通信原理1.1
通信原理1
通信原理11.1 差不多概念1、通信：通信确实是异地间人与人、人与机器、机器与机器进行信息的传递和交换。
通信的目的在于信息的传递和交换。
2、信息：信息是人类社会和自然界中需要传递、交换、储备和提取的抽象内容。
由于信息是抽象的内容，为了传递和交换信息，必须通过语言、文字、图像和数据等将它表示出来，即信息通过消息来表示。
3、消息：消息是信息的载荷者。
消息有不同的形式，例如语言、文字、符号、数据、图片等。
4、信号：信号是消息的表现形式，消息是信号的具体内容。
信号是消息的载体，是表示消息的物理量。
5、通信系统：我们把实现信息传输过程的全部设备和传输媒介所构成的总体称为通信系统。
1.2 通信系统模型1、一样模型我们把实现信息传输所需一切设备和传输媒介所构成的总体称为通信系统。
以点对点通信为例，通信系统的一样模型如图1-1所示。
图1-1通信系统的一样模型发送设备的作用一方面是把信息转换成原始电信号。
该原始电信号称为基带信号；另一方面将原始电信号处理成适合在信道中传输的信号。
信道是指信号传输通道，按传输媒介的不同，可分为有线信道和无线信道两大类。
接收设备的功能与发送设备相反，即进行解调、译码等。
它的任务是从带有干扰的接收信号中复原出相应的原始电信号，并将原始电信号转换成相应的信息，提供给受信者。
2、模拟通信系统模型传输模拟信号的系统称为模拟通信系统。
如图 l-2 所示。
图1-2 模拟通信系统模型变换器将语音信息变成电信号〔模拟信源〕，然后电信号经放大设备后能够直截了当在信道中传输。
为了提高频带利用率，使多路信号同时在信道中传输，原始的电信号〔基带信号〕一样要进行调制才能传输到信道中去。
调制是信号的一种变换，通常是将不便于信道直截了当传输的基带信号变换成适合信道中传输的信号，这一过程由调制器完成，通过调制后的信号称为已调信号。
在接收端，经解调器和逆变换器还原成语音信息。
3、数字通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。
通信原理 (完整)精选全文
数字通信的主要优点：
(a) 失真的数字信号
(b) 恢复的数字信号
数字信号波形的失真和恢复
数字通信的主要缺点：
➢ 占用带宽大 ➢ 设备复杂 ➢ 同步要求高
宽带通信、压缩编码 VLSI、SOC、ASIC 信号处理技术
应用实例：
➢ 数字传输技术：电话、电视、计算机数据等 信号的远距离传输。
➢ 模拟传输技术：有线电话环路、无线电广 播、电视广播等。
狭义信道
有线信道 无线信道
中长波地波 短波电离层反射 超短波、微波视距传输 超短波、微波对流层散射 卫星中继
编码信道 调制信道
信 源
加 密 器
编 码 器
调 制 器
发 转 换 器
信 道
收 转 换 器
解 调 器
解解 码密 器器
信 宿
发送设备
噪 声
接收设备
广义信道
广义信道
调制信道：
调制器输出端到解调器输入端的所有设备和媒介。 研究调制和解调时，常用调制信道。 连续信道/模拟信道。
eo(t)
e0t htei t nt e0t kt ei t nt
n(t)
n(t): 加性干扰 k(t): 乘性干扰
k t 依赖于网络的特性，k t 反映网络特性对 ei t 的作用。
干扰
加性干扰：本地噪声
始终存在
乘性干扰：非理理想信道 与信号共存
sR t sT tht nt
乘性 加性
增量调制DM
军用、 民用电话
Hale Waihona Puke 差分脉码调制DPCM电视电话、 图像编码
其 他 语 言 编 码 方 式 中低速数字电话 ADPCM、 APC、 LPC
按信号复用方式分类
通信原理知识点
通信原理知识点1.1 通信的概念什么是通信？答：通信就是由一地向另一地传递消息。
1.2 通信系统的构成答：通信系统由信源、发送设备、信道、接收设备与收信者构成。
数字通信的要紧特点抗干扰能力强；差错可控；易于与各类数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网；易于集成化，从而使通信设备微型化；易于加密处理，且保密强度高；可使用再生中继，实现高质量的远距离通信。
1.2 信源编码与信道编码的概念与区别答：概念：信源编码：用适当的方法降低数字信号的码元速率以压缩频带。
信道编码：在信息码组中按一定的规则附加一些码，以使接收端根据相应的规则进行检错与纠错。
区别：信源编码是用来提高数字信号传输的有效性。
信道编码是用来提高数字信号传输的可靠性。
1.3 什么是信息？信息与消息的区别是什么？信息量的计算（看课件内容）答：消息是指通信系统的传输对象，它是事物状态描述的一种具体形式。
信息是指消息中包含的有意义的内容。
设消息所代表的事件出现的概率为P ( x )，则所含有的信息量设有消息x发生的概率为P（x），则所带来的信息量为：连续消息的信息量可用概率密度来描述。
可证明，连续消息的平均信息量(相对熵)为式中，—连续消息出现的概率密度。
x d xfxfxH xx'''-=⎰+-)(log)()(2若a = 2，则信息量的单位为比特(bit ），它代表出现概率为1/2的消息所含有的信息量。
当两个消息等概率时，任一消息所含有的信息量为1比特。
一位二进制数称之1比特，而不管这两个符号是否相等概率。
1.4 衡量通信系统的性能指标有效性、可靠性、安全性、保密性。
1.4 什么是传码率、误码率与传信率？答：码元传输速率是传码率；在传输中出现错误码元的概率叫误码率；信息传输速率叫传信率。
1.5 通信方式单工通信，是指消息只能在一个方向传输的工作方式。
如广播、电视、遥控等。
所谓半双工通信，是指信号能够在两个方向上传输，但不能同时传输，务必是交替进行，一个时间只能同意向一个方向传送。
通信原理教程第三版课后答案
通信原理教程第三版课后答案1. 信号与系统。
1.1 信号的基本概念。
信号是指传递信息的载体，可以是电压、电流、光强等。
根据时间变化特性，信号可以分为连续信号和离散信号两种类型。
1.2 系统的基本概念。
系统是指对输入信号进行处理的装置，可以是电路、滤波器、调制器等。
系统的特性可以通过冲击响应、单位阶跃响应等来描述。
2. 模拟调制与解调。
2.1 调制的基本原理。
调制是将低频信号变换成高频信号的过程，常见的调制方式有调幅、调频、调相等。
2.2 解调的基本原理。
解调是将调制后的信号恢复成原始信号的过程，常见的解调方式有包络检波、同步检波等。
3. 数字调制与解调。
3.1 数字调制的基本原理。
数字调制是将数字信号转换成模拟信号的过程，常见的数字调制方式有ASK、FSK、PSK等。
3.2 数字解调的基本原理。
数字解调是将数字信号恢复成原始数字信号的过程，常见的数字解调方式有包络检波、相干解调等。
4. 传输介质与信道。
4.1 传输介质的分类。
传输介质可以分为导体、光纤、无线电波等，每种介质都有其特点和适用范围。
4.2 信道的特性。
信道的特性包括信噪比、带宽、衰减等，这些特性会影响信号的传输质量。
5. 多路复用技术。
5.1 时分复用。
时分复用是指将多路信号按照时间顺序进行复用的技术，可以提高信道的利用率。
5.2 频分复用。
频分复用是指将多路信号按照频率进行复用的技术，可以实现多路信号的同时传输。
6. 错误控制编码。
6.1 码的基本概念。
编码是将原始信号转换成另一种形式的过程，常见的码有奇偶校验码、循环冗余校验码等。
6.2 错误控制编码的原理。
错误控制编码可以通过增加冗余信息来实现对传输中出现的错误进行检测和纠正。
7. 数字信号处理。
7.1 采样定理。
采样定理规定了对于一个带限信号，如果采样频率大于其最高频率的两倍，就可以完全恢复原始信号。
7.2 量化与编码。
量化是将连续信号转换成离散信号的过程，编码是将离散信号转换成数字信号的过程。
通信原理第一章
任何人、任何时候在任何地方以任意的方式进行通信。
1.1.1 通信系统的一般模型（主要培养全局系统的概念） 通信: 从一地向另一地传递和交换信息。
通信系统：实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质基于点与点之间的通信系统的模型用图1 -1 来描述。
送设备信道接收设备受信者噪声源接收端信息源：消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为基带信号。
包括：电话机、电视摄像机和电传机、计算机等。
前者是模拟信源，输出模拟信号；后者是数字信源，输出数字信号。
发送设备：将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。
变换方式是多种多样的，比如：放大、调制、编码等等； 信道：指传输信号的物理媒质。
包括：大气（自由空间）、明线、电缆或光纤。
模拟信号：凡信号参量的取值是连续的或取无穷多个值的，且直接与消息相对应的信号。
数字信号：凡信号参量只能取有限个值，并且常常不直接与消息相对应的信号。
通信系统分为模拟通信系统+数字通信系统。
1. 模拟通信系统模型图1-4 模拟通信系统模型信息源调制器信道解调器受信者噪声源课程重点调制器：原始基带信号变换成适合信道传输的信号；从信号与系统的角度：调制器=频带搬移。
调制后的信号称为已调信号、频带信号。
已调信号有三个基本特征：一：携带有完整的基带信息二：适合在信道中传输三：信号的频谱具有带通形式且中心频率远离零频，因而已调信号又称频带信号。
信道编译码 数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干扰等，将会引起差错。
为了减少差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），组成所谓“抗干扰编码”。
接收端的信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。
作用：提高通信系统抗干扰能力。
数字调制与解调 把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。
基本的数字调制方式有振幅键控ASK、频移键控FSK、绝对相移键控PSK、相对（差分）相移键控DPSK。
通信原理讲义
通信原理讲义第一章绪论1．1 通信系统的组成1．1．1 通信一般系统模型点对点通信模型：反映了通信系统的共性。
连续消息：状态连续变化的消息（如语音、图像），也称为模拟消息。
●消息与电信号之间必须建立单一的对应关系。
通常，消息被载荷在电信号的某以参量上。
数字信号：电信号的参量携带离散消息，该参量离散取值。
模拟信号：电信号的参量携带连续消息，参量连续取值。
●相应的通信系统分成两类数字通信系统模拟通信系统●模拟信号与数字信号之间可以相互转换在信息源中使用模-数（数-模）转换器，接受端使用数-模（模-数）转换器。
●数字通信比模拟通信更能适应对通信技术越来越高的要求（1）数字传输的抗干扰能力强，中继时可以消除噪声的积累；（2）传输差错可以控制；（3）便于使用现代数字信号处理技术对信息进行处理；（4）易于加密处理；（5）可以综合传递各种消息，增强系统功能。
●模拟通信系统模型（点对点）调制器：将基带信号转变为频带信号的设备。
解调器：将频带信号转变为基带信号的设备。
模拟通信强调变换的线性特性，既已调参量与基带信号成比例。
● 数字通信系统模型（点对点） 强调已调参量与基带信号之间的一一对应。
数字通信需要解决的问题：（2） 编码与解码：通过差错控制编码消除噪声或干扰造成的差错； （3） 加密和解密：对基带信号进行人为“搅乱”；（4） 同步：发送和接收节拍一致，包括：位同步（码元同步）和群同步、帧同步、句同步或码组同步。
数字通信模型：1．2 通信系统的分类及通信方式 1．2．1 通信系统分类● 按消息的物理特征分类电报通信系统 电话通信系统 数据通信系统图像通信系统 ● 按调制方式分类基带传输线性调制载波调制 非线性调制 频带传输 数字调制脉冲模拟调制脉冲调制消息 消息消息消息脉冲数字调制●按信号特征分类模拟通信系统数字通信系统●按传输媒介分类有线无线1．2．2 通信方式分类●点对点通信，按传送方向与时间关系：单工通信：消息只能单方向传输半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收发全双工通信：通信双方可同时进行收发●数字通信中，按数据信号码元排列方式：串行传输：数字信号码元序列按时间顺序一个接一个的在信道中传输，适合远距离传输。
通信原理 1-1_概述
西安工业大学
计算机学院信控系
计算机 通信
第一章 绪论
1.2 数据通信的基本概念
1.2.1 通信术语 1、消息（message） 、消息（ ） 是通信系统中传输的具体对象。消息的形式是多样的， 是通信系统中传输的具体对象。消息的形式是多样的， 传输的具体对象 它包括符号，文字，语音，数据，图像，视频等。 它包括符号，文字，语音，数据，图像，视频等。 同一种信息的内容可用不同形式的消息来表达。 同一种信息的内容可用不同形式的消息来表达。例如 天气预报可用文字消息，也可用话音消息来表达。 天气预报可用文字消息，也可用话音消息来表达。 2、信息（information） 、信息（ ） 消息所包含的内容。 是消息所包含的内容。例如每天的天气预报是一 种消息，预报中告知某日某时的天气情况如何， 种消息，预报中告知某日某时的天气情况如何，就 是该消息所包含的“信息” 即消息的含义。 是该消息所包含的“信息”，即消息的含义。
西安工业大学 计算机学院信控系
计算机 通信
第一章 绪论
通信系统举例： 通信系统举例：智能大楼
• 智能大楼的定义有两种
– 通过对建筑物的结构、系统、服务和管理四个基本要素以 结构、系统、服务和管理 结构 及它们之间内在关联的最优组合，提供一个投资合理并且 高效、舒适、便利的环境。 • 这种定义从用户观点 从用户观点出发，突出了智能大楼在管理和信 从用户观点 息传输以及服务方面的特点。 – 在大楼建设中建立一个独立的局域网，通过结构化布线系 统组成一个集成环境，连接用户的各种设备，让大楼的管 理机构能够随时监测，并能自动采取相应的措施。 • 这种定义突出智能大楼“智能”的根本 智能大楼“ 智能大楼 智能”的根本所在——信息传 输系统
第一章 绪论
通信原理第1章
1.5.1 数字通信系统有效性指标的具体表述
*码元传输速率通常又可称为码元速率、数 码率、传码率、码率、信号速率或波形速率。
码元速率：指单位时间(每秒钟)内传输码
元的数目，用符号RB来表示。
➢码元速率：RB － 波特(B) 码元速率RB与信号的进制数无关，只与 码元宽度Tb有关：
RB
1 Tb
通常在给出系统码元速率时，有必要说 明码元的进制，多进制(N)码元速率RBN与二 进制码元速率RB2之间，在保证系统信息速率 不变的情况下，相互可转换，转换关系式为 :
象等 6. 按收信者是否运动分:固定与移动 7. 按信号复用方式分：TDM、FDM、CDM
1.3.2 通信方式
1. 按消息传送的方向与时间分
A
信道
B
(a)
A
信道
B
(b)
A
信道
B
(c)
(a) 单工方式； (b) 半双工方式； (c) 全双工方式
2. 按数字信号排序分
101
发 送 设 备
接 收 设 备
解： 信源输出的信息序列中，A出现23次，B出现14次， C出现13次，D出现7次，共有57个。
该信息源总的信息量为 ：
1.5 通信系统的主要性能指标
有效性和可靠性的关系（速度～质量） 模拟通信系统性能指标：
有效性指标：单位时间内传送的信息量 可靠性指标：均方误差 数字通信系统性能指标： 有效性指标：传输速率 可靠性指标：差错率
一种前所未有、方便快捷的通信手段。
(10)因特网。因特网的出现意味着信息时代的到 来，地球变成“地球村”。
通信发展现状和趋势
1)融合趋势：PSTN、CATV、计算机网络三网业务 融合；语音和数据融合；电域与光域融合；移动与 WLAN融合
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• 按信号参量的取值方式不同可把信号分为 模拟信号：取值连续，例如语音 数字信号：取值离散，例如数据
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• 模拟信号：信号参量的取值是连续的或取无穷多个值， 且直接与消息相对应的信号
– 传统广播： FM, AM。对应的DAB版本？？
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1.1 通信的发展
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• 通信的发展
– 通信
• 信息的传输与交换
– 古代通信的起源
• 两类通信方式
– 利用人力或机械的方式传递信息——运动通信 – 利用电（包括电流、无线电波或光波）传递信息——电信 » 电磁波传输的速度
– 近代通信的发展
通信原理实践教程
大连海事大学信息科学技术学院
主讲：何荣希 Email：hrx@ Tel：84723130（O）
2014年3月
教材： 王旭东，何荣希，通信原理实践教程，大连海事大学出版社， 2011年1月。
课程安排： 主讲：何荣希 88学时，占90分
期末考试70分
平时不定期随堂测验+作业 20分
信 息 源 加 密 器 编 码 器 调 制 器 信 道 解 调 器 译 码 器 解 密 器 受 信 者
数字通信系统模型
加密与解密
噪声源
一般模型的具体化
信息源：产生数字信号—— A/D • 加密：为了保证所传信息的安全，人为将传输的数字序列扰乱， 即加上密码
DVB里面频道CNN、BBC
• 解密：在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序
为通信双方制定通信方 式，并创建、注销会话
本门课程主要解决点对 点通信系统的问题 多点通信——计算机通 信网 点对点通信：
•
提供端到端数据交换机制， 为端到端连接提供流量控 制、差错控制、QoS等：TCP 路由和寻址功能，使两 终端系统能够互连且决 定最佳路径：IP 在两个网络实体之间 提供数据链路连接的 创建、维持和释放管 理：HDLC、LLC 涉及物理接口、原始 比特流传输：RS232
• 基带：信号的频谱从零频附近开始 – 语音信号为300～3400Hz，图像信号为0～6MHz
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模拟信息源 基 带 信 号
调制器 频 带 信 号
信道 频 带 信 号
解调器 基 带 信 号
受信者
噪声源
– 基带信号的特点
• 具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输
• 需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号，并 可在接收端进行反变换——需要调制器和解调器（第3章）
根据噪声来源分内部噪声和外部噪声，外部噪声往往是从信道引入的
信道：传输信号的物理媒质
无线信道：大气（自由空间） 有线信道：电缆、光纤、架空明线 媒质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量（上限） 根据研究对象的不同，对实际的物理媒质建立不同的数学模型来反映 传输媒质对信号的影响
数据链路层：邮局中 的装拆箱工人 物理层：邮局中的搬 运工人
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Open Systems Interconnection (OSI) model
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第一章 通信系统概论
• • • • • • • 通信的发展 通信系统的组成 信息及其度量 通信系统分类 主要性能指标 信道及噪声 信道容量
点对点通信（任意两个设备）
Open Systems Interconnection (OSI) model
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应用层：老板
Data Unit Layer
7. Application
Function
Network process to application
Data representation, encryption and decryption, convert machine dependent data to machine independent data Interhost communication End-to-end connections and reliability, flow control Path determination and logical addressing Physical addressing Media, signal and binary transmission
– 离散（数字）消息：符号、数据 – 连续（模拟）消息：话音、活动图像
– 信息：
• 消息中所包含的人们原来不知而待知的内容（消息的有效内 容） • 不同消息可有相同内容
– 天气预报时“晴天”可用汉字或符号表示——不同形式的消息，载 有相同的信息
– 信号：
• 消息的载体 • 通信系统中传输的是信号
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受信者（信宿）：传输信息的归宿点，将复原的原始信号转换成相 应的消息
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通信系统的组成（Cont.）
信息源 发送端 噪声源 发送设备 信道 接收设备 接收端 受信者
点对点通信系统的一种简化模型
发送设备
将信息源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号
将信息源和信道匹配起来：调制——频谱搬移 接收设备
【注意】 消息传递过程中，不仅只有这两种变换。实际通信系统中还 有滤波、放大、控制等高频过程。由于Modem对信号的变化 起决定性作用，而其他过程对信号不会发生质的变化，只是 对信号进行放大或改善信号特性，因而简化讨论
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数字通信系统
利用数字信号来传递信息的通信系统
0 1
t
数字信息
0
0
1
1
1
0
0
1
数字信号波形
PSK波形
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ(b)
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模拟通信系统
– 利用模拟信号来传递信息的通信系统
模拟信息源 基 带 信 号 调制器 频 带 信 号 信道 频 带 信 号 解调器 基 带 信 号 受信者
噪声源
模拟通信系统模型
一般模型的具体化
– 信源发出的原始电信号是基带信号
列进行解密，恢复原来信息
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加密/解密（Cont.）
Frequency Hopping（跳频技术）——CDMA的前身
在美国的专利局1942年8月11日通过，专利号为2292387的“保密通信系统”专利
1985年美国一家名不见经传的小公司在跳频技术基础上，悄悄研发出CDMA无线数 字通信系统——高通，现在已成为全球500强大公司
• 模拟信号：连续信号，连续是指信号的某一参量可以 连续变化，或者说在某一取值范围内可以取无穷多个 值，而不一定在时间上也连续
f (t)
/view/91045.htm
O
f (nT )
t
PAM信号
O
(a)
t
模拟信号波形
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• 数字信号
完成与发送设备相反的变换，从带有干扰的接收信号中正确恢 复出相应的原始基带信号来
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通信系统的组成（Cont.）
信息源 发送端 噪声源 发送设备 信道 接收设备 接收端 受信者
点对点通信系统的一种简化模型
噪声源：通信系统中各种设备自身及信道中固有的各种噪声（干扰） 的集中表示——打电话时听到的沙沙声
表示层：公司中演示 稿老板、替老板写信 的助理
会话层：公司中收寄 信、写信封与拆信封 的秘书 传输层：公司中跑邮 局的送信职员 网络层：邮局中的排 序工人
Data
6. Presentation
5. Session
Segment
4. Transport
TCP/IP 简化为 5层
Packet/Datagram 3. Network Frame Bit 2. Data Link 1. Physical
信 道
解 调 器
译 码 器
解 密 器
受 信 者
噪声源
编码与译码——信源编码与译码、信道编码与译码 • 信源编码与译码
基本部分为压缩编码，用以减少数字信号的冗余度，提高数字信号 的有效性 将模拟消息源给出的模拟消息转变成数字信号（本教材重点内容之 一，在第5章讨论） 信源译码是信源编码的逆过程
主要参考书
樊昌信，张甫翊，徐炳祥，吴成柯，通信原理（第5版）， 国防工业出版社，2001年5月。
樊昌信，曹丽娜，通信原理（第6版），国防工业出版社， 2007年8月。 樊昌信，通信原理教程（第2版），电子工业出版社，2008 年6月。
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直接和应用程序接口并提供常 见的网络应用服务：HTTP、 FTP、TELNET、SMTP 为不同终端的上层用户提供数 据和信息正确的语法表示变换 方法：加解密、压缩/解压
• 1820年安培发明电报通信——近代数字通信的开始 • 1876年贝尔发明电话——模拟通信的开始
– 低频，高频等课程
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• 消息、信息和信号
– 通信的目的是传递消息中包含的信息 – 消息：
• 有待传输的具体内容，有不同形式：符号、文字、话音、音 乐、数据、活动图像 • 根据状态变化情况分
模拟通信系统模型、数字通信系统模型 设计思想：拆分问题，便于分析，便于升级（OSI分层模型）
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