09级导论课-第5讲-通信工程专业

（室内无线电话）、几公里（第四台）、几百公里（呼叫器、大哥大）、几 室内无线电话）、几公里（第四台）、几百公里（呼叫器、大哥大）、几 ）、几公里 ）、几百公里 ）、 千公里（越洋电话、美国之音、小耳朵）、几万公里（卫星气象图、 ）、几万公里 千公里（越洋电话、美国之音、小耳朵）、几万公里（卫星气象图、大耳朵 月球景观）、上百万公里（ ）、上百万公里 火星图片），甚至到几万光年（ ），甚至到几万光年 、月球景观）、上百万公里（金、火星图片），甚至到几万光年（无线电天 文望远镜）都有。通信工程师的任务， 文望远镜）都有。通信工程师的任务，既要考虑长短不同的信息传递过程中 所可能遇到的种种问题，要容纳不同点(或使用「单位」 所可能遇到的种种问题，要容纳不同点(或使用「单位」)间相异的需求与特 又得协调基本设计上互相冲突的要求（要便宜、又要快、要好）， ），可谓 性，又得协调基本设计上互相冲突的要求（要便宜、又要快、要好），可谓 任重道远！ 任重道远！
维纳（NORBERT WIENER 维纳（
维纳从小就是个天才儿童，十几岁便从麻省理工拿到博士学位。 维纳从小就是个天才儿童，十几岁便从麻省理工拿到博士学位。 一九二三年维纳为「布朗运动」提出了数学模型。 一九二三年维纳为「布朗运动」提出了数学模型。一九三零年 发表的「广义谐波分析」乃是维纳自认最好的作品， 发表的「广义谐波分析」乃是维纳自认最好的作品，其中得到 的重要成果之一便是所谓的WIENER KHINTCHINE定理 WIENER－ 定理， 的重要成果之一便是所谓的WIENER－KHINTCHINE定理，为二阶 随机过程的频谐分析奠下了理论和各种应用的基础。然而它的精义， 随机过程的频谐分析奠下了理论和各种应用的基础。然而它的精义， 则要等到五零年前后才为科学界所明了。 则要等到五零年前后才为科学界所明了。维纳对通信工程最直接的贡献则来自他在一九四 二年写的「稳定性时间序列之外延、内差与平滑化及其在工程上的应用」。 」。这篇报告 二年写的「稳定性时间序列之外延、内差与平滑化及其在工程上的应用」。这篇报告 原列为高度机密文件，直到一九四九年才解密， MIT出版 出版。 原列为高度机密文件，直到一九四九年才解密，由MIT出版。其主要内容乃是维纳自一 九四零年初为美军方设计防空机枪一年多来的心得。今天我们一谈到最佳滤波器、 九四零年初为美军方设计防空机枪一年多来的心得。今天我们一谈到最佳滤波器、接 收机、自适应系统（ SYSTEM），谈到目标追踪、飞机、 ），谈到目标追踪 收机、自适应系统（ADAPTIVE SYSTEM），谈到目标追踪、飞机、轮船的导航都免不了 要从维纳的理论出发，要利用到所谓的韦纳－霍伯方程式， 要从维纳的理论出发，要利用到所谓的韦纳－霍伯方程式，但是当年没有人知道如何 解决这些工程问题；即是在维纳给了数学模型与答案后仍没有几个人了解。 解决这些工程问题；即是在维纳给了数学模型与答案后仍没有几个人了解。看过那份 机密报告的工程师称它为黄色的探险（ PERIL）。对他们来讲， ）。对他们来讲 机密报告的工程师称它为黄色的探险（YELLOW PERIL）。对他们来讲，那不啻是本黄 颜色的天书。要不是维纳有个叫列敏逊（ LEVINSON）的好学生， 颜色的天书。要不是维纳有个叫列敏逊（N. LEVINSON）的好学生，花了一番力气写了 两篇阐释性的论文，维纳的学说，至少它在工程上的应用， 两篇阐释性的论文，维纳的学说，至少它在工程上的应用，可能要再等个十年才会广 为世人所接受。 为世人所接受。
通信工程：如何实现用自动化、机械化的方法， 通信工程：如何实现用自动化、机械化的方法，实现信息
的传递。通信工程服务的对象是人， 的传递。通信工程服务的对象是人，因此其要传递的信息 种类便可依接收的方式分为：语音（人耳所听）、影视（ ）、影视 种类便可依接收的方式分为：语音（人耳所听）、影视（ 人眼所见）与数据（人眼所见）。由于自动化、 ）。由于自动化 人眼所见）与数据（人眼所见）。由于自动化、机械化和 人脑储存信息容量的限制的结果， 人脑储存信息容量的限制的结果，通信工程服务的直接对 象便一部分逐渐移转至机械（如计算机）身上。 象便一部分逐渐移转至机械（如计算机）身上
赖斯（ RICE） 赖斯（STEPHEN O. RICE）
赖斯的主要贡献在对噪声的分析， 赖斯的主要贡献在对噪声的分析，他在 一九四四年发表的「随机噪声的数学分析」 一九四四年发表的「随机噪声的数学分析」 到现在仍是值得再三细读的经典之作。 到现在仍是值得再三细读的经典之作。噪声 对通信工程师来讲是最大的天敌也是最好的朋友。 对通信工程师来讲是最大的天敌也是最好的朋友。 没有各种噪声对信号的干扰， 没有各种噪声对信号的干扰，百分之九十五以上 的通信工程师都要失业；有了它们，我们便要绞 的通信工程师都要失业；有了它们， 尽脑汁，费尽心机来应付。赖斯的分析， 尽脑汁，费尽心机来应付。赖斯的分析，为我们 作了基本的「知敌」的工作， 作了基本的「知敌」的工作，使我们明白各种噪 声的基本特性以及它们通过各式各样电子器件时 所产生的变化与影响。 所产生的变化与影响。
通信的「业务」 通信的「业务」范围
电信商所提供的： 电信商所提供的： 电话 移动电话、传呼 移动电话、 传真 计算机联机、网络与网络通讯（ 计算机联机、网络与网络通讯（INTERNET VoIP） ，VoIP）的设备 网络增值服务 多媒体通信
其它业务
广播电台、电视台相关的播放工程； （一）广播电台、电视台相关的播放工程； 民用或军用的雷达及声纳； （二）民用或军用的雷达及声纳； 卫星遥测（ （三）卫星遥测（包括外层空间与地球本身 计算机通讯和数据的存、 （四）计算机通讯和数据的存、取技术与设 各种大小的「耳朵」； （五）各种大小的「耳朵」； 消费性电子产品之设计，如收音机、电视机、DVD、VCD、CD唱片 （六）消费性电子产品之设计，如收音机、电视机、DVD、VCD、CD唱片 电子照相机、电影的录制、放映设备； 、电子照相机、电影的录制、放映设备； 医疗仪器系统，如计算机断层扫描、核磁共振、超音波等； （七）医疗仪器系统，如计算机断层扫描、核磁共振、超音波等； 军事通讯、电子战； （八）军事通讯、电子战； 地质探勘； （九）地质探勘； 卫星导航与定位； （十）卫星导航与定位； 十一）无线电天文仪器。 （十一）无线电天文仪器。
一、通信工程专业是干什么的
通信工程的目的
通信的目的：信息（INFORMATION）的传递。 通信的目的：信息（INFORMATION、旗号 通信的起源：有人类便有了通信，人用语音、手势、
或烽火来表达意思、传送消息已有数千年以上的历史， 或烽火来表达意思、传送消息已有数千年以上的历史，鲸 鱼以声波沟通的习惯则更为久远。 鱼以声波沟通的习惯则更为久远。
香农（ SHANNON） 香农（CLAUDEE. SHANNON）
香农二十二岁在麻省理工的硕士论文被称为 本世纪最重要的硕士论文」。在这篇论文中， 」。在这篇论文中 「本世纪最重要的硕士论文」。在这篇论文中， 香农为今日所有的数字系统奠定了理论基础 他首先发现利用布尔代数可以来代表开关交换线路（ －他首先发现利用布尔代数可以来代表开关交换线路（ RELAY SWITCHING CIRCUITS）。十年后，三十二岁的香农 CIRCUITS）。十年后， ）。十年后 发表了现代通信理论最重要的论文：「通信的数学理论」 ：「通信的数学理论 发表了现代通信理论最重要的论文：「通信的数学理论」 这篇论文不但开创了一个全新的数学领域－ ，这篇论文不但开创了一个全新的数学领域－信息论 － 而且准确地预测所有通信系统－新的、旧的、 而且准确地预测所有通信系统－新的、旧的、还没有被设 计出来的－的基本限制与极限， 计出来的－的基本限制与极限，告诉我们设计通信系统的 最高指导原则」－设计的大方向与基本法则。 」－设计的大方向与基本法则 「最高指导原则」－设计的大方向与基本法则
二、通信先驱（发展简史） 通信先驱（发展简史）
通信工程的开山祖师
近代的通信理论有三位主要的奠基者： 近代的通信理论有三位主要的奠基者： 香农（ SHANNON） 香农（CLAUDEE. SHANNON） 韦纳（NORBERT WIENER） 韦纳（ WIENER） 赖斯（ RICE） 赖斯（STEPHEN O. RICE） 其中尤以香农的贡献为最大也最具原创性与突破性。 其中尤以香农的贡献为最大也最具原创性与突破性。这三 位都是杰出的数学家，假如有诺贝尔数学奖的话， 位都是杰出的数学家，假如有诺贝尔数学奖的话，则他们 都当受之无愧。 都当受之无愧。由于他们在四十年代初分别在贝尔实验室 与麻省理工学院（韦纳）的研究， （谢、赖）与麻省理工学院（韦纳）的研究，使人们对通 讯的原理有了革命性的理解。 讯的原理有了革命性的理解。他们的理论要在将近二十五 年后才为通讯工程界所逐渐消化、了解并充分的利用。 年后才为通讯工程界所逐渐消化、了解并充分的利用。
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通信工程专业
湖南大学计算机与通信学院 2009年 2009年
提纲
一、通信工程专业是干什么的 通信先驱（发展简史） 二、通信先驱（发展简史） 三、通信专业的核心课
通信系统的体系结构
由于点对点间的通信势必将电磁（包括光） 由于点对点间的通信势必将电磁（包括光）或其它种信号 经由某种物理介质（ MEDIUM）传送至目的地， 经由某种物理介质（PHYSICAL MEDIUM）传送至目的地， 因此在整个通信系统的体系结构中， 因此在整个通信系统的体系结构中，这个底层的点对点 系统就叫做「物理层」（ 」（PHYSICAL LAYER） 系统就叫做「物理层」（PHYSICAL LAYER）；而 发射端与接收端间的介质则泛称为信道（ 在发射端与接收端间的介质则泛称为信道（ CHANNEL） 信道的种类可分为有线（如电线、电缆、 CHANNEL）。信道的种类可分为有线（如电线、电缆、 光纤等），无线（如广播电台的地面波、 ），无线 光纤等），无线（如广播电台的地面波、调幅短波藉由同 温层或电离层反射、传统防空雷达或卫星通讯用的微波、 温层或电离层反射、传统防空雷达或卫星通讯用的微波、 外层空间卫星间的光波、水下探测的声波等）和储存、 外层空间卫星间的光波、水下探测的声波等）和储存、录 放的材料（如录放机、录音机的磁带、光盘、 、放的材料（如录放机、录音机的磁带、光盘、计算机的 硬盘等） 硬盘等）三类。