通信与信息专业概论第3章-通信与信息的基本概念课件

第3章通信与信息的基本概念3.1通信与信息常用名词 3.2通信系统分类及通信方式3.3通信系统的组成3.4通信网络概述 3.5通信系统中的基础理论 通信的根本任务

人类的社会生活不可能离开相互之间的交流，而交流的过程就是把含有信息的消息从一处传向另一处，这个传递消息的过程就是通信。由此看来，通信的根本目的就是发出信息，传递信息，接受信息，达到相互交流。一方面信息通信中，如何做到最快，首先就是要求带宽足够宽。所谓带宽，是指信道中能传输的信号的频率范围，通俗的讲，就是在输送信息的过程中，信息所走过的路的宽度。另一方面是可靠性，也就是传递信息要正确无误。如同我们邮寄包裹一样，我们不仅希望投递包裹的速度要快，而且希望能够准确无误的投递到该去的地方，而不要投递错误。在通信中，可靠性也极其重要。通信的根本任务：快速、可靠地传递信息。

通信就是消息的传递和交换。我们通常把从一个地方向另一个地方进行消息的有效传递与交换称为通信。若从更广义上说，无论采用何种方法，使用何种传输媒质，只要将信息从一个地传送到另一个地，均可称为通信。要认识通信，首先要认识信息以及通信的有关基本概念。通信的基本术语通信—只要将信息从一个地传送到另一个地，均可称为通信。3.1通信与信息常用名词消息：常常指对语言、文字、图像、数据等的统称。信息：对受信者来说，预先不知道的消息。信号：消息的表现形式，如电、光、声等。噪声：通信中的各种干扰的统称。媒质：是指能传输信号的物质。信源：能产生消息的源。信源可以是人、机器或其他事物。信道：信号传输的通道。信宿：即消息传送的对象。信宿也可以是人、机器或其他事物。模拟信号：幅度变化是连续的，可取无限个值。如电话信号波形。数字信号：主要特征是离散的，其幅度只有0和1两个数值。比特：bit/s，每秒传送二进制符号的个数。波特：baud/s，单位时间内传输码元符号的个数(传符号率),即单位时间内载波参数变化的次数。1.常用名词误码率(BER)：又叫误比特率，是指接收到的错误比特数和总的传输比特数之比，即在传输中出现错误信息量的概率。带宽（BandWidth）：在模拟系统又叫频宽，是指指信道中能传输的信号的频率范围，通常以每秒传送周期或赫兹（Hz）来表示。在数字系统中，带宽指每秒可传输的数据量，通常以bps（bit/s）表示。信息技术（InformationTechnology，简称IT）：也常被称为信息和通信技术（InformationandCommunicationsTechnology，ICT），指用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。它主要包括传感技术、计算机技术和通信技术。信息化：通常指现代信息技术的应用，如利用信息获取技术(传感技术、遥测技术)、信息传输技术(光纤技术、红外技术、激光技术)、信息处理技术(计算机技术、控制技术、自动化技术)等，以改进作业流程，提高作业质量。信宿——在通信中，从另一部件(信源)接收信息的部件。信宿——通信过程中接收和处理信息的设备或计算机。信宿——是传输信息的归宿，其作用是将复原（解码）的原始信号转换成相应的消息。信源、信宿和信道是信息传播的三大要素。信源是信息的发源地。信道即传递信息带的通道，是信源和信宿之间联系的纽带。信宿的进一步理解：消息——用文字、符号、数据、语言、音符、图片、图像等能够被人们感觉器官所感知的形式，把客观物质运动和主观思维活动的状态表达出来就成为消息。构成消息的两个条件：一是能够被通信双方所理解；二是可以传递。因此，人们从电话、电视等通信系统中得到的是一些描述各种主、客观事物运动状态或存在状态的具体消息。香农将各种通信系统概括成如图1.1所示的框图。信息是事物运动状态或存在方式的不确定性的描述。信息——常常把消息中有意义的内容称为信息。按物理学的观念，信息只不过是被一定方式排列起来的信号序列。

信息是物质存在的一种方式、形态或运动形态，也是事物的一种普遍属性，一般指数据、消息中所包含的意义，人们从接收到的E_Mail、电话、广播和电视的消息中能获得各种信息，信息与消息有着密切的联系。在通信系统中传输的是各种各样的消息，而这些被传送的消息有着各种不同的形式。例如：文字、符号、数据、语言、音符、图片、图像等等3.2通信系统分类及通信方式3.2.1通信系统分类

⑴按信号形式分模拟信号所对应通信就为模拟通信；数字信号所对应通信就为数字通信；⑵按媒质分有线介质分，如双绞线，架空明线，同轴电缆，光纤等，对应通信就为有线通信；无线介质，如短波，微波，卫星等，对应通信就为无线通信。⑶按频段分可以分为长波通信、中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信、卫星通信、光通信等。⑷按业务与内容分，分为语音通信（电话）、数据通信、图像通信、多媒体通信、无线寻呼、电报等。⑸按移动和固定方式分，分为固定方式通信：利用普通电话机、IP电话终端、传真机、无绳电话机、联网计算机等电话网和数据网终端设备的通信。移动通信是指通信双方至少有一方在运动中进行信息交换的通信。3.2.2通信方式

通信工作方式从不同角度来划分，常有以下几种:⑴按消息传送的方向与时间分类；

⑵按数字信号排序方式分类。（1）按消息传送方式分

可以分为单工通信、半双工通信和全双工通信。1.单工通信—是指消息在任意时刻只能单方向进行传输的一种通信方式。例如我们常见的广播和遥控等就属于单工通信。2.半双工通信—是指通信双方都能进行收或发通信，但不能同时进行收和发的一种通信方式，如：对讲机、有的电梯、微信······3.全双工通信—是指通信双方同时可进行双向传输消息的一种通信方式。也就是说，通信的双方可同时进行收发信息。例如普通电话，手机就是全双工方式。单工（Simplex)特点：仅能进行一个方向的数据传送。即单向。

半双工（HalfDuplex）特点：数据可以在两个方向上进行传送，但是这种传送绝不能同时进行。如：对讲机全双工（FullDuplex）特点：能够在两个方向同时进行数据传送。即同时双向。（2）按数字信号分可分为串行（串序传输）和并行传输（并序传输）。

串行传输—是指将代表信息的数字信号序列按时间顺序一个接一个地在信道中传输的方式。一般的数字通信方式大都采用串行传输，这种方式只需占用一条通路，可以节省大量的投资，缺点是传输时间相对于并行传输较长。并行传输—是指将代表信息的数字信号序列分割成两路或两路以上的数字信号序列同时在信道上传输的通信方式。并行传输方式在设备内使用，它需要占用多条通路，优点是传输时间较短。另外：通信的网络形式通常可分为三种：点到点直通方式、分支方式和交换方式。

通俗地讲，并行传输犹如一条多车道的宽阔大道上有多辆车并排而行，而串行传输则如仅能一列火车通过的铁路上有一列火车在行驶。

点到点直通方式：是通信网络中最为简单的一种形式，终端A与终端B之间的线路是专用的；

分支式通信方式：它的每一个终端（A、B、C、…、N）经过同一信道与转接站相互连接，此时，终端之间不能直通信息，必须经过转接站转接。╳

交换方式：是终端之间通过交换设备灵活地进行线路交换的一种方式，即要求通信的两终端之间的线路接通（自动接通），或者通过程序控制实现消息交换，即通过交换设备先把发方来的消息存储起来，然后以控制方式再转发至收方。这种消息转发可以是实时的，也可以是延时的。3.3通信的基本模型和组成

简单的说通信系统就是通信中的一切技术、设备和传输媒质。我们日常生活中人与人之间面对面的交谈就是一种最常见的通信，发话的人是消息的来源，我们称为信源；话音通过空气传播到了对方，空气这种媒质称为信道；听话者听到了传过来的消息，是消息的归宿，我们称为信宿。这样一个过程就完成了消息的传递。如果我们将这一过程抽象化，就得到一个最基本的通信模型。最常见的通信1.基本模型

打电话需要把说话人的语音信息转换成电信号，然后送入传输介质中，即为信道，经过信道的传输，电信号被送到接收端的接收设备，经过接收设备处理后再转换成原来的语音信息送给消息的接收者，也就是信宿，于是，电话线另一端的人就接收到了对方的信息。信道信宿信源信道

在以上通信过程中所涉及的说话人就是信源，接听人就是信宿，加上发送设备，信道以及接收设备，就组成了通信系统的基本模型。通信系统的基本模型

所谓模拟通信系统，就是通过在信道中传输模拟信号来传递消息的通信系统，普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信。2.模拟通信

在模拟通信系统中需要两种变换。一种是要将发送端的连续消息变换成原始的电信号，这个变换由信源来完成。由于这种原始电信号通常具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输，因此，运用而生的第二种变换就是将原始电信号变换成其频带适合信道传输的已调信号，这种变换就称为调制，此变换由调制器来完成。调频、条幅解密器3.数字通信

数字通信系统，就是通过在信道中传输数字信号来传递消息的通信系统。数字通信可以传输电报、数字数据等数字信号，也可以传输经过数字化处理的语音和图像等模拟信号。数字通信具有抗干扰能力强、通信质量不受距离影响、适应各种通信业务要求，便于采用大规模集成电路、实现保密通信和实现通信网计算机管理等优点而成为现代通信网和国家信息基础设施主要的传输信息的通信方式。（1）数字通信组成模块

一个数字通信系统主要由8部分组成：信源、编码器、调制器、信道、解调器、译码器、信宿和定时同步系统。

复用器将来自若干单独分信道的独立信号复合起来，在一公共信道的同一方向上进行传输的设备。

复用器是一种综合系统，通常包含一定数目的数据输入，n个地址输入（以二进制形式选择一种数据输入）。复用器有一个单独的输出，与选择的数据输入值相同。复用技术可能遵循以下原则之一，如：TDM、FDM、CDM或WDM（波分复用）。复用技术也应用于软件操作上，如：同时将多线程信息流传送到设备或程序中。（2）编码器

所谓编码，就是把消息变换成信号的措施，其目的是使信号适合于信道传输。编码可分为两种，即信源编码和信道编码。（3）译码器

译码是编码的反变换，也称解码，分为两种，信道译码和信源译码。信道译码是把接收到的信号恢复为信源编码状态，信源译码是把信号恢复为信源状态送给信宿。3.4通信网络概述3.4.1通信网的基本概念1.通信网(CommunicationNetwork）：将分布在全球各个地方的任意两个用户通过传输线连接起来，在这些纵横交错的传输线加上交换节点，就形成了一个网状的结构，这种由多用户构成的通信系统体系就称为通信网。2.通信网的要素：从硬件结构看，通信网由终端节点、交换节点、业务节点、传输系统构成。其功能是完成接入交换网控制、管理、运营和维护。从软件结构看，它们有信令，协议，控制，管理，计费等。其功能是完成通信协议以及网络管理来实现相互间的协调通信。3.通信网的机制：通过保持帧同步和位同步，遵守相同的传输体制实现。4.现代通信网的主要特点：使用方便、安全可靠、灵活多样、覆盖范围广。3.4.3

通信网的基本组成通信网组成的原则：解决通信远距离的有效和可靠传输之后，还需要解决互通信息的任意性，以及通信区域的广域性，需要将通信系统覆盖到全球的各个地方，让我们能在全球的任意地方都能进行方便的通信。

将分布在全球各个地方的任意两个用户通过传输线连接起来，在这些纵横交错的传输线加上交换节点，就形成了一个网状的结构，这就是通信网。这种由多用户构成的通信系统体系就称为通信网。1.通信网STP－SpanningTreeProtocol（生成树协议）逻辑上断开环路，防止二层网络的广播风暴的产生,当线路出现故障，断开的接口被激活，恢复通信，起备份线路的作用。

在如上所示的网络环境中，不难看出，当所有主机都使用单条链路与一台核心相连时，只要不再增加其它额外设备与链路，就不可能存在环路。交换机就当相于Hub一样连接了多台主机，而这样的网络结构，被称为hub-spoke网络结构，只要主机与Hub是连通的，那么就表示主机之间是连通的。基于此原因，STP借助了hub-spoke网络结构无环的网络思想，将一个拥有多台交换机通过多条链路相连的网络，通过Block掉任意两点之间多余的链路而只留下单条链路，最终修整出一个hub-spoke的网络环境，创造一个无环的交换网络。HUB是一个多端口的转发器，block语气强烈，指有效堵住了通道，使人或物无法通过。

hub-spoke—轴辐网络模式(1)

通信网实质上由用户终端设备、传输设备、交换设备三大部分构成。2.通信网的三大组成

通信网实质上由用户终端设备、传输设备、交换设备三大部分构成。移动交换中心BSBSBSA地B地信道信道光缆传输系统设备；微波传输系统设备；卫星传输系统设备。移动交换中心BSBSBS市话交换长途交换长途交换市话交换长途交换车载台3.5通信系统基本理论

香农（Shannon），美国数学家，美国科学院院士，信息论的创始人，20世纪最伟大的科学家之一,他是影响了整个数字通信时代的伟大人物。他在通信技术与工程方面的创造性工作，为计算机与远程通信奠定了坚实的理论基础，是信息论及数字通信时代的奠基人。1.香农理论1948年6月和10月，香农在《贝尔系统技术》上发表了“通信的数学理论”，香农把通信的数学理论建立在概率论的基础上，把通信的基本问题归结为通信的一方能以一定的概率复现另一方发出的消息，并针对这一基本问题对信息作了定量描述。精确地定义了信源、编码、信道、译码、信宿等概念,建立了通信系统的数学模型，这就是著名的香农模型，并得出了信源编码定理和信道编码定理等重要结果。2.信源编码与信道编码

编码是将源对象内容按照一种标准转换为一种标准格式，编码的目的是为了符合传输的要求。以语音通信为例，我们发出的声音是模拟信号，现在的传输系统和交换系统是数字系统，为了通过数字网络进行传输，必须先将模拟信号转换为数字信号，这个过程就称为编码。通过数字网络接收到经过编码的信号后，又必须还原为模拟信号才能播放出来，这个过程称为解码。解码是和编码对应的，解码是为了还原成我们能识别的信息，它使用和编码相同的标准将编码内容还原为最初的对象内容。编码分为信源编码和信道编码。

即A/D。当然，信源编码不是简单的A/D、D/A变换，而还要进行压缩。为通信传输而进行信源编码，主要就是压缩编码。（1）信源编码信源编码—在通信中，将模拟信号按压缩编码法则变为数字信号序列的变换叫～。取样量化编码信源编码器主要作用：一是实现模数转换，把信源发出的连续信号变换为数字序列；二是降低信号的数码率。常见的脉码调制、声码器、信号的数据率压缩都属于信源编码。

将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称A/D转换器或ADC,AnalogtoDigitalConverter）；将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（简称D/A转换器或DAC,DigitaltoAnalogConverter）；

A/D转换器和D/A转换器已成为信息系统中不可缺少的接口电路。

信道编码的基本方法是在信息码中增加一定数量的多余码元（称为监督码元），使它们满足一定的约束关系，这样由信息码元和监督码元共同组成一个信道传输的码字，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的，但信道编码会使有用的信息数据传输减少。对信道编码的要求主要有以下几点：①编码效率高，抗干扰能力强；②对信号有良好的透明性，传输通道对于传输的信号内容不加限制；③传输信号的频谱特性与传输信道的通频带有最佳的匹配性；④编码信号包含有数据定时和帧同步信息，以便接收端准确地解