通信技術基礎電話:郵箱:1/25/20241

為什么要學？“why”

學什么？“what”

如何學？“how”

哪里可學？“where”

電信類專業的一門重要專業基礎課程是必修課、核心主干課是一門專業的標志性課程起著承前啟后的作用，占有重要的教學地位。

1/25/20242課程目標掌握通信系統的基本概念、基本理論、基本技術和系統性能分析方法；掌握基本的分析、設計思想和方法；了解仿真工具的應用（SystemView）；

了解通信新技術的應用和發展；具備獲取知識、分析問題、解決問題的能力；1/25/20243課程學習課堂教學：74學時實驗教學：16學時

課程考核方式最終總成績包括：平時成績：40%考試成績：60%

1/25/20244課程參考教材《通信原理》（第5版），樊昌信，國防工業出版社，2001.《通信原理》（上，下），

周炯槃等，北京郵電大學出版社,

2002.《通信原理教程》，

徐家愷等，科學出版社,

2003.《數字通信系統原理》，李斯偉等，人民郵電出版社,

2008.1/25/20245

課程參考網站武漢科技大學通信原理網站：http://jwc.wust.edu.cn/ec/Root/default.asp西安電子科技大學通信原理網站：北京郵電大學通信原理網站：東南大學通信原理網站：北京交通大學通信原理網站：南京郵電大學通信原理網站：無線資訊網：1/25/202461.1通信與現代通信

1.2信息時代與現代通信1.3通信技術應用概述1.4通信系統模型第1章現代通信及應用概述1/25/202471.1通信與現代通信 1.1.1通信的歷史演進 通信發展可以反映社會的進步過程。它沒有明確的界限，可分為三個階段，即古代通信、近代通信、現代通信。1．古代通信 如旗語（通過各色旗子的舞動），號角、燈塔、喇叭、擊鼓敲鑼、風箏、信號樹、信鴿烽火通信等。1/25/20248 2．近代通信

1）電報與電話的發明 19世紀30年代隨著電的發明與應用，俄國外交家希林格和英國青年庫克等都相繼制造出了電報機。1834年，莫爾斯利用電流一通一斷的原理，發明了用電流的“通”和“斷”來編制代表字母和數字的代碼，人稱“莫爾斯電碼”。后來他在助手維爾德的幫助下，制成了舉世聞名的莫爾斯電報機。1/25/20249 1876年，亞歷山大格雷厄姆貝爾利用電磁感應原理發明了電話，預示著個人通信時代的開始，如圖1.3所示。

圖1.3貝爾及其發明的電話機1/25/202410 （2）無線電通信的誕生 電報，電話的電信號是通過金屬線傳送的。無線通信利用無線電波來傳遞信息的。1888年，赫茲制作的簡易電磁波發射和接收裝置如圖1-5所示

1/25/202411 1895年，20歲的意大利青年馬可尼如圖1.6所示發明了無線電報機。開創了人類利用電磁波進行通信的歷史。

圖1.6無線電通信的創始人馬可尼1/25/202412 3）廣播與電視的出現1906年，美籍加拿大人費森登在紐約附近設立了世界上第一個廣播站。1925年，英國人貝爾德發明了機械掃描式電視機。1936年，電視轉播在柏林舉行的第6屆奧林匹克運動會。1/25/2024133．現代通信 出現以計算機和數字通信融合為代表的信息技術，且通信信息網絡進入商業化以后，才完成了近代通信技術向現代通信技術的轉變。

以微電子和光電技術為基礎，以計算機和通信技術為支撐，以信息處理技術為主題的信息技術（InformationTechnology，簡稱IT）正在改變著我們的生活，數字化信息時代已經到來。1/25/2024141.1.2通信的定義（一）通信和電信概念:1.通信（Communication）定義：通信是按照一致同意的協定傳遞消息。－通信是信息的傳遞與交流。2.電信（Telecommunication）定義：問題：符號、書寫件、影像、聲音是信息？回答：符號、書寫件、影像、聲音不是信息；是承載信息的媒體1/25/202415。電信定義電信是利用有線、無線、光或其它電磁系統，傳遞代表符號、書寫件、影像、聲音或其它

承載信息的媒體的信號。－電信是傳遞信號1/25/2024164.電信與通信的關系：

中國電信界一個被默認的基本概念混擾：

通信是傳遞消息；電信是傳遞信號。中國電信界通常所說<通信>,其實是<電信>。Telecommunication過去有人翻譯成<通訊>或<電訊>。電信通信討論書報郵政其他文娛1/25/202417（二）電信網絡概念1.基本電信系統：

基本電信系統是由用戶終端設備和傳輸系統組成。其中，傳輸系統可能是：－單向傳輸；－半雙向傳輸；－對稱雙向傳輸；－不對稱雙向傳輸。單工通信半雙工通信對稱雙工通信不對稱雙工通信1/25/2024182.基本電信系統的N2問題：

－用戶數量N，－用戶之間傳輸信道數量N(N-1)≈N2；－信道最大可能利用率≈1/N2當電信用戶數量擴大，用戶之間傳輸信道數量按平方增加；傳輸信道最大可能利用率按平方降低。為了擴大用戶規模和降低電信設施成本，必須解決基本電信系統的N2問題。1/25/2024193.電信網絡（TelecommunicationNetwork）：為了解決基本電信系統的N2問題，出現了電信網絡結構。－電信網絡網絡，解決了N2問題；

引出了復用和尋址問題。－利用復用技術和尋址技術，解決了N2問題；引出了電信網絡。分級網絡分區網絡本地交換機中轉交換機邊緣路由器網關路由器1/25/202420基本電信系統：－單人走路；－直接到家。電信網絡：－群眾同路而行－復用問題；－個人尋找歸宿－尋址問題。尋址問題：個人尋找歸宿復用問題：群眾同路而行1/25/202421（三）電信系統和信息系統1.電信系統（TelecommunicationSystem）：（1）電信系統是傳遞信號的設施整體。（2）電信系統由電信網絡和用戶終端組成。其中，電信網絡:是電信系統的公用設施；用戶終端:是與電信業務相關的用戶設備。用戶/網絡接口1234電信網絡用戶終端電信系統1/25/2024222.信息系統（InformationSystem）

（1）信息系統是傳遞和處理信號的設施整體。（2）信息系統由信息基礎設施和信息業務系統組成。其中，信息基礎設施是信息系統的公用設施；信息業務系統是信息系統有關信息業務的設施。1234信息基礎設施信息業務系統信息系統1/25/2024233.信息基礎設施（InformationInfrastructure-II）：

（1）信息基礎設施由電信網絡和計算機系統組成。（2）電信網絡執行信息傳遞功能；（3）計算機系統執行信息處理功能。電信網絡信息基礎設施計算機系統信息處理平臺信息傳遞平臺1/25/2024241）終端設備：電話、電報、監視器（攝像頭）等。2）傳輸設備：電纜、光纜、微波、衛星等。

3）交換設備：程控交換、ATM交換、光交換等。

4）協議和準則。（四）通信網的構成

1/25/2024251.2信息時代與現代通信

1.2.1信息時代的概念

石器時代----萬年農業時代----千年工業時代----百年信息時代-------直到20世紀末，人類逐漸把計算機技術作為工具使用。特別是它與數字通信融合發展到現代通信。走向以信息技術為核心的知識經濟時代，這就是所謂的信息時代。1/25/2024261.2.2信息技術與信息化

信息技術是解放、擴展人信息功能的技術；是研究完成信息采集、加工、處理、傳遞、再生和控制的技術。信息化即為信息技術的不斷發展、深入、全面應用的過程。圖1.17信息技術組成框圖1/25/2024271.3通信技術應用概述

1.3.1通信與生活1.3.2通信與電子政務

1.3.3通信與企業信息化1.3.4通信與商務信息化1.3.5通信與軍事1/25/2024281.4通信系統模型

1．4．1通信系統模型實現信息傳遞所需的一切技術設備和傳輸媒質的總和稱為通信系統。1/25/2024291.4.1通信系統模型-信源

信源是消息的產生地，其作用是把各種消息轉換成原始電信號，稱之為消息信號或基帶信號。電話機、電視攝像機和電傳機、計算機等各種數字終端設備就是信源。模擬信源，輸出的是模擬信號；數字信源，輸出離散的數字信號。1/25/2024301.4.1通信系統模型-發送設備

發送設備的基本功能是將信源和信道匹配起來，即將信源產生的消息信號變換成適合在信道中傳輸的信號。變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場合，調制是最常見的變換方式。對數字通信系統來說，發送設備常常又可分為信源編碼與信道編碼。1/25/2024311.4.1通信系統模型-信道信道是指傳輸信號的物理媒質。在無線信道中，信道可以是大氣（自由空間），在有線信道中，信道可以是明線、電纜或光纖。有線和無線信道均有多種物理媒質。媒質的固有特性及引入的干擾與噪聲直接關系到通信的質量。根據研究對象的不同，需要對實際的物理媒質建立不同的數學模型，以反映傳輸媒質對信號的影響。1/25/2024321．4．1通信系統模型噪聲源不是人為加入的設備，而是通信系統中各種設備以及信道中所固有的，并且是人們所不希望的。噪聲的來源是多樣的，它可分為內部噪聲和外部噪聲，而且外部噪聲往往是從信道引入的。因此，為了分析方便，把噪聲源視為各處噪聲的集中表現而抽象加入到信道。1/25/2024331.4.1通信系統模型-接收設備接收設備的基本功能是完成發送設備的反變換，即進行解調、譯碼、解碼等。任務是從帶有干擾的接收信號中正確恢復出相應的原始基帶信號來，對于多路復用信號，還包括解除多路復用，實現正確分路。1/25/2024341.4.1通信系統模型-信宿信宿是傳輸信息的歸宿點。其作用是將復原的原始信號轉換成相應的消息。1/25/2024351.4.2模擬通信模型和數字通信模型連續消息是指消息的狀態連續變化或是不可數的，如語音、活動圖片等。離散消息則是指消息的狀態是可數的或離散的，如符號、數據等。消息的傳遞是通過它的物質載體——電信號來實現的，即把消息寄托在電信號的某一參量上（如連續波的幅度、頻率或相位；脈沖波的幅度、寬度或位置）。1/25/2024361.4.2模擬通信模型和數字通信模型模擬信號：凡信號參量的取值是連續的或取無窮多個值的，且直接與消息相對應的信號。如電話機送出的語音信號、電視攝像機輸出的圖像信號等。也稱連續信號，這個連續是指信號的某一參量可以連續變化，或者說在某一取值范圍內可以取無窮多個值，而不一定在時間上也連續。數字信號：凡信號參量只能取有限個值，并且常常不直接與消息相對應的信號。如電報信號、計算機輸入/輸出信號、PCM信號等。有時也稱離散信號，這個離散是指信號的某一參量是離散變化的，而不一定在時間上也離散。1/25/2024371.4.2模擬通信模型和數字通信模型模擬信號波形(a)連續信號；(b)抽樣信號1/25/2024381.4.2模擬通信模型和數字通信模型數字信號波形(a)二進制波形；(b)2PSK波形1/25/2024391.4.2模擬通信模型和數字通信模型按照信道中傳輸的是模擬信號還是數字信號，可相應地把通信系統分為模擬通信系統和數字通信系統。1/25/2024401.模擬通信系統模型信源發出的原始電信號是基帶信號，基帶的含義是指信號的頻譜從零頻附近開始，如語音信號為300~3400Hz，圖像信號為0~6MHz。由于這種信號具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸，這就需要把基帶信號變換成其頻帶適合在信道中傳輸的信號，并可在接收端進行反變換。完成這種變換和反變換作用的通常是調制器和解調器。經過調制以后的信號稱為已調信號。1/25/2024411.模擬通信系統模型已調信號有三個基本特征：攜帶有信息適合在信道中傳輸信號的頻譜具有帶通形式且中心頻率遠離零頻，因而已調信號又稱頻帶信號。1/25/2024421.模擬通信系統模型兩種變換連續消息與基帶信號的變換基帶信號與頻帶信號之間的變換實際通信系統中可能還有濾波、放大、天線輻射、控制等過程。由于調制與解調兩種變換對信號的變化起決定性作用，而其他過程對信號不會發生質的變化，只是對信號進行了放大或改善了信號特性，因而被認為是理想的而不予討論。1/25/2024431.模擬通信系統模型模擬通信系統模型1/25/2024441.模擬通信系統模型模擬通信的主要特點

1）抗干擾能力差

2）不易于保密通信

3）設備不易于大規模集成

4）不適應飛速發展的計算機通信的要求

5）簡單、易于實現。1/25/2024452．數字通信系統模型

技術問題主要有信源編碼/譯碼、信道編碼/譯碼、數字調制/解調、數字復接、同步以及加密等。1/25/2024462．數字通信系統模型在某些有線信道中，若傳輸距離不太遠且通信容量不太大時，數字基帶信號無需調制，可以直接傳送，稱之為數字信號的基帶傳輸，其模型中就不包括調制與解調環節，1/25/2024471)信源編碼與譯碼作用一:是設法減少碼元數目和降低碼元速率，即通常所說的數據壓縮。碼元速率將直接影響傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬又直接反映了通信的有效性。作用二:是當信息源給出的是模擬語音信號時，信源編碼器將其轉換成數字信號，以實現模擬信號的數字化傳輸。信源編碼方法：PCM、ADPAM、DM等信源譯碼是信源編碼的逆過程。1/25/2024482）信道編碼與譯碼數字信號在信道傳輸時，由于噪聲、衰落以及人為干擾等，將會引起差錯。為了減少差錯，信道編碼器對傳輸的信息碼元按一定的規則加入保護成分（監督元），組成所謂“抗干擾編碼”。接收端的信道譯碼器按一定規則進行解碼，從解碼過程中發現錯誤或糾正錯誤，從而提高通信系統抗干擾能力，實現可靠通信。信道編碼：線性分組碼、卷積碼、循環碼等。1/25/2024493）加密與解密在需要實現保密通信的場合，為了保證所傳信息的安全，人為將被傳輸的數字序列擾亂，即加上密碼，這種處理過程叫加密。在接收端利用與發送端相同的密碼復制品對收到的數字序列進行解密，恢復原來信息，叫解密。1/25/202450