1、1.1 通信与现代通信通信与现代通信1.1.1 通信的历史演进通信的历史演进从通信的发展可以看到社会的进步的过程。通信发展的历史虽然没有明确的界限，但大致可以分为三个阶段，即古代通信、近代通信、现代通信。1古代通信古代通信在远古时候，我们的祖先就已经能够在一定范围内借助于呼叫、打手势或采取以物示意的办法来相互传递一些简单的信息，至今在我们的生活中仍然能找到这些方式的影子，如旗语（通过各色旗子的舞动），号角、灯塔、喇叭、击鼓敲锣、风筝、信号树、信鸽等。烽火通信作为一种原始的声光通信手段，是通过烽火及时传递军事信息的，远在周代时就服务于我国军事战争。烽火台的布局十分重要，它分布在高山险岭或峰回路转
2、的地方，而且必须是要3个台都能相互望见，以便于看见和传递。如图1.1所示，为我们展现了距今2000多年前我国西北边陲“谨侯望，通烽火”的历史遗迹。图1.1 烽火通信遗址古代通信的方式虽然非常简单，非常原始，但它基本上满足了当时人们的生活需要 2近代通信1）电报与电话的发明19世纪30年代随着电的发明与应用，不少科学家在法拉第电磁感应理论的启发下，开始了利用电来传送信息的试验。俄国外交家希林格和英国青年库克等都相继制造出了电报机。1832年，莫尔斯开始对电磁学产生浓厚兴趣，1834年，他利用电流一通一断的原理，发明了用电流的“通”和“断”来编制代表字母和数字的代码，人称“莫尔斯电码”。后来他在助
3、手维尔德的帮助下，制成了举世闻名的莫尔斯电报机。在1896年德国建立了电报局如图1.2所示。图1.2 1896年德国柏林中央电报局1876年，亚历山大格雷厄姆贝尔利用电磁感应原理发明了电话，预示着个人通信时代的开始，如图1.3所示。图1.3 贝尔及其发明的电话机1879年，第一个专用人工电话交换系统投入运行。1882年2月，丹麦大北电报公司在上海外滩扬于天路办起我国第一个电话局，用户25家。如图1.4所示。图1.4 1898年，中国上海的电话交换局2）无线电通信的诞生电报，电话的电信号都是通过金属线传送的，线路架设到的地方，信息才能传到。无线通信与早期的电报、电话通信不同，它不是依靠有形的金属
4、导线，而是利用无线电波来传递信息的。1888年，赫兹制作的简易电磁波发射和接收装置如图1-5所示 图1.51888年，赫兹制作的简易电磁波发射和接收装置1895年，20岁的意大利青年马可尼如图1.6所示发明了无线电报机。开创了人类利用电磁波进行通信的历史。图1.6 无线电通信的创始人马可尼豪华客轮“泰坦尼克号”在作处女航时与冰山相撞，因船上电报出了故障，导致它与外界的联系中断了7个小时。最终酿成了1500人葬身海底的震惊世界的惨剧。3）广播与电视的出现1906年，继英国工程师弗莱明发明真空二极管之后，美国人福雷斯特又制造出了世界上第一个真空三极管。1906年，美籍加拿大人费森登在纽约附近设立了
5、世界上第一个广播站。1925年，英国人贝尔德发明了机械扫描式电视机。1936年，电视转播在柏林举行的第6届奥林匹克运动会 3现代通信电话、电报从其发明的时候起，就开始改变人类的经济和社会生活。但是，只有在以计算机和数字通信融合为代表的信息技术，特别是通信信息网络进入商业化以后，才完成了近代通信技术向现代通信技术的转变。20世纪60年代，彩色电视问世；阿波罗宇宙飞船登月；数字传输理论与技术得到迅速发展；20世纪70年代，商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信系统投入使用 可以认为：以微电子和光电技术为基础，以计算机和通信技术为支撑，以信息处理技术为主题的信息技术（Information Tech
6、nology，简称IT）正在改变着我们的生活，数字化信息时代已经到来。1.1.2 通信的定义1973年有关国际电信公约及规定将“电信”这一基本术语定义为：利用有线电、无线电、光学或其它电磁系统对于符号、信号、文字、影像、声音或任何信息的传播、发射或接收。以上谈到的电信，就是本书讲的“通信”。简言之，通信就是信息的传递与交流。1970年世界上第一台数字程控交换机在巴黎投入使用。从此开始了用数字信号（瞬时幅值离散的信号）来交流和传递信息。信息传递和交流发生了根本性的变革。1.1.3 现代通信基本概念当前人们经常读到的通信，已经属于现代通信的范畴，什么是现代通信？它是从何开始的呢？现代通信离不开“时
7、代”和科学技术发展的特定环境。1现代通信的基本特征数字化 要实现信息化，数字技术是关键。综观我们已经使用的信息产品，如数字光盘、数字家电、数字影碟机、数字声响设备；通信技术与装备，如数字交换机、数字传输设备以及更广泛的信息技术，如数字通信、数字光纤通信、数字卫星通信、数字移动通信、综合业务数字网、数字电视系统等无不在这些通信技术前加上“数字”二字。因此我们可以说，现代通信姓“数”，显而易见，现代通信的基本特征即为数字化，即在通信中采用了数字技术。简单地讲，“数字技术”就是数字信号的采掘、加工、处理、运算、传递、交流、存储等所采用的技术的总称。这里谈到的数字信号，在通信原理中定义为，在时间上，瞬
8、时幅值均离散，编为“1”和“0”。数字信号脉冲波形如图1.15所示。图图1.15 数字信号脉冲波形数字信号脉冲波形 数字信号及数字通信有许多独特的优点：1)数字信号便于存储、处理（加密等）。2)数字信号便于交换和传输。3)数字信号便于组成多路通信（系统）。4)便于组成数字网。5)数字化技术便于通信设备小型化、微型化。6)数字通信抗干扰性强，噪声不积累。如图1.16（a）所示。在数字通信中，传输的是数字脉冲信号，这些信号在传输过程中，也同样会有能量损失，受到噪声干扰，当信噪比还未恶化到一定程度时，可在适当距离或信号终端经过再生的方法，使之恢复为原来的脉冲信号波形，如图1.16（b）所示。消除了干
9、扰和噪声积累，就可实现长距离高质量的通信。图图1.16 两类通信方式抗干扰性能比较两类通信方式抗干扰性能比较 2现代通信技术的基础微电子技术 一片芯片上集成上百亿个元件，并正在向极限挑战。将来会把整个通信设备集成在一块芯片上，这为通信设备和计算机微型化奠定了基础。3现代通信技术的核心计算机技术通信与计算机融为一体，这使通信技术得到了飞跃发展，我们把数字通信与计算机技术的融合称为现代通信。4.光纤通信基础光子技术20世纪70年代，美国首先制成了实用的玻璃光导纤维光纤，使光纤通信成为现实。5卫星通信基础空间技术通信卫星送到各种轨道的技术已经成熟，三颗同步卫星的通信范围即可覆盖全球。1.2 信息时代
10、与现代通信1.2.1 信息时代的概念走向以信息技术为核心的知识经济时代，这就是所谓的信息时代。人类从石器时代到农业时代，经历了多少万年，从农业时代到工业时代经历了几千年，从工业时代到信息时代经历了近百年。直到20世纪末，人类逐渐把计算机技术作为工具使用。特别是它与数字通信融合发展到现代通信。使信息技术飞跃发展，信息技术深入、广泛应用成为这个时代的主要标志。1.2.2 信息技术与信息化信息化的概念最早是20世纪后期日本学者从社会产业结构演进的高度提出来的。所谓信息化就是工业社会向信息社会前进的一个过程，亦即加快信息高科技术发展及其产业化，提高信息技术在经济社会各领域的推广，使用水平，并推动经济和
11、社会发展的过程。简言之，信息化即为信息技术的不断发展、深入、全面应用的过程。什么是信息技术呢？有一种解释为：信息技术是解放、扩展人信息功能的技术，另一种解释为：信息技术是研究完成信息采集、加工、处理、传递、再生和控制的技术。信息技术可视为“四基元”即感测技术、通信技术、智能技术、控制技术组成，信息技术组成框图如图1.17关系：图图1.17 信息技术组成框图信息技术组成框图1.2.3 通信技术在信息化中的地位与作用信息化是工业社会向信息社会前进的一个过程，是一个时代，在这个信息化过程中是信息技术推广应用和发展的过程。在这样一个过程中关键是要进行信息化建设与广泛应用。信息化建设与应用有三个层面：1
12、）信息基础设施建设主要指信息高速公路（宽带通信网络）的建设2）信息技术与信息资源开发与广泛应用3）信息产业的不断发展与创新。在世界上还没有完全统一的标准，它是一个综合的指标，我国信息产业部于2001年7月公布了国家信息指标构成方案，作为信息化量化水平和管理的依据手段。共有20个项目组成。如：广播电视播出时间（小时/4人）、人均宽带拥有量（千比特/人）、人均电话通话次数（通话总次数/人、长途光缆长度（芯长公里)、微波占有信道数（波道公里）、卫星站点数；每百人拥有电话主线数，每千人有线电视台数；每百万人互联网用户数；每千人拥有计算机数；每百户拥有电视机数；网络资源数据库总容量（GB）电子商务交易额
13、（亿元）企业信息技术类固定投资占同期固定资产投资的比重；信息产业研究与开发经费支出占全国研究与开发经费支出总额的比重 以上指标中可以看出广播电视、宽带拥有量、人均电话谈通话次数、微波占有信道、卫星站点、光缆长度、电话主线、互联网用户数、网络数据库总容量、电子商务交易、信息技术固定投资比重等都是与信息技术直接相关的。广播电视、微波、卫星、互联网、电话主线数等概念都是属于通信技术的范畴。而信息技术主要由通信技术和计算机技术组成，由通信技术完成信息的传播与交流，以此构建的各种通信网络等通信技术应用愈来愈广泛。1.3 通信技术应用概述1.3.1通信与生活 通信在日常生活中应用已经非常普遍“在家里工作”
14、一直是很多行业职工的梦想，现在已经成为现实，在家里通过通信网络与公司或企业工厂直接联系；通过计算机终端的操作进行远程办工，处理各种公文 数字化的家庭 1.3.2 通信与电子政务通信与电子政务 信息社会即社会信息化。社会信息化的基础就是政府信息化。电子政务是政府信息化的重要标志。电子政务是指：政府部门通过通信网络以实现对社会公众的服务，即在网上建立虚拟政府，使政府透过通信网络为社会安定及公众提供优质高效满意的服务 1.3.3 通信与企业信息化1、制造业信息化及有关评价指标1）信息化投入占固定资产投资比重（%）信息化投入总额的计算口径包含软件、硬件、网络、信息化培训、品用专业IT技术人员发生的直接
15、费用、通用设备、维护费用投入。被指标的得分有如下计算公式：100近三年平均的本企业信息化投入总额占固定资产投资比重502）百人计算机拥有量计算机拥有量的计算口径为：能够正常运转的大、中、小型机以及服务器和工作站，并包括主频在75M以上的PC机。3）通信网络性能水平以企业的出口带宽为标准评分，出口带宽在100M以上为100分。10M和100M（含）之间为90分，2M和10M（含）之间得80分，512k-2M（含）之间为70分，带宽小于128K的得30分。100本企业拥有的能够正常运转的计算机总量员工总数4）计算机联网率（%）5）信息采集的信息化手段覆盖率企业在进行政策法规、市场、销售、技术、管理
16、、人力资源等6个领域的信息采集时，信息化手段占有重要位置，每覆盖一个领域得16分，全部覆盖，得100分。6）办公自动化应用程度 100接入企业内部网的计算机总量本企业拥有的能够正常运转的计算机总量如果没有建立基于Intranet/Extranet的企业网，得0分。在具备基于基于Intranet/Extranet的企业网的基础上，实现信息流程的跟踪与监控的得5分，实现面向外部的电子公文交换的得5分，每实现一个其他功能得1分，总分乘以3.85，满分100分。企业信息化的指标还有：生产过程中计算机自动控制应用率、自动控制质量水平、企业门户网站建设水平、网络营销应用率(包括采购率和销售率)、信息化技能
17、普及率、用于信息网络安全的费用占全部信息化投入的比例等。2、电力部门信息化又称为数字电力 3、交通运输信息化 1.3.4 通信与商务信息化这种在信息时代通过通信网络实现的商品购物或商品交易，称为电子购物又称之为电子商务。1.3.5 通信与军事当今信息时代，通信在军事的作用某种意义上讲起到了非常重要的作用，甚至可以说是起到了关键性的作用，也可以说没有通信技术的应用就不可能有现代的战争，有的称之为信息战争、数字战争。信息化战争中对军队官兵提出了新的要求，要掌握信息技术应用有素的大学生。已有资料显示，朝鲜战场美军大学生占7%，海湾战争大学生提增到90%，科索沃战争中美军大学生人数为97%，在美伊战争中美军士兵几乎都为大学生。通信技术在当今信息时代应用越来越广泛，国家在2008年成立了工业与信息化部，把信息化已经提到了新的更高的层面，通信基本知识的普及，已经成为当代大学生构建基础知识的重要组成部分，它应为更多人学习了解。
