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教材 蔣青等，現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)，北京：高等教育出版社，2008 參考教材 崔健雙等， 現(xiàn)代通信技術(shù)概論，北京：機械工業(yè)出版社，2009 王興亮， 現(xiàn)代通信技術(shù)與系統(tǒng)，北京：電子工業(yè)出版社，2008 課程主要內(nèi)容 1、緒論 2、通信傳輸技術(shù) 3、信道與信道復(fù)用 4、現(xiàn)代數(shù)字交換技術(shù) 5、光纖傳輸網(wǎng)技術(shù) 6、移動無線通信技術(shù) 9、現(xiàn)代通信網(wǎng) 第1章 緒論 1.1 通信技術(shù)的歷史演進 1.2 通信的基本概念 1.3 通信網(wǎng)概述 1.4 通信技術(shù)的社會作用和發(fā)展趨勢 1.1通信技術(shù)的歷史演進 什么是通信？ 異地間人與人、人與機器、機器與機器進行信息的傳遞和交換。 1832年，俄國外交家希林在當時著名物理學(xué)家奧斯特電磁感應(yīng)理論的啟發(fā)下，制作出了用電流計指針偏轉(zhuǎn)來接收信息的電報機 . 1837年6月，英國庫克和惠斯通設(shè)計制造了第一個有線電報 。首先在鐵路上獲得應(yīng)用。不過，這種方式很不方便和實用 。 1844年5月24日，莫爾斯從華盛頓到巴爾的摩拍發(fā)人類歷史上的第一份電報，通信距離60km。在座無虛席的國會大廈里，莫爾斯用激動得有些顫抖的雙手，操縱著他傾十余年心血研制成功的電報機， 發(fā)出了:“上帝創(chuàng)造了何等奇跡!”一語。 莫爾斯(1791-1972): 美國畫家和發(fā)明家，擅長肖像畫及歷史繪畫，1826－1842年任美國畫家協(xié)會主席. 通信的發(fā)展簡史 1871年，貝爾任波士頓大學(xué)聲學(xué)生理學(xué)家和聾啞人語的教師。 1876年2月14日，貝爾和沃森申請了那個著名的電話專利。 同一天另一個發(fā)明家格雷（1835-1901）也向美國專利局遞交了相似設(shè)備的專利申請書，只因比貝爾晚了幾個小時而痛失電話發(fā)明權(quán)。 1925年貝爾實驗室成立。 通信的發(fā)展簡史 1871年，貝爾任波士頓大學(xué)聲學(xué)生理學(xué)家和聾啞人語的教師。 1875年的一天，由于機件發(fā)生故障，貝爾的助手沃森看管的發(fā)報機上的一塊鐵片在電磁鐵前不停地振動； 這一振動產(chǎn)生了波動的電流沿著導(dǎo)線傳播，使鄰室的一塊鐵片產(chǎn)生了同樣的振動，振動發(fā)出的微弱聲音被貝爾聽到了； 由此啟發(fā)他產(chǎn)生了新奇的聯(lián)想和構(gòu)思。 1875年6月2日貝爾和沃森利用電磁感應(yīng)原理，試制出世界上第一部傳遞聲音的機器──磁電電話機。 于1876年2月14日向美國專利局遞交了專利申請書。 同一天另一個發(fā)明家格雷也向美國專利局遞交了相似設(shè)備的專利申請書，只因比貝爾晚了幾個小時而痛失電話發(fā)明權(quán)。 貝爾電話機的原理是：對著話筒說話，使話筒底部的金屬膜片隨聲音而振動，膜片的振動帶動一根磁性簧片隨之振動，在電磁線圈中便產(chǎn)生了感應(yīng)電流，電流經(jīng)導(dǎo)線傳至受話一方，使受話器上的膜片相應(yīng)的振動，將話音還原出來。 意大利人，起初為舞臺技工，后來研究電生理學(xué) 。 1849年發(fā)現(xiàn)并開始研究電話。 1860年，向公眾展示了這個系統(tǒng)，并發(fā)表了關(guān)于這項發(fā)明的介紹。 1871年，梅烏奇交了一種需要一年一更新的專利權(quán) 2002年6月15日，美國議會議定議案，認定安東尼奧.梅烏奇為電話的發(fā)明者。 1854年，電話原理就已由法國人鮑薩爾設(shè)想出來了。 6年之后德國人賴伊斯又重復(fù)了這個設(shè)想。原理是：將兩塊薄金屬片用電線相連，一方發(fā)出聲音時，金屬片振動，變成電，傳給對方。但這僅僅是一種設(shè)想，問題是送話器和受話器的構(gòu)造，怎樣才能把聲音這種機械能轉(zhuǎn)換成電能，并進行傳送。 格雷的設(shè)計原理與貝爾有所不同，是利用送話器內(nèi)部液體的電阻變化，而受話器則與貝爾的完全相同。 1877年，愛迪生又取得了發(fā)明碳粒送話器的專利。 1881年電話傳入中國。 通信的發(fā)展簡史 1887年3月21日，德國物理學(xué)家赫茲(1857－1894 ) 在實驗中發(fā)現(xiàn)，電火花的能量能夠越過空間傳到遠處。這是人類歷史上第一次證實了電磁波的存在。但赫茲斷然否認選用電磁波進行通信的可能性。他認為如要利用電磁波進行通信的話，需要有一面面積與歐洲大陸相當?shù)木扌头瓷溏R。 通信的發(fā)展簡史 1895年5月7日，36歲的波波夫在彼德堡的俄國物理化學(xué)會的物理分會上，宣讀了關(guān)于“金屬屑與電振蕩的關(guān)系”的論文，并當眾展示了他發(fā)明的無線電接收機。當他的助手在大廳的另一端接通火花式電波發(fā)生器時，波波夫的無線電接收機便響起鈴來；斷開電波發(fā)生器，鈴聲立即中止。幾十年后，為了紀念波波夫在這一天的劃時代創(chuàng)舉，當時的蘇聯(lián)政府便把5月7日定為“無線電發(fā)明日”。 通信的發(fā)展簡史 1897年5月18日，意大利人馬可尼進行橫跨布里斯托爾海峽的無線電通信取得成功，通信距離為14公里。 影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論 1906年，福雷斯特發(fā)明了真空三極管放大器。 1925年，英國發(fā)明家貝爾德在前人研究的基礎(chǔ)上終于制成了世界上第一臺有實用價值的電視機. 1935年，英國的沃森.瓦特研制成功了世界上第一部雷達。 1941年，馮.諾依曼發(fā)明第一臺電子計算機。 1947.12月，貝爾實驗室肖克利等發(fā)明了取代電子管的晶體管。 1948年，Claude E.Shannon發(fā)表了信息論。 影響通信發(fā)展的重要發(fā)明或理論 1957年10月4日，第一顆人造地球衛(wèi)星上天，地球上第一次收到了來自人造衛(wèi)星的電波。它不僅標志著航天時代的開始， 也意味著衛(wèi)星通信的時代即將到來。 1958年，基爾比和諾依斯分別發(fā)明了集成電路。 1980年，貝爾公司推出FT3光纖通信系統(tǒng)。 70年代末至80年代中，美、歐、日本建立第一代蜂窩移動通信系統(tǒng) 1989年，美國衛(wèi)星全球定位系統(tǒng)（GPS）完成部署 。 1993年，美國政府提出了建設(shè)國家“信息高速公路”的建設(shè)計劃，從此進入互聯(lián)網(wǎng)時代。 1.2 通信的基本概念 1.2.1消息、信號和信息 通信的目的：為了獲取信息 信息：是人類社會和自然界中需要傳遞、 交換、存儲和提取的抽象內(nèi)容 消息：表示信息的語言、文字、圖像和數(shù)據(jù) 信號：運載消息的聲、光、電等物理量 數(shù)字信號 幅度僅能夠取有限個離散值的信號稱為數(shù)字信號。典型的數(shù)字信號如下： 信號的頻域特性 信號的頻域特性表達的是信號幅度和相位隨頻率變化的規(guī)律。 周期脈沖信號的頻譜分析 根據(jù)傅立葉級數(shù)理論，任意周期函數(shù)u(t)均可分解為直流分量和無限多個正弦及余弦分量之和。 信號的帶寬 信號的衰耗與增益 噪聲與失真 疊加在有用信號之上并對其產(chǎn)生有害影響的成分，稱為噪聲。噪聲是一種隨機信號 經(jīng)過傳輸后的信號，由于受到各種因素的影響可能會發(fā)生畸變，稱為信號失真。 噪聲疊加導(dǎo)致信號幅度失真 1.3、信息的度量 通信的目的在于信息的傳遞和交換。 信息是對事物運動狀態(tài)或存在方式的不確定性的描述。用數(shù)學(xué)語言來講，不確定性就是隨機性，具有不確定性的事件就是隨機事件 。因此可運用研究隨機事件的數(shù)學(xué)工具——概率來測度不確定性的大小。我們把消息用隨機事件表示，而發(fā)出這些消息的信源則用隨機變量來表示。 1.2.3 通信系統(tǒng)的分類 按照不同的分法，通信可分成許多類別。 1、按傳輸媒質(zhì)分類 可分為有線通信和無線通信兩大類。 2、按信號的特征分類 按照攜帶信息的信號是模擬信號還是數(shù)字信號，可以相應(yīng)地把通信分為模擬通信與數(shù)字通信。 3、按工作頻段分類 按通信設(shè)備的工作頻段不同，通信可分為長波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。 1.2.4 通信系統(tǒng)的主要性能指標 從研究信息傳輸方面考慮，通信的有效性和可靠性是通信系統(tǒng)中最主要的性能指標。 1 有效性：是指消息傳輸?shù)?ldquo;速度”問題。 2 可靠性：主要是指消息傳輸?shù)?ldquo;質(zhì)量”問題。 在實際通信系統(tǒng)中，對有效性和可靠性這兩個指標的要求經(jīng)常是矛盾的，提高系統(tǒng)的有效性會降低可靠性，反之亦然。 一、模擬通信系統(tǒng)的主要性能指標 ⒈ 有效性指標：用所傳信號的有效傳輸帶寬來表征。當信道容許傳輸帶寬一定，而進行多路頻分復(fù)用時，每路信號所需的有效帶寬越窄，信道內(nèi)復(fù)用的路數(shù)就越多。顯然，信道復(fù)用的程度越高，信號傳輸?shù)挠行�性就越好�? 信號的有效傳輸帶寬與系統(tǒng)采用的調(diào)制方法有關(guān)。同樣的信號用不同的方法調(diào)制得到的有效傳輸帶寬是不一樣的。 ⒉ 可靠性指標：用通信系統(tǒng)接收端的輸出信噪比來衡量。信噪比是信號的平均功率S與噪聲的平均功率N之比。信噪比越高，說明噪聲對信號的影響越小。顯然，信噪比越高，通信質(zhì)量就越好。 二 、數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標 1、有效性指標 用傳輸速率和頻帶利用率來表征。 （1）傳輸速率 傳輸速率有兩種表示方法：碼元傳輸速率和信息傳輸速率。 碼元傳輸速率(碼元速率RBN)，簡稱傳碼率，它是指系統(tǒng)每秒鐘傳送碼元的數(shù)目，單位是波特(Baud)。 信息傳輸速率(信息速率Rb)，簡稱傳信率，它是指系統(tǒng)每秒鐘傳送的信息量，單位是比特/秒，常用符號“bit/s”表示。 （2）頻帶利用率 頻帶利用率有兩種表示方式：碼元頻帶利用率和信息頻帶利用率。 碼元頻帶利用率是指單位頻帶內(nèi)的碼元傳輸速率，即 信息頻帶利用率是指每秒鐘在單位頻帶上傳輸?shù)男畔⒘�，�? 2、可靠性指標 （1）誤碼率：指接收到的錯誤碼元數(shù)和總的傳輸碼元個數(shù)之比，即在傳輸中出現(xiàn)錯誤碼元的概率，記為 （1.2-18） （2）誤信率：又叫誤比特率，是指接收到的錯誤比特數(shù)和總的傳輸比特數(shù)之比，即在傳輸中出現(xiàn)錯誤信息量的概率，記為 （1.2-19） [例1.2-6] 已知某八進制數(shù)字通信系統(tǒng)的信息速率為 3000bit/s ，在收端10分鐘內(nèi)共測得出現(xiàn)18個錯誤碼元，試求該系統(tǒng)的誤碼率。 解： 依題意   則 由式（1.2-18）得系統(tǒng)的誤碼率 1.3 通信網(wǎng)概述 1.3.1 通信網(wǎng)的概念 所謂通信網(wǎng)是指由一定數(shù)量的節(jié)點（包括終端設(shè)備和交換設(shè)備）和連接節(jié)點的傳輸鏈路相互有機地組合在一起，以實現(xiàn)兩個或多個規(guī)定點間信息傳輸?shù)耐ㄐ朋w系。 1、通信網(wǎng)的組成 現(xiàn)代通信網(wǎng)一般由用戶終端設(shè)備、傳輸系統(tǒng)、交換設(shè)備三大部分組成。 終端設(shè)備是通信網(wǎng)中的源點和終點。其主要功能是將輸入信息變換為適合在信道中傳送的信號，并參與控制通信系統(tǒng)工作。 傳輸系統(tǒng)是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的連接媒體，也是信息與信號的傳輸通路。它由傳輸介質(zhì)和各種通信裝置組成。 交換設(shè)備是通信網(wǎng)的核心。其功能有交換、控制、管理及執(zhí)行等。 此外還必須有一套軟件，如信令、協(xié)議和各種標準等。 (1)信息傳輸。這是通信網(wǎng)的基本功能 。 (2)差錯控制�，F(xiàn)實的通信線路可能會受到這樣或那樣的干擾，因此誤碼是不可能完全避免的。所以采用差錯控制措施，將誤碼率控制在一定的范圍內(nèi)是通信網(wǎng)必備的功能。 (3)尋址和路由。在通信網(wǎng)中，信源的信息到達信宿一般不能直接完成，而要經(jīng)過中間節(jié)點的轉(zhuǎn)發(fā)。在轉(zhuǎn)發(fā)時通常都有多種可能的選擇，這時通信網(wǎng)必須具備選擇最佳路由的功能。 (4)網(wǎng)絡(luò)管理。通信網(wǎng)是由軟件和硬件按一定方式組織起來的一個復(fù)雜的通信系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)管理負責(zé)網(wǎng)絡(luò)的運營管理、維護管理和資源管理，使通信網(wǎng)在各種情況下都能提供良好的服務(wù)質(zhì)量，或為查找和排除故障提供幫助。 1.3.3 通信網(wǎng)的質(zhì)量要求 為了使通信網(wǎng)能快速、有效、可靠地傳遞信息，通常對通信網(wǎng)提出接通的任意性與快速性、信號傳輸?shù)耐该餍耘c傳輸質(zhì)量的一致性、網(wǎng)絡(luò)的可靠性與經(jīng)濟合理性這3項要求。 1、接通的任意性與快速性 接通的任意性與快速性是指網(wǎng)內(nèi)的一個用戶應(yīng)能快速地接通網(wǎng)內(nèi)任一其他用戶。 2、信號傳輸?shù)耐该餍耘c傳輸質(zhì)量的一致性 信號傳輸?shù)耐该餍允侵冈谝?guī)定業(yè)務(wù)范圍內(nèi)對用戶信息不加任何限制，都可以在網(wǎng)內(nèi)傳輸；傳輸質(zhì)量的一致性是指網(wǎng)內(nèi)任何兩個用戶通信時，應(yīng)具有相同或相仿的傳輸質(zhì)量，而與用戶之間的距離無關(guān)。 3、網(wǎng)絡(luò)的可靠性與經(jīng)濟合理性 可靠性是使通信網(wǎng)平均故障間隔時間（兩個相鄰故障間隔時間的平均值）達到要求。提高可靠性往往要影響其經(jīng)濟合理性，因此應(yīng)根據(jù)實際需要在可靠性與經(jīng)濟性之間取得折衷和平衡。 4、能適應(yīng)通信新技術(shù)和通信新技術(shù)的發(fā)展 1.4 通信技術(shù)的社會作用和發(fā)展趨勢 1.4.1 通信技術(shù)的社會作用 通信技術(shù)被公認為國民經(jīng)濟發(fā)展的“加速器”和社會效益的“倍增器”，現(xiàn)代通信技術(shù)是改變?nèi)藗兩�活方式�?ldquo;催化劑”，是信息時代和信息社會的生命線。其作用可表現(xiàn)為以下幾方面： 1、通信的“誘發(fā)”效應(yīng) 據(jù)統(tǒng)計，對通信技術(shù)和通信事業(yè)的適度投資會產(chǎn)生顯著的社會經(jīng)濟效益。 2、通信發(fā)展能夠縮短時間和空間的跨度，加快資金周轉(zhuǎn)。hzF紅軟基地

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