第一章-通信的基本概念課件

第一章通信的基本概念第一章通信的基本概念1第一章緒論本章內(nèi)容通信的基本概念和特點通信技術的發(fā)展簡況通信的構成要素、特點模擬通信和數(shù)字通信通信網(wǎng)第一章緒論本章內(nèi)容21.1通信的基本概念通俗的講通信就是人們在日常生活中相互之間傳遞信息的過程。通信是信息在人—人，人—機器，機器—機器之間進行的傳遞與交換(信息是消息中包含的有意義的內(nèi)容)。通信是信息或其表示方式(表示媒體)的時/空轉(zhuǎn)移。communication，信息交流Telecommunication，電信號的處理和傳輸1.1通信的基本概念通俗的講通信就是人們在日常生活中相互之31.1.1什么是通信信號的傳遞與交換媒體的分類感覺媒體：聲音、文本表示媒體：編碼表現(xiàn)媒體：顯示器存儲媒體：數(shù)字化傳輸媒體：傳輸介質(zhì)1.1.1什么是通信信號的傳遞與交換4（1）信息與信號信息←→冗余消息中不定的部分信號

信息的物理載體：電、光信號模擬信號與數(shù)字信號

模擬信號數(shù)字信號（1）信息與信號信息←→冗余模擬信號數(shù)字信號5（2）信息量

任何信源產(chǎn)生的輸出都是隨機的，采用統(tǒng)計方法定性。對接收者來說，只有消息中不確定的內(nèi)容才構成信息。信息量：可能性小，概率小，信息量大碼元傳輸速率比特率：Rb=RBNlog2N(bit/s)波特率：RBN=Rb/log2N(B)（2）信息量任何信源產(chǎn)生的輸出都是隨機的，采用統(tǒng)計方法定性61.2通信的發(fā)展古代現(xiàn)代未來1.2通信的發(fā)展古代現(xiàn)代未來71.2.1古老的通信聲音：擊鼓、鳴鑼、禮炮、土電話動物、器械：鴿子、風箏、狗人力：著名馬拉松比賽源于一位為傳遞馬拉松捷報的信使長跑42.195公里后犧牲。烽火臺、狼煙驛郵、通信塔1.2.1古老的通信聲音：擊鼓、鳴鑼、禮炮、土電話8第一章-通信的基本概念課件9第一章-通信的基本概念課件10第一章-通信的基本概念課件11第一章-通信的基本概念課件12第一章-通信的基本概念課件13第一章-通信的基本概念課件14人力：馬拉松“馬拉松”是古希臘的一個地名，位于雅典城東北。公元前490年，波斯遠征軍入侵希臘，在馬拉松這個地方布陣的消息傳到雅典后，雅典就派出一名叫菲迪皮茨的信使前往斯巴達求援。這位信使用35小時跑完了150公里的路程。但是斯巴達人卻說10天之后才能出兵。信使把消息帶回馬拉松，失去救援的雅典人背水一戰(zhàn)，結(jié)果以少勝多打敗了波斯人。這位信使帶著勝利的喜訊又從馬拉松跑到雅典城的中央廣場（距離為42．195公里），向雅典人民高喊：“我們勝利了！慶祝吧！”隨即倒地身亡。為了紀念這位信使，人們把“馬拉松”作為一項固定的比賽項目，一直延續(xù)至今。人力：馬拉松“馬拉松”是古希臘的一個地名，位于雅典城東北。公15通信的發(fā)展·鴻雁傳書·青鳥傳書·黃耳傳書·魚傳尺素·竹筒傳書

通信的發(fā)展·鴻雁傳書16鴻雁傳書“鴻雁傳書”民間還流傳著這樣的一個故事。唐朝薛平貴遠征在外，妻子王寶釧苦守寒窯數(shù)十年矢志不移。有一天，王寶釧正在野外挖野菜，忽然聽到空中有鴻雁的叫聲，勾起她對丈夫的思念。動情之中，她請求鴻雁代為傳書給遠征在外的薛平貴，但是荒郊野地哪里去尋筆墨？情急之下，她便撕下羅裙，咬破指尖，用血和淚寫下了一封思念夫君、盼望夫妻早日團圓的書信，讓鴻雁捎去?！傍櫻銈鲿钡墓适乱呀?jīng)流傳了千百年，而“鴻雁傳書”也就漸漸成了郵政通信的象征了。鴻雁傳書“鴻雁傳書”民間還流傳著這樣的一個故事。唐朝薛17第一章-通信的基本概念課件18魚傳尺素在我國古詩文中，魚被看作傳遞書信的使者，并用“魚素”、“魚書”、“鯉魚”、“雙鯉”等作為書信的代稱。唐代李商隱在《寄令狐郎中》一詩中寫道：“嵩云秦樹久離居，雙鯉迢迢一紙書?！惫艜r候，人們常用絹帛書寫書信，到了唐代，進一步流行用織成界道的絹帛來寫信，由于唐人常用一尺長的絹帛寫信，故書信又被稱為“尺素”（“素”指白色的生絹）。因捎帶書信時，人們常將尺素結(jié)成雙鯉之形，所以就有了李商隱“雙鯉迢迢一紙書”的說法。顯然，這里的“雙鯉”并非真正的兩條鯉魚，而只是結(jié)成雙鯉之形的尺素罷了。書信和“魚”的關系，其實在唐以前早就有了。秦漢時期，有一部樂府詩集叫《飲馬長城窟行》,主要記載了秦始皇修長城，強征大量男丁服役而造成妻離子散之情，且多為妻子思念丈夫的離情，其中有一首五言寫道：“客從遠方來，遺我雙鯉魚；呼兒烹鯉魚，中有尺素書。長跪讀素書，書中竟何如？上言長相思，下言加餐飯?！边@首詩中的“雙鯉魚”，也不是真的指兩條鯉魚，而是指用兩塊板拼起來的一條木刻鯉魚。在東漢蔡倫發(fā)明造紙術之前，沒有現(xiàn)在的信封，寫有書信的竹簡、木牘或尺素是夾在兩塊木板里的，而這兩塊木板被刻成了鯉魚的形狀，便成了詩中的“雙鯉魚”了。兩塊鯉魚形木板合在一起，用繩子在木板上的三道線槽內(nèi)捆繞三圈，再穿過一個方孔縛住，在打結(jié)的地方用極細的粘土封好，然后在粘土上蓋上璽印，就成了“封泥”，這樣可以防止在送信途中信件被私拆。至于詩中所用的“烹”字，也不是去真正去“烹飪”，而只是一個風趣的用字罷了。魚傳尺素在我國古詩文中，魚被看作傳遞書信的使者，并用“19第一章-通信的基本概念課件20黃耳傳書信鴿傳書，大家都比較熟悉，因為現(xiàn)在還有信鴿協(xié)會，并常常舉辦長距離的信鴿飛行比賽。信鴿在長途飛行中不會迷路，源于它所特有的一種功能，即可以通過感受磁力與緯度來辨別方向。宋、元、明、清諸朝，信鴿傳書一直在人們的通信生活中發(fā)揮著重要作用。黃耳傳書信鴿傳書，大家都比較熟悉，因為現(xiàn)在還有信鴿協(xié)會，并21風箏通信我們今天娛樂用的風箏，在古時候曾作為一種應急的通信工具，發(fā)揮過重要的作用。傳說早在春秋末期，魯國巧匠公輸盤（即魯班）就曾仿照鳥的造型“削竹木以為鵲，成而飛之，三日不下”，這種以竹木為材制成的會飛的“木鵲”，就是風箏的前身。到了東漢，蔡倫發(fā)明了造紙術，人們又用竹篾做架，再用紙糊之，便成了“紙鳶”。五代時人們在做紙鳶時，在上面拴上了一個竹哨，風吹竹哨，聲如箏鳴，“風箏”這個詞便由此而來。最初的風箏是為了軍事上的需要而制作的，它的主要用途是用作軍事偵察，或是用來傳遞信息和軍事情報。到了唐代以后，風箏才逐漸成為一種娛樂的玩具，并在民間流傳開來。風箏通信我們今天娛樂用的風箏，在古時候曾作為一種應急的通信22第一章-通信的基本概念課件23竹筒傳書

在我國歷史上，還有用竹筒傳書的故事哩。竹筒傳書的故事，得從隋文帝開皇十一年（590年）說起，那年十一月，南方各地紛紛發(fā)生叛亂，為了平定叛亂，穩(wěn)定江山，隋文帝緊急下詔，任命楊素為行軍總管，率軍前去討伐。楊素率領水軍渡江進入江南，接連打了好幾個勝仗，收復了京口、無錫等地，士氣非常旺盛。于是，楊素一鼓作氣，率領主力部隊追蹤叛軍，一直追到了海邊。面對綿延的山脈和茫茫的大海，楊素一面命令大部隊就地駐扎，一面指派行軍總管史萬歲率領軍隊兩千人，翻山越嶺穿插到叛軍的背后發(fā)動進攻。史萬歲率部猛進，轉(zhuǎn)戰(zhàn)于山林溪流之間，前后打了許多勝仗，收復了大片的失地。當他想把勝利的戰(zhàn)況向上級匯報時，卻因交通的阻絕和信息的不暢而無法與大部隊取得聯(lián)系。一日，他站在山頂臨風而望，看到前面茂密的竹林正波浪狀隨風而舞，忽有所悟，立即派人截了一節(jié)竹子，把寫好的戰(zhàn)事報告裝了進去，封好后放入水中，任其漂流而下。幾天后，有一個挑水的鄉(xiāng)人看到了這個竹筒，便打撈起來打開一看，發(fā)現(xiàn)了史萬歲封在里面的報告，便按報告上的提示將它送到了楊素手中。史萬歲一去無音訊，不知生死，為此楊素正焦急不安，忽見鄉(xiāng)人送來報告，大喜過望，立即把史萬歲部隊接連取得勝利的戰(zhàn)況向朝廷作了報告。隋文帝聽到喜報，龍顏大悅，立即提拔史萬歲為左領軍將軍。然后，楊素率領大部隊，繼續(xù)乘勝追擊反隋散兵，沒用多久，就徹底平定了叛亂。竹筒傳書

在我國歷史上，還有用竹筒傳書的故事哩。竹筒傳書24通信的發(fā)展通信的發(fā)展25通信的發(fā)展古代通信特點：1、范圍小2、內(nèi)容少3、笨重、費時4、時效差通信的發(fā)展古代通信特點：26第一章-通信的基本概念課件271.2.2現(xiàn)代通信的發(fā)展1888年德國赫茲驗證了電磁波的存在海因里?！?shù)婪颉ず掌?.2.2現(xiàn)代通信的發(fā)展1888年德國赫茲驗證了電磁波的存28電報通信時代1837年美國人莫爾斯成功研制了電報機1844年開通了華盛頓-巴爾的摩電報線路電報通信時代1837年美國人莫爾斯成功研制了電報機29電話通信時代1876年A.G.貝爾發(fā)明了電話機：電話通信時代電話通信時代1876年A.G.貝爾發(fā)明了電話機：電話通信時代30無線通信時代1895年，意大利馬可尼和俄國波波夫同時發(fā)明無線電波1899.3.28，馬可尼成功地發(fā)了第一封無線電報（英國至法國）馬可尼電報傳輸線無線通信時代1895年，意大利馬可尼和俄國波波夫同時發(fā)明無線31廣播1920.10.27，美國匹茲堡KDKA電臺成立廣播發(fā)射機KDKA電臺發(fā)射機廣播1920.10.27，美國匹茲堡KDKA電臺成立廣播發(fā)射321938年美國貝爾實驗室為美國軍方制成了世界上第一部“移動電話”手機1942年，對講機應用于二戰(zhàn)1938年美國貝爾實驗室為美國軍方制成了世界上第一部“移動電33微波通信1931年，英國多佛爾和法國加來之間在建立世界上第一條超短波接力線路20世紀50年代出現(xiàn)微波接力通信微波通信1931年，英國多佛爾和法國加來之間在建立世界上第一34光纖通信1966年，英籍華裔學者高錕和霍克哈姆發(fā)表了關于傳輸介質(zhì)新概念的論文，指出了利用光纖進行信息傳輸?shù)目赡苄院图夹g途徑，奠定了現(xiàn)代光纖通信的基礎。光纖通信1966年，英籍華裔學者高錕和霍克哈姆發(fā)表了關于傳輸35衛(wèi)星通信1945年英國人克拉克提出利用地球靜止軌道衛(wèi)星進行通信設想1957年10月，前蘇聯(lián)成功發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星1958年美國發(fā)射了世界上第一顆通信衛(wèi)星衛(wèi)星通信1945年英國人克拉克提出利用地球靜止軌道衛(wèi)星進行通36電信業(yè)務：綜合信息服務電信業(yè)務：綜合信息服務37模擬手機時代、GSM時代、2.5G時代和3G時代

手機GSM無天線翻蓋雙頻手機及移動通信的發(fā)展史模擬手機時代、GSM時代、2.5G時代和3G時代手機38通信的發(fā)展現(xiàn)代通信特點：1、范圍廣闊2、內(nèi)容豐富3、輕松、靈活4、時效高通信的發(fā)展現(xiàn)代通信特點：391.2.3通信的發(fā)展趨勢現(xiàn)有電信網(wǎng)的特點通信網(wǎng)的發(fā)展方向信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展1.2.3通信的發(fā)展趨勢現(xiàn)有電信網(wǎng)的特點40（1）現(xiàn)有電信網(wǎng)的特點由電話時代走向信息時代業(yè)務的結(jié)構變化數(shù)據(jù)超過話音移動超過固定移動超過固定個性化需求數(shù)據(jù)超過話音信息需求（1）現(xiàn)有電信網(wǎng)的特點由電話時代走向信息時代移動超過固定數(shù)據(jù)41（2）通信網(wǎng)的發(fā)展方向簡單通信系統(tǒng)—通信網(wǎng)模擬通信—數(shù)字通信以電信網(wǎng)為主體—數(shù)據(jù)網(wǎng)和IP網(wǎng)電子通信—光通信單媒體通信—綜合業(yè)務和多媒體通信（2）通信網(wǎng)的發(fā)展方向簡單通信系統(tǒng)—通信網(wǎng)42（3）信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢普及化多媒體化多樣化個性化全球化網(wǎng)絡走向融合（3）信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢普及化43網(wǎng)絡走向融合在技術上走向趨同在業(yè)務范圍上互相滲透、互相交叉在網(wǎng)絡上互連互通形成無縫覆蓋在經(jīng)營上互相競爭、互相合作包括三網(wǎng)融合，固定網(wǎng)與移動網(wǎng)的融合（FMC）

朝著向人類提供多樣化、多媒體化、個性化服務的同一目標逐漸交匯在一起網(wǎng)絡走向融合在技術上走向趨同44Network個人與家庭企業(yè)與辦公學校與教育其它政府與管理業(yè)務需求發(fā)展Network個人與家庭企業(yè)與辦公學校與教育其它政府與管理業(yè)45三網(wǎng)融合：電信網(wǎng)、計算機、廣電網(wǎng)下一代網(wǎng)絡互聯(lián)網(wǎng)下一代移動網(wǎng)3GB3GPSTN網(wǎng)廣電網(wǎng)下一代互聯(lián)網(wǎng)（NGI）IPv6下一代接入網(wǎng)（無線、固定寬帶接入）傳輸網(wǎng)交換網(wǎng)（軟交換）NGN移動網(wǎng)發(fā)展趨勢三網(wǎng)融合：電信網(wǎng)、計算機、廣電網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)下一代移動網(wǎng)PSTN網(wǎng)461.4通信的構成要素通信系統(tǒng)對原始信號進行轉(zhuǎn)換、處理和傳輸通信需要的一切技術設備和傳輸媒質(zhì)的總體信道、鏈路、路由(控制機制)1.4通信的構成要素通信系統(tǒng)471.4.1通信系統(tǒng)組成信源：產(chǎn)生信息的人或機器發(fā)送設備：將信源產(chǎn)生的信息變換成利于信道傳輸?shù)男盘栃诺溃簜鬏斴d體，包括電纜，光纜，無線電波等接收設備：將接收的信號轉(zhuǎn)換為信宿可以識別的信息形式信宿：接收信息的人或機器噪聲：客觀存在的干擾1.4.1通信系統(tǒng)組成信源：產(chǎn)生信息的人或機器48（2）通信系統(tǒng)的性能有效性：在給定信道內(nèi)能傳輸信息的量資源的利用率(頻率，時間和功率)可靠性：指接收信息的準確程度模擬系統(tǒng)：信噪比(dB，分貝)數(shù)字系統(tǒng)：誤比特率（2）通信系統(tǒng)的性能有效性：在給定信道內(nèi)能傳輸信息的量49（3）什么是帶寬？在通信領域里，帶寬的意思就是指信息傳輸能力。模擬系統(tǒng)：用赫茲(Hz)來表示模擬設備的帶寬就是模擬介質(zhì)傳輸所使用的最高頻率和最低頻率之差。數(shù)字系統(tǒng)：每秒所傳輸?shù)奈粩?shù)來計量(bit/s)ADSL上網(wǎng)的速率:上行：0.54Mbit/s下載：8Mbit/s以太網(wǎng)上網(wǎng)的速率:10Mbit/s、100Mbit/s到桌面寬帶：2Mbit/s作為劃分點（3）什么是帶寬？在通信領域里，帶寬的意思就是指信息傳輸能力501.4.2模擬通信系統(tǒng)

模擬通信利用模擬信號來傳遞消息。模擬通信系統(tǒng)框圖如圖1-2所示:圖1-2模擬通信系統(tǒng)信源調(diào)制器信道解調(diào)器信宿噪聲基帶信號頻帶信號頻帶信號基帶信號1.4.2模擬通信系統(tǒng)模擬通信利用模擬信號來傳遞消息511.4.3數(shù)字通信系統(tǒng)

數(shù)字通信利用數(shù)字信號來傳遞消息。數(shù)字通信系統(tǒng)框圖如圖1-3所示：信源編碼信源信道編碼調(diào)制器信道解調(diào)器信道譯碼信源譯碼信宿發(fā)端定時同步收端定時同步噪聲圖1-3

數(shù)字通信系統(tǒng)模型1.4.3數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信利用數(shù)字信號來傳遞消息52數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點

數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點抗干擾能力強容易實現(xiàn)高質(zhì)量的遠距離通信便于實現(xiàn)綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)便于加密適于集成化、智能化數(shù)字通信系統(tǒng)的缺點占用頻帶寬系統(tǒng)和設備比較復雜數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)點531.5現(xiàn)代通信網(wǎng)的構成要素1.5.1現(xiàn)代通信網(wǎng)的分層結(jié)構1.5現(xiàn)代通信網(wǎng)的構成要素1.5.1現(xiàn)代通信網(wǎng)的分層結(jié)541.5現(xiàn)代通信網(wǎng)的構成要素1.5.2

通信網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構網(wǎng)狀型網(wǎng)星型網(wǎng)復合型網(wǎng)環(huán)型網(wǎng)總線型網(wǎng)樹型網(wǎng)1.5現(xiàn)代通信網(wǎng)的構成要素1.5.2通信網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構551網(wǎng)狀型網(wǎng)

如果一個網(wǎng)絡只連接幾臺設備,最簡單的方法是將它們都直接相連在一起，這種連接稱為點對點連接。用這種方式形成的網(wǎng)絡稱為全互連網(wǎng)絡(網(wǎng)狀型網(wǎng))，如圖1所示。圖中有6個設備，在全互連情況下，需要15條傳輸線路。如果要連的設備有n個，所需線路將達到n(n-1)/2條！顯而易見，這種方式只有在涉及地理范圍不大，設備數(shù)很少的條件下才有使用的可能。即使屬于這種環(huán)境,，在LAN技術中也不使用。這里所以給出這種拓撲結(jié)構，是因為當需要通過互連設備(如路由器)互連多個LAN時,將有可能遇到這種廣域網(wǎng)(WAN)的互連技術。1網(wǎng)狀型網(wǎng)56第一章-通信的基本概念課件572星型網(wǎng)

星型結(jié)構是最古老的一種連接方式，大家每天都使用的電話都屬于這種結(jié)構，如下圖所示。其中,圖(a)為電話網(wǎng)的星型結(jié)構,圖(b)為目前使用最普遍的以太網(wǎng)(Ethernet)星型結(jié)構,處于中心位置的網(wǎng)絡設備稱為集線器,英文名為Hub。

(a)電話網(wǎng)的星型結(jié)構

2星型網(wǎng)

星型結(jié)構是最古老的一種連接方式，大家每58圖(a)電話網(wǎng)的星型結(jié)構圖(b)以Hub為中心的結(jié)構圖(a)電話網(wǎng)的星型結(jié)構圖(b)以Hub為中心的結(jié)構59(b)以Hub為中心的結(jié)構

這種結(jié)構便于集中控制,因為端用戶之間的通信必須經(jīng)過中心站。由于這一特點,也帶來了易于維護和安全等優(yōu)點。端用戶設備因為故障而停機時也不會影響其它端用戶間的通信但這種結(jié)構非常不利的一點是,中心系統(tǒng)必須具有極高的可靠性,因為中心系統(tǒng)一旦損壞，整個系統(tǒng)便趨于癱瘓。對此中心系統(tǒng)通常采用雙機熱備份,以提高系統(tǒng)的可靠性。

這種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構的一種擴充便是星型樹,如下圖所示。每個Hub與端用戶的連接仍為星型，Hub的級連而形成樹。然而，Hub級連的個數(shù)是有限制的,并隨廠商的不同而有變化。另外，以Hub構成的網(wǎng)絡結(jié)構，雖然呈星型布局，但它使用的訪問媒體的機制卻仍是共享媒體的總線方式。(b)以Hub為中心的結(jié)構

這種結(jié)構便于集中控制,603環(huán)型網(wǎng)

環(huán)型結(jié)構在LAN中使用較多。這種結(jié)構中的傳輸媒體從一個端用戶到另一個端用戶,直到將所有端用戶連成環(huán)型,如圖所示。這種結(jié)構消除了端用戶通信時對中心系統(tǒng)的依賴性。

3環(huán)型網(wǎng)

環(huán)型結(jié)構在LAN中使用較多。這種結(jié)構中的傳61環(huán)行結(jié)構的特點是,每個端用戶都與兩個相臨的端用戶相連,因而存在著點到點鏈路,但總是以單向方式操作。于是,便有上游端用戶和下游端用戶之稱。例如上圖中,用戶N是用戶N+1的上游端用戶,N+1是N的下游端用戶。如果N+1端需將數(shù)據(jù)發(fā)送到N端，則幾乎