1、通信原理通信原理课程及通信系统课程及通信系统发展简介发展简介第1页，共59页。8/17/20222 课程简介课程简介 通信系统及其发展通信系统及其发展 第2页，共59页。8/17/20223课程简介课程简介 现代通信原理现代通信原理后简称后简称通信原理通信原理阐述现代通信及其系统如何有效的传输信阐述现代通信及其系统如何有效的传输信息的基本理论、技术与分析方法。息的基本理论、技术与分析方法。它是现它是现代信息社会中，从事许多重要专业工作所代信息社会中，从事许多重要专业工作所必须掌握的基础。如从事信息及通信系统必须掌握的基础。如从事信息及通信系统及设备设计、制造与研究工作等。及设备设计、制造与研究
2、工作等。第3页，共59页。8/17/20224 现代通信原理现代通信原理属于信息与通信类专业的属于信息与通信类专业的专业基础课专业基础课，处于技术基础课与专业课之间，处于技术基础课与专业课之间，与技术基础课有密切关系：与技术基础课有密切关系：如信息论，随机如信息论，随机信号分析，信号与系统，数字信号处理，低频信号分析，信号与系统，数字信号处理，低频电子线路，高频电子线路，数字电路。电子线路，高频电子线路，数字电路。现代通信原理现代通信原理课程的课程的“左邻左邻”第4页，共59页。8/17/20225通信原理的通信原理的“左邻右舍左邻右舍”关系示图关系示图学习过程就像是一个增量调制过程第5页，共
3、59页。8/17/20226 在通信原理之后是专业课，可以进一步学习在通信原理之后是专业课，可以进一步学习通信系统的设计或现代通信某一方面的理论通信系统的设计或现代通信某一方面的理论或技术。或技术。要设计或制造通信系统，了解原理是必要的，但要设计或制造通信系统，了解原理是必要的，但只知道原理是不够的，还必须熟悉只知道原理是不够的，还必须熟悉硬件（电路，微波）硬件（电路，微波）与与软件软件（系统软件与嵌入式软件）设计。（系统软件与嵌入式软件）设计。现代通信原理现代通信原理的的“右舍右舍”第6页，共59页。8/17/20227通信原理的通信原理的“左邻右舍左邻右舍”关系示图关系示图学习过程就像是一
4、个增量调制过程第7页，共59页。8/17/20228 现代通信原理现代通信原理课程的主要内容和知识点可以课程的主要内容和知识点可以概括为以下几句话：概括为以下几句话：八个字，两个主体，三个方面，八个字，两个主体，三个方面，两个域，两种工具，几种技术。两个域，两种工具，几种技术。第8页，共59页。八个字：八个字：调制、解调、编码、译码；调制、解调、编码、译码；两个主体：两个主体：信号与噪声；信号与噪声；三个方面：三个方面：信源、信道与信宿或发送、传输与接收；信源、信道与信宿或发送、传输与接收；两个域：两个域：时域分析与频域分析；时域分析与频域分析；两种工具：两种工具：matlab、Systemv
5、iew；几种技术：几种技术：多路复用技术（频分复用，时分复多路复用技术（频分复用，时分复 用，码用，码分复用）、信道编码技术（汉明码，循环码）、信源分复用）、信道编码技术（汉明码，循环码）、信源编码技术（编码技术（PCM，ADPCM、M）、调制技术）、调制技术（高斯最小频移键控（高斯最小频移键控GFSK，QAM，OFDM等）。等）。第9页，共59页。8/17/202210 通信原理的课程内容是在通信技术的发展过程通信原理的课程内容是在通信技术的发展过程中逐渐形成的，下图描述了通信原理的课程内容及中逐渐形成的，下图描述了通信原理的课程内容及与其他课程（主要是技术基础课）的关系。与其他课程（主要是
6、技术基础课）的关系。第10页，共59页。8/17/202211电路、计算机、软件和微波需求检测调制编码复用同步通信系统设备语音图像字符度量随机信号分析信息论信号与系统数字信号处理锁相技术信道噪声环境主要理论系统基础知识消息与信源信道与AWGN信道频带与电波传播通信系统及通信网络第11页，共59页。8/17/202212该课程中主要考虑的主要问题包括：该课程中主要考虑的主要问题包括：（1）能够高效地携带信息的信号形式；）能够高效地携带信息的信号形式；（2）适合于特定信道的传输并充分利用信道资源）适合于特定信道的传输并充分利用信道资源 的的信号波形，如波形的中心频率、带宽及功率与能量等；信号波形，
7、如波形的中心频率、带宽及功率与能量等；（3）有效抑制噪声与其他干扰以保障传输质量。）有效抑制噪声与其他干扰以保障传输质量。（4）具体可行并尽量简单的技术方法，如发送端产生波形）具体可行并尽量简单的技术方法，如发送端产生波形与接收端检测波形的实现方法；与接收端检测波形的实现方法；（5）系统的成本。）系统的成本。第12页，共59页。8/17/202213 通信系统用单位时间内传输信息量的多少来衡量一个通信系统用单位时间内传输信息量的多少来衡量一个通信系统的效率，即有效性。如何度量该性能？产生通信系统的效率，即有效性。如何度量该性能？产生了信息论，用比特作为通信系统传送信息的单位。信了信息论，用比特
8、作为通信系统传送信息的单位。信息论已成为一门独立的学科，息论已成为一门独立的学科，对信息论的研究产生了对信息论的研究产生了不少对通信系统有价值的结论、定理、定律，很多成为不少对通信系统有价值的结论、定理、定律，很多成为设计通信系统与进行通信技术的研究指南，它能告诉工设计通信系统与进行通信技术的研究指南，它能告诉工程师们关于通信系统的性能极限，程师们关于通信系统的性能极限，在本课程的学习中，在本课程的学习中，有多处要用到信息论的结论与定理。有多处要用到信息论的结论与定理。第13页，共59页。8/17/202214 学习通原，学习通原，首先要了解系统的使用环境，即信道。首先要了解系统的使用环境，即
9、信道。信道中存在噪声与干扰，对噪声与干扰的研究产生信道中存在噪声与干扰，对噪声与干扰的研究产生了随机过程理论。对信号的分析实际上就是对一个了随机过程理论。对信号的分析实际上就是对一个随机过程或者是一个随机变量的分析。在通原课程随机过程或者是一个随机变量的分析。在通原课程中的信号检测中，会用到很多随机过程的知识，通中的信号检测中，会用到很多随机过程的知识，通信系统将信系统将随机过程的数学理论与通信信号相结合随机过程的数学理论与通信信号相结合产生了产生了通信与信息类专业的另一门技术基础课，通信与信息类专业的另一门技术基础课，随机信号随机信号分析或称随机信号处理。分析或称随机信号处理。第14页，共5
10、9页。8/17/202215 通信技术的发展，特别在通信技术的发展，特别在20世纪中叶以来世纪中叶以来形成了形成了通信原理的通信原理的主要主要理论体系：理论体系：编码理论编码理论 调制理论调制理论 检测理论检测理论通信原理的主要通信原理的主要理论体系理论体系第15页，共59页。主要主要理论体系理论体系-编码理论编码理论 编码已成为一个学科分支，可以从数学理论方面研编码已成为一个学科分支，可以从数学理论方面研究，但在通信工程领域，编码是一种技术，是要能用硬究，但在通信工程领域，编码是一种技术，是要能用硬件或软件实现的，在数学上可以存在很多码，只有能在件或软件实现的，在数学上可以存在很多码，只有能
11、在通信系统中生成和识别的码才能被应用。通信系统中生成和识别的码才能被应用。编码理论与通信结合形成了两个方向：编码理论与通信结合形成了两个方向：信源编码与信信源编码与信道编码道编码。数字通信技术的应用，大大促进了编码理论的。数字通信技术的应用，大大促进了编码理论的发展。在通原课程中，将详细的讨论信源与信道编码。发展。在通原课程中，将详细的讨论信源与信道编码。第16页，共59页。8/17/202217 调制理论可划分为线性调制与非线性调制，调制理论可划分为线性调制与非线性调制，区别在于是否改变调制信号的频谱结构。区别在于是否改变调制信号的频谱结构。安排在在模拟和数字通信章节中。安排在在模拟和数字通
12、信章节中。主要理论体系主要理论体系-调制理论调制理论第17页，共59页。主要理论体系主要理论体系-信号检测理论信号检测理论 接收端将数字调制信号与载波信号分开，接收端将数字调制信号与载波信号分开，还原数码的过程称之为信号检测。关于数还原数码的过程称之为信号检测。关于数字信号的检测分为字信号的检测分为加性高斯白噪声加性高斯白噪声信道中信道中的信号检测和的信号检测和衰落信道衰落信道中信号的检测。中信号的检测。第18页，共59页。8/17/202219 对于通信系统中信号的分析经常要涉及到对于通信系统中信号的分析经常要涉及到时域和时域和频域频域的描述，对系统的分析要涉及到线性和非线的描述，对系统的分
13、析要涉及到线性和非线性系统，这样就产生了分析信号与系统的一整套性系统，这样就产生了分析信号与系统的一整套理论，是理解和分析通信系统的基础，也是独立理论，是理解和分析通信系统的基础，也是独立的课程的课程-信号与系统信号与系统。此外，数字通信技术的发展，在通信系统中用到了数此外，数字通信技术的发展，在通信系统中用到了数字信号处理的技术，如语音与视频信号编码中的应用，字信号处理的技术，如语音与视频信号编码中的应用，使得使得数字信号处理数字信号处理也成为通信专业的技术基础。也成为通信专业的技术基础。第19页，共59页。8/17/202220 作为通原课程，还应包含通信系统设备方面的内作为通原课程，还应
14、包含通信系统设备方面的内容，主要有容，主要有同步和信道复用同步和信道复用，在数字通信系统中，在数字通信系统中，只有接收信号与发送信号同步或者信号间建立相同时只有接收信号与发送信号同步或者信号间建立相同时间关系，接收端才能解调和识别信号。间关系，接收端才能解调和识别信号。信道复用是为了提高通信效率，是信道复用是为了提高通信效率，是安排多个安排多个用户的信号通过同一信道的一种信号安排。用户的信号通过同一信道的一种信号安排。使得使得不同用户的话音、图像等消息能同时通过同一电缆，不同用户的话音、图像等消息能同时通过同一电缆，同一频段，或同一时间。同一频段，或同一时间。第20页，共59页。参考书目 樊昌
15、信樊昌信通信原理通信原理国防工业出版社国防工业出版社 图书馆图书馆 根据樊昌信根据樊昌信通信原理通信原理所编写的所编写的各种辅导书或考研指导书各种辅导书或考研指导书 第21页，共59页。成绩评定 平时（作业完成情况、课堂测验，到课情平时（作业完成情况、课堂测验，到课情况）况）实验实验 期末期末第22页，共59页。学习方法 提前预习，及时回顾与本课程相关知识，如信号系统中相关定理。理解老师每堂课的重点难点和典型例题 及时完成作业并发现自己的问题及时解决。第23页，共59页。联 系 方 式 教师：李慧贞教师：李慧贞 办公室：实验楼办公室：实验楼2A4082A408 电话：电话：029-861686
16、33029-86168633 email: email:第24页，共59页。大学学习的价值并不在于你在n年之后确实需要用到某个具体的公式，而是大学学习带给你的训练。无论你选修的是通信原理还是木匠原理，它们带给你的首要价值是对一些问题的思考。有机会去真正的思考一些问题，这才是有价值的事情。不同的课程使你见识到不同的问题，从而学会了用不同的思考方式和观察视角。这些会融合到你大脑的算法当中，使你的头脑进化出更强大的分析问题和解决问题的能力，而不是简单地把一些知识暂存在大脑的硬盘上。第25页，共59页。你和中学生的区别并不在于你能写出匹配滤波器的冲激响应，而在于你的大脑思考过一些他无法理解的事情。这就
17、是人和人的差别。一年之计在于春，同学们，请规划好自己的增量过程吧。第26页，共59页。通信系统及其发展通信系统及其发展 信息与现代通信系统信息与现代通信系统 通信发展史简介通信发展史简介 通信发展展望通信发展展望第27页，共59页。8/17/202228信息与现代通信系统信息与现代通信系统物质、能量和信息物质、能量和信息是构成当今社会的三大是构成当今社会的三大基本要素。当前，人类社会已进入信息社基本要素。当前，人类社会已进入信息社会，这是继农业革命、工业革命之后的又会，这是继农业革命、工业革命之后的又一次改变人类社会进程的伟大时代。一次改变人类社会进程的伟大时代。信息革命，可把人类的智力生产能
18、力大大延伸；信息革命，推进人们智慧与知识的分享，改变了人类的生活方式，使人们幸福。第28页，共59页。8/17/202229 现代信息社会的主要特征是，现代信息社会的主要特征是，信息信息已成已成为一种重要的社会资源，只有通过广泛为一种重要的社会资源，只有通过广泛的传播与交流，才能产生价值。信息是的传播与交流，才能产生价值。信息是人类生存及社会进步的重要推动力。信人类生存及社会进步的重要推动力。信息的开发和利用（信息化）已成为社会息的开发和利用（信息化）已成为社会生产力发展的重要标志。生产力发展的重要标志。符号、文字、图片、数据、活动图像、语音等第29页，共59页。8/17/202230第30页
19、，共59页。8/17/202231 如人们每天都要接触和使用种类繁多的通信系如人们每天都要接触和使用种类繁多的通信系统统（手机手机/移动通信、互联网移动通信、互联网/计算机网络、广播、电视、卫星、计算机网络、广播、电视、卫星、雷达、微波等。雷达、微波等。），），其提供的各种服务可以帮助人其提供的各种服务可以帮助人们们有效地获取与利用有效地获取与利用各种信息资源，从而可以沟各种信息资源，从而可以沟通彼此感情、处理日常事务、取得事业进步与通彼此感情、处理日常事务、取得事业进步与了解世界发展，通信系统已成为人们生活中不了解世界发展，通信系统已成为人们生活中不可缺少的组成部分。可缺少的组成部分。第31
20、页，共59页。8/17/202232 现代通信系统现代通信系统起着起着信息传输信息传输和和交换（信息的交换（信息的流通）流通）的作用，其已成为当今社会和经济生活的的作用，其已成为当今社会和经济生活的“神经系统神经系统”。是人类信息交互的重要工具，在。是人类信息交互的重要工具，在信息社会中可视为信息产业的生命线。信息社会中可视为信息产业的生命线。第32页，共59页。8/17/202233 既然通信的发展代表着人类社会的文明和进步，既然通信的发展代表着人类社会的文明和进步，因此我们有必要了解通信技术的过去和现在，并了解因此我们有必要了解通信技术的过去和现在，并了解其未来的发展方向。其未来的发展方向
21、。通信发展史简介通信发展史简介第33页，共59页。8/17/202234 自人类出现以来，在其生存斗争中总要进行思想交自人类出现以来，在其生存斗争中总要进行思想交流和消息的传递。流和消息的传递。如远古时代的人类用表情和动作进行信息的交换，这是如远古时代的人类用表情和动作进行信息的交换，这是最原始的通信。动作这一方式一直保留到现今，如交警的指最原始的通信。动作这一方式一直保留到现今，如交警的指挥手语挥手语，航海旗语。，航海旗语。在漫长的生活中，人类创造了语言和文字（书信），在漫长的生活中，人类创造了语言和文字（书信），进而用语言和文字进行消息的传递。如飞鸽传信，驿马进而用语言和文字进行消息的传递
22、。如飞鸽传信，驿马邮递（统治者为发布政令，急件贴有鸡毛快马加鞭传递）邮递（统治者为发布政令，急件贴有鸡毛快马加鞭传递）成都的旅游胜地、水果之乡龙泉驿。就是位于龙成都的旅游胜地、水果之乡龙泉驿。就是位于龙泉山的古代驿站，以利官衙公文的传递。泉山的古代驿站，以利官衙公文的传递。第34页，共59页。8/17/202235河北鸡鸣驿，建于元代河北鸡鸣驿，建于元代第35页，共59页。8/17/202236 电信号出现以前，人们还创造了许多消息的传递电信号出现以前，人们还创造了许多消息的传递方式：烽火、狼烟、消息树、孔明灯、金鼓宣战等方方式：烽火、狼烟、消息树、孔明灯、金鼓宣战等方式可以在较远的距离之间及
23、时地完成消息的传送式可以在较远的距离之间及时地完成消息的传送。美丽的海滨城市烟台，就是古代著名的烽烟之台。举烽美丽的海滨城市烟台，就是古代著名的烽烟之台。举烽烟为信号，或御海寇，或防海难。烟为信号，或御海寇，或防海难。临潼骊山烽火台。临潼骊山烽火台。“烽火戏諸侯，一笑失天下烽火戏諸侯，一笑失天下”千古教千古教訓。訓。中国历史上周幽王烽火嬉诸侯，烽火是非常原始的光通信，而且是最简单的二进制数字通信，它利用光信号的有无来表示敌情“。第36页，共59页。8/17/202237史记史记周本纪周本纪载：载：“幽幽王举烽火征兵，兵莫至，王举烽火征兵，兵莫至，遂杀幽王骊山下。遂杀幽王骊山下。”临潼骊山烽火台
24、临潼骊山烽火台第37页，共59页。8/17/202238 但上述信息传递方式仍依靠的是人的但上述信息传递方式仍依靠的是人的视视觉与听觉觉与听觉，无法完成，无法完成较远较远两地间的及时准两地间的及时准确的消息传递。确的消息传递。第38页，共59页。目前长距离通信方式由以人力、机械目前长距离通信方式由以人力、机械方式传递消息，如邮政系统，各种物流系方式传递消息，如邮政系统，各种物流系统；统；还有以电（电流，无线电，光波）传递还有以电（电流，无线电，光波）传递消息的电信，如中国电信、移动、联通等消息的电信，如中国电信、移动、联通等运营商的各种业务。运营商的各种业务。第39页，共59页。8/17/20
25、2240 15世纪，德国人古登堡发明的印刷机加速了过去人类创世纪，德国人古登堡发明的印刷机加速了过去人类创造的智慧的普及和传播；造的智慧的普及和传播；贝尔的电话彻底改变了人们的生活方式，让不在一贝尔的电话彻底改变了人们的生活方式，让不在一处人们可以即时地交换信息。处人们可以即时地交换信息。但是处理能力、存储能力、通信能力今后取得的进但是处理能力、存储能力、通信能力今后取得的进展、带来的将是一场规模空前的信息革命，它会让你感展、带来的将是一场规模空前的信息革命，它会让你感到相比之下，之前的几次在信息革命的历史中是多么不到相比之下，之前的几次在信息革命的历史中是多么不起眼的事件。起眼的事件。通信发
26、展中的重要事件通信发展中的重要事件第40页，共59页。8/17/202241第41页，共59页。8/17/2022421799 年年Volta发明电源以来，人们尝试用电技术进行通信，用电信号作发明电源以来，人们尝试用电技术进行通信，用电信号作为信息的载体，人类的通信开始脱离对视觉、听觉的依赖，传说中的顺为信息的载体，人类的通信开始脱离对视觉、听觉的依赖，传说中的顺风耳、千里眼都成为了现实，进入了现代通信时代。风耳、千里眼都成为了现实，进入了现代通信时代。1837年年Morse发明了利用电信号的通信方式发明了利用电信号的通信方式有线电报系统。有线电报系统。1876年贝尔（年贝尔（A.G.Bell
27、）利用电磁感应的原理发明电话机。）利用电磁感应的原理发明电话机。1864年麦克斯韦（年麦克斯韦（Maxwell）（英国）预言了电磁波辐射的存在。）（英国）预言了电磁波辐射的存在。1887年赫兹（年赫兹（Hertz）通过实验证明了这一预言，这为现代无线电）通过实验证明了这一预言，这为现代无线电技术提供了理论依据。技术提供了理论依据。1901年，马可尼（年，马可尼（Marconi）首次跨大西洋传输无线电信号。（）首次跨大西洋传输无线电信号。（从英国的康沃尔到加拿大的纽芬兰长达3540km的无线电跨洋通信）第42页，共59页。8/17/202243 1902年，年，美国人巴纳特史特波斐德进行了第一次
28、试验性无美国人巴纳特史特波斐德进行了第一次试验性无线电广播并取得了成功。线电广播并取得了成功。1906年，真空三极电子管出现并首先应用于通信。同年，年，真空三极电子管出现并首先应用于通信。同年，美国物理学家费森登正式主持了人类历史上第一次无线电美国物理学家费森登正式主持了人类历史上第一次无线电广播。广播。1928年，贝尔德用短波从伦敦向纽约传送了一幅人像，实现了年，贝尔德用短波从伦敦向纽约传送了一幅人像，实现了人类历史第一次使图像越过大西洋的梦想。传送静止图像被称人类历史第一次使图像越过大西洋的梦想。传送静止图像被称为传真技术。为传真技术。1953年大西洋海缆铺设。（年大西洋海缆铺设。（可提供
29、36路电话）第43页，共59页。8/17/202244 在实践中，人们发现正弦波信号易于产生和控制，所以在在实践中，人们发现正弦波信号易于产生和控制，所以在20世纪初期就世纪初期就出现了用高频正弦波作为载波的振幅调制方式，即出现了用高频正弦波作为载波的振幅调制方式，即1918年出现的调幅（年出现的调幅（AM）方式。方式。1920年匹兹堡的年匹兹堡的KDKA电台开始了无线调幅广播。它促进了人类社会电台开始了无线调幅广播。它促进了人类社会文化交流、宣传教育的发展，深刻地影响着人们的生活。文化交流、宣传教育的发展，深刻地影响着人们的生活。为为提高抗干扰能力，提高抗干扰能力，1933年阿姆斯特朗（年阿
30、姆斯特朗（Amstrong）发明了调频）发明了调频（FM）技术，不仅提高了通信系统的抗干扰能力，而且大大推动了移动）技术，不仅提高了通信系统的抗干扰能力，而且大大推动了移动通信技术的发展。通信技术的发展。AM和和FM方式的应用标志着模拟通信时代的到来。方式的应用标志着模拟通信时代的到来。数字通信不仅能实现人与人、人与机器、机器与机器之间的通信数字通信不仅能实现人与人、人与机器、机器与机器之间的通信和数据交换功能，而且又比模拟通信系统更好的性能。和数据交换功能，而且又比模拟通信系统更好的性能。第44页，共59页。8/17/2022451928年奈奎斯特（年奈奎斯特（Nyquist）提出了著名的抽
31、样定理。）提出了著名的抽样定理。1937年瑞维斯（年瑞维斯（A.H.Reeves）发明了）发明了PCM（脉冲编码调制）通信技术，（脉冲编码调制）通信技术，这些都为数字通信系统的发展奠定了坚实的理论基础。由于器件的限这些都为数字通信系统的发展奠定了坚实的理论基础。由于器件的限制，数字通信技术当时并未实现制，数字通信技术当时并未实现，直到，直到1947年晶体管出现后，年晶体管出现后，1950年年贝尔实验室才生产出第一台实用的贝尔实验室才生产出第一台实用的PCM数字通信设备。数字通信设备。五十年代，出现了微波通信，随着通信容量的增加，通信范围五十年代，出现了微波通信，随着通信容量的增加，通信范围的扩
32、大，的扩大，1955年皮尔斯（年皮尔斯（J.R.Pierce）提出了卫星通信的设想。）提出了卫星通信的设想。1957年人类发射了第一颗通信卫星。年人类发射了第一颗通信卫星。1962年发射的同步通信卫年发射的同步通信卫星，为国际间大容量通信奠定了基础。星，为国际间大容量通信奠定了基础。1965年第一颗国际通信年第一颗国际通信卫星进入商业运行，并在卫星进入商业运行，并在20世纪世纪70年代开始广泛地进入商业应年代开始广泛地进入商业应用。用。第45页，共59页。8/17/2022461960年，激光器问世，年，激光器问世，1977年第一个光纤通信商用系统投入使年第一个光纤通信商用系统投入使用。光纤通
33、信容量大，可靠性高，目前光纤通信正处于应用阶用。光纤通信容量大，可靠性高，目前光纤通信正处于应用阶段。（高锟）段。（高锟）1978年，贝尔实验室研制出了先进移动通信系（年，贝尔实验室研制出了先进移动通信系（AMPS），建立），建立了首个蜂窝移动通信系统。了首个蜂窝移动通信系统。1989年，全球卫星定位系统（年，全球卫星定位系统（GPS）完成部署。）完成部署。1991年，年，GSM移动通信系统投入商用。移动通信系统投入商用。1995年，年，CDMA移动通信系统在香港投入商用。移动通信系统在香港投入商用。1998年，数字电视业务在美国开通。年，数字电视业务在美国开通。1999年，年，ITU决定发展
34、第三代（决定发展第三代（3G）移动通信系统。）移动通信系统。（WCDMA、CDMA2000与与TD-SCDMA）第46页，共59页。8/17/2022472009年年10月月6日，瑞典皇家科学院向高锟颁授诺贝尔物理学奖。日，瑞典皇家科学院向高锟颁授诺贝尔物理学奖。瑞典国王卡尔十六世瑞典国王卡尔十六世古斯塔夫破例走到他面前颁奖。皇家科学院说，古斯塔夫破例走到他面前颁奖。皇家科学院说，高锟在高锟在“有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面有关光在纤维中的传输以用于光学通信方面”取得了突破性取得了突破性成就，他将获得成就，他将获得2009年物理学奖一半的奖金，共年物理学奖一半的奖金，共500万瑞典克朗
35、（约万瑞典克朗（约合合70万美元）。万美元）。第47页，共59页。8/17/202248 20世纪世纪70年代出现了计算机通信网络，使数据通信得到了迅速的发展，年代出现了计算机通信网络，使数据通信得到了迅速的发展，今天今天internet网已遍布全球。网已遍布全球。20世纪世纪80年代到年代到90年代，当各种通信系统技术发展到一定程度后，年代，当各种通信系统技术发展到一定程度后，通信技术向着数字化、智能化、宽带化、网络化、综合化、移动化与通信技术向着数字化、智能化、宽带化、网络化、综合化、移动化与个人化方向发展。各种通信新技术的研究、综合运用成为推动通信技个人化方向发展。各种通信新技术的研究、
36、综合运用成为推动通信技术发展的又一新的动力。术发展的又一新的动力。四网合一（多网融合）：四网合一（多网融合）：PSTN（固话）网，广电网，互联网，（固话）网，广电网，互联网，移动通信网等。移动通信网等。第48页，共59页。8/17/202249 预计到本世纪中期，人类将进入通信的理想境界预计到本世纪中期，人类将进入通信的理想境界-个人通信个人通信（PCN）时代。个人通信是指）时代。个人通信是指 任何人任何人who能在任何时间能在任何时间when、任、任何地点何地点where，以任何方式，以任何方式what与任何对象与任何对象whom进行所谓的进行所谓的“5W”通信的理想方式。通信的理想方式。物
37、联网（物联网（IOI:Internet of Things）：）：在计算机互联网的基础上，在计算机互联网的基础上，利用利用RFID、WSN等前端技术，构造一个实现全球物品信息实时共等前端技术，构造一个实现全球物品信息实时共享的物联网，其是信息社会和经济发展的结晶。如何与国际接轨享的物联网，其是信息社会和经济发展的结晶。如何与国际接轨又能形成具有自主知识产权的物联网标准和关键技术是我国物联又能形成具有自主知识产权的物联网标准和关键技术是我国物联网发展面临的重大课题。网发展面临的重大课题。第49页，共59页。8/17/202250 芯片传递信息时，目前来说有导线，光纤，或通过电芯片传递信息时，目前
38、来说有导线，光纤，或通过电波在空气中传播，最近也在开发如何以人体做传播的波在空气中传播，最近也在开发如何以人体做传播的媒介。比如，任何人握手时，自己的姓名、信息就能媒介。比如，任何人握手时，自己的姓名、信息就能瞬间传给对方。瞬间传给对方。更进一步，把芯片贴在额头上，通过芯片贴，使芯片中更进一步，把芯片贴在额头上，通过芯片贴，使芯片中的信息、计算能力、思考能力通过微弱的电流直接跟自的信息、计算能力、思考能力通过微弱的电流直接跟自己的脑细胞交流、传递，很大程度地延伸自己脑细胞的己的脑细胞交流、传递，很大程度地延伸自己脑细胞的记忆能力，或者使自己的心算、计算能力变得快速而准记忆能力，或者使自己的心算
39、、计算能力变得快速而准确，或通过无线跟远处的芯片交流，如同确，或通过无线跟远处的芯片交流，如同“心灵感应心灵感应”。芯片贴与脑型计算机芯片贴与脑型计算机第50页，共59页。8/17/202251 工业社会，工具是人肌肉的延长线，肌肉是没有心、工业社会，工具是人肌肉的延长线，肌肉是没有心、没有意志的。信息革命的优越之处在于，人类发明没有意志的。信息革命的优越之处在于，人类发明的计算、存储、通信工具会不知不觉间更接近心灵，的计算、存储、通信工具会不知不觉间更接近心灵，工具与人类的界限逐渐消失、融合，最后工具本身工具与人类的界限逐渐消失、融合，最后工具本身也会拥有一直，拥有心灵。工具可能进化到与人类
40、也会拥有一直，拥有心灵。工具可能进化到与人类共生的程度。（共生的程度。（300年以后）年以后）第51页，共59页。8/17/202252拥有心灵的工具拥有心灵的工具，就是脑型计算机，获诺贝尔奖提名的日，就是脑型计算机，获诺贝尔奖提名的日本脑科学权威，在理化学研究所主持研究脑型计算机的松本本脑科学权威，在理化学研究所主持研究脑型计算机的松本元常说：是爱激活了脑。诺依曼型计算机发展了人左脑（逻元常说：是爱激活了脑。诺依曼型计算机发展了人左脑（逻辑思维、积累理论知识。）的功能，脑型计算机是追求右脑辑思维、积累理论知识。）的功能，脑型计算机是追求右脑（超越了理论知识的积累，是创造的世界、感情的世界）的
41、（超越了理论知识的积累，是创造的世界、感情的世界）的世界。世界。如果脑型计算机只会快速计算、大量存储、逻辑性强，可能会失去控如果脑型计算机只会快速计算、大量存储、逻辑性强，可能会失去控制，这样的人工智能如果用在机器人身上，让只知道追求效率的人工制，这样的人工智能如果用在机器人身上，让只知道追求效率的人工智能长出了手脚，这可能很可怕。让人工智能最终须保持一种平衡，智能长出了手脚，这可能很可怕。让人工智能最终须保持一种平衡，以制约其能力，而最好的办法，就是让它的意志最终与爱联系起来，以制约其能力，而最好的办法，就是让它的意志最终与爱联系起来，让它成为懂得善，懂得爱的人工智能。让它成为懂得善，懂得爱
42、的人工智能。第52页，共59页。8/17/202253未来，通信技术和计算机网络技术将会呈现二次曲线进步，未来，通信技术和计算机网络技术将会呈现二次曲线进步，CPU的运算速度将会越来越快，存储器的存储能力也会以可的运算速度将会越来越快，存储器的存储能力也会以可怕的速度增长。大概怕的速度增长。大概30年后是现在的年后是现在的100万倍。万倍。在这个意义上，互联网和信息革命都远没有成熟，才刚刚开始，在这个意义上，互联网和信息革命都远没有成熟，才刚刚开始，还在入口的入口，于是我们感到，我们应该为之努力的事业的还在入口的入口，于是我们感到，我们应该为之努力的事业的课题，是接近于无限大的。课题，是接近于
43、无限大的。第53页，共59页。8/17/202254 纵观纵观200多年来通信的发展历程，通信朝着数字化、多年来通信的发展历程，通信朝着数字化、智能化、宽带化、网络化、综合化、移动化与个人化方向智能化、宽带化、网络化、综合化、移动化与个人化方向发展。通信的不断发展是需求与应用、产业与协会组织、发展。通信的不断发展是需求与应用、产业与协会组织、技术与理论等各个方面相互促进与共同推动的结果。技术与理论等各个方面相互促进与共同推动的结果。社会需求社会需求 技术需求技术需求促进通信发展的主要动因促进通信发展的主要动因第54页，共59页。8/17/202255社会需求社会需求 人们总是希望能在任何时候、
44、任何地方实现与任人们总是希望能在任何时候、任何地方实现与任何人通信，正是这一需求促进了何人通信，正是这一需求促进了移动通信移动通信的飞速发展与的飞速发展与普及。普及。另外，社会活动、管理与文化，需要交换与共享各另外，社会活动、管理与文化，需要交换与共享各种资源，交互大量信息。社会越发展，社会的信息资源就种资源，交互大量信息。社会越发展，社会的信息资源就会越多，互联网是共享信息资源的有效工具。互联网与通会越多，互联网是共享信息资源的有效工具。互联网与通信的结合将会进一步促进社会的信息化与网络化，也会催信的结合将会进一步促进社会的信息化与网络化，也会催生更多的信息技术，如移动互联网（生更多的信息技
45、术，如移动互联网（3G，4G）。）。第55页，共59页。8/17/202256技术需求技术需求频率有限频率有限 如何在有限的频带上能传送最多的信息量，这如何在有限的频带上能传送最多的信息量，这是调制理论所研究的。是调制理论所研究的。信道噪声与干扰的存在与对通信可靠性的要求信道噪声与干扰的存在与对通信可靠性的要求 促使人们研究信道编码技术，产生了丰富的编促使人们研究信道编码技术，产生了丰富的编码理论。信道编码可以纠正信号传输过程中产生的码理论。信道编码可以纠正信号传输过程中产生的错误，可以在信噪比很低的情况下使误码率仍能达错误，可以在信噪比很低的情况下使误码率仍能达到到10-6以下。以下。第56
46、页，共59页。8/17/202257 信号的检测理论信号的检测理论也是为了对抗噪声而发展起来的，研也是为了对抗噪声而发展起来的，研究如何从噪声中恢复信号，如何设计最好的接收机，究如何从噪声中恢复信号，如何设计最好的接收机，以及如何评价各种调制制度等。此外还有分集接收以及如何评价各种调制制度等。此外还有分集接收等。等。第57页，共59页。8/17/202258 移动通信移动通信实现了人类可以在任何地点与任何人实现了人类可以在任何地点与任何人随时通信的梦想。正是因为移动通信的普及与应随时通信的梦想。正是因为移动通信的普及与应用，大大推进了通信理论与技术的发展，这是因用，大大推进了通信理论与技术的发
47、展，这是因为移动通信用户众多，要求系统容量巨大，同时，为移动通信用户众多，要求系统容量巨大，同时，移动通信的信道条件十分恶劣，必须采用最先进移动通信的信道条件十分恶劣，必须采用最先进的技术才能保证系统可靠工作，达到应用的要求。的技术才能保证系统可靠工作，达到应用的要求。正是由于这些因素促使通信理论与技术发展正是由于这些因素促使通信理论与技术发展了目前这一空前光辉的时期。了目前这一空前光辉的时期。第58页，共59页。8/17/202259 在现代通信系统的发展中形成了很多理论，在现代通信系统的发展中形成了很多理论，如如信息论、调制、检测和编码理论信息论、调制、检测和编码理论；也产生了多种多样的通信技术手段，如也产生了多种多样的通信技术手段，如有线有线通信、无线通信、卫星通信、移动通信通信、无线通信、卫星通信、移动通信等，在等，在20世纪后世纪后20年，通信技术得到了飞速发展，其与计算年，通信技术得到了飞速发展，其与计算机技术和微电子技术相结合形成了新的学科，机技术和微电子技术相结合形成了新的学科，信息信息学科学科。与通信系统相关的理论及学科与通信系统相关的理论及学科第59页，共59页。
