通信的定義：
- 通信就是信息的(遠距離)傳遞與交流
現(xiàn)代通信——使用電波或光波傳遞信息的技術券时，也稱為 電信（telecommunication），如電報伏伯、電話橘洞、傳真、電 子郵件说搅、BBS炸枣、QQ等.
通信的發(fā)展歷史：
1836年，英國建成第一條電報線路(Morse電報)
1876年弄唧，美國人A.G.Bell研制成可供實用的電話
20世紀初适肠，馬可尼實現(xiàn)了跨越大西洋的無線電報通信 1918年出現(xiàn)收音機和無線電廣播
1938年第一個電視臺開始播出
1940’s 出現(xiàn)彩色電視
1960’s 出現(xiàn)計算機網(wǎng)絡 - 通信的三要素：信源、信宿候引、信道
- 對通信系統(tǒng)的一般要求
遠距離：傳輸距離要遠
低成本：傳輸成本要低
高速度：從發(fā)生到接收的延遲時間要短
可靠：傳輸?shù)男畔⒉荒苡绣e誤
方便：任何時間和地點都能通信
安全：傳輸?shù)男畔⒁Ｃ芎钛荒苄孤?/li>
模擬信號與數(shù)字信號
- 通信系統(tǒng)中被傳輸?shù)男畔⒈仨氜D(zhuǎn)換成某種電信號(或光信號) 才能進行傳輸
- 電信號(或光信號) 有兩種形式：
模擬信號形式: 通過連續(xù)變化的物理 量（如信號的幅度）來表示信息，例 如人們打電話或者播音員播音時聲音 經(jīng)話筒(麥克風)轉(zhuǎn)換得到的電信號澄干；
數(shù)字信號形式: 使用有限個狀態(tài)(一 般是2個狀態(tài))來表示（編碼）信息逛揩， 例如電報機、傳真機和計算機發(fā)出的 信號都是數(shù)字信號
數(shù)字通信采用的技術
數(shù)字調(diào)制/解調(diào)技術（調(diào)幅麸俘；調(diào)頻辩稽；調(diào)相） 解決信號傳得遠的問題 多路復用技術（時分多路；頻分多路从媚；波分多路） 提高傳輸線路使用效率逞泄、降低傳輸成本
交換技術（電路交換；分組交換） 動態(tài)分配信道資源拜效，提高傳輸效率和質(zhì)量
模-數(shù)和數(shù)-模轉(zhuǎn)換技術喷众； 數(shù)字編碼和數(shù)據(jù)壓縮技術
數(shù)字信號如何傳輸？
- 近距離傳輸：直接(基帶)傳輸
例如：USB移動硬盤 －>主機 紧憾；以太 網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸到千。 - 遠距離傳輸：載波傳輸
例如：數(shù)字有線電視；電話撥號上網(wǎng) 稻励；ADSL上網(wǎng)父阻。
遠距離傳輸信息
- 遠距離傳輸：載波傳輸
什么是載波？
由于導線存在電阻望抽，低頻的電信號直 接傳輸?shù)木嚯x不可能很遠加矛。研究發(fā)現(xiàn)，高頻振蕩的正弦波信號在長距離通信中能夠比其他信號傳送得更遠煤篙。因此若把高頻振蕩的正弦波信號作為攜帶信息的載波斟览，把數(shù)字信號 放在(調(diào)制在)載波上傳輸，則可比直接傳輸 的距離遠得多辑奈。 調(diào)制器與解調(diào)器合稱為調(diào)制解調(diào)器
數(shù)字信號的三種調(diào)制方法
實現(xiàn)信號調(diào)制與解調(diào)的設備分別稱為“調(diào)制器”和“解調(diào)器”
結(jié)論1: 遠距離通信必須使用MODEM
? 通信一般是雙向進行的苛茂，收發(fā)雙方都需要調(diào)制器與解調(diào) 器已烤，它們通常做在一起，稱為調(diào)制解調(diào)器(MODEM)
信源信號通過調(diào)制器調(diào)整載波的某個參數(shù)(幅 度妓羊、頻率或相位)
到達目的地后胯究，使用解調(diào)器把載波所攜帶的信號檢測出來，恢復為原始信號的形式
經(jīng)過調(diào)制后的載波信號躁绸，攜帶著被傳輸?shù)男盘栐谛诺乐羞M行長距離傳輸
- 調(diào)制：信息傳輸時裕循，利用信源信號去調(diào)整載波的某個參數(shù)的過程。不同類型的信號净刮，需要的調(diào)制方法也不同剥哑。
調(diào)制模擬信號的方法有：調(diào)頻、調(diào)幅淹父、調(diào)相株婴； 調(diào)制數(shù)字信號的方法有：頻移鍵控、幅移鍵控暑认、相移鍵控困介。 - 解調(diào)：在長距離傳輸?shù)侥康牡睾螅邮芊桨演d波所攜帶的信號檢測出來恢復為原始信號的過程穷吮。
低成本傳輸信息
- 多路復用技術
怎樣降低傳輸成本逻翁？
通信系統(tǒng)中，傳輸線路的建設和維護成本占整個系統(tǒng)成本 的相當大的份額
一條傳輸線路（銅線捡鱼、光纖、無線電波）的容量通常遠遠 超過傳輸1路用戶信號所需的能力
為了提高傳輸線路的利用率酷愧，一般總是讓多路信號同時共 用一條傳輸線路進行傳輸驾诈，降低成本，采用的技術——多路復用技術(Multiplexing) 多路信號使用同一條傳輸線同時進行傳輸
方法： 頻分多路復用（FDM） 時分多路復用（TDM） 波分多路復用（WDM） - 頻分多路復用舉例
- 廣播電臺節(jié)目的發(fā)送與接收
頻分多路復用分路器 (帶通濾波器) - 電視節(jié)目的發(fā)送與接收
- 時分多路復用(Time Division Multiplexing, TDM)
思想：各通信終端（計算機溶浴、電話）以規(guī)定的順序和時間輪流使用同一傳輸線路進行數(shù)據(jù)傳輸 - 應用：主要使用在數(shù)字通信領域乍迄，如電話中繼通信、GS M手機士败、總線式以太網(wǎng)等
異步時分多路復用 - 數(shù)據(jù)發(fā)送方和接收方也可以異步地進行信息傳輸闯两。即：發(fā)送方有數(shù)據(jù)且信道有空閑時就發(fā)送，沒有數(shù)據(jù)時即使輪到它谅将，也不占用信道漾狼。這樣可以大大提高信道的利用率
- 實現(xiàn)方法：在被傳輸數(shù)據(jù)中必須附加上接收方的“地址
碼分多路復用（Code Division Multiple,CDM）
思想：CDM與FDM（頻分多路復用）和TDM （時分多路復用）不同,它既共享信道的頻率, 也共享時間,是一種真正的動態(tài)復用技術.
- 其原 理是每比特時間被分成m個更短的時間槽，稱為碼片（Chip）,通常情況下每比特有64或 128個碼片.每個站點(通道)被指定一個唯一的 m位的代碼或碼片序列饥臂。當發(fā)送1時站點就發(fā) 送碼片序列逊躁，發(fā)送0時就發(fā)送碼片序列的反碼 。當兩個或多個站點同時發(fā)送時隅熙，各路數(shù)據(jù)在 信道中被線形相加稽煤。為了從信道中分離出各路 信號核芽，要求各個站點的碼片序列是相互正交的 。
- 碼分多路復用技術主要用于無線通信系統(tǒng),特別是移動通信系統(tǒng).它不僅可以提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸约皽p少干擾對通 信的影響,而且增大了通信系統(tǒng)的容量.筆記本電腦或個人數(shù)字助理(Personal Data Assistant, PDA) 以及掌上電腦(Handed Personal COmputer,HPC)等移動性計算機的聯(lián)網(wǎng)通信就是使用了這種技術酵熙。
波分多路復用(Wave Division Multiplexing, WDM)
- 為提高傳輸效率轧简，1根光纖中可以同時傳輸幾種不同波長的光波，每種 光波各自傳輸自己所攜帶的信息匾二，速率可達到 40G-100Gbit/s
原理：
發(fā)送端有N個 發(fā)送單元吉懊，它 們各自發(fā)出不同波長的光波
通過復用器（稱 為合波器）合并起來，進入同一 根光纖進行傳輸
接收端用分路器(稱為分波器)將不同波長的光分開假勿，分別送到各自的光電檢測器 恢復出原始信號
結(jié)論2: 多路復用可以降低通信成本
附加: 分組交換原理
- 通信系統(tǒng)中“交換”的含義
“交換”(switching)的含義就是轉(zhuǎn)接——把一條 鏈路轉(zhuǎn)接到另一條鏈路借嗽，使它們連通起來
從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源 - 常用的交換方式：
- 電路交換
- 分組交換
- 交換機
- 什么是電路交換转培？
電話網(wǎng)使用電話交換機互連恶导，采用的交換技術是“電路交換”技術 - 電路交換的過程：
? 建立連接
? 通信
? 釋放連接 - 應用：電話
分組交換
- 分組交換也稱為包交換
節(jié)點計算機把需要傳送的數(shù)據(jù)劃分為若干小塊，再加上地址浸须、編號惨寿、校驗等信息后就構成了一個“包”（packet，也稱“分組”） 數(shù)據(jù)包經(jīng)過分組交換機的緩沖和轉(zhuǎn)發(fā)到達目的計算機 目的計算機則根據(jù)數(shù)據(jù)包的編號進行處理删窒， 達到通信的目的 - 什么是分組交換(Packet Switching)?
分組交換的要點： 被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須劃分為若干“分組”(packet, 簡稱“包”)進行傳輸 每個分組中必須包含收發(fā)雙方的地址 - 分組交換機與存儲轉(zhuǎn)發(fā)
廣域網(wǎng)中的交換機稱為分組交換機或包交換 機(packet switch) 裂垦。 分組交換機的基本工作模式：存儲轉(zhuǎn)發(fā)
當一臺計算機發(fā)送一個數(shù)據(jù)包到另外一臺計算機去時，必須在數(shù)據(jù)包中給出目的計算機的地址
每一臺交換機都必須有一張“轉(zhuǎn)發(fā)表”肌索，包含了所有可能目的地的輸出端口的編號和到達目的地的最短路徑
分組交換機與存儲轉(zhuǎn)發(fā)
- 轉(zhuǎn)發(fā)表是交換機中的軟件根據(jù)交換機與計算機蕉拢、交換機與交換機之間的連接情況自動計算得到的。
交換機與交換機之間的連接采用數(shù)據(jù)通信線路诚亚，幾乎所有的點對點數(shù)字通信方式都可以使用晕换。 - 優(yōu)點：
1.線路利用率高
2.數(shù)據(jù)通信可靠
3.很高的靈活性，接受方忙時站宗，整個網(wǎng)絡都可以作為緩沖闸准，可為數(shù)據(jù)建立優(yōu)先級
缺點：
- 延遲較長
- 額外開銷大
- 需要高性能的交換機，成本較高
- 分組交換的應用
在數(shù)據(jù)通信和計算機網(wǎng)絡中應用廣泛梢灭，如 ： 低速的X.25網(wǎng)
中速的幀中繼網(wǎng)
高速的ATM網(wǎng)等
局域網(wǎng)中也采用分組交換技術
交換式以太網(wǎng)
蜂窩移動通信系統(tǒng)(手機)也采用分組交換 技術
數(shù)字通信
模擬通信技術與數(shù)字通信技術
模擬通信
- 信源產(chǎn)生的模擬信號直接進行傳輸或者通過對載波調(diào) 制后進行傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g稱為模擬通信技術
- 應用： (傳統(tǒng)的)有線載波電話
- 無線電廣播
- 電視（衛(wèi)星電視夷家、數(shù)字有線電視除外）
- 優(yōu)點：歷史長，技術成熟敏释，結(jié)構簡單库快，成本低
- 缺點：在信號的調(diào)制和傳輸過程中易受噪聲干擾，傳輸質(zhì)量不夠穩(wěn)定
趨勢：已經(jīng)越來越多地被數(shù)字通信所取代
數(shù)字通信的定義
- 數(shù)字通信——通信終端之間以數(shù)字信號的形式進行通 信
數(shù)字通信有2種情況： 終端設備發(fā)出和接收的都是數(shù)字信號颂暇，例如：計算機與計 算機之間的通信缺谴、手機與手機之間的通信
發(fā)送方發(fā)出的是模擬信號，但把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后再進行傳輸；接收方把收到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號后再予以處理和使用 - 數(shù)字通信技術：將信源模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號湿蛔，然后 直接傳輸數(shù)字信號或通過用數(shù)字信號對載波進行數(shù)字調(diào)制來傳輸信息的技術膀曾。
- 數(shù)字通信的優(yōu)點： 抗干擾能力強，差錯可控制阳啥，可實現(xiàn)遠距離 添谊、高質(zhì)量傳輸； 靈活性好察迟，能適應電話斩狱、圖像、數(shù)據(jù)等各種 應用要求扎瓶； 由于傳輸?shù)氖菙?shù)字信號所踊，可直接由計算機進 行存儲、管理和處理概荷； 易加密秕岛，安全性高； 數(shù)字電路可以使用大規(guī)模集成電路误证，有利于 小型化继薛、微型化。
數(shù)字通信的應用
- 計算機網(wǎng)絡 --基帶傳輸（信號直接在網(wǎng)絡中傳輸愈捅，如以太網(wǎng)）
- 頻帶傳輸（信號調(diào)制后在網(wǎng)絡中傳輸遏考，如廣域網(wǎng)）
數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標
- 信道帶寬：帶寬又叫頻寬，最早出現(xiàn)在模擬通信時代蓝谨，指的是信號頻率的變動范圍灌具，一般由信號的最高頻率減去最低頻率所得，單位為赫茲（Hz）像棘。信道帶寬指的是能夠通過的頻率分量的范圍稽亏。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，帶寬指一個信道允許的最大數(shù)據(jù)傳輸速率缕题。
- 數(shù)據(jù)傳輸速率：單位時間內(nèi)傳送的二進制比特數(shù)。
- 誤碼率：指錯誤接收的碼元數(shù)在傳送總碼元數(shù)中所占的比 例,或者更確切地說, 誤碼率 是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的 概率胖腾。
- 端到端延遲：指數(shù)據(jù)從信源傳送到信宿所花費的時間烟零。
性能指標與傳輸介質(zhì)、傳輸技術和設備密切相關咸作。
