通信工程专业导论(第1-3章)

不需要两个电报员，只需要一个打字员 可以利用凿孔纸带保存报文 可以和计算机连接
15
2.8 电话通信的发明
2.8.1 电话机的发明
1876年3月7日，美国人贝尔申请的电话装置发明专利获 得批准。 初期的电话机称作磁石电话机：壁挂式、台式
16
2.8.2 电话交换机的发明
利用交换机可以减少线路数量 人工交换机：由话务员将线路进行人工连接
29
3.4 信号频谱的概念
光谱：光波也是电磁波，在日光光谱中红光的频率 最低，紫光的频率最高，所以光谱就是不同频率电 磁波的频谱。
30
信号的频谱：信号的波形可以分解成许多不同频率 的正弦波形，这些正弦波的频率与其幅度和相位的 （函数）关系就是频谱。
下图中粗的波形包含频率为50、150和250Hz的三个正弦 波：
23
3.1.2 Байду номын сангаас息量
以天气预报为例，一次天气预报的各种可能性越多，即 每种天气出现的可能性（概率）越小，接收者得到的信 息量就越大。 信息量的定义：I = log2 [1 / P(x)] 比特 (b) 式中，I为信息量；P(x)为事件x出现的概率。 例：若只用晴和雨两种状态预报天气 I = log2 [1 / 1/2] = 1 b 若用晴、阴、云、雨4种状态预报天气 I = log2 [1 / 1/4] = 2 b 若用晴、阴、云、雨、雾、雪、霜、霾8种状态预报天气 I = log2 [1 / 1/8] = 3 b
35
频带名
缩写字
ITU 频带号 1
频率和波长范围 3～30Hz 99930.8～ 9993.1km 30～300Hz 9993.1～999.3km 300～3000Hz 999.3～99.9km 3～30kHz 99.9～10.0km 30～300kHz 10.0～1.0km 300～3000kHz 1.0～0.1km 3～30MHz 99.9～10.0m 30～300MHz 10.0～1.0m 300～3000MHz 1.0～0.1m 3～30GHz 99.9～10.0mm 30～300GHz 10.0～1.0mm 300～3000GHz 1.0～0.1mm
9日
佳 17日 筱 25日 有
10日
灰 18日 巧 26日 宥
11日
真 19日 皓 27日 感
12日
文 20日 号 28日 俭
13日
元 21日 马 29日 艳
14日
寒 22日 养 30日 卅
15日
删 23日 漾 31日 世
16日
铣 24日 敬
例如，1935年9月6日，张伯苓致电南京教育部部长王世杰， 电报全文：“为小站学田事，鱼抵京，虞晨晋谒”。电 11 文中“鱼”表示“6日”、“虞”表示“7日”。
A Z Λ Π Φ
B H M P X
E K O r
2
– 臂板信号装置 – 窗光信号系统 – 旗语 – 灯塔 – 日光反射信号机
3
• 1.3 早期的声通信
– 战鼓 – 铜钲
4
• 1.4 通信的范畴
– 《新华词典》通信：通过某种媒体将信息由一处 传送到另一处的过程。
– 《现代汉语词典》通信：用书信或声、光、电等媒 质传送消息。 – 人们之间面对面地直接交流消息，不属于通信范畴。 – Communicaton：还包括人和人之间的直接消息交 流。 – 除语言外，还有：手势、触觉、表情、眼神等
“E”的出现概率最大，所以只用一个“点”表示 它。
10
• 2.4.3 用莫尔斯电码发送汉字
– 每个汉字用4位阿拉伯数字编码
– 为了尽量节省，设计了汉字代码（代字）。例如， 在电报中常用到的日期，就把月和日缩写为代字。
表2.4.3 汉字电报中使用的日期代字
1日 东 2日 冬 3日 江 4日 支 5日 歌 6日 鱼 7日 虞 8日 齐
5
• 1.5 通信工程与通信工程教育
– 通信工程专业的诞生过程 – 通信工程专业培养人才的方向 – 通信工程专业学习的课程
• 1.6 小结
6
第2章 早期电通信
2.1 静 电 电 报
2.1.1 静电的发现和检测
• 毛皮摩擦琥珀实验 • 静电信号通信系统的原型 —木髓球信号系统
2.1.2 静电电报
• 第一个实用的静电电报系统— 12.8千米架空电报线路
• 2.4.4 莫尔斯电码的应用
– 1844年莫尔斯第一次成功地在64千米的实验线 路上演示了这种电报通信。
– 用听觉也可以接收莫尔斯电码。 – 目前在业余无线电等领域仍然在使用。
12
2.5 印 字 电 报
1846年，豪斯发明了印字电报。他在一条电线 的两端连接上一个具有28个电键的键盘，每个 键表示一个字母。当按下一个键时在接收端就 印出对应的字母。 它类似后来发明的菊花字轮打印机：
第1章 绪 论
1.1 早期的运动通信
运动通信 —用人力、驿马、信鸽等传送信件 驿站—传递文书人员中途暂息和住宿的地方
信鸽
1
• 1.2 早期的光通信
– 烽火台 – 信号墙
表1.2.1 波利比奥斯用的希腊字母编码表 左
1 2 3 Γ Θ N Σ Ψ
墙
4 Δ I Ξ T Ω 5
1 2 右墙 3 4 5
18
2.10 有线通信线路
有线电报线路
单工线路 半双工线路 双工线路
电话线路 — 双工线路
架空明线线路 电话电缆
19
2.11 无线电报通信
1895年意大利人马可尼成功地进行了无线电报通信 试验。 发报试验装置：火花发报机、金属薄片做的天线、 金属粉末检波器、用于发送莫尔斯码的电键。
图中：第1和4根指针决定了发送的字母是“V”
8
2.4 莫尔斯电报机和莫尔斯电码
2.4.1 莫尔斯电报机
1838年1月11日莫尔斯在美 国新泽西州沿3千米线路发 送了第一封电报。当时的设 备并不实用。 后来韦尔做了很大改进，制 出了实用的系统。用点和划 直接对字符编码，就是后来 被广泛应用的莫尔斯电码。
24
3.2 信号的概念
3.2.1 模拟信号
定义：电压可以连续取值的信号为模拟信号。 例：声音、图像
3.2.2 数字信号
定义：电压离散取值的信号为数字信号。 例：键盘输出的信号。
25
模拟信号和数字信号的区别：
26
3.2.3 信号传输速率
码元速率：按照每秒传输多少个码元计算，单位是波特
波特 = 码元数/秒
下图中的矩形波包含许多（无穷多）个不同频率的正弦 波。
31
周期性信号的频谱：
周期性信号的定义： f (t) = f (t + T), ≤ t ≤ 注意：在上式中 t 的条件是从负无穷大到正无穷大。 周期性信号的频谱是离散的：
例：周期性矩形脉冲的波形和频谱
32
非周期性信号的频谱是连续的：
20
2.12 无线电话通信
早期的无线电话通信
1918年，德国曾在柏林和左森之间的军用列车上试验过 无线电话通信。 1924年，在柏林和汉堡间的列车之间开始试验民用电话 通信。 1925年，楚格电话公司成立，为火车供应电话设备。 1921年，美国开始在警车上安装调度用的无线电话设备。
可以个人携带的无线电话通信设备 — 最早为军用
1940年，美军SCR-300型背负式步谈机 二战中，美军SCR-536型手持式步谈机
1968年蜂窝电话网概念 1981年第一个蜂窝电话网建成 目前即将进入第5代蜂窝网。
21
2.13 小结
22
第3章 通信工程的基本概念
3.1 消息和信息的概念
3.1.1 信息
客观世界三要素：物质、能量和信息。 信息不是物质也不是能量 信息是消息中包含的有效内容 消息是物质状态或精神状态的一种反映。 例如：语音、文字、音乐、数据、图片 或活动图像等都是消息。 通信的最终目的是传递消息中所包含的 信息。 信息可以用不同的消息形式传输。 例：天气预报可以用语音传输，也可以 用文字传输，又可以用图形传输。
28
数字通信其他优点：
可以采用纠错编码等差错控制技术，从而大大提高系统 的抗干扰性； 可以采用保密性极高的数字加密技术，从而大大提高系 统的保密度；
可以用信源编码方法压缩数字信号，以减小冗余度，提 高信道利用率。
模拟信号的数字化
若把信源产生的模拟信号转化成数字信号再传输就可以 获得上述这些数字通信的优越性能。 模拟信号数字化后，还可以和信源输入的数字信号综合 起来，在数字通信系统中传输。
2.2 电磁电报的肇始
伏打电池的发明—意大利物理学家伏特发明的 电流磁效应的发现—丹麦科学家奥斯特发现的 检流计的发明—德国物理学家施温格发明的 检流计用于通信—法国物理学家安培发明的 磁力电报—美国科学家亨利发明的
7
2.3 指针电报机
1838年由威特斯通和库克建立的 5针电报系统— 由2根指针的指向决定发送的字母
信息传输速率：比特/秒（b/s）
例：以天气预报为例，若用晴、阴、云、雨、雾、雪、 霜、霾8种状态预报天气，并且假设这8种状态出现的概 率相等，且8种天气状态各用一种不同的码元表示，则每 个码元含有3 比特的信息量。当信号传输速率是100波特
时，信息传输速率等于300比特/秒。
27
3.3 模拟通信和数字通信
研究信号频谱的数学工具
傅里叶级数 —分析周期性信号 傅里叶变换 — 分析非周期性信号
34
3.5 无线电频带的划分
无线电波：从3Hz到3000GHz（3THz）的电磁波 国际电信联盟（ITU）：对无线电频谱的各部分规 定了不同的传输技术和不同的应用。 频带：是无线电通信频谱的一小段，它通常分配用 于某些用途的信道。 ITU把无线电频谱划分为12个频带，每个频带从波 长为10的n次幂（10n）起，相当于频率为3108-nHz 起，覆盖十倍的频率或波长范围。