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通信原理基础知识
通信原理基础知识专栏
本课程为计算机通信专业、网络工程专业，及计算机科学与技术专业的学生开设。其目的是使计算机学院毕业的学生具有一定的通信知识背景，了解和掌握现代通信的基本原理及相关技术，尤其是数字通信的基本原理，为进一步学习后续通信和网络专业课程打下基础。 [ 阅读全文 ]

第1章 通信系统概述
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通信按传统理解就是信息的传输与交换，信息可以是语音、文字、符号、音乐、图像等等
第1节 通信的基本概念
第2节 通信的发展历程
第3节 通信的发展趋势
第4节 本书概述

第2章 传输介质
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传输介质是连接通信设备，为通信设备之间提供信息传输的物理通道；是信息传输的实际载体
第1节 传输介质的基本概念
第2节 双绞线
第3节 同轴电缆
第4节 无线信道
第5节 无线信道的微波频段
第6节 光纤

第3章 信号的传输技术
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根据国际电信联盟（ITU）的定义，传输是指通过物理介质传播含有信息的信号的过程
第1节 传输技术概述
第2节 模拟信号的调制传输
第3节 数字信号的基带传输
第4节 数字信号的调制传输
第5节 光信号的传输

第4章 信号的数字化处理技术
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通信系统中的信号可以分为模拟信号与数字信号两大类，与模拟信号相比，由于数字信号在传输、交换、处理等过程中有极大的优越性，因此目前的通信系统普遍是以数字信号为主的数字通信系统
概述
第1节 模拟信号的数字化
第2节 多路复用技术
第3节 数字复接技术
第4节 同步技术
第5节 同步数字系列（SDH）

第5章 信号的交换
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“交换”即是在通信网大量的用户终端之间，根据用户通信的需要，在相应终端设备之间互相传递话音、图像、数据等信息
第1节 交换技术概述
第2节 数字程控交换
第3节 ATM交换
第4节 以太网交换
第5节 光交换

第6章 话音通信
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公用交换电话网即PSTN（Public Switched Telephone Network），它是以电路交换为信息交换方式，以电话业务为主要业务的电信网。PSTN同时也提供传真等部分简单的数据业务
第1节 公用交换电话网（PSTN）
第2节 信令与信令网
第3节 智能网

第7章 数据通信基础
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数据通信是指计算机和其他数字设备之间通过通信节点、有线或无线链路进行数字信息的交换
第1节 数据通信的演变
第2节 数据通信概述
第3节 数据通信系统主要任务
第4节 数据传输方式
第5节 数据通信关键技术
第6节 数据通信系统技术指标
第7节 数据通信网
第8节 OSI参考模型与协议

第8章 局域网
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局域网是一种地理范围有限的网络，是一种使小区域内的各种通信设备互联在一起的通信网络
第1节 局域网概述
第2节 局域网技术
第3节 以太网
第4节 家庭网

第9章 广域网
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广域网是将地理位置上相距较远的多个计算机系统，通过通信线路按照网络协议连接起来，实现计算机之间相互通信的计算机系统的集合
第1节 广域网概述
第2节 广域网技术
第3节 X.25技术
第4节 帧中继技术
第5节 ATM网技术

第10章 互联网
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如果每个网络成员都保持它自身的特性，并且需要使用一些特殊的机制来完成经过多个网络间的通信，那么这整个网络配置通常就被称为是一个互联网
第1节 互联网概述
第2节 互联网的基本原理与关键技...
第3节 因特网
第11章 综合业务和多媒体通信
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ISDN是基于公共电话网的数字化网络、专为高速数据传输和高质量语音通信而设计的一种高速、高质量的通信网络
第1节 综合业务数字网（ISDN）
第2节 多媒体通信

第12章 卫星和蜂窝移动通信
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卫星通信实际上也是一种微波通信，它以卫星作为中继站转发微波信号，在多个地面站之间通信
第1节 卫星通信
第2节 蜂窝移动通信

通信原理
通信原理基础知识
孙岩
北京邮电大学   计算机系
 sunyan@
简介
  • 课程目的
      本课程为计算机通信专业、网络工程专业，及计算机科学与技术专业的学生开设。其目的是使计算机学院毕业的学生具有一定的通信知识背景，了解和掌握现代通信的基本原理及相关技术，尤其是数字通信的基本原理，为进一步学习后续通信和网络专业课程打下基础。
  • 教材
    《通信原理》（第6版）樊昌信
  • 预备知识
    电子电路、数字电路、信号与系统、电路分析基础、概率论与随机过程
  • 课程介绍
    是一门介绍信息传输基本原理（理论和技术）的课程。它的研究对象是通信系统。
  • 考核方式
    作业10%，期中考试30%，期末考试60%
  • 作业
    周一交作业

古代的通信方法
  • 光-视觉：烽火，火炬
  • 声波：击鼓鸣金
  • 信鸽、旗语                                   

                                          烽火台
18世纪以来的通信方法
  • 1837年Samuel Morse 发明电报
  • 1876年Alexander Graham Bell 发明电话
  • 1895年Guglielmo Marconi 发明无线电
  • 1906年电子管的发明使模拟通信得到发展
  • 1928年Nyquist取样定理和1948年shannon定理在理论上为数字通信奠定了基础
  • 20世纪50年代、60年代半导体和集成电路的发展使数字通信得到发展
  • 1945年第一台电子计算机的问世到80年代计算机的飞速发展使数据通信成为可能
  • 1963年第一次实现同步卫星通信
  • 20世纪70年代光导纤维的发明实现了光纤通信
  • 1974年美国Bell实验室提出蜂窝移动通信概念

课程要求
  • 希望学生尽可能做到课前预习、课上认真听讲、课后及时复习、按时独立完成规定作业、遇到疑难问题应尽快通过答疑、讨论等环节来解决，以便更好地学好本课程。

教学内容
  • 绪论
  • 确知信号
  • 随机过程
  • 信道
  • 模拟调制系统
  • 数字基带传输系统
  • 数字带通传输系统
  • 新型数字带通调制技术
  • 模拟信号的数字传输
  • 差错控制编码
  • 正交编码与伪随机序列
  • 同步原理
第一章 通信系统概述
通信按传统理解就是信息的传输与交换，信息可以是语音、文字、符号、音乐、图像等等。
第一节通信的基本概念
1.1 通信的基本概念 

1.1.1 通信
1．通信的定义
        通信按传统理解就是信息的传输与交换，信息可以是语音、文字、符号、音乐、图像等等。任何一个通信系统，都是从一个称为信息源的时空点向另一个称为信宿的目的点传送信息。以各种通信技术，如以长途和本地的有线电话网（包括光缆、同轴电缆网）、无线电话网（包括卫星通信、微波中继通信网）、有线电视网和计算机数据网为基础组成的现代通信网，通过多媒体技术，可为家庭、办公室、医院、学校等提供文化、娱乐、教育、卫生、金融等广泛的信息服务。可见，通信网络已成为支撑现代社会的最重要的基础结构之一。
    (1)    通信的定义：通信是传递信息的手段，即将信息从发送器传送到接收器
    (2)    相关概念：
             ① 信息：可被理解为消息中包含的有意义的内容。
                  信息一词在概念上与消息的意义相似，但它的含义却更普通化，抽象化。
             ② 消息：消息是信息的表现形式，消息具有不同的形式，例如符号、文字、话音、音乐、数据、图片、活动图像等。
                  也就是说：一条信息可以用多种形式的消息来表示，不同形式的消息可以包含相同的信息。例如：分别用文字（访问特定网站）和话音（拨打121特服号）发送的天气预报，所含信息内容相同。
             ③ 信号：信号是消息的载体，消息是靠信号来传递的。信号一般为某种形式的电磁能（电信号、无线电、光）。
     (3)    通信的目的：通信的目的是为了完成信息的传输和交换。

2．消息、信息与信号
（1）消息、信息与信息量
        一般将语言、文字、图像或数据称为消息，将消息给予受信者的新知识称为信息。
         因此，消息与信息不完全是一回事，有的消息包含较多的信息，有的消息根本不包含任何信息，为了更合理地评价一个通信系统传递信息的能力，需要对信息进行量化——即用“信息量”这一概念表示信息的多少。
         如何评价一个消息中所含信息量为多少呢？既可以从发送者角度来考虑，也可以从接收者角度来考虑。一般我们从接收者角度来考虑，当人们得到消息之前，对它的内容有一种“不确定性”或者说是“猜测”。当受信者得到消息后，若事前猜测消息中所描述的事件发生了，就会感觉没多少信息量，即已经被猜中；若事前的猜测没发生，发生了其它的事，受信者会感到很有信息量，事件若越是出乎意料，那么信息量就越大。
        事件出现的不确定性，可以用其出现的概率来描述。因此，消息中信息量I的大小与消息出现的概率P密切相关，如果一个消息所表示的事件是必然事件，即该事件出现的概率为100％，则该消息所包含的信息量为0，如果一个消息表示的是不可能事件，即该事件的出现的概率为0，则这一消息的信息量为无穷大。
         为了对信息进行度量，科学家哈莱特提出采用消息出现概率倒数的对数作为信息量的度量单位。
         定义：若一个消息出现的概率为P，则这一消息所含信息量I为：

          当    a=2，信息量单位为比特（bit）；
                  a=e，信息量单位为奈特（nit）；
                  a=10，信息量单位为哈莱特；
                  目前应用最广泛的是比特，即a=2。以下举例说明信息量的含义：
                  不可能事件P＝0，I=  ；
                  小概率事件P＝0.125，I=3；
                  大概率事件P＝0.5，I=1；
                  必然事件P＝0，I=0；
                  可见，信息量I是事件发生概率P的单调递减函数。
                  图1-1讨论对于等概率出现的离散消息的度量。

                                                     图1-1 二进制和四进制码元系列

          对于双极性二进制码元系列，只有两个计数符号（0和1）的进制码系列，如果0、1出现的概率相等，即 ，那么任何一个0或1码元的信息量为：

          对于四进制码元系列，共有四种不同状态：0、1、2、3，每种状态必须用两位二进制码元表示，即00、01、10、11。如果每一种码元出现的概率相等，即 ，那么任何一种0、1、2、3码元的信息量为：

          由以上分析可知：多进制码元包含的信息量大，所以采用多进制信息编码时，信息传输效率高。当采用二进制时，噪声电压大于E/2，才会引起误码；而当采用四进制时，只要噪声电压大于E/4，就会引起误码，因此，进制数越大，抗干扰能力也就越差。

（2）信号的时域分析
           时域：信号的表示形式是时间的函数。

            其中，三个重要参数是：幅度（振幅）、频率和相位。
            ——正弦波的幅度，表示正弦波的最大值；
            ——正弦波的角频率， ；
            ——正弦波的频率，表示正弦在单位时间内重复变化的次数，单位：Hz；
            ——正弦波的初相位， 时 ，即 值决定 的大小。
              时域信号的波形如图1-2所示。

                                                          图1-2 正弦信号时域波形图

（3 ）信号的频域分析
            在通信领域中，信号的频域观点比时域观点更为重要。如果不考虑相位，正弦波的时域表达式为：

             根据傅立叶变换，其频域表达式为：

              频域波形为图1-3所示。

                                                            图1-3 正弦信号频域波形图

              我们以一个例子说明信号的时域分析与频域分析之间的变换关系。一个时域信号由两个正弦波信号叠加构成，其一：幅度为3V，频率为1hz；其二：幅度为1V，频率为3hz。信号的时域波形如图1-4所示。

                                                            图1-4 叠加信号时域波形图

                信号的频谱图如图1-5所示。

                                                              图1-5 叠加信号频域波形图

        其中，两条谱线的长度分别代表两个正弦波的幅度，谱线在频率轴的位置分别代表两个正弦波的频率。
        利用傅里叶变换，任何信号都可以被表示为各种频率的正弦波的组合。信号在时域缩减，叫做频域展宽；信号在时域展宽，叫做频域缩减。也就是说，信号的时间周期越长，则频率越低；反之，信号的时间周期越短，则频率越高。

1.1.2通信系统
通信系统是以实现通信为目标的硬件，软件以及人的集合。
1． 通信系统的模型
        图1-6是一个基本的点到点通信系统的一般模型：

                                                  图1-6 通信系统的一般模型

其中，各部分的功能如下：
             ① 信息源：把各种可能消息转换成原始电信号；
             ② 发送设备：为了使原始电信号适合在信道中传输，对原始电信号变换成与传输信道相匹配的传输信号；
             ③ 信道：信号传输的通道；
             ④ 接收设备：从接收信号中恢复出原始电信号；
             ⑤ 收信者：将复原的原始电信号转换成相应的消息；
要传送的信息（消息）是m（t），其表达形式可以是语言、文字、图像、数据……，经输入设备处理，将其变换成输入数据g（t），并传输到发送设备（发送机）。通常g（t）并不是适合传输的形式（波形和带宽），在发送机中，它被变换成与传输媒质特性，相匹配的传输信号S（t）经传输媒质一方面为信号传输提供通路，另一方面衰减信号并引入噪声n（t），r（t）是受到噪声干扰的S（t），是接收机恢复输入信号的依据，r（t）的质量决定了通信系统的性能，r（t）经接收设备转换成适合于输出的形式g’（t），它是输入数据g（t）的近似或估值。最后，输出设备将由g’（t）传出的信息m’（t）提交给终点的经办者，完成一次通信。事实上，噪声只对输出造成影响，可以将整个系统产生的噪声等同成一个噪声源。
根据所要研究的对象和所关心的问题的重点的不同，又可以使用形式不同的具体模型。

2．模拟通信系统与数字通信系统
      通信系统中的消息可以分为：
       ① 连续消息（模拟消息）——消息状态连续变化。如：语音、图像；
       ② 离散消息（数字消息）——消息状态可数或离散。如：符号、文字、数据。

      信号是消息的表现形式，消息被承载在电信号的某一参量上。因此信号同样可以分为：
       ① 模拟信号——电信号的该参量连续取值。如：普通电话机收发的语音信号；
       ② 数字信号——电信号的该参量离散取值。如：计算机内PCI/ISA总线的信号。

      模拟信号和数字信号可以互相转换。因此，任何一个消息既可以用模拟信号表示，也可以用数字信号表示。
      相应的，通信系统也可以分为模拟通信系统与数字通信系统两大类。
       ① 模拟通信系统：模拟通信系统在信道中传输的是模拟信号，模型如图1-7所示。

                                                         图1-7 模拟通信系统模型

       其中：
  l 基带信号——由消息转化而来的原始模拟信号，一般含有直流和低频成分，不宜直接传输；
   已调信号——由基带信号转化来的、频域特性适合信道传输的信号。又称频带信号。l
      对模拟通信系统进行研究的主要内容就是研究不同信道条件下不同的调制解调方法。
       ② 数字通信系统：数字通信系统在信道中传输的是数字信号，模型如图1-8所示。

                                                         图1-8 数字通信系统模型

        其中：
    信源编/译码器——实现模拟信号与数字信号之间的转换；l
   l 加/解密器——实现数字信号的保密传输；
    信道编/译码器——实现差错控制功能，用以对抗由于信道条件造成的误码；l
   l 调制/解调器——实现数字信号的传输与复用。
        以上各个部分的功能可根据具体的通信需要进行设置，对数字通信系统进行研究的主要内容就是研究这些功能的具体实现方法。
        数字通信具有以下显著的特点：
    数字电路易于集成化，因此数字通信设备功耗低、易于小型化；l
   l 再生中继无噪声累积，抗干扰能力强；
    信号易于进行加密处理，保密性强；l
   l 可以通过信道编码和信源编码进行差错控制，改善传输质量；
    支持各种消息的传递；l
   l 数字信号占用信道频带较宽，因此频带利用率较低。

3．通信系统的分类
      通信系统有不同的分类方法。
        ①    按消息分：电报系统、电话系统、数据系统、图像系统
        ②    按调制方式分：基带传输、频带传输（调幅、调频、调相、脉幅、脉宽、脉位）
        ③    媒质上的信号分：模拟系统、数字系统
        ④    传输媒质（信道）分：有线系统（架空明线、对称电缆、同轴电缆、光纤、波导）、无线系统（长波、中波、短波、微波、卫星）
        ⑤    按复用方式分：频分复用、时分复用、码分复用
        ⑥    按消息传送的方向和时间分：单工、半双工、全双工
        ⑦    按数字信号的排列顺序分：串序、并序
        ⑧    按连接形式分：专线直通（点对点）、交换网络（多点对多点）

1.1.3 通信网络
众多的用户要想完成互相之间的通信过程，就靠由传输媒质组成的网络来完成信息的传输和交换，这样就构成了通信网络。
1．    通信网络的组成：
          通信网络从功能上可以划分为接入设备、交换设备、传输设备。
           ①    接入设备：包括电话机、传真机等各类用户终端，以及集团电话、用户小交换机、集群设备、接入网等；
           ②    交换设备：包括各类交换机和交叉连接设备；
           ③    传输设备：包括用户线路、中继线路和信号转换设备，如：双绞线、电缆、光缆、无线基站收发设备、光电转换器、卫星、微波收发设备等。
         此外，通信网络正常运作需要相应的支撑网络的存在。支撑网络主要包括数字同步网、信令网、电信管理网三种类型。
            ①    数字同步网：保证网络中的各节点同步工作；
            ②    信令网：可以看作是通信网的神经系统，利用各种信令完成保证通信网络正常运做所需的控制功能；
            ③    电信管理网：完成电信网和电信业务的性能管理、配置管理、故障管理、计费管理、安全管理。
2．    通信网络的分类：
            ①    按照信源的内容可以分为：电话网、数据网、电视节目网和综合业务数字网（ISDN）等。其中，数据网又包括电报网、电传网、计算机网等；
            ②    按通信网络所覆盖的地域范围可以分为：局域网、城域网、广域网等；
            ③    按通信网络所使用的传输信道可以分为：有线（包括光纤）网、短波网、微波网、卫星网等。
 第2节 通信的发展历程

1.2    通信的发展历程

1.2.1 通信技术的发展历程
          通信技术的发展是伴随科技的发展和社会的进步而逐步发展起来的。早在古代，人们就寻求各种方法实现信息的传输。我国古代利用烽火传送边疆警报，古希腊人用火炬的位置表示字母符号，这种光信号的传输构成最原始的光通信系统。利用击鼓鸣金可以报送时刻或传达命令，这是声信号的传输。后来又出现了信鸽、旗语、驿站等传送信息的方法。然而，这些方法无论是在距离、速度和可靠性与有效性方面仍然没有明显的改善。19世纪，人们开始研究如何用电信号传送信息。1837年莫尔斯发明了电报，用点、划、空适当组合的代码表示字母和数字，这种代码称为莫尔斯电码。1876年贝尔发明了电话，直接将声信号转变为电信号沿导线传送。19世纪末，人们又致力于研究用电磁波传送电信号，赫兹、波波夫、马可尼等人在这方面都作出了贡献。开始时，传输距离仅数百米。1901年，马可尼成功地实现了横跨大西洋的无线电通信。从此，传输电信号的通信方式得到广泛应用和迅速发展。
         20 世纪20 年代起，通信建设和应用广泛发展，开始利用铜线实现市内和长途有线通信，又利用短波实现远距无线通信和国际通信。
         30～40 年代起，利用铜线传输载波电话，使长途通信容量加大，电信号的频分多路技术开始步入实用。
         50～60 年代起，半导体晶体管开始在电子电路中替代电子管，其后进入集成电路技术以及超大规模集成电路的时代。开始建设最早的公用电话通信网。
         60 年代起，电子计算机应用增多，数据通信开始兴起，电话编码技术得到应用，模拟通信开始向数字通信过渡。
         70 年代起，玻璃光纤拉制成功，导致传输网络从电缆通信向光纤通信过渡。地球同步轨道运行的通信卫星发射成功，卫星通信开始对国际通信和电视转播作出贡献，也经常在特殊地理环境下做为有线接入技术的替代与补充。
         80 年代起，各种信息业务应用增多，通信网络开始向数字网发展。电信号的时分多路技术（PDH 和SDH）走向成熟，公共电话交换网（PSTN）逐渐得到普及，交换方式发展出新的类型（ATM）。蜂窝网等各种无线移动通信业务向公众开放，导致个人通信的迅速发展。第一代模拟移动通信网的代表技术为AMPS。
         90 年代起，国际互联网Internet 在全世界兴起，在吸引众多计算机用户踊跃上网的同时，也吸引人们更多使用计算机。可以在网上快速实现国内和国际通信并获取各种有用信息，而仅支付低廉的费用。从此，通信网络的数据业务量急剧增长。这使得以互联网协议 （IP） 为标志的数据通信，在通信网络逐渐占据更为重要的地位。同时，在光纤通信技术中，波分复用技术（WDM）取得成功，与电信号的时分复用技术（TDM）相结合，线路的传输容量显著加大，足以适应通信业务量急速增长的需要。
         90 年代中期起，蜂窝网进入第二代，即数字式无线移动通信， 适合时代发展对个人通信的需求。GSM作为第二代移动通信系统的代表，更是得到了全球性的广泛应用。时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）一同向前发展。除了传送话音信号之外，还开始提供移动数据通信，让无线移动用户能像有线固定用户一样自由的访问国际互联网。目前，移动通信技术发展的热点是以WCDMA/CDMA 2000/TD-SCDMA技术为代表的第三代移动通信技术，和以802.11a/b/g技术为代表的无线局域网技术，以及不同移动通信技术之间的融合。

1.2.2 通信网络的发展历程
          早期通信传输网络的基础是铜线传输技术。在相当长的时期内，通信网络的发展依赖铜线传输。从最早期的单线传输，到二三十年前还广泛使用的频分多路载波技术，在网络传输上可以说基本上没有实质性的变化。其技术发展的顶峰，就是同轴电缆。上世纪70 年代，960路、1800 路的同轴电缆，加上微波传输曾经是我国通信网络传输技术的主体。
          在通信网络发展的前期，通信网络建设的基本指导思想是根据传输信号的不同特性和业务需要建设网络。也就是说，特定的网络只适用于传输特定种类的信号，不适宜传输其它种类的信号，即所谓按照所传输信号的功能与需求来设计并建设通信网络。在这种情况下，通信行业中，不仅有电话网，还有电报网，甚至于出现了传真通信网（存储转发）等具有不同数据速率的数据通信网络。总之，每一种通信业务，甚至不同通信速率的通信系统都需要一个各自的网络。
           由于通信网的建设投资巨大、周期长、业务量低、效率差，因此进入上世纪70 年代，人们开始考虑能否将语音信号、各种不同速率的数字信号以及图像信号集中在同一个通信网络中传输，以试图只需要建设一个网络就可以传输各种不同性质和不同速率的信号，从而降低网络建设的费用和周期。这就是综合业务数字网（ISDN） 的由来。由于各种信号的频率特性相差极大，对于不同特性和速率的信号都能适应的网络就比较复杂。所以，ISDN 尽管设计思想比较先进、技术上的考虑比较全面，至今也还只是在很小的范围内应用。
           到了当今的IP网络时代，简单、低成本的TCP/IP协议得到了广泛的应用，提供了强大的开放互联能力，采用不同传输技术的网络均可以在IP网络层达到互联互通。各种信号，如话音信号、数据信号、图像信号，在转变成IP分组以后，可以统一的在IP网络上进行传输，而不必考虑原始信号的性质。网络的基本作用只是为IP信号提供具有一定质量保证的通路。
           此外，无线传输技术也是一种重要的组网技术。但是，从目前通信网发展的角度来看，除了光纤网络具有的大容量、低成本、高质量、高效率等因素外，加上无线频谱资源的有限性，所以无线网络一般仍只是作为接入网络的组网技术。
           目前，通信网络的基本状况是骨干传输网络仍然是以光纤通信为主，而接入网络则可以视网络建设需求的不同，采用移动通信、以太网、xDSL、光纤通信、卫星通信等多种多样的技术构建。
           目前的公共电话网络是以程控交换技术为核心构建的。顾名思义，程控交换即是通过编程来控制话音信号的交换过程。程控交换是以计算机作为交换技术的核心，它的发展导致历史上各种交换技术都迅速退出了历史舞台。仅仅历经20年左右的时间，程控交换取代了各种交换技术。并且进一步在电路交换、报文交换、分组交换的基础上，产生了以路由技术为基础的第二层、第三层交换，这一技术现在还在继续发展之中。
           计算机技术的发展，不仅带动和推动了包括交换技术、传输技术在内的通信信号处理技术的变革和发展，同时更对通信网络的基本体系结构也发生了重大的影响。最初，基于TCP/IP技术的Internet是被作为一种计算机互联网络设计的。Internet在发展过程中与通信网络技术产生了不断的融合与相互促进，在提高网络互联能力的同时，也促进了通信网络向着简化层次结构与网络结构、提高传输的质量，从而降低传输成本的方向发展。
           从目前的发展趋势来看，通信网与计算机网的融合网络——宽带IP 网络将作为通信技术的发展重点和发展方向，尤其引人注目。并且可能成为下一代通信网络的主要业务组成和业务方式。IP 网络的发展对于当前的电信运营行业也将产生巨大的影响。例如种类繁多的VoIP应用的诞生，除了使普通电话的通信成本极大的下降以外，将直接对固定电话公司的业务、经营、效益、利润产生真正令人难以预料的影响，对于移动通信业务也会产生巨大的影响。目前，基于固定网络的VoIP应用在业务质量上已经接近传统的PSTN通话，并获得了广泛的应用；而像VoIP over WLAN这样的无线VoIP应用也同样具有着广泛的前景。
第3节 通信的发展趋势
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更新于2008-05-18 22:16:03

发展趋势 宽带化 广泛化 多样化 综合化 应用中心化
1.3 通信的发展趋势

1.3.1 通信技术的发展趋势
          1．    宽带化——更强大的信息传输能力
          提高信息速率、获得更宽的带宽，可以说是通信技术发展中的永恒主题。通信网络各个环节所应用的技术都在追求更宽的带宽。这与计算机行业中，对于硬件处理能力的追求是非常类似的，CPU的最高主频，总是在被不断的刷新，无论是用户还是INTEL公司的技术人员都在不停的追逐这一数字，尽管很多时候我们并不需要这么强大的计算机能力。
          归纳起来，推动传输带宽的增长主要有以下几个动力：
          ①更为丰富的通信业务：显然，当运营商开通了新业务肯定会要求更高的带宽；
          ②通信业务的更高质量：例如，拔号上网用户对于56K bit/s 调制解调器的传输能力感到不满，转而要求使用可达数M bit/s带宽的ADSL业务；
          ③来自设备制造商的推动：由于技术发展本身的内在推动力，当一种产品问世之后，总是会去研发它的后续产品，例如实用的密集波分复用（DWDM）产品的传输能力迅速的从10Gbit/s、40Gbit/s发展到现在的80Gbit/s和160Gbit/s；另一方面，设备制造商也需要不断有新的技术来推动市场的发展以及运营商的设备更新。
以下分别列举了骨干网和接入网的带宽演变：
          ①骨干网：在90年代前期，我国的全国骨干网络还是以155Mbit/s的同步数字系列（SDH）技术为主，而目前所建的骨干网均是80Gbit/s、160Gbit/s的DWDM设备，甚至很多大中城市的城域网的技术水平也达到了这一级别；
          ②接入网：目前，各种宽带接入技术已经非常普及；利用非对称数字用户环线（ADSL）技术和以太网技术组成接入网络，均可以达到数Mbit/s的带宽水平，而在国内刚引入拔号接入业务时，调制解调器只能够提供9.6Kbit/s的带宽。

         2．    广泛化——无处不在的通信
         前面已经提到，通信已经日益渗透到了我们生活的每一个角落，通信技术将会以很多令人意想不到的方式渗透到各个行业中，它与我们的日常生活也会结合的日趋紧密，将会在潜移默化中改变我们的生活。这必然对通信技术的发展提出了全新的要求：
          ①从通信的环境上来说：要实现在任意时间，任意地点，和任何人的通信，也就是尽量为人们的通信行为赋以更大的自由度，使之不受到某一具体通信技术的约束。从固定通信网到移动通信网进而到无处不在的可佩戴式通信设备的发展，即充分体现了任意地点这一要求；再比如说：不同网络间互联互通技术的发展，则是实现了和任何人通信这一要求。这即包括不同运营商之间同一通信技术之间的互通，例如中国移动与中国联通之间GSM移动通信网络的互通；也包括不同通信技术之间的融合，例如已经出现的固话短信、无线公话等技术。
          ②从通信技术的载体，也就是可以进行通信的设备来看，越来越多的设备具有通信能力、可以进入通信网络中，这一变革极大的拓展了通信业务可能的应用范围。未来的通信设备，将不只是电话，寻呼机这样传统意义上的通信设备，随着IPv6的应用，我们甚至可以为一个烹饪设备加入通信能力并分配IP地址，这样就可以在网上“遥控”家中的厨房。此外，很多这样的设备也可以自发的组织成一个局部的网络。例如在智能家庭环境中，家中所有的音响设备可以组成一个网络，通过这一网络，不同设备之间可以任意的交换音乐文件、或者为音乐的播放自动选择最为合适的音响设备。总之，更多的设备具有通信能力，也必然要求设计全新的业务模式，这也会推动新的应用的产生。

          3．    多样化——多种多样的人机交互方式
          对于用户来说，通信的根本目的是获取信息并进行有效的使用，对于这些信息，他们甚至不会关心信息的具体获取方式；而另一方面，通信向其它领域的渗透会产生新的应用。现有的人机交互手段，已经严重的限制了这些应用的产生与使用。
          例如，手机对于很多人来说，已经不只是一种通信工具，它已经成为一种日用必需品，围绕手机的各种应用具有广阔的发展前景，但手机的输入（多数手机只具有简单的数字小键盘输入）、输出（面积小而且分辨率、色彩质量不高的显示屏）严重限制了这些新应用。很多操作较为复杂的应用，就很难移植到手机平台上来。目前，绝大多数国际领先的通信研究机构、特别是研究用户终端设备的研究机构，先进的人机交互技术无一例外的都是他们的重要研究方向。
未来的人机交互方式会有以下几个发展趋势：
          ①通过包括视觉，味觉、嗅觉等在内的多种感知方式来完成通信。目前对于通信所获得信息的利用，还只局限于视觉（如上网）和听觉（如电话），更多、更丰富的感知方式，将使得通信设备可以和用户进行更为复杂的信息交互。
          ②已有的“多媒体”概念将得到进一步发展。综合动画、声音、图像、文本等多种交互手段在内的多媒体业务，显然是一个更为实际的概念，它更接近我们目前的应用水平。目前已经有了不少多媒体业务可供使用，例如：彩铃、彩信、视频电话、视频会议等。
          ③人机交互方式的发展，目的是提供能够更好为人服务的通信业务。本质上讲，人机交互方式越接近人类熟悉的认知方式，用户从中获得信息就更容易，基于这些人机交互方式构造的业务也就更容易为人接受。在这一点上，通信技术的发展与其它很多技术有着类似的需求。

           4．    综合化——多种业务的综合
           传统的通信网络基本上是一个单一业务的网络，话音、数据、视频，等多种业务不仅在传输上是分开的，而且用户也把它们分别作为独立的业务来使用的。
多种业务的综合不仅可以向用户提供更有吸引力的应