现代通信技术精品文稿.ppt

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1、现代通信技术第1页，本讲稿共25页推荐教材：现代通信系统 电子工业出版社 鲜继清 主编现代通信技术（第2版）电子工业出版社 朱月秀 主编2第2页，本讲稿共25页成绩评定办法成绩评定办法本课程总学时：本课程总学时：32学时学时成绩评定：平时成绩占成绩评定：平时成绩占50%，考试成绩占，考试成绩占50%。第3页，本讲稿共25页第第1章章 绪绪 论论1.1 现代通信现代通信人类科技进步的产人类科技进步的产物物1.2 现代通信研究领域及内容现代通信研究领域及内容1.3 通信基础知识回顾通信基础知识回顾 4第4页，本讲稿共25页1.1.1、现代通信技术发展概况、现代通信技术发展概况1838莫尔斯莫尔斯

2、有线电报有线电报1948晶体管晶体管 香农香农IT 通信统计理论建立通信统计理论建立1864麦克斯韦麦克斯韦 电磁辐射方程电磁辐射方程1950时分多路通信时分多路通信 应用于电话应用于电话1876贝尔贝尔 电话电话1956越洋电话铺设越洋电话铺设1896马克尼马克尼 无线电报无线电报1957第一颗人造卫星发射第一颗人造卫星发射1906真空管真空管1958第一颗通信卫星发射第一颗通信卫星发射1918调幅广播调幅广播 超外差接收机超外差接收机1960发明激光发明激光1925三路明线载波电话三路明线载波电话 多路通信多路通信1961发明集成电路发明集成电路1936调频广播调频广播1962第一颗同步通

3、信卫星第一颗同步通信卫星 PCM进入实用进入实用1937脉冲编码调制脉冲编码调制1960彩电彩电 数字传输理论数字传输理论 高速计算机高速计算机1938电视广播电视广播1970LSI 商用卫星商用卫星 程控交换程控交换 光纤通讯光纤通讯1940二战刺激二战刺激 雷达和微波系统发展雷达和微波系统发展1980SLSI 长波光纤通信长波光纤通信 ISDN 3G5第5页，本讲稿共25页 塞塞缪尔莫莫尔斯（斯（Samuel Finley Breese Morse，1791-1872），作），作为一名画家是成功的。莫一名画家是成功的。莫尔斯曾两度赴欧洲留学，在肖像画和斯曾两度赴欧洲留学，在肖像画和历史史绘

4、画方画方面成了当面成了当时公公认的一流画家。的一流画家。1826年至年至1842年任美国画家年任美国画家协会主席。会主席。在在一一次次远洋远洋旅途中，莫旅途中，莫尔斯斯结识了杰克了杰克逊。杰克。杰克逊是波士是波士顿城城的一位医生，也是一位的一位医生，也是一位电学博士。学博士。闲聊中，杰克聊中，杰克逊把把话题转到到电磁磁感感应现象上。象上。从此，莫从此，莫尔斯走上了科学斯走上了科学发明的崎明的崎岖道路。道路。为了了维持生活，莫持生活，莫尔斯于斯于1836年不年不得不重操旧得不重操旧业，担任，担任纽约大学大学艺术及及设计教授。教授。课余余时间，他仍然，他仍然继续从事从事电报发明工作。明工作。终于在

5、于在1837年年9月月4日，莫日，莫尔斯制造出了一台斯制造出了一台电报机。机。1844年年5月月24日，在日，在华盛盛顿国会大厦国会大厦联邦最高法院会邦最高法院会议厅里，里，进行行电报发收收试验。年。年过半百半百的莫的莫尔斯在斯在预先先约定的定的时间，兴奋地向巴地向巴尔的摩的摩发出人出人类历史上的第一份史上的第一份电报。他的助手很快。他的助手很快收到那份只有一句收到那份只有一句话的的电报：“上帝上帝创造了何等的奇迹造了何等的奇迹!”6第6页，本讲稿共25页 亚历山大亚历山大格拉汉姆格拉汉姆贝尔（贝尔（1847-19421847-1942）美国发明家和）美国发明家和企业家。他发明了世界上第一台可

6、用的电话机，创建了贝尔企业家。他发明了世界上第一台可用的电话机，创建了贝尔电话公司。被世界誉为电话公司。被世界誉为“电话之父电话之父”。贝尔出生于英国的爱丁堡，贝尔出生于英国的爱丁堡，1414岁在爱丁堡皇家中学毕岁在爱丁堡皇家中学毕业后，曾在爱丁堡大学和伦敦大学学院听课，主要靠业后，曾在爱丁堡大学和伦敦大学学院听课，主要靠自学和家庭教育。自学和家庭教育。18641864年开始声学研究。年开始声学研究。18721872年在波士顿开办培养聋人教师的学校，并编年在波士顿开办培养聋人教师的学校，并编著著可见的语言先导可见的语言先导。18731873年担任波士顿大学发声生理年担任波士顿大学发声生理学教授

7、。学教授。18751875年，他的多路电报获得专利。年，他的多路电报获得专利。18761876年，美国年，美国专利局批准他的电话专利。电话专利是历史上引起争议最专利局批准他的电话专利。电话专利是历史上引起争议最多的一项，经过长期诉讼，贝尔终于取得胜利。多的一项，经过长期诉讼，贝尔终于取得胜利。18801880年年法国授予他伏特奖金。法国授予他伏特奖金。贝尔从事研究的范围极广，曾获贝尔从事研究的范围极广，曾获1818种专利，还和其他人一起获得种专利，还和其他人一起获得1212种专利，种专利，其中其中1414种为电话、电报，种为电话、电报，4 4种为光电话机，种为光电话机，1 1种为留声机，种为留

8、声机，5 5种为航空飞行器，种为航空飞行器，4 4种为水上飞机，还有种为水上飞机，还有2 2种为硒光电池。然而，这些专利只代表贝尔发明才能的一种为硒光电池。然而，这些专利只代表贝尔发明才能的一部分，因为他的工作重点在基本原理方面。他丰富的创造性思想，在当时不可部分，因为他的工作重点在基本原理方面。他丰富的创造性思想，在当时不可能样样都成为现实，他的许多观念到后世才见到成果。能样样都成为现实，他的许多观念到后世才见到成果。7第7页，本讲稿共25页赫兹是一个短命的物理学家。他于赫兹是一个短命的物理学家。他于1894年逝年逝世时，年仅世时，年仅37岁。岁。1886年年29岁发现电磁波，其后不到岁发现

9、电磁波，其后不到6年，年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现了意大利的马可尼、俄国的波波夫分别实现了无线电传播，并很快投入实际使用。其他利无线电传播，并很快投入实际使用。其他利用电磁波的技术：无线电报（用电磁波的技术：无线电报（1894年）、无年）、无线电广播（线电广播（1906年）、无线电导航（年）、无线电导航（1911年）、年）、无线电话（无线电话（1916年）、短波通讯（年）、短波通讯（1921年）、年）、无线电传真（无线电传真（1923年）、电视（年）、电视（1929年）、年）、微波通讯（微波通讯（1933年）、雷达（年）、雷达（1935年），以年），以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天

10、文学及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文学它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。它们使整个世界面貌发生了深刻的变化。赫兹关于电磁波的实验，为无线电技术赫兹关于电磁波的实验，为无线电技术的发展开拓了新的道路，构成了现代文明的的发展开拓了新的道路，构成了现代文明的骨架，后人为了纪念他，把频率的单位定为骨架，后人为了纪念他，把频率的单位定为赫兹。赫兹。8第8页，本讲稿共25页 后来，香农到贝尔实验室工作，他进一步证明了可以采用能实现布尔代数运算的继电后来，香农到贝尔实验室工作，他进一步证明了可以采用能实现布尔代数运算的继电器或电子元件来制造计算机，香农的理论还为计算机具有逻辑功能奠定了基础，从而使电器或电

11、子元件来制造计算机，香农的理论还为计算机具有逻辑功能奠定了基础，从而使电子计算机既能用于数值计算，又具有各种非数值应用功能，使得以后的计算机在几乎任何子计算机既能用于数值计算，又具有各种非数值应用功能，使得以后的计算机在几乎任何领域中都得到了广泛的应用。领域中都得到了广泛的应用。信息论的创始人香农信息论的创始人香农Shannon，1916年生于美国，大学年生于美国，大学时代在美国密执安大学和麻省理工学院学习，修过布尔代数时代在美国密执安大学和麻省理工学院学习，修过布尔代数课，并曾在发明微分分析仪的数学家布什的指导下使用微分课，并曾在发明微分分析仪的数学家布什的指导下使用微分分析仪，这使他对继电

12、器电路的分析产生兴趣。他认为这些分析仪，这使他对继电器电路的分析产生兴趣。他认为这些电路的设计可用符号逻辑来实现，并意识到分析继电器的有电路的设计可用符号逻辑来实现，并意识到分析继电器的有效数学工具正是布尔代数。效数学工具正是布尔代数。1938年，香农发表了著名的论文年，香农发表了著名的论文继电器和开关电路的符号分析，首次用布尔代数进行开继电器和开关电路的符号分析，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算，可以通过继电器关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算，可以通过继电器电路来实现，明确地给出了实现加、减、乘、除等运算的电电路来实现，明确地给出了实现加、减、乘、除等运算的电子电

13、路的设计方法。这篇论文成为开关电路理论的开端。子电路的设计方法。这篇论文成为开关电路理论的开端。无失真变长信源编码定理无失真变长信源编码定理(香农第一定理香农第一定理)有噪信道编码定理有噪信道编码定理(香农第二定理香农第二定理)保真保真准则下信源编码定理准则下信源编码定理(香农第三定理香农第三定理)9第9页，本讲稿共25页1.1.2、通信网的发展趋势、通信网的发展趋势 数字化数字化 （基础）（基础）综合化综合化 （核心）（核心）宽带化宽带化 智能化智能化 个人化个人化 （目标）（目标）单一业务单一业务 综合业务综合业务 自动控制自动控制 智能控制智能控制 窄带窄带 宽带宽带 固定固定 移动移动

14、 服务到家服务到家 服务到人服务到人 电气通信电气通信 光通信光通信 数字数字模拟模拟10第10页，本讲稿共25页1.1.3 现代通信的技术基础现代通信的技术基础一、微电子技术一、微电子技术 电子学，特别是微电子学是信息技术的关键，是电子学，特别是微电子学是信息技术的关键，是现代通信产业的重要基础，它在很大程度上决定着现代通信产业的重要基础，它在很大程度上决定着硬件设备的运行能力。衡量微电子技术发展程度的硬件设备的运行能力。衡量微电子技术发展程度的一个重要指标，是在指甲大小的硅芯片上能集成的一个重要指标，是在指甲大小的硅芯片上能集成的元件数目。元件数目。11第11页，本讲稿共25页1.1.3

15、现代通信的技术基础现代通信的技术基础二、计算机技术二、计算机技术 电电话话交交换换技技术术与与计计算算机机技技术术紧紧密密结结合合，使使交交换换技技术术数数字字程程控控化化。通通信信与与计计算算机机融融为为一一体体，这这使使通通信信技技术术得得到到了了飞飞跃跃发发展展，我我们们把把数数字字通通信信与与计计算算机机的的融融合合称称为为现现代代通信。通信。12第12页，本讲稿共25页1.1.3 现代通信的技术基础现代通信的技术基础三、光子技术三、光子技术 光通信的基础光通信的基础 随随着着光光子子技技术术的的发发展展，出出现现了了电电子子光光子子芯芯片片。在在这这种种芯芯片片上上，电电子子与与光光

16、子子产产生生了了复复杂杂的的相相互互作作用用，提提供供了了速速率率为为几几十十到到上上百百千千兆兆比比特特的的光光波波通通信信能能力力，使光波通信系统从使光波通信系统从PDHPDH向向SDHSDH光传输系统发展。光传输系统发展。13第13页，本讲稿共25页1.1.3 现代通信的技术基础现代通信的技术基础四、空间技术四、空间技术 卫星通信的基础卫星通信的基础 现现在在人人们们已已经经利利用用同同步步卫卫星星获获取取了了大大量量信信息息，并并将将这这些些信信息息广广泛泛应应用用于于航航天天、航航海海、气气象象、定定位位、救救灾灾等等方方面面。卫卫星星通通信信、卫卫星星电电视视已已经经遍遍及及全全世

17、世界界。通通信信卫卫星星正正向向大大容容量量、长长寿寿命命方方面面发发展展。低低轨轨道道卫卫星星通通信信系系统统的的利利用用，将将使使地地面面、空空间间的的通通信信系系统统连连成成一一体体。这这意意味味着着真真正正的的全全球球个个人人通通信信，即即人人们们在在地地球球上上任任何何地地方方(包包括括陆陆地地、森森林林、沙沙漠漠、湖湖泊泊、高高山山、海海洋洋、空空间间)都可随时与任何人和机器进行信息交流。都可随时与任何人和机器进行信息交流。14第14页，本讲稿共25页1.2 现代通信研究领域及内容现代通信研究领域及内容数字微波与卫星通信数字微波与卫星通信光纤通信光纤通信移动通信移动通信数字交换技术

18、数字交换技术接入网技术接入网技术通信业务网与网络安全通信业务网与网络安全15第15页，本讲稿共25页1.2 现代通信研究领域及内容现代通信研究领域及内容16第16页，本讲稿共25页1.3 通信基础知识回顾通信基础知识回顾一、通信系统一、通信系统 1.定义：定义：传递信息所需的一切技术设备的总和。传递信息所需的一切技术设备的总和。2.模型：模型：点与点之间建立的通信系统是通信的点与点之间建立的通信系统是通信的最基本形式，其模型如图。最基本形式，其模型如图。噪声源噪声源信源信源 变换器变换器信道信道反变换器反变换器信宿信宿17第17页，本讲稿共25页传输方式：基带传输、频带传输传输方式：基带传输、

19、频带传输复用方式：频分、时分、码分复用方式：频分、时分、码分调制方式：调制方式：连续波调制连续波调制脉冲调制脉冲调制ASK、FSK、PSK线性线性 AM、DSB、SSB、VSB非线性非线性 FM、PM模拟模拟数字数字模拟模拟数字数字PAM、PPM、PDMPCM、DPCM、ADPCM、M 3.通信系统的分类通信系统的分类18第18页，本讲稿共25页 传输媒质：传输媒质：有线通信有线通信明线通信、缆通信、波导通信明线通信、缆通信、波导通信无线通信无线通信 传输方式：散射通信、微波中继通信、传输方式：散射通信、微波中继通信、卫星通信卫星通信所用波段：所用波段：超长波通信、长波通信、中波通超长波通信、

20、长波通信、中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信、短波通信、超短波通信、微波通信、毫米波通信、光通信信、毫米波通信、光通信19第19页，本讲稿共25页二、通信网二、通信网1.定义：具有网状结构的通信系统。定义：具有网状结构的通信系统。2.基本结构：五种形式，各有特点。基本结构：五种形式，各有特点。（1）网状网）网状网特点：特点：传输链路很多，经济性较差传输链路很多，经济性较差 冗余度较大冗余度较大 稳定性较好稳定性较好20第20页，本讲稿共25页 （2）星状网）星状网特点：特点：节省传输链路节省传输链路设置转接中心，增加费用设置转接中心，增加费用 转接能力不足或设备发生故障时，影响网转接能力

21、不足或设备发生故障时，影响网 络接续质量和稳定性络接续质量和稳定性。（3）复合网）复合网特点：特点：网形和星形复合而成，兼具两者优点网形和星形复合而成，兼具两者优点 经济合理且具有一定可靠性经济合理且具有一定可靠性 设计时使转接交换设备和传输链路总费用之设计时使转接交换设备和传输链路总费用之 和最小和最小。21第21页，本讲稿共25页（4）环形网和总线形网）环形网和总线形网特点：特点：在计算机通信网中应用较多在计算机通信网中应用较多 信息速率高信息速率高 节点或总线终端节点有较强的信息识别节点或总线终端节点有较强的信息识别 能力和信息处理能力。能力和信息处理能力。22第22页，本讲稿共25页

22、三、三、现代通信应用手段现代通信应用手段1、多媒体通信：人与人、人与机器、机器与机器、多媒体通信：人与人、人与机器、机器与机器之间互通信息的技术。之间互通信息的技术。2、计算机通信网络：将远端的数据终端设备与计算机相、计算机通信网络：将远端的数据终端设备与计算机相连接，进行信息处理与资源共享。连接，进行信息处理与资源共享。3、个人通信：通信方式不是、个人通信：通信方式不是“通信到户通信到户”而是而是“通信通信到人到人”。4、移动卫星通信：利用卫星中继站实现地面、空中、海、移动卫星通信：利用卫星中继站实现地面、空中、海上移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信。上移动用户间或移动用户与固定用户

23、间的相互通信。23第23页，本讲稿共25页5、程控交换：、程控交换：程序控制的信息交换。程序控制的信息交换。6、信息高速公路：以大容量的光缆为路，集语音、数据、信息高速公路：以大容量的光缆为路，集语音、数据、图像、文字为一体的多媒体信息为车，将这些车和路构图像、文字为一体的多媒体信息为车，将这些车和路构成高速信息网络。成高速信息网络。7、智能化大楼：、智能化大楼：综合电子信息技术、通信技术、计算机技术对综合电子信息技术、通信技术、计算机技术对 大楼大楼的各种设施进行自动化管理和监控。的各种设施进行自动化管理和监控。8、智能化仪器：仪器中含有一定的人工智能，即可利用、智能化仪器：仪器中含有一定的人工智能，即可利用电子电路来代替人的一部分脑力劳动。电子电路来代替人的一部分脑力劳动。9、互联网络、互联网络24第24页，本讲稿共25页 四、通信指标要求四、通信指标要求1、有效性传输、有效性传输-有效地利用信道有效地利用信道 包括两方面内容：其一是信源的压缩，包括两方面内容：其一是信源的压缩，其二是信道的利用。其二是信道的利用。2、可靠性传输、可靠性传输-好的通信质量好的通信质量 包括：检错与纠错编码技术、信道改善包括：检错与纠错编码技术、信道改善技术、保密技术、高可靠性的调制解调技技术、保密技术、高可靠性的调制解调技术等。术等。252525第25页，本讲稿共25页