通信原理_第1讲_确知信号_电08
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通信原理_确知信号
n
C12 e
j 2nf 0
R12 ( )
n
C12 ( f ) ( f nf 0 )e j 2 nf0 df
R ( ) R12 ( )
互能量谱密度的定义为：
S12 ( f ) S1* ( f )S 2 ( f )
R12 ( ) S12 ( f )e
j 2f
df
S12 ( f ) R12 ( )e j 2f d
第 2章
确知信号
2.3.4 功率信号的互相关函数
T /2 2
T0 / 2
T0 / 2
(2.2-45) s 2 (t )dt
2 (2.2-46)
1 P T0
T0 / 2
T0 / 2
s (t )dt
2
n
C
n
利用函数可将上式表示为
式中
n
C( f ) ( f nf 0 )df (2.2-47)
s(t ) S ( f )e j 2ft df
注意：在针对能量信号讨论问题时，也常把频谱密度简称为频 谱。 实能量信号：负频谱和正频谱的模偶对称，相位奇对称，即复 数共轭，因
s(t )e
j 2ft
dt s(t )e j 2ft dt ,
(2.3-10)
当 = 0时，自相关函数R(0)等于信号的平均功率：
1 T /2 2 R (0) lim s (t )dt P T T T / 2 功率信号的自相关函数也是偶函数。
精品课件-通信原理-第1章
第1章 通信原理概述 图1.2.4 测量系统模型
第1章 通信原理概述
这类系统主要由4个部分组成： 信号源、待测物体(中介 体)、信号检测(比较)部分和接收终端(显示)。此类系统中， 信号源发出的信号是已知的，一路作为标准信号，另一 路为经待测物体后变化的信号，根据两路信号的变化量来判断 待测物体的特征，即通过系统主要测量信号经过中介体后的变 化，来判断中介体的特征。
无线广播通信系统中的调制是将基带信号附加到合适的载 波信号上，以便在信道上进行传输。针对不同的系统有不同的 处理方式，比如上面介绍的无线广播通信系统中的调制，是由
第1章 通信原理概述
由于消息存在着许多不同的类型以及不同的传输方法， 因此产生了种类繁多的通信系统。
为了分析消息传输的实质，可以把各类通信系统共性及基 本组成概括为一个一般模型。不管何种通信系统，信息总是由 发送端通过信道传递到接收端的。因此，通信系统的一般模型 如图1.2.3
第1章 通信原理概述
有些信号没有确定的数学表示式，当给定一个时间值时， 信号的值并不确定，通常只知道它取某一数值的概率，这种信 号称为随机信号或不规则信号。严格地说，所有的信号都是随 机信号。因为对于接收者来说并不能确定地预知信号在某一瞬 间应取何值。研究随机信号时应该用统计的观点和方法。图 1.3.2(ｂ)所示为随机信号的波形举例，我们无法确定在某一
接收设备的作用则是完成发送设备的逆变换，它把接收的
第1章 通信原理概述
信宿是信息到达的目的地，信息通过接收的信号还原为原
噪声可以由消息的初始产生环境、构成变换器的电子设备、传 输信道以及各种接收设备等所有信号传输环节中的一个或几个 产生，为分析方便起见，在模型中把噪声集中由一个噪声源表
根据研究的对象或关心的问题的不同，还可以出现不同形 式的具体通信系统模型，比如雷达、声纳及地震法勘测等测量 系统，如图1.2.4
通信原理第2章确知信号
30
小结(对比表格)
第二章 确知信号
能量(或功率)
能量信号
E s(f)2df
谱密度
| S( f ) |2
功率信号
P Cn 2 n
C(f)2(f n0f)
整理ppt
31
第二章 确知信号
2.3确知信号的时域性质
时域的主要性质有： 自相关性和互相关性
相关性：信号之间的相关程度。
整理ppt
32
偶函数，所以频谱是实函数。
整理ppt
19
第二章 确知信号
2.2.2能量信号的谱密度
设一个能量信号为 s (t ) ，则将它的傅
里叶变换 S( f )定义为它的频谱密度：
S(f) s(t)ej2ftdt
s(t) S(f)ej2ftdt
整理ppt
20
第二章 确知信号
频谱和频谱密度的区别：
功率信号的频谱：傅里叶级数复数形式的系数
例2-9 试求周期性信号 s(t)Acot s()
的自相关函数。
解：先求功率谱密度，再求自相关函数。
信号基频为：
f0
1
2
1
Cn
T0
T0 2 T02
s(t)ej2n0ftdt 1 2
Acots()ejndt t
A[ej sin1(n)ej sin1(n)] ｎ０ ,１ ,２ ,.
2 (1n)
1
T0
TT00//22s2(t)dtN Cn2
即信号功率P
S( f )，则
整理ppt
巴塞伐尔(Parseval)定理 28
第二章 确知信号
（1）能量谱密度
s2(t)d t S(f)2df
即信号能量E
通信原理第1章全书课件
“烽火戏诸侯”的故事就是古代应用光通信的见证，
它证明光通信在中国的应用至少可以追溯到公元前800
年。
二、鸿雁传书
“鸿雁传书”的典故，出自《汉书·苏武传》中“苏武牧羊”的故 事。据载，汉武帝天汉元年（公元前100年），汉朝使臣中郎将苏武出 使匈奴被鞮侯单于扣留，他英勇不屈，单于便将他流放到北海（今贝 加尔湖）无人区牧羊。19年后，汉昭帝继位，汉匈和好，结为姻亲。 汉朝使节来匈，要求放苏武回去，但单于不肯，却又说不出口，便谎 称苏武已经死去。后来，汉昭帝又派使节到匈奴，和苏武一起出使匈 奴并被扣留的副使常惠，通过禁卒的帮助，在一天晚上秘密会见了汉 使，把苏武的情况告诉了汉使，并想出一计，让汉使对单于讲：“汉 朝天子在上林苑打猎时，射到一只大雁，足上系着一封写在帛上的信， 上面写着苏武没死，而是在一个大泽中。”汉使听后非常高兴，就按 照常惠的话来责备单于。单于听后大为惊奇，却又无法抵赖，只好把 苏武放回。
8. 控制系统设计和测试。
MATLAB/SystemView 通信原理实验与系统仿真 （第2版） 曹雪虹 杨洁 童莹 编著 清华大学出版社
四、考查方式
• 综合成绩按照平时成绩占60%、期末卷面成绩占40% 算；
• 平时成绩包括签到、课堂互动、章节测验、作业等环 节；
• 期末卷面成绩做为期末成绩，题型分别为判断题、选 择题、填空题、综合题。判断题、选择题和填空题主 要源于学习通发布的章节测验，综合题主要源于课上 讲解的例题和课下布置的作业题；
古代通信
一、烽火传军情
“烽火”是我国古代用以传递边疆军事情报的一种 通信方法，始于商周，延至明清，相习几千年之久，其 中尤以汉代的烽火组织规模为大。在边防军事要塞或交 通要冲的高处，每隔一定距离建筑一高台，俗称烽火台， 亦称烽燧、墩堠、烟墩等。高台上有驻军守候，发现敌 人入侵，白天燃烧柴草以“燔烟”报警，夜间燃烧薪柴 以“举烽”（火光）报警。一台燃起烽烟，邻台见之也 相继举火，逐台传递，须臾千里，以达到报告敌情、调 兵遣将、求得援兵、克敌制胜的目的。
通信原理基础知识.ppt
1T
2. 直流分量：
vdc
v(t)
lim
T
2T
v(t)dt
T
周期为T0的周期信号v(t)，
v(t) lim 1 T v(t)dt 1 T0 /2 v(t)dt
T 2T T
T0 T0 / 2
[ ] lim 1 T [ ]dt T 2T T
2021/3/23
时间平均运算符
4/135
2021/3/23
32/135
另一方面，再来考察某一时刻 ti ,噪声电压的取值：
该取值是不唯一的，是一个随机变量。记为: X ti ，
在不同时刻是不同的随机变量，因而可以说随机过程是 随机变量随时间变化的过程，或者说随机过程是一簇无穷多 个随机变量的集合。记为：
X t, X t1, , X t2, , , X ti, ,
从实验可见，热噪声的变化过程不能用一个（或几个） 确定的时间函数来描述，但它可以用一簇无穷多个样本函数来 描述。随机过程（如热噪声电压）既是样本的函数，也是时间 的函数。 热噪声电压表示为：
X t, X t,1, X t,2 , , X t,n ,
简记为： X t x1 t, x2 t, , xn t,
✓ 随机事件域（ Random Event Field） 随机事件域 F：由样本空间的全体子集构成。
2021/3/23
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✓ 概率 事件是随机的。赋予事件一个出现可能性 的度量值，称为概率（Probability）。
常由相对频率（Relative frequency）来计算，
P
A
试验中A出现的次数 总试验次数
的样本点，记为ξ。
2021/3/23
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《通信原理》第六版课件(全)
发送设备：产生适合于在信道中传输的信号。 信道：将来自发送设备的信号传送到接收端的物理
媒质。分为有线信道和无线信道两大类。 2021/8/18 噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。
第1章 绪论
接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电 信号。
受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如 扬声器等。
x3,…,
1
xM
所包含的信息量分别为
log2 P(x1) ， log2 P(x2 ) ， ， log2 P(xM )
于是，每个符号所含平均信息量为
H (x) P(x1)[ log2 P(x1)] P(x2 )[ log2 P(x2 )] P(xM )[ log2 P(xM )]
M
P(xi )lo g2 P(xi ) (比特 / 符号） i 1
2021/8/18
第1章 绪论
若用熵的概念来计算：
H
3 8
log
2
3 8
1 4
log 2
1 4
1 4
log 2
1 4
1 8
log
2
1 8
1.906 （比特 / 符号）
则该消息的信息量
I 57 1.906 108.64 (b)
以上两种结果略有差别的原因在于，它们平均处 理方法不同。前一种按算数平均的方法，结果可能存 在误差。这种误差将随着消息序列中符号数的增加而 减小。
(1.4 6)
2021/8/由18 于H(x)同热力学中的熵形式相似，故称它为信息源的熵
第1章 绪论
【例1】 一离散信源由“0”，“1”，“2”，“3”四个符 号组成，它们出现的概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8， 且每个符号的出现都是独立的。试求某消息
媒质。分为有线信道和无线信道两大类。 2021/8/18 噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声。
第1章 绪论
接收设备：从受到减损的接收信号中正确恢复出原始电 信号。
受信者（信宿）：把原始电信号还原成相应的消息，如 扬声器等。
x3,…,
1
xM
所包含的信息量分别为
log2 P(x1) ， log2 P(x2 ) ， ， log2 P(xM )
于是，每个符号所含平均信息量为
H (x) P(x1)[ log2 P(x1)] P(x2 )[ log2 P(x2 )] P(xM )[ log2 P(xM )]
M
P(xi )lo g2 P(xi ) (比特 / 符号） i 1
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第1章 绪论
若用熵的概念来计算：
H
3 8
log
2
3 8
1 4
log 2
1 4
1 4
log 2
1 4
1 8
log
2
1 8
1.906 （比特 / 符号）
则该消息的信息量
I 57 1.906 108.64 (b)
以上两种结果略有差别的原因在于，它们平均处 理方法不同。前一种按算数平均的方法，结果可能存 在误差。这种误差将随着消息序列中符号数的增加而 减小。
(1.4 6)
2021/8/由18 于H(x)同热力学中的熵形式相似，故称它为信息源的熵
第1章 绪论
【例1】 一离散信源由“0”，“1”，“2”，“3”四个符 号组成，它们出现的概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8， 且每个符号的出现都是独立的。试求某消息
通信原理第一章zjsPPT课件
二 通信系统
1.消息
消息是物质或精神状态的一种反映，在不同的时期有不同的表现形式。
例如：文字、数据…、话音、音乐、图形、图象… 前者称为离散消息—消
息的状态是可数或离散的；后者称为连续消码息元—消息的状态是连续变化的
2.信息
消息的有效内容。不同消息t可有相同内容
t
3.信号
信号是消息传递的物质载体，与消息一一对应的电参数。消息是寄托
塞缪尔·莫尔斯
(Samuel Finley Breese Morse，1791~1872)
一名成功的画家。 1826年至1842年任美 国画家协会主席
在一次远洋旅途中，莫尔斯结 识了杰克逊医生(一位电学博士)。 闲聊中谈到电磁感应现象从此， 莫尔斯走上了科学发明的崎岖道 路。终于在1837年9月4日，莫尔 斯制造出了一台电报机
在号；电若信该号的参某量一是个连参续量取上值，的若则该称t参连量续是信离号散或取模值拟的信就号称离散信号或数字信t 4.通信系统
传输信息所需的一切技术设备的总称
三 通信的发展简史
1.第一阶段 － 信号、语言
古代通信的起源 —烽火戏诸侯
相传，周幽王为博取爱妃褒 姒一笑，曾在骊山烽火台举烽 火戏弄诸侯。而当犬戎攻入骊 山，幽王再次下令点燃烽火时， 各诸侯却无人来救，幽王被杀， 褒姒被掳，西周灭亡
一 什么叫通信？
1.传统的理解
信息的传输。通信的目的就是传递消息中所包含的信息
2.现代通信
一般是指“电通信”，通常以语音、图象、数据为媒体，通过电信号 (光信号)将信息由一个地方传到另一个地方
通信包括传输、复用、交换和网络等四大技术，本课程主要涉及传输 原理
3.电通信
消息的传递通过电信号来实现。用电信号携带所要传递的信息，然后 经过各种电信道进行传输，达到通信的目的
《通信原理》课件
互联网通信技术及应用
互联网通信技术
01
介绍互联网通信技术的发展历程，包括TCP/IP协议、路由器、
交换机等关键技术的特点和作用。
互联网通信网络
02
介绍互联网通信网络的结构和组成，包括局域网、城域网、广
域网等不同网络的特点和应用。
互联网通信应用
03
介绍互联网通信在各个领域的应用，如电子邮件、即时通讯、
通信协议的标准化组织
国际电信联盟（ITU）
是全球最大的电信标准化组织，负责制定全球电信标准。
Internet工程任务组（IETF）
是负责制定互联网标准的组织，包括TCP/IP协议族和其他互联网相关标准。
电气电子工程师协会（IEEE）
是一个全球性的专业组织，负责制定电气和电子工程领域的标准，包括通信协议标准。
在线视频会议等。
感谢观看
THANKS
信源
产生需要传输的信息，如话筒 、摄像头等。
信道
传输信号的媒介，如无线电波 、光纤等。
信宿
接收并使用信息的设备或人， 如扬声器、显示器等。
通信系统的分类
有线通信
利用导线或光缆传输信号，如电话线、光纤 等。
模拟通信
传输连续变化的信号，如调频广播。
无线通信
利用电磁波传输信号，如手机、卫星通信等 。
数字通信
01
通信协议的分层结构是指将通信 协议划分为不同的层次，每个层 次都有特定的功能和协议规范。
02
常见的分层结构包括OSI七层模 型和TCP/IP四层模型。
OSI七层模型包括物理层、数据 链路层、网络层、传输层、会话 层、表示层和应用层。
03
TCP/IP四层模型包括网络接口层 、网络层、传输层和应用层。
通信原理课件第1章 绪论
2021/1/17
6
1.2.3 数字通信系统模型
1.数字通信系统模型
信
信
数
数信
信
信
源
加
道
字
信
字
道
解
源
信
编
编
调
解译
译
源
码
密
码
制
道
调
码
密
码
宿
器
器
器
器器
器
噪声源
图1.3 数字频带通信系统模型 ★ 一般数字通信系统的收端要有同步的功能
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7
2. 数字通信的优点
（1） 抗干扰能力强，可多次再生，无噪声积累； （2）自动检错、纠错，降低误码率，提高传输质量； （3）便于对信息处理、变换、存储； （4）设备便于集成化、小型化； （5）便于加密处理，保密性好。
2021/1/17
发
接
送
收
设
设
备
备
(a)串行传输
发
接
送
收
设
设
备
备
（b）并行传输
13
3.按同步方式分类
按同步方式的不同，可分为同步通信和异步通信。
同步通信——是指在约定的通信速率下， 发送端和接收 端的时钟信号频率始终保持一致。“同步通信”的通信 双方必须先建立同步，即双方的时钟要调整到同一个频 率。收发双方不停地发送和接收连续的同步比特流。 异步通信——是指通信中两个字符之间的时间间隔是不 固定的，而在一个字符内各位的时间间隔是固定的。
消息中所含信息量的大小与消息发生的概率有关。 一件事发生的概率愈小，愈使人感到意外的惊喜，在 这种情况下消息所含的信息量就愈大。 若消息出现的概率0，说明消息的信息量趋于无穷大； 若消息出现的概率1，说明消息的信息量为0。
第2章 确知信号 东南大学通信原理课件
2
就可得到
C
1 / 2
d
f
2 n
2
1 / 2
f
d
我们知道 函数的性质，有
cn 是n0分量的平均功率，利用冲击
2
C( f )
n
( w nw0 )dw
n
C
2 n
所以： ( w) 2 f
周期信号是 1 1 P lim 功率型信号！ | x(t ) | dt lim | x(t ) | dt T nT
2
n lim n nT 0
T0 / 2 1 2 | x ( t ) | dt lim | x ( t ) | dt T0 / 2 T0 n T0 / 2 T0 / 2 2
F ( ) F ( ) e j ( )
20
2.2 确知信号的频域性质
能量和功率计算的第一种方法：
能量：
E f (t )dt
2
1 lim 功率： P T T
T /2
T / 2
f (t ) dt
2
通过时域函数计算
21
2.2 确知信号的频域性质
能量和功率计算的第二种方法：
E s 2 (t )dt ( J )
如果信号能量值有限，则信号s(t)为能量信号。
7
2.1 信号的分类与特性
在所分析的区间 (, ,) 能量为有限值的信号称为能 量信号，满足条件：
s (t )dt
2
一般持续时间有限的瞬态信号是能量信号。
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第14章 通信网
基础 核心 扩展
第5、6、7、9章！
第9页
第1章 绪论
1.1 通信的基本概念 1.2 通信系统的组成
1.3 通信系统分类与通信方式
1.4 信息及其度量
1.5 通信系统主要性能指标
1.6 小结
第10页
第1章 绪论
1.1 通信的基本概念
一、通信技术发展回顾
伟大的事业总离不开
人物
赫兹是一个短命的物理学家。 他于1894年逝世时，年仅37岁。
1886年29岁发现电磁波，其后不到6 年，意大利的马可尼、俄国的波波夫分 别实现厂无线电传播，并很快投人实际 使用。其他利用电磁波的技术：无线电 报（1894年）、无线电广播（1906年）、 无线电导航（1911年）、无线电话 （1916年）、短波通讯（1921年）、无 线电传真（1923年）、电视（1929年）、 微波通讯（1933年）、雷达（1935年）， 以及遥控、遥感、卫星通讯、射电天文 学……它们使整个世界面貌发生了深刻 的变化。 赫兹关于电磁波的实验，为无线电 技术的发展开拓了新的道路，构成了现 代文明的骨架，后人为了纪念他，把频 率的单位定为赫兹。
麦克斯韦的主要科学贡献在电磁学方面，同时在天体物理学、气体分子运动论、热 力学、统计物理学等方面，都作出了卓越的成绩。正如量子论的创立者普朗克（Max Plank l858—1947）指出的：“麦克斯韦的光辉名字将永远镌刻在经典物理学家的门扉 上，永放光芒。从生地来说，他属于爱丁堡；从个性来说，他属于剑桥大学；从功绩来 说，他属于全世界”。 第13页
1837 1864 1876 1886 1906 1918 1925 1936 1937 1938 1940 莫尔斯 有线电报 麦克斯韦尔 预测电磁波存在 贝尔 电话 赫兹 发现电磁波 真空管 调幅无线电广播 三路明线载波电话 多路通信 调频广播 脉冲编码调制 电视广播 二战刺激 雷达和微波系统发展 1948 1950 1956 1957 1958 1960 1961 1962 1960 1970 1980 晶体管 香农 IT 通信统计理论建立 时分多路通信 应用于电话 越洋电话铺设 第一颗人造卫星发射 第一颗通信卫星发射 发明激光 发明集成电路 第一颗同步通信卫星 PCM 进入实用 彩电 数字传输理论 高速计算机 LSI 商用卫星 程控交换 光纤通信 SLSI 长波光纤通信 ISDN 3G
通信原理
电子信息工程学院
College of Electronics & Information Engineering,
夏 舸
xiaboat@
第1页
教材与参考书
采用教材：普通高校“十一五”国家级规划教材
通信原理（第6版）樊昌信 曹丽娜 编著
国防工业出版社 2006年9月第6版 参考教材：现代通信原理，曹志刚
从此，莫尔斯走上了科学发明的崎岖道路。为了维持生活，莫尔斯于 1836年不得不重操旧业，担任纽约大学艺术及设计教授。课余时间，他仍然 继续从事电报发明工作。终于在1837年9月4日，莫尔斯制造出了一台电报机。 1844年5月24日，在华盛顿国会大厦联邦最高法院会议厅里，进行电报 发收试验。年过半百的莫尔斯在预先约定的时间，兴奋地向巴尔的摩发出人 类历史上的第一份电报。他的助手很快收到那份只有一句话的电报：“上帝 创造了何等的奇迹!”
清华大学出版社
第2页
教材与参考书
第3页
关于课程
课程类型：专业必修课
教学对象：电信学院本科生
学
考
时：4*16=64
核：平时成绩30％（考勤、作业、课堂表现）
期末考试70％（闭卷）
第4页
关于课程
上课时间：周一：3-4节，06-106
& 周四：3-4节，06-106
不得迟到、早退、缺课，有事请假 上课时请关闭手机 迟交的作业恕不批改，只作记录
熟能生巧！
“三多”！
第8页
内容
第1章 绪论
第2章 确知信号 第3章 随机过程 第4章 信道 第5章 模拟调制系统 第6章 数字基带传输系统 第7章 数字带通传输系统 第8章 新型数字调制技术 第9章 模拟信号的数字传输 第10章 数字信号的最佳接收
由“厚”到 “ 薄”
第11章 差错控制编码
第12章 正交编码和伪随机码 第13章 同步原理
第11页
第1章 绪论
人物
塞缪尔· 莫尔斯（Samuel Finley Breese Morse，17911872），作为一名画家是成功的。莫尔斯曾两度赴欧洲留 学，在肖像画和历史绘画方面成了当时公认的一流画家。 1826年至1842年任美国画家协会主席。
在一次远洋旅途中，莫尔斯结识了杰克逊。杰克逊是 波士顿城的一位医生，也是一位电学博士。闲聊中，杰克 逊把话题转到电磁感应现象上。
做习题加深概念和理解
经常进行阶段复习
掌握各章、各节内容之间的内在逻辑联系
第7页
关于学习方法的建议
You hear, you forget You do, you remember You think, you understand
理解万岁！
如果你只是听，那么你会忘记 如果你去做，你就会记住 如果你思考，你才能明白
第5页
关于课程
先修课程：
《电路分析》 《模拟电路》 《数字电路》 《信号与系统》 《高等数学》 《概率论》
《通信原理》课程特点
《通信原理》
理论性（概念性）、系统性（实践性）强 与先行课程联系紧密
第6页
关于学习方法的建议
三个重要环节
课前预习、消化教材是学习好本课程的主要方式 上完课及时复习，学完一章进行小结
第12页
第1章 绪论
人物
1862年31岁，麦克斯韦发表了第二篇论文《论物理力 线》，不但进一步发展了法拉第的思想，扩充到磁场变 化产生电场，而且得到了新的结果：电场变化产生磁场， 由此预言了电磁波的存在，并证明了这种波的速度等于 光速，揭示了光的电磁本质。这篇文章包括了麦克斯韦 研究电磁理论达到的主要结果。1864年他的第三篇论文 《电磁场的动力学理论》，从几个基本实验事实出发， 运用场论的观点，以演绎法建立了系统的电磁理论。 1873年出版的《电学和磁学论》一书是集电磁学大成的 划时代著作，全面地总结了19世纪中叶以前对电磁现象 的研究成果，建立了完整的电磁理论体系。这是一部可 以同牛顿的《自然哲学的数学原理》、达尔文的《物种 起源》和赖尔的《地质学原理》相媲美的里程碑式的著 作。