现代通信及应用概述

2019/8/16CP第一章绪论1通信技术基础主讲人:舒金意电话:[phone]邮箱:[e-mail]2019/8/162为什么要学？“why”学什么？“what”如何学？“how”哪里可学？“where”电信类专业的一门重要专业基础课程是必修课、核心主干课是一门专业的标志性课程起着承前启后的作用，占有重要的教学地位。2019/8/163•课程目标掌握通信系统的基本概念、基本理论、基本技术和系统性能分析方法；掌握基本的分析、设计思想和方法；了解仿真工具的应用（SystemView）；了解通信新技术的应用和发展；具备获取知识、分析问题、解决问题的能力；2019/8/164•课程学习课堂教学：74学时实验教学：16学时•课程考核方式最终总成绩包括：平时成绩：40%考试成绩：60%2019/8/165•课程参考教材《通信原理》（第5版），樊昌信，国防工业出版社，2001.《通信原理》（上，下），周炯槃等，北京邮电大学出版社,2002.《通信原理教程》，徐家恺等，科学出版社,2003.《数字通信系统原理》，李斯伟等，人民邮电出版社,2008.2019/8/166课程参考网站武汉科技大学通信原理网站：西安电子科技大学通信原理网站：北京邮电大学通信原理网站：东南大学通信原理网站：北京交通大学通信原理网站：南京邮电大学通信原理网站：无线资讯网：通信与现代通信1.2信息时代与现代通信1.3通信技术应用概述1.4通信系统模型第1章现代通信及应用概述2019/8/1681.1通信与现代通信1.1.1通信的历史演进通信发展可以反映社会的进步过程。它没有明确的界限，可分为三个阶段，即古代通信、近代通信、现代通信。1．古代通信如旗语（通过各色旗子的舞动），号角、灯塔、喇叭、击鼓敲锣、风筝、信号树、信鸽烽火通信等。2019/8/1692．近代通信1）电报与电话的发明19世纪30年代随着电的发明与应用，俄国外交家希林格和英国青年库克等都相继制造出了电报机。1834年，莫尔斯利用电流一通一断的原理，发明了用电流的“通”和“断”来编制代表字母和数字的代码，人称“莫尔斯电码”。后来他在助手维尔德的帮助下，制成了举世闻名的莫尔斯电报机。2019/8/16101876年，亚历山大格雷厄姆贝尔利用电磁感应原理发明了电话，预示着个人通信时代的开始，如图1.3所示。图1.3贝尔及其发明的电话机2019/8/1611（2）无线电通信的诞生电报，电话的电信号是通过金属线传送的。无线通信利用无线电波来传递信息的。1888年，赫兹制作的简易电磁波发射和接收装置如图1-5所示2019/8/16121895年，20岁的意大利青年马可尼如图1.6所示发明了无线电报机。开创了人类利用电磁波进行通信的历史。图1.6无线电通信的创始人马可尼2019/8/16133）广播与电视的出现1906年，美籍加拿大人费森登在纽约附近设立了世界上第一个广播站。1925年，英国人贝尔德发明了机械扫描式电视机。1936年，电视转播在柏林举行的第6届奥林匹克运动会。2019/8/16143．现代通信出现以计算机和数字通信融合为代表的信息技术，且通信信息网络进入商业化以后，才完成了近代通信技术向现代通信技术的转变。以微电子和光电技术为基础，以计算机和通信技术为支撑，以信息处理技术为主题的信息技术（InformationTechnology，简称IT）正在改变着我们的生活，数字化信息时代已经到来。2019/8/16151.1.2通信的定义（一）通信和电信概念:1.通信（Communication）定义：通信是按照一致同意的协定传递消息。－通信是信息的传递与交流。2.电信（Telecommunication）定义：问题：符号、书写件、影像、声音是信息？回答：符号、书写件、影像、声音不是信息；是承载信息的媒体2019/8/1616。电信定义电信是利用有线、无线、光或其它电磁系统，传递代表符号、书写件、影像、声音或其它承载信息的媒体的信号。－电信是传递信号2019/8/16174.电信与通信的关系：中国电信界一个被默认的基本概念混扰：通信是传递消息；电信是传递信号。中国电信界通常所说通信,其实是电信。Telecommunication过去有人翻译成通讯或电讯。电信通信讨论书报邮政其他文娱2019/8/1618（二）电信网络概念1.基本电信系统：基本电信系统是由用户终端设备和传输系统组成。其中，传输系统可能是：－单向传输；－半双向传输；－对称双向传输；－不对称双向传输。单工通信半双工通信对称双工通信不对称双工通信2019/8/16192.基本电信系统的N2问题：－用户数量N，－用户之间传输信道数量N(N-1)≈N2；－信道最大可能利用率≈1/N2当电信用户数量扩大，用户之间传输信道数量按平方增加；传输信道最大可能利用率按平方降低。为了扩大用户规模和降低电信设施成本，必须解决基本电信系统的N2问题。2019/8/16203.电信网络（TelecommunicationNetwork）：为了解决基本电信系统的N2问题，出现了电信网络结构。－电信网络网络，解决了N2问题；引出了复用和寻址问题。－利用复用技术和寻址技术，解决了N2问题；引出了电信网络。分级网络分区网络本地交换机中转交换机边缘路由器网关路由器2019/8/1621基本电信系统：－单人走路；－直接到家。电信网络：－群众同路而行－复用问题；－个人寻找归宿－寻址问题。寻址问题：个人寻找归宿复用问题：群众同路而行2019/8/1622（三）电信系统和信息系统1.电信系统（TelecommunicationSystem）：（1）电信系统是传递信号的设施整体。（2）电信系统由电信网络和用户终端组成。其中，电信网络:是电信系统的公用设施；用户终端:是与电信业务相关的用户设备。用户/网络接口1234电信网络用户终端电信系统2019/8/16232.信息系统（InformationSystem）（1）信息系统是传递和处理信号的设施整体。（2）信息系统由信息基础设施和信息业务系统组成。其中，信息基础设施是信息系统的公用设施；信息业务系统是信息系统有关信息业务的设施。1234信息基础设施信息业务系统信息系统2019/8/16243.信息基础设施（InformationInfrastructure-II）：（1）信息基础设施由电信网络和计算机系统组成。（2）电信网络执行信息传递功能；（3）计算机系统执行信息处理功能。电信网络信息基础设施计算机系统信息处理平台信息传递平台2019/8/16251）终端设备：电话、电报、监视器（摄像头）等。2）传输设备：电缆、光缆、微波、卫星等。3）交换设备：程控交换、ATM交换、光交换等。4）协议和准则。（四）通信网的构成2019/8/16261.2信息时代与现代通信1.2.1信息时代的概念•石器时代----万年•农业时代----千年•工业时代----百年•信息时代-------直到20世纪末，人类逐渐把计算机技术作为工具使用。特别是它与数字通信融合发展到现代通信。走向以信息技术为核心的知识经济时代，这就是所谓的信息时代。2019/8/16271.2.2信息技术与信息化信息技术是解放、扩展人信息功能的技术；是研究完成信息采集、加工、处理、传递、再生和控制的技术。信息化即为信息技术的不断发展、深入、全面应用的过程。图1.17信息技术组成框图2019/8/16281.3通信技术应用概述•1.3.1通信与生活1.3.2通信与电子政务1.3.3通信与企业信息化1.3.4通信与商务信息化1.3.5通信与军事2019/8/16291.4通信系统模型1．4．1通信系统模型信息源发送设备信息接收设备受信者噪声源发送端接收端实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。2019/8/16301.4.1通信系统模型-信源信源是消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为消息信号或基带信号。电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。模拟信源，输出的是模拟信号；数字信源，输出离散的数字信号。2019/8/16311.4.1通信系统模型-发送设备发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式。对数字通信系统来说，发送设备常常又可分为信源编码与信道编码。2019/8/16321.4.1通信系统模型-信道•信道是指传输信号的物理媒质。•在无线信道中，信道可以是大气（自由空间），在有线信道中，信道可以是明线、电缆或光纤。有线和无线信道均有多种物理媒质。•媒质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。根据研究对象的不同，需要对实际的物理媒质建立不同的数学模型，以反映传输媒质对信号的影响。2019/8/16331．4．1通信系统模型•噪声源不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及信道中所固有的，并且是人们所不希望的。•噪声的来源是多样的，它可分为内部噪声和外部噪声，而且外部噪声往往是从信道引入的。因此，为了分析方便，把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。2019/8/16341.4.1通信系统模型-接收设备•接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解码等。•任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。2019/8/16351.4.1通信系统模型-信宿•信宿是传输信息的归宿点。•其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。2019/8/16361.4.2模拟通信模型和数字通信模型•连续消息是指消息的状态连续变化或是不可数的，如语音、活动图片等。•离散消息则是指消息的状态是可数的或离散的，如符号、数据等。•消息的传递是通过它的物质载体——电信号来实现的，即把消息寄托在电信号的某一参量上（如连续波的幅度、频率或相位；脉冲波的幅度、宽度或位置）。2019/8/16371.4.2模拟通信模型和数字通信模型模拟信号：凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号。如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号等。–也称连续信号，这个连续是指信号的某一参量可以连续变化，或者说在某一取值范围内可以取无穷多个值，而不一定在时间上也连续。数字信号：凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的信号。如电报信号、计算机输入/输出信号、PCM信号等。–有时也称离散信号，这个离散是指信号的某一参量是离散变化的，而不一定在时间上也离散。2019/8/16381.4.2模拟通信模型和数字通信模型•模拟信号波形(a)连续信号；(b)抽样信号Of(t)t(a)f(nT)tPAM信号(b)O2019/8/16391.4.2模拟通信模型和数字通信模型•(a)二进制波形；(b)2PSK波形100110111001Of(nT)t00111001数字信息PSK波形(a)(b)2019/8/16401.4.2模拟通信模型和数字通信模型•按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可相应地把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。2019/8/16411.模拟通信系统模型•信源发出的原始电信号是基带信号，基带的含义是指