内容简介
现代通信系统是现代通信技术的集成,是信息技术的重要组成部分。本书主要讲述现代通信的基本特征、特点及现代通信系统的基本概念和几类应用较广的系统。着重介绍各种现代数字通信技术,较好地反映当代通信技术新进展,是本书的特点。本书的主要内容有:现代通信基本概念、信源数字编码技术、现代数字交换技术、数字通信系统概述、数字光纤通信系统、数字微波与卫星通信系统、 数字移动通信系统和通信系统与通信网发展等。本书采用分散式结构编写,既做到前后呼应,自成统一体,又可分拆, 自成章节,读者可根据需要选学。本书可作为高等学校非通信类专业的学生学习信息技术的教材和参考书,也可作为信息产业有关技术及管理人员的培训和参考用书。
目录
第1章 现代通信基本概念 1
第2章 信源数字编码技术 7
第3章 现代数字交换技术 71
第4章 数字通信系统概述 99
第5章 数字光纤通信系统 130
5.1 数字光纤通信系统概述 130
5.1.1 数字光纤通信的基本概念 130
5.1.2 数字光纤通信系统的组成 131
5.1.3 光纤和光缆 132
5.2 PDH数字光纤传输系统 137
5.3 SDH光同步数字传输系统 139
5.3.1 SDH光同步数字传输系统的基本概念和特点 139
5.3.2 SDH的速率与帧结构 140
5.3.3 SDH的基本网络单元 140
5.3.4 SDH光传输系统中的光缆和中继长度计算 142
5.4 光波分复用系统 143
5.4.1 光波分复用系统的基本概念 143
5.4.2 光波分复用系统的结构 145
5.4.3 WDM系统的功能描述 146
5.4.4 光波分复用系统的主要设备 147
5.4.5 光波分复用线路光纤 150
5.4.6 光波分复用的主要技术 151
5.5 IP over WDM(全光因特网) 153
习题 154
第6章 数字微波与卫星通信系统 155
6.1 数字微波通信系统概述 155
6.1.1 微波通信的基本概念 155
6.1.2 微波传输线路 157
6.2 卫星通信系统 159
6.2.1 卫星通信系统的组成及特点 160
6.2.2 卫星通信传输线路的性能参数 161
6.3 通信卫星 164
6.3.1 同步通信卫星 164
6.3.2 通信卫星的组成 165
6.3.3 观察参量 168
6.4 卫星通信系统的多址方式 168
6.4.1 频分多址(FDMA)方式 168
6.4.2 时分多址(TDMA)方式 170
6.4.3 空分多址(SDMA)方式 171
6.4.4 码分多址(CDMA)方式 171
6.5 卫星地球站 171
6.5.1 地球站的组成 171
6.5.2 地球站分系统 173
6.6 数字卫星通信系统范例 175
6.6.1 卫星电视广播系统 175
6.6.2 VSAT卫星通信系统 176
6.6.3 海事卫星通信系统 179
6.6.4 IDR卫星通信系统 180
6.6.5 GPS定位及差分原理 181
6.6.6 量子卫星通信系统 185
6.6.7 非同步卫星通信系统 189
习题 190
第7章 数字移动通信系统 192
7.1 移动通信概述 192
7.1.1 移动通信的概念及特点 192
7.1.2 蜂窝移动通信的概念 195
7.1.3 移动通信的分类 201
7.2 第二代移动通信系统 203
7.2.1 GSM系统 203
7.2.2 GSM制式特点 205
7.2.3 GSM陆地蜂窝移动通信网 206
7.3 GSM系统的主要技术与设备 216
7.3.1 GSM网的主要设备 216
7.3.2 GSM的语音编码技术 218
7.3.3 GSM系统的信道编码技术 219
7.3.4 GSM系统的数字调制技术(GSMK) 219
7.3.5 鉴权、加密与设备识别 220
7.3.6 跳频技术 222
7.4 CDMA移动通信系统 222
7.4.1 CDMA移动通信系统的概念 222
7.4.2 码分多址扩频通信(DS)系统 223
7.4.3 N-CDMA(IS-95)系统 227
7.5 3G移动通信系统 231
7.5.1 WCDMA 232
7.5.2 TD-SCDMA 233
7.5.3 CDMA2000 235
7.6 第四代移动通信系统 236
7.6.1 LTE-TDD 236
7.6.2 FDD-LTE 238
习题 238
第8章 通信系统与通信网发展 240
8.1 通信系统与通信网 240
8.1.1 通信网的概念 240
8.1.2 通信网的物理拓扑结构 240
8.1.3 通信系统与通信网 242
8.2 现代通信网的分类 243
8.2.1 概述 243
8.2.2 电话网 245
8.2.3 接入网 246
8.2.4 智能网 247
8.2.5 通信网的支撑系统 249
8.3 通信网的发展 252
8.3.1 互联网 252
8.3.2 物联网 253
习题 255
参考文献 256
前言/序言
随着科学技术的发展,人类已经进入信息时代,有人称之为“比特”时代。美国著名未来科学家尼葛洛庞帝在《数字化生存》一书中强调指出:“要实现信息化,数字技术是关键。”自1962年美国首先把24路PCM数字通信系统投入使用及法国E10数字程控交换机问世以来,世界的通信面貌得到了极大改观, 通信技术的发展日新月异,迅猛异常。1974年,邮电部第九研究所研制出的国内第一套PCM数字通信系统投入试运行,标志着我国已进入数字通信设备研制阶段。改革开放以来,我国通信事业的发展采取了引进、消化与创新相结合的方针,加快了发展步伐。在20世纪90年代, 我国对通信新技术的采用尤其积极,出现了我国通信史上的空前繁荣及超常规发展。现在, 我国的通信网装备水平已进入了世界先进行列。进入21世纪, 我国的通信事业更以崭新的面貌出现在世界面前。什么是现代通信? 现代通信主要有哪些内容? 它有什么特点? 今后进展如何? 都是人们想要知道的问题,编者编写此书就是力求能回答以上问题。
本书以点—线—网这一自然发展规律及逻辑思维, 围绕数字系统信号传输本质——数字帧结构(数据分组、数据包)为主线进行编写; 从信息源点的数字加工处理、节点交换到数字信息的传播,最后以通信网方式,使之成为现代通信的统一体。本书重点阐述现代通信系统的基本原理和基本技术,尽量避免繁琐的公式推导,并根据现代通信系统的发展趋势,精选相关内容,重点反映当前通信领域的新技术和新发展。本书的组成形式为分散式结构,读者可根据需要将内容分拆,自成章节。本书第1、2、4、6章由韩冷、鲜继清编写,第3、7章由孙霞、鲜娟编写,第5章由曹李华、刘文晶编写,第8章由王宁编写。在编写过程中,作者力求既联系实际又有先进性,既寻求规律又有所创新,使读者对现代通信及信息技术有一个比较全面的认识,从中受到启迪。本书是为自动化技术、电子技术、计算机科学与技术、信息管理等非通信专业的学生编写的教材及参考书, 也可作为信息产业(电信、计算机、邮政、电子、电器等)有关管理干部及技术人员进行培训、提高、继续教育的教材及参考书,以及通信业余爱好者的参考书。
由于编者水平有限,时间仓促,书中可能还存在不妥之处, 敬请读者批评指正,特表谢意!
编 者2017年4月
《光影织梦:影像技术百年风云》 引言 人类的文明进程,往往与我们记录和传递信息的方式息息相关。从岩壁上的符号到印刷术的兴起,再到如今瞬息万变的数字世界,每一次技术的飞跃都深刻地塑造着我们的认知和生活。而在所有信息载体中,影像以其直观、生动、富有感染力的特质,占据着无可替代的地位。它能捕捉瞬间的美好,传递复杂的情感,记录历史的变迁,更是艺术表达和科学探索的重要工具。 《光影织梦:影像技术百年风云》是一部宏大的史诗,它不只是罗列枯燥的技术参数和发展节点,而是将目光聚焦于那些塑造了我们视觉世界的关键人物、里程碑式的发明,以及影像技术如何在过去一个多世纪里,从一项神秘的科学实验,蜕变为渗透到社会生活方方面面的强大力量。本书将带您穿越时空的隧道,领略那些充满智慧与勇气的探索者们,如何用他们不懈的努力,将光影的魔力转化为现实,最终织就了我们今日所见的绚丽多彩的影像世界。 第一章:黑暗中的微光——影像的萌芽与早期探索 在无线电波尚未被征服,电话还只是新鲜事物的时候,人们就已经对“捕捉”和“重现”影像充满了无限的遐想。本章将追溯影像技术最古老的根源,从古希腊哲学家对光线和视觉的探讨,到中国古代的“针孔成像”原理,再到文艺复兴时期艺术家们对透视法的精妙运用,这些都是影像技术发展不可或缺的思想基础。 我们将深入介绍19世纪初,那些伟大的先驱者们如何开启了影像记录的征程。约瑟夫·尼塞福尔·涅普斯(Nicéphore Niépce)如何在漫长的曝光时间里,用感光材料捕捉到了世界上第一张永久性照片,其过程的艰辛与突破性意义;路易·达盖尔(Louis Daguerre)如何改进了这一技术,创造出“达盖尔银版照相法”,让影像的成像速度大大加快,并引发了第一次摄影热潮。我们还会探讨威廉·亨利·福克斯·塔尔博特(William Henry Fox Talbot)发明的“卡罗式摄影法”,它开启了负片到正片的复制模式,为日后影像的批量传播奠定了基础。 这一时期,影像的诞生更多地是科学的实验和艺术的尝试,它距离大众的日常生活还相当遥远。然而,正是这些在黑暗中闪烁的微光,点燃了未来影像技术革命的火种。我们将详细描述这些早期摄影器材的构造,成像的化学原理,以及当时的社会文化背景如何看待这些“凝固的瞬间”。 第二章:动态的魔法——电影的诞生与早期发展 static photography is just the beginning.The dream of capturing not just a moment, but a continuous flow of moments, began to take hold.本章将聚焦于影像技术最激动人心的飞跃之一——电影的诞生。我们将回溯那些试图让静止的画面“动起来”的实验,从爱德华·迈布里奇(Eadweard Muybridge)利用连拍技术揭示动物奔跑的真实姿态,到埃蒂安-朱尔·马雷(Étienne-Jules Marey)的“摄影枪”,这些都为电影的诞生提供了重要的技术和理论铺垫。 故事的主角自然是电影的发明者——卢米埃尔兄弟(Auguste and Louis Lumière)。我们将详细讲述他们如何发明了“活动电影机”,并将这项划时代的机器带到了巴黎大咖啡馆,向世界展示了世界上第一部真正意义上的电影。《火车进站》的轰动效应,人们对“移动影像”的惊叹与恐慌,都将生动地呈现在读者面前。 然而,电影的早期发展并非只有卢米埃尔兄弟的光辉。我们还会探讨乔治·梅里爱(Georges Méliès)如何将电影视为一种奇幻的艺术形式,他用特效和叙事手法,创造出《月球旅行》等充满想象力的作品,为电影的艺术化发展指明了方向。同时,本章也将介绍电影制作的早期流程,胶片技术的进步,以及早期电影院的兴起,它们是如何将影像的魅力从实验室带入到普通人的生活中。 第三章:色彩的绽放与声音的交响——影像的革新与普及 黑白默片时代虽然精彩纷呈,但人们对更真实、更丰富的影像体验的追求从未停止。本章将深入探讨色彩影像的出现,以及声音的加入如何彻底改变了电影的面貌。 我们将追溯彩色摄影技术的漫长而曲折的研发历程。从早期的多重曝光和手工着色,到奥斯卡·费舍尔(Oskar Fischinger)等先驱者的实验性彩色动画,再到柯达公司在20世纪中期推出的革命性的柯达彩卷(Kodachrome),色彩是如何一步步地从模糊的尝试走向了逼真的再现。色彩的引入,不仅让电影画面更加生动,也极大地增强了叙事的情感张力。 而声音的加入,更是将电影提升到了一个新的艺术高度。我们将详细介绍华纳兄弟公司如何推出了世界上第一部有声电影《爵士歌者》,以及这一革命性的技术是如何迅速被电影界接纳和普及的。声音的出现,使得角色更加立体,对话更加自然,音乐和音效的运用也为电影叙事提供了更广阔的空间。 本章还将关注影像技术的商业化和大众化进程。电影公司是如何建立起庞大的制作和发行体系?电影明星是如何成为时代的偶像?电影院是如何成为重要的社交场所?这些都将通过具体的案例和生动的描述,展现影像技术如何从一项新奇的技术,演变成一种主流的娱乐方式。 第四章:电视时代的降临——无处不在的影像 就在电影业蓬勃发展之时,一项新的影像技术——电视,正悄然孕育,并最终改变了信息的传播方式和人们的生活习惯。本章将详述电视技术的诞生与发展。 我们将回顾电视技术早期探索者的艰辛,包括约翰·洛吉·贝尔德(John Logie Baird)的机械电视和菲洛·法恩斯沃斯(Philo Farnsworth)的电子电视。他们是如何克服重重技术难题,实现了将影像信号远距离传输的伟大创举。 电视的普及,无疑是20世纪最深刻的社会变革之一。本章将分析电视是如何在第二次世界大战后迅速占领千家万户的客厅,成为家庭娱乐和信息获取的核心。新闻报道、体育赛事、戏剧表演、儿童节目……电视以其前所未有的速度和广度,将世界带入了人们的视野。 我们还将探讨电视技术在分辨率、色彩和清晰度方面的不断提升,从黑白到彩色,从低清晰度到高清晰度,每一次技术的飞跃都意味着更逼真的观看体验。同时,本章也会关注电视对社会文化的影响,它如何塑造公众舆论,如何影响消费习惯,以及它在信息传播中的独特地位。 第五章:像素的革命——数字影像的崛起与无限可能 进入20世纪末,计算机技术的飞速发展,为影像技术带来了前所未有的变革——数字影像的时代。本章将聚焦于数字影像的崛起,以及它如何颠覆了传统的影像生产和传播模式。 我们将深入探讨数字图像的编码原理,像素的概念,以及数码相机是如何逐步取代胶片相机,成为主流的影像记录工具。数码相机的便捷性、即时性以及可编辑性,极大地降低了摄影的门槛,让普通人也能轻松创作出精美的影像作品。 数字影像的革命,也彻底改变了电影和电视的制作方式。非线性编辑、数字合成、电脑特效(CGI)等技术的出现,使得电影制作的想象力得到了极大的释放。我们也将回顾那些利用数字技术创造出惊人视觉效果的经典影片,它们如何模糊了现实与虚拟的界限。 此外,本章还将关注互联网的普及如何加速了数字影像的传播。社交媒体、在线视频平台,它们如何让影像以前所未有的速度和规模在世界范围内流通。数字影像的易于复制和传播,也带来了新的挑战,如版权保护和信息真伪的辨别。 第六章:融合与未来——影像技术的新边疆 在数字浪潮的推动下,影像技术正以前所未有的速度融合与发展。本章将展望影像技术的未来发展趋势,并探讨其在各个领域的无限可能。 我们将探讨高清(HD)、4K、8K等超高清视频技术,它们如何为我们带来更精细、更逼真的视觉体验。虚拟现实(VR)、增强现实(AR)等新兴技术,又将如何改变我们与影像互动的方式,创造出沉浸式的全新体验。 此外,本章还将关注影像技术在科学研究、医疗诊断、工业设计、教育培训等领域的广泛应用。例如,显微镜下的微观世界,太空探索中的遥远星系,医学影像对病灶的精准定位,这些都离不开先进的影像技术。 最后,我们将对过去一个多世纪影像技术的发展进行总结,并思考影像技术在未来将扮演怎样的角色。它将如何继续改变我们的认知,影响我们的情感,塑造我们的未来。从捕捉瞬间的光影,到创造虚拟的世界,影像技术的征程仍在继续,它将以更令人惊叹的方式,继续编织着人类文明的“光影织梦”。 结语 《光影织梦:影像技术百年风云》不仅仅是一部关于技术发展的历史,更是一部关于人类探索、创造与梦想的史诗。它将带领读者走进那些闪耀着智慧光芒的实验室,聆听那些充满激情的发明家的心声,感受那些改变世界的影像瞬间。通过对影像技术百年历程的回溯,我们不仅能更深刻地理解现代社会的面貌,也能更好地把握未来的方向。愿本书能为每一位对光影世界充满好奇的读者,带来一次难忘的视觉与思想的旅程。