本書主要為剛進入通信工程專業學習的大學一年級學生介紹通信工程技術的全貌，使之對今後將要學習的專業建立初步的認識。本書從通信的範疇開始，講述通信的發展過程，通信工程的基本概念，通信工程的主要技術，以及各種通信網的技術原理。特別對當前發展迅猛的移動通信網、互聯網和物聯網等給予著重闡述。本書還對通信工程專業本科所學的各門課程內容給予了簡要介紹。為了適合剛入學的新生閱讀，本書的敘述避免使用高等數學做定量分析，盡量做到深入淺出。本書也適合中等和高等專科學校學生作為教材或閱讀，也可以作為非通信工程專業的學生選修課程的教材或參考書，以及作為對通信工程技術有興趣的各界人士的業餘讀物。

樊昌信，1952年畢業於北京大學，西安電子科技大學教授、博士生導師、中國通信學會咨詢委員會委員。先後被評選為中國通信學會會士、中國電子學會會士、（美國）電氣電子工程師學會終身會士(IEEE Life Fellow)。發表過通信工程領域學術論文100餘篇、著譯10餘本，其中《通信原理》（1980年）一書曾獲電子工業部優秀教材特等獎、國家教委優秀教材獎。《通信原理》教材先後被遴選為教育部普通高等教育“九五”、“十五”、“十一五”、“十二五”國家級規劃教材。

目 錄



第1章 緒論 （1）
1．1 早期的運動通信 （1）
1．2 早期的光通信 （2）
1．3 早期的聲通信 （5）
1．4 通信的範疇 （5）
1．5 通信工程與通信工程教育 （6）
1．6 小結 （7）
習題 （7）
第2章 早期電通信 （8）
2．1 靜電電報 （8）
2．1．1 靜電的發現和檢測 （8）
2．1．2 靜電電報 （8）
2．2 電磁電報的肇始 （9）
2．3 指針電報機 （9）
2．4 莫爾斯電報機和莫爾斯電碼 （10）
2．4．1 莫爾斯電報機 （10）
2．4．2 莫爾斯電碼的國際標準 （11）
2．4．3 用莫爾斯電碼發送漢字 （11）
2．4．4 莫爾斯電碼的應用 （12）
2．5 印字電報 （13）
2．6 波多電報機 （13）
2．6．1 波多電報機的原理 （13）
2．6．2 波多電報機的改進和推廣 （14）
2．7 電傳打字機 （14）
2．8 電話通信的發明 （15）
2．8．1 電話機的發明 （15）
2．8．2 電話交換機的發明 （16）
2．9 有線電話通信的發展 （16）
2．10 有線通信線路 （17）
2．11 無線電報通信 （18）
2．12 無線電話通信 （19）
2．13 小結 （20）
習題 （20）
第3章 通信工程的基本概念 （21）
3．1 消息和信息的概念 （21）
3．1．1 信息 （21）
3．1．2 信息量 （21）
3．2 信號的概念 （22）
3．2．1 模擬信號 （22）
3．2．2 數字信號 （23）
3．2．3 信號傳輸速率 （24）
3．3 模擬通信和數字通信 （24）
3．4 信號頻譜的概念 （25）
3．5 無線電頻帶的劃分 （27）
3．6 信道的概念 （29）
3．6．1 有線信道 （29）
3．6．2 無線通信 （29）
3．7 信道特性對信號傳輸的影響 （32）
3．7．1 恆參信道 （32）
3．7．2 變參信道 （34）
3．7．3 信道中的干擾 （34）
3．8 通信繫統的質量指標 （35）
3．9 小結 （36）
習題 （37）
第4章 通信工程的主要技術 （38）
4．1 調制與解調 （38）
4．2 模擬信號數字化 （39）
4．2．1 什麼是數字信號 （39）
4．2．2 模擬信號數字化過程 （41）
4．3 同步 （42）
4．3．1 位同步 （42）
4．3．2 群同步 （42）
4．3．3 網同步 （42）
4．4 多路復用 （43）
4．5 多址 （44）
4．6 差錯控制和糾錯編碼 （44）
4．7 信源壓縮編碼 （46）
4．8 天線 （47）
4．8．1 線天線 （47）
4．8．2 面天線 （47）
4．8．3 天線的主要性能 （48）
4．9 通信安全和保密編碼 （49）
4．9．1 密碼學 （49）
4．9．2 單密鑰密碼 （50）
4．9．3 公鑰密碼 （50）
4．9．4 兩種簡單密碼 （51）
4．9．5 通信安全的重要性 （51）
4．10 小結 （52）
習題 （53）
第5章 固定電信網 （54）
5．1 電信網的發展歷程 （54）
5．2 固定電話網 （54）
5．2．1 概述 （54）
5．2．2 公共交換電話網的結構 （55）
5．2．3 公共交換電話網的交換 （56）
5．2．4 公共交換電話網的業務 （60）
5．3 電話網中的非話業務 （60）
5．3．1 調制解調器 （60）
5．3．2 寬帶調解器 （61）
5．4 有線電視網 （64）
5．4．1 概述 （64）
5．4．2 工作原理 （64）
5．4．3 機頂盒 （65）
5．5 小結 （66）
習題 （67）
第6章 移動通信網 （68）
6．1 概述 （68）
6．1．1 移動通信的概念和分類 （68）
6．1．2 移動通信的發展歷程 （68）
6．2 無線集群通信繫統 （70）
6．2．1 無線集群通信的功能 （70）
6．2．2 無線集群通信的特點 （70）
6．3 地面基站蜂窩網 （71）
6．3．1 蜂窩網的小區劃分和頻率規劃 （72）
6．3．2 蜂窩網的組成 （73）
6．3．3 蜂窩網的發展概況 （73）
6．4 衛星基站蜂窩網 （79）
6．5 小結 （80）
習題 （81）
第7章 光纖通信 （82）
7．1 概述 （82）
7．1．1 光纖通信的發展歷程 （82）
7．1．2 光纖通信的優點 （84）
7．2 光纖通信技術 （84）
7．2．1 光發射器 （85）
7．2．2 光接收器 （85）
7．2．3 光纖 （86）
7．2．4 光放大器 （87）
7．3 光纖通信的技術性能 （88）
7．3．1 繫統指標 （88）
7．3．2 工作波段 （88）
7．3．3 光纖的傳輸容量 （89）
7．4 小結 （89）
習題 （90）
第8章 數據通信網綜述 （91）
8．1 概述 （91）
8．2 數據通信網的發展 （93）
8．2．1 數據通信網的誕生 （93）
8．2．2 遠程終端網 （93）
8．2．3 計算機網 （93）
8．2．4 計算機網互連 （95）
8．2．5 高速互聯網 （96）
8．3 互聯網 （96）
8．3．1 概述 （96）
8．3．2 互聯網的歷史 （97）
8．3．3 互聯網的管理 （98）
8．3．4 互聯網的基礎設施 （98）
8．3．5 互聯網的新應用 （103）
8．4 小結 （105）
習題 （106）
第9章 互聯網的體繫結構 （107）
9．1 體繫結構概念 （107）
9．1．1 數據通信過程和協議 （107）
9．1．2 體繫結構的層次概念 （107）
9．1．3 OSI和TCP/IP （108）
9．2 體繫結構各層功能 （109）
9．2．1 應用層 （109）
9．2．2 運輸層 （109）
9．2．3 網絡層 （110）
9．2．4 數據鏈路層 （111）
9．2．5 物理層 （111）
9．2．6 類比 （112）
9．3 小結 （112）
習題 （113）
第10章 互聯網TCP/IP體繫結構
協議（I） （114）
10．1 應用層 （114）
10．1．1 域名繫統 （114）
10．1．2 文件傳送協議 （115）
10．1．3 萬維網的協議 （115）
10．1．4 電子郵件 （117）
10．1．5 基於萬維網的電子郵件 （120）
10．2 運輸層 （120）
10．2．1 運輸層協議 （120）
10．2．2 運輸層的主要功能 （120）
10．3 網絡層 （122）
10．3．1 網絡層的功能 （122）
10．3．2 虛擬IP網 （122）
10．3．3 IP協議 （124）
10．4 小結 （127）
習題 （127）
第11章 互聯網TCP/IP體繫結構
協議（II） （129）
11．1 數據鏈路層及局域網 （129）
11．1．1 點對點信道的數據鏈路層 （129）
11．1．2 點對點協議PPP （130）
11．1．3 廣播信道的數據鏈路層 （132）
11．2 物理層 （135）
11．2．1 物理層協議規定的內容 （135）
11．2．2 RS-232-C標準 （135）
11．3 小結 （136）
習題 （137）
第12章 個人網 （138）
12．1 概述 （138）
12．1．1 個人網的種類 （138）
12．1．2 無線個人網的特點 （138）
12．1．3 藍牙 （138）
12．1．4 紅外 （139）
12．2 藍牙通信 （139）
12．2．1 起源和名稱 （139）
12．2．2 性能 （139）
12．2．3 應用 （140）
12．2．4 設備 （141）
12．3 紅外通信 （141）
12．3．1 概述 （141）
12．3．2 性能 （141）
12．3．3 應用 （142）
12．4 體域網 （142）
12．4．1 概述 （142）
12．4．2 原理 （143）
12．4．3 應用 （143）
12．5 小結 （143）
習題 （144）
第13章 物聯網 （145）
13．1 概述 （145）
13．2 物聯網的發展 （146）
13．3 物聯網的應用 （146）
13．4 物聯網的關鍵技術 （147）
13．4．1 條形碼 （147）
13．4．2 射頻識別技術 （150）
13．4．3 近場通信 （154）
13．4．4 傳感器 （156）
13．5 小結 （157）
習題 （158）
第14章 全球衛星定位繫統 （159）
14．1 概述 （159）
14．2 基本定位原理 （160）
14．2．1 二維空間中的定位 （160）
14．2．2 三維空間中的定位 （160）
14．3 差分定位原理 （162）
14．3．1 位置差分原理 （162）
14．3．2 偽距差分原理 （162）
14．3．3 載波相位差分原理 （163）
14．4 小結 （163）
習題 （163）
第15章 通信工程專業 （164）
15．1 概述 （164）
15．2 基礎課程 （165）
15．2．1 大學物理與高等數學 （165）
15．2．2 復變函數論 （166）
15．2．3 線性代數 （167）
15．2．4 離散數學 （167）
15．2．5 概率論與數理統計 （168）
15．3 專業基礎課程 （168）
15．3．1 電路類課程 （168）
15．3．2 電場類課程 （172）
15．3．3 繫統類課程 （174）
15．3．4 計算機類課程 （176）
15．4 專業課程 （177）
15．4．1 通信原理 （177）
15．4．2 天線與電波傳播 （178）
15．4．3 計算機通信網 （179）
15．4．4 多媒體通信 （180）
15．4．5 擴頻通信 （180）
15．4．6 衛星通信 （181）
15．4．7 信息論基礎 （182）
15．4．8 信源編碼基礎 （183）
15．4．9 信道編碼基礎 （184）
15．4．10 網絡安全理論與技術 （185）
15．4．11 通信繫統仿真 （186）
15．5 小結 （186）
習題 （186）

前 言

人們通常認為世界是由物質、能量和信息組成的。人類社會的構成必須依賴人們之間的信息交流。在原始社會中，人們之間依靠聲音、手勢（肢體語言）和表情等進行信息交流，是直接的信息交流。在進入文明社會後，隨著人們活動範圍的逐漸擴大，出現了利用工具間接交流信息，例如烽火，這就是通信的起源。通信是人們利用工具間接傳遞信息。早期的通信簡單地利用光、聲傳遞信息，或者直接用人力、畜力傳送信息。直至十九世紀人類發明了電磁現像後，開始研發了電通信（即電信），包括有線電報通信、無線電報通信、有線電話通信、無線電話通信，直至今日的蜂窩網移動通信、光纖通信、衛星通信和互聯網等。

隨著電信技術和應用的迅速發展，為了培養電信工程技術方面的高等人纔，在世界各國的高等學校中，於20世紀初逐步設立了有關的專業；當年培養電信工程技術方面人纔的專業是設置在電機（氣）工程繫（Electrical Engineering Department）中，並且還不是稱為專業。例如，我國清華大學於1934年起在電機工程學繫中設置了電力組和電訊組。電力是指利用電能去做功，例如用電動機去帶動機床，因此通常稱其為“強電”；電訊則是指利用電信號傳輸信息，電隻是信息的載體，不需要用其能量，故通常稱其為“弱電”。在我國各高等學校中設立“電機工程學繫電訊組”的體制一直持續到1952年。此後，隨著技術的發展，電機工程學繫中電力和電訊領域內的技術內容日益增多，電機工程學繫隨之逐漸發展分裂成為多個繫，繫中又分設若干專業，通信工程專業就是其中之一。

通信工程專業關注的是通信過程中的信息傳輸和信號處理的原理及其應用。通信工程專業講授通信技術、通信繫統和通信網等方面的基礎理論和專業知識，培養從事通信理論、通信設備、通信工程及通信網的研究、設計、制造、運營和管理的高級人纔。

本書主要為剛進入通信工程專業學習的大學一年級學生介紹通信工程技術的全貌，使之對今後將要學習的專業建立初步的認識。本書從通信的範疇開始，講述通信的發展過程，通信工程的基本概念，通信工程的主要技術，以及各種通信網的技術原理。特別對當前發展迅猛的移動通信網、互聯網和物聯網等給予著重闡述。本書還對通信工程專業本科所學的各門課程內容給予了簡要介紹。為了適合剛入學的新生閱讀，本書的敘述避免使用高等數學做定量分析，盡量做到深入淺出。本書也適合中等和高等專科學校學生作為教材或閱讀，也可以作為非通信工程專業學生選修課程的教材或參考書，以及作為對通信工程技術有興趣的各界人士的業餘讀物。

本書的第1章和第2章主要是介紹通信技術的發展歷史。第3章和第4章講解通信工程的基本概念和主要技術；這兩章是為初學者介紹通信和通信技術入門知識和使初學者建立通信工程的基本概念，是需要重點學習的內容。第5章至第14章講述各種通信網的組成和工作原理。第15章對通信工程專業開設的各門課程做簡要介紹，使讀者對其預先有概括全面的了解。書中將注釋和參考資料用二維碼標注，讀者可以掃二維碼獲得有關內容。

本書各章之間基本上沒有密切關聯，便於有選擇地學習和閱讀。例如第1章和第2章可以自學或跳過；第9章、第10章和第11章的內容都是關於互聯網的，但是可以隻學第9章，而略去第10章和第11章不學。關於各種通信網的其他章節，也可以根據不同學校和不同專業的特點，選學其中部分章節。

本書由樊昌信編著，參加本書編寫的還有陸心如教授、周戰琴女士。本書的編寫自始至終得到電子工業出版社及韓同平編審的大力支持和鼓勵，並得到西安電子科技大學的支持，在此一並表示感謝。書中存在的不當和錯誤之處，敬請讀者批評指出，不勝感謝。歡迎將來信發到：chxfan@xidian.edu.cn（來信請務必注明真實姓名、單位、職務和地址，在校學生請注明所在院繫和年級；否則不予回復。）

編著者

於西安電子科技大學