现代通信系统概论

通信网络

通信网络的组成
业务网
信令网
同步网
管理网
（支撑网）
业务网
交换网 传输网
用户端 （接入设备）
接入网
接入网
用户端 （接入设备）
接入网 有线接入网 铜线接入网 光纤接入网 混合光纤/同轴线接入网 (HFC，Hybrid Fiber/Coax) 固定无线接入网 无线接入网 移动无线接入网
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通信网络的分类

通信的目的

为了完成信息的传输和交换。
消息、信息


信息(Imformation)：消息中包含的有意义的内 容。 消息（Message)：消息是信息的表现形式。 信号(Signal)：消息的载体，消息靠信号传递。 信息一词在概念上与消息的意义相似，但它的 含义却更普通化、抽象化。信息是消息给予受 信者的新知识。因此，消息与信息不完全是一 回事。




20年代：利用铜线实现有线通信，利用短 波实现远距无线 通信和国际通信。 30－40年代：实现电信号的频分多路技术， 长途载波电话。 50—60年代：半导体晶体管代替电子管， 集成电路技术，公用电话通信网。 60年代：计算机应用增多，数字通信开始 兴起，模拟通信向数字通信过渡。
通信的发展历程
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数字通信系统

在信道中传输的是数字信号。
信源 编码器 模 拟 信 号 加 密 器 信道 编码器
基 带 数 字 信 号
基 带 数 字 信 号
信 息 源
受 信 者
信源 解码器
基 带 数 字 信 号 解
调 制 器
已 调 信 号
信
噪 声
密 器
信道 解码器
解 调 器
道 同步 系统




信源编/解码器：实现模拟信号与数字信号 之间的转化。 加/解密器：实现数字信号的保密传输， 信道编/解码器：实现差错控制功能，用以 对抗由于信道条件造成的误码。 调制/解调器：实现数字信号的传输与复用。
1 1 1 I log2 p (0) log2 p1 log log 2 p (2) 2 p (3) log 2 4 2(bit ) (1)
可见：采用多进信息编码，信息传输效率较高
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信号的时域和频域分析

时域的含义：信号是时间的函数。 时域的表达式 式中：

u(t ) U m cos(0t )




宽带化：更强大的信息传输能力，使得通信业 务的种类更为丰富，通信业务的质量更高。 广泛化：从通信环境来讲，实现任意时间、地 点、与任何人通信。从通信技术的载体来讲， 实现越来越多的设备具有通信能力。 多样化：多种多样的人机交互方式。 综合化：多种业务的综合不仅可以向用户提供 更有吸引力的应用，也能为运营商提供更多的 收入。 应用中心化：对各种信息传输技术和处理技术 进行整合。

模拟消息——消息状态连续变化。 数字消息——消息状态可数或离散。

模拟信号——电信号的参量连续。 数字信号——电信号的参量离散。
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模拟通信系统

信道中传输的是模拟信号。
• 基带信号：由信息转化而来的原始模拟信号，一般含 有直流和低频成分，不宜直接传输。 • 已调信号：由基带信号转化而来、频域特性适合信道 传输的信号，又称为频带信号。
通信网络



通信网络从功能组成上可分为：终端/接入设备、 交换设备、传输设备。 终端/接入设备：电话机、传真机等作为电话网的 各类用户终端；集团电话、集群设备、接入网等电 话网接入设备；计算机作为计算机网络的终端 交换设备：各类交换机和交叉（交换）连接设备； 传输设备：用户线路、中继线路和信号转换设备； 电话线、有线电视电缆、通信光缆、移动通信的基 站收发设备、卫星/微波通信的收发设备等等。




70年代：传输网络由电缆向光纤过渡，开 始卫星通信。 80年代：通信网络开始向数字网络发展， ATM,蜂窝网 移动通信（G1）。 90年代：互联网快速发展，波分复用 （WDM） 90年代中期：数字式无线移动通信得到进 一步发展，代表技术有GSM（G2）、TDMA、 CDMA。
通信的发展趋势

按照信源的内容分


按通信网络所覆盖的地域范围分

电话网、数据网（包括电报网、电传网、计算机网 等）、电视节目网和综合业务数字（ISDN）等。
局域网、城域网、广域网等。
有线网、短波网、微波网卫星网等。

按通信网络所使用的传输信道分

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通信技术发展历史简表
表1―4 通信技术发展历史简表
通信的发展历程

信息量

对信息进行量化，表示信息的多少 定义：若一个消息出现的概率为P ，则这一消 息所含的信息量I为
I log a 1/ p

当，a＝2，信息量单位为比特bit a＝e，信息量单位为奈特nit a＝10，信息量单位为哈莱特 目前运用最广泛的是比特。
信息量的含义举例：
I log a 1/ p
I log 2
1 p (0)
log2
1 p (1)
log 2
1 p (2)
log 2
1 p (3)
log 2 2 1(bit )
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②四进制码元
0、1、2、3四种状态，每种状态要用两位二进制码元 表示，即00、01、10、11。 若 P(0)=P(1)=P(2)=P(3)=1/4 ，则 0 、 1 、 2 、 3 码元的 信息量为：
通信概论
廖青 liaoqing@
教材：魏更宇，孙岩，张冬梅编著. 《通信导论》. 北京邮电大学出版社.2005
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 第7章 第8章 第9章 第10章 第11章 第12章 第13章
目录
通信系统概述 传输介质 信号的传输技术 信号的数字化处理技术 信号的交换 话音通信 数据通信基础 局域网 广域网 互连网 综合业务和多媒体通信 卫星和蜂窝移动通信 无线通信
通信行业中的标准与法规

政策法规：由各国的政府部门制定。 技术标准：由各种技术标准化团体、以及相关的行 业协会制定。如：





中国通信标准化协会 (英文译名为：China Communications Standards Association，缩写为： CCSA) 国际电信联盟ITU（International Telecommunications Union) 电气和电子工程师协会IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) 第三代移动通信伙伴项目3GPP (3rd Generation Partnership Project)
叠加信号的频域波形图
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通信系统

通信系统的模型
• • • • •
信息源：把各种可能消息转换成原始电信号。 发送设备：将原始电信号变换成与传输信道相匹配的传输信号。 信道：信号传输的通道。 接收设备：从接收信号中恢复出原始电信号。 受信者：将复原的原始电信号转换成相应的消息 。
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通信系统的消息和信号
Um：正弦波的幅度，表示正弦波的最大值；
0 ：正弦波的角频率；
f 0 ：正弦波的频率，单位是Hz；

：正弦波的初相位。
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时域波形
Um
频域表达式（根据傅立叶变换）
u() U m [ ( 0 ) ( 0 )]
频域的波形图
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时域分析与频域分析变换举例：
叠加信号的时域波形图
数，因此数字通信设备功耗 低、易于小型化。 再生中继无噪声积累，抗干扰能力强。 信号易于进行加密处理，保密性强。 可以通过信道编码和信源编码进行差错控制， 改善传输质量。 支持各种消息的传递。 数字信号占用信号频带较宽，因此频带利用率 较低。
通信系统的分类


⑴按消息分：电报系统、电话系统、数据系统、图像系 统。 ⑵按调制方式分：基带传输、频带传输（调幅、调频、 调相、脉幅、脉宽、脉位）。 ⑶按媒质上的信号分：模拟系统、数字系统。 ⑷按传输煤质分：有线系统、无线系统。 ⑸按复用方式分：频分复用、时分复用、码分复用。 ⑹按消息传送的方向和时间分：单工、半双工、全双工。 ⑺按数字信号排列顺序分：串序、并序。 ⑻按连接形式分：专线直通（点对点）、交换网络（多 点对多点）。
不可能事件 P＝0 ，I=∞； 小概率事件 P=0.125，I＝3； 大概率事件 P＝0.5，I＝1； 必然事件 P＝1，I=0。 ∴ 信息量I是事件发生概率P的单调递减函数
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信息量计算举例（对等概率出现的离散消息）
①双极性二进制码元
若0、1出现的概率相等，即P（0）＝P(1)=0.5,则0或1的 信息量为：
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第1章 通信系统概述

主要内容 1、通信的基本概念 2、通信的发展历程 3、通信的发展趋势
3
通信的基本概念

通信的定义



通信是传递信息的手段，即将信息从发送器传送到 接收器。 广义：由一地向另一地（或多地）进行消息的有效 传递称为通信。 狭义：利用电磁技术、电子技术、光电技术等手 段，借助电信号或光信号实现从一地向另一地（或 多地）进行消息的有效传递和交换的过程称为通信。