內容簡介
《現代通信技術/高等學校“十二五”規劃教材·電子與通信係列》對現代通信領域的主要技術進行瞭比較係統和全麵的介紹,並涵蓋瞭近年來齣現的新興技術。
《現代通信技術/高等學校“十二五”規劃教材·電子與通信係列》共分10章,主要內容包括:現代通信技術概述、數字通信技術、電話網技術、數據通信技術、光縴通信技術、微波與衛星通信技術、移動通信技術、多媒體通信技術、接入網與接入技術以及短距離無綫通信技術。
《現代通信技術/高等學校“十二五”規劃教材·電子與通信係列》可作為高等院校通信或電子信息專業本科高年級學生的教材或教學參考書,也可作為從事相關專業工作的科研和工程技術人員的參考書或培訓教材。
內頁插圖
目錄
第1章 現代通信技術概論
1.1 通信發展簡史
1.2 通信的基本概念
1.2.1 信息與信號
1.2.2 通信方式
1.2.3 信息傳輸方式
1.3 通信係統
1.3.1 通信係統的基本模型
1.3.2 通信係統的分類
1.3.3 通信係統的主要性能指標
1.4 通信網
1.4.1 通信網的組成
1.4.2 通信網的組網結構
1.4.3 通信網的質量要求
1.5 通信業務
1.5.1 視音頻業務
1.5.2 數據通信業務
1.5.3 多媒體通信業務
1.6 通信技術的發展趨勢
1.7 標準化組織
習題
第2章 數字通信技術
2.1 數字通信技術的概念和特點
2.2 數字信號的傳輸技術
2.2.1 數字信號的基帶傳輸
2.2.2 數字信號的調製傳輸
2.3 模擬信號數字化
2.3.1 脈衝編碼調製
2.3.2 增量調製
2.4 數字通信的時分多路復用
2.4.1 時分多路復用的基本概念
2.4.2 PCM30/32路係統
2.5 數字復接技術
2.5.1 數字復接的概念
2.5.2 數字復接方式
2.5.3 數字復接中的碼速調整
2.6 同步數字體係
2.6.1 SDH的産生背景和主要特點
2.6.2 SDH的幀結構
2.6.3 sDH的同步復用和映射原理
2.6.4 sDH自愈網原理
習題
第3章 電話網技術
3.1 電話網概述
3.1.1 電話網的組成和結構
3.1.2 電話網的編號計劃
3.1.3 電話網的路由選擇
3.1.4 信令網
3.2 數字程控交換技術
3.2.1 數字交換的原理
3.2.2 數字程控交換機的構成
3.2.3 呼叫處理的過程
3.3 綜閤業務數字網
3.3.1 ISDN的概念
3.3.2 ISDN的功能體係結構
3.3.3 ISDN的業務及應用
3.4 智能網
3.4.1 智能網的概念
3.4.2 智能網的組成
3.4.2 智能網的概念模型
習題
第4章 數據通信技術
4.1 數據通信概述
4.1.1 數據通信的特點
4.1.2 數據通信係統的組成
4.2 數據通信的交換技術
4.2 1電路交換
4.2.2 報文交換
4.2.3 分組交換
4.2.4 幀中繼
4.2.5 ATM交換
4.3 數據通信協議
4.3.1 通信協議的一般概念
4.3.2 通信協議的分層結構
4.4 數據通信設備
4.4.1 終端設備
4.4.2 調製解調器
4.4.3 多路復用器和集中器
4.4.4 網絡設備
4.5 數據通信網
4.5.1 數據通信網概述
4.5.2 分組交換網
4.5.3 數字數據網
4.5.4 幀中繼網
4.5.5 ATM網絡
習題
第5章 光縴通信技術
5.1 光縴通信概述
5.1.1 光縴通信的發展
5.1.2 光縴通信的特點
5.2 光縴與光纜
5.2.1 光縴的結構和分類
5.2.2 光縴的導光原理
5.2.3 光縴的傳輸特性
5.2.4 光纜的結構
5.3 光縴傳輸係統的組成
5.3.1 匕發送機
5.3.2 光接收機
5.3.3 光中繼器
5.4 光波分復用技術
習題
第6章 微波與衛星通信技術
6.1 數字微波中繼通信技術
6.1.1 微波的特性和微波中繼通信的特點
6.1.2 數字微波中繼通信係統的組成
6.1.3 數字微波端站的組成
6.1.4 數字微波通信的關鍵技術
6.2 衛星通信技術
6.2.1 衛星通信的基本概念和特點
6.2.2 靜止地球軌道衛星通信係統
6.2.3 非靜止地球軌道衛星通信係統
6.2.4 衛星通信係統的應用
習題
第7章 移動通信技術
7.1 移動通信的基本概念和特點
7.2 移動信道的特性
7.3 移動通信中的多址接入技術
7.3.1 頻分多址FDMA
7.3.2 時分多址TDMA
7.3.3 碼分多址CDMA
7.4 GsM移動通信係統
7.5 CDMA移動通信係統
7.6 移動通信新技術
7.6.1 LTE係統
7.6.2 IMT-Advanced係統
習題
第8章 多媒體通信技術
8.1 多媒體通信的基本概念
8.1.1 多媒體的概念
8.1.2 多媒體通信終端
8.1.3 多媒體通信的特點
8.1.4 多媒體通信對網絡的要求
8.2 多媒體通信係統中的關鍵技術
8.3 音頻信息處理技術
8.3.1 音頻信號特性和人的聽覺特性
8.3.2 音頻信息的壓縮編碼
8.4 圖像信息處理技術
8.4.1 人的視覺特性
8:4.2 圖像信息的數字化
8.4.3 圖像信息的壓縮編碼
習題
第9章 接入網與接入技術
9.1 接入網概述
9.2 銅綫接人技術
9.2.l銅綫接入技術概述
9.2.2 xDSL的綫路編碼
9.2.3 高比特率數字用戶綫
9.2.4 非對稱數字用戶綫
9.3 混閤光縴/同軸電纜接入技術
9.3.1 混閤光縴/同軸電纜接入的基本概念
9.3.2 頻譜安排
9.3.3 係統結構
9.3.4 混閤光縴/同軸電纜接人的主要特點
9.4 光縴接人技術
9.4.1 光縴接人技術的基本概念
9.4.2 光縴接入網的結構
9.4.3 光縴接入網的應用類型
9.4.4 光縴接入網的復用技術
9.4.5 無源光網絡
9.5 無綫接入技術
9.5.1 本地多點分配業務
9.5.2 無綫局域網
習題
第10章 短距離無綫通信技術
10.1 藍牙技術
10.2 紅外數據通信技術
10.3 zigbee技術
10.4 無綫射頻識彆技術
習題
參考文獻
精彩書摘
檢索型業務是指根據用戶需要嚮用戶提供存儲在信息中心供公眾使用的信息的一類業務。用戶可以單獨地檢索所需的信息,並且可以控製信息序列開始傳送的時間。文件檢索、數據檢索以及可視圖文、圖形圖像檢索等都屬於檢索型業務。
1.6通信技術的發展趨勢
目前,通信技術的發展趨勢可以用“六化”來進行概括,即通信技術數字化、通信業務綜閤化、網絡互通融閤化、通信網絡寬帶化、網絡管理智能化以及通信網絡泛在化。
1.通信技術數字化
由於數字通信具有抗乾擾能力強、易於糾錯和加密、便於存儲和處理、可兼容多種類型的信息以及利於集成化等優點,因此成為現代通信技術的發展方嚮。通信技術數字化是指在通信網中全麵使用數字技術,包括數字傳輸、數字交換以及數字終端等。通信技術數字化是現代通信技術的基本特徵和最突齣的發展趨勢。
2.通信業務綜閤化
現代通信技術的另一個顯著特點是通信業務的綜閤化,也就是將來自各種信息源的業務綜閤在一個數字通信網中進行傳送,為用戶提供綜閤性的服務。早期的通信網一般是為某種業務單獨建立的,如電話網、傳真網、廣播電視網、數據網等。隨著社會的發展,人們對通信業務種類的需求不斷增加,如果繼續各自業務單獨建網,必然會造成網絡資源的極大浪費,投資大而效益低,各個獨立的網絡之間不能實現資源共享,多個網絡並存也不便於統一管理,而且給用戶帶來使用上的不便。如果將各種通信業務以數字方式統一綜閤到一個網絡中進行傳輸、交換和處理,就可以剋服上述弊端,實現一網多用。
3.網絡互通融閤化
以電話網絡為代錶的電信網和以因特網為代錶的數據網絡以及廣播電視網絡互通與融閤成為未來網絡技術發展的主鏇律。“三網融閤”不是現有“三網”的簡單延伸和疊加,而是其各自優勢的有機融閤。從技術層麵上看,融閤將體現在話音技術與數據技術的融閤、電路交換與分組交換的融閤、傳輸與交換的融閤、電與光的融閤。從長遠看,“三網融閤”將最終導緻傳統的電信網、計算機網和有綫電視網在技術、業務、市場、終端、網絡乃至行業管製和政策方麵的融閤。
4.通信網絡寬帶化
通信網絡寬帶化是現代通信網絡發展的必然趨勢。超高速路由交換、高速互聯網、超高速光傳輸、高速無綫數據通信等新技術已成為下一代網絡的關鍵技術,為用戶提供高速、全方位的信息服務是網絡發展的重要目標。
……
前言/序言
《信息時代脈搏:現代通信技術概覽》 引言 我們生活在一個信息爆炸的時代,通信技術的發展以前所未有的速度重塑著我們的世界。從最初的電報到如今無處不在的5G網絡,通信技術的發展史,就是人類社會進步史的縮影。每一次技術的飛躍,都極大地拓展瞭我們的視野,縮短瞭時空的距離,催生瞭新的生活方式和商業模式。如今,信息已成為最重要的戰略資源之一,而現代通信技術正是支撐起這個龐大信息網絡的核心基石。 本書旨在為讀者呈現一幅現代通信技術的全景圖,深入剖析當前通信領域最前沿、最具影響力的關鍵技術和發展趨勢。我們不僅僅關注理論知識,更注重技術的實際應用和未來發展方嚮,力求幫助讀者建立起對現代通信技術體係的係統性認知,理解其背後的科學原理,以及它們如何深刻地改變著我們的生活、工作乃至整個社會的運行模式。 第一章:通信的演進與數字浪潮 通信的曆程是一部跨越時空的精彩敘事。從早期依賴聲音和書信的傳遞,到電報、電話的齣現,再到無綫電廣播的普及,人類一直在孜孜不倦地追求更高效、更便捷的信息交換方式。20世紀下半葉,數字技術的崛起標誌著通信進入瞭一個全新的時代——數字通信時代。數字信號的引入,使得信息傳輸的精度和可靠性得到質的飛躍,並為後續的各種復雜通信係統的發展奠定瞭堅實的基礎。 數字通信的核心在於將模擬信息轉化為數字序列,並通過各種編碼、調製、復用技術進行傳輸。這一過程涉及到的關鍵技術包括: 數字信號處理 (DSP): 它是現代通信的“心髒”。DSP技術通過算法和硬件實現對數字信號的濾波、變換、壓縮、解壓等操作,是實現高效、高質量通信的關鍵。例如,音頻和視頻的編碼壓縮,噪聲的去除,信道均衡等都離不開DSP。 信源編碼: 旨在去除信息中的冗餘,用盡可能少的比特來錶示原始信息,從而提高傳輸效率。常見的信源編碼技術包括霍夫曼編碼、算術編碼以及用於語音和圖像的壓縮標準,如MP3、AAC、JPEG、H.264等。 信道編碼: 為瞭抵抗傳輸過程中可能齣現的噪聲和乾擾,信道編碼技術會在原始信息中加入冗餘信息,使得接收端能夠檢測並糾正錯誤。循環冗餘校驗 (CRC)、漢明碼、捲積碼、Turbo碼和LDPC碼是信道編碼領域的重要代錶。 數字調製與解調: 將數字信號映射到模擬載波信號上進行傳輸,並在接收端進行還原。常見的數字調製方式包括ASK(幅度鍵控)、FSK(頻率鍵控)、PSK(相位鍵控)和QAM(正交幅度調製)。 數字復用技術: 允許多路信號在同一傳輸介質上同時傳輸,極大提高瞭通信綫路的利用率。時分多址 (TDD/TDMA)、頻分多址 (FDD/FDMA)、碼分多址 (CDMA) 和空分多址 (SDMA) 是主要的復用技術,它們在蜂窩通信等領域扮演著至關重要的角色。 第二章:移動通信的革命:從2G到5G 移動通信是現代通信技術中最引人注目、發展最迅速的領域之一。每一代移動通信技術的演進,都帶來用戶體驗的飛躍和應用場景的拓展。 第一代 (1G) 移動通信: 主要提供模擬語音通信,用戶體驗有限,易受乾擾。 第二代 (2G) 移動通信 (GSM, CDMA): 引入數字技術,實現瞭語音的數字化,並開始支持短信 (SMS) 和低速數據傳輸。GSM(全球移動通信係統)和CDMA(碼分多址)是這一代的代錶。 第三代 (3G) 移動通信 (WCDMA, CDMA2000): 速率顯著提升,能夠支持更高級的數據業務,如網頁瀏覽、電子郵件、視頻通話等,開啓瞭移動互聯網的序幕。WCDMA(寬帶碼分多址)和CDMA2000是主流技術。 第四代 (4G) 移動通信 (LTE): 以IP為核心,實現瞭全IP化,數據傳輸速率大幅提升,為高清視頻流、在綫遊戲等應用提供瞭可能,真正普及瞭移動互聯網。LTE(長期演進)及其演進版本LTE-Advanced是4G的標準。 第五代 (5G) 移動通信: 5G不僅僅是速度的提升,更是為萬物互聯而設計的革命性技術。它具備三大應用場景: 增強型移動寬帶 (eMBB): 提供超高速率和超大容量,支持4K/8K視頻、VR/AR等沉浸式體驗。 海量物聯網 (mMTC): 支持海量設備的連接,為智能傢居、智慧城市、工業物聯網等提供基礎。 超可靠低時延通信 (uRLLC): 提供極低的時延和極高的可靠性,滿足自動駕駛、遠程醫療、工業自動化等對實時性要求極高的應用。 5G的關鍵技術包括:大規模多輸入多輸齣 (Massive MIMO),通過部署大量天綫來提升頻譜效率和覆蓋範圍;毫米波 (mmWave),利用更高頻段實現巨大的帶寬;網絡切片 (Network Slicing),將物理網絡虛擬化為多個邏輯網絡,為不同應用提供定製化的服務;邊緣計算 (Edge Computing),將計算和存儲能力部署到離用戶更近的網絡邊緣,降低時延。 第三章:數據通信網絡:連接世界的骨乾 數據通信網絡是現代社會信息傳輸的“高速公路”,支撐著互聯網、企業網、移動通信網等各種信息係統的運行。 互聯網 (Internet): 作為全球最大的計算機網絡,互聯網采用TCP/IP協議族,實現瞭全球範圍內的信息共享和交流。其核心技術包括: TCP/IP協議棧: 定義瞭數據在網絡中傳輸的規則和格式,是互聯網的基石。 路由技術: 決定數據包在網絡中傳輸的最佳路徑,如BGP(邊界網關協議)。 DNS(域名係統): 將易於記憶的域名轉換為IP地址,方便用戶訪問網絡資源。 局域網 (LAN) 與廣域網 (WAN): 局域網 (LAN): 通常覆蓋一個較小的地理區域,如辦公室、傢庭等,其連接技術以以太網 (Ethernet) 為主,如Wi-Fi(無綫局域網)等。 廣域網 (WAN): 連接分布在不同地理區域的LAN,如企業分支機構之間的連接。MPLS(多協議標簽交換)等技術在WAN中得到廣泛應用。 光縴通信: 光縴作為信息傳輸的物理介質,具有帶寬大、損耗低、抗乾擾能力強等優點,是現代數據通信網絡的主乾。 光縴類型: 單模光縴和多模光縴,適用於不同的傳輸距離和應用場景。 光傳輸技術: 如DWDM(密集波分復用),允許在同一根光縴上同時傳輸多路光信號,極大地提高瞭光縴的傳輸容量。 光網絡設備: 光收發器、光放大器、光交換機等。 第四章:無綫通信的未來:Wi-Fi、藍牙與物聯網 無綫通信技術的發展,極大地解放瞭我們與信息的連接方式,使我們擺脫瞭綫纜的束縛。 Wi-Fi: 作為最普及的無綫局域網技術,Wi-Fi已成為傢庭、辦公室和公共場所不可或缺的網絡接入方式。Wi-Fi標準不斷演進,從802.11b/g/n到如今的Wi-Fi 6 (802.11ax) 和Wi-Fi 6E,速率、容量和效率都在不斷提升,更好地支持瞭物聯網設備和多用戶並發訪問。 藍牙 (Bluetooth): 藍牙技術主要用於短距離設備之間的無綫連接,如耳機、音箱、智能穿戴設備等。藍牙技術也在不斷發展,如低功耗藍牙 (BLE),為物聯網設備提供瞭更節能的通信方案。 物聯網 (IoT) 通信: 物聯網的興起,催生瞭對低功耗、廣覆蓋、低成本通信技術的需求。除瞭Wi-Fi和藍牙,LPWAN(低功耗廣域網)技術如LoRa、NB-IoT(窄帶物聯網)等,為海量物聯網設備的連接提供瞭解決方案。這些技術能夠以極低的功耗實現遠距離通信,非常適閤部署在智能傢居、智慧城市、環境監測等場景。 第五章:通信安全與隱私保護 隨著通信技術的飛速發展,網絡安全和用戶隱私保護變得越來越重要。 加密技術: 通過數學算法將明文信息轉換為密文,防止未經授權的訪問。對稱加密(如AES)和非對稱加密(如RSA)是兩種主要的加密方式。 身份認證: 確保通信雙方的身份閤法性,防止欺騙和冒充。密碼、數字證書、生物識彆等都是常用的身份認證手段。 網絡安全協議: 如TLS/SSL(傳輸層安全協議),用於保護互聯網通信的機密性和完整性。 隱私保護技術: 差分隱私、同態加密等新興技術,旨在允許在保護個體隱私的前提下進行數據分析和挖掘。 第六章:前沿技術與未來展望 現代通信技術仍在不斷進化,新的技術理念和應用場景層齣不窮。 人工智能 (AI) 在通信中的應用: AI正被廣泛應用於網絡優化、故障預測、智能調度、個性化服務等方麵,提升通信網絡的智能化水平。 量子通信: 利用量子力學原理實現信息傳輸,具有理論上的絕對安全性,有望徹底改變未來的信息安全格局。 衛星通信: 衛星通信技術的發展,如低軌衛星星座(如Starlink),為偏遠地區和全球範圍內的網絡覆蓋提供瞭新的解決方案。 軟件定義網絡 (SDN) 和網絡功能虛擬化 (NFV): 這些技術將網絡控製平麵與數據平麵分離,並實現網絡功能的軟件化,為網絡帶來瞭前所未有的靈活性和可編程性。 結語 現代通信技術是一個充滿活力和挑戰的領域。從數字信號的處理到全球互聯的網絡,從微小的智能設備到宏偉的通信基礎設施,每一個環節都凝聚著人類的智慧和創新。本書所探討的技術,隻是這個龐大而復雜體係中的一部分。理解這些核心技術,有助於我們更好地把握信息時代的脈搏,預見未來的發展方嚮,並從中發現機遇。隨著技術的不斷進步,通信將繼續以前所未有的方式連接我們,塑造一個更加智能、高效和便捷的世界。