第一章认识通信

重点介绍电信的基本概念，电信技术的发展史和通信系统的模型。

●1.1什么是通信

通信是人们在日常生活中相互之间传递信息的过程。消息和信息有怎样的关系？信息量是怎样度量的？信号有哪些类型？国际电信联盟ITU是联合国的一个专门机构，简称国际电联。5月17日是世界电信和信息社会日。中国于1920年加入国际电联。

●1.2通信发展史

随着生产的发展，新的通信技术和方式不断被开发、创新和完善。电报技术，电话技术，复用技术，无线电通信技术，移动通信技术，光纤通信技术等。电信的发展趋势是普及化、多媒体化、多样化、个性化和全球化。

●1.3通信系统模型

最简单的点对点的通信系统包括信源、发送设备、信道、接收设备和信宿5部分。根据传输信号的不同，有模拟通信系统和数字通信系统。

第二章认识电信网

电信系统是各种协调工作的电信设备集合的整体。通信系统是为公众用户提供服务的，自然要服务较多的用户，为解决用户数增加带来的专线连接问题，通信系统引入交换机制。

●2.1电信系统构成模型

现代电信系统都是基于交换设备的复杂系统，各种电信系统尽管具体设备构造和功能各不相同，但可以抽象和概括为统一的模型。

●2.2电信系统的硬件设备

电信系统组成模型中，系统组成的各部件可归结为三类，即电信系统的三大硬件设备：终端设备、传输设备和交换设备。此外，通信电源也是整个通信网络的关键基础设施，是通信网络上一个完整而又不可替代的独立专业。

●2.3电信网络拓扑结构形式

电信网络拓扑结构是描述交换设备间、交换设备与终端间邻接关系的连通图，反映电信设备物理上的连接性。拓扑结构直接决定网络的效能、可靠性和经济性。

第三章电话通信

电话通信是利用电信网实时传送双向语音以进行会话的一种通信方式，是世界范围电信业务量最大的一种通信。

●3.1电话通信过程

电话通信是利用电的方法传送人的语言并完成远距离语音通信的过程。一般使用的固定电话为模拟电话终端，通过电话线连接到交换机，交换机之间中继线传输的是数字信号。电话通信过程包括发送端的模/数变换、信道传输和接收端的数/模变换。

●3.2多路复用技术

多路复用技术就是将多路信号组合在一条物理信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将各路信号分离开来，这样使一条物理信道资源被多路信号共享。多路复用主要包括频分多路复用、时分多路复用和波分多路复用。

●3.3PCM技术

PCM技术即脉冲编码调制技术，包括抽样、量化和编码3个过程。抽样是将时间上连续的信号处理成时间上离散的信号；量化分均匀量化和非均匀量化，量化会引入误差，即量化噪声。编码是把抽样并量化的量化值变换成一组二进制码。

●3.4信令系统

要建立一次电话通信，需要知道什么时候用户摘机，什么时候用户挂机，如何进行计费等，这是电话信令需要完成的功能。七号信令系统是一种国际标准，可满足多种通信业务的要求。

第四章数据通信

数据通信是20世纪50年代末，随着计算机的发展和应用而出现的一种通信方式。数据通信通过传输信道将数据终端与计算机联结起来，从而使不同地点的数据终端实现软、硬件和信息资源的共享。

●4.1数据通信的概念及特点

数据通信是计算机与计算机或计算机与各类终端之间的通信。通信的基本目的是在接收方和发送方之间交换信息。了解数据通信系统的的构成，学习数据通信中消息、信息、数据、信号和信道的概念以及数据通信不同于电话通信的优缺点。

●4.2通信协议

为了使数据可以在网络上从源端传递到目的地，网络上所有设备需要讲相同的“语言”，通信协议，就是用来确定数据格式和传输方式的规则和约定。两个设备间交流，就是传输数据，和两个人对话是一样的。为了简化设计的复杂性，采用分层的通信协议。通信协议的国际标准是开放系统互连参考模型即OSI，它有7层。而4层的TCP/IP应用最为广泛。

●4.3数据通信网络互连

数据通信系统一般指的是两个数据通信终端之间的连接，而网络则是多个终端间的连接。要组建一个网络，需要硬件和软件的支持。通信协议侧重软件部分，本讲主要侧重硬件部分。按照覆盖范围可将数据通信网分为个域网、局域网、城域网和广域网。要实现网络互连，必须用到网络中继系统，我们将分别学习网络适配器、中继器、集线器、网桥、交换机、路由器和网关等网络设备，重点了解了它们的功能和特点。

●4.4信源编码和信道编码

信源编码的目的是为了提高编码的有效性，就是使信源减少冗余，更加有效、经济的传输。同时对于数字通信系统而言，因为信源是模拟信息，所以信源编码主要完成把模拟信号转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。信道编码也有两个作用，一是将信号变换成适合信道传输的信号，二是通过对信源编码后的信息增加冗余，使信息传输具有自动检错与纠错能力，保证数据通信的可靠性。

●4.5数据传输的分类

数据传输的类型很多。根据信道是模拟信道还是数字信道的不同分模拟传输和数字传输；数据在多条信道上同时传输称为并行传输，数据在一条信道上按位依次传输称为串行传输；按使用同步技术的不同，分为异步传输和同步传输；按有无调制解调分为基带传输和频带传输；按照信号传送方向与时间的关系，分为单工、半双工和双工。

●4.6数据通信系统的质量指标

数据通信的指标是围绕传输的有效性和可靠性来制定的。数据通信系统的主要质量指标包括传输速率、误码率、信道容量和带宽。

●4.7数据交换方式（上）

交换的基本功能是在任意入线和出线之间建立连接，或者说将接入线上的信息转发到出线上去。电路交换是最早出现的一种交换方式，适于电话通信。由于数据具有随机性和突发性，我们设计了报文交换。报文交换的数据传输单位是报文，报文就是通信终端一次性要发送的数据块，它的大小取决于发送端。报文交换不适于实时交换数据的场合。分组交换也叫包交换，是报文交换的一种改进。它以固定长度的分组为单位进行存储转发，是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术。

●4.8数据交换方式（下）

随着通信技术的不断发展，在分组交换思想的基础上，产生了两种快速分组交换技术：帧中继与ATM技术。帧中继网络的中间节点只进行差错检测，无需回送确认帧。ATM技术以信元为信息传输、复接和交换的基本单位，它既能像电路交换方式那样适用于电话业务，又能像分组交换方式那样适用于数据业务，并且还能适用于其他业务。IP交换是将最先进的ATM交换技术和最普及的IP技术融合起来的一种新的交换技术。IP交换的核心思想就是对用户业务流进行分类。MPLS结合了IP网络强大的三层路由功能和传统二层网络高效的转发机制。

●4.9数据通信网的发展历史

数据通信网是计算机和通信相结合的产物。它是一个由分布在各地的数据终端设备、数据交换设备和数据传输链路构成的网络，它的功能是在网络协议支持下，实现数据终端间的数据传输和交换。由于不同业务需求的变化及通信技术的发展，使得数据通信经过了不同的发展历程。

第五章移动通信

移动通信是指通信双方至少有一方是处在移动状态下进行信息交换的通信方式。移动通信有多种方式，如蜂窝移动通信、集群调度移动通信、无线寻呼、无绳电话等。由于蜂窝移动电话集无线电技术、程控交换技术、计算机技术和传输技术等于一身，可在移动状态下进行双向通信，所以越来越受到人们的关注。

●5.1移动通信技术发展简史

从人类社会诞生以来，更加快捷高效的通信就成为人类坚持不懈的追求。现代移动通信以1986年第一代通信技术发明为标志，经过三十多年的爆发式增长，极大地改变了人们的生活方式，并成为推动社会发展的最重要动力之一。1G时代：“大哥大”横行的年代，是模拟通信；2G时代：诺基亚的崛起，开始了数字通信；3G时代：移动多媒体时代的到来；4G时代：移动互联网时代来临；5G：万物互联时代。

●5.2移动通信的特点

移动通信属于无线通信，通过空间电磁波传送信息，与有线通信相比，有很大不同。电磁传播具有多径效应，多径效应容易引起衰落，为保证通信质量，系统需要具有抗摔落能力；移动通信工作于强干扰环境下，存在互调干扰、邻道干扰和同频干扰等，移动通信在组网时，必须充分重视各种干扰的影响；此外，多普勒效应，用户的移动性等都使得移动通信不同于有线通信。

●5.3双工技术

双工技术是指终端与网络间上下行链路协同工作的模式，是用来区分信息的发送方和接受方的技术。在线网2G、3G和4G网络中主要采用两种双工方式即频分FDD和时分TDD，且每个网络只能用一种双工模式。频分双工FDD指发送方和接受方使用不同的频率来传输信号，这就好比双车道运行，上传和下载可同时进行。时分双工TDD，发送方和接收方在不同的时间发送信息，这跟单车道运行有些相似，通过信号灯控制信道是上传还是下载。

●5.4多址技术

多址技术是指实现小区内多用户之间通信地址识别的技术。多址技术又称为"多址连接"技术。实现无线多址通信的理论基础是信号分割技术。也就是在发送端，使发射的信号参量有所差异，而在接收端有信号识别能力，能从混合信号中分离选择出相应的信号。在移动通信系统中采用的多址方式主要有三种：频分多址、时分多址、码分多址、空分多址。

●5.5切换技术

切换指移动台MS从一个小区或信道变更到另外一个小区或信道时能保持原来的通信继续进行。切换常见的有硬切换、软切换和接力切换。

●5.6移动通信网体制

根据无线电波的传播特性，一个基站发射的电磁波只能在有限的地理区域内被移动台接收，这个能为移动用户提供服务的范围称为无线覆盖区。按照无线覆盖区的范围，移动通信网的体制分为小容量的大区制和大容量的小区制。小区制从服务区的几何形状来看，又可分为面状服务区和带状服务区。面状服务区有正三角形、正方形、正六边形等形状。铁路的列车无线电话、船舶的无线电话系统都属于带状服务区。

●5.7GSM移动通信系统

GSM是用户量最大的2G移动电话系统。它最初于1991年引入，现在仍用于许多语音通话和一些需要使用它的低数据速率服务。基本目标是提供一个系统，使其能够达到比以前的第一代模拟系统更大的能力。GSM通过使用数字TDMA(时分多址方法)实现了这一点。通过采用这种技术，可在允许带宽范围内容纳更多的用户。

●5.8浅谈3G和4G

互联网崛起之后，数据通信的需求呈爆炸式增长。传统的2G网络，以语音业务为主，无法满足用户对数据业务的需求。为了改变这一局面，让用户可以用手机上网，整个通信行业加紧了对3G的研发。智能手机的发展速度实在太快。没过多久，人们就发现，即便是3G，也不足以满足网速需求。于是，4G标准的制定，也就被提上了议事日程。

●5.9通信改变我们的生活-5G

5G的法定名称：IMT-2020国际移动通信2020。IMT-2020落地为5G NR，即IMT-2020是个计划，5G NR是具体的一个实现。5G的三大核心应用场景为增强型移动带宽、海量的物联网连接和超高可靠超低时延通信。5G有两种组网模式，独立组网和非独立组网。5G使用的频段分为两个FR1和FR2。

第六章光纤通信

伴随着社会的进步与发展及人们日益增长的物质和文化需求，通信向大容量、长距离的发展已是必然趋势。由于光波具有极高的频率，也就是具有很宽的带宽，可以容纳巨大的通信信息，所以用光波作为载波进行通信也随着发展起来。光波沿着光导纤维传输就是光纤通信，即光纤通信是以光纤为传输媒质，以光信号为信息载体的通信方式。

●6.1光纤通信概述

光纤通信传输的信号是光波信号，波长在微米级。光纤通信使用的光波有三个工作波长，也叫工作窗口。与其他通信传输系统相比，光纤通信有5个优点。（1）传输频带宽，通信容量大（2）传输损耗小，中继距离长（3）抗电磁干扰，传输质量好（4）体积小、重量轻、便于施工（5）原材料丰富，节约有色金属，有利于环保

●6.2光纤与光缆

光纤有纤芯、包层、涂覆层和套层组成。按套塑结构的不同，光纤分为紧套光纤和松套光纤。设备、仪表间相连使用的光纤一般称为尾纤。尾纤通常为紧套光纤。光纤的种类很多，根据不同的分类方法和标准，同一根光纤会有不同的名称。光缆是为了满足光学、机械或环境的性能规范而制造的，它是利用置于包覆护套中的一根或多根光纤作为传输媒质并可以单独或成组使用的通信线缆组件。

●6.3数字光纤通信系统

典型的数字光纤通信系统由光端机、光缆、中继器和电端机组成。电端机的作用是将低速支路电信号复用成高速信号，然后送往光端机，完成电/光转换，进行传输。光端机包括光发送机和光接收机两部分。中继器是可对微弱的光信号直接进行放大的器件，主要功能是提供光信号的增益，以补偿光信号在传输中的衰减，增加传输系统的中继距离。

●6.4光纤通信传输技术

同步数字系列SDH，第一次真正实现了数字传输体制上的世界性标准，并能和现有的PDH网兼容，具有全世界统一的网络节点接口，从而保证了任何网络单元在光路上的互联互通，实现了横向兼容。光波分复用技术WDM是指在一芯光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。WDM与SDH的结合是光纤传输速率提高到Tbps数量级。光传送网OTN是将SDH的业务灵活配置、强大网络管理机制和DWDM的波长级透明传输优势有机结合而产生的一个传送大颗粒宽带业务的大容量传送网。分组传送网PTN是以分组传送为基础，以分组交换为核心，支持多业务承载，并具备完善的保护和OAM管理功能的面向连接的端到端的传送技术。

第七章微波和卫星通信

微波通信是在20世纪40年代开始使用的无线电通信技术，可分为模拟微波通信和数字微波通信两类。模拟微波通信早已被数字微波通信所取代。数字微波通信曾经与卫星通信和光纤通信一起作为通信的三大传输手段。

●7.1微波通信的基础知识

微波通信是指使用微波作为载波，并采用中继接力的方式在地面上进行的无线通信。微波是指频率范围300MHz到3THz的电磁波，波长范围是1米到0.1毫米。由于这种电磁波的频率非常高，所以微波又称为超高频电磁波。微波，通信有通信频段的频带宽，传输信息量大，通信稳定可靠，接力传输，通信灵活性大，天线增益高、方向性强，投资少、建设快等特点。

●7.2微波通信的补偿技术与发展

微波传输会受到很多外界因素的干扰而衰落。为了不失真的接受信号，我们采取了很多补偿技术，比如自适应均衡、自动发信功率控制(ATPC)、前向纠错(FEC)和分集接收技术等。我们重点分析均衡技术和分集接收。

●7.3卫星通信的概念和特点

卫星通信实际上是微波中继传输技术与空间技术的结合。它把微波中继站设在卫星上，称为转发器，线路两端的终点站设在地球上，称为地球站。因此，卫星通信系统由卫星和两部分组成。地球站实际上是卫星系统与地面通信网的接口，地面用户通过地球站出入卫星系统，形成通信线路。因此，是地球上包括地面和低层大气中的多个地球站利用空中人造通信卫星作为中继而进行的微波通信。

●7.4卫星通信系统的组成、现状及展望

卫星通信系统包括通信和保障通信的全部设备。一般由通信卫星、通信地球站、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统等四部分组成。

第八章接入网技术

整个电信网可分为核心网、接入网和用户驻地网。接入网介于核心网和用户驻地网之间，完成将用户接入到核心网的任务。接入网常被比喻为信息高速公路到用户的“最后一公里”。

●8.1接入网技术概述和分类

接入网是指核心网侧的业务节点接口SNI和用户侧的相关用户网络接口UNI之间的传输设施，为在用户环路上传送电信业务提供所需的承载能力。接入网技术可分为xDSL接入技术、光接入技术、无线接入技术等。

●8.2xDSL接入技术

xDSL技术是对多种用户线高速接入技术的统称，其传输速率与传输距离成反比。xDSL包括ADSL、HDSL、VDSL、SDSL、RADSL等。它们的主要区别体现在信号传输速率和距离的不同，以及上、下行速率对称性的不同这两个方面。

●8.3光纤接入技术

光纤接入技术OAN是采用光纤传输技术的接入网，泛指本地交换机或远端模块与用户之间采用光纤通信或部分采用光纤通信的系统。根据接入网室外传输设施中是否含有源设备，OAN又可以分为无源光网络PON和有源光网络AON。

●8.4PON组网原理

PON技术有APON、EPON、GPON等。APON是指基于ATM的PON技术，EPON是指基于以太网的PON技术，GPON是吉比特的PON技术。

第九章网络融合与发展

本部分主要讲述三网融合前景下的下一代网络的关键技术——软交换和IP多媒体子系统IMS，并介绍网络融合后的业务形态。

●9.1网络发展演进的融合趋势

20世纪是电话的时代。20世纪90年代信息革命的浪潮，伴随着建设信息高速公路的号角声，信息和知识爆炸式的增长，特别是互联网商用化后的迅猛发展，使传统的电信业受到巨大的震动和冲击。启动于20世纪90年代的信息革命完成了从工业化向信息化，从工业社会向信息社会的过渡。

●9.2下一代网络技术（NGN）

为实现信息社会这一目标，下一代网络NGN应建立在各种技术与系统融合的框架下。

●9.3软交换与IMS

软交换的基本含义是将呼叫控制功能从媒体网关中分离出来，通过软件实现基本呼叫控制功能，从而实现呼叫传输和呼叫控制的分离。IMS由所有在IP多媒体会话基础上提供IP多媒体应用的核心网网元组成。

●9.4网络融合后的业务形态

VoIP指的是将模拟的声音信号经过压缩与封包之后，以数据封包的形式在IP网络的环境进行语音讯号的传输。IPTV是利用宽带网的基础设施，以家用电视机或计算机作为主要终端设备，集互联网、多媒体、通信等多种技术于一体，通过IP协议向家庭用户提供包括数字电视在内的多种交互式数字媒体服务的新技术。CMMB即中国移动多媒体广播，是国内自主研发的第一套面向手机、PDA、MP3、MP4、数码相机、笔记本计算机多种媒体终端的系统，利用S波段卫星信号实现“天地一体”覆盖、全国漫游。

第十章物联网技术

本部分主要介绍物联网的基本概念，物联网与5G的关系，物联网的结构和关键技术以及物联网的行业解决方案。

●10.1物联网概述

物联网就是物物相连的互联网。物联网是可以在任何时间、任何地点、任意物体之间实现互联。物联网是通过将现实物体接入互联网使互联网从单纯的信息传递网络变成可与现实世界相连的泛在网络。

●10.2物联网与5G的关系

5G的三大核心技术，大带宽、广连接、低时延，可以更好的支持物联网。

●10.3物联网的结构与关键技术

由于物联网的应用对象千差万别，应用方式和服务对象也各不相同，因而组成结构也不尽相同。但物联网的体系架构按功能可分为三层，分别为感知层、网络层和应用层。物联网的关键技术可归纳为4类：感知和识别技术、接入技术、通信和传输技术、数据存储和智能处理技术。

●10.4物联网的行业解决方案

物联网技术具有良好的适应性，要与行业进行深度融合。本讲介绍几种具体的行业解决方案。

第十一章移动互联网

本讲介绍移动互联网的背景、定义、关键技术及典型应用。

●11.1移动互联网概述

移动互联网是一项基于各种技术，实现以“人”为中心，提供可以在任何时间、任何地点、以“任何方式”获得统一的信息、数据服务的综合名称。

●11.2移动互联网技术与应用

移动互联网主要涵盖六个技术领域：移动智能终端软件平台技术，移动智能终端硬件平台技术，移动互联网关键应用服务平台技术，面向移动互联网的网络平台技术，移动互联网安全控制技术和原材料元器件技术。移动互联网的应用领域有移动浏览/下载、手机阅读、移动电子商务、移动游戏、无线社区、移动搜索、手机音乐、手机电子邮件、移动即时通信、手机支付等。