个数据段的前面加上必要的控制信息作为数据段的首部，每个带有首部的数据段就构成了一个分组。14 信噪比：一个电子设备或者电子系统中信号与噪声的比例。信号强度：信号强度指的是信号的绝对功
11、率数，通常不用瓦或毫瓦表示，而是用dBm来表示。计算公式为10lg(P/1mW)带宽：带宽被更广泛地运用在数字通信中，用来描述网络或线路理论上传输数据的最高速率。爱尔兰：是通信技术里表示话务量强度的单位，可以缩写成Erl，在通信业界也常被称为爱尔兰。调制和解调：调制就是用基带信号去控制载波信号的某个或几个参量的变化，这样载波信号就变为已调信号，其中携带着基带信号的信息。调制可以根据基带信号的不同分为模拟调制和数字调制，根据所控制的载波参量的不同，又分为调频、调幅和调相。15 1.3通信系统的分类1.3通信系统的分类1.3.1按通信业务分类1.3.2按信号特征分类1.3.3按传输介质分类1.3.
12、4按工作频段分类16 1.3通信系统的分类1.3.1按通信业务分类：通信系统按通信业务分为话务通信和非话务通信话务通信即电话业务，在传统电信领域中一直占主导地位。非话务通信主要是分组数据业务、计算机通信、传真、视频通信等。话务通信主要是电话服务为主，程控数字电话交换网络的主要目标就是为普通用户提供电话通信服务。近年来，随着因特网的迅速发展非话务通信发展迅速，已经远超电话业务成为通信业务的主流。非话务通信主要是分组数据业务、计算机通信、数据库检索、电子信箱、电子数据交换、传真存储转发、可视图文及会议电视、图像通信等。特点：话务通信：1.对传输时延特别敏感2.要求传输时延抖动尽可能小3.对传输时延
13、中出现的偶然差错不敏感非话务通信：更加关注传输的准确性，有时要求实时传输，又有时对实时性要求不高。17 1.3通信系统的分类1.3.2按信号特征分类：通信系统按信号特征可分成模拟通信系统和数字通信系统模拟通信是利用模拟信号，例如正弦波的幅度、频率或相位的变化，或者利用脉冲的幅度、宽度或位置变化来模拟原始信号，以达到通信的目的。例如，电视机、音箱，以及早期流行的录像机、CD机、VCD机等设备。总之模拟通信传输的是音频、视频等模拟信号。数字通信是用数字信号作为载体来传输消息的，或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。可传输电报、数据等数字信号，也可传输经过数字化处理的语音和图像等模拟信号
14、。特点：模拟通信的优点是直观且容易实现，但有两个缺点1.保密性差2.抗干扰能力弱。数字通信的优点抗干扰能力强、易加密、易与现代技术相结合。弱点是频带利用率不高，需要严格的同步系统18 1.3通信系统的分类1.3.3按传输介质分类：通信系统按传输介质可分为有线通信系统和无线通信系统有线通信以传输线缆作为传输的介质，它包括电缆通信、光纤通信等；无线通信利用无线电波在自由空间传播信息，它包括微波通信、卫星通信、移动通信等优缺点：有线通信优点:抗干扰性强，稳定性高，具备一定的保密性，传输速率快，带宽能够无限大。缺点:受环境影响较大，扩展性较弱，有衰减，施工难度大，移动性差，费用高。无线通信：不需要受传
15、输介质的限制、具有一定的移动性、可以在移动状态下通过无线连接进行通信、施工难度低、成本低。缺点：抗干扰较弱、传输速率较慢、带宽有限、传输距离也有限制、费用低。19 电缆通信：电缆作为传输介质，通常采用复用技术实现电话、电报、图像、数据等的多路通信。电缆是由多根互相绝缘的导线或导体构成缆芯，外部具有密封护套的通信线路，有的在护套外面还装有外护层。电缆有架空、直埋、管道和水底等多种敷设方式，按结构可分为对称、同轴和综合电缆。通信电缆传输频带较宽，通信容量较大，受外界干扰小，但不易检修。光纤通信：以光波作为信息载体，以光纤作为传输介质的一种通信方式。由于光纤传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小，指标远
16、优于电缆通信、无线电波等，已成为当今通信中的主要传输方式，传统的电缆通信已经基本被光纤（光缆）通信所代替。移动通信：移动通信是进行无线通信的现代化技术，这种技术是电子计算机与移动互联网发展的重要成果之一。移动通信技术经过第一代、第二代、第三代、第四代、第五代技术的发展，目前，第五代也是目前改变世界的几种主要技术之一。20 1.3通信系统的分类1.3.3按工作频段分类：按通信设备工作时使用的信号频段不同，通信可分为低频通信、中频通信、高频通信等。频段名称典型应用3Hz30Hz极低频（ELF）远程导航、水下通信30Hz300Hz超低频（SLF）水下通信300Hz3kHz特低频（ULF）远程通信3kHz30kHz甚低频（VLF）远程导航、水下通信、声呐30kHz300kHz低频（LF）导航、水下通信、海事通信、无线电信标300kHz3MHz中频（MF）广播、海事通信、测向、遇险求救、海岸警卫3MHz30MHz高频（HF）远程广播、电报、电话、传真、搜寻救生、飞机与船只间通信、船岸通信、业余无线电30MHz300MHz甚高频（VHF）电视、调频广播、陆地交通、空中交通管制、出租汽车、警用、导航
