第一章通信系統(tǒng)概述

現(xiàn)代通信概論現(xiàn)代通信概論現(xiàn)代通信概論現(xiàn)代通信概論現(xiàn)代通信概論第一章概論1.1引言通信歷史回顧1.2通信系統(tǒng)的基本概念和模型

1.2.2通信系統(tǒng)的分類1.2.3通信信道1.2.4通信系統(tǒng)主要性能指標(biāo)1.2.5通信網(wǎng)1.3通信業(yè)務(wù)1.4現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展趨勢引言通信發(fā)展歷史回顧歷史故事遠(yuǎn)古通信手段現(xiàn)代通信手段歷史故事原始的通信歷史故事：“千金買笑”---（褒姒）馬拉松故事良夜頤宮奏管簧，無端烽火燭穹蒼?？蓱z列國奔馳苦，止博褒妃笑一場！遠(yuǎn)古通信手段擊鼓“幽王烽火戲諸侯”、“梁紅玉擊鼓戰(zhàn)金山”傳說國外也有類似的例子。烽火臺信鴿旗語驛站航行用的信號燈等工具。人類歷史上最早的通信手段最早的遠(yuǎn)距離通信手段和現(xiàn)在一樣是“無線”的，如以火光傳遞信息的烽火臺，通常大家認(rèn)為這是最早傳遞消息的方式了。事實上不是，在我國和非洲古代，擊鼓傳信是最早最方便的辦法，非洲人用圓木特制的大鼓可傳聲至三四公里遠(yuǎn)，再通過“鼓聲接力”和專門的“擊鼓語言”，可在很短的時間內(nèi)把消息準(zhǔn)確地傳到50公里以外的另一個部落

遠(yuǎn)古通信手段－烽火臺圖1摩洛哥國際電信聯(lián)盟成立100周年發(fā)行的紀(jì)念郵票圖2伊良紀(jì)念1975年世界電信日發(fā)行的紀(jì)念郵票遠(yuǎn)古通信手段－驛站郵票上的驛站通信：1979年5月12日希臘發(fā)行的歐羅巴郵政專題首日封，郵票為希臘鄉(xiāng)村郵遞員點燃松脂傳遞信號，高地筑墻，墻背面兩邊各有5個火炬插座，所燃火把數(shù)量和排列位置的不同，表示各種軍事信息遠(yuǎn)古通信方式的弊端不論是擊鼓、烽火、旗語（通過各色旗子的舞動）還是……，要實現(xiàn)消息的遠(yuǎn)距離傳送，都需要中繼站的層層傳遞，消息才能到達(dá)目的地。但是，遠(yuǎn)距離傳遞消息的速度和距離都很不如人意，迫切的需要一種新的傳輸手段誰能跑得又快又遠(yuǎn)呢？“電“遠(yuǎn)古通信：

目視光通信方式：在較遠(yuǎn)的距離之間較及時地完成信息的傳遞?，F(xiàn)代通信：電信方式：電信：利用電信號馱載待傳信息進(jìn)行傳輸和交換的通信方式。通信（communication)作為電信（Telecomunication)是從19世紀(jì)30年代開始的。現(xiàn)代通信手段電報電話尋呼移動電話有線廣播、無線廣播有線電視、無線電視因特網(wǎng)現(xiàn)代通信發(fā)展歷史回顧（1）理論發(fā)展1948年信息論問世（香農(nóng)，又稱shannon,仙農(nóng)，山農(nóng)），在理論上為數(shù)字通信準(zhǔn)備了條件“通信的基本問題就是在一點重新準(zhǔn)確地或近似地再現(xiàn)另一點所選擇的消息”——《通信的數(shù)學(xué)理論》用數(shù)理統(tǒng)計的方法來研究通信系統(tǒng)，影響深遠(yuǎn)的信息論解決如何精確地傳送通信符號的基本技術(shù)問題。1969年“分組交換”理論問世（ARPAnet)現(xiàn)代通信發(fā)展歷史回顧（2）技術(shù)發(fā)展1838年莫爾斯發(fā)明有線電報，標(biāo)志著人類從此進(jìn)入了電通信時代

(1831年法拉第）有線電報開創(chuàng)了人類信息交流的新紀(jì)元?！八枷氲乃矔r大道”莫爾斯拍發(fā)的第一份電報：上帝創(chuàng)造了何等奇績！

(Whathathgodwrought)SOS：的的的、嗒嗒嗒、的的的1843年，三萬美金，建成了華盛頓—巴爾的摩電報線路該線路于1845年1月1日開始使用。1899年，人們首次用莫爾斯電碼報道了英吉利海峽的一次海難。1912年4月15日，泰坦尼克號沉入海底，“SOS”此后被廣泛使用。電報傳送的是符號。人類最希望傳遞的是聲音發(fā)送一份電報，得先將報文譯成電碼，再用電報機發(fā)送出去;在收報一方，要經(jīng)過相反的過程，即將收到的電碼譯成報文，然后，送到收報人的手里。這不僅手續(xù)麻煩，而且也不能進(jìn)行及時雙向信息交流。因此，人們開始探索一種能直接傳送人類聲音的通信方式，這就是現(xiàn)在無人不曉的“電話”?，F(xiàn)代通信發(fā)展歷史回顧1876年貝爾發(fā)明電話（電磁感應(yīng)原理制作的送話器）貝爾（1847－1922）英國人出生在蘇格蘭的愛丁堡1868年在倫敦工作1871年去波士頓工作1873年任波士頓大學(xué)聲音生理學(xué)教授1875年發(fā)明多路電報1876年發(fā)明電話現(xiàn)代通信發(fā)展史的回顧

（貝爾與電話）現(xiàn)代通信發(fā)展歷史回顧1895年

馬克尼(意大利)，波波夫（俄國）發(fā)明無線電報為人類通信技術(shù)開辟了一個嶄新的領(lǐng)域馬可尼（1874—1937），意大利人。1894年在父親的莊園試驗1895年去倫敦1897年建立無線電報公司1899年首次實現(xiàn)美法無線通信1939年建立世界性無線通信網(wǎng)曾獲諾貝爾獎金曾參加法西斯黨現(xiàn)代通信發(fā)展歷史回顧1906年1957年1969年發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星，太空通信時代到來因特網(wǎng)（Internet）的前身ARPAnet出現(xiàn)，被后人稱為網(wǎng)絡(luò)之父發(fā)明電子管，進(jìn)入了電子時代，開辟了模擬通信的新紀(jì)元20世紀(jì)通信技術(shù)高速發(fā)展：雙絞線－同軸電纜－微波－光纖－衛(wèi)星長波－中波－短波－超短波－微波－毫米波21世紀(jì)通信與信息融入生活改變生活不可缺少1.2通信系統(tǒng)的基本概念和模型1.通信系統(tǒng)：傳遞信息所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒介。端到端的傳送系統(tǒng)

通信系統(tǒng)實例2.通信系統(tǒng)基本模型：（P3）為把用戶非電形式的消息傳送到遠(yuǎn)方，現(xiàn)代通信技術(shù)在發(fā)送端需經(jīng)：用戶終端設(shè)備將信源的消息轉(zhuǎn)換成電信號，并令其經(jīng)信道傳送到遠(yuǎn)方的接收端，接收端用戶終端設(shè)備再從所接收信號中還原出受信消息（信宿）必要的通信流程：

消息信號處理傳輸信號還原消息上述通信流程，可用如圖1-1所示的一個單向通信系統(tǒng)的基本模型表示。1.2通信系統(tǒng)的基本模型（1）信源、信宿信源：其作用是將復(fù)原的原始信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。信源、信宿可以是人或設(shè)備（2）發(fā)送與接收變換器（3）噪聲源（干擾）噪聲源是指系統(tǒng)內(nèi)外各種干擾影響的等效結(jié)果。干擾是一種電信號，由噪聲引起的對通信產(chǎn)生的不良影響的效應(yīng)。為了分析問題方便，模型中把從發(fā)端機到收端機存在的干擾和噪聲集中用一個噪聲源表示.信噪比：信噪比是衡量傳輸系統(tǒng)噪聲對信號影響的重要參數(shù)。是指接收端信號的平均功率和噪聲的平均功率之比(S/N)。S/N=10lg(信號功率/噪聲功率)(dB)在相同的條件下，系統(tǒng)的輸出端的信噪比越大，則系統(tǒng)抗干擾的能力越大。通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類方法很多，這里僅討論由通信系統(tǒng)模型所引出的分類：1.按信源產(chǎn)生消息的物理特征分類通信可分為電話通信系統(tǒng)、電報通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)、廣播電視通信系統(tǒng)和多媒體通信系統(tǒng)。這些系統(tǒng)可以是專用的或單一的，但通常是兼容的或并存的。通信系統(tǒng)的分類2.按傳輸信號的特征分類以信道上傳送的是模擬信號還是數(shù)字信號，可將通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。信道上傳送的是模擬信號，則信道稱為模擬信道，相應(yīng)的通信系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)；信道上傳送的是數(shù)字信號，則信道稱為數(shù)字信道，相應(yīng)的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。通信系統(tǒng)的分類模擬通信系統(tǒng)模型：模擬通信系統(tǒng)的組成信息源調(diào)制器信道解調(diào)器受信者噪聲源通信系統(tǒng)的分類數(shù)字通信系統(tǒng)模型（1）數(shù)字通信系統(tǒng)模型加密器編碼器信道調(diào)制器解調(diào)器譯碼器解密器受信者信息源噪聲源數(shù)字通信系統(tǒng)的特點數(shù)字通信系統(tǒng)與模擬通信系統(tǒng)相比較，有如下特點：抗干擾能力強，無噪聲積累電路易于集成化，使通信設(shè)備體積小、功耗低便于采用各種數(shù)字信號處理技術(shù)，易于與計算機接口便于實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)綜合通信數(shù)字信號易于加密處理，保密性能強數(shù)字信號占用信道頻帶較寬數(shù)字通信系統(tǒng)的特點①抗干擾能力強，無噪聲積累（a）模擬通信(b)數(shù)字通信數(shù)字通信系統(tǒng)的特點對于數(shù)字通信，因為數(shù)字信號由脈沖序列組成，在傳輸過程中雖然也產(chǎn)生脈沖失真和受到噪聲干擾，但當(dāng)信噪比惡化到一定程度時，可在適當(dāng)?shù)木嚯x采用中繼再生的方法，再生成沒有噪聲干擾的和原發(fā)送端一樣的數(shù)字信號，因而不造成“噪聲傳輸積累”，可實現(xiàn)長距離高質(zhì)量的傳輸。中繼再生：首先判決：如當(dāng)信號超過某一規(guī)定（門限電平）值，如接收信號A的一半時，就判為“1”，達(dá)不到某一規(guī)定門限時則判為“0”。如：高電平5v:“1”，低電平0v:“0”，在傳輸時受噪聲影響，5v變8v，只要大于5v的值就判為“1”。然后再生：經(jīng)過判決以后，就可按所作的判斷重新形成新的數(shù)字信號，即所謂再生，于是消除了干擾噪聲。這個過程，每經(jīng)過一個再生中繼器就重復(fù)一次。通信系統(tǒng)的分類結(jié)論:正因為采用了中繼再生和檢糾錯的手段，所以數(shù)字傳輸不僅適于較遠(yuǎn)距離的傳輸，也能適應(yīng)性能較差的線路。通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類3.按傳輸媒介和系統(tǒng)組成特點分類實用的通信系統(tǒng)有下述五類：短波通信系統(tǒng)、微波通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、光纖通信系統(tǒng)、移動通信系統(tǒng)。上述幾種通信系統(tǒng)的特點有待后面章節(jié)具體講解。通信信道4.信道(channel)是連通信源和信宿之間的通道是信號傳輸媒介的總稱；一個實際的傳輸信道可以由不同的傳輸媒介組成（1）信道的帶寬：指信道不失真?zhèn)鬏斝盘柕念l率范圍，即信道容許通過的最高與最低信號頻率之差。傳輸系統(tǒng)的帶寬對傳輸性能的影響：若要求信道無失真地傳輸信號，則要求信道帶寬B′≥信號的帶寬B。因發(fā)送的信號包含有各種的頻率成分，若其中的一部分已經(jīng)落到信道所能通過的頻率范圍之外，所收到的信號中缺少了這部分頻率成分，因此使信號產(chǎn)生了失真。通信信道（2）信道的分類按物理特性來分，信道可分有線和無線信道。有線信道：電磁信號被約束在有線傳輸線上傳輸。架空明線、雙絞線、同軸電纜及光纖等；在有線電信中，它是傳送電或光信號的導(dǎo)線，所以有線信道又稱電信線路。無線信道：電磁信號沿自由空間傳輸。無線信道可利用的頻段從長波、中波、短波到激光，有較寬的頻段。在不同的頻段，利用不同性能的設(shè)備和配置方法，可組成不同的通信系統(tǒng)。通信信道雙絞線:對于點對點模擬信號傳輸，帶寬為250KHz。通常用于模擬話音傳輸?shù)碾p絞線的長度不超過5～6km，更長的線路需要加中間放大器。通信信道雙絞線電纜：模擬信號、數(shù)字信號均可傳兩根直徑約0.5mm外包絕緣材料的銅芯線扭絞成有一定規(guī)則的螺旋形狀，多對（如4對）再同樣扭絞在一起?？梢源蟠鬁p少或抵消線對之間的電磁干擾。特點：成本低。屏蔽（STP,ShieldTwisted-Pair）雙絞線電纜非屏蔽(UTP，UnshieldTwisted-Pair)雙絞線電纜通信信道通信信道同軸電纜：同軸電纜由一根實心的銅質(zhì)線作為內(nèi)導(dǎo)體、一個空心的銅質(zhì)圓形薄皮作為外導(dǎo)體，內(nèi)外導(dǎo)體之間由塑料絕緣材料隔離，外導(dǎo)體之外再被覆聚氯乙烯或其它絕緣材料，外導(dǎo)體以內(nèi)導(dǎo)體為同心軸，所以稱為同軸電纜。特點：抗干擾性能很強。50Ω的同軸電纜：局域網(wǎng)基帶傳輸。傳輸帶寬為1～20M

傳輸距離1～1.2km75Ω的同軸電纜：閉路電視系統(tǒng)（CATV）。頻分多路復(fù)用50個信道。支持的帶寬：300～450MHz。距離：100km通信信道光纖通信信道(3)信道的作用:信道是通信系統(tǒng)的重要組成部分，信道既給信號以通路，也對信號產(chǎn)生各種干擾或噪聲以造成損害。損害表現(xiàn)為使信號產(chǎn)生畸變或衰弱（減），它們統(tǒng)稱為信道的損耗。傳輸媒質(zhì)的固有特性和干擾直接關(guān)系到通信的質(zhì)量。通信信道補充概念:衰減、增益和失真衰減：信號經(jīng)過傳輸系統(tǒng)傳輸后，信號功率的減少。增益：信號經(jīng)過傳輸系統(tǒng)傳輸后，信號功率的增加。通常用分貝來表示衰耗和增益。分貝是兩個功率電平差別的度量，是無量綱的量。D=10lg(p2/p1)dB或D=10lg(p出/p入)dB如采用同軸電纜（SYV－75－9）作為傳輸介質(zhì)，傳輸信號頻率為200MHz時，每米對信號衰減0.1dB，所以每隔500米加一個放大器解決信號經(jīng)過同軸電纜造成的衰減。雙絞線傳模擬信號每隔5～6km需加放大器，數(shù)字信號每隔2～3km加轉(zhuǎn)發(fā)器（中繼器）（由于用戶線路的衰減為每公里1dB，而電話線通用標(biāo)準(zhǔn)為最大損耗低于6dB，所以每隔6km接一放大器）例:如果10mW功率的信號加到傳輸線上，而在某距離上測得的功率為是5mW則在這段線路上的衰減：Loss=10lg(5/10)=10(-0.3)=-3dB分貝有時也用來度量電壓或電流的差別：因為有P=V2/R或

P=I2R則有D=10lg(P2/P1)=20lg(V2/V1)=20lg(I2/I1)

使用分貝可方便計算整個系統(tǒng)的衰耗或增益整個傳輸線路上的衰減或增益等于各分段線路上的衰減與增益的代數(shù)和。失真：信號通過傳輸系統(tǒng)時，其波形可能發(fā)生畸變，波形的畸變稱為失真。(4)信道的損耗對傳輸距離的影響傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，信號的衰減就越嚴(yán)重。當(dāng)信號衰減到一定程度，接收方無法辨認(rèn)出接收到的信號時，通信將不能繼續(xù)下去。為了進(jìn)行長距離的通信，往往需要在傳輸線路中設(shè)立許多中繼站，像接力賽跑一樣，將衰減了的信號進(jìn)行放大，然后接著往下傳。通信方式通信方式：指通信雙方（或多方）之間的工作形式和信號傳輸方式。根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，通信方式也有多種分類法。

1.按通信對象數(shù)量的不同通信方式2.按信號傳送的方向與傳輸時間的不同，兩點（點與點）之間進(jìn)行的通信，有三種基本的通信方式：單工通信:

如遙控、無線電廣播、電視、將計算機的信息向打印機輸出的場合都屬于這種方式。半雙工通信:典型例子是使用同一載波頻率的無線電對講機。全雙工通信:電話通信、計算機之間的信息交換以及利用光波的光纖通信就屬于這種通信方式。3）數(shù)字通信中,按照數(shù)字信號傳輸順序的不同，通信方式可分為：串行傳輸：將數(shù)字信號碼元序列按時間順序一個接一個地在信道中傳輸。并行傳輸：將數(shù)字信號碼元分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號碼元序列同時在信道中傳輸。串行與并行通常情況下，并行通信用于距離較近的情況，串行通信用于距離較遠(yuǎn)的情況。這是因為實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠布哂薪?jīng)濟(jì)性和實用性。在并行數(shù)據(jù)傳輸中，至少有8個數(shù)據(jù)位同時從一個設(shè)備傳送到另一個設(shè)備，發(fā)送設(shè)備將8個數(shù)據(jù)位通過8條數(shù)據(jù)線傳送給接收設(shè)備。接收設(shè)備在收到這些數(shù)據(jù)后，不需經(jīng)過任何改變就可以直接使用。計算機內(nèi)部的總線數(shù)據(jù)傳送通常都是以并行方式進(jìn)行傳輸?shù)?。在串行?shù)據(jù)傳輸中，每次由源地傳到目的地的數(shù)據(jù)只有一位，與同時傳輸好幾位數(shù)據(jù)的并行傳輸相比，串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膫鬏斔俣纫炔⑿袀鬏斅趯嶋H應(yīng)用中往往選擇串行數(shù)據(jù)傳輸，通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)性能指標(biāo)從研究信息的傳輸來說，通信的有效性與可靠性將是衡量通信系統(tǒng)性能的主要的指標(biāo)。有效性是指消息傳輸?shù)摹八俣取眴栴}，可靠性主要是指消息的傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題，兩者是相互矛盾的問題，只能依據(jù)實際要求取得相對的統(tǒng)一。通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有效性指給定信道內(nèi)傳送信息的能力?？煽啃灾赶到y(tǒng)接收端恢復(fù)信息的準(zhǔn)確度。1.模擬通信系統(tǒng)的有效性和可靠性（1）有效性：在模擬通信系統(tǒng)中，有效性通?？捎糜行鬏攷拋砗饬?。工程上常用給定信道內(nèi)可同時傳輸?shù)碾娫捖窋?shù)來衡量傳輸信息的多少。因此，系統(tǒng)有效性的高低，就轉(zhuǎn)化為在給定信道內(nèi)可傳話路數(shù)的多少。通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)（2）可靠性：模擬通信系統(tǒng)的可靠性常用系統(tǒng)輸出端的信噪比來衡量。信噪比越高，通信質(zhì)量就越好。如普通電話要求信噪比為30dB，電視圖象則要求信噪比在40dB以上。在模擬通信系統(tǒng)中，傳送的信號是一個模擬的電波形，它要求接收設(shè)備能夠高保真的重現(xiàn)原始波形信號。所以模擬通信系統(tǒng)中追求的主要質(zhì)量指標(biāo)是較高的信噪比通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)2.數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性和可靠性數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性用數(shù)字信號的傳輸速率來衡量。可靠性用差錯率來衡量。通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)（1）有效性—數(shù)字信號的傳輸速率常用信息的傳輸速率(信息速率和傳信率)來表示。信道每秒種所傳送的信息量。信息量的單位是“比特”（bit）。顯然信息速率的單位是“比特/秒”（bit/s或b/s或bps）。用二進(jìn)制數(shù)字0和1取值時，規(guī)定傳送一個二進(jìn)制數(shù)字時的信息量就是1bit，所以信息速率又稱為比特率。通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)（2）可靠性—用誤碼率來衡量誤碼率，指收信機收到的數(shù)字信號碼元出現(xiàn)錯誤的概率。常用誤比特率來表示：是指錯誤接收的比特數(shù)在總傳送比特數(shù)中所占的比例。誤比特率=錯誤比特數(shù)/傳輸總比特數(shù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的誤碼率越低，則系統(tǒng)的可靠性越高，通信質(zhì)量越好。數(shù)字信號的傳輸可靠性要求與模擬信號的要求不同：模擬信號的傳輸要求接收端無波形失真—較高信噪比。數(shù)字信號的傳輸要求接收端無差錯地恢復(fù)成原來的二進(jìn)數(shù)碼(可以允許接收波形失真，只要不影響正確恢復(fù)信碼即可)—較低的誤碼率。通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)通信網(wǎng)的組成

通信網(wǎng)組成的基本要素是：終端設(shè)備、傳輸鏈路、轉(zhuǎn)接交換設(shè)備。

終端設(shè)備是通信網(wǎng)中的源點和終點

傳輸鏈路是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的鏈接媒