第6章常見的通信系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)

6.1基本概念６.１.1通信網(wǎng)的分類按提供業(yè)務(wù)分為：電信網(wǎng)、電報(bào)網(wǎng)、有線電視網(wǎng)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)等;按傳輸媒介分為：雙絞線網(wǎng)、光纖網(wǎng)、無線通信網(wǎng)等;按交換方式分為：電路交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)、報(bào)文交換網(wǎng)、ATM網(wǎng)等;按網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍分為:：互聯(lián)網(wǎng)、廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、局域網(wǎng)等;按拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為：網(wǎng)型網(wǎng)、星型網(wǎng)、總線型網(wǎng)、復(fù)合型網(wǎng)等;按網(wǎng)絡(luò)傳遞信號(hào)形式分為：數(shù)字通信網(wǎng)和模擬通信網(wǎng)。6.1基本概念６.１.２多址技術(shù)1.頻分多址(FDMA)6.1基本概念６.１.２多址技術(shù)采用FDMA方式主要有如下特點(diǎn):(1)單路單載波(SCPC)傳輸,即每個(gè)頻道只傳一路業(yè)務(wù)信息,載頻間隔必須滿足業(yè)務(wù)信息傳輸?shù)男枨蟆?2)信號(hào)連續(xù)傳輸,各多址信道信號(hào)在時(shí)間和空間重疊,頻率分割。(3)頻率分配工作復(fù)雜,重復(fù)設(shè)置收發(fā)信道設(shè)備。例如基站有50個(gè)頻道,則需要50套結(jié)構(gòu)幾乎相同的發(fā)信道設(shè)備。(4)多頻道信號(hào)互調(diào)干擾嚴(yán)重。(5)頻率利用率低,容量小。(6)若FDMA方式用于每小時(shí)頻道傳輸一路業(yè)務(wù)數(shù)字信號(hào),數(shù)字信號(hào)速率低,一般在25kbit/s以下,由于數(shù)字信號(hào)經(jīng)傳輸時(shí)延擴(kuò)展幾十微秒,碼間干擾引起的誤碼很小,無須設(shè)置自適應(yīng)均衡,構(gòu)成簡(jiǎn)單。6.1基本概念2．時(shí)分多址(TDMA)６.１.２多址技術(shù)6.1基本概念６.１.２多址技術(shù)TDMA通信系統(tǒng)和FDMA通信系統(tǒng)相比,具有以下主要特點(diǎn):(1)TDMA系統(tǒng)的基站可只用一部發(fā)射機(jī),可以避免像FDMA系統(tǒng)那樣因多部不同頻率的發(fā)射機(jī)同時(shí)工作而產(chǎn)生互調(diào)干擾。(2)TDMA系統(tǒng)對(duì)時(shí)隙的管理和分配通常要比對(duì)頻率的管理與分配簡(jiǎn)單。因此,TDMA系統(tǒng)更容易進(jìn)行時(shí)隙的動(dòng)態(tài)分配。(3)因?yàn)榻K端只在指定的時(shí)隙接收發(fā)送端發(fā)給它的信息,因而在一幀的其他時(shí)隙中,可以傳送網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送的廣播信息和控制信息。這對(duì)于加強(qiáng)通信網(wǎng)絡(luò)的控制功能是有利的。(4)TDMA系統(tǒng)必須有精確的定時(shí)和同步,它是TDMA系統(tǒng)正常工作的重要保證。6.1基本概念６.１.２多址技術(shù)3．碼分多址(CDMA)CDMA方式是用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)編碼信號(hào)或其他擴(kuò)頻碼調(diào)制所需傳送的信號(hào),使原信號(hào)的帶寬被拓寬,再經(jīng)載波調(diào)制后發(fā)送出去。接收端使用完全相同的擴(kuò)頻碼序列,同步后與接收的寬帶信號(hào)做相關(guān)處理,把寬帶信號(hào)解擴(kuò)為原始數(shù)據(jù)信息。不同用戶使用不同的碼序列,它們占用相同頻帶,接收機(jī)雖然能收到,但不能解出,這樣可實(shí)現(xiàn)互不干擾的多址通信。它以不同的互相正交的碼序列區(qū)分用戶,故稱為“碼分多址暠。由于它是以擴(kuò)頻為基礎(chǔ)的多址方式,所以也稱為“擴(kuò)頻多址(SSMA)”。6.1基本概念６.１.２多址技術(shù)CDMA與FDMA和TDMA比較,其優(yōu)點(diǎn)是:①系統(tǒng)容量大于FDMA和TDMA。CDMA的關(guān)鍵在于所用擴(kuò)頻碼有多少個(gè)不同的互相正交的碼序列,就有多少個(gè)不同的地址,就有多少個(gè)碼分信道,也就是說在擴(kuò)頻碼足夠時(shí),可臨時(shí)增添用戶,不會(huì)發(fā)生通信阻塞,不會(huì)使用戶搶不上“線”。②CDMA的頻帶寬,允許采用冗長(zhǎng)度很高的糾錯(cuò)編碼技術(shù),因此抗干擾能力和糾錯(cuò)能力很強(qiáng),話音質(zhì)量相當(dāng)好。③CDMA系統(tǒng)無需防護(hù)間隔。FDMA和TDMA對(duì)于頻率、時(shí)隙的準(zhǔn)確性要求非常嚴(yán)格,為防止頻率和時(shí)間擴(kuò)散而引起的頻率、時(shí)間的重疊,必須在頻率和時(shí)間上設(shè)置防護(hù)間隔,CDMA則無須如此。6.1基本概念６.１.２多址技術(shù)4．空分多址(SDMA)6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第1階段：面向終端的計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)第2階段：分組交換網(wǎng)第3階段：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成第4階段：網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與高速計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)從產(chǎn)生到發(fā)展,總體來說可以分成4個(gè)階段:6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)６.２.１計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成1．硬件系統(tǒng)(1)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)(2)網(wǎng)絡(luò)適配器———網(wǎng)卡(3)網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備(4)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備(5)網(wǎng)絡(luò)終端與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器(6)其他硬件設(shè)備6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)６.２.１計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的組成２．軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信軟件網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)６.２.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)６.２.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)1．協(xié)議6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)６.２.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)2．OSI模型6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)６.２.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與體系結(jié)構(gòu)3．TCP/IP協(xié)議6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)６.２.３網(wǎng)絡(luò)尋址1．IP地址6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)６.２.３網(wǎng)絡(luò)尋址2．子網(wǎng)劃分6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)６.２.３網(wǎng)絡(luò)尋址3．ARP協(xié)議說明這種通過IP地址獲得MAC地址方法的協(xié)議被稱為ARP協(xié)議。ARP程序在局域網(wǎng)中是一個(gè)非常重要的程序。沒有ARP程序,我們就無法得到目標(biāo)主機(jī)的MAC地址,也就無法封裝幀報(bào)頭。6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)６.２.４計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)1．局域網(wǎng)(LAN)概述計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)是一種可以提供高速交換連接的通信網(wǎng)絡(luò),適用于一座大樓、校園等,一般在幾千米的范圍內(nèi)。LAN具有以下特點(diǎn):(1)多個(gè)系統(tǒng)共享同一傳輸介質(zhì);(2)具有較高的傳輸速率,一般在100Mbit/s以上,不同類型的傳輸介質(zhì)傳輸速率相差較大,無線局域網(wǎng)一般是幾十Mbit/s；(3)具有較高的可靠性,誤碼率低,傳輸時(shí)延小;(4)具有單播、組播和廣播的能力;(5)由于歸一個(gè)單位或組織所有,容易維護(hù)和管理。6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)６.２.４計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)2．LAN的控制方式LAN有“中心控制暠和“分布式控制暠兩種控制方式。中心控制需要單個(gè)的設(shè)備來控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò),這種方式的缺點(diǎn)是一旦控制器出現(xiàn)故障將會(huì)使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓;現(xiàn)行大多數(shù)LAN都采用分布式控制,接入網(wǎng)絡(luò)的所有設(shè)備實(shí)際上都管理著網(wǎng)絡(luò),無須中心設(shè)備。接收與發(fā)送信息的指令必須在所有接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備中建立,通常利用硬件與軟件的組合。例如,在一個(gè)使用分布式控制的LAN中,10個(gè)PC都要承擔(dān)運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)的責(zé)任。每個(gè)PC機(jī)通常包含了一個(gè)特殊的網(wǎng)絡(luò)接口卡,并且使用專用的網(wǎng)絡(luò)軟件程序。6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)６.２.４計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)3．LAN的媒質(zhì)接入控制方式(1)CSMA/CD在總線型局域網(wǎng)中常用的隨機(jī)接入方式是CSMA/CD協(xié)議。CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccesswithCollisionDetection)叫做載波偵聽多點(diǎn)接入/沖突檢測(cè)。(2)令牌令牌(token)是受控接入方式,多用于以光纖為媒質(zhì)的令牌環(huán)網(wǎng)。令牌是由1和0組成的特殊碼組,共有兩個(gè),分別稱為通行令牌與忙令牌。網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備都一直在監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)的工作狀況,只有當(dāng)設(shè)備接收到空令牌時(shí)才可以發(fā)送信息。6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)6.２計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)６.２.４計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)4.LAN標(biāo)準(zhǔn)大多數(shù)LAN標(biāo)準(zhǔn)由IEEE下的IEEE802(又稱為L(zhǎng)MSC,LAN/MANStandardsCommittee,局域網(wǎng)/城域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì))負(fù)責(zé)制定。IEEE將局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)鏈路層功能分為兩個(gè)主要部分:第一部分稱為媒體接入控制(MAC),描述一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的接入方法,如CSMA/CD或令牌;第二部分稱為邏輯鏈路控制(LLC),描述各種接入方式通用的其他功能,如誤碼檢驗(yàn)。6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)６.3.1

GSM蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)６.3.1

GSM蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)1.GSM系統(tǒng)主要參數(shù)6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)６.3.1

GSM蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)2.GSM系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)６.3.1

GSM蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)3.GSM的編號(hào)MSISDNIMSIIMEIMSRNTMSI6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)６.3.1

GSM蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)4.GSM的特殊技術(shù)切換位置更新呼叫路由選擇鑒定與安全6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)６.3.1

GSM蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)5.GPRS簡(jiǎn)介GPRS(通用無線分組業(yè)務(wù))是對(duì)原有的GSM網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)充,提供高速無線分組業(yè)務(wù)的系統(tǒng),常被稱為“2.5G”。前面我們提到,GSM的數(shù)據(jù)發(fā)送速率僅為9.6kbit/s，只能提供短消息等低速率數(shù)據(jù)服務(wù)，很難開展更多的業(yè)務(wù)，因此人們?cè)谑袌?chǎng)對(duì)“高速率”的呼喚聲中引入了GPRS。GSM本質(zhì)上是一種基于電路交換的系統(tǒng)，只適合于處理質(zhì)量不高的話音業(yè)務(wù)和低速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)６.3.2

CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)1.CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)的特點(diǎn)(1)系統(tǒng)容量大(2)系統(tǒng)容量的靈活配置(3)系統(tǒng)性能質(zhì)量更佳(4)頻率規(guī)劃簡(jiǎn)單(5)延長(zhǎng)手機(jī)電池壽命(6)建網(wǎng)成本下降6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)６.3.2

CDMA蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)2.CDMA移動(dòng)通信網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)功率控制技術(shù)PN碼技術(shù)RAKE接收技術(shù)軟切換技術(shù)話音編碼技術(shù)6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)６.3.3

3G移動(dòng)通信系統(tǒng)6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)６.3.3

3G移動(dòng)通信系統(tǒng)1.3G的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)６.3.3

3G移動(dòng)通信系統(tǒng)2.3G的頻譜分配6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)６.3.3

3G移動(dòng)通信系統(tǒng)3.3G的目標(biāo)全球統(tǒng)一頻譜、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),全球無縫覆蓋；更高的頻譜效率,更低的建設(shè)成本；能提供更高的服務(wù)質(zhì)量和保密性能；能提供足夠的系統(tǒng)容量,便于2G系統(tǒng)的過渡和演進(jìn)；能提供多種業(yè)務(wù),能使用多種環(huán)境,速率最高2Mb/s，其中車速環(huán)境144kb/s，步行環(huán)境384kb/s，室內(nèi)環(huán)境2Mb/s。6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)６.3.4

LTE與4G技術(shù)6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)６.3.4

LTE與4G技術(shù)1.4G通信的優(yōu)點(diǎn)(1)通信速度更快(2)網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬(3)通信更加靈活(4)智能性能更高(5)兼容性能更平滑(6)提供各種增值服務(wù)(7)實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信(8)頻率使用效率更高(9)通信費(fèi)用更加便宜6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)６.3.4

LTE與4G技術(shù)2.4G通信的關(guān)鍵技術(shù)正交頻分復(fù)用(OFDM)智能天線技術(shù)軟件無線電(SDR)技術(shù)多用戶檢測(cè)技術(shù)IPv6技術(shù)6.3移動(dòng)通信系統(tǒng)６.3.4

LTE與4G技術(shù)3.4G通信在我國(guó)的應(yīng)用6.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)６.4.1基本概念6.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)６.4.2人造衛(wèi)星的分類6.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)6.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)６.4.3靜止衛(wèi)星6.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)6.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)６.4.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成1.衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器6.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)６.4.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成2.衛(wèi)星地面發(fā)射站6.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)6.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)６.4.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成3.衛(wèi)星地面接收機(jī)6.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)６.4.5衛(wèi)星通信的工作頻段6.5光纖通信系統(tǒng)６.5.1光纖通信系統(tǒng)的基本組成6.5光纖通信系統(tǒng)６.5.2光傳輸原理6.5光纖通信系統(tǒng)6.5光纖通信系統(tǒng)６.5.3無源光器件光衰減器光隔離器光開關(guān)光分路耦合器光調(diào)制器6.5光纖通信系統(tǒng)６.5.4光發(fā)射機(jī)6.5光纖通信系統(tǒng)６.5.4光發(fā)射機(jī)1.光源6.5光纖通信系統(tǒng)６.5.4光發(fā)射機(jī)2.光發(fā)射機(jī)電路6.5光纖通信系統(tǒng)6.5光纖通信系統(tǒng)６.5.4光發(fā)射機(jī)3.信道編碼電路6.5光纖通信系統(tǒng)６.5.5光接收機(jī)6.5光纖通信系統(tǒng)６.5.5光接收機(jī)1.光電檢測(cè)器6.5