第1章 数字通信概述
第一讲 数据通信网络基础
数据通信网络基础主讲人：华山制作：华山第1章数据通信基础▪主要内容：数据通信的发展历史数据通信的构成原理数据通信方式分类及特点数据通信常用的传输介质和基本传输方式1.1 数据通信的发展历史▪三个阶段：第一阶段：具有通信功能的联机系统——多终端系统第二阶段：计算机网络——多机系统第三阶段：互联网——多网络系统1.2数据通信的构成1、计算机网络是一组自治的计算机互联的集合。
把分布在不同地理区域的独立式计算机及外部设备利用通信介质互连成功能强大的网络系统，实现相互通信和共享信息资源。
2、通信系统是通过数据电路将分布在远地的数据终端设备与计数机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。
3、协议是通信双方约定并且共同遵守的格式和规范。
4、数据通信是计算机网络的基本功能，用以实现计算机与终端之间或计算机与计算机之间的传递各种信息，将地理上分散的单位和部门通过计算机网络连接起来进行集中管理。
5、信息分布处理对于较大型的综合性信息通过某些算法将数据处理功能交给不同的计算机处理，以达到均衡使用网络资源，实现分布处理的目的。
6、比较典型的数据通信系统主要由数据终端设备、数据电路、计算机系统三部分组成接口接口数据电路终接设备数据电路终接设备传输信道数据终端设备数据输入输出设备通信控制器通信控制器中央处理机计算机系统1.3 数据通信的交换方式1、电路交换——面向连接的网络2、报文交换报文交换是将用户的报文存储在交换机的存储器中（内存或外存），当所需输出电路空闲时，再将该报文发往需接收的交换机或终端。
3、分组交换——面向无连接的网络将用户发来的整份报文分割成若干个定长的数据块（称为分组或打包），将这些分组以存储_转发的方式在网内传输。
1.4 数据通信方式分类及特点 有线数据通信1．数字数据网（DDN）✓什么是数字数据网是利用数字信道传输数据信号的数据传输网。
是一种利用光纤、数字微波或卫星等数字传输通道和数字交叉复用设备组成的数字数据传输网。
数字通信概述
第一章 数字通信概述第一节 数字通信的基本知识一、通信系统的组成1． 通信：通信是将信息从一个地方传送到另一个地方。
2． 通信系统的组成：3． 信源：产生和发出信息的人或机器。
4． 变换器：把信源发出的信号进行加工处理，变换成适合在信道上传输的信号。
5．反变换器：把信道送来的电信号按相反过程变换成原始信息，最后由信宿接收。
6． 信宿：信息最后的归宿，它是最后接收信息的处所，可以是人和各种终端设备。
7． 信道：传递信号的通道，按传输媒介有无线信道和有线信道之分。
8． 噪声源：因信号传递时，不可避免地会受到噪声或干扰的影响，且干扰会始终存在。
为了便于分析干扰的影响，所以把始端、终端及传输信道中所在干扰都折合到信道中，等效为一个总的噪声源。
9． 模拟通信系统：若信源的信息是一个幅度和时间连续变化着的模拟信号， 则利用模拟信号进行信息传递的通信方式称为该系统。
10。
数字通信系统：若信源的信息是一个幅度限制个数值之内，不是连续的而是离散的数字信号，则利用数字信号进行传递的通信方式称为该系统。
二．数字通信系统的模型。
1．数字通信系统的基本任务：是把信源产生的信息变换成一定格式的数字信号，通过信道传输，在终端再变成适宜信宿接收的信息形式。
2．数字通信系统的基本模型：接收器 发送器3．信源编码的主要任务：（1）将信源送出的模拟信号数字化，即对连续信息进行模拟/数字（A/D ）变换，用一定的数字脉冲组合来表示信号的一定幅度。
（2）将信源输出的数字信号按实际信息的统计特性进行变换，以提高信号传输的有效性。
4．信道编码（抗干扰编码）：是一种代码变换，产要解决数字通信的可靠问题。
5．同步：通信系统的收、发端要有统一的时间标准，使收端和发端步调一致。
6．数字通信系统的基本模型图中，若信源是数字信息时，则信源编码或信源解码可以去掉，构成数据通信系统。
若在没有用调制器和解调器，构成的是最单的通信系统称为基带传输系统，该系统实际上是将基带信号直接进行传输的系统。
第一。通信系统概述
（4）数字图象通信 图象通信，信息量大，传输信道宽。 近年来已发展成熟的数字图象压缩技术解决了上述问 题，减小了传输信道的带宽。正是数字图象通信推进 了多媒体技术。 （5）移动卫星通信 通常是指：利用卫星中继站实现地 面、空中、海上移动用户间或移动用户与固定用户间 的相互通信。 （6）程控交换 系指由程序控制的信息交换，这是一项 交换和计算机技术相结合的信息交换新技术。 。电路交换 °分组交换
9
1.3 通信的发展趋势
（1）综合网络 电信网与计算机网和电视网融合成的 新通信网技术是一种发展趋势。 （2）通信网络是向数字化、综合化、宽带化发展 （3）大容量干线网 卫星通信、陆地微波接力通信和 光纤通信的发展与融合。 （4）移动通信和固定通信结合 组成个人通信网 （PCN），PCN将向全球化、综合化、智能化和多 媒体方向发展。 （5）广播电视技术的发展 是从数字化带来广播制式 的多元化。HDTV（高清晰度电视）在数字传输方 面已获成功；DAB（数字电声广播）当前已确认为 下一代的广播，大有发展前途。
10
（6）互联网络（internet） 高速发展，容入 语音（IP电话） （7）标准化 随着通信网的演变，不断制定或 修订网络标准的，通信网是一个复杂的大系 统，对一个国家和全球来说都应是全程全网 的，因而要有一个统一的标准。
11
2
通信的种类（1）
（1）按业务内容可分为： 电报、 电话、 数据通信（计算机数据） 传真，图象等。 （2）按所传送的信号形式可分为： 模拟通信——普通的电话、传真、电视电话。 数字通信——电报、数据通信信——电信号在导线、电缆、波导上传输的 通信，应分别称为：明线通信、电缆通信、波导通 信。 无线通信——电波在空间传播的通信。现有两种分 类法： 按传输方式又可分为： 移动通信 散射通信、 卫星通信 微波中继通信
数据通信原理1
ch 0 ch1
2.048Mbps传输线路
ch 2 ch 3 ch 30 ch 31
复用与解复用 E1系统
时分复用帧
T(125us)
t
ch0 ch1 ch2 ch3 ch15 ch16 ch17 ch31
15个话路
同步
15个话路 传送信令
1.3.3 噪声与干扰
信道内噪声的来源是很多的,它们表现的形式也多种多样。根据它们 的来源不同,可以粗略地分为3类。 1.工业噪声 2.天电噪声 3.内部噪声
1.5.2同步传输与异步传输
在串行传输时数据传输有异步传输和同步传输两种方式。 异步传输中,每次传送一个字符或一个信息传输单元。 即在发送每一个字符代码的前面均加上一个“起”信号,其长度规定为 一个码元,极性为“0”,后面均加一个“止”信号。即：每个字符的传 输需要： 1个起始位、5～8个数据位、1、1.5或2个停止位 采用这种异步方式的通信也称“异步通信”。 起止式的优缺点： 频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新获得同步； 每两个字符之间的间隔时间不固定； 增加了辅助位，所以传输效率低； 例如，采用1个起始位、 8个数据位、 2个停止位时，其传输效 率为8/11≈73％ 应用： 1200bps以下低速数据传输
数据通信原理
参考
《通信原理》或《数字通信原理》 《计算机网络》或《计算机通信网》 《纠错编码技术》或《信息论与编码》 《高频电子线路》 《数据通信技术基础》或《数据通信与计算 机网络》
第一章 概述
1.1 数据通信的概念
1.1.1 数据与数据通信 数据的概念：数据是预先约定的、具有某种含义
2.电话网传输信道 所谓电话网传输信道是指通过用于传输话音信号 的电话网络传输数据信号。电话网络的连接示意图 如图1-4所示。
数字通信基础知识
1 接 收 设 备 发 送 设 备 接 收 设 备 …
(a)
(b)
1.1.3 通信方式
3. 按通信网络形式分
(a) 两点间直通方式 (b) 分支方式 (c) 交换方式
终端A (a) 终端B 终端 A 终端 B 终端 C 终端 A 终端 B (b) 图1-3 终端 C … 终端 N (c) 终端 N 交换设备
1.3 通信技术发展概况
年到20世纪80 （2）近代通信阶段。从1948年到20世纪80年代光纤通信 ）近代通信阶段。 1948年到20世纪80年代光纤通信 系统等投入使用共30多年，主要是通信统计理论、 30多年 系统等投入使用共30多年，主要是通信统计理论、数字 传输理论及技术、 彩色电视、 卫星通信等方面的发展, 传输理论及技术 、 彩色电视 、 卫星通信等方面的发展 , 此阶段模拟通信用于普通产品，数字通信用于高端产品。 此阶段模拟通信用于普通产品，数字通信用于高端产品。 世纪80年代商用通信卫星、 （3）现代通信阶段。20世纪80年代商用通信卫星、程控 ）现代通信阶段。20世纪80年代商用通信卫星 数字交换机、光纤通信系统等陆续投入使用至今共20 20多 数字交换机、光纤通信系统等陆续投入使用至今共20多 主要是卫星通信、 光纤通信、 移动通信、 年 , 主要是卫星通信 、 光纤通信 、 移动通信 、 多媒体通 信等方面的发展，数字通信进入寻常百姓家庭。 信等方面的发展，数字通信进入寻常百姓家庭。 3. 通信技术发展史上的重大事件 通信技术发展史上的重大事件 现把从1838年到20世纪80 1838年到20世纪80年代通信发展上的重大事 现把从1838年到20世纪80年代通信发展上的重大事 件列于表1 从中可清楚地看到通信的发展过程。 件列于表1-2，从中可清楚地看到通信的发展过程。 1Biblioteka 3.2 通信技术的现状和发展趋势
《数字通信原理（第三版）》教材课后习题答案
《数字通信原理（第三版）》教材课后习题答案《数字通信原理》习题解答第1章概述1-1 模拟信号和数字信号的特点分别是什么?答：模拟信号的特点是幅度连续；数字信号的特点幅度离散。
1-2 数字通信系统的构成模型中信源编码和信源解码的作⽤是什么?画出话⾳信号的基带传输系统模型。
答：信源编码的作⽤把模拟信号变换成数字信号，即完成模/ 数变换的任务。
信源解码的作⽤把数字信号还原为模拟信号，即完成数/ 模变换的任务。
话⾳信号的基带传输系统模型为1-3 数字通信的特点有哪些?答：数字通信的特点是：（1）抗⼲扰性强，⽆噪声积累；（2）便于加密处理；（3）采⽤时分复⽤实现多路通信；（4）设备便于集成化、微型化；（5）占⽤信道频带较宽。
1-4 为什么说数字通信的抗⼲扰性强，⽆噪声积累?答：对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限的离散值( 通常取⼆个幅值) ，在传输过程中受到噪声⼲扰，当信噪⽐还没有恶化到⼀定程度时，即在适当的距离，采⽤再⽣的⽅法，再⽣成已消除噪声⼲扰的原发送信号，所以说数字通信的抗⼲扰性强，⽆噪声积累。
1-5 设数字信号码元时间长度为1s ，如采⽤四电平传输，求信息传输速率及符号速率。
答：符号速率为N11106 Bd码元时间10 6信息传输速率为R N log2 M 106 log 2 4 2 106 bit / s2Mbit / s1-6 接上例，若传输过程中 2 秒误 1 个⽐特，求误码率。
答：P e 发⽣误码个数 (n)12.5 107传输总码元 ( N ) 2 21061-7 假设数字通信系统的频带宽度为1024 kHz ，可传输 2048kbit / s 的⽐特率，试问其频带利⽤率为多少 bit / s / Hz ?答：频带利⽤率为信息传输速率204810 3（ bit / s / Hz)10242bit / s/ Hz频带宽度10 31-8 数字通信技术的发展趋势是什么？答：数字通信技术⽬前正向着以下⼏个⽅向发展：⼩型化、智能化，数字处理技术的开发应⽤，⽤户数字化和⾼速⼤容量等。
通信系统导论1
1.2 通信的发展历程
1.2.1 通信技术的发展历程
通信技术的发展历程
通信网络的发展历程
1.3 通信的发展趋势
1.3.1 通信技术的发展趋势
宽带化 广泛化 多样化 综合化 应用中心化
1.3.2 通信行业中的标准与法规
图1-8 数字通信系统模型
3．通信系统的分类
按消息分
按调制方式分
传输媒质（信道）分
按复用方式分
按消息传送的方向和时间分
按数字信号的排列顺序分 按连接形式分
1.1.3 通信网络
1通信网络的组成
接入设备
交换设备 传输设备
2通信网络的分类
按照信源的内容可以分为
（1）通信行业中的政策法规
（2）通信行业中的技术标准
通信导论
魏更宇 孙岩 张冬梅 编著
北京邮电大学出版社
第一章 通信系统概述
1.1通信的基本概念
1.2通信的发展历程 1.3 通信的发展趋势 1.4 本书概述
1.1通信的基本概念 1.1.1 通信
1．通信的定义
通信是传递信息的手段，即将信息从发 送器传送到接收器
相关ห้องสมุดไป่ตู้念
① 信息
② 消息 ③ 信号
通信的目的
通信的目的是为了完成信息的传输和交
换。
2．消息、信息与信号
（1）消息、信息与信息量 （2）信号的时域分析
（3）信号的频域分析
1.1.2通信系统
1、通信系统的模型
2模拟通信系统与数字通信系统
《数字通信原理》教案
一、语声信号编码的概念
语声信号编码——模拟话音信号的数字化（信源编码）。
二、语声信号编码的分类
波形编码——根据语声信号波形的特点，将其转换为数字信 号。
常见的有PCM、DPCM、ADPCM、DM等。 参量编码——是提取语声信号的一些特征参量，对其进行编
码。 特点：编码速率低，但语声质量要低于波形编码。 LPC等声码器属于参量编码。
法用低通滤波器准确地恢复原模拟话音 信号。
话音信号的抽样频率为＝8000， 抽样信号的频谱：频率成分有原始频带∽，的上、下边带。 （排列顺序） 3、带通型信号（）的抽样 抽样定理 [若n次下边带、(n+1)次下边带与原始频带间隔相等——默认] 抽样信号的频谱：频率成分有原始频带∽，的上、下边带。 （排列顺序）
数码率的话音质量要求。
第四节 子带编码——SBC
子带编码的概念 首先将输入信号频带分割成不同的频带分量(称为子带)，然后再分 别进行编码，这类编码方式称为频域编码。
复习题
1、一模拟信号频谱如下图所示，求其满足抽样定理时的抽样频率，并画出抽 样信号的
）。
∴此信号为低通型信号 满足抽样定理时，应有
（一次下边带：-原始频带=12-（2∽6）=6∽10 一次上边带：+原始频带=12+（2∽6）=14∽18 二次下边带：-原始频带=24-（2∽6）=18∽22 二次上边带：+原始频带=24+（2∽6）=26∽30 ） 2、一模拟信号频谱如下图所示，求其满足抽样定理时的抽样频率，并画出抽 样信号的 频谱。
•分类 线性编码与解码——具有均匀量化特性的编码与解码
非线性编码与解码——具有非均匀量化特性的编码与解码
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• 通信的分类（分类的依据？）
– 模拟通信、数字通信 – 语音、图像、多媒体、电报、可视电话 – 有线通信、无线通信
通信
有线通信
双绞线 同轴电缆 光纤
无线通信
短波通信 微波通信 卫星通信 移动通信
引例
某人要给他的朋友写一封信，大家想想他需要做哪些工作？
邮
邮
• 1、多媒体会议
• 身处异处的与会者同时参与某一议题的讨 论，相互之间不仅可以听到声音，还能够 看到其他与会者的图像，同时还能够交流 其他信息，包括图片、表格、文字等。
• 所需设施：音频视频采集、处理，网络传 输给远端多媒体会议的PC或工作站。
• 某公司视频会议系统结构 • （V2 Conference 客户端手册）
• 1、自动防空指挥系统
• 2、城市交通管制系统
• 4、其他系统：银行储蓄汇兑、新闻自动编 辑出版、灾情控制与预测、远程会诊等等 。
• 1.2.5 多媒体通信
• 多媒体——多种信息载体，即多种信息传 输、交换、存取的技术和手段。
• 多媒体通信——一种把通信、计算机、电 视三种技术有机结合在一起的新型通信技 术，它不仅可以传输传统的语音与图像信 号，还能传输文字、数据、文件等多种形 式的信号，可以在人与人、人与机器、机 器与机器之间进行。
现代通信技术
——郭慧
中国最大的通信公司
• 华为战略
你见过下面的设备吗？
• 这些机器有一个共同之处，即都是用来传 递、交换信息的！
• 通信——信息的传递和交换的过程。
第一章 概述
• 通信的发展
• 从1838年至今一个多世纪来，通信的发展大致经历了三个 阶段：
• ☻以1838年莫尔斯发明电报为标志的通信初级阶段。 • ☻以1948年香农提出信息论为标志的近代通信阶段。 • ☻以20世纪80年代出现的光纤通信为代表的以及以综合业
• 在我们身边有各种通信现象，如电话、电 报、移动通信等，电话是如何拨出去的？ 电报如何发出去的？你知道吗？
• 1.2.1 电话通信 • 1、电话机的原理
• 2、电话网 • 两部电话用一根导线连接起来即可实现
两个用户之间的通话，但是如果用户多 时，一根导线就解决不了问题，需要一 个中间转接设备供多个用户共同使用，
该设备即 交换机 。
?这里的“交换机”与计算机网络中的
“交换机”是同一个东西吗？功能一样吗？
• 交换机应该具备的功能：
– 发现用户呼叫； – 记录被叫号码； – 判断被叫忙闲； – 若被叫闲能选择一条空闲线路将主、被叫连接
以便进行通话；
– 通话结束时能及时拆线释放； – 同一时间内交换机允许若干用户同时通话。
基站
• 1.2.3 电报通信
• 电报通信----用文字、图片、表格等进行信 息传递和交换的通信系统，通过将文字、 图片等转换成电信号传输到对方再恢复成 文字或图片来实现。
• 电报通信可分为编码电报和传真电报。
• 1、编码电报
• 编码电报——用电码信号来传递信息的通 信系统。
• 例如：国际二号电码用五个电流脉冲组合 而成，有电流为“传号”，无电流为“空 号”，五个电流脉冲的组合来代表32个字 母或数字。（课本page6表格）
• 1.2.2 移动电话通信系统
• 移动通信——至少有一方在移动中进行信 息的传输和交换的通信。
• 移动通信系统一般由移动台（MS）、基站 （BS）、移动业务交换中心（MSC）以及 公众交换电话网（PSTN）构成。
• 基地站和移动台设有收发信机和天馈线等 设备。每一个基地站都有一个可靠通信的 服务范围，称为无线小区。移动交换中心 主要用来处理信息的交换和整个系统的集 中控制管理。大容量的移动电话系统也可 以由多个基地站构成一个移动通信网。
政
政
信
信
信
封
箱
袋
数据链路层 物理层
网络层
传输层
信
应用层
视频
1.1通信系统构成
信息
信号
信号
信息
信源
变换器
信道
反变换器 信宿
干扰/噪声
图1.1 通信系统模型
1.1 通信系统构成
• 小明家新买了一部电话，但是拨什么号码 都拨不出去，为什么呢？
• 小李攒够钱买了部新手机，可是短信发不 出去，电话打不出去，为什么呢？
• 反变换器——变换器的逆变换，把不能被 信息接受者直接接受的信号转换成可以接 受的信息。如电话的受话器把电信号转换 成语声信号。
• 信宿——信息传送的终点，信息的接受者 ，如接电话的人，接受数据信息的电脑等 。
• 噪声源——信道中的各种电磁感应等各种 干扰，在模型中以集中形式表示。
1.2 现代通信业务简介
登录方式
视频会议主页面
Netmeeting视频会议ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ统
• 2、多媒体信息检索
• 利用超文本、超媒体形成多媒体、超媒体 信息的检索系统。
• 3、远程教学
• 由多个教学中心和远程“电子教室”组成 ，用于远程授课以及学习讨论。
• 4、远程医疗
• 通过对媒体信息网络，短时间内将各地医 疗专家集中起来对患者病情进行分析、治 疗，节约时间，挽救生命。
• 只有电话或只有手机不能够进行通信，电 话、手机只是通信系统中的一部分。
1.1 通信系统构成
• 信源——发出信息的信息源，信息的发出 者。
• 变换器——把信源发出的信息变换成适合 在信道上传输的信号。如电话中的送话器 把语声变换成电信号，以适合在电路中传 输。
• 信道——信号传输媒介的总称，信道分为 有线信道和无线信道。有线信道如双绞线 （网线）、同轴电缆、光纤等，无线信道 如微波、激光等。
• 5、视频点播
• 用于家庭娱乐的多媒体系统，由计算机控 制的庞大多媒体数据库向用户提供大量数 据源，并接受从用户端传来的命令，对其 做出响应，如带有机顶盒的有线电视业务 。
1.3 消息、信息与信号
• 1、消息、信息、信号的概念 • 消息——语声、文字、图像等物理载体表
• 2、传真电报
• 传真电报——把待传送的文字、符号、表 格、图片等送入机器，经扫描后利用光电 转换原理把信息转换成电信号，经电路传 输，接收端与发送端同步扫描，将文件复 印出来。
• 1.2.4 数据通信
• 数据通信——在两点或多点之间传送数字 信息（通常以二进制形式）的过程。数据 就是被处理、组织、存储的知识或情报， 实质上数据可以是字母、数字或符号等。