通信与信息专业概论第3章-通信与信息的基本概念课件

第第3 3章章 通信与信息的基本概念通信与信息的基本概念 3.1 3.1 通信与信息常用名词通信与信息常用名词3.2 3.2 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式3.3 3.3 通信系统的组成通信系统的组成3.4 3.4 通信网络概述通信网络概述3.5 3.5 通信系统中的基础理论通信系统中的基础理论第3章 通信与信息的基本概念 3.1 通信与信息常用名词通信的根本任务通信的根本任务 人类的社会生活不可能离开相互之间的交流，而交人类的社会生活不可能离开相互之间的交流，而交流的过程就是把含有信息的消息从一处传向另一处，这流的过程就是把含有信息的消息从一处传向另一处，这个传递消息的过程就是通信。由此看来，个传递消息的过程就是通信。由此看来，通信的根本目通信的根本目的就是发出信息，传递信息，接受信息，的就是发出信息，传递信息，接受信息，达到相互交流。达到相互交流。一方面信息通信中，如何做到最快，首先就是要求带宽一方面信息通信中，如何做到最快，首先就是要求带宽足够宽。所谓带宽，是指信道中能传输的信号的频率范足够宽。所谓带宽，是指信道中能传输的信号的频率范围，通俗的讲，就是在输送信息的过程中，信息所走过围，通俗的讲，就是在输送信息的过程中，信息所走过的路的宽度。另一方面是可靠性，也就是传递信息要正的路的宽度。另一方面是可靠性，也就是传递信息要正确无误。如同我们邮寄包裹一样，我们不仅希望投递包确无误。如同我们邮寄包裹一样，我们不仅希望投递包裹的速度要快，而且希望能够准确无误的投递到该去的裹的速度要快，而且希望能够准确无误的投递到该去的地方，而不要投递错误。在通信中，可靠性也极其重要。地方，而不要投递错误。在通信中，可靠性也极其重要。通信的根本任务：通信的根本任务：快速、快速、可靠地传递信息。可靠地传递信息。通信的根本任务 人类的社会生活不可能离开相互之间的交流 通信就是消息通信就是消息的传递和交换。我的传递和交换。我们通常把从一个地们通常把从一个地方向另一个地方进方向另一个地方进行消息的有效传递行消息的有效传递与交换称为通信。与交换称为通信。若从更广义上说，若从更广义上说，无论采用何种方法，无论采用何种方法，使用何种传输媒质，只要将信息从一个地传送到使用何种传输媒质，只要将信息从一个地传送到另一个地，均可称为通信。要认识通信，首先要另一个地，均可称为通信。要认识通信，首先要认识信息以及通信的有关基本概念。认识信息以及通信的有关基本概念。通信的基本术语通信的基本术语通信通信只要将信息从一个地传送到另一个地，均可只要将信息从一个地传送到另一个地，均可 称为通信。称为通信。3.1 通信与信息常用名词通信与信息常用名词 通信就是消息通信的基本术语通信只要将信息从一个地传消息：常常指对语言、文字、图像、数据等的统称。消息：常常指对语言、文字、图像、数据等的统称。信息：对受信者来说，预先不知道的消息。信息：对受信者来说，预先不知道的消息。信号：消息的表现形式，如电、光、声等。信号：消息的表现形式，如电、光、声等。噪声：通信中的各种干扰的统称。噪声：通信中的各种干扰的统称。媒质：是指能传输信号的物质。媒质：是指能传输信号的物质。信源：能产生消息的源。信源可以是人、机器或其他事物。信源：能产生消息的源。信源可以是人、机器或其他事物。信道：信号传输的通道。信道：信号传输的通道。信宿：即消息传送的对象。信宿也可以是人、机器或其他事物。信宿：即消息传送的对象。信宿也可以是人、机器或其他事物。模拟信号：幅度变化是连续的，可取无限个值。如电话信号波形。模拟信号：幅度变化是连续的，可取无限个值。如电话信号波形。数字信号：主要特征是离散的，其幅度只有数字信号：主要特征是离散的，其幅度只有0 0和和1 1两个数值。两个数值。比特：比特：bit/sbit/s，每秒传送二进制符号的个数。，每秒传送二进制符号的个数。波特：波特：baud/sbaud/s，单位时间内传输码元符号的个数，单位时间内传输码元符号的个数(传符号率传符号率),),即即 单位时间内载波参数变化的次数。单位时间内载波参数变化的次数。1.1.常用名词常用名词消息：常常指对语言、文字、图像、数据等的统称。1.常用名词误码率误码率(BER)(BER)：又叫误比特率，是指接收到的错误比特数和总的传输比特：又叫误比特率，是指接收到的错误比特数和总的传输比特数之比，即在传输中出现错误信息量的概率。数之比，即在传输中出现错误信息量的概率。带宽（带宽（Band WidthBand Width）：在模拟系统又叫频宽，是指指信道中能传输的信）：在模拟系统又叫频宽，是指指信道中能传输的信号的频率范围，通常以每秒传送周期或赫兹（号的频率范围，通常以每秒传送周期或赫兹（HzHz）来表示。）来表示。在数字系统中，带宽指每秒可传输的数据量，通常以在数字系统中，带宽指每秒可传输的数据量，通常以bpsbps（bit/sbit/s）表示。）表示。信息技术（信息技术（Information TechnologyInformation Technology，简称，简称ITIT）：也常被称为信息和通）：也常被称为信息和通信技术（信技术（Information and Communications TechnologyInformation and Communications Technology，ICTICT），指用），指用于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。它主要包括传感技术、计于管理和处理信息所采用的各种技术的总称。它主要包括传感技术、计算机技术和通信技术。算机技术和通信技术。信息化：通常指现代信息技术的应用，如利用信息获取技术信息化：通常指现代信息技术的应用，如利用信息获取技术(传感技术、传感技术、遥测技术遥测技术)、信息传输技术、信息传输技术(光纤技术、红外技术、激光技术光纤技术、红外技术、激光技术)、信息处理、信息处理技术技术(计算机技术、控制技术、自动化技术计算机技术、控制技术、自动化技术)等，以改进作业流程，提高等，以改进作业流程，提高作业质量。作业质量。误码率(BER)：又叫误比特率，是指接收到的错误比特数和总的信宿信宿在通信中，从另一部件在通信中，从另一部件(信源信源)接收信息的部件。接收信息的部件。信宿信宿通信过程中通信过程中接收和处理信息的设备或计算机接收和处理信息的设备或计算机。信宿信宿是传输信息的归宿，其作用是将复原（解码）是传输信息的归宿，其作用是将复原（解码）的原始信号转换成相应的消息。的原始信号转换成相应的消息。信源、信宿和信道是信息传播的三大要素。信源、信宿和信道是信息传播的三大要素。信源是信信源是信息的发源地。信道即传递信息带的通道，是息的发源地。信道即传递信息带的通道，是信源信源和和信信宿宿之间联系的纽带。之间联系的纽带。信宿的进一步理解：信宿的进一步理解：信宿在通信中，从另一部件(信源)接收信息的部件。信宿消息消息用文字、符号、数据、语言、音符、图片、图像等用文字、符号、数据、语言、音符、图片、图像等 能够被人们感觉器官所感知的形式，把客观物质运能够被人们感觉器官所感知的形式，把客观物质运 动和主观思维活动的状态表达出来就成为消息。动和主观思维活动的状态表达出来就成为消息。构成消息的两个条件构成消息的两个条件：一是能够被通信双方所理解；二是可：一是能够被通信双方所理解；二是可 以传递。因此，人们从电话、电视等通信系统中得到的以传递。因此，人们从电话、电视等通信系统中得到的 是一些描述各种主、客观事物运动状态或存在状态的具是一些描述各种主、客观事物运动状态或存在状态的具 体消息。香农将各种通信系统概括成如图体消息。香农将各种通信系统概括成如图1.11.1所示的框图。所示的框图。信息是事物运动状态或存在方式的不确定性的描述。信息是事物运动状态或存在方式的不确定性的描述。信息信息常常把消息中有意义的内容称为信息。常常把消息中有意义的内容称为信息。按物理学的观念，信息只不过是被一定方式排列起来的信号序列。按物理学的观念，信息只不过是被一定方式排列起来的信号序列。信息是物质存在的一种方式、形态或运动形态，也是事物的一信息是物质存在的一种方式、形态或运动形态，也是事物的一 种普遍属性，一般指数据、消息中所包含的意义，种普遍属性，一般指数据、消息中所包含的意义，人们从接收到的人们从接收到的E_MailE_Mail、电话、广播和电视的消息中能获得各、电话、广播和电视的消息中能获得各种信息，信息与消息有着密切的联系。种信息，信息与消息有着密切的联系。在通信系统中传输的是各种各样的消息，而这些被传送的消息在通信系统中传输的是各种各样的消息，而这些被传送的消息有着各种不同的形式。例如：文字、符号、数据、语言、音符、有着各种不同的形式。例如：文字、符号、数据、语言、音符、图片、图像等等图片、图像等等 消息用文字、符号、数据、语言、音符、图片、图像等 构成3.2 3.2 通信系统分类及通信方式通信系统分类及通信方式3.2.1 3.2.1 通信系统分类通信系统分类 按信号形式分按信号形式分模拟信号所对应通信就为模拟信号所对应通信就为模拟通信模拟通信；数字信号所对应通信就为数字信号所对应通信就为数字通信数字通信；按媒质分有线介质分，按媒质分有线介质分，如双绞线，架空明线，同轴电如双绞线，架空明线，同轴电 缆，光纤等，对应通信就为缆，光纤等，对应通信就为有线通信有线通信；无线介质，；无线介质，如短波，微波，卫星等，对应通信就为如短波，微波，卫星等，对应通信就为无线通信无线通信。按频段分按频段分可以分为可以分为长波通信、中波通信、短波通信、长波通信、中波通信、短波通信、超短波通信、微波通信、卫星通信、光通信超短波通信、微波通信、卫星通信、光通信等。等。3.2 通信系统分类及通信方式3.2.1 通信系统分类 按业务与内容分，按业务与内容分，分为分为语音通信（电话）、数据语音通信（电话）、数据 通信、图像通信、多媒体通信、通信、图像通信、多媒体通信、无线寻呼、电报无线寻呼、电报等。等。按移动和固定方式分，按移动和固定方式分，分为分为固定方式通信：固定方式通信：利用普通利用普通 电话机、电话机、IPIP电话终端、传真机、无绳电话机、联网计电话终端、传真机、无绳电话机、联网计 算机等电话网和数据网终端设备的通信。算机等电话网和数据网终端设备的通信。移动通信移动通信是是 指通信双方至少有一方在运动中进行信息交换的通信指通信双方至少有一方在运动中进行信息交换的通信。通信与信息专业概论第3章-通信与信息的基本概念课件3.2.2 3.2.2 通信方式通信方式 通信工作方式通信工作方式从不同角度来划分，常有以下几从不同角度来划分，常有以下几 种种:按消息传送的方向与时间分类按消息传送的方向与时间分类；按数字信号排序方式分类。按数字信号排序方式分类。3.2.2 通信方式 通信工作方式从不同角度来划分，（1 1）按消息传送方式分）按消息传送方式分 可以分为单工通信、半双工通信和全双工通信。可以分为单工通信、半双工通信和全双工通信。1.1.单工通信单工通信是指消息在是指消息在任意时刻只能单方向进行任意时刻只能单方向进行 传输传输的一种通信方式。例如我们常见的一种通信方式。例如我们常见 的广播和遥控等就属于单工通信。的广播和遥控等就属于单工通信。2.2.半双工通信半双工通信是指通信双方都能进行收或发通信，是指通信双方都能进行收或发通信，但但不能同时进行收和发不能同时进行收和发的一种通信的一种通信 方式，如：方式，如：对讲机对讲机、有的电梯有的电梯、微信微信 3.3.全双工通信全双工通信是指通信是指通信双方同时可进行双向传输双方同时可进行双向传输消消 息的一种通信方式。也就是说，通信息的一种通信方式。也就是说，通信 的双方可同时进行收发信息。例如的双方可同时进行收发信息。例如普普 通电话通电话，手机手机就是全双工方式。就是全双工方式。（1）按消息传送方式分 可以分为单工通信、半双工通信和单工（单工（Simplex)Simplex)特点：仅能进行一个方向的数据特点：仅能进行一个方向的数据 传送。即单向。传送。即单向。单工（Simplex)特点：仅能进行一个方向的数据 半双工（半双工（Half DuplexHalf Duplex）特点：）特点：数据可以在两个方向上进行传送，但是这种传送绝不数据可以在两个方向上进行传送，但是这种传送绝不 能同时进行。能同时进行。如：对讲机如：对讲机 半双工（Half Duplex）特点：如：对讲机全双工（全双工（Full DuplexFull Duplex）特点：）特点：能够在两个方向同时进行数据传送。即同时双向。能够在两个方向同时进行数据传送。即同时双向。全双工（Full Duplex）特点：（2 2）按数字信号分）按数字信号分可分为可分为串行（串序传输）和并行传输（并序传输）。串行（串序传输）和并行传输（并序传输）。串行传输串行传输是指是指将代表信息的数字信号序列按时间顺序将代表信息的数字信号序列按时间顺序 一个接一个地在信道中传输的方式。一个接一个地在信道中传输的方式。一般的数字通信方式大都采用串行传输，这种方式只需一般的数字通信方式大都采用串行传输，这种方式只需占用一条通路，可以节省大量的投资，缺点是传输时间占用一条通路，可以节省大量的投资，缺点是传输时间相对于并行传输较长。相对于并行传输较长。并行传输并行传输是指是指将代表信息的数字信号序列分割成两路将代表信息的数字信号序列分割成两路 或两路以上的数字信号序列同时在信道上传或两路以上的数字信号序列同时在信道上传 输的通信方式。输的通信方式。并行传输方式在设备内使用，它需要占用多条通路，优并行传输方式在设备内使用，它需要占用多条通路，优点是传输时间较短。点是传输时间较短。另外：通信的网络形式通常可分为另外：通信的网络形式通常可分为三种：三种：点到点直通方式、分支方式和交换方式点到点直通方式、分支方式和交换方式。（2）按数字信号分可分为串行（串序传输）和并行传输（并序传输 通俗地讲，并行传输犹如一条多车道的宽阔通俗地讲，并行传输犹如一条多车道的宽阔大道上有多辆车并排而行，而串行传输则如仅能大道上有多辆车并排而行，而串行传输则如仅能一列火车通过的铁路上有一列火车在行驶。一列火车通过的铁路上有一列火车在行驶。通俗地讲，并行传输犹如一条多车道的宽阔大道上有多辆车 点到点直通方式：点到点直通方式：是通信网络中最为简单的一种是通信网络中最为简单的一种形式，终端形式，终端A A与终端与终端B B之间的线路是专用的；之间的线路是专用的；分支式通信方式：分支式通信方式：它的每一个终端（它的每一个终端（A A、B B、C C、N N）经过同一信道与转接站相互连接，此时，终端之间不经过同一信道与转接站相互连接，此时，终端之间不能直通信息，必须经过转接站转接能直通信息，必须经过转接站转接。点到点直通方式：是通信网络中最为简单的一种 交换方式：交换方式：是终端之间通过交换设备灵活地进行线是终端之间通过交换设备灵活地进行线路交换的一种方式，即要求通信的两终端之间的线路接路交换的一种方式，即要求通信的两终端之间的线路接通（自动接通），或者通过程序控制实现消息交换，即通（自动接通），或者通过程序控制实现消息交换，即通过交换设备先把发方来的消息存储起来，然后通过交换设备先把发方来的消息存储起来，然后以控制方以控制方式式再转发至收方。这种消息转发可以是实时的，也可以是再转发至收方。这种消息转发可以是实时的，也可以是延时的。延时的。交换方式：是终端之间通过交换设备灵活地进行线3.3 通信的基本模型和组成通信的基本模型和组成 简单的说简单的说通信系统通信系统就是通信中的一切技术、就是通信中的一切技术、设备和传输媒质。设备和传输媒质。我们我们日常生活中人与人之间日常生活中人与人之间面对面的交谈就是一种面对面的交谈就是一种最常见的通信最常见的通信，发话的发话的人是消息的来源人是消息的来源，我们，我们称为信源称为信源；话音通过空话音通过空气传播气传播到了对方，到了对方，空气这种媒质称为信道空气这种媒质称为信道；听话者听话者听到听到了传过来的消息，是消息的归宿，我们了传过来的消息，是消息的归宿，我们称为信宿称为信宿。这样这样一个过程就完成了消息的传递。如果我们将这一过程抽一个过程就完成了消息的传递。如果我们将这一过程抽象化，就得到一个最基本的通信模型。象化，就得到一个最基本的通信模型。最常见的通信最常见的通信3.3 通信的基本模型和组成 简单的说通信系统最常见的1.1.基本模型基本模型 打电话需打电话需要把说话人的要把说话人的语音信息转换语音信息转换成电信号，然成电信号，然后送入传输介后送入传输介质中，即为质中，即为信信道道，经过信道，经过信道的传输，电信号被送到接收端的接收设备，经过接收的传输，电信号被送到接收端的接收设备，经过接收设备处理后再转换成原来的语音信息送给消息的接收设备处理后再转换成原来的语音信息送给消息的接收者，也就是者，也就是信宿信宿，于是，电话线另一端的人就接收到，于是，电话线另一端的人就接收到了对方的信息。了对方的信息。信道信道信宿信宿信源信源信道信道1.基本模型 打电话需信道信宿信源信道 在以上通信过程中所涉及的在以上通信过程中所涉及的说话人就是说话人就是信源信源，接，接听人就是听人就是信宿信宿，加上，加上发送设备发送设备，信道信道以及以及接收设备接收设备，就组成了就组成了通信系统的基本模型通信系统的基本模型。通信系统的基本模型通信系统的基本模型 在以上通信过程中所涉及的说话人就是信源，接听人就是信 所谓所谓模拟通信系统，就是通过在信道中传输模拟模拟通信系统，就是通过在信道中传输模拟信号来传递消息的通信系统，信号来传递消息的通信系统，普通的电话、广播、电普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信。视等都属于模拟通信。2.2.模拟通信模拟通信 在模拟通信系统中需要两种变换。在模拟通信系统中需要两种变换。一种是要将发送端的一种是要将发送端的连续消息变换成原始的电信号，这个变换由信源来完成。连续消息变换成原始的电信号，这个变换由信源来完成。由由于这种原始电信号通常具有频率很低的频谱分量，一般不宜于这种原始电信号通常具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输，直接传输，因此，运用而生的因此，运用而生的第二种变换就是第二种变换就是将原始电信号将原始电信号变换成其频带适合信道传输的已调信号，这种变换就称为变换成其频带适合信道传输的已调信号，这种变换就称为调制调制，此变换由调制器来完成。此变换由调制器来完成。调频、条幅调频、条幅解解密密器器 所谓模拟通信系统，就是通过在信道中传输模拟信号来传递3.3.数字通信数字通信 数字通信系统，就是通过在信道中传输数字信号数字通信系统，就是通过在信道中传输数字信号来传递消息的通信系统。来传递消息的通信系统。数字通信可以传输电报、数数字通信可以传输电报、数字数据等数字信号，也可以传输经过数字化处理的语字数据等数字信号，也可以传输经过数字化处理的语音和图像等模拟信号。音和图像等模拟信号。数字通信具有抗干扰能力强、数字通信具有抗干扰能力强、通信质量不受距离影响、适应各种通信业务要求，便通信质量不受距离影响、适应各种通信业务要求，便于采用大规模集成电路、实现保密通信和实现通信网于采用大规模集成电路、实现保密通信和实现通信网计算机管理等优点而成为现代通信网和国家信息基础计算机管理等优点而成为现代通信网和国家信息基础设施主要的传输信息的通信方式。设施主要的传输信息的通信方式。3.数字通信 数字通信系统，就是通过在信道中传输数字信（1 1）数字通信数字通信组成模块组成模块 一个数字通信系统主要由一个数字通信系统主要由8 8部分组成：部分组成：信源信源、编码器编码器、调制器调制器、信道信道、解调器解调器、译码器译码器、信宿信宿 和和定时同步系统定时同步系统。复用器将来自若干单独分信道的独立信号复合复用器将来自若干单独分信道的独立信号复合起来，在一公共信道的同一方向上进行传输的设备。起来，在一公共信道的同一方向上进行传输的设备。（1）数字通信组成模块 一个数字通信系统主要由8部分 复用器是一种综合系统，通常包含一定数目的复用器是一种综合系统，通常包含一定数目的数据输入，数据输入，n n个地址输入（以二进制形式选择一种数个地址输入（以二进制形式选择一种数据输入）。复用器有一个单独的输出，与选择的数据输入）。复用器有一个单独的输出，与选择的数据输入值相同。复用技术可能遵循以下原则之一，据输入值相同。复用技术可能遵循以下原则之一，如：如：TDMTDM、FDMFDM、CDM CDM 或或 WDMWDM（波分复用）波分复用）。复用技。复用技术也应用于软件操作上，如：同时将多线程信息流术也应用于软件操作上，如：同时将多线程信息流传送到设备或程序中。传送到设备或程序中。复用器是一种综合系统，通常包含一定数目的数据输入，n（2 2）编码器）编码器 所谓编码，就是把消息变换成信号的措施，其目的所谓编码，就是把消息变换成信号的措施，其目的是使信号适合于信道传输。是使信号适合于信道传输。编码可分为两种，即信源编编码可分为两种，即信源编码和信道编码。码和信道编码。（2）编码器 所谓编码，就是把消息变换成信号的措施，其（3 3）译码器）译码器 译码是编码的反变换，也称解码，分为两种，译码是编码的反变换，也称解码，分为两种，信道译码和信源译码。信道译码和信源译码。信道译码是把接收到的信号信道译码是把接收到的信号恢复为信源编码状态，信源译码是把信号恢复为信恢复为信源编码状态，信源译码是把信号恢复为信源状态送给信宿。源状态送给信宿。（3）译码器 译码是编码的反变换，也称解码，分为两种，3.4 3.4 通信网络概述通信网络概述 3.4.1 3.4.1 通信网的基本概念通信网的基本概念1.1.通信网通信网(Communication Network(Communication Network）：）：将分布在全球各个地方的任意将分布在全球各个地方的任意两个用户通过传输线连接起来，在这些纵横交错的传输线加上交换节两个用户通过传输线连接起来，在这些纵横交错的传输线加上交换节点，就形成了一个网状的结构，这种由多用户构成的通信系统体系就点，就形成了一个网状的结构，这种由多用户构成的通信系统体系就称为通信网。称为通信网。2.2.通信网的要素通信网的要素：从硬件结构看，通信网由终端节点、交换节点、业：从硬件结构看，通信网由终端节点、交换节点、业务节点、传输系统构成。其功能是完成接入交换网控制、管理、运营务节点、传输系统构成。其功能是完成接入交换网控制、管理、运营和维护。从软件结构看，它们有信令，协议，控制，管理，计费等。和维护。从软件结构看，它们有信令，协议，控制，管理，计费等。其功能是完成通信协议以及网络管理来实现相互间的协调通信。其功能是完成通信协议以及网络管理来实现相互间的协调通信。3.3.通信网的机制：通信网的机制：通过保持帧同步和位同步，遵守相同的传输体制实通过保持帧同步和位同步，遵守相同的传输体制实现。现。4.4.现代通信网的主要特点：现代通信网的主要特点：使用方便、安全可靠、灵活多样、覆盖范使用方便、安全可靠、灵活多样、覆盖范围广。围广。3.4 通信网络概述 3.4.1 通信网的基本概念3.4.3 通信网的基本组成通信网的基本组成通信网组成的原则：通信网组成的原则：解决通信远距离的解决通信远距离的有效和可靠传输之有效和可靠传输之后，还需要后，还需要解决互通信息的解决互通信息的任意性任意性，以及通信区域，以及通信区域的的广域性广域性，需要将通信系统覆盖到全球的各个地方，需要将通信系统覆盖到全球的各个地方，让我们能在全球的任意地方都能进行方便的通信让我们能在全球的任意地方都能进行方便的通信。3.4.3 通信网的基本组成通信网组成的原则：将分布在全球各个地方的任意两个用户通过传输将分布在全球各个地方的任意两个用户通过传输线连接起来，在这些纵横交错的传输线加上交换节点，线连接起来，在这些纵横交错的传输线加上交换节点，就形成了一个网状的结构，这就是通信网。就形成了一个网状的结构，这就是通信网。这种由多这种由多用户构成的通信系统体系就称为通信网。用户构成的通信系统体系就称为通信网。1.1.通信网通信网 将分布在全球各个地方的任意两个用户通过传输1.通信网STPSTPSpanning Tree ProtocolSpanning Tree Protocol（生成树协议）逻辑上断（生成树协议）逻辑上断开环路，防止二层网络的广播风暴的产生开环路，防止二层网络的广播风暴的产生,当线路出现故障，当线路出现故障，断开的接口被激活，恢复通信，起备份线路的作用。断开的接口被激活，恢复通信，起备份线路的作用。在如上所示的网络环境中，不难看出，当所有主机都使用单条链在如上所示的网络环境中，不难看出，当所有主机都使用单条链路与一台核心相连时，只要不再增加其它额外设备与链路，就不可能路与一台核心相连时，只要不再增加其它额外设备与链路，就不可能存在环路。存在环路。交换机就当相于交换机就当相于HubHub一样连接了多台主机，而这样的网络一样连接了多台主机，而这样的网络结构，被称为结构，被称为hub-spokehub-spoke网络结构，只要主机与网络结构，只要主机与HubHub是连通的，那么就是连通的，那么就表示主机之间是连通的。基于此原因，表示主机之间是连通的。基于此原因，STPSTP借助了借助了hub-spokehub-spoke网络结构网络结构无环的网络思想，将一个拥有多台交换机通过多条链路相连的网络，无环的网络思想，将一个拥有多台交换机通过多条链路相连的网络，通过通过BlockBlock掉任意两点之间多余的链路而只留下单条链路，掉任意两点之间多余的链路而只留下单条链路，最终修整最终修整出一个出一个hub-spokehub-spoke的网络环境，创造一个无环的交换网络。的网络环境，创造一个无环的交换网络。HUBHUB是一个多端口的转发器，是一个多端口的转发器，blockblock语气强烈，指有效堵住了通道，使人或物无法通过。语气强烈，指有效堵住了通道，使人或物无法通过。hub-spokehub-spoke轴辐网络模式轴辐网络模式(1)(1)STPSpanning Tree Protocol（生成树 通信网实质上由通信网实质上由用户终端设备用户终端设备、传输设备传输设备、交换交换设备设备三大部分构成。三大部分构成。2.2.通信网的三大组成通信网的三大组成 通信网实质上由用户终端设备、传输设备、交换2.通信网 通信网实质上由通信网实质上由用户终端设备用户终端设备、传输设备传输设备、交换设备交换设备三大部分构成。三大部分构成。移动交移动交移动交移动交换中心换中心换中心换中心BSBSBSBSBSBSA A地地B B地地信道信道信道信道光缆传输系统设备；光缆传输系统设备；微波传输系统设备；微波传输系统设备；卫星传输系统设备。卫星传输系统设备。移动交移动交移动交移动交换中心换中心换中心换中心BSBSBSBSBSBS市话交换市话交换市话交换市话交换长途交换长途交换长途交换长途交换市话交换市话交换市话交换市话交换长途交换长途交换车载台车载台 通信网实质上由用户终端设备、传输设备、交换设备三大部分构成3.5 通信系统基本理论通信系统基本理论 香农香农（ShannonShannon），美国数学家，美国科学院），美国数学家，美国科学院院士，信息论的创始人，院士，信息论的创始人，2020世纪最伟大的科学家世纪最伟大的科学家之一之一,他是影响了整个数字通信时代的伟大人物。他是影响了整个数字通信时代的伟大人物。他在通信技术与工程方面的创造性工作，为计算机他在通信技术与工程方面的创造性工作，为计算机与远程通信奠定了坚实的理论基础，是信息论及数与远程通信奠定了坚实的理论基础，是信息论及数字通信时代的奠基人。字通信时代的奠基人。3.5 通信系统基本理论 香农（Shannon），美1.1.香农理论香农理论 1948 1948年年6 6月和月和1010月，月，香农香农在在贝尔系统技术贝尔系统技术上发上发表了表了“通信的数学理论通信的数学理论”，香农把通信的数学理论建立，香农把通信的数学理论建立在概率论的基础上，在概率论的基础上，把通信的基本问题归结为通信的把通信的基本问题归结为通信的一方能以一定的概率复现另一方发出的消息，一方能以一定的概率复现另一方发出的消息，并针对并针对这一基本问题对信息作了定量描述。这一基本问题对信息作了定量描述。精确地定义了精确地定义了信信源、编码、信道、译码、信宿源、编码、信道、译码、信宿等概念等概念,建立了通信系统建立了通信系统的数学模型，的数学模型，这就是著名的香农模型这就是著名的香农模型，并得出了信源，并得出了信源编码定理和信道编码定理等重要结果。编码定理和信道编码定理等重要结果。1.香农理论 1948年6月和10月，香农在贝尔系统2.2.信源编码与信道编码信源编码与信道编码 编码是将源对象内容按照一种标准转换为一种标准编码是将源对象内容按照一种标准转换为一种标准格式，格式，编码的目的编码的目的是为了符合传输的要求。是为了符合传输的要求。以语音通信以语音通信为例，我们发出的声音是模拟信号，现在的传输系统和为例，我们发出的声音是模拟信号，现在的传输系统和交换系统是数字系统，为了通过数字网络进行传输，必交换系统是数字系统，为了通过数字网络进行传输，必须先须先将模拟信号转换为数字信号，这个过程就称为编码将模拟信号转换为数字信号，这个过程就称为编码。通过数字网络接收到经过编码的信号后，又必须通过数字网络接收到经过编码的信号后，又必须还原为还原为模拟信号才能播放出来，这个过程称为解码。模拟信号才能播放出来，这个过程称为解码。解码是和解码是和编码对应的，解码是为了还原成我们能识别的信息，它编码对应的，解码是为了还原成我们能识别的信息，它使用和编码相同的标准将编码内容还原为最初的对象内使用和编码相同的标准将编码内容还原为最初的对象内容。容。编码分为信源编码和信道编码编码分为信源编码和信道编码。2.信源编码与信道编码 编码是将源对象内容按照一种标准 即即A/DA/D。当然，信源编码不是简单的。当然，信源编码不是简单的A/DA/D、D/AD/A变换，而变换，而还要进行压缩。还要进行压缩。为通信传输而进行信源编码，主要就为通信传输而进行信源编码，主要就是压缩编码。是压缩编码。（1 1）信源编码）信源编码信源编码信源编码在通信中，将模拟信号按压缩编码法在通信中，将模拟信号按压缩编码法 则变为数字信号序列的变换叫。则变为数字信号序列的变换叫。取样取样 量化量化 编码编码信源编码器主要作用：信源编码器主要作用：一是实现模数转换，把信源发出一是实现模数转换，把信源发出的连续信号变换为数字序列；二是降低信号的数码率。的连续信号变换为数字序列；二是降低信号的数码率。常见的脉码调制、声码器、信号的数据率压缩都属于信常见的脉码调制、声码器、信号的数据率压缩都属于信源编码。源编码。即A/D。当然，信源编码不是简单的A/D、D/A变换 将模拟信号转换成数字信号的电路，称为将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转模数转换器换器（简称（简称A/DA/D转换器或转换器或ADC,Analog to Digital ADC,Analog to Digital ConverterConverter）；）；将数字信号转换为模拟信号的电路称为将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换数模转换器器（简称（简称D/AD/A转换器或转换器或DAC,Digital to Analog DAC,Digital to Analog ConverterConverter）；）；A/DA/D转换器和转换器和D/AD/A转换器已成为信息系统中不可缺转换器已成为信息系统中不可缺少的接口电路。少的接口电路。将模拟信号转换成数字信号的电路，称为模数转换器（简称 信道编码的基本方法是在信息码中增加一定数量信道编码的基本方法是在信息码中增加一定数量的多余码元（称为监督码元），使它们满足一定的约的多余码元（称为监督码元），使它们满足一定的约束关系，这样束关系，这样由信息码元和监督码元共同组成一个信由信息码元和监督码元共同组成一个信道传输的码字道传输的码字，从而达到在接收端进行判错和纠错的，从而达到在接收端进行判错和纠错的目的，但信道编码会使有用的信息数据传输减少。对目的，但信道编码会使有用的信息数据传输减少。对信道编码的要求主要有以下几点：信道编码的要求主要有以下几点：编码效率高，抗编码效率高，抗干扰能力强；干扰能力强；对信号有良好的透明性，传输通道对对信号有良好的透明性，传输通道对于传输的信号内容不加限制；于传输的信号内容不加限制；传输信号的频谱特性传输信号的频谱特性与传输信道的通频带有最佳的匹配性；与传输信道的通频带有最佳的匹配性；编码信号包编码信号包含有数据定时和帧同步信息，以便接收端准确地解码；含有数据定时和帧同步信息，以便接收端准确地解码；编码的数字信号具有适当的电平范围；编码的数字信号具有适当的电平范围；发生误码发生误码时，误码的扩散蔓延小。时，误码的扩散蔓延小。（2 2）信道编码）信道编码 信道编码的基本方法是在信息码中增加一定数量的多余码元信道编码的本质是增加通信的可靠性。信道编码的本质是增加通信的可靠性。信道编码的基本思想信道编码的基本思想是根据一定的是根据一定的规律规律在待发送的信息码中在待发送的信息码中加入一些多余的码加入一些多余的码元（校验码元），以保证传输过程的可靠性。元（校验码元），以保证传输过程的可靠性。信道编码的本质是增加通信的可靠性。信道编码的基 现在容量大且长距离的无线信道和光信道传输中，传输现在容量大且长距离的无线信道和光信道传输中，传输的都是的都是数字信号。数字基带信号则必须将信号频谱搬移到高数字信号。数字基带信号则必须将信号频谱搬移到高频段才能在信道中传输，我们把这种传输称为数字信号的频频段才能在信道中传输，我们把这种传输称为数字信号的频带传输。带传输。调制：将信号频谱搬移到高频段的过程称为。调制：将信号频谱搬移到高频段的过程称为。调制的作用调制的作用是把消息置入消息载体，便于传输或处理。是把消息置入消息载体，便于传输或处理。调制调制是各种通信系统的重要基础，也广泛用于广播、电视、是各种通信系统的重要基础，也广泛用于广播、电视、雷达、测量仪等电子设备。雷达、测量仪等电子设备。在通信系统中为了适应不同的信在通信系统中为了适应不同的信道情况（如数字信道或模拟信道、单路信道或多路信道等）道情况（如数字信道或模拟信道、单路信道或多路信道等）,常常要在发信端对原始信号进行常常要在发信端对原始信号进行调制调制，得到便于信道传输的，得到便于信道传输的信号。信号。解调：解调：在收信端完成调制的逆过程在收信端完成调制的逆过程（还原出原始信号）。（还原出原始信号）。3.3.调制与解调调制与解调 现在容量大且长距离的无线信道和光信道传输中，传输的调制：将信号频谱搬移到高频调制：将信号频谱搬移到高频 段的过程称为。段的过程称为。调制的作用调制的作用是把消息置入是把消息置入消息载体，便于传输或处理。消息载体，便于传输或处理。调制调制是各种通信系统的重要基是各种通信系统的重要基础，也广泛用于广播、电视、础，也广泛用于广播、电视、雷达、测量仪等电子设备。雷达、测量仪等电子设备。在在通信系统中为了适应不同的信通信系统中为了适应不同的信道情况（如数字信道或模拟信道情况（如数字信道或模拟信道、单路信道或多路信道等）道、单路信道或多路信道等）,常常要在发信端对原始信号进常常要在发信端对原始信号进行行调制调制，调制：将信号频谱搬移到高频 用来传送消息的信号用来传送消息的信号,uC(t),uC(t)叫做叫做载波载波（相当于运（相当于运载工具）载工具）或受调信号或受调信号,代表所欲传送消息的信号代表所欲传送消息的信号uu(t)(t)叫做叫做调制信号调制信号（被调信号），（被调信号），调制后的信号调制后的信号u(t)u(t)叫做。叫做。已调信号已调信号。用调制信号用调制信号 uu(t)(t)控制载波的某些参数控制载波的某些参数（如幅度、频率、相位），使之随（如幅度、频率、相位），使之随uu(t)(t)（被调信号）（被调信号）而变化，就可实现调制。受调信号可以是正弦波或脉而变化，就可实现调制。受调信号可以是正弦波或脉冲波，欲传送的消息可以是话音、图像或其他物理量，冲波，欲传送的消息可以是话音、图像或其他物理量，也可以是数据、电报和编码等信号。也可以是数据、电报和编码等信号。用来传送消息的信号,uC(t)叫做载波（相当于运