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通信的基本理论ppt

2022-08-13 03:10:36| 来源:leyu乐鱼体育全站app 作者:乐鱼体育平台进入

  基础电信运营商的变革: 邮电局 电信局 邮政局 电信局 无线局 中国联通 中国移动 中国网通 中国吉通 数据局 中国电信 中国联通 中国电信 中国网通 中国电信 南方 北方 C网 中国卫通 铁通公司 中国移动 中国移动 铁道部 中国航天科技集团公司 电 邮 电信产品制造商 国内: 华为公司 中兴公司 普天集团 大唐电信 ….. 国外: IBM 西门子 诺基亚 摩托诺拉 三星 ….. 世界科技发展与中国近代史 18世纪 19世纪 20世纪 信息时代初期 电、电磁波应用 电磁波发现 电的发现 50年代 90年代 清朝 1912 乾隆 雍正 康熙 顺治 嘉庆 道光 咸丰 同治 光绪 宣统 1949 中华人民共和国 电线 第一台计算机到 PC机 卫星通信从理论到实用 1976 1978 1963 1960 光纤从理论到实用 蜂窝移动通信从理论到实用 电报发明 1961 提出分组交换到IP网 计算机发明 1948 晶体管 集成电路 CPU 1958 1927 1937 取样定理 PCM 十八世纪六十年代 至十九世纪三十年 代英国产业革命 1840 鸦片战争 中法战争 甲午中 日战争 1894 1883 八国联军侵华战争 改革开放 1769 瓦特发明 蒸汽机 中华民国 1937 日本侵华战争 1966 十年文革 思考题??? 1、三网融合具体指哪三网? 2、查阅数字地球(DE)相关资料? 3、查阅地球村(Global Village)相关资料? 4、查阅智慧地球(IE)相关资料? 5、查阅信息高速公路(NII)相关资料? 通信的基本理论教材 谢谢 20世纪 电子信息大发展 信息时代初期 电、电磁波应用 电磁波发现 电的发现 18世纪 19世纪 20世纪 21世纪 50年代 90年代 20世纪信息技术领域影响最大的发现和发明 ■ 电子计算机 ■ 互联网 ■ 集成电路 ■ 光纤通信 ■ 移动通信 ■ 电视 ◆ 1946年美国贝尔实验室提出蜂窝移动通信的概念 ◆ 1978年在美国芝加哥试验成功第一个移动电线年日本开放了世界上第一个蜂窝移动电线年美国芝加哥AMPS制模拟蜂窝式移动电线年欧洲制订泛欧移动通信漫游的标准(GSM ) 20世纪 电子信息大发展 信息时代初期 电、电磁波应用 电磁波发现 电的发现 18世纪 19世纪 20世纪 21世纪 50年代 90年代 20世纪信息技术领域影响最大的发现和发明 ■ 电子计算机 ■ 互联网 ■ 集成电路 ■ 光纤通信 ■ 移动通信 ■ 电视 电视机电视,被世人公认为是二十世纪最为伟大的发明之一。电视不是哪一个人的发明创造。她是一大群位于不同历史时期和国度的人们的共同结晶 ? 1907年英国发明家坎贝尔。斯温顿在《自然》杂志上提出了一种电子式电视系统的构想 1926年,贝尔德向英国报界作了一次播发和接收电视的表演 1939年,美国推出世界上第一台黑白电视机 1954年,美国得克萨期仪器公司研制出第一台全晶体管电视接收机 1966年,美国无线电公司研制出集成电路电视机。 1979年,世上第一个“有线世纪信息技术领域影响最大的科学家 ■ 克劳德.香农 美国科学家,信息论及数字通信之父 ■ 亚伦.图灵 英国数学家和计算机理论专家,“人工智能” 之父 ■ 冯.诺依曼 美藉匈牙利人 杰出的数学家 “计算机之父” “博弈论之父” ■ 奈奎斯特 美国物理学家 著名的奈奎斯特采样定理 ■ 戈登.摩尔 英特尔共同创始人著名的摩尔定律 20世纪 电子信息大发展 信息时代初期 电、电磁波应用 电磁波发现 电的发现 18世纪 19世纪 20世纪 21世纪 50年代 90年代 亚伦.图灵 奈奎斯特 克劳德.香农 冯.诺依曼 自然科学是人类认识世界和改造世界的总结,人类利用信息的历史很长,但有目的、有意识、作为一个学科对信息进行关注、进行研究的历史并不长,尤其是电子信息,人类从发现“电”开始也就不到300年的历史。 二十世纪,是电子信息技术大发展的世纪,这不仅因为工业经济逐渐走向成熟,科学技术已经发展到很高的水平,而且因为,知识经济初见端倪,知识经济是以“信息”社会为基础的。 从科技发展规律的视角看 多媒体通信: 符号、书写件、影像、声音、图像、视频等多种媒体(Multimedia)的通信方式。 现代电信业务:语音、图像、数据、视频等。 信息网络:电信网络、计算机网络、有线电视网 通信:按照一致同意的协定传递消息的过程。 1、通信(Communication) ITU (International Telecommanication Union 国际电信联盟 ) 有四种定义(E.600/F.710Q.9I.112), 其中I.112中定义: 二、通信的基本概念 通信系统是以实现通信为目标的硬件、软件以及人的集合。它是信息从一地传送到另一地的所有设备的总和。 2、通信系统 信源 变换器 信道 反变换器 信宿 噪声源 通信系统一般模型 信息产生的源泉 把原始电信号变成适合在信道中传输的信号 信息传输的通道 从接收信号中恢复原始电信号 系统中各种干扰的等效结果 信息的接收者 通信系统常见模型 信源 调制器 信道 解调器 信宿 噪声源 (1)模拟通信系统模型 (2)数字通信系统模型 信道 噪声源 信 源 信 源 编 码 器 信 道 编 码 器 调 制 器 解 调 器 信 道 译 码 器 信 源 译 码 器 信 宿 1、按照消息的物理特征分:电话、电报、图像、数据等; 2、按调制方式分:基带传输、频带传输; 3、按信号的特征可分:模拟通信系统、数字通信系统; 4、按传输媒介分:有线、按复用方式分:频分复用、时分复用、码分复用; 6、按消息传送的方向分:单工通信、半双工通信、双工通信; 7、按数字信号的排列顺序分:串序通信、并序通信; 8、按连接形式分:专线通信、网通信。 通信系统的分类 衡量通信系统质量的指标类型: 有效性:通信系统传输信息在数量上的表征。 可靠性:通信系统传输信息在质量上的表征。 安全性:用描述通信安全性的指标。 通信系统的性能指标 通信系统的性能指标 信道传输话路数=信道带宽/单路信号有效带宽 (1)模拟通信系统的性能指标 ①有效性:通信系统传输信息在数量上的表征。 用单路信号的有效带宽衡量。当信道带宽给定时,单路信号有效带宽越窄,有效性越好。 语音信号的频带为0.3~3.4kHz。一般把有效传输频带折合成可传输的语音信号路数,如2700路的模拟微波。 ②可靠性:通信系统传输信息在质量上的表征。 模拟通信系统可靠性用信噪比来衡量。 信噪比=信号功率/噪声功率=S/N 输出信噪比=输出信号功率/输出噪声功率S0/N0 常用分贝数表示 10lgS/N = 20lgUs/UN =20lgIs/IN(dB) (1)模拟通信系统的性能指标 ①有效性:通信系统传输信息在数量上的表征。 数字通信系统的有效性常用传输速率来描述。 信息传输速率Rb(单位:bit/s):单位时间内传输的比特数。 ?? 比特(bit):度量信息量大小的单位,它定义为在二进制系统中,若无限长的数字序列里,出现“1”和“0”的概率大约相等,且前后码元彼此独立,则一个二进制码元(一个“1”或一个“0”)所含的信息量就是一个比特。 (2)数字通信系统的性能指标 码元速率(RB)(单位:baud):单位时间内传输的码元数。 RB=1/Ts(波特) 信息传输速率与码元速率间的换算关系为: Rb=RB log2M (2)数字通信系统的性能指标 例:已知一个八进制系统的码元传输速率为1200baud,则相应的信息传输速率为多少?bit/s ? 解:Rb=RB log2M =1200×log28 =3600bit/s (2)数字通信系统的性能指标 (2)数字通信系统的性能指标 不同系统的传输速率可能相同,此时可用频带利用率比较其有效性。 (2)数字通信系统的性能指标 ②可靠性:通信系统传输信息在质量上的表征。 衡量数字通信系统可靠性的指标??:误码率 有效性与可靠性 是一对相互矛盾的指标 (2)数字通信系统的性能指标 思考题:采用多进制(M进制,M

  2)可以提高在相同带宽情况下通信系统的有效性,为什么? 学生练习: 1、设在125us传输256个二进制码元,试计算信息传输速率?若该码元在2s内有3个码元产生了误码,求误码率? 2、假设频带带宽为1024KHZ的信道,可传输2048kbit/s的比特率,试求频带利用率? 3、设信号码元的时间长度为8×10-7s, (1)当采用8电平传输时求信息传输速(2)若系统的带宽为3000HZ,求频带利用率? 3 通信网 (1)通信网概念的引入 在许多场合下,有若干设备需要相互通信…… = (n2-n) /2 C n 2 用户数 用户线)通信网概念的引入 将若干设备需要相互通信设备引入同一地点,在该点设立交换设备…… n个用户仅需要n条用户线)通信网概念的引入 将各交换设备用线路相连以形成网络可以实现更大范围的通信…… (2)通信网的概念 通信网:是由终端设备、传输设备、交换设备及 相应的软件组成的系统。 通 信 网 硬 件 三 要 素 终端设备 交换设备 传输设备 通信协议:通信双方共同的约定称为通信协议,这种约定包括对同步方式、传送速度、传送步骤及检纠错方式定义等问题做出统一规定。通信协议是通信网重要内容。 (2)通信网的概念 ◆终端设备 主要功能:将输入信息变换成为易于在信道中传送的信号,并参与控制通信工作。对应于通信模型中的信源/信宿及部分变换/反变换设备。 终端设备的种类:电话终端、数字终端、数据通信终端、图像通信终端、移动通信终端、多媒体终端…… (2)通信网的概念 ◆传输设备 主要功能:主要功能:网络节点的连接媒介,是信息与信号的传输通路。 传输介质的种类:有线)通信网的概念 ◆交换设备 基本功能:交换、控制、管理、执行、交换功能。 交换功能:根据终端要求与传输链路的转接能力,完成信源与信宿之间的接续转换; 控制与管理功能:交换机能依据通信流量的状态,有效地选择中继路由、进行通信流量控制和差错恢复等。 执行功能:进行各种业务的通信与交换等。 (3)对通信网的质量要求 ※对一般网络的要求 ①接通的任意性和快速性 ②信号传输的透明性和传输质量的一致性 ③网络的可靠性与经济合理性 ※对电话网的要求 ①接续质量(迅速性) ②传输质量(清晰度) ③稳定质量(可靠性) (4)通信网的分层与分割结构 为了客观和全面的描述通信网的结构,可以根据网络的结构特征采用垂直和水平的描述方法。水平分解偏重于网络的物理连接;垂直分解偏重于网络的逻辑功能。 水平分解: CPN 接入网 核心网 接入网 CPN 接口 接口 接口 接口 (4)通信网的分层与分割结构 垂直分解: 传送网 应用层 业务网 支 撑 网 数字同步网 电信管理网 信令网 (5)通信网的发展历史 通信网的发展经历了四个阶段: 电话交换 网时代 程控交换和 数字传输时代 数据网络和 分组交换时代 综合业务数字 网移动通信时代 始于19世纪末 始于20世 纪60年代 始于20世 纪70年代 始于20世 纪80年代 (6)通信网的发展趋势 ☆通信技术的数字化 ☆通信业务的综合化 ☆网络互通的融合化 ☆通信网络的宽带化 ☆网络管理的智能化 ☆通信服务的个人化 《通信概论》 第一讲主讲:李新颖 CellEmail:lixinying@ 2009级非通信工程专业 教学安排 主讲内容 第1章 通信的基本理论 第2章 数字通信 第3章 现代交换技术 第4章 通信网技术 第5章 光纤通信 第6章 数字微波通信 第7章 移动通信 第8章 卫星通信 在信息时代的大背景下,通过介绍通信的基本理论和相关技术,使学生建立通信与网络宏观框架。理解通信在勾画人类美好生活前景中的地位和作用。 《通信概论》课程教学目的 主要内容: 一、通信发展的历史沿革 二、通信的基本概念 1、通信 2、通信系统 3、通信网的组成及分类 4、通信网的历史与发展 第一章 通信的基本理论 古代通信概念:早期的《辞海》《辞源》中 “通信”一词的解释就是简单的 “与人互寄书信”;“互通音信”。 现代通信概念:参与者按照某种预先的约定进行信息的时空转移。 ◆通信基本功能:信息的传递。 ◆参与者:人或机器 1.通信概念 通信的含义随着时代发展而变化。 一、通信发展历史沿革 ◆约定:标准或协议 ◆信息:消息中对人们有意义的部分。对事物运动和存在状态不确定性的描述。 信息相关概念 (1)消息:信息的表现形式。例如符号、文字、音乐、图像、图片等。不同形式的消息可以包含相同的信息。如用语音或文字发送的天气预报所包含的信息相同。 (2)信号:消息或信息的载体。信息是靠信号来传递的。 (3)信息量:通信系统传输信息的多少。 (4)电信:ITU-T定义:利用有线电、无线电、光或其他电磁系统,对符号、信号、图像、声音以及别的任何性质的信息的传输、发送和接收、存储、处理。 1.通信概念 电线 1958 1927 1937 香农信息论 古代通信 近代通信 现代通信 通信工程 取样定理 为了讲解方便把通信技术的历史划分为三个阶段:古代、近代、现代 1.通信概念 古代通信方式: 邮驿 信鸽传书 音响通信 古老的烽火狼烟 旗语 灯光语…... 古代的通信 古代的通信 信宿 邮驿 信鸽 信源 文字 声音 图像 … 文字 声音 图像 … 通信系统模型 信 道 发送端 接收端 信 宿 信 源 古代的通信 古代通信的特点: 传送的是原始的文字、声音(不调制)、图像,传送过程中没有变换。 速度慢 传不远 不安全 过去的概念:通信就是送信! 电线 电报发明 时间 近代通信 1948 1958 1927 1937 香农信息论 古代通信 近代通信 现代通信 通信工程 取样定理 1837年,画家莫尔斯(Morse)改进了电报机。 1844年,他又用电报机在华盛顿特区和马里兰的巴尔的摩之间发送了内容为“上帝创造了何等的奇迹啊(What hath God Wrought)”的信息,从而引发了实时远距离通信方式的彻底革命。电通信方式诞生。 近代通信 1864年,麦克斯韦建立了电磁理论并预言了无线年赫兹用实验验证了麦克斯韦的预言。 1901底时,Guglielmo Marconi 在纽芬兰的Signal 山接收到了来自1700 英里的英国Comwall 发送的无线电信号,此举极大地拓宽了通信的范围。 近代通信 马可尼 结论: 电报的伟大在于通信过程中用传输电信号取代了传输实际物理信号!电报的发明开启了通信的一个新时代,用电来传递信息的时代的到来,即电信时代的到来! 近代通信 莫尔斯电报机的简单原理 字符 符号 电信号 电信号 符号 字符 · — 近代通信 电线 电报通信:利用有线或无线(电磁波)方式来传递电信号表示符号的一种通信方式。 · — 字符 符号 电信号 电信号 符号 字符 · — 无线 · — 莫尔斯电报机的简单原理 汉字 阿拉伯数字 符号 电信号 汉字电报 发端 信道 收端 电报通信基本模型 · — 0、1、2…9 近代通信 字符 电码符号 字符 电码符号 字符 电码符号 字符 电码符号 0 ━ ━ ━ ━ ━ 1 .━ ━ ━ ━ 2 ..━ ━ ━ 3 ...━ ━ 4 ....━ 5 ..... 6 ━ .... 7 ━ ━ ... 8 ━ ━ ━ .. 9 ━ ━ ━ ━ 数字编码 近代通信 字符 电码符号 字符 电码符号 字符 电码符号 字符 电码符号 A .━ B ━ ... C ━ .━ . D ━ .. E . F ..━ . G ━ ━ . H .... I .. J .━ ━ ━ K ━ .━ L .━ .. M ━ ━ N ━ . O ━ ━ ━ P .━ ━ . Q ━ ━ .━ R .━ . S ... T ━ U ..━ V ...━ W .━ ━ X ━ ..━ Y ━ .━ ━ Z ━ ━ .. 字母编码 近代通信 标点符号 字符 电码符号 字符 电码符号 字符 电码符号 字符 电码符号 . .━ .━ .━ : ━ ━ ... , ━ ━ ..━ ━ ; ━ .━ .━. ? ..━ ━ .. = ━ ...━ .━ ━ ━━ . / ━ ..━ . ! ━ .━ .━ ━ ━ ━ ....━ _ ..━ ━ .━ .━ ..━ . ( ━ .━ ━ . ) ━ .━━ .━ $ ...━ ..━ & . ... @ .━ ━ .━ . 1875年,贝尔发明了电话,从而使语音实时传输成为现实。 电话的发明开启了语声实时通信的时代! 近代通信 电话发明家 贝尔 汇接局 汇接局 本地网结构 端局 端局 端局 端局 端局 端局 中继线 端局 端局 长途局 端局 中继线 端局 端局 长途局 端局 北京 上海 长途网结构 (a)1878年手持电线年贝尔电线年木支架电线年磁力电线年磁力电线磁力发电机电线号码盘电线年号码盘电话 “磁石——共电——自动”的发展过程 电信( G.701 ):利用有线、无线、光等方式传递代表文字、声音、图像等消息符号的传输系统。 电信(Telecommunication)定义:国际电信联盟(ITU)有三种定义(G.701/M.60/Q9/F.710)。 电信工程专业的由来:由于近代通信的主要方式以电为主,因此在相当长的时间通信称为电信,相关专业称为电信工程。 通信工程专业的由来:由于现代通信传输方式以光纤传输为主,因此现代通信称为通信,1997年开始相关专业称为通信工程。 Evolution of Telecommunication Telegraph Telephone Radio broadcast TV Mobile, Internet Satllite, fiber-optic WSN(WSAN,RFID) 3D virtual vision Communication: Human - Human Real-time virtual face-to-face communication and interaction Communication: Human – Nature Human – Machine Machine - Machine MDNMC = MultiDimensional Networked Multimedia Communication Reading Hearing Seeing MDNMC Sensing Being 通信技术的发展 现代通信 电话的简单原理 发话者 语声 电信号 电信号 语声 听话者 信道 电话通信基本模型 电话通信:利用有线或电磁波传递代表声波的电信号的过程。 信道:电线或电磁波。 声/电 电/声 20世纪 电子信息大发展 信息时代初期 电、电磁波应用 电磁波发现 电的发现 18世纪 19世纪 20世纪 21世纪 50年代 90年代 20世纪信息技术领域影响最大的发现和发明 ■ 电子计算机 ■ 互联网 ■ 集成电路 ■ 光纤通信 ■ 移动通信 ■ 电视 20世纪 电子信息大发展 信息时代初期 电、电磁波应用 电磁波发现 电的发现 18世纪 19世纪 20世纪 21世纪 50年代 90年代 20世纪信息技术领域影响最大的发现和发明 ■ 电子计算机 ■ 互联网 ■ 集成电路 ■ 光纤通信 ■ 移动通信 ■ 电视 1946:第一台真正意义上的数字电子计算机ENIAC (Electronic Numerical Integrator 和 Computer)问世。 1943年开始研制。负责人是John W. Mauchly和J. Presper Eckert。重30吨,18000个电子管,功率25千瓦。主要用于计算弹道和氢弹的研制。 20世纪 电子信息大发展 信息时代初期 电、电磁波应用 电磁波发现 电的发现 18世纪 19世纪 20世纪 21世纪 50年代 90年代 20世纪信息技术领域影响最大的发现和发明 ■ 电子计算机 ■互联网 ■ 集成电路 ■ 光纤通信 ■ 移动通信 ■ 电视 ◆ 1964年美国兰德公司研究员保尔.罗兰设计了一种交互式的电脑网络,这是互联网之始 ◆ 1968年美国国防部高级研究计划署(ARPA -Advanced Research Project Agency )根据保罗.罗兰设计的方案,提出了研制ARPA网的计划,用于支持军事研究的计算机网络 ◆ 1969年ARPANET建成并投入运行,最初建成的ARPA网是仅有4个节点的试验网 ◆ 1973年互联网(Internet)上采用了“文件传送协议”(FTP协议) ◆ 1974年,美国国防部开发出在Internet上使用的TCP(传输控制协议 ◆ 1977年国际标准化组织(ISO)提出了“开放系统互连参考模型” ◆ 1983年传输控制协议/网间协议(TCP/IP)成为ARPA网上的标准通信协议 ◆ 1985美国国家自然科学基金会(NSF)在全美建造了五大超级计算中心,将100所大学科研单位连到网上,构成了美国国家NSFNET网。形成初期因特网 ◆ 1989美国国家科学基金网(NSFNET)对公众开放,从而成为因特网最重要的通信骨干网络。这时因特网上主机数已超过100000台;ARPANET解散; 20世纪 电子信息大发展 信息时代初期 电、电磁波应用 电磁波发现 电的发现 18世纪 19世纪 20世纪 21世纪 50年代 90年代 20世纪信息技术领域影响最大的发现和发明 ■ 电子计算机 ■ 互联网 ■ 集成电路 ■ 光纤通信 ■ 移动通信 ■ 电视 杰克。基尔比 1947年12月美国贝尔实验室提纯了半导体,总结了半导体的四个特性 1948实验室的巴丁、布莱顿、肖克莱发明晶体管 56年获诺贝尔奖 1958美国人杰克。基尔比(Kilby)发明集成电路,2000年 获诺贝尔奖 20世纪 电子信息大发展 信息时代初期 电、电磁波应用 电磁波发现 电的发现 18世纪 19世纪 20世纪 21世纪 50年代 90年代 20世纪信息技术领域影响最大的发现和发明 ■ 电子计算机 ■ 互联网 ■ 集成电路 ■ 光纤通信 ■ 移动通信 ■ 电视 ◆1960美国休斯航空公司的梅曼(Maiman)发明了世界上第一台红宝石激光器, 从此人类进入了研究现代光通信的时代; ◆ 1966年,英国标准电信研究所的英藉华人高锟(K.C.Kao)和霍克曼 从理论上阐述了能把损耗降低到20分贝/公里,提出这样的光纤将可用于通信; ◆ 1970年美国康宁玻璃公司的三名科研人员马瑞尔(Maurer)、卡普隆(Kapron)与克格(Keck)成功地 ◆ 1976年美国贝尔研究所在亚特兰大建成第一条光缆实验系统,内含144根光纤 ◆ 1977年世界上第一个商用光纤通信系统在美国芝加哥开通使用多模光纤,波长0.85μm,速率为44.736Mbit /s;

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