《现代通信技术》实验报告一

信息与通信工程学院现代通信技术实验报告

题目：现代通信之我见

班级：2008

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日期：2011年4月

一、前言

通信是什么？通信意味着什么？怎样通信？这些概略而深刻的问题是以前不曾仔细思考过的，或者说没有独立地去思考过。通信专业将近三年的学习，累积了一定的学科基础，虽然课程的知识都是互通联系的，但没有经过思考和整合的知识却像是一盘散沙，支离破碎。现代通信技术课程试图呈现给我们一幅现代通信的完整画卷，引导我们去思考通信，思考她的历史和发展，思考她组成和结构，思考她的高效与精致。

信息因为交流和分享而传播，因为传播和扩散而更有价值。信息的传递受到时间和空间的制约，常常并非易事。通信的诞生源于信息和交流的需求，克服的主要问题是时间和空间的限制，主要表现在压缩信息交流的时间，突破信息传递的空间阻隔。因而高容量和长距离一直是通信人所孜孜追求的目标，高容量意味着短时间内传输大量的信息，长距离意味着全球的互通互联。

我一直在心中勾勒着一幅未来通信的图景：借助高效可靠大带宽的传输媒质，传输容量不再受限；借助有线或者无线的手段，达到随时随地、任意物体和方式发布和获取感兴趣的信息；通信成为一种日常的需求和存在，每个人拥有个性化的通信服务。作为一个通信人，我对未来充满想象也满怀希望，我们正在想着梦想的目标一步步迈进。而这一步步的阶梯，就是现代通信技术的发展，蓬勃而充满活力。光媒质作为信息的载体为实现无限容量通信提供了可能，以互联网、物联网、普适计算为概念的网络和计算的发展预示着任何时间、任何地点、任何方式通信的萌芽。而前两者的实现将为个性化的通信需求和服务提供基础。

后续的文字将着眼于信息传播的基本流程，构建点对点通信的模型，再由点到面，形成网络，从俯视全程全网的角度，叙述我对通信的理解。在此基础上，展望未来的网络发展。

二、微观的通信模型

1、基本通信模型

概念上讲，通信即信息在空间上的传递，信息的发出者称作信源，信息的接收者称为信宿。中间的传输通道称为信道。信息在空间上的传递一般模型是从信源出发，经过信道，最后达到信宿。如图1所示。

图1. 微观通信的概念模型

2、信息的度量 信息的产生和定量表示的研究得到发展是在香农信息论诞生以后，可以说整个通信的理论和数学基础都建立在此之上，它承载了整个信息社会的理论依据。信息普遍存在，和物质、能量并称为组成客观世界的三个基本要素，但信息的定义、度量以及表示却并非易事。自然语义上的信息是事物之间的差异，抽象的理解是物质与能量在时间和空间分布的不均匀性。这与直观的感觉是一致的，因为从反面来看，如果事物之间不存在差异，即万物大同，也就没有任何描述的必要，甚至不需要语言、不需要符号、不需要理解和感知的存在，也就不会有信息。

信息的度量建立在香农卓越的想法之上，把概率的思想融合到信息的度量中，并且参考了物理世界中热力的描述，引入了信息熵的概念来对信息进行定量表示

()()log ()x

H x p x p x =-∑

概率的引进意在体现事物间的差异性，概率越小则信息量越大。这一思想引入到通信的具体模型中，信息熵度量了信源的平均不确定性或者说随机性，在信源输出信息后，信息熵表示了每个信源符合所提供的平均信息量，信息输出后不确定性就得到解除，熵也可以理解为解除信源不确定性需要的信息量。

3、点对点通信模型

微观的通信即点对点通信。其具体模型可以把图1演绎为图2的具体形式。

图2. 一般点对点通信模型

信源可以按取值的不同分为连续和离散信源，按符号间的依赖关系分为有记忆和无记忆信源。编码器包括信源编码器、信道编码器、调制器，信源编码将信源消息变成符号，提高传输的有效性，故也称压缩编码；信道编码给信源编码增加了符号冗余，提高传输的可靠性。调制器实现将编码器输出的符号变成合适信道传输的信号，提高传输的效率，使得远距离通信成为可能。信道则是信号传输的中间媒介，也有离散信道和连续信道之分，实际中也常分为有线和无线信道，信道的多元化有助于实现通信的多样化，但也为通信技术带来的复杂性的提升。信息在传递过程中也会出现各种不同形式、不同大小的干扰，称为噪声。噪声使信息传递中的可靠性受到损害。噪声是难以避免的、客观存在的。译码器实现与编码器相反的过程，从信号中恢复消

息，译码器对噪声的容忍度和译码的准确度直接影响了通信的质量。信宿是信息传输的终点，是信息的接受者和享用者。

整个通信的基础建立在信息论的基础上，事实上，香农发表的标志性文章名字就叫《通信的数学理论》，标志着信息论的诞生，信息论从理论上给出了信息的度量，无失真编码定理成为了信源无损压缩的理论基础，有噪声编码成为了信道编码的理论基础，而信息率失真理论成为了有损数据压缩的理论基础。

要理解通信的基础技术和理论，需要深刻理解信息论和其衍生的相关理论，在此基础上理解各种具体的编码、调制、同步、复用技术。

三、宏观通信网络

1、网络概述

如果说点对点通信是一个个微观细胞的话，网络就是活生生的宏观个体。将众多个通信系统或者传输系统通过交换系统按一定的拓扑结构组合起来，使网内任何两个用户都能建立联系，就构成了基本的通信网。它可实现话音、数据、多媒体等形式的通信要求。

通信网提供了基本的链路传送信号，链路具有多样性，现有的链路包括各类有线电缆、光纤、微波、卫星链路等等。各类网络的连接中存在物理性质的差异，因而产生了协议，规范通信接口。交换的引入是形成通信网络的关键。通信网的关键作用就是交换、路由和寻址，这是实现全网连接、信息全网互通的基础。

2、网络分类

通信网络是一个庞大的对象，有着多种分类标准。按照网络承载的业务来分，可以分为电话网、数据网、广播电视网、专用网等。按照覆盖范围分，可以分为局域网、城域网、广域网等。从纵向的功能看，通信网一般可以分为接入网、传输网、业务网、信令网和电信管理网等。

网络融合是一大发展趋势。前段时间提得很热门的三网融合虽然因为利益分割的问题而流产，但网络融合的概念将一直延续下去，即使不能实现各种网络的短期内融合，网络的发展也一定是按照集约化和融合化的方向发展。

3、网络结构分层

传统通信系统由传输、交换、终端三大部分组成。其中传输与交换部分组成通信网络，传输部分为网络的链路，交换部分为网络的节点。随着通信技术的发展与用户需求日益多样化，网络类型及所提供的业务种类不断增加和更新，现代通信网经历了诸多变革，形成了复杂的通信网络体系。网络分层结构清晰地描述现代通信网络结构。由于通信网是一个极其复杂的系统，分层研究将给网络分析和优化带来巨大的便利。分层的思想在通信和网络中具有基础性的作用。基本的分层方式有垂直和水平两种。