信息与通信专业基础知识

一、信息与通信工程 - 主要研究方向1．数字电视图像通信 2．光纤通信 3．计算机通信及网络安全 4．无线通信 5．统计信号处理 6．生物信息技术 7．多媒体技术 8．智能信息处理二、计算机通信简介：计算机通信是一种以数据通信形式出现，在计算机与计算机之间或计算机与终端设备之间进行信息传递的方式。

它是现代计算机技术与通信技术相融合的产物，在军队指挥自动化系统、武器控制系统、信息处理系统、决策分析系统、情报检索系统以及办公自动化系统等领域得到了广泛应用。

计算机通信按照传输连接方式的不同，可分为直接式和间接式两种。

直接式是指将两部计算机直接相联进行通信，可以是点对点，也可以是多点通播。

间接式是指通信双方必须通过交换网络进行传输。

按照通信覆盖地域的广度，计算机通信通常分为局域式、城域式和广域式三类。

局域式是指在一局部的地域范围内（例如一个机关、学校、军营等）建立计算机通信。

局域计算机通信覆盖地区的直径在数公里以内。

城域式是指在一个城市范围内所建立的计算机通信。

城域计算机通信覆盖地区的直径在十公里到数十公里。

广域式是指在一个广泛的地域范围内所建立的计算机通信。

通信范围可以超越城市和国家，以至于全球。

广域计算机通信覆盖地区的直径一般在数十公里到数干公里乃至上万公里。

在通常情况下，计算机通信都是由多台计算机通过通信线路连接成计算机通信网进行的，这样可共享网络资源，充分发挥计算机系统的效能。

三、各种无线通信传输方式简介目前随着通信技术的发展，无线通信技术的使用已经渗透到社会的各个角落。

要实现全球对无人驾驶智能车的监控，无线通信自然不能少。

在我们实际生活中，可以接触到的无线通信技术有：红外线、蓝牙、UWB、以及我们早期使用的Zigbee、无线数传电台、WIFI、GPRS、3G等等。

下面针对这些技术做一些简单的介绍。

目前随着通信技术的发展，无线通信技术的使用已经渗透到社会的各个角落。

要实现全球对无人驾驶智能车的监控，无线通信自然不能少。

在我们实际生活中，可以接触到的无线通信技术有：红外线、蓝牙、UWB、以及我们早期使用的Zigbee、无线数传电台、WIFI、GPRS、3G等等。

下面针对这些技术做一些简单的介绍。

3.1 常见的短距离无线通信技术红外数据传输(IrDA)：IrDA是一种利用红外线进行点对点通信的技术，是由红外线数据标准协会（InfraredDataAssociation）制定的一种无线协议，其硬件及相应软件技术都已比较成熟。

IrDA是第一个实现无线个人局域网（PAN）的技术。

起初，采用IrDA标准的无线设备仅能在1m范围内以115.2kb/s速率传输数据，很快发展到4Mb/s（FIR技术）以及16 Mb/s（VFIR技术）的速率。

在小型移动设备，如PDA、手机上广泛使用。

事实上当今出厂的PDA以及许多手机、笔记本电脑、打印机等产品都支持IrDA，多用于室内短距离传输，目前很多应用场合逐渐被蓝牙所取代。

其优点：IrDA无需申请频率使用权，因而红外线通信成本低。

并且具有移动通信所需要的体积小，功耗低，连接方便，简单易用的特点。

此外，红外线发射角娇小传输上安全性高。

其缺点：IrDA是一种视距传输，两个相互通信的设备之间必须对准，中间不能有其他的物体阻隔，也就是穿透能力差。

其点对点的传输连接，也导致无法灵活地组成网络。

蓝牙（Bluetooth）：蓝牙是我们生活随处可见的传输技术，蓝牙的数据速率为1Mbps，传输距离约10米左右。

支持点对点及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM（即工业、科学、医学）频段。

蓝牙较多用于手机，游戏机，PC外设，表，体育健身，医疗保健，汽车，家用电子等。

其优点：使得各种设备在没有电线或电缆相互连接的情况下，能在近距离范围内实现相互通信，也就是一点可以对多点，在10m范围内可以实现1Mb/s的高传输速率。

其缺点：芯片大小和价格难以下调、抗干扰能力不强、传输距离太短、信息安全问题等等。

WIFI（WirelessFidelity，无线高保真技术）：Wi－Fi与蓝牙一样，同属于短距离无线技术。

wifi的频段很多，2.4G，也有用5G的，一般的传输功率要在1毫瓦到100毫瓦之间。

根据使用的标准不同，WIFI的速度也有所不同。

最高传输速率为54Mbps(Netgear SUPER g技术可以将速度提升到108Mbps）。

虽然在数据安全性方面，该技术比蓝牙技术要差一些，但是在电波的覆盖范围方面则要略胜一筹，WiFi的覆盖范围则可达300英尺左右（约合90米），广泛的应用于机场、酒店、以及办公室等公共场合。

其优点：可以大大减少企业成本，提供WLAN接入，是目前WLAN的主要技术标准，不受墙壁等干扰物的阻隔。

其缺点：安全性差，传输距离短。

UWB（Ultra Wideband）超宽带技术：UWB无线通信是一种不用载波，而采用时间间隔极短的脉冲进行通信的方式，UWB也称做脉冲无线电、时域或无载波通信。

与普通二进制移相键控（BPSK）信号波形相比，UWB方式不利用余弦波进行载波而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。

主要应用于室内通信、高速无线LAN、家庭网络、无绳电话、安全检测、位置测定、雷达等领域。

其优点：成本低、系统复杂度低、抗干扰能力强、传输速率高（数百Mbit/s的速率）、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小，能够穿透墙壁等诸多优势。

其缺点：UWB标准化的工作还没有完成一些技术问题需要不断完善，传输距离只有10m左右。

Zigbee技术：Zigbee主要应用在短距离范围之内并且数据传输速率不高的各种电子设备之间。

它使用2.4GHz波段，采用跳频技术，与蓝牙相比Zigbee更简单、速率更慢，功率及费用也更低。

它的基本速率是250kb/s，当降低到28kb/s时，传输范围可扩大到134m，并获得更高的可靠性。

可以比蓝牙更好的支持游戏、电子仪器和家庭自动化应用。

其优点：成本低，功耗低，协议简单、网络容量大。

其缺点：传输速率低，有效范围小（10m~75m之间）。

3.2 常见的远距离无线通信技术无线数传电台：它是采用数字信号处理、数字调制解调、具有前向纠错、均衡软判决等功能的一种无线数据传输电台。

工作频率大多使用220～240 MHz或400～470 MHz频段，有效覆盖半径约有几十公里。

无线数传电台发展早，也比较成熟应用领域广泛从航空航天、铁路、电力、石油、气象、地震等个行业均有规模的应用，可以传输包括遥控遥测数据、数字化语音、动态图像等领域。

其优点：可以实现远距离通信，通信技术成熟，应用领域广泛。

其缺点：每个节点的一次性造价高，通信规约、协议没有一个统一的明确的标准，大部分厂商产品自成体系。

互不兼容。

GSM（Global System of Mobile Communication全球移动通信系统）：它是作为全球数字蜂窝通信的DMA标准，是全球使用用户最多的移动通信系统，被称为第二代移动通信系统。

传输速率为9.6~28.8kbps。

GSM使用900MHz频带。

其优点：几乎实现了全球的覆盖这也就是的使用其进行通信的成本降低，防盗拷能力佳、网络容量大、稳定性强不易受干扰、信息灵敏、通信死角少、耗电量低等。

其缺点：按时计费，上网连接速度慢，数据传输速率低。

GPRS（General Packet Radio Service）通用分组无线服务技术：GPRS是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。

GPRS可说是GSM的延续。

这项技术位于第二代（2G）和第三代（3G）移动通讯技术之间，56~115Kbps的传输速度，频段有850/900/1800/1900 MHz。

GPRS可以让工业用的RS232/485串口设备的串口通信立即转换为GPRS无线网络通信。

内置TCP/IP协议透明传输，可以用于长距离通信或控制。

其优点：突破了GSM网只能提供电路交换的思维方式，具有GSM所有的优点，传输速率是GSM的四倍以上，按流量计费，对于使用者来说降低了成本。

其缺点：传输速率不是很高3G第三代移动通信技术：3G标准有 CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX等，3G服务能够同时传送声音及数据信息，速率一般在几百kbps以上。

其优点：传输速率高，具有2G网络稳定性强不易受干扰，能够与GPRS，GSM技术兼容。

其缺点：需要大面积的网络覆盖，其覆盖面积不如GPRS。

四、常用的计算机网络通信协议有：OSI （ Open System Interconnect ）：开放系统互联，是一个七层的计算机网络模型，分别为：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。

TCP/IP （ Transmission Control Protocol/Internet Protocol ）：传输控制协议 / 因特网互联协议，是一个四层的计算机网络模型，分别为：网络接口层、网络层、传输层和应用层。

结合 OSI 和 TCP/IP 产生了一个五层结构，分别为：物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层。

Internet 就是采用的 TCP/IP 协议TCP（Transmission Control Protocol，传输控制协议）：它是一个面向连接的协议，提供IP环境下的数据可靠传输，它提供的服务包括数据流传送、可靠性、有效流控、全双工操作和多路复用。

通过面向连接、端到端和可靠的数据包发送。

通俗说，它是事先为所发送的数据开辟出连接好的通道，然后再进行数据发送。

用于传送容量大、安全性高的数据文件。

UDP（User Data Protocol，用户数据报协议）：它是一种面向无连接的传输层的一个重要协议，它不与对方建立连接，而是直接就把数据包发送过去，为应用程序提供一次性的数据传输服务它并，不为IP提供可靠性、流控或差错恢复功能。

适用于需要分别与很多下属通信、资源消耗小的情况。

IP（Internet Protocol，因特网互联协议）：主要应用于因特网通信，是网络层的主要协议，他用来将多个包交换网络连接起来，在源地址和目的地址之间传送数据报。

HTTP（Hypertext transfer protocol，超文本传输协议）：是一个面向对象的应用层协议，由于其具有简洁、快速的优点，通常使用于分布式多媒体信息系统。

FTP（File Transfer Protocol，文本传输协议）：用于管理计算机之间的文件传送。

用户连网的首要目的就是实现信息共享，文件传输是信息共享非常重要的一项内容。

FTP协议采用客户/服务器模式，由FTP客户端程序和服务器程序组成。

SMTP：（Simple Mail Transfer Protocol，简单邮件传输协议）是一种提供可靠有效电子邮件传输协议，SMTP协议建立在FTP 文件传输服务上的一种服务，主要用于传输系统之间的邮件信息与来信有关的通知。