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通信

时间 : 2022年10月8日分类 :工程百科

[拼音]：tongxin

[外文]：communication

信息从信源（发信者）到信宿（收信者）间的传输。利用电磁系统传输信息，称为电信。电信科学技术主要研究载有信息的电信号的产生、变换、处理、传输、交换和接收等过程的理论和技术，旨在研制、建设和改进各种技术系统，以保证在各种环境和距离的情况下提高通信的可靠性、有效性和经济性。

发展简史

人类为了交往就需要通信，这在史前时期业已开始。随着社会的发展，通信不断进步。18世纪和19世纪初，人们开始用电进行远距离通信试验。1838年，英国建成第一条电报线路。1844年，美国S.莫尔斯建立起以他的姓氏命名的电报系统。1866年，第一条横跨大西洋的海底电报电缆铺设成功。1876年，美国A.G.贝尔研制成功可供实用的电话，以后又迅速推广应用。19世纪末，许多国家已基本建立起人工交换的有线电话网。在英国J.C.麦克斯韦于1873年创立的电磁辐射理论和德国H.R.赫兹于1887年完成的电磁波辐射实验的基础上，意大利G.马可尼和俄国А.С.波波夫于1895年分别试验成功无线电报。20世纪初，马可尼实现了横越大西洋的无线电报通信，从此开始了无线电通信的时代。

20世纪，真空电子学的成就大大加快了无线电通信的进程。1926年，实现了横跨大西洋的无线电话通信。同时有线载波通信也得到很大发展。第二次世界大战后，随着电视的普及，微波通信迅速发展。50年代，一些国家已建成以微波接力通信为主体的通信网，并在不便设立视距接力站的地方建起了超视距散射通信系统。60年代，数字通信开始建设，它先用于市内电话和长途电话中继线，以扩充模拟通信的容量。随着计算机等数字数据业务的发展，用全数字网代替模拟网成为世界上通信的普遍发展趋势。1965年，美国发射了第一颗实用静止通信卫星。从此，卫星通信发展很快，其作用越来越大，不仅承担了三分之二以上的国际通信业务量，而且在国内通信、移动通信和电视广播等领域也起着重要的作用。卫星通信适用于数字通信和多址通信，后又出现了供传输话音、数据和图像的全数字化的国内卫星通信系统，它把众多的小型地球终端组成一个综合业务数字网。70年代，一种新型通信技术，即光纤通信飞速发展起来。光纤通信的容量极大，它是一种理想的、有广阔前景的通信方式。短波长（0.85微米）多模光纤通信系统已得到大量应用。长波长(1.3～1.55微米)多模光纤通信系统也已应用，长波长单模光纤通信系统正在发展中。

世界上第一个人工交换局是在电话发明后的第二年在美国出现的，但是自动交换系统的实用却是1921年的事情。其间经历了40多年的时间。自动电话交换长期采用机电制。60年代出现了计算机程控技术，机电交换发展成为电子交换，但其接续部分基本上仍以机械空分为主。70年代，数字技术迅速发展，使时隙逻辑交换变得经济合理，从而交换技术进入数字程控交换的新阶段。这种交换系统采用模块式软、硬件结构和分布式控制，可以构成各级交换局，具有很大的灵活性、适用性和可扩充性，能提供缩位拨号和转移呼叫等许多新功能。

由交换设备、传输设备和用户设备构成的通信网，一个多世纪来有了巨大的变化。50年代开始建设长途自动拨号的电话网，到60年代许多国家已基本完成。80年代初，主要发展以数字传输和数字交换为核心的电话综合数字网。电报网是最早建立的电信网，长期以来公众电报是其主要业务。50年代起，用户电报迅速普及。60年代开始，程控电文交换得到迅速普及，电文交换技术宜用计算机控制。

计算机的广泛应用，大大推进了数据、图像等非话音通信业务的发展。由于公用模拟电话网传输数据不能充分发挥作用，从60年代后期起，发展并建立了以分组交换为核心的公用数据网，它可以把计算机和各类终端连接起来，构成以共享资源（硬件、软件和数据等）为主要目的的计算机通信网络。计算机通信网是计算技术和通信技术密切结合的产物。在局部地区内，把各种微型计算机连接起来构成局部地区网，这种技术及智能型用户电报和交互型可视数据系统等新型通信业务的发展，加速了办公室自动化和家庭自动化的进程以及整个社会的信息业务的发展。

在综合数字网的基础上，又发展起综合业务数字网，它把话音、数据和图像等各种业务综合进行数字传输、交换和处理。80年代初，许多国家开始在局部范围内进行网络试验，有关国际组织也在制订相应的国际标准。

中国自19世纪80年代开始自办电信事业，但是，直到1949年中华人民共和国成立后，通信技术和电信事业才有了重大的发展。例如，在传输技术方面，300路小同轴系统和1800路中同轴系统，1800路模拟微波系统和二、三次群数字微波系统，24路数字散射系统，以及光纤通信系统等均已研制成功并投入使用。1984年4月，中国成功地发射了静止试验通信卫星，这标志着中国的通信事业进入了一个新的阶段。在交换技术方面，中国于50年代末正式生产纵横制交换机和布控式电子交换机，并且正在研制数字程控电子交换机。在通信网方面，中国不但拥有以电缆和微波为主要传输手段的模拟通信网，而且积极开展了数字网的研制工作。在用户设备方面，中国已能生产电话、电报、传真、数据和移动通信等用的各种末端设备，还能生产各种电台。

技术内容

完整的信息传输过程包括变换、编码、复用、调制、多址、发送、接收、分址、解调、分路、译码、反变换等过程，在发送和接收之间信号须经媒介传输（图1）；此外，还包括处理、显示和对抗等过程，若信号在通信网中传输，还须经交换过程。

信源

发出带有信息的消息，分为连续(如声音、图像)和离散（如报文、数据）两类。

变换

把各种物理量表示的消息（如声的强度、光的亮度）变换成电信号。这种变换装置可以是声－电变换的，如电话通信用的送话器；也可以是光－电变换的，如电视、传真等用的变换器。对于离散的字符、数码，则用人工电键和电传机等按规定格式将其变换成相应的电信号。

编码

信源编码将模拟信号变为数字信号，常用方法有脉码调制和增量调制。为进一步降低编码比特率，需要压缩编码。为了提高数字传输的可靠性，可采用差错控制技术，包括前向纠错和反馈重传，这属于信道编码范畴。数字数据信号须按标准和规程进行格式编排，以便实现各种传输控制。

复用

实质上这是对信号进行正交化处理，以便共用传输信道。常用的复用技术有频分多路、时分多路和码分多路等几种（见多路通信）。

调制

为了使信号在带通型信道中传输，需要对载波进行调制。通常可把它分成模拟调制（如调幅、调频和调相等）和数字调制（如移幅键控、移频键控和移相键控等）。对于基带型信道，信号往往经过码型变换以达到有效的传输。

多址

多个用户直接利用公共信道相互通信，如卫星多址通信，数据本地网通信等。多址通信实际上是利用射频信号正交化技术实现的。

发送

对已调制信号进行放大（包括变频至有关频段）等处理，以适应各种信道。有的为了对抗干扰，还要采用扩频技术（见扩频通信）。

传输媒介

一般分为有线和无线两类。与此相应构成有线电通信和无线电通信。在有线电通信时，电磁波沿线路传播；在无线电通信时，电磁波在自由空间（或地下、水下）传播。信号在媒介中传输会受到衰减，出现衰落、失真现象，引入噪声和干扰。

接收

到达接收端的微弱信号须经选择、放大和变频等处理，包括对无线电信号采取分集接收（以减少多径衰落的影响）和对扩频信号进行解扩处理。

分址

按规定算法处理多址信号，以便将信号分配给所需站址。

解调

针对各种调制方法，进行相干的和非相干的检波等，以便从已调波中恢复出原调制信号。

分路、译码和反变换

它们分别是复用、编码和变换的逆过程。信号经过这几个过程处理后提供给信宿。

通信是一个复杂的信息传输过程，除上述的各种过程外，还有处理、显示和对抗等各种过程。当然，并非所有通信都需要经过全部传输过程，而是根据通信容量、距离和传输媒介等差异，构成各种不同的组合，以满足各种不同的要求。

以上仅是信号在一条线路（点对点）上的传输过程。如果有多个通信点相互连接，则信号在通信网中传送还须经过交换的过程。众多用户间交换信息若靠线路直接连接很不经济，一般通过多层的交换网来实现（图2），这样既保证通信质量又经济合理。

交换

多用户间建立暂时通信所需线路的接续，它可以分为电路交换和存储转发交换两种。电路交换利用机电控制或计算机控制一个转接矩阵。这种转接矩阵可以是空分的，也可以是时分(对数字信号)的，往往是时-空-时组合式的。电话通信一般采用这种交换方式。存储转发交换一般都利用计算机存储信号，然后再转发出去。这种交换方式又可细分为电文交换和分组交换两种，前者采用集中处理，通常用于电报及电传交换；后者将电文分解成固定长度的分组，在分布的接点上进行交换，通常用于计算机间的数据通信。

体系结构

通信科学技术具有多层次结构，各个层次建立在相应的学科和技术基础上。高层次的通信网(系统)和分系统，一般要运用系统科学和系统工程的方法进行处理。具有各种不同功能的整机和部件，是构成通信科学技术体系的中间层次，它们建立在一整套专业理论与技术上。元件、器件及材料是构成通信系统及其设备的细胞，是通信科学技术体系的基本层次。正是它们的发展，决定着通信设备的更新换代。例如，从以真空电子管到以晶体管再到以集成电路以至现代的大规模、超大规模集成电路为基础的四代通信设备，每次换代都由元件、器件及材料的发展引起，每次换代都使通信系统和设备的性能、功用、质量、可靠性和成本方面发生飞跃的变化。

展望

通信科学技术正沿着以下方向发展：

（1）以超大规模集成电路和微处理机为基础，实现通信系统数字化、程控化和智能化。

（2）以激光和光电子技术为基础，进一步推广应用光纤传输技术，改进和提高光纤通信性能。

（3）提高卫星通信的性能，扩大其在各种固定及移动通信业务中的应用。

（4）在通信系统中引入各种信息库和信息处理设备，通信网逐步发展成为传输话音、数据和图像的综合业务数字网；通信系统逐渐从单纯的信号传输、交换，发展到信息存储、检索、处理和识别等多种功能的信息系统。

参考书目

樊昌信、徐炳祥、吴成柯、詹道庸：《通信系统》，国防工业出版社，北京，1980。
J.E.Flood，Telecommunication Network，Peter Peregrinus，London，1975.
S.Haykin，Communication Systems， John Wiley & Sons，New York，1978.

参考文章

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