第1章通信系統(tǒng)概述1.1通信系統(tǒng)術(shù)語及概述

1.2通信與通信系統(tǒng)模型1.3通信系統(tǒng)1.4數(shù)據(jù)通信網(wǎng)1.5通信技術(shù)的應(yīng)用1.6計(jì)算機(jī)通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的擬定組織1.1通信系統(tǒng)術(shù)語及概述1.1.1通信術(shù)語與概念1.1.2連續(xù)時(shí)間信號與離散時(shí)間信號1.1.3模擬信號和數(shù)字信號1.1.4模擬通信和數(shù)字通信1.1.1通信術(shù)語與概念1.通信（communication)的目的是為了在信源點(diǎn)和信宿點(diǎn)之間通過傳第消息的形式來交流信息。2.消息（message)是信息的載體；是表達(dá)信息的形式;是通信系統(tǒng)中傳輸?shù)木唧w對象。消息的形式是多樣的，它包括符號，文字，語音，數(shù)據(jù)，圖像，視頻等。通信術(shù)語與概念3.模擬消息（analogmessage)是指在時(shí)間上連續(xù)變化的消息，例如由人嘴或楊聲器發(fā)出的聲波話音，由傳感器指示出的溫度、濕度等的連續(xù)變化，等等。4.數(shù)字消息（digitalmessage)是指用數(shù)碼表達(dá)的、不連續(xù)變化（離散）形式的消息。例如由鍵盤打出來的字母，由文字或數(shù)字記錄的各種量值和內(nèi)容，等等。同一種信息的內(nèi)容可用不同形式的消息來表達(dá)。例如天氣預(yù)報(bào)可用文字消息，也可用話音消息來表達(dá)。通信術(shù)語與概念5.信息(information)是消息所包含的內(nèi)容。例如每天的天氣預(yù)報(bào)是一種消息、預(yù)報(bào)中告知某日某時(shí)的真實(shí)天氣情況如何，就是該消息所包含的“信息”，即消息的含義。。通信術(shù)語與概念消息與信息：消息有可能包含甚為豐富的信息，但也可能信息甚少，若這種信息并未給人們帶來新的知識的話，那么這種消息所包含的信息實(shí)際等于零。所以信息是給人們帶來新知識的消息，消息是外殼，信息是消息的內(nèi)核。通信術(shù)語與概念6.數(shù)據(jù)(data)是以“數(shù)”（number）來表達(dá)信息的一類消息表示形式。即數(shù)據(jù)類消息。在信息社會的發(fā)展過程中，數(shù)據(jù)的概念逐漸從狹義過渡到廣義。通信術(shù)語與概念經(jīng)考查，“data”一詞是在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)以后才有的。當(dāng)時(shí)它特指“計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)”，也即“要經(jīng)過或已經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理、或由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的任何東西（anyorallfacts)”,就稱為數(shù)據(jù)。通信術(shù)語與概念從廣義上說，“數(shù)據(jù)”一般是指傳輸時(shí)可用離散的數(shù)字信號逐一準(zhǔn)確表示的文字、符號、數(shù)碼等。幾乎涉及到一切最終能以離散的數(shù)字表示、可被送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理的信息。因此，不管什么消息，只要能夠最終用數(shù)字系列來表示而作為計(jì)算機(jī)的處理對象的，都可說是“數(shù)據(jù)”。通信術(shù)語與概念隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，發(fā)展到今天的“多媒體”時(shí)代，數(shù)據(jù)的概念就非常廣義了，從聲音、圖像到文字、圖片，甚至由光、電磁、溫度、濕度等傳感而來的量值（經(jīng)過數(shù)值化處理），都可以成為數(shù)據(jù)。通信術(shù)語與概念8.電信號一般是指隨時(shí)間變化的電流或電壓，也可以是電容的電荷，線圈的磁通以及空間的電磁波等。7.信號(signal)是為消息的傳播而用來表達(dá)消息的一種載體（例如一種隨時(shí)間變化的波形）。電（光、聲）通信中，消息的自然形式必須將它轉(zhuǎn)換成電（光、聲）信號形式以后才能進(jìn)行傳遞和識別。1.1.2連續(xù)時(shí)間信號與離散時(shí)間信號描述信號的基本方法是寫出它的數(shù)學(xué)表達(dá)式，此表達(dá)式是時(shí)間的函數(shù)，繪出函數(shù)的圖像稱為信號的波形。按照時(shí)間函數(shù)取值的連續(xù)性與離散性可將信號劃分為連續(xù)時(shí)間信號與離散時(shí)間信號（簡稱連續(xù)信號與離散信號）。1.連續(xù)時(shí)間信號如果在討論的時(shí)間間隔內(nèi)，除若干不連續(xù)點(diǎn)之外，對于任意時(shí)間值都可以給出確定的函數(shù)值，此信號就稱為連續(xù)信號。如正弦波或圖1-1所示矩形脈沖。Ot1F(t)圖1-1矩形脈沖連續(xù)信號f(t)0t0tf(t)f0f1f2圖1-2連續(xù)信號2.離散時(shí)間信號與連續(xù)信號對應(yīng)的是離散信號。離散信號在時(shí)間上是離散的，代表離散信號的時(shí)間函數(shù)只在某些不連續(xù)的時(shí)間值上給定函數(shù)值，在其他時(shí)間沒有定義。如圖1-3。離散時(shí)間信號01234-1tf(tk)(3)(2)(4.5)(1.5)(6)(-1)t圖1-3離散信號（抽樣信號）1.1.3模擬信號和數(shù)字信號時(shí)間和幅值都為連續(xù)的信號又稱為模擬信號。在實(shí)際應(yīng)用，模擬信號與連續(xù)信號兩名詞往往不予區(qū)分。如果離散信號的幅值是連續(xù)的，則又可取名為抽樣信號。另一種情況是離散信號的幅值也被限定為某些離散值，這種時(shí)間與幅度取值都具有離散性的信號數(shù)字信號。模擬信號和數(shù)字信號圖1-4模擬信號和數(shù)字信號1.1.4模擬通信和數(shù)字通信模擬通信是指用模擬信號來表示和傳遞消息的通信方式。數(shù)字通信是指用數(shù)字信號來表示和傳遞消息的通信方式。注意：這一對通信技術(shù)的概念只是在消息載體（信號）形式上的區(qū)分，與被傳遞的消息是數(shù)據(jù)類還是話音類，毫無關(guān)系。數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信就是以傳送數(shù)據(jù)為業(yè)務(wù)的通信。即是說，通信系統(tǒng)所操縱的對象是數(shù)據(jù)而不是別的?！皵?shù)據(jù)通信”一詞是在遠(yuǎn)程聯(lián)機(jī)系統(tǒng)出現(xiàn)的時(shí)候才開始使用的，所以最早也是最準(zhǔn)確的定義就應(yīng)該是：數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信是指計(jì)算機(jī)終端與計(jì)算機(jī)主機(jī)之間進(jìn)行交換數(shù)據(jù)過程的通信。發(fā)展到今天，數(shù)據(jù)通信的概念已經(jīng)擴(kuò)展到計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、終端與終端之間進(jìn)行交換數(shù)據(jù)過程的通信。數(shù)據(jù)的傳送載體既可使用模擬信號，亦可使用數(shù)字信號，所以數(shù)據(jù)通信可分為：模擬數(shù)據(jù)通信和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信。1.2通信與通信系統(tǒng)模型通信：信息的傳遞和交換，即將消息從一個(gè)地方傳遞到另一個(gè)地方，其方式多種多樣：烽火臺→雞毛信→信鴿→電報(bào)→電話→傳真→MobileTelephone→Email

本書主要研究利用“電”來傳遞“信息”的方式稱為電通信簡稱通信。通信與通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)：完成通信過程的全部設(shè)備和傳輸介質(zhì)的總和。通信系統(tǒng)的形式也是多種多樣，例如在我國Telephone←PSTN（Public-ServiceTelephoneNetwork）中國電信/網(wǎng)通/鐵通/聯(lián)通MobileTelephone←GSM/GPRS中國移動(dòng)GSM/CDMA中國聯(lián)通Email/ftp/telnet/www←計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（因特網(wǎng)）/教育網(wǎng)（.edu）/科研網(wǎng)（.ac）通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)基本模型：盡管各種通信系統(tǒng)具體設(shè)備和業(yè)務(wù)功能各不相同，但經(jīng)過抽象和概括可描述為：信源信宿發(fā)信機(jī)收信機(jī)信道噪聲源消息消息信號信號圖1-5通信系統(tǒng)基本模型通信系統(tǒng)模型信源：產(chǎn)生/形成消息，消息的形式有多種。如：符號、文字、語音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻等，發(fā)信機(jī)：將消息轉(zhuǎn)換成為適合在信道中傳輸?shù)男盘枺ㄓ址譃槟M信號和數(shù)字信號）；如電壓、電流等信號；通信系統(tǒng)模型消息轉(zhuǎn)換一般經(jīng)歷二個(gè)步驟：信源編碼和信道編碼。信源編碼：將原始的消息形式轉(zhuǎn)換成用代碼表示的過程。信道編碼：完成數(shù)據(jù)的信源編碼（或原始存在的數(shù)字形式）變換到某一種適合于信道傳輸?shù)男盘栃问降倪^程。通信系統(tǒng)模型信道（channel)：信號的傳輸媒介/通道，將信號由發(fā)信機(jī)傳輸?shù)绞招艡C(jī)，它的傳輸特性對通信質(zhì)量有著直接影響。舉例MobileTelephoneSystem：①信源：②發(fā)信機(jī)：③信道：④收信機(jī)：⑤信宿：打電話的人（消息：人的語言）MobileTel中送話和無線發(fā)射系統(tǒng)（microphone：電信號←聲信號）傳輸媒介即大氣（無線信道）其間通過若干移動(dòng)通信臺或中轉(zhuǎn)站對方MobileTel中無線接收機(jī)和揚(yáng)聲器（電信號→聲信號）接電話的人EmailCommunicationSystem:①信源：用戶/計(jì)算機(jī)/郵件程序（消息：郵件數(shù)據(jù)字符）（webmail,pop3等）②發(fā)信機(jī)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)適配器（InternetAdapter）/Modem（PSTN）中調(diào)制器③信道：計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)Internet/PSTN④收信機(jī)：對方計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)適配器/Modem⑤信宿：郵件程序/計(jì)算機(jī)/用戶1.3通信系統(tǒng)1.3.1

模擬通信系統(tǒng)1.3.2數(shù)字通信系統(tǒng)1.3.3計(jì)算機(jī)通信（c&c)1.3通信系統(tǒng)1.3.1模擬通信系統(tǒng)通信根據(jù)研究的對象和關(guān)心的內(nèi)容不同，又分為：模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng):是指利用模擬信號傳遞消息的系統(tǒng)信源發(fā)出的是模擬信號信道上傳輸?shù)囊彩悄M信號信宿收到的仍然是模擬信號模擬通信系統(tǒng)①信源：產(chǎn)生狀態(tài)連續(xù)的模擬消息②發(fā)信機(jī)：非電/電變換器：Sensor/transformer非電信號→原始的基帶電信號如：電話信號f≤4KHz模擬通信系統(tǒng)調(diào)制器(Modulator)：將基帶信號→已調(diào)信號（頻帶信號）調(diào)制：為讓模擬信號與模擬信道匹配，通常采用調(diào)制的方法時(shí)域上表現(xiàn)為模擬信號與載波信號相乘頻域上是把模擬信號在頻譜上進(jìn)行搬移，以適應(yīng)信道的頻譜特性模擬通信系統(tǒng)收信機(jī)：解調(diào)器：Demodulator將已調(diào)信號→基帶信號,與調(diào)制器作用相反電/非電變換器：基帶信號→非電信號模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)優(yōu)缺點(diǎn)：信號頻譜較窄，信道利用率高信號連續(xù)混入噪聲后不易清除即：抗干擾能力差；不宜保密；設(shè)備不易大規(guī)模集成化；不適應(yīng)飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)通信要求1.3.2數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng):傳輸和處理數(shù)字信號的通信系統(tǒng)。其基本模型為：數(shù)字通信系統(tǒng)圖1-6數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)可以采用基帶傳輸方式，也可采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)進(jìn)行頻帶傳輸。1.數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)圖1-7數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)模型

數(shù)字通信系統(tǒng)2.數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)圖1-8數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)模型

數(shù)字通信系統(tǒng)3.模擬信號數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)圖1-9模擬信號數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)模型

數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)：數(shù)字通信干擾能力強(qiáng)，可靠性高；信號傳輸一般采用二進(jìn)制編碼易于使用計(jì)算機(jī)處理（因而易于構(gòu)建計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)）；能傳輸各種信號（A/D），系統(tǒng)靈活性高，能夠進(jìn)行加密處理，數(shù)字通信保密強(qiáng)；同時(shí)系統(tǒng)設(shè)備易于集成；但是數(shù)字通信系統(tǒng)成本較高。1.3.3計(jì)算機(jī)通信（c&c)計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)是經(jīng)典的數(shù)字通信系統(tǒng)，它是計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，一方面通信網(wǎng)絡(luò)為計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳遞和交換提供必要的設(shè)施和手段；另一方面，數(shù)字計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展?jié)B透到通信技術(shù)中，又提高了通信網(wǎng)絡(luò)的各種性能，二者相互滲透、互相促進(jìn)、共同發(fā)展。

1.計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的特點(diǎn)

①數(shù)據(jù)處理和通信融為一體，沒有本質(zhì)區(qū)別②dataAudioVideo&Image等信息之間沒有本質(zhì)區(qū)別，在計(jì)算機(jī)看來都是二進(jìn)制信息③計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)結(jié)合得更加緊密，Sun說：“網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)(Internetiscomputer)”2.計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展方向

①由過去的單組（集團(tuán)）通信向個(gè)人通信發(fā)展：滿足人們個(gè)性化的需求，5W

Whoever、Whenever、Wherever、Whomever、Whatever

②計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)由專業(yè)網(wǎng)絡(luò)向公用網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，又向互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)步③信息交換形式：電路交換→報(bào)文交換→分組交換（Datagram虛電路）計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的發(fā)展方向

④軍用網(wǎng)廣播網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)/電話網(wǎng)電視網(wǎng)即單網(wǎng)→ISDNADSL寬帶網(wǎng)⑤網(wǎng)絡(luò)的主體系結(jié)構(gòu)：對等通信（PersontoPerson）→C/S→B/S（Browser/server）1.4數(shù)據(jù)通信網(wǎng)1.4.1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)1.4.2計(jì)算通信網(wǎng)1.4數(shù)據(jù)通信網(wǎng)

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)：由分布各處的數(shù)據(jù)傳輸、交換設(shè)備以及通信線路組成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其功能是完成網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部各設(shè)備之間的數(shù)據(jù)/信息的通通信信，其結(jié)構(gòu)如圖1-6（P7）所示1.4.1數(shù)據(jù)通信網(wǎng)硬件組成：結(jié)點(diǎn)：數(shù)據(jù)處理和交換功能；鏈路：指多種傳輸媒質(zhì),提供傳輸數(shù)據(jù)的通道路；網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：硬件：設(shè)備（數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備及通信線路等）；軟件：支持上述設(shè)備而配置的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；數(shù)據(jù)通信網(wǎng)分類：按通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（網(wǎng)絡(luò)中結(jié)點(diǎn)間相互的連接方法和形式）分為星形、樹形（等級形）、網(wǎng)狀形、環(huán)形、總線形（格形）；數(shù)據(jù)通信網(wǎng) ①星形：任意結(jié)點(diǎn)都和中心結(jié)點(diǎn)相連。 ②環(huán)形：所有節(jié)點(diǎn)鏈接成環(huán)狀 ③網(wǎng)狀形：網(wǎng)內(nèi)任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都直接互相連接，對n個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)需Cn2=n(n-1)/2條連接線路。（有向圖）

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)

④總線形：網(wǎng)內(nèi)任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)都相互連接但不直接相連，節(jié)省成本。（有向無環(huán)圖） ⑤樹形：全部結(jié)點(diǎn)形成多個(gè)等級，每一節(jié)點(diǎn)屬于某一等級，低等級結(jié)點(diǎn)與管接它的高一級結(jié)點(diǎn)相連，從而形成多級匯接輻射結(jié)構(gòu)（電話網(wǎng)）。（樹）1.4.2計(jì)算通信網(wǎng)在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)基礎(chǔ)上再加上計(jì)算機(jī)資源處理設(shè)備就構(gòu)成了計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)，即：用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)將分布在不同位置，具備獨(dú)立功能的多臺計(jì)算機(jī)、終端及其附屬設(shè)備（I/O設(shè)備）連接起來，并實(shí)現(xiàn)資源共享的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。計(jì)算通信網(wǎng)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)組成：通信子網(wǎng)（紅線以內(nèi)）和資源子網(wǎng)（紅線以外）