内容简介
《现代通信技术/高等学校“十二五”规划教材·电子与通信系列》对现代通信领域的主要技术进行了比较系统和全面的介绍,并涵盖了近年来出现的新兴技术。
《现代通信技术/高等学校“十二五”规划教材·电子与通信系列》共分10章,主要内容包括:现代通信技术概述、数字通信技术、电话网技术、数据通信技术、光纤通信技术、微波与卫星通信技术、移动通信技术、多媒体通信技术、接入网与接入技术以及短距离无线通信技术。
《现代通信技术/高等学校“十二五”规划教材·电子与通信系列》可作为高等院校通信或电子信息专业本科高年级学生的教材或教学参考书,也可作为从事相关专业工作的科研和工程技术人员的参考书或培训教材。
内页插图
目录
第1章 现代通信技术概论
1.1 通信发展简史
1.2 通信的基本概念
1.2.1 信息与信号
1.2.2 通信方式
1.2.3 信息传输方式
1.3 通信系统
1.3.1 通信系统的基本模型
1.3.2 通信系统的分类
1.3.3 通信系统的主要性能指标
1.4 通信网
1.4.1 通信网的组成
1.4.2 通信网的组网结构
1.4.3 通信网的质量要求
1.5 通信业务
1.5.1 视音频业务
1.5.2 数据通信业务
1.5.3 多媒体通信业务
1.6 通信技术的发展趋势
1.7 标准化组织
习题
第2章 数字通信技术
2.1 数字通信技术的概念和特点
2.2 数字信号的传输技术
2.2.1 数字信号的基带传输
2.2.2 数字信号的调制传输
2.3 模拟信号数字化
2.3.1 脉冲编码调制
2.3.2 增量调制
2.4 数字通信的时分多路复用
2.4.1 时分多路复用的基本概念
2.4.2 PCM30/32路系统
2.5 数字复接技术
2.5.1 数字复接的概念
2.5.2 数字复接方式
2.5.3 数字复接中的码速调整
2.6 同步数字体系
2.6.1 SDH的产生背景和主要特点
2.6.2 SDH的帧结构
2.6.3 sDH的同步复用和映射原理
2.6.4 sDH自愈网原理
习题
第3章 电话网技术
3.1 电话网概述
3.1.1 电话网的组成和结构
3.1.2 电话网的编号计划
3.1.3 电话网的路由选择
3.1.4 信令网
3.2 数字程控交换技术
3.2.1 数字交换的原理
3.2.2 数字程控交换机的构成
3.2.3 呼叫处理的过程
3.3 综合业务数字网
3.3.1 ISDN的概念
3.3.2 ISDN的功能体系结构
3.3.3 ISDN的业务及应用
3.4 智能网
3.4.1 智能网的概念
3.4.2 智能网的组成
3.4.2 智能网的概念模型
习题
第4章 数据通信技术
4.1 数据通信概述
4.1.1 数据通信的特点
4.1.2 数据通信系统的组成
4.2 数据通信的交换技术
4.2 1电路交换
4.2.2 报文交换
4.2.3 分组交换
4.2.4 帧中继
4.2.5 ATM交换
4.3 数据通信协议
4.3.1 通信协议的一般概念
4.3.2 通信协议的分层结构
4.4 数据通信设备
4.4.1 终端设备
4.4.2 调制解调器
4.4.3 多路复用器和集中器
4.4.4 网络设备
4.5 数据通信网
4.5.1 数据通信网概述
4.5.2 分组交换网
4.5.3 数字数据网
4.5.4 帧中继网
4.5.5 ATM网络
习题
第5章 光纤通信技术
5.1 光纤通信概述
5.1.1 光纤通信的发展
5.1.2 光纤通信的特点
5.2 光纤与光缆
5.2.1 光纤的结构和分类
5.2.2 光纤的导光原理
5.2.3 光纤的传输特性
5.2.4 光缆的结构
5.3 光纤传输系统的组成
5.3.1 匕发送机
5.3.2 光接收机
5.3.3 光中继器
5.4 光波分复用技术
习题
第6章 微波与卫星通信技术
6.1 数字微波中继通信技术
6.1.1 微波的特性和微波中继通信的特点
6.1.2 数字微波中继通信系统的组成
6.1.3 数字微波端站的组成
6.1.4 数字微波通信的关键技术
6.2 卫星通信技术
6.2.1 卫星通信的基本概念和特点
6.2.2 静止地球轨道卫星通信系统
6.2.3 非静止地球轨道卫星通信系统
6.2.4 卫星通信系统的应用
习题
第7章 移动通信技术
7.1 移动通信的基本概念和特点
7.2 移动信道的特性
7.3 移动通信中的多址接入技术
7.3.1 频分多址FDMA
7.3.2 时分多址TDMA
7.3.3 码分多址CDMA
7.4 GsM移动通信系统
7.5 CDMA移动通信系统
7.6 移动通信新技术
7.6.1 LTE系统
7.6.2 IMT-Advanced系统
习题
第8章 多媒体通信技术
8.1 多媒体通信的基本概念
8.1.1 多媒体的概念
8.1.2 多媒体通信终端
8.1.3 多媒体通信的特点
8.1.4 多媒体通信对网络的要求
8.2 多媒体通信系统中的关键技术
8.3 音频信息处理技术
8.3.1 音频信号特性和人的听觉特性
8.3.2 音频信息的压缩编码
8.4 图像信息处理技术
8.4.1 人的视觉特性
8:4.2 图像信息的数字化
8.4.3 图像信息的压缩编码
习题
第9章 接入网与接入技术
9.1 接入网概述
9.2 铜线接人技术
9.2.l铜线接入技术概述
9.2.2 xDSL的线路编码
9.2.3 高比特率数字用户线
9.2.4 非对称数字用户线
9.3 混合光纤/同轴电缆接入技术
9.3.1 混合光纤/同轴电缆接入的基本概念
9.3.2 频谱安排
9.3.3 系统结构
9.3.4 混合光纤/同轴电缆接人的主要特点
9.4 光纤接人技术
9.4.1 光纤接人技术的基本概念
9.4.2 光纤接入网的结构
9.4.3 光纤接入网的应用类型
9.4.4 光纤接入网的复用技术
9.4.5 无源光网络
9.5 无线接入技术
9.5.1 本地多点分配业务
9.5.2 无线局域网
习题
第10章 短距离无线通信技术
10.1 蓝牙技术
10.2 红外数据通信技术
10.3 zigbee技术
10.4 无线射频识别技术
习题
参考文献
精彩书摘
检索型业务是指根据用户需要向用户提供存储在信息中心供公众使用的信息的一类业务。用户可以单独地检索所需的信息,并且可以控制信息序列开始传送的时间。文件检索、数据检索以及可视图文、图形图像检索等都属于检索型业务。
1.6通信技术的发展趋势
目前,通信技术的发展趋势可以用“六化”来进行概括,即通信技术数字化、通信业务综合化、网络互通融合化、通信网络宽带化、网络管理智能化以及通信网络泛在化。
1.通信技术数字化
由于数字通信具有抗干扰能力强、易于纠错和加密、便于存储和处理、可兼容多种类型的信息以及利于集成化等优点,因此成为现代通信技术的发展方向。通信技术数字化是指在通信网中全面使用数字技术,包括数字传输、数字交换以及数字终端等。通信技术数字化是现代通信技术的基本特征和最突出的发展趋势。
2.通信业务综合化
现代通信技术的另一个显著特点是通信业务的综合化,也就是将来自各种信息源的业务综合在一个数字通信网中进行传送,为用户提供综合性的服务。早期的通信网一般是为某种业务单独建立的,如电话网、传真网、广播电视网、数据网等。随着社会的发展,人们对通信业务种类的需求不断增加,如果继续各自业务单独建网,必然会造成网络资源的极大浪费,投资大而效益低,各个独立的网络之间不能实现资源共享,多个网络并存也不便于统一管理,而且给用户带来使用上的不便。如果将各种通信业务以数字方式统一综合到一个网络中进行传输、交换和处理,就可以克服上述弊端,实现一网多用。
3.网络互通融合化
以电话网络为代表的电信网和以因特网为代表的数据网络以及广播电视网络互通与融合成为未来网络技术发展的主旋律。“三网融合”不是现有“三网”的简单延伸和叠加,而是其各自优势的有机融合。从技术层面上看,融合将体现在话音技术与数据技术的融合、电路交换与分组交换的融合、传输与交换的融合、电与光的融合。从长远看,“三网融合”将最终导致传统的电信网、计算机网和有线电视网在技术、业务、市场、终端、网络乃至行业管制和政策方面的融合。
4.通信网络宽带化
通信网络宽带化是现代通信网络发展的必然趋势。超高速路由交换、高速互联网、超高速光传输、高速无线数据通信等新技术已成为下一代网络的关键技术,为用户提供高速、全方位的信息服务是网络发展的重要目标。
……
前言/序言
《信息时代脉搏:现代通信技术概览》 引言 我们生活在一个信息爆炸的时代,通信技术的发展以前所未有的速度重塑着我们的世界。从最初的电报到如今无处不在的5G网络,通信技术的发展史,就是人类社会进步史的缩影。每一次技术的飞跃,都极大地拓展了我们的视野,缩短了时空的距离,催生了新的生活方式和商业模式。如今,信息已成为最重要的战略资源之一,而现代通信技术正是支撑起这个庞大信息网络的核心基石。 本书旨在为读者呈现一幅现代通信技术的全景图,深入剖析当前通信领域最前沿、最具影响力的关键技术和发展趋势。我们不仅仅关注理论知识,更注重技术的实际应用和未来发展方向,力求帮助读者建立起对现代通信技术体系的系统性认知,理解其背后的科学原理,以及它们如何深刻地改变着我们的生活、工作乃至整个社会的运行模式。 第一章:通信的演进与数字浪潮 通信的历程是一部跨越时空的精彩叙事。从早期依赖声音和书信的传递,到电报、电话的出现,再到无线电广播的普及,人类一直在孜孜不倦地追求更高效、更便捷的信息交换方式。20世纪下半叶,数字技术的崛起标志着通信进入了一个全新的时代——数字通信时代。数字信号的引入,使得信息传输的精度和可靠性得到质的飞跃,并为后续的各种复杂通信系统的发展奠定了坚实的基础。 数字通信的核心在于将模拟信息转化为数字序列,并通过各种编码、调制、复用技术进行传输。这一过程涉及到的关键技术包括: 数字信号处理 (DSP): 它是现代通信的“心脏”。DSP技术通过算法和硬件实现对数字信号的滤波、变换、压缩、解压等操作,是实现高效、高质量通信的关键。例如,音频和视频的编码压缩,噪声的去除,信道均衡等都离不开DSP。 信源编码: 旨在去除信息中的冗余,用尽可能少的比特来表示原始信息,从而提高传输效率。常见的信源编码技术包括霍夫曼编码、算术编码以及用于语音和图像的压缩标准,如MP3、AAC、JPEG、H.264等。 信道编码: 为了抵抗传输过程中可能出现的噪声和干扰,信道编码技术会在原始信息中加入冗余信息,使得接收端能够检测并纠正错误。循环冗余校验 (CRC)、汉明码、卷积码、Turbo码和LDPC码是信道编码领域的重要代表。 数字调制与解调: 将数字信号映射到模拟载波信号上进行传输,并在接收端进行还原。常见的数字调制方式包括ASK(幅度键控)、FSK(频率键控)、PSK(相位键控)和QAM(正交幅度调制)。 数字复用技术: 允许多路信号在同一传输介质上同时传输,极大提高了通信线路的利用率。时分多址 (TDD/TDMA)、频分多址 (FDD/FDMA)、码分多址 (CDMA) 和空分多址 (SDMA) 是主要的复用技术,它们在蜂窝通信等领域扮演着至关重要的角色。 第二章:移动通信的革命:从2G到5G 移动通信是现代通信技术中最引人注目、发展最迅速的领域之一。每一代移动通信技术的演进,都带来用户体验的飞跃和应用场景的拓展。 第一代 (1G) 移动通信: 主要提供模拟语音通信,用户体验有限,易受干扰。 第二代 (2G) 移动通信 (GSM, CDMA): 引入数字技术,实现了语音的数字化,并开始支持短信 (SMS) 和低速数据传输。GSM(全球移动通信系统)和CDMA(码分多址)是这一代的代表。 第三代 (3G) 移动通信 (WCDMA, CDMA2000): 速率显著提升,能够支持更高级的数据业务,如网页浏览、电子邮件、视频通话等,开启了移动互联网的序幕。WCDMA(宽带码分多址)和CDMA2000是主流技术。 第四代 (4G) 移动通信 (LTE): 以IP为核心,实现了全IP化,数据传输速率大幅提升,为高清视频流、在线游戏等应用提供了可能,真正普及了移动互联网。LTE(长期演进)及其演进版本LTE-Advanced是4G的标准。 第五代 (5G) 移动通信: 5G不仅仅是速度的提升,更是为万物互联而设计的革命性技术。它具备三大应用场景: 增强型移动宽带 (eMBB): 提供超高速率和超大容量,支持4K/8K视频、VR/AR等沉浸式体验。 海量物联网 (mMTC): 支持海量设备的连接,为智能家居、智慧城市、工业物联网等提供基础。 超可靠低时延通信 (uRLLC): 提供极低的时延和极高的可靠性,满足自动驾驶、远程医疗、工业自动化等对实时性要求极高的应用。 5G的关键技术包括:大规模多输入多输出 (Massive MIMO),通过部署大量天线来提升频谱效率和覆盖范围;毫米波 (mmWave),利用更高频段实现巨大的带宽;网络切片 (Network Slicing),将物理网络虚拟化为多个逻辑网络,为不同应用提供定制化的服务;边缘计算 (Edge Computing),将计算和存储能力部署到离用户更近的网络边缘,降低时延。 第三章:数据通信网络:连接世界的骨干 数据通信网络是现代社会信息传输的“高速公路”,支撑着互联网、企业网、移动通信网等各种信息系统的运行。 互联网 (Internet): 作为全球最大的计算机网络,互联网采用TCP/IP协议族,实现了全球范围内的信息共享和交流。其核心技术包括: TCP/IP协议栈: 定义了数据在网络中传输的规则和格式,是互联网的基石。 路由技术: 决定数据包在网络中传输的最佳路径,如BGP(边界网关协议)。 DNS(域名系统): 将易于记忆的域名转换为IP地址,方便用户访问网络资源。 局域网 (LAN) 与广域网 (WAN): 局域网 (LAN): 通常覆盖一个较小的地理区域,如办公室、家庭等,其连接技术以以太网 (Ethernet) 为主,如Wi-Fi(无线局域网)等。 广域网 (WAN): 连接分布在不同地理区域的LAN,如企业分支机构之间的连接。MPLS(多协议标签交换)等技术在WAN中得到广泛应用。 光纤通信: 光纤作为信息传输的物理介质,具有带宽大、损耗低、抗干扰能力强等优点,是现代数据通信网络的主干。 光纤类型: 单模光纤和多模光纤,适用于不同的传输距离和应用场景。 光传输技术: 如DWDM(密集波分复用),允许在同一根光纤上同时传输多路光信号,极大地提高了光纤的传输容量。 光网络设备: 光收发器、光放大器、光交换机等。 第四章:无线通信的未来:Wi-Fi、蓝牙与物联网 无线通信技术的发展,极大地解放了我们与信息的连接方式,使我们摆脱了线缆的束缚。 Wi-Fi: 作为最普及的无线局域网技术,Wi-Fi已成为家庭、办公室和公共场所不可或缺的网络接入方式。Wi-Fi标准不断演进,从802.11b/g/n到如今的Wi-Fi 6 (802.11ax) 和Wi-Fi 6E,速率、容量和效率都在不断提升,更好地支持了物联网设备和多用户并发访问。 蓝牙 (Bluetooth): 蓝牙技术主要用于短距离设备之间的无线连接,如耳机、音箱、智能穿戴设备等。蓝牙技术也在不断发展,如低功耗蓝牙 (BLE),为物联网设备提供了更节能的通信方案。 物联网 (IoT) 通信: 物联网的兴起,催生了对低功耗、广覆盖、低成本通信技术的需求。除了Wi-Fi和蓝牙,LPWAN(低功耗广域网)技术如LoRa、NB-IoT(窄带物联网)等,为海量物联网设备的连接提供了解决方案。这些技术能够以极低的功耗实现远距离通信,非常适合部署在智能家居、智慧城市、环境监测等场景。 第五章:通信安全与隐私保护 随着通信技术的飞速发展,网络安全和用户隐私保护变得越来越重要。 加密技术: 通过数学算法将明文信息转换为密文,防止未经授权的访问。对称加密(如AES)和非对称加密(如RSA)是两种主要的加密方式。 身份认证: 确保通信双方的身份合法性,防止欺骗和冒充。密码、数字证书、生物识别等都是常用的身份认证手段。 网络安全协议: 如TLS/SSL(传输层安全协议),用于保护互联网通信的机密性和完整性。 隐私保护技术: 差分隐私、同态加密等新兴技术,旨在允许在保护个体隐私的前提下进行数据分析和挖掘。 第六章:前沿技术与未来展望 现代通信技术仍在不断进化,新的技术理念和应用场景层出不穷。 人工智能 (AI) 在通信中的应用: AI正被广泛应用于网络优化、故障预测、智能调度、个性化服务等方面,提升通信网络的智能化水平。 量子通信: 利用量子力学原理实现信息传输,具有理论上的绝对安全性,有望彻底改变未来的信息安全格局。 卫星通信: 卫星通信技术的发展,如低轨卫星星座(如Starlink),为偏远地区和全球范围内的网络覆盖提供了新的解决方案。 软件定义网络 (SDN) 和网络功能虚拟化 (NFV): 这些技术将网络控制平面与数据平面分离,并实现网络功能的软件化,为网络带来了前所未有的灵活性和可编程性。 结语 现代通信技术是一个充满活力和挑战的领域。从数字信号的处理到全球互联的网络,从微小的智能设备到宏伟的通信基础设施,每一个环节都凝聚着人类的智慧和创新。本书所探讨的技术,只是这个庞大而复杂体系中的一部分。理解这些核心技术,有助于我们更好地把握信息时代的脉搏,预见未来的发展方向,并从中发现机遇。随着技术的不断进步,通信将继续以前所未有的方式连接我们,塑造一个更加智能、高效和便捷的世界。