第一章 通信的基本概念课件.ppt
第一章 通信的基本概念,第一章 绪论,本章内容通信的基本概念和特点通信技术的发展简况通信的构成要素、特点模拟通信和数字通信通信网,1.1 通信的基本概念,通俗的讲通信就是人们在日常生活中相互之间传递信息的过程。通信是信息在人人，人机器，机器机器之间进行的传递与交换(信息是消息中包含的有意义的内容)。通信是信息或其表示方式(表示媒体)的时/空转移。communication，信息交流Telecommunication，电信号的处理和传输,1.1.1 什么是通信,信号的传递与交换媒体的分类感觉媒体：声音、文本表示媒体：编码表现媒体：显示器存储媒体：数字化传输媒体：传输介质,（1）信息与信号,信息冗余消息中不定的部分 信号 信息的物理载体：电、光信号模拟信号与数字信号,模拟信号,数字信号,（2）信息量,任何信源产生的输出都是随机的，采用统计方法定性。对接收者来说，只有消息中不确定的内容才构成信息。信息量：可能性小，概率小，信息量大码元传输速率比特率：Rb=RBNlog2N (bit/s) 波特率：RBN=Rb/log2N (B),1.2 通信的发展,古代,现代,未来,1.2.1 古老的通信,声音：击鼓、鸣锣、礼炮、土电话动物、器械：鸽子、风筝、狗人力：著名马拉松比赛源于一位为传递马拉松捷报的信使长跑42.195公里后牺牲。烽火台、狼烟驿邮、通信塔,人力：马拉松,“马拉松”是古希腊的一个地名，位于雅典城东北。公元前490年，波斯远征军入侵希腊，在马拉松这个地方布阵的消息传到雅典后，雅典就派出一名叫菲迪皮茨的信使前往斯巴达求援。这位信使用35小时跑完了150公里的路程。但是斯巴达人却说10天之后才能出兵。信使把消息带回马拉松，失去救援的雅典人背水一战，结果以少胜多打败了波斯人。这位信使带着胜利的喜讯又从马拉松跑到雅典城的中央广场（距离为42195公里），向雅典人民高喊：“我们胜利了！庆祝吧！”随即倒地身亡。为了纪念这位信使，人们把“马拉松”作为一项固定的比赛项目，一直延续至今。,通信的发展,鸿雁传书青鸟传书黄耳传书鱼传尺素竹筒传书,鸿雁传书,“鸿雁传书” 民间还流传着这样的一个故事。唐朝薛平贵远征在外，妻子王宝钏苦守寒窑数十年矢志不移。有一天，王宝钏正在野外挖野菜，忽然听到空中有鸿雁的叫声，勾起她对丈夫的思念。动情之中，她请求鸿雁代为传书给远征在外的薛平贵，但是荒郊野地哪里去寻笔墨？情急之下，她便撕下罗裙，咬破指尖，用血和泪写下了一封思念夫君、盼望夫妻早日团圆的书信，让鸿雁捎去。 “鸿雁传书”的故事已经流传了千百年，而“鸿雁传书”也就渐渐成了邮政通信的象征了。,鱼传尺素,在我国古诗文中，鱼被看作传递书信的使者，并用“鱼素”、“鱼书”、“鲤鱼”、“双鲤”等作为书信的代称。唐代李商隐在寄令狐郎中一诗中写道：“嵩云秦树久离居，双鲤迢迢一纸书。”古时候，人们常用绢帛书写书信，到了唐代，进一步流行用织成界道的绢帛来写信，由于唐人常用一尺长的绢帛写信，故书信又被称为“尺素”（“素”指白色的生绢）。因捎带书信时，人们常将尺素结成双鲤之形，所以就有了李商隐“双鲤迢迢一纸书”的说法。显然，这里的“双鲤”并非真正的两条鲤鱼，而只是结成双鲤之形的尺素罢了。书信和“鱼”的关系，其实在唐以前早就有了。秦汉时期，有一部乐府诗集叫饮马长城窟行, 主要记载了秦始皇修长城，强征大量男丁服役而造成妻离子散之情，且多为妻子思念丈夫的离情，其中有一首五言写道：“客从远方来，遗我双鲤鱼；呼儿烹鲤鱼，中有尺素书。长跪读素书，书中竟何如？上言长相思，下言加餐饭。”这首诗中的“双鲤鱼”，也不是真的指两条鲤鱼，而是指用两块板拼起来的一条木刻鲤鱼。在东汉蔡伦发明造纸术之前，没有现在的信封，写有书信的竹简、木牍或尺素是夹在两块木板里的，而这两块木板被刻成了鲤鱼的形状，便成了诗中的“双鲤鱼”了。两块鲤鱼形木板合在一起，用绳子在木板上的三道线槽内捆绕三圈，再穿过一个方孔缚住，在打结的地方用极细的粘土封好，然后在粘土上盖上玺印，就成了“封泥”，这样可以防止在送信途中信件被私拆。至于诗中所用的“烹”字，也不是去真正去“烹饪”，而只是一个风趣的用字罢了。,黄耳传书,信鸽传书，大家都比较熟悉，因为现在还有信鸽协会，并常常举办长距离的信鸽飞行比赛。信鸽在长途飞行中不会迷路，源于它所特有的一种功能，即可以通过感受磁力与纬度来辨别方向。宋、元、明、清诸朝，信鸽传书一直在人们的通信生活中发挥着重要作用。,风筝通信,我们今天娱乐用的风筝，在古时候曾作为一种应急的通信工具，发挥过重要的作用。 传说早在春秋末期，鲁国巧匠公输盘（即鲁班）就曾仿照鸟的造型“削竹木以为鹊，成而飞之，三日不下”，这种以竹木为材制成的会飞的“木鹊”，就是风筝的前身。到了东汉，蔡伦发明了造纸术，人们又用竹篾做架，再用纸糊之，便成了“纸鸢”。五代时人们在做纸鸢时，在上面拴上了一个竹哨，风吹竹哨，声如筝鸣，“风筝”这个词便由此而来。 最初的风筝是为了军事上的需要而制作的，它的主要用途是用作军事侦察，或是用来传递信息和军事情报。到了唐代以后，风筝才逐渐成为一种娱乐的玩具，并在民间流传开来。,竹筒传书,在我国历史上，还有用竹筒传书的故事哩。竹筒传书的故事，得从隋文帝开皇十一年（590年）说起，那年十一月，南方各地纷纷发生叛乱，为了平定叛乱，稳定江山，隋文帝紧急下诏，任命杨素为行军总管，率军前去讨伐。 杨素率领水军渡江进入江南，接连打了好几个胜仗，收复了京口、无锡等地，士气非常旺盛。于是，杨素一鼓作气，率领主力部队追踪叛军，一直追到了海边。面对绵延的山脉和茫茫的大海，杨素一面命令大部队就地驻扎，一面指派行军总管史万岁率领军队两千人，翻山越岭穿插到叛军的背后发动进攻。 史万岁率部猛进，转战于山林溪流之间，前后打了许多胜仗，收复了大片的失地。当他想把胜利的战况向上级汇报时，却因交通的阻绝和信息的不畅而无法与大部队取得联系。一日，他站在山顶临风而望，看到前面茂密的竹林正波浪状随风而舞，忽有所悟，立即派人截了一节竹子，把写好的战事报告装了进去，封好后放入水中，任其漂流而下。几天后，有一个挑水的乡人看到了这个竹筒，便打捞起来打开一看，发现了史万岁封在里面的报告，便按报告上的提示将它送到了杨素手中。史万岁一去无音讯，不知生死，为此杨素正焦急不安，忽见乡人送来报告，大喜过望，立即把史万岁部队接连取得胜利的战况向朝廷作了报告。隋文帝听到喜报，龙颜大悦，立即提拔史万岁为左领军将军。然后，杨素率领大部队，继续乘胜追击反隋散兵，没用多久，就彻底平定了叛乱。,通信的发展,通信的发展,古代通信特点： 1、范围小 2、内容少 3、笨重、费时 4、时效差,1.2.2 现代通信的发展,1888年德国赫兹验证了电磁波的存在,海因里希鲁道夫赫兹,电报通信时代,1837年美国人莫尔斯成功研制了电报机1844年开通了华盛顿-巴尔的摩电报线路,电话通信时代,1876年A.G.贝尔发明了电话机：电话通信时代,无线通信时代,1895年，意大利马可尼和俄国波波夫同时发明无线电波1899.3.28，马可尼成功地发了第一封无线电报（英国至法国）,马可尼,电报传输线,广播,1920.10.27，美国匹兹堡KDKA电台成立,广播发射机,KDKA电台发射机,1938年美国贝尔实验室为美国军方制成了世界上第一部“移动电话”手机1942年，对讲机应用于二战,微波通信,1931年，英国多佛尔和法国加来之间在建立世界上第一条超短波接力线路20世纪50年代出现微波接力通信,光纤通信,1966年，英籍华裔学者高锟和霍克哈姆发表了关于传输介质新概念的论文，指出了利用光纤进行信息传输的可能性和技术途径，奠定了现代光纤通信的基础。,卫星通信,1945年英国人克拉克提出利用地球静止轨道卫星进行通信设想1957年10月，前苏联成功发射了世界上第一颗人造地球卫星1958年美国发射了世界上第一颗通信卫星,电信业务：综合信息服务,模拟手机时代、GSM时代、2.5G时代和3G时代,手机 GSM 无天线 翻盖 双频,手机及移动通信的发展史,通信的发展,现代通信特点：1、范围广阔2、内容丰富3、轻松、灵活4、时效高,1.2.3 通信的发展趋势,现有电信网的特点通信网的发展方向信息产业的发展,（1）现有电信网的特点,由电话时代走向信息时代业务的结构变化数据超过话音移动超过固定,移动超过固定个性化需求,数据超过话音信息需求,（2）通信网的发展方向,简单通信系统通信网模拟通信数字通信以电信网为主体数据网和IP网电子通信光通信单媒体通信综合业务和多媒体通信,（3）信息产业的发展趋势,普及化多媒体化多样化个性化全球化网络走向融合,网络走向融合,在技术上走向趋同在业务范围上互相渗透、互相交叉在网络上互连互通形成无缝覆盖在经营上互相竞争、互相合作包括三网融合，固定网与移动网的融合（FMC） 朝着向人类提供多样化、多媒体化、个性化服务的同一目标逐渐交汇在一起,业务需求发展,三网融合：电信网、计算机、广电网下一代网络,发展趋势,1.4 通信的构成要素,通信系统对原始信号进行转换、处理和传输通信需要的一切技术设备和传输媒质的总体信道、链路、路由(控制机制),1.4.1 通信系统组成,信源：产生信息的人或机器发送设备：将信源产生的信息变换成利于信道传输的信号信道：传输载体，包括电缆，光缆，无线电波等接收设备：将接收的信号转换为信宿可以识别的信息形式信宿：接收信息的人或机器噪声：客观存在的干扰,（2）通信系统的性能,有效性：在给定信道内能传输信息的量资源的利用率(频率，时间和功率)可靠性：指接收信息的准确程度模拟系统：信噪比(dB，分贝)数字系统：误比特率,（3）什么是带宽？,在通信领域里，带宽的意思就是指信息传输能力。模拟系统：用赫兹(Hz)来表示模拟设备的带宽就是模拟介质传输所使用的最高频率和最低频率之差。数字系统：每秒所传输的位数来计量(bit/s)ADSL上网的速率: 上行：0.54Mbit/s 下载：8Mbit/s以太网上网的速率: 10Mbit/s 、100Mbit/s 到桌面宽带：2Mbit/s 作为划分点,1.4.2 模拟通信系统,模拟通信利用模拟信号来传递消息。模拟通信系统框图如图1-2所示:图1-2 模拟通信系统,基带信号,频带信号,频带信号,基带信号,1.4.3 数字通信系统,数字通信利用数字信号来传递消息。数字通信系统框图如图1-3所示：,图1-3 数字通信系统模型,数字通信系统的优缺点,数字通信系统的优点抗干扰能力强容易实现高质量的远距离通信便于实现综合业务数字网便于加密适于集成化、智能化数字通信系统的缺点占用频带宽系统和设备比较复杂,1.5 现代通信网的构成要素,1.5.1 现代通信网的分层结构,1.5 现代通信网的构成要素,1.5.2 通信网组网结构网状型网星型网复合型网环型网总线型网树型网,1 网状型网 如果一个网络只连接几台设备,最简单的方法是将它们都直接相连在一起，这种连接称为点对点连接。用这种方式形成的网络称为全互连网络(网状型网)，如图1所示。图中有6个设备，在全互连 情况下，需要15条传输线路。如果要连的设备有n个，所需线路将达到n(n-1)/2条！显而易见，这 种方式只有在涉及地理范围不大，设备数很少的条件下才有使用的可能。即使属于这种环境,，在LAN技术中也不使用。这里所以给出这种拓扑结构，是因为当需要通过互连设备(如路由器) 互连多个LAN时,将有可能遇到这种广域网(WAN)的互连技术。,2 星型网 星型结构是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话都属于这种结构，如下图所示。其中,图(a)为电话网的星型结构,图(b)为目前使用最普遍的以太网(Ethernet)星型结构,处于中心位置的网络设备称为集线器,英文名为Hub。 (a)电话网的星型结构,图(a)电话网的星型结构,图(b) 以Hub为中心的结构,(b)以Hub为中心的结构 这种结构便于集中控制,因为端用户之间的通信必须经过中心站。由于这一特点,也带来了易于维护和安全等优点。端用户设备因为故障而停机时也不会影响其它端用户间的通信但这种结构非常不利的一点是,中心系统必须具有极高的可靠性,因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。对此中心系统通常采用双机热备份,以提高系统的可靠性。 这种网络拓扑结构的一种扩充便是星型树,如下图所示。每个Hub与端用户的连接仍为星型，Hub的级连而形成树。然而，Hub级连的个数是有限制的,并随厂商的不同而有变化。另外，以Hub构成的网络结构，虽然呈星型布局，但它使用的访问媒体的机制却仍是共享媒体的总线方式。,3 环型网 环型结构在LAN中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户,直到将所有端用户连成环型,如图所示。这种结构消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。,环行结构的特点是,每个端用户都与两个相临的端用户相连,因而存在着点到点链路,但总是以单向方式操作。于是,便有上游端用户和下游端用户之称。例如上图中,用户N是用户N+1的上游端用户,N+1是N的下游端用户。如果N+1端需将数据发送到N端，则几乎要绕环一周才能到达N端。 环上传输的任何报文都必须穿过所有端点,因此,如果环的某一点断开,环上所有端间的通信便会终止。为克服这种网络拓扑结构的脆弱,每个端点除与一个环相连外，还连接到备用环上,当主环故障时,自动转到备用环上。,4 总线型网 总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式,也就是说，连接端用户的物理媒体由所有设备共享，如下图所示。,使用这种结构必须解决的一个问题是确保端用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。在点到点链路配置时,这是相当简单的。如果这条链路是半双工操作，只需使用很简单的机制便可保证两个端用户轮流工作。在一点到多点方式中，对线路的访问依靠控制端的探询来确定。然而，在LAN环境下,由于所有数据站都是平等的，不能采取上述机制。对此，研究了一种在总线共享型网络使用的媒体访问方法：带有碰撞检测的载波侦听多址访问,英文缩写成CSMA/CD。,经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量Study Constantly, And You Will Know Everything. The More You Know, The More Powerful You Will Be,学习总结,结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。When You Do Your Best, Failure Is Great, So DonT Give Up, Stick To The End演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日,
