現(xiàn)代通信應(yīng)用與發(fā)展

1、現(xiàn)代通信應(yīng)用與發(fā)展信息工程系 司朝良21 1、 通信的概念與通信發(fā)展通信的概念與通信發(fā)展31 1、1 1 通信的基本概念通信的基本概念1 1、通信：、通信：指帶有信息的信號從一點(diǎn)傳到另一點(diǎn)的過程。指帶有信息的信號從一點(diǎn)傳到另一點(diǎn)的過程。2 2、現(xiàn)代通信：、現(xiàn)代通信：在任何時(shí)間、任何空間、任何地點(diǎn)、任何對象在任何時(shí)間、任何空間、任何地點(diǎn)、任何對象之間以任何方式進(jìn)行信息交換的過程。之間以任何方式進(jìn)行信息交換的過程。例如人與人、人與機(jī)器之間信息的交換。例如人與人、人與機(jī)器之間信息的交換。41 1、1 1 通信的基本概念通信的基本概念3 3、通信的目的通信的目的 傳遞傳遞消息中包含的消息中包含的信息信

2、息。4 4、 消息消息 語音、文字、圖形、圖像等傳遞對象。語音、文字、圖形、圖像等傳遞對象。 消息必須轉(zhuǎn)換成電信號（簡稱信號），才能消息必須轉(zhuǎn)換成電信號（簡稱信號），才能在通信系統(tǒng)中傳輸。在通信系統(tǒng)中傳輸。51 1、1 1 通信的基本概念通信的基本概念6 6、 信息信息 指消息中的對指消息中的對有效內(nèi)容有效內(nèi)容。 不同形式表現(xiàn)（漢字、符號、圖形等）的同不同形式表現(xiàn)（漢字、符號、圖形等）的同 一消息，載有相同的信息。一消息，載有相同的信息。5 5、 信號信號 是是61 1、2 2 通信的發(fā)展通信的發(fā)展一、通信方式歷史一、通信方式歷史1.1.古代：古代： 公元前公元前800800年年( (周朝周朝

3、) )，周幽王烽火戲諸侯。，周幽王烽火戲諸侯。 應(yīng)用光通信的見證最簡單的二進(jìn)制數(shù)字通應(yīng)用光通信的見證最簡單的二進(jìn)制數(shù)字通信。信。2.2.近代：近代： 18201820年：安培發(fā)明電報(bào)通信，年：安培發(fā)明電報(bào)通信，近代數(shù)字通信近代數(shù)字通信的開始。的開始。 18381838年：莫爾斯將電報(bào)通信年：莫爾斯將電報(bào)通信推向?qū)嵱猛葡驅(qū)嵱谩?18761876年：貝爾發(fā)明電話，年：貝爾發(fā)明電話，模擬通信的開始模擬通信的開始。71 1、2 2 通信的發(fā)展通信的發(fā)展l 烽火臺烽火臺81 1、2 2 通信的發(fā)展通信的發(fā)展 3.3.現(xiàn)代現(xiàn)代 2020世紀(jì)世紀(jì)6060年代以后：年代以后： 數(shù)字通信技術(shù)進(jìn)入高級發(fā)展階段。數(shù)

4、字通信技術(shù)進(jìn)入高級發(fā)展階段。 近近2020多年：多年： 數(shù)字通信迅猛發(fā)展；數(shù)字通信迅猛發(fā)展； 光纖通信也攜手同行。光纖通信也攜手同行。 兩者都成為現(xiàn)代通行網(wǎng)的主要支柱。兩者都成為現(xiàn)代通行網(wǎng)的主要支柱。 91 1、2 2 通信的發(fā)展通信的發(fā)展 18441844年年5 5月月2424日日國會大廈國會大廈 ，“上帝創(chuàng)造了上帝創(chuàng)造了何等的奇跡何等的奇跡! !” 塞繆爾塞繆爾莫爾斯莫爾斯（Samuel Finley Breese Morse，1791-1872）101 1、2 2 通信的發(fā)展通信的發(fā)展貝爾貝爾（1847-19221847-1922）美國電話發(fā)明者美國電話發(fā)明者111 1、2 2 通信的發(fā)

5、展通信的發(fā)展 18761876年年3 3月月1010日，美國日，美國發(fā)明家貝爾發(fā)明發(fā)明家貝爾發(fā)明世界上第世界上第一部電話一部電話，并獲美國專利，并獲美國專利局批準(zhǔn)的電話專利。局批準(zhǔn)的電話專利。 這是這是20052005年年8 8月月1111日日拍攝的美國新澤西州拍攝的美國新澤西州默里默里山貝爾實(shí)驗(yàn)室博物館內(nèi)山貝爾實(shí)驗(yàn)室博物館內(nèi)的的世界第一部電話。世界第一部電話。 121 1、2 2 通信的發(fā)展通信的發(fā)展 麥克斯韋麥克斯韋預(yù)言了電磁波的存預(yù)言了電磁波的存在，并建立了電磁場理論在，并建立了電磁場理論。18731873年，麥克斯韋完成巨著年，麥克斯韋完成巨著電磁學(xué)通論電磁學(xué)通論，是牛頓以后，是牛頓以

6、后科學(xué)史上的又一座豐碑科學(xué)史上的又一座豐碑 。 麥克斯韋麥克斯韋(James Clerk Maxwel (James Clerk Maxwel 183118311879)1879)英國物理學(xué)家英國物理學(xué)家131 1、2 2 通信的發(fā)展通信的發(fā)展赫茲赫茲最偉大的貢獻(xiàn)最偉大的貢獻(xiàn)： 用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。 赫茲赫茲（1857-18941857-1894）德國物理學(xué)家德國物理學(xué)家 18881888年，年，赫茲證實(shí)了麥克斯韋發(fā)現(xiàn)赫茲證實(shí)了麥克斯韋發(fā)現(xiàn)的真理的真理，開創(chuàng)了無線電電子技術(shù)的新開創(chuàng)了無線電電子技術(shù)的新紀(jì)元紀(jì)元。 為紀(jì)念他在電磁波發(fā)現(xiàn)中的卓越貢為紀(jì)念他在電磁波發(fā)現(xiàn)

7、中的卓越貢獻(xiàn)，后人將獻(xiàn)，后人將頻率的單位頻率的單位命名為命名為赫茲赫茲。 141 1、2 2 通信的發(fā)展通信的發(fā)展18881888年，年，赫茲赫茲制作的簡易電制作的簡易電磁波發(fā)射和接磁波發(fā)射和接收裝置收裝置151 1、2 2 通信的發(fā)展通信的發(fā)展 1895 1895年，年，2020歲的意歲的意大利青年大利青年馬可尼馬可尼發(fā)明發(fā)明了了無線電報(bào)機(jī)無線電報(bào)機(jī)。 開創(chuàng)了人類利用電開創(chuàng)了人類利用電磁波進(jìn)行通信的歷史磁波進(jìn)行通信的歷史1 1、2 2 通信的發(fā)展通信的發(fā)展 其他利用電磁波的技術(shù)，相繼問世：其他利用電磁波的技術(shù)，相繼問世： 無線電廣播無線電廣播（19061906年）、年）、無線電導(dǎo)航無線電導(dǎo)航

8、（19111911年）、年）、 無線電話（無線電話（19161916年）、年）、 短波通訊（短波通訊（19211921年）、年）、 無線電傳真（無線電傳真（19231923年）、年）、 電視（電視（19291929年）、年）、 微波通訊（微波通訊（19331933年）、年）、 雷達(dá)（雷達(dá)（19351935年），年）， 遙控、遙感、衛(wèi)星通信、射電天文學(xué)遙控、遙感、衛(wèi)星通信、射電天文學(xué)171 1、2 2 通信的發(fā)展通信的發(fā)展 1844莫爾斯莫爾斯 有線電報(bào)有線電報(bào)1948晶體管晶體管 香農(nóng)香農(nóng)IT 通信統(tǒng)計(jì)理論通信統(tǒng)計(jì)理論1864麥克斯韋爾麥克斯韋爾 電磁輻射方程電磁輻射方程1950時(shí)分多路通信時(shí)

9、分多路通信 應(yīng)用于電話應(yīng)用于電話1876貝爾貝爾 電話電話1956越洋電話鋪設(shè)越洋電話鋪設(shè)1895馬克尼馬克尼 無線電報(bào)無線電報(bào)1957第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射第一顆人造衛(wèi)星發(fā)射1906真空管真空管1958第一顆通信衛(wèi)星發(fā)射第一顆通信衛(wèi)星發(fā)射1918調(diào)幅廣播調(diào)幅廣播 超外差接收機(jī)超外差接收機(jī)1960發(fā)明激光發(fā)明激光1925三路明線載波電話三路明線載波電話 多路通信多路通信1961發(fā)明集成電路發(fā)明集成電路1936調(diào)頻廣播調(diào)頻廣播1962第一顆同步通信衛(wèi)星第一顆同步通信衛(wèi)星 PCM進(jìn)入實(shí)進(jìn)入實(shí)用用1937脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制1960彩電彩電 數(shù)字傳輸理論數(shù)字傳輸理論 高速計(jì)算機(jī)高速計(jì)算機(jī)1938電視

10、廣播電視廣播1970LSI 商用衛(wèi)星商用衛(wèi)星 程控交換程控交換 光纖通訊光纖通訊1940二戰(zhàn)刺激二戰(zhàn)刺激 雷達(dá)和微波系統(tǒng)發(fā)雷達(dá)和微波系統(tǒng)發(fā)展展1980SLSI 長波光纖通信長波光纖通信 ISDN 3G返回返回181.3 1.3 通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類l模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)和和數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng) （按信號方式分）（按信號方式分） 模擬信號，也稱連續(xù)信號。模擬信號，也稱連續(xù)信號。 如：話筒送出的語音信號。如：話筒送出的語音信號。 數(shù)字信號，也稱離散信號。數(shù)字信號，也稱離散信號。 如：代表文字的編碼、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號。如：代表文字的編碼、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號。191.3 1.3 通信系統(tǒng)的分

11、類通信系統(tǒng)的分類201.3 1.3 通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類2 2、按按信息的物理特征信息的物理特征分：分： 電報(bào)通信系統(tǒng)、電報(bào)通信系統(tǒng)、 電話通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、 圖象通信系統(tǒng)。圖象通信系統(tǒng)。211.3 1.3 通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類3. 3. 按傳輸信道分：按傳輸信道分： 有線通信（有線通信（明線、電纜、光纖）明線、電纜、光纖） 無線通信無線通信 信道：信道：傳輸信號所用的媒介與設(shè)施。傳輸信號所用的媒介與設(shè)施。221.3 1.3 通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類4 4、按傳輸信號的按傳輸信號的復(fù)用方式復(fù)用方式分：分：頻分復(fù)用（頻分復(fù)用（FDMAFDM

12、A）：）：不同信號占據(jù)不不同信號占據(jù)不同的頻率范圍。同的頻率范圍。時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用(TDMA)(TDMA)：使不同信號占據(jù)不使不同信號占據(jù)不同的時(shí)間區(qū)間。同的時(shí)間區(qū)間。碼分復(fù)用碼分復(fù)用(CDMA)(CDMA)：用一組正交的脈沖用一組正交的脈沖序列分別攜帶不同的信號。序列分別攜帶不同的信號。 231.3 1.3 通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類5 5、按、按傳輸手段傳輸手段分：分： 電纜通信系統(tǒng)、電纜通信系統(tǒng)、 微波（中繼）通信系統(tǒng)、微波（中繼）通信系統(tǒng)、 光纖通信系統(tǒng)、光纖通信系統(tǒng)、 衛(wèi)星通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、 移動通信系統(tǒng)、移動通信系統(tǒng)、 計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)。241.3 1.3 通

13、信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類6、按、按傳輸頻段傳輸頻段分：分： 長波通信系統(tǒng)、長波通信系統(tǒng)、 短波通信系統(tǒng)、短波通信系統(tǒng)、 中波通信系統(tǒng)、中波通信系統(tǒng)、 激光通信系統(tǒng)、激光通信系統(tǒng)、 紅外波通信系統(tǒng)。紅外波通信系統(tǒng)。251.3 1.3 通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類6 6、按、按調(diào)制方式調(diào)制方式分：分： 基帶傳輸系統(tǒng)基帶傳輸系統(tǒng)不經(jīng)調(diào)制的信號直接在不經(jīng)調(diào)制的信號直接在信道上傳輸?shù)南到y(tǒng)。如：音頻市內(nèi)電話、數(shù)信道上傳輸?shù)南到y(tǒng)。如：音頻市內(nèi)電話、數(shù)字信號的基帶傳輸。字信號的基帶傳輸。 調(diào)制傳輸系統(tǒng)調(diào)制傳輸系統(tǒng)各種信號變換方式后進(jìn)各種信號變換方式后進(jìn)行傳輸?shù)目偡Q。行傳輸?shù)目偡Q。261.3 1.3 通信系統(tǒng)

14、的分類通信系統(tǒng)的分類調(diào)制調(diào)制與與解調(diào)解調(diào)調(diào)制調(diào)制的目的：的目的：a a將信號變換成適于在信道上傳送的形式。將信號變換成適于在信道上傳送的形式。如無線傳輸時(shí)，必須將信息信號載在如無線傳輸時(shí)，必須將信息信號載在高頻高頻上才好向自由空間發(fā)射。上才好向自由空間發(fā)射。b b有效地利用頻帶有效地利用頻帶。c c提高通信的抗干擾能力（數(shù)字通信）。提高通信的抗干擾能力（數(shù)字通信）。271.3 1.3 通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)的分類國內(nèi)現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)國內(nèi)現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)我國現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)大致可分為我國現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)大致可分為3類：類：（3）有線電視網(wǎng)）有線電視網(wǎng)281.4 1.4 通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成291.5

15、 1.5 信道信道一、信道分類（依傳輸媒體分）一、信道分類（依傳輸媒體分）1.1. 無線信道：無線信道： 利用電磁波來傳播信號。利用電磁波來傳播信號。 如廣播電臺、移動電話。如廣播電臺、移動電話。2.2.有線信道：有線信道： 利用人造傳輸媒體來傳輸信號。利用人造傳輸媒體來傳輸信號。 如傳統(tǒng)的固定電話。如傳統(tǒng)的固定電話。301.5 1.5 信道信道頻率范圍頻率范圍名稱名稱波長波長典型應(yīng)用典型應(yīng)用330Hz極低頻極低頻ELF103102km遠(yuǎn)程導(dǎo)航、水下通信遠(yuǎn)程導(dǎo)航、水下通信30300Hz超低頻超低頻SLF104103km海底通信、電報(bào)海底通信、電報(bào)0.33kHz特低頻特低頻ULF103102km

16、數(shù)據(jù)終端、有線通信數(shù)據(jù)終端、有線通信330kHz甚低頻甚低頻VLF10210km導(dǎo)航、電話、電報(bào)、水下通信導(dǎo)航、電話、電報(bào)、水下通信30300kHz低頻低頻LF101km導(dǎo)航、水下通信、無線電信標(biāo)導(dǎo)航、水下通信、無線電信標(biāo)033MHz中頻中頻MF103102m廣播、業(yè)余無線電、海事通信廣播、業(yè)余無線電、海事通信330MHz高頻高頻HF10210m國際定點(diǎn)通信、軍用通信、廣播、業(yè)余無線電、電報(bào)、國際定點(diǎn)通信、軍用通信、廣播、業(yè)余無線電、電報(bào)、傳真?zhèn)髡?0300MHz甚高頻甚高頻VHF101m電視、電視、調(diào)頻廣播調(diào)頻廣播、移動通信、導(dǎo)航、空中管制、移動通信、導(dǎo)航、空中管制0.33 GHz特高頻特高

17、頻UHF10210cm電視、雷達(dá)、遙控遙測、點(diǎn)對點(diǎn)通信、電視、雷達(dá)、遙控遙測、點(diǎn)對點(diǎn)通信、移動通信移動通信、導(dǎo)、導(dǎo)航、航、GPS330GHz超高頻超高頻SHF101cm衛(wèi)星和空間通信衛(wèi)星和空間通信、微波接力、雷達(dá)、移動通信、微波接力、雷達(dá)、移動通信30300GHz極高頻極高頻EHF101mm射電天文、雷達(dá)、微波接力、移動通信、鐵路業(yè)務(wù)射電天文、雷達(dá)、微波接力、移動通信、鐵路業(yè)務(wù)300G3THz亞毫米波亞毫米波10.1mm未劃分，實(shí)驗(yàn)用未劃分，實(shí)驗(yàn)用43430 THz紅外紅外70.7m光通信系統(tǒng)光通信系統(tǒng)430750 THz可見光可見光0.70.4m光通信系統(tǒng)光通信系統(tǒng)7503000THz紫外紫

18、外0.40.1m光通信系統(tǒng)光通信系統(tǒng)311.5 1.5 信道信道二、無線信道二、無線信道 1.1.電磁波的發(fā)射和接收電磁波的發(fā)射和接收 均要用天線均要用天線 因天線尺寸的要求，通信頻率都較高。因天線尺寸的要求，通信頻率都較高。 頻率使用規(guī)劃和管理頻率使用規(guī)劃和管理 國際電信聯(lián)盟（國際電信聯(lián)盟（ITUITU）定期召開世界無）定期召開世界無線電通信大會線電通信大會WRCWRC（The World Radio- The World Radio- communication Conferencecommunication Conference），制定頻率使），制定頻率使用國際協(xié)議。用國際協(xié)議。 我國：

19、信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局。我國：信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局。321.5 1.5 信道信道根據(jù)通信距離、頻率和位置的不同：根據(jù)通信距離、頻率和位置的不同： 地波傳播地波傳播 天波傳播天波傳播 視距傳播視距傳播二、無線信道二、無線信道 2.2.電磁波的傳播電磁波的傳播331.5 1.5 信道信道（1 1） 地波傳播地波傳播 頻率：頻率：2MHz2MHz 以下，有一定的繞射能力以下，有一定的繞射能力 繞射繞射：電磁波沿彎曲的地球表面?zhèn)鞑ニ撸弘姶挪ㄑ貜澢牡厍虮砻鎮(zhèn)鞑ニ?有的能力有的能力 通信距離：可達(dá)數(shù)百數(shù)千通信距離：可達(dá)數(shù)百數(shù)千 kmkm地面地面發(fā)射天線發(fā)射天線341.5 1.5 信道信道（2 2）

20、天波傳播）天波傳播 頻率：頻率：2 230MHz30MHz 電離層反射電離層反射： 通信距離：單次可達(dá)通信距離：單次可達(dá)4000km4000km，多次可達(dá)，多次可達(dá)10000km10000km地地 面面發(fā)射天線發(fā)射天線351.5 1.5 信道信道（3 3） 視距傳播視距傳播 頻率：頻率：30MHz30MHz以上以上 天線高度天線高度h h與傳播距離與傳播距離D(=2d)的關(guān)系：的關(guān)系： D 2=8rh50h （r為地球的等效半徑）為地球的等效半徑）地地 面面發(fā)射天線發(fā)射天線hdrDd361.5 1.5 信道信道 采用采用無線電中繼無線電中繼，實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信遠(yuǎn)程通信。 若天線架設(shè)高度為若天線

21、架設(shè)高度為5050m，則視線距離約為則視線距離約為 5050km。（視距傳輸距離有限，需中繼）。（視距傳輸距離有限，需中繼）地地 面面發(fā)射天線發(fā)射天線371.5 1.5 信道信道 轉(zhuǎn)發(fā)站轉(zhuǎn)發(fā)站（基站基站）：）： 人造衛(wèi)星：人造衛(wèi)星：3 3顆靜止衛(wèi)星顆靜止衛(wèi)星 （衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)），目前），目前廣泛應(yīng)用廣泛應(yīng)用。381.5 1.5 信道信道 高空平臺電臺高空平臺電臺HAPSHAPS( (High Altitude High Altitude Platform Station)Platform Station) ： 250250個(gè)充氦氣艇（個(gè)充氦氣艇（平流層通信系統(tǒng)平流層通信系統(tǒng)），很），

22、很有發(fā)展前途。有發(fā)展前途。391.5 1.5 信道信道無線信道無線信道（4 4） 散射傳播散射傳播 電離層散射：電離層散射：30 30 60 60 MHzMHz 對流層散射對流層散射: 100 : 100 4000 4000 MHzMHz 通信流星余跡通信流星余跡: 30 : 30 100 100 MHzMHz 對流層散射通信對流層散射通信地球地球有效散有效散射區(qū)域射區(qū)域發(fā)射發(fā)射天線天線401.5 1.5 信道信道無線信道無線信道地地 球球流星余跡散射通信流星余跡散射通信411.5 1.5 信道信道無線信道無線信道 目前目前民用民用無線電通信中，無線電通信中，應(yīng)用最廣的是應(yīng)用最廣的是蜂窩網(wǎng)蜂窩

23、網(wǎng)和和衛(wèi)星衛(wèi)星通信通信。421.5 1.5 信道信道無線信道無線信道移動移動交換交換中心中心電話電話交換交換中心中心 蜂蜂窩窩網(wǎng)網(wǎng)431.5 1.5 信道信道l 明線明線l 對稱電纜對稱電纜l 同軸電纜同軸電纜二、有線信道二、有線信道 1.1. 傳輸電信號傳輸電信號441.5 1.5 信道信道有線信道有線信道（1 1）明線明線451.5 1.5 信道信道有線信道有線信道（2 2）對稱電纜：雙絞線對稱電纜：雙絞線461.5 1.5 信道信道有線信道有線信道（2 2）對稱電纜：雙絞線）對稱電纜：雙絞線471.5 1.5 信道信道有線信道有線信道 雙絞線（雙絞線（Twisted PairwireTwisted Pairwire）由兩根具由兩根具有絕緣保護(hù)層的有絕緣保護(hù)層的銅導(dǎo)線銅導(dǎo)線組成，把兩根導(dǎo)線按組成，把兩根導(dǎo)線按一定密度互相纏繞在一起一定密度互相纏繞在一起, ,可降低信號干擾可降低信號干擾的程度。的程度。 雙絞線可以分為雙絞線可以分為屏蔽雙絞線屏蔽