通信工程专业概论.docx

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通信工程专业概论

通信工程（专业）概论

编著：

张毅、郭亚利

武汉理工大学出版社

主讲：

李阳

安徽农业大学通信工程系

2011年4月

前言

本课程的教学目的：

1.明确通信的定义；

2.了解通信的历史；

3.掌握通信工程教学的体系结构；

4.掌握几种典型的通信技术的应用；

5.明确专业的基本内容、初步建立本专业的一些基本概念。

总之，解决通信工程在信息学科中的地位，怎样组织学习，如何学习的问题。

1.培养目标和专业素质要求

1.1通信工程专业简介

1.2通信工程专业历史演变

1.3通信工程专业学科体系

1.4通信工程专业培养目标

1.4.1培养目标

1.4.2培养要求

1.4.3学科和方向

1.4.4主要课程

1.4.5本专业课程体系

1.4.6主要实践教学环节

1.4.7与相近专业的关系

1.5通信工程专业对所培养人才的素质要求

1.5.1基本认知和技能方面

1.5.2思想和情感方面

1.5.3意识和意志方面

1.5.4其它方面

思考题

2.通信的历史演进和应用

2.1通信发展简史

2.1.1古代通信方式和特点

2.1.2近代通信方式和特点

2.1.3现代通信方式和特点

2.1.4未来通信方式和特点

2.2通信的地位和作用

2.3通信在日常生活中的应用

2.3.1电视广播通信

2.3.2家庭信息网

2.3.3校园网

2.4通信在交通中的应用

2.4.1城市交通监控网

2.4.2高速公路信息网

2.4.3系统与交通管理信息网

2.5通信在电力系统中的应用

2.5.1电力信息主干网

2.5.2对电力的监控

2.5.3用电力线组建小型专用信息网

2.6通信在工业中的应用

2.6.1工厂制动化网络体系结构

2.6.2现场总线和工业以太网

2.6.3天然气配管通信系统

2.7通信在军事领域的应用

2.7.1军事中的通信

2.7.2军事通信新技术移动自组织网

2.8通信在航空航天中的应用

思考题

3.通信的基本概念

3.1通信的根本任务

3.2通信的基本术语

3.2.1通信中常用名称

3.2.2通信的分类

3.2.3通信工作方式

3.3通信系统的基本模型和组成

3.4通信系统的基本理论

3.4.1香农理论

3.4.2信源编码和信道编码

3.4.3调制与解调

3.5通信网的基本组成

思考题

4.信息终端

4.1电话终端

4.1.1常见电话机的种类

4.1.2电话机的统一编号与说明

4.1.3电话机的基本组成和功能

4.1.4电话机的接入方式

4.2移动终端

4.2.1移动终端的基本组成和功能

4.2.2移动终端的接入方式

4.3计算机终端

4.3.1计算机终端的组成

4.3.2计算机终端的接入方式

4.4电视终端

思考题

5.信息传输系统

5.1传输系统的基本任务和作用

5.2传输方式的种类

5.3电缆传输系统

5.3.1架空明线

5.3.2对称电缆

5.3.3同轴电缆

5.4光纤传输系统

5.4.1光纤通信的基本概念

5.4.2光导纤维

5.4.3光纤分类

5.4.4光纤传输性质

5.4.5光纤通信的特点

5.4.6光纤通信系统

5.5无线传输系统

5.6微波传输系统

5.6.1微波通信的基本概念

5.6.2数字微波通信系统的组成与工作原理

5.6.3微波通信的特点

5.6.4微波通信的发展

5.7卫星传输系统

5.7.1卫星通信的基本概念

5.7.2通信卫星的组成

5.7.3通信卫星的种类

5.7.4通信卫星工作的基本原理

5.7.5通信卫星的特点

5.7.6同步卫星通信系统

5.8接入系统

5.8.1接入网的概念

5.8.2接入网的种类

5.8.3有线接入方式

5.8.4无线接入方式

5.8.5以太网接入方式

5.9移动通信系统

5.9.1移动通信的基本概念

5.9.2移动通信使用的频段

5.9.3移动通信系统的分类

5.9.4移动通信系统的组成

5.9.5移动通信的发展

5.10传输新技术与发展方向

5.10.1骨干传输网的发展趋势

5.10.2接入传输网的发展趋势

思考题

6.信息交换

6.1交换的基本作用和目的

6.2交换的发展过程

6.3电路交换

6.4分组交换

6.4.1复用传输方式

6.4.2分组交换的优点

6.4.3分组交换的主要缺点

6.5交换

6.6交换

6.7软交换

6.8光交换

思考题

7.信息网络

7.1网络基本概念

7.1.1网络拓扑结构

7.1.2网络的分类

7.1.3通信网的分层结构

7.1.4通信网的质量要求

7.2电话网络

7.2.1电话网络的基本结构

7.2.2我国电话网的结构

7.2.3国际长途电话网

7.2.4电话网的编号计划

7.3数据网络

7.3.1数据网概述

7.3.2数据通信系统的构成

7.3.3数据网的构成

7.3.4分组交换网

7.3.5以太网

7.3.6互联网和网络

7.3.7电话网技术

7.4专用信息网

7.5支撑网

7.5.1信令网

7.5.2同步网

7.5.3管理网

思考题

8.通信业务

8.1通信业务的分类

8.2电话业务

8.2.1本地电话业务

8.2.2国内长途电话业务

8.2.3国际长途电话业务

8.2.4电话业务

8.3数据业务

8.3.1第一类数据通信业务

8.3.2第二类数据通信业务

8.4移动业务

8.4.1蜂窝移动通信业务

8.4.2卫星移动通信业务

8.5增值业务

思考题

9.现代通信与发展

9.1现代通信的基本特征

9.2现代通信的主要技术

9.2.1现代通信的技术基础微电子技术

9.2.2现代通信的核心计算机技术

9.2.3光通信的基础光子技术

9.2.4卫星通信技术的基础空间技术

9.3技术

9.3.1的定义

9.3.2技术的内容

9.3.3增值服务

9.3.4热点技术

9.4现代通信的发展方向

9.5目前通信技术的热点

思考题

10.通信工程专业基础的教学计划与学习方略

10.1高等院校的教学计划

10.2公共课程的类型

10.3通信工程专业的教学环节

10.4学习方法建议

10.5如何用好大学4年

思考题

1.培养目标和专业素质要求

1.1通信工程专业简介

通信：

通信就是有目的的、与时、可靠地传递消息。

消息（或叫信息）：

是人类对客观事物的描述。

表现为语言、文字、图形、图像等等。

信号：

是消息（或信息）的表现形式。

例如，用电压、电流表示信息，叫电信号。

通信的具体要求：

1.准确可靠；

2.迅速快捷；

3.通信具有任意性（通信时间、内容、参加者）；

4.通信距离远、范围广；

通信系统的组成：

终端：

把信息转换成通信信号，或做相反转换的设备。

传输：

把信息从一端传送到另外一端。

交换：

把信息从一个信道传送到另外一个信道。

网络：

和通信有关的软件和硬件的总称。

图1-1通信系统示意图

对工程师的要求：

受过以某一工程分支为职业训练的人，能独立担负某项专业技术任务的设计、开发、调测、施工任务。

对通信工程学生的要求：

（1）学习理论知识；

（2）把理论知识应用于生产、生活。

通信的作用：

伴随着人类社会化而产生的通信，其发展改变着人类的生产、生活方式，促进人类社会的进步。

1.2通信工程专业历史演变

（1）我国由于引进国外通信产品，为了培养设备的使用、维护人才，各个高校开设各种名目的通信专业。

（2）中华人民共和国教育部1998年正式命名“通信工程专业”。

通信工程专业的学习和研究内容：

涉与电讯技术、通信技术、各种媒体处理、通信系统与通信网、以与各种信息的传输、存储、变换、处理、检测与显示技术与系统等等。

通信工程专业的毕业生可以从事的工作：

各种通信、广播、电视、图像、信息与处理、无线电技术、电子应用技术、计算机应用等部门、研究所、高校、部队，从事电路、网络、设备、系统的设计、生产、管理、运行、科研与教学工作等等。

1.3通信工程专业学科体系

学科门类一级学科二级学科本科

通信与信息系统

工科信息与通信工程通信工程

080810信号与信息处理

1.4通信工程专业培养目标

1.4.1培养目标

遵循“加强基础、拓宽专业、注重实践、培养能力、提高素质”的原则，适应现代化和信息化的社会需求，培养具有坚实的数理基础、系统掌握通信技术、计算机技术、通信系统和通信网等方面的知识与技能，能在通信领域从事研究、设计、开发、制造、运营、调测、维护、教学、管理的高级工程技术人才。

1.4.2培养要求

本专业学生主要学习通信系统和通信网方面的基础理论、组成原理和设计方法，受到通信工程实践的基本训练，具备从事现代通信系统和网络的设计、开发、调测和工程应用的基本能力。

1.4.3学科和方向

本专业主干学科：

通信工程。

相近专业：

电子信息工程；

电子科学与技术；

计算机科学与技术；

主要专业方向：

无线通信；

光通信与传输；

通信系统与交换；

计算机通信与通信网；

多媒体通信；

1.4.4主要课程

（见本专业教学进程表。

）

1.4.5本专业课程体系

本专业的课程体系分为3个体系4个层次：

3个体系：

必修：

学生必须修读的课程；

指定选修：

指定学生必须修读的课程；

选修：

学生根据个人需要，自己选修的课程；

4个层次：

基本素质类：

哲学基础：

马列主义、毛泽东思想、邓小平理论；辩证唯物主义；实事政策，实践等等；

语言基础：

大学英语；C语言；语言；

数学基础：

高等数学；工程数学；概率与数理统计；

物理学基础：

电子基础类：

电路；

模电；

数电；

信号与系统：

电磁场：

微机原理：

通信基础类：

通信原理：

通信电子线路（高频电路）；

数字信号处理；

通信专业类：

单片机

程控交换技术

1.4.6主要实践教学环节

课程实验：

和理论教学课程配套；

课程实践：

程控交换；；电子线路；

专业实践：

通信电路综合设计；

通信网综合设计；

单片机综合实践；

综合能力训练与测试；

毕业设计与实习；

1.4.7与相近专业的关系

通信工程：

注重通信系统级、部件级的设计，开发与使用。

电子信息工程：

注重电子设备、部件的生产与使用；

电子科学与技术：

注重电子原件生产研究；

计算机科学与技术：

注重计算机软件、硬件的设计、开发和使用。

1.5通信工程专业对所培养人才的素质要求

1.5.1基本认知和技能方面

1.5.2思想和情感方面

1.5.3意识和意志方面

1.5.4其它方面

思考题：

（1）通信的概念；

（2）通信系统的组成；

（3）通信工程的培养目标；

2通信的历史演进和应用

2.1通信发展简史

古代通信:

人的语音、信件的传输与交流。

近代通信:

电子化的人的语音、信件的传输与交流。

现代通信:

数字化的人的语音、信件的传输与交流。

未来通信:

多媒体化的人的信息的传输与交流。

2.1.1古代通信方式和特点

直接交谈；

通信方式写信；

声、光通信；

通信特点：

近距离通信简洁；远距离通信不能满足时效、可靠性要求。

2.1.2近代通信方式和特点

电报：

1844年，摩尔斯。

通信方式电话：

1876年，贝尔。

无线电：

1901年，马可尼。

无线广播：

1906年，费森登；

电视：

1925年，贝尔德；1935年，改进。

通信特点：

用电作为信息的载体满足了通信时效、可靠性要求；通信过程的建立、控制处于人工、机械、电器方式，效率不高。

2.1.3现代通信方式和特点

固定电话：

通信方式移动电话：

传真：

电子邮件：

数据通信：

互联网：

卫星通信：

光通信：

数字广播：

数字电视：

通信特点：

微电子技术、光技术、计算机技术应用于通信，用数字方式存储、传输、交换、处理信息，使得通信的实时性、可靠性得到保证，通信效率得到提高。

但是，通信媒体单一（语音、文件等等）的局面没有改变。

2.1.4未来通信方式和特点

通信方式：

多媒体、实时通信。

通信特点：

用光和电磁波进行信息的传输和交换；用数字表示信息。

2.2通信的地位和作用

通信的地位和作用：

伴随着人类社会化而产生的通信，伴随着人类社会的进步而进步，其发展改变着人类的生产、生活方式，促进人类社会的进步。

结构示意图

2.3通信在日常生活中的应用

2.3.1电视广播通信

2.3.2家庭信息网

2.3.3校园网

2.4通信在交通中的应用

2.4.1城市交通监控网

2.4.2高速公路信息网

2.4.3系统与交通管理信息网

2.5通信在电力系统中的应用

2.5.1电力信息主干网

2.5.2对电力的监控

2.5.3用电力线组建小型专用信息网

2.6通信在工业中的应用

2.6.1工厂制动化网络体系结构

2.6.2现场总线和工业以太网

2.6.3天然气配管通信系统

2.7通信在军事领域的应用

2.7.1军事中的通信

2.7.2军事通信新技术移动自组织网

2.8通信在航空航天中的应用

思考题

（1）通信发展的4个阶段。

3通信的基本概念

3.1通信的根本任务

通信的根本任务就是有目的的、与时、可靠地传递消息。

3.2通信的基本术语

3.2.1通信中常用名称

消息：

是对客观事物的描述。

表现为语言、文字、图像等等。

信息：

用于交流的消息。

信号：

信息的载体、信息的表现形式。

声、光、电。

噪声：

除有用信号以外的其它信号。

媒质：

供信号传输的物质。

信源：

信息的最初产生者。

信道：

信息传输的通道。

信宿：

信息的最终接收者。

模拟信号：

自变量和函数值都连续的信号。

数字信号：

自变量和函数值都不连续的信号。

比特率：

波特率：

3.2.2通信的分类

（1）按传输信号的类型分

模拟通信：

信道中传输的是模拟信号。

数字通信：

信道中传输的是模拟信号。

（2）按传输媒质分

有线通信：

传输信号的媒质是（可见的）固体线状物质。

无线通信：

传输信号的媒质不是是固体线状物质。

（3）按通信频段（波段）分

长波通信：

工作波段是长波。

中波通信：

工作波段是中波。

短波通信：

工作波段是短波。

微波通信：

工作波段是微波。

光波通信：

工作波段是光波。

（4）按通信业务内容分

语音通信

数据通信

电报通信

传真通信

多媒体通信

（5）按接收者的运动状态分

固话通信

移动通信

表格3-1

在自由空间中,波长与频率存在以下关系：

c=fλ

3.2.3通信工作方式

（1）按信号传输的时间空间分

单工通信：

通信双方，一个是说不听；一个是只听不说。

半双工通信：

通信双方都能听、能说，但是听和说不能同时进行。

全双工通信：

通信双方都能听和说同时进行。

（2）按数字信号传输的方式分

串行通信：

数字信号一位接一位，从信源传到信宿。

并行通信：

数字信号一个字节8位，一次性从信源传到信宿。

（3）按通信网络的形式分

点到点式通信：

信息从信源通过传输媒质直接到达信宿的通信方式。

分支式通信：

信息从信源经过中转转发，到达信宿的通信方式。

交换式通信：

信息从信源经过交换机交换，到达信宿的通信方式。

转发器和交换机的工作特点：

转发器是半双工工作；交换机是全双工工作。

3.3通信系统的基本模型和组成

通信系统是通信中所需要的一切技术设备和传输媒质构成的总体。

简单的说，通信系统是通信所涉与的所有软件和硬件的总称。

（1）通信系统简略模型

对应的数学模型

信源：

信息的最初产生者。

信道：

信息传输的通道。

信宿：

信息的最终接收者。

（2）通信系统一般模型

噪声：

除有用信号以外的其它信号。

信源：

信息的最初产生者。

信道：

信息传输的通道。

信宿：

信息的最终接收者。

发送设备：

把信号变换成适合在信道中传送的形式的设备。

接收设备：

把信号从信道中取出，送到信宿的设备。

a.模拟通信系统

模拟通信系统：

是进行模拟信号传输的通信系统。

调制器：

把信源的信息装载到高频信号上，形成已调波信号以便于发射和接收的设备。

解调器：

把信息从高频已调波信号上卸载下来的设备。

b.数字通信系统

数字通信系统：

是进行数字信号传输的通信系统。

编码：

是信号表示形式的转换，就是用不同的格式表示信号。

信源编码：

把信源产生的信息用规定的信号格式进行表示。

用数字信号表示模拟信号。

信道编码：

把信号用适合信道传输的格式进行表示。

用传输数字信号表示数字信号。

信道解码：

把传输数字信号转换成数字信号。

信源解码：

把数字信号转换成模拟信号。

3.4通信系统的基本理论

3.4.1香农理论

C=2

（1）

3.4.2信源编码和信道编码

略

3.4.3调制与解调

略

3.5通信网的基本组成

图3-5电信网络原理图

在图3-5中，各部分的功能：

电话：

完成把声音信号转换成电磁信号、并将其送入信道；从信道中接收指定的电磁信号，并将其转换成声音信号。

计算机：

把电子信息送入信道，从信道中接收电子信息。

电信交换局：

从信道中接收电子信息，并将其送到相应的信道，完成信息的交换。

终端设备：

信息发送与接收的信源和信宿。

交换设备：

负责不同信道信息的交换。

传输设备：

负责信息的传输，为信息传输提供信道。

信令系统：

负责通信系统的指挥、控制。

思考题

（1）单工、半双工、双工通信的定义。

（2）通信系统的一般模型，各部分的名称和作用。

（3）模拟通信系统的模型，各部分的名称和作用。

（4）数字通信系统的模型，各部分的名称和作用。

（5）调制器的工作原理。

（6）通信网的的模型，各部分的名称和作用。

4信息终端

信息终端是进入通信网的第一步，是通信的起点和终点，是通信系统模型中的信源和信宿部分。

固定电话终端

信息终端的种类移动电话终端

计算机终端

电视终端

4.1电话终端

4.1.1常见电话机的种类

脉冲电话：

用脉冲数目表示用户信令的电话。

普通电话双音频电话：

用两个频率的正弦表示用户信令的电话。

投币电话

磁卡电话

特种电话卡电话

无绳电话

可视电话

录音电话

数字电话

4.1.2电话机的统一编号与说明

品种类别，产品序号，外形序号，功能代号

4.1.3电话机的基本组成和功能

通话电路：

完成语音信号的接收和发送。

基本组成信令电路：

完成用户信令的接收和发送。

转换电路：

完成通话和信令电路的转换；

和信号2/4线转换。

收信

基本功能发信

受话

发话

4.1.4电话机的接入方式

接入方式是通信终端连接到通信网的方式和手段。

电话机的接入方式：

用两根导线接入通信网。

4.2移动终端

4.2.1移动终端的基本组成和功能

天线：

负责无线信号的接收和发射。

基带信号处理：

负责信号的分析和处理。

处理器：

负责移动终端的控制功能。

存储器：

负责信息的存储。

显示器：

负责信息的显示。

键盘：

负责对信息的操作。

4.2.2移动终端的接入方式

移动终端通过空中的无线信道接入本小区基站，通过基站把信息传送到移动网络平台。

4.3计算机终端

4.3.1计算机终端的组成

各种计算机系统，对于通信网来说，都叫计算机终端。

4.3.2计算机终端的接入方式

猫接入：

通过接入通信网。

卡接入：

通过网卡（有线、无线）接入通信网。

（光纤接入：

通过光纤接入通信网。

）

4.4电视终端

4.4.1电视终端的组成和种类

（略）

4.4.2电视终端的接入方式

无线接入：

有线接入：

思考题

（1）信息终端的基本功能?

（2）简述电话终端的组成与其接入方式?

5信息传输系统

5.1传输系统的基本任务和作用

传输:

是把携带信息的信号通过媒质传送到目的地的过程。

传输系统：

是完成信息传输任务物理系统。

传输系统的基本任务：

如何可靠、有效地传递消息。

三种主要的信息传输系统（网络）：

光纤网络：

用光纤传输信息；

微波网络：

用微波传输信息；

卫星网络：

用卫星传输信息；

5.2传输方式的种类

传输媒质：

是用于承载传输信号的物理媒质，是传输信号的通道，提供两地之间的传输通路。

5.3电缆传输系统

5.3.1架空明线（以前用，现在不用）

5.3.2对称电缆（现在用，电话、计算机网络线）

5.3.3同轴电缆（现在用，电视信号线）

5.4光纤传输系统（大容量的数字传输媒体，前景看好）

5.4.1光纤通信的基本概念

5.4.2光导纤维

5.4.3光纤分类

5.4.4光纤传输性质

5.4.5光纤通信的特点

5.4.6光纤通信系统

5.5无线传输系统

无线电通信

无线通信的种类微波通信

卫星通信

无线通信的频谱和管理：

频谱：

9275（的规范）；

无线电通信：

50以下；

国内无线电通信：

10以下；

频率管理：

信息产业部无线电管理委员会（法定管理）

5.6微波传输系统

5.6.1微波通信的基本概念

微波通信：

是用微波传输信号的通信方式。

微波的频率范围：

0.3300；

5.6.2数字微波通信系统的组成与工作原理

见P100

5.6.3微波通信的特点

信号直线传播；

30—50一个接力；

信号受地形、地物、天气影响；

有较强的抗干扰能力；

5.6.4微波通信的发展

模拟微波通信：

传输模拟信号；

数字微波通信：

传输数字信号；

5.7卫星传输系统

5.7.1卫星通信的基本概念

卫星通信系统：

是利用卫星作为中继站、进行信号传输的系统。

A

B

卫星通信系统的组成：

通信卫星：

利用上行信道接收某个地面站发送来的信息；

利用下行信道向所有地面站转发信息；

地面站：

利用卫星的上行、下行信道和卫星联系；

利用无线信道和移动台联系；

利用有线、无线信道和市话网联系；

上行信道：

从地面站出发，向卫星发射信息的信道；

下行信道：

从卫星出发，向地面站发射信息的信道；

5.7.2

通信卫星的组成

天线：

负责微波信号的接收、发射。

收发开关：

把天线接收的信号送到接收放大器；把功放输出送到天线；

接收放大：

放大接收的信号；

分析处理：

对信号进行分析，主要进行整形；

发射功放：

对经过分析处理的信号、进行功率放大；

控制系统：

控制整个卫星系统的运行；

5.7.3通信卫星的种类

重点：

同步卫星的概念；

同步卫星：

在地球同步轨道上，相对于地面观测站静止不动的卫星。

5.7.4通信卫星工作的基本原理

（1）一颗卫星服务（重点）

a.地面站分别把要