研究生現(xiàn)代通信系統(tǒng).ppt

現(xiàn)代通信理論 與系統(tǒng),重慶大學(xué)通信工程學(xué)院 二一二年十一月,碩士研究生課程,蔣 陽(yáng),現(xiàn)代通信理論與系統(tǒng),教學(xué)計(jì)劃,學(xué)時(shí)數(shù)30，學(xué)分2,碩士研究生,先修課程： 通信原理、光纖通信系統(tǒng)、移動(dòng)通信系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星通信系統(tǒng),教學(xué)要求,本課程是信息與通信工程專業(yè)碩士研究生的一門專業(yè)學(xué)位課，其目的與任務(wù)是使學(xué)生掌握現(xiàn)代通信理論與系統(tǒng)的基本概念、技術(shù)基礎(chǔ)、 技術(shù)特征、主要性能、關(guān)鍵技術(shù)、最新技術(shù)以及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。重點(diǎn)使學(xué)生在現(xiàn)有的通信基礎(chǔ)知識(shí)、理論及分析方法的基礎(chǔ)上在通信系統(tǒng)工程及系統(tǒng)設(shè)計(jì)與集成的方面有較大的提高，對(duì)現(xiàn)代通信系統(tǒng)發(fā)展的最新動(dòng)態(tài)有所了解。從而培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力及創(chuàng)新能力；培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用、分析和設(shè)計(jì)新的通信系統(tǒng)的能力。,學(xué)習(xí)內(nèi)容,1.現(xiàn)代通信系統(tǒng)概述 2.高空及遠(yuǎn)程通信技術(shù) 3.網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、寬帶骨干網(wǎng)及其發(fā)展趨勢(shì) 4.IP網(wǎng)絡(luò)與光互聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 5.無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 6.移動(dòng)通信及相關(guān)技術(shù)技術(shù) 7.網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成與規(guī)劃,學(xué)習(xí)方式,前幾次上課由教師示范，以后按分組準(zhǔn)備指定的學(xué)習(xí)內(nèi)容，每次由一個(gè)組派出兩位同學(xué)主講（交流），其它組員可補(bǔ)充，教師及其它同學(xué)也可以補(bǔ)充并參與討論，目的是以學(xué)為中心，互動(dòng)交流學(xué)習(xí)，使每個(gè)同學(xué)都有參與感。每位主講者按教材或參考文獻(xiàn),并查閱最新資料組織講稿，要求自己進(jìn)行歸納和總結(jié)而不是照搬書本。 各個(gè)組將準(zhǔn)備好的講稿（ PPT ）發(fā)到我的郵箱：，審查同意后再講。,考試方式,半閉卷方式 只可攜帶3張A4的筆記紙，其上只能有手寫內(nèi)容，不準(zhǔn)用打印機(jī)打印及復(fù)印，否則以舞弊論處，成績(jī)無效。,考試成績(jī),筆試(90%) +組評(píng)(10%)+加分 組評(píng)成績(jī)：分組準(zhǔn)備學(xué)習(xí)內(nèi)容的態(tài)度、積極性等，由各組組長(zhǎng)主持評(píng)定。（1-10分） 加分：各組主講、提問及回答的同學(xué)視情況可適當(dāng)加分，以示鼓勵(lì)。 （1-5分） 最終成績(jī)：即綜合成績(jī)采用100分制記分，課程結(jié)束考試占70%，平時(shí)占30%（含論文一篇）,主要參考書目及文獻(xiàn),1. 王秉均,王少勇主編通信系統(tǒng)(修訂版), 西安電子科技大學(xué)出版社，2004.5； 2. 謝希仁主編計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)（第5版，電子工業(yè)出版社，2008.1； 3. 吳偉陵 牛凱著移動(dòng)通信原理，電子工業(yè)出版社，2005.1； 4. 孫利民等編無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，清華大學(xué)出版社，2005.5； 5. 王金龍等編Ad Hoc移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)，國(guó)防工業(yè)出版社, 2004.5； 6. 蔡立軍 主編網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成技術(shù)，清華大學(xué)出版社、北京交通大學(xué)出版社，2004.4； 7. Digital and Analog Communication Systems ， 6 th ed. by Leon W.Couch,II ( 英文影印版教材 ) ，科學(xué)出版社； 8.網(wǎng)上各種文獻(xiàn),1. 現(xiàn)代通信概述,11基本概念 （1）通信是指帶有信息的信號(hào)從一點(diǎn)傳到另一點(diǎn)的過程。但隨著通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代通信可以這樣來定義： 信息的信號(hào)從一點(diǎn)（或多點(diǎn)）傳送到另一點(diǎn)（或多點(diǎn)）的過程；或者可以這樣來定義： 現(xiàn)代通信是指在任何時(shí)間、任何空間、任何地點(diǎn)、任何對(duì)象之間以任何方式進(jìn)行信息交換的過程。例如人與人、人與機(jī)器之間信息的交換。 （2）信息信號(hào)的形式：語(yǔ)言、文字、數(shù)據(jù)、圖像等。 （3）信道：傳輸或交換信息信號(hào)所用的媒介（或媒質(zhì)）即通信的信道。 （4）信道的分類： 1）有線信道（明線、電纜、光纖） 2）無線信道（空間）。 （5）通信的任務(wù)：它是克服信息源與收信者之間的地理（距離）上的障礙，經(jīng)濟(jì)、迅速、可靠而準(zhǔn)確地傳送信息。 （6）通信系統(tǒng)：傳遞信息所需地一切技術(shù)、設(shè)備和信道的總稱。 即信息源的時(shí)空點(diǎn)向另一信宿的時(shí)空點(diǎn)(用戶)傳遞信息所需的一切技術(shù)、設(shè)備、信道的總和。,1.2 通信技術(shù)發(fā)展的歷史,通信技術(shù)發(fā)展史上的重要事件如下： 1837年莫爾斯發(fā)明有線電報(bào)，至1844年已能傳送40英里； 1858年大西洋海底電纜第一次解決了越洋通信，但原始的電纜帶寬極窄，90個(gè)字的電報(bào)需要67分鐘； 1864年麥克斯韋爾提出了著名的電磁輻射方程； 1876年貝爾發(fā)明電話； 1887年德國(guó)赫茲以卓越的實(shí)驗(yàn)證明了電磁波的存在； 1895年馬可尼發(fā)明了無線電報(bào)，并于1901年首次完成了橫跨大西洋的無線電通信； 1904年弗萊明發(fā)明了真空二極管； 1907年李德福爾斯特發(fā)明了真空三極管； 1918年FM無線廣播、超外差接收機(jī)相繼問世； 1925年開始采用了三路載波電話、多路通信； 1936年調(diào)頻無線廣播開播； 1937年發(fā)明了PCM原理； 1938年電視（TV）廣播開播；,19401945年第二次世界大戰(zhàn)刺激了雷達(dá)和微波通信系統(tǒng)的發(fā)展； 1948年發(fā)明了晶體管，仙農(nóng)提出了信息論，通信統(tǒng)計(jì)理論開始建立。 1950年時(shí)分多路應(yīng)用于電話。 1956年建設(shè)了越洋電纜。 1957年前蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星。 1958年美國(guó)發(fā)射了第一顆通信衛(wèi)星， 1960年發(fā)明了激光，1961年發(fā)明了集成電路， 1962年發(fā)射了第一顆同步通信衛(wèi)星，PCM進(jìn)入實(shí)用階段。 19601970年彩電問世，阿波羅宇宙飛船登月，數(shù)字傳輸理論和技術(shù)得到了迅速發(fā)展，出現(xiàn)了高速數(shù)字計(jì)算機(jī)。 19701980年大規(guī)模集成電路出現(xiàn)和發(fā)展，國(guó)際商用衛(wèi)星通信建立，程控交換機(jī)進(jìn)入實(shí)用階段，第一條光纖通信系統(tǒng)投入運(yùn)用，微處理機(jī)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用迅速發(fā)展。 1980年以后，用VLSI制成了長(zhǎng)波長(zhǎng)光通信系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)ISDN崛起。,1.2 通信技術(shù)發(fā)展的歷史,作為現(xiàn)代無線通信應(yīng)用發(fā)展的標(biāo)志是蜂窩無線和個(gè)人通信系統(tǒng)的建立和發(fā)展： 70年后期為第一代無線通信系統(tǒng)（模擬，F(xiàn)DMA）； 80年代為第二代窄帶數(shù)字系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用（TDMA、CDMA）； 目前已進(jìn)入實(shí)用的第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)為采用智能信號(hào)處理技術(shù)的寬帶數(shù)字系統(tǒng)（CDMA）； 第四代移動(dòng)通信系統(tǒng)是多功能集成的寬帶移動(dòng)通信系統(tǒng)(CDMA、OFDM)，現(xiàn)在處在概念階段，可提供的最大帶寬為155Mbps。第四代移動(dòng)通信將以寬帶（超寬帶）、接入因特網(wǎng)、具有多種綜合功能的系統(tǒng)形態(tài)出現(xiàn)，很可能到2010年就會(huì)出現(xiàn)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和手機(jī)模型。,1.2 通信技術(shù)發(fā)展的歷史,1.3 通信系統(tǒng)的組成,圖1通信系統(tǒng)的組成框圖,模擬源：電話機(jī)、電報(bào)、電視、攝像機(jī) 數(shù)字源：電傳機(jī)、計(jì)算機(jī),1.4 通信系統(tǒng)的分類,1）按信息的物理特征分：電報(bào)通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖象通信系統(tǒng)。 2）按調(diào)制方式分： 1 基帶傳輸通信系統(tǒng)不經(jīng)調(diào)制的信號(hào)直接在信道上傳輸?shù)南到y(tǒng)。即音頻市內(nèi)電話、數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)。 2 調(diào)制傳輸通信系統(tǒng)對(duì)各種信號(hào)變換方式后進(jìn)行傳輸?shù)目偡Q。 調(diào)制的目的： a將信息信號(hào)變換成便于在信道上傳送的形式。如無線傳輸時(shí)，必須將信息信號(hào)載在高頻上才能在自由空間發(fā)射出去。 b提高通信的性能（可靠性和有效性），尤其是抗干擾的能力。 c有效地利用頻帶。 3）按傳輸信號(hào)的特征分連續(xù)波模擬通信系統(tǒng)：AM、DSB、SSB、VSB、FM、PM，連續(xù)波數(shù)字通信系統(tǒng)：ASK、OOK、FSK、PSK、DPSK，脈沖波模擬調(diào)制通信系統(tǒng)：PDM、PAM、PPM，脈沖波數(shù)字調(diào)制通信系統(tǒng)：PCM、M。 4）按傳輸信號(hào)的復(fù)用方式分： 1頻分復(fù)用：用頻譜搬移的方法，使不同信號(hào)占據(jù)不同的頻率范圍。 2時(shí)分復(fù)用：用脈沖調(diào)制的方法，使不同信號(hào)占據(jù)不同的時(shí)間區(qū)間。 3碼分復(fù)用：用一組正交的脈沖序列分別攜帶不同的信號(hào)。 4空分復(fù)用：空分復(fù)用指通過空間的分割來區(qū)別不同的用戶。 5）按傳輸媒介分：有線通信系統(tǒng)（明線、電纜、光纖），無線通信系統(tǒng)（空間）。 6）按傳輸手段分：電纜通信系統(tǒng)、微波（中繼）通信系統(tǒng)、光纖通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、移動(dòng)通信系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)、擴(kuò)頻通信系統(tǒng)。 7）按傳輸頻段分：長(zhǎng)波通信系統(tǒng)、短波通信系統(tǒng)、中波通信系統(tǒng)、激光通信系統(tǒng)、紅外波通信系統(tǒng)。,1.5現(xiàn)代通信及現(xiàn)代通信系統(tǒng),現(xiàn)代通信 = 數(shù)字通信 + 計(jì)算機(jī) 現(xiàn)代通信系統(tǒng)：以先進(jìn)的通信手段、技術(shù)、設(shè)備組成的通信系統(tǒng)。現(xiàn)代通信系統(tǒng)是現(xiàn)代通信技術(shù)的集成，是信息技術(shù)的重要組成部分。如光纖通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、移動(dòng)通信系統(tǒng)、擴(kuò)頻通信系統(tǒng)、個(gè)人通信系統(tǒng)等。,1.6 現(xiàn)代通信系統(tǒng)的任務(wù)和要求,1主要任務(wù)： 將愈來愈多的信息，通過經(jīng)濟(jì)的手段從某一地點(diǎn)傳輸?shù)剿璧娜魏蔚攸c(diǎn)（包括人類物質(zhì)文明所能達(dá)到的，甚至遠(yuǎn)離地球的地點(diǎn)）。 2主要要求： 隨著人類精神文明和物質(zhì)文明的日益進(jìn)步，人們對(duì)通信的要求越來越高，尤其是隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路（LSI、VLSI）的迅猛發(fā)展及計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷更新和廣泛應(yīng)用，原有的多種通信手段，如短波通信、模擬微波中繼通信、同軸電纜載波通信、機(jī)電式市內(nèi)電話交換機(jī)及移動(dòng)調(diào)頻臺(tái)均逐步表現(xiàn)出不能適應(yīng)現(xiàn)代化通信的要求，需要不斷地對(duì)其進(jìn)行改造或淘汰。其具體要求： 1）要求任何通信系統(tǒng)應(yīng)能對(duì)大量的信息進(jìn)行處理（包括變換）、傳遞和復(fù)現(xiàn)。在遠(yuǎn)距離傳輸信息（無線）時(shí)，要求限制在一定帶寬和功率范圍內(nèi)（即在頻帶受限、功率受陷的條件下）能有效可靠地進(jìn)行遠(yuǎn)距離的信息傳輸。 2）要求任何現(xiàn)代通信系統(tǒng)，應(yīng)能在任何復(fù)雜的電磁環(huán)境中（尤其是強(qiáng)電磁環(huán)境），信息復(fù)現(xiàn)時(shí)失真最小，即保證信息不受任何干擾能進(jìn)行有效地、可靠地傳輸。 3）要求現(xiàn)代通訊系統(tǒng)，應(yīng)不受地理地形環(huán)境的限制，及時(shí)地、有效地、可靠地傳輸信息。尤其應(yīng)使任何國(guó)與國(guó)之間的通信滿足“及時(shí)、迅速、保密、可靠”的要求。應(yīng)使國(guó)內(nèi)各族人民，不論城市、農(nóng)村均能享受到現(xiàn)代通信對(duì)時(shí)空感覺帶來的變化。 4）要求現(xiàn)代通信系統(tǒng)，應(yīng)能使信息社會(huì)中的生活、辦公、科研、生產(chǎn)、文教、衛(wèi)生等活動(dòng)形成一個(gè)生動(dòng)活潑的整體，高效率高質(zhì)量地提供經(jīng)濟(jì)、可靠的通信手段。 5）要求現(xiàn)代通信系統(tǒng)能將電話、電視（TV）、圖像和文字、數(shù)據(jù)等多種通信業(yè)務(wù)有機(jī)地結(jié)合起來，實(shí)現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)通信。如現(xiàn)在正在興起和發(fā)展的綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)（ISDN），尤其是寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN）。,1.7 現(xiàn)代通信的技術(shù)基礎(chǔ),數(shù)字技術(shù)：微電子技術(shù)，計(jì)算計(jì)技術(shù)，信號(hào)處理技術(shù)， 光技術(shù)：光放大，光交叉連接（OXC），光分插復(fù)用（OADM），光交換，光計(jì)算機(jī)，全光傳輸。 空間技術(shù)：衛(wèi)星通信，平流層通信、個(gè)人通信。 數(shù)字化通信：通信技術(shù)融合，綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)，通信系統(tǒng)多功能化， 業(yè)務(wù)融合：窄帶/寬帶，固定/移動(dòng)，網(wǎng)管/通信網(wǎng)，公眾網(wǎng)/企業(yè)網(wǎng) 信息系統(tǒng)的融合：通信與家電，移動(dòng)與定位，雷達(dá)與通信 產(chǎn)業(yè)融合：廣播電視與出版，遠(yuǎn)程教育，遠(yuǎn)程醫(yī)療，數(shù)字地球，數(shù)字中國(guó)，數(shù)字城市，電子政務(wù)，電子商務(wù)，虛擬經(jīng)濟(jì)， 信息服務(wù)業(yè)務(wù),以人為本。,1.8 現(xiàn)代通信的技術(shù)特征,一、數(shù)字化 便于傳輸和存儲(chǔ)，效率高，智能化，可靠性高，安全性高，小型化。 二、綜合化 通信網(wǎng)絡(luò) = 數(shù)字傳輸 + 數(shù)字交換。 三、寬帶化 業(yè)務(wù)要求，數(shù)字傳輸技術(shù)要求 四、智能化 智能網(wǎng)，業(yè)務(wù)應(yīng)變能力：資源和功能的分配， 基于數(shù)字交換和智能數(shù)據(jù)庫(kù)的分布式通信網(wǎng)絡(luò)。 五、個(gè)人化 任何個(gè)人在任何時(shí)間和任何地點(diǎn)之間的通信。 六、全球化 標(biāo)準(zhǔn)化的基于軟件結(jié)構(gòu)的全球公共網(wǎng)。 開放，分布，實(shí)時(shí)，安全。,1.9 現(xiàn)代通信的主要性能,一、有效性 傳遞速度：帶寬，速率