現(xiàn)代通信技術(shù)概論崔健雙工業(yè)出版社課件

現(xiàn)代通信技術(shù)概論第1章緒論通信是人類文明發(fā)展史中永恒的話題，它是把消息從信源傳送到信宿的一個(gè)過程。本章將在簡(jiǎn)要回顧國(guó)內(nèi)外通信發(fā)展史的基礎(chǔ)上，對(duì)與通信系統(tǒng)技術(shù)相關(guān)的一些經(jīng)典的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行介紹。主要內(nèi)容包括通信信號(hào)、系統(tǒng)模型與指標(biāo)、系統(tǒng)的分類、系統(tǒng)傳輸方式、信道特性和調(diào)制解調(diào)等基本概念。通過本章的學(xué)習(xí)，將在整體上初步建立起關(guān)于通信的一些基本概念。2第1章緒論1.1通信發(fā)展簡(jiǎn)史1.2信號(hào)與通信1.3通信系統(tǒng)的模型與指標(biāo)1.4通信系統(tǒng)的分類1.5通信系統(tǒng)的傳輸方式1.6通信信道1.7調(diào)制與解調(diào)31.1.1國(guó)際通信發(fā)展簡(jiǎn)史19世紀(jì)中葉以后，由于電報(bào)、電話的發(fā)明以及電磁波的發(fā)現(xiàn)，人類的通信手段發(fā)生了根本性的變革，開創(chuàng)了電氣通信新時(shí)代。隨著科技水平的不斷提高，相繼出現(xiàn)了無線電、固定電話、移動(dòng)電話、互聯(lián)網(wǎng)等各種通信手段，真正讓神話傳說中的“千里眼”、“順風(fēng)耳”變成了現(xiàn)實(shí)。5電、電報(bào)、電話機(jī)的發(fā)明1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)了磁生電現(xiàn)象。1837年，莫爾斯發(fā)明了電報(bào)機(jī)。1864年，麥克斯韋預(yù)言電磁波的存在。1875年，貝爾發(fā)明電話機(jī)。6計(jì)算機(jī)、光通信和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)明

1946年，世界上第一臺(tái)電子計(jì)算機(jī)誕生。1947年，貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明蜂窩移動(dòng)通信。1966年，英籍華人高錕提出光通信的設(shè)想。1969年，ARPA網(wǎng)形成互聯(lián)網(wǎng)雛形。1993年，美國(guó)政府提出了建設(shè)國(guó)家“信息高速公路”的建設(shè)計(jì)劃，從此進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。光通信、移動(dòng)電話、互聯(lián)網(wǎng)是現(xiàn)代通信的重要標(biāo)志，計(jì)算機(jī)技術(shù)在通信領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用使得二者密不可分。7鼓勵(lì)引進(jìn)、消化與吸收1982年，福州開通了第一套萬門程控交換機(jī)。1984年，東方紅二號(hào)同步通信衛(wèi)星發(fā)射成功。1986年，國(guó)家對(duì)通信技術(shù)設(shè)備進(jìn)口減免10年關(guān)稅。1991年，以大唐、中興、華為等為代表的民族通信制造業(yè)實(shí)現(xiàn)了群體突破。1993年，公用分組交換網(wǎng)（CHINAPAC）開通。1994年，廣東開通GSM數(shù)字蜂窩移動(dòng)電話網(wǎng)。1998年，TD－SCDMA標(biāo)準(zhǔn)成為第一個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的無線通信國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)9形成良性競(jìng)爭(zhēng)，爭(zhēng)取自有知識(shí)產(chǎn)權(quán)2002年，中國(guó)移動(dòng)邁入2.5G時(shí)代。2006年，TD－SCDMA成為國(guó)家通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。2009年初，3G牌照正式發(fā)放，標(biāo)志3G普及階段到來。目前我國(guó)通信行業(yè)已形成中國(guó)移動(dòng)、聯(lián)通、電信等幾大運(yùn)營(yíng)商互相競(jìng)爭(zhēng)互相合作的格局。中國(guó)移動(dòng)用戶總數(shù)世界第一，移動(dòng)和固話用戶總數(shù)合計(jì)接近10億?；ヂ?lián)網(wǎng)用戶總數(shù)超過3億，我國(guó)成為世界上名副其實(shí)的通信大國(guó)。101.2信號(hào)與通信

通信系統(tǒng)傳送的是消息，而消息只有附著在某種物理形式的“載體”上才能夠得以傳送。這類物理形式的“載體”，通常表現(xiàn)為電信號(hào)或光信號(hào)的形式。

通信過程可以理解為變化的消息信號(hào)對(duì)“載體”信號(hào)施加“影響”并讓接收端能夠“感知到”這個(gè)影響，從而檢測(cè)并獲得消息。11模擬信號(hào)幅度在某一范圍內(nèi)可以連續(xù)取值的信號(hào)，稱為模擬信號(hào)。典型的模擬信號(hào)如下：

13數(shù)字信號(hào)幅度僅能夠取有限個(gè)離散值的信號(hào)稱為數(shù)字信號(hào)。典型的數(shù)字信號(hào)如下：141.2.2信號(hào)的時(shí)域和頻域特性信號(hào)的時(shí)域特性和頻域特性是分別從時(shí)間和頻率兩個(gè)角度對(duì)同一個(gè)信號(hào)的描述。15周期脈沖信號(hào)周期脈沖數(shù)字信號(hào)是一種幅度為A、周期為T、寬度為τ的重復(fù)出現(xiàn)的矩形波。17信號(hào)的時(shí)域特性時(shí)域特性表達(dá)的是信號(hào)幅度和相位隨時(shí)間變化的規(guī)律，簡(jiǎn)稱為幅時(shí)特性。18信號(hào)的頻域特性信號(hào)的頻域特性表達(dá)的是信號(hào)幅度和相位隨頻率變化的規(guī)律。191.2.3信號(hào)的帶寬

把一個(gè)信號(hào)所包含諧波的最高頻率fh與最低頻率fl之差，即該信號(hào)所擁有的頻率范圍，定義為該信號(hào)的帶寬。

例如，單一頻率的正弦波帶寬為0，而周期脈沖方波帶寬是最高次諧波與最低次諧波之差。數(shù)字通信傳輸近似周期方波信號(hào)，因此分析其帶寬具有重要現(xiàn)實(shí)意義。21周期脈沖方波信號(hào)頻譜x=nπτ/T=nπτf22周期脈沖方波帶寬分析1）頻譜是離散的n次諧波分量的疊加，譜線間隔為Ω；2）各次諧波分量正比于A和τ，反比于T，受包絡(luò)線sinx/x的限制；3）當(dāng)x→∞時(shí)，譜線擺動(dòng)于正負(fù)值之間0；4）隨諧波次數(shù)的增高，幅度越來越小，可近似認(rèn)為信號(hào)絕大部分能量都集中在第一個(gè)過零點(diǎn)f=1/τ（x=π）左側(cè)的頻率范圍內(nèi)。231.2.4信號(hào)的衰耗與增益信號(hào)在傳輸過程中若輸出端功率小于輸入端功率，則稱信號(hào)受到了衰耗（減）；若輸出端功率大于輸入端功率，則稱信號(hào)得到了增益，定義為：例如，把10mW功率信號(hào)加到輸入端并在輸出端測(cè)得功率5mW，得衰耗約為3dB。（分貝）251.2.5噪聲與失真疊加在有用信號(hào)之上并對(duì)其產(chǎn)生有害影響的成分，稱為噪聲。

經(jīng)過傳輸后的信號(hào)，由于受到各種因素的影響可能會(huì)發(fā)生畸變，稱為信號(hào)失真。

未導(dǎo)致系統(tǒng)產(chǎn)生新的諧波頻率的失真稱為線性失真，否則稱為非線性失真。26噪聲疊加導(dǎo)致信號(hào)幅度失真27通信系統(tǒng)的指標(biāo)一個(gè)通信系統(tǒng)質(zhì)量如何，通常由兩個(gè)指標(biāo)來衡量，即系統(tǒng)的有效性和可靠性。

有效性指的是單位時(shí)間內(nèi)系統(tǒng)能夠傳輸消息量的多少，以信道帶寬（Hz）或傳輸速率（bit/s）為單位。在相同條件下，帶寬或傳輸速率越高越好。

可靠性指的是消息傳輸?shù)臏?zhǔn)確程度，以不出差錯(cuò)或差錯(cuò)越少越好。29模擬通信系統(tǒng)的指標(biāo)在模擬通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)的頻帶越寬其有效性越高，而其可靠性常用信噪比來衡量，信噪比越大其可靠性越高。通信系統(tǒng)中某點(diǎn)的信噪比定義為該點(diǎn)的信號(hào)功率Ps與噪聲功率PN之比的對(duì)數(shù)：30數(shù)字通信系統(tǒng)的指標(biāo)傳輸速率（衡量系統(tǒng)的有效性）

碼元速率B（調(diào)制速率或符號(hào)速率）

比特速率R（數(shù)據(jù)傳輸速率或信息傳輸速率）

R=Blog2N

（bit/s），N進(jìn)制

差錯(cuò)率（衡量系統(tǒng)的可靠性）

頻帶利用率（衡量系統(tǒng)的利用率）311.4通信系統(tǒng)的分類從不同的角度出發(fā)，可以把通信系統(tǒng)進(jìn)行不同的分類。321.4.1按照傳輸媒介分有線通信系統(tǒng)：利用傳導(dǎo)體對(duì)信號(hào)進(jìn)行導(dǎo)向性傳輸，有較強(qiáng)的封閉性和安全性，信號(hào)傳輸質(zhì)量好，容量可以無限制地增大。但敷設(shè)、維護(hù)成本較高。無線通信系統(tǒng)：利用非導(dǎo)向性傳輸媒體在自由空間傳播信號(hào)，具有優(yōu)良的可移動(dòng)性和低廉的擴(kuò)張成本，但易受到外界的干擾，頻率資源有限，傳輸速率也受限。331.4.2按照傳輸信號(hào)的特性分模擬通信系統(tǒng)：優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單直觀；缺點(diǎn)是抗干擾能力弱，噪聲積累無法徹底消除。數(shù)字通信系統(tǒng)：抗干擾能力強(qiáng)：可消除噪聲累積現(xiàn)象，適于遠(yuǎn)距離傳輸；易加密：對(duì)數(shù)字信號(hào)加密容易處理；便于集成化、智能化：采用計(jì)算機(jī)技術(shù)占用較寬頻帶：4kHzVS64kHz技術(shù)較復(fù)雜341.4.3按照業(yè)務(wù)功能分電話通信電報(bào)通信傳真通信數(shù)據(jù)通信衛(wèi)星通信微波通信移動(dòng)通信圖像通信多媒體通信351.5通信系統(tǒng)的傳輸方式通信系統(tǒng)的傳輸方式是指通信雙方所共同遵守的傳輸規(guī)則。從不同的角度觀察，可以有不同傳輸方式。361.5.1單工與雙工傳輸方式單工：半雙工：全雙工：ABABAB371.5.2串行與并行傳輸方式381.5.3同步與異步傳輸方式異步傳輸方式：收發(fā)雙方的時(shí)鐘節(jié)拍各自獨(dú)立并允許有一定的誤差。為了達(dá)到雙方同步目的，需要在每個(gè)字符的頭、尾各附加一個(gè)比特的起始位和終止位，用來指示一個(gè)字符的開始和結(jié)束。同步傳輸方式：要求雙方時(shí)鐘嚴(yán)格一致。為求一致，發(fā)送方的編碼中隱含著供接收方提取的同步時(shí)鐘頻率。收發(fā)以數(shù)據(jù)幀為單位，幀頭包含幀同步碼，中間是信息碼，幀尾是幀結(jié)束碼。391.6通信信道信道是信號(hào)傳輸?shù)耐?，其傳輸特性描述的是不同頻率的信號(hào)通過信道后能量幅度和相位變化的情況。信道帶寬用以衡量一個(gè)信道的傳輸能力，帶寬越大表明傳輸能力越強(qiáng)。

信道容量則是用來衡量信道所能達(dá)到的最大傳輸能力的一個(gè)重要指標(biāo)。信道復(fù)用是利用同一傳輸媒介同時(shí)傳送多路信號(hào)且相互之間不產(chǎn)生干擾的通信技術(shù)。401.6.1傳輸特性與帶寬信道的傳輸特性即信道的頻率響應(yīng)特性，包括幅頻特性和相頻特性。41信號(hào)帶寬與信道帶寬的匹配為了不失真地實(shí)現(xiàn)通信信號(hào)傳輸，信號(hào)的有效帶寬必須和信道帶寬相匹配。兩者匹配最主要考慮的是頻率范圍（或頻帶）的匹配。信號(hào)與信道的關(guān)系等價(jià)于車與馬路的關(guān)系。421.6.2傳輸媒介有線傳輸媒介：43光纖通信介質(zhì)的三個(gè)可用窗口44無線傳輸媒介表1-3無線電不同頻段的劃分及用途頻段頻率范圍波長(zhǎng)范圍主要用途主要傳播方式極低頻（ELF）極長(zhǎng)波30-3000Hz0.1-1000km遠(yuǎn)程通信、海上潛艇遠(yuǎn)程導(dǎo)航地波甚低頻（TLF）超長(zhǎng)波3-30KHz1000-10km低頻（LF）長(zhǎng)波30-300KHz10-1km中遠(yuǎn)程、地下通信、無線導(dǎo)航地波或天波中頻（MF）中波300-3MHz1000-100m中波廣播、業(yè)余無線電地波或天波高頻（HF）短波3-30MHz100-10m短波通信、短波電臺(tái)、航海通信天波甚高頻（VHF）超短波30-300MHz10-1m電視、調(diào)頻廣播、電離層下散射視距波、散射波特高頻（UHF）分米波0.3-3GHz10-1dm移動(dòng)通信、遙測(cè)、雷達(dá)導(dǎo)航、藍(lán)牙視距波、散射波超高頻（SHF）厘米波3-30GHz10-1cm微波、衛(wèi)星通信、雷達(dá)探測(cè)視距波極高頻（EHF）毫米波30-300GHz10-1nm雷達(dá)、微波、射電天文通信視距波光波（近紅外線）105-107GHz0.3-3×10-6cm光纖通信光導(dǎo)纖維451.6.3信道容量信道容量是指信息在信道中無差錯(cuò)傳輸?shù)淖畲笏俾?。在信?hào)平均功率受限的高斯白噪聲信道中，用香農(nóng)公式計(jì)算信道容量

（比特/秒）

其中，B為信道帶寬，S為信號(hào)平均功率，N為噪聲平均功率，C是該信道理論最大傳輸速率。46香農(nóng)公式的意義香農(nóng)公式表明：當(dāng)信號(hào)與信道加性高斯白噪聲的平均功率S與N給定時(shí)，在具有一定頻帶寬度B的信道上，單位時(shí)間內(nèi)可傳輸?shù)男畔⒘緾是有限的。

當(dāng)且僅當(dāng)傳輸速率≤C時(shí)，總可以找到一種信道編碼方式，實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)傳輸。換句話說，在允許存在一定的差錯(cuò)率前提下，實(shí)際傳輸速率可以大于信道容量C，但此時(shí)不能保證無差錯(cuò)傳輸。47香農(nóng)公式與擴(kuò)頻通信按照香濃公式：1）B一定時(shí)，S↗或N↘可令C↗，即通過提高信噪比可提高信道容量；2）S/N一定時(shí)，若B↗則C↗。結(jié)論：C、B和S/N可以通過相互提升或降低取得平衡。在擴(kuò)頻通信技術(shù)中，令B∞（很大），S、/N可以很小。

例如，信道帶寬3KHz，最大信息速率為10000bit/s。為了保證這些信息能夠無誤傳輸，要求至少S/N≈9。若10000bit/s不變，但信道帶寬變?yōu)?0kHz，信噪比S/N就可降低為1左右。。481.6.4信道的復(fù)用在發(fā)送端將若干個(gè)獨(dú)立無關(guān)的分支信號(hào)合并為一個(gè)復(fù)合信號(hào)，然后送入同一個(gè)信道內(nèi)傳輸，接收端再將復(fù)合信號(hào)分解開來，恢復(fù)原來的各分支信號(hào)，稱為多路復(fù)用。

多路復(fù)用目的是提高線路利用率。常用的多路復(fù)用技術(shù)：頻分（FDM）時(shí)分（TDM）碼分（CDM）49多路復(fù)用原理示意圖50FDM原理示意圖51TDM原理示意圖521.7調(diào)制與解調(diào)調(diào)制解調(diào)是通信技術(shù)最重要的概念之一。

“攜帶”消息的信號(hào)稱為載波信號(hào)，而被“攜帶”的消息稱為調(diào)制信號(hào)，調(diào)制就是讓消息被載波信號(hào)“攜帶”，解調(diào)就是從載波信號(hào)中檢測(cè)出消息。正弦周期信號(hào)和脈沖周期信號(hào)常被用作載波信號(hào)。531.7.1調(diào)制的目的

把消息信號(hào)調(diào)制成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)例如，話音頻率是300~3400Hz，而信道頻帶在10kHz~100kHz之間，利用頻率為11kHz的載波調(diào)制到11.3kHz~14.4kHz之間，就可通過信道進(jìn)行傳輸。信道的多路復(fù)用

例如，信道在10kHz~100kHz之間，帶寬是90kHz，按每路話音信號(hào)4000Hz計(jì)算至少可以同時(shí)傳輸22路話音信號(hào)。541.7.3模擬信號(hào)調(diào)制正弦波用模擬信號(hào)對(duì)正弦載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制稱為模擬調(diào)制。根據(jù)調(diào)制參數(shù)的不同分別有模擬振幅調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）三種形式，后兩種形式又稱為角度調(diào)制。56模擬振幅調(diào)制載波信號(hào)幅度隨調(diào)制信號(hào)變化的調(diào)制稱為振幅調(diào)制，簡(jiǎn)稱調(diào)幅。調(diào)制與解調(diào)示意圖如下：57模擬頻率調(diào)制（調(diào)頻）載波頻率fc隨調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)幅值呈線性變化。調(diào)頻與解調(diào)示意圖58模擬相位調(diào)制（調(diào)相）載波瞬時(shí)相位θ(t)隨調(diào)制信號(hào)瞬時(shí)幅值呈線性變化。

把平面化的正弦載波立體化，即在三維空間中觀察其變化過程。當(dāng)一個(gè)振幅為A，頻率為fc，初始相位為φ的正弦載波Asin(2πfct+φ)隨時(shí)間變化時(shí)，其x軸代表時(shí)間，y軸代表幅度，z軸代表的就是相位。載波信號(hào)的幅度和相位隨時(shí)都在變化，利用每一個(gè)周期的初始相位不同可以實(shí)現(xiàn)對(duì)相位的調(diào)制。591.7.4數(shù)字信號(hào)調(diào)制正弦波用數(shù)字信號(hào)調(diào)制正弦載波信號(hào)稱為載波鍵控，包括幅移鍵控、頻移鍵控和相移鍵控。

60二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK）利用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)來控制載波振幅61二進(jìn)制頻移鍵控（2FSK）利用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)來控制載波頻率62二進(jìn)制相移鍵控（2PSK）利用二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)來控制載波相位63數(shù)字調(diào)制的相干解調(diào)用本地載波與接收到的載波鍵控信號(hào)相乘，得到基帶信號(hào)；然后用低通濾波器過濾掉高頻信號(hào)；最后對(duì)過濾后的基帶信號(hào)進(jìn)行采樣和判決還原出原始數(shù)字信號(hào)。64數(shù)字調(diào)頻的相干解調(diào)示例例如，接收到cosω1t

（“1”）或cosω2t（“0”），與本地載波cosω1t

和cosω2t同時(shí)分別相乘，可得如下三種結(jié)果之一：cosω1tcosω1t=cos2ω1t+cos0=cos2ω1t+1=1cosω2tcosω2t=cos2ω2t+cos0=cos2ω2t+1=1cosω1tcosω2t=cos（ω1+ω2）t+cos（ω1-ω2）t<1其中高頻分量2ω1、2ω2以及ω1+ω2都被濾掉。抽樣判決比較兩個(gè)低通濾波輸出電平的大小，上大判為1下大則判為0。65本章小結(jié)和知識(shí)點(diǎn) 國(guó)內(nèi)外通信發(fā)展簡(jiǎn)史通信信號(hào)的性質(zhì)與特征通信系統(tǒng)的一般模型可靠性與傳輸效率通信系統(tǒng)的傳輸方式信道的頻率響應(yīng)特性信道的容量調(diào)制與解調(diào)66現(xiàn)代通信技術(shù)概論第2章數(shù)字通信系統(tǒng)2.1數(shù)字通信概述2.2模擬信號(hào)數(shù)字化2.3數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸2.4數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸2.5數(shù)字同步與復(fù)接技術(shù)2.6數(shù)字傳輸?shù)牟铄e(cuò)控制682.1數(shù)字通信概述傳輸數(shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信以其抗干擾能力強(qiáng)、無噪聲累積、便于計(jì)算處理、便于加密、易于小型化、集成化等優(yōu)勢(shì)，成為當(dāng)代通信領(lǐng)域的主流技術(shù)。

本章將介紹關(guān)于數(shù)字通信的基本知識(shí)，包括數(shù)字通信系統(tǒng)的組成及特點(diǎn)、模擬信號(hào)數(shù)字化方法、數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸和頻帶傳輸、數(shù)字復(fù)接與同步技術(shù)、差錯(cuò)控制技術(shù)等。692.1.1數(shù)字通信系統(tǒng)的組成數(shù)字通信系統(tǒng)組成框圖如下:70數(shù)字通信系統(tǒng)各部分的作用信源編碼與解碼：A/D變換+D/A變換。數(shù)字復(fù)接與分接：提高信道利用率。難點(diǎn)是碼速

同步問題。信道編碼與解碼：即抗干擾編碼，目的是提高傳

輸?shù)目煽啃?。調(diào)制與解調(diào)：頻帶傳輸時(shí)需要。再生中繼：放大整形并完全恢復(fù)原始數(shù)字信號(hào)。信道噪聲：導(dǎo)致誤碼，難以避免。712.1.2數(shù)字通信系統(tǒng)的特點(diǎn)與模擬通信系統(tǒng)相比數(shù)字通信系統(tǒng)有下列一些特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，無噪聲累積數(shù)據(jù)形式統(tǒng)一，便于計(jì)算處理易于集成化，小型化易于加密處理占用較大的傳輸帶寬技術(shù)上較復(fù)雜722.2模擬信號(hào)數(shù)字化數(shù)字通信系統(tǒng)的典型特征就是信源和信宿都是模擬信號(hào)，因此需要進(jìn)行模擬/數(shù)字（A/D）變換，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再行傳輸。

模擬信號(hào)的數(shù)字化需經(jīng)過抽樣、量化、編碼三個(gè)階段。常用的技術(shù)包括脈沖編碼調(diào)制（PCM）、差值脈沖編碼（DPCM）和增量調(diào)制（DM）等。732.2.1模數(shù)（A/D）變換抽樣量化編碼二進(jìn)制數(shù)字序列：抽樣：在時(shí)間上將模擬信號(hào)離散化。量化：在幅度上將抽樣信號(hào)離散化。編碼：把量化幅度值用二進(jìn)制數(shù)值來表示。整個(gè)過程稱為脈沖編碼調(diào)制（PCM）。74抽樣抽樣定理：如果一個(gè)連續(xù)信號(hào)f(t)所含有的最高頻率不超過fh，則當(dāng)抽樣頻率fs≥2fh時(shí)，抽樣后得到的離散信號(hào)就包含了原信號(hào)的全部信息。75量化量化就是進(jìn)行“舍零取整”處理。將抽樣信號(hào)在某個(gè)抽樣時(shí)間點(diǎn)的瞬時(shí)幅度值近似為最接近該點(diǎn)幅值的某個(gè)固定整數(shù)電平值上就完成了量化。均勻量化示意圖76非均勻量化─13折線A律非均勻量化能夠讓小信號(hào)放大，而大信號(hào)得到壓縮，目的是降低小信號(hào)時(shí)的量化信噪比。13折線A律示意圖粒度粗細(xì)的調(diào)整77編碼量化后的離散抽樣幅值以二進(jìn)制數(shù)值來表示。最多需要log2N位二進(jìn)制數(shù)，N是量化級(jí)數(shù)。量化段號(hào)極性碼數(shù)值范圍（△）段落碼段落起始值（△）量化間隔△i（△）段內(nèi)碼權(quán)值（△）a7a6a5a4a3a2a1a010/10~1600001842120/116~31001161842130/132~630103221684240/164~12701164432168450/1128~2551001288643216860/1256~5111012561612864321670/1512~102311051232256128643280/11024~20471111024645122561286413折線A律二進(jìn)制編碼值（256級(jí)，8比特）782.2.2數(shù)模（D/A）變換數(shù)模變換是模數(shù)變換的反過程。接收端通過數(shù)模變換把收到的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)序列還原成相應(yīng)幅度的模擬信號(hào)。792.2.3PCM30/32路數(shù)字電話系統(tǒng)國(guó)際上有兩種標(biāo)準(zhǔn)化制式的多路數(shù)字電話通信系統(tǒng)，即PCM30/32路制式（E體系）和PCM24路制式（T體系），我國(guó)和歐洲采用E體系。

下面以PCM30/32多路數(shù)字電話通信系統(tǒng)為例，具體說明模擬話音數(shù)字化傳輸過程。80E體系各項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)數(shù)據(jù)PCM30/32路系統(tǒng)稱為基群或一次群，簡(jiǎn)稱E1指標(biāo)名稱指標(biāo)值話音頻帶（Hz）300-3400抽樣頻率（Hz）8000量化級(jí)數(shù)256量化壓縮律A律（A=87.6）樣值編碼位數(shù)8單路數(shù)碼率（kbit/s）64幀長(zhǎng)（μs）125時(shí)隙數(shù)/幀32話路數(shù)/幀30一次群復(fù)用速率（kbit/s）204881E1體系的幀結(jié)構(gòu)82每話路64kbit/s的計(jì)算為了正確地傳送一路話音信號(hào)，每秒必須傳送抽樣值8000次。按照每個(gè)抽樣值8bit編碼，則每話路要求傳輸8000次×8bit=64kbit/s。

現(xiàn)在每幀中包含32個(gè)話路，每話路占其中8bit，必須傳送8000幀/秒（500個(gè)復(fù)幀）。于是，32路PCM基群傳輸速率是8000(幀/秒)×32(時(shí)隙/幀)×8(bit/時(shí)隙)=2.048Mbit/s。高次群以4倍速率增長(zhǎng)，即8.448（比8.192略多）Mbit/s…83PCM30/32路數(shù)字電話系統(tǒng)終端框圖842.2.4模擬信號(hào)數(shù)字化的其它方法利用相鄰抽樣幅值的相對(duì)變化特性，對(duì)抽樣信號(hào)進(jìn)行編碼也是一類較常用的模數(shù)轉(zhuǎn)換方法。常見的有差值脈沖編碼（DPCM）、自適應(yīng)差值脈沖編碼（ADPCM）、增量調(diào)制（DM）和自適應(yīng)增量調(diào)制（ADM）等。851.差值脈沖編碼調(diào)制(DPCM)僅對(duì)兩個(gè)相鄰抽樣幅值的差值進(jìn)行編碼，則由于差值信號(hào)變化較小，可大大地減少量化級(jí)數(shù)，從而減少編碼的位數(shù)。這樣，在相同傳輸速率下，可以成倍地提高信道的傳輸容量。86DPCM舉例對(duì)模擬話音信號(hào)按照8000Hz/s抽樣，話音信號(hào)的變化范圍是±3v，若采用8位二進(jìn)制數(shù)PCM編碼，量化為256級(jí)，每級(jí)約23.4mv。

假定相鄰抽樣差值變化范圍是±0.1v，把其化分為16個(gè)均勻量化級(jí)，每級(jí)為12.5mv，然后使用4位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行編碼。編碼后的數(shù)據(jù)發(fā)送速率僅需要4bit×8000=32Kb/s，比采用PCM編碼的64Kb/s速率降低一半，效率提高一倍。87DPCM抽樣差值圖示882.脈沖增量調(diào)制(△M或DM)僅對(duì)當(dāng)前抽樣值與其前一個(gè)抽樣值的符號(hào)進(jìn)行編碼，而不對(duì)差值的大小編碼。

如果兩個(gè)前后抽樣差值為正就編為“1”碼；差值為負(fù)就編為“0”碼。因此，“1”和“0”代表的是信號(hào)相對(duì)于前一時(shí)刻的增減，不代表信號(hào)的絕對(duì)值。89DM波形及編碼結(jié)果示意圖902.3數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸模數(shù)變換后的數(shù)字信號(hào)頻譜，往往是含有直流、基波、高次諧波等不同頻率分量的信號(hào)，稱為基帶數(shù)字序列信號(hào)，簡(jiǎn)稱基帶信號(hào)。

把基帶數(shù)字序列信號(hào)經(jīng)適當(dāng)碼型變換后直接送入信道傳輸，稱為基帶數(shù)字序列信號(hào)傳輸，簡(jiǎn)稱基帶傳輸。912.3.1基帶傳輸系統(tǒng)模型碼型變換：基帶信號(hào)適應(yīng)信道特性。波形形成網(wǎng)絡(luò)：形成無碼間干擾的波形。922.3.2數(shù)字基帶傳輸?shù)拇a型根據(jù)信道頻域特性和基帶數(shù)字信號(hào)頻域特性匹配的原則，對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)碼型變換，使之適合于給定信道的頻域特性，有利于延長(zhǎng)傳輸距離、提高可靠性。931.數(shù)字基帶傳輸碼型選擇原則直流或低頻信號(hào)衰減快，信號(hào)傳輸一定距離后嚴(yán)重畸變，所以不應(yīng)含直流或低頻頻率分量。高頻分量越大，對(duì)鄰近信道產(chǎn)生的干擾就越嚴(yán)重，所以高頻分量應(yīng)盡量少。為方便從接收到的基帶信號(hào)中提取位同步信息，應(yīng)包含定時(shí)頻率分量。便于增加冗余碼，使碼型帶有規(guī)律性。碼型變換過程與信源的統(tǒng)計(jì)特性無關(guān)，即對(duì)信源消息類型無任何限制并具有透明性。942.常用基帶數(shù)字傳輸碼型952.3.3無碼間干擾的基帶數(shù)字傳輸基帶傳輸信道（即波形形成網(wǎng)絡(luò)）可以等效為一個(gè)理想低通濾波器，其傳輸特性及單位沖擊響應(yīng)如下圖：96Nyquist準(zhǔn)則如果波形形成網(wǎng)絡(luò)具有圖示理想低通濾波器傳輸特性，則該系統(tǒng)傳輸?shù)拇a元速率為2fN（碼元周期T=1/2fN）時(shí)，系統(tǒng)輸出波形在峰值點(diǎn)（即判決抽樣點(diǎn)）上不會(huì)產(chǎn)生前后碼元間的干擾，這一條件稱為奈奎斯特準(zhǔn)則。97無碼間干擾的接收波形只要按照Nyquist準(zhǔn)則傳輸，當(dāng)處于某個(gè)碼元的幅度峰值時(shí)，恰好其它碼元幅值是過零點(diǎn)。98具有滾降特性的波形形成網(wǎng)絡(luò)具有滾降特性的波形形成網(wǎng)絡(luò)，從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)起來比理想低通容易，而且也滿足Nyquist條件。992.4數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸當(dāng)基帶數(shù)字信號(hào)頻率范圍與信道不相匹配時(shí)，把基帶數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后再行傳輸，即數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸。本節(jié)將在第1章二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制基礎(chǔ)上介紹多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制和復(fù)合調(diào)制概念。1002.4.1多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制

多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制是利用多進(jìn)制數(shù)字信號(hào)調(diào)制載波信號(hào)的幅度、頻率或相位。

與二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制相比，多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制可提高比特率或可靠性，但因?yàn)樾枰嚯娖絹肀硎拘盘?hào)，因而抗噪聲性能較低，實(shí)現(xiàn)起來也較復(fù)雜。1011.多進(jìn)制數(shù)字調(diào)幅(MASK)四進(jìn)制MASK

1022.多進(jìn)制數(shù)字調(diào)頻（MFSK）k=log2M位碼元為一組對(duì)應(yīng)地轉(zhuǎn)換成有M種狀態(tài)的多進(jìn)制碼。1033.多進(jìn)制數(shù)字調(diào)相（MPSK）利用載波的多種不同相位狀態(tài)來表征數(shù)字信息。與二進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制相同，多進(jìn)制數(shù)字相位調(diào)制也有絕對(duì)相位調(diào)制（MPSK）和相對(duì)相位調(diào)制（MDPSK）。104矢量圖表示的MPSK（A和B方式）105QPSK調(diào)制與解調(diào)框圖兩個(gè)相互正交的相干載波cosωct和sinωct分別檢測(cè)出兩個(gè)分量a和b。1062.4.2復(fù)合調(diào)制與多級(jí)調(diào)制對(duì)同一載波信號(hào)的兩個(gè)參數(shù)同時(shí)進(jìn)行調(diào)制稱為復(fù)合調(diào)制，目的是進(jìn)一步提升信道利用率。例如，數(shù)字微波通信中采用的圖示復(fù)合調(diào)制，數(shù)字調(diào)相用于傳送數(shù)字信號(hào)，模擬調(diào)頻用于話音通信。107調(diào)相加調(diào)幅實(shí)現(xiàn)16進(jìn)制復(fù)合調(diào)制108多級(jí)調(diào)制多級(jí)調(diào)制是指把同一基帶信號(hào)實(shí)施兩次或更多次的調(diào)制過程。1092.5數(shù)字同步與復(fù)接技術(shù)數(shù)字同步是指數(shù)字通信系統(tǒng)中各關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位置的動(dòng)作頻率保持一致。數(shù)字復(fù)接是把若干個(gè)低速率分支數(shù)字碼流匯接成一路高速數(shù)字碼流的過程。為促進(jìn)數(shù)字通信標(biāo)準(zhǔn)化，ITU-T早期推薦準(zhǔn)同步數(shù)字體系（PDH）；后期推薦同步數(shù)字體系（SDH）1102.5.1數(shù)字同步技術(shù)兩種同步方式：位同步和幀同步位同步：收發(fā)兩端以比特為單位嚴(yán)格對(duì)齊必要條件：雙方時(shí)鐘頻率完全同頻同相（多采用主從同步方式）幀同步：收發(fā)兩端以幀為單位嚴(yán)格對(duì)齊。必要條件：利用幀同步碼1112.5.2數(shù)字復(fù)接技術(shù)數(shù)字復(fù)接是把支路低次群按時(shí)分復(fù)用方式合并成一個(gè)單一的高次群，其設(shè)備由定時(shí)、碼速調(diào)整和復(fù)接單元組成；分接器的功能是把高次群數(shù)字信號(hào)分解成原來的低次群數(shù)字信號(hào)，它由同步、定時(shí)、分接和碼速恢復(fù)等單元組成。1121.數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)框圖1132.數(shù)字復(fù)接方法按位、按字、按幀復(fù)接，下圖是按位和按字復(fù)接：1143.碼速調(diào)整被復(fù)接的各支路數(shù)字信號(hào)彼此之間必須同步并與復(fù)接器的定時(shí)信號(hào)同步，否則需要做出適當(dāng)?shù)拇a速調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)接后的高速數(shù)據(jù)碼流的傳輸同步定時(shí)控制。通常，碼速調(diào)整后速率高于調(diào)整前的結(jié)果，稱為正碼速調(diào)整。1152.5.3準(zhǔn)同步數(shù)字體系ITU-T早期推薦了兩類從基群到五次群復(fù)接等級(jí)的數(shù)字速率系列。一類以1.544Mb/s為基群速率，另一類以2.048Mb/s為基群速率。因這兩類各次群比特率相對(duì)于其標(biāo)準(zhǔn)值有一個(gè)規(guī)定的容差，而且是異源的，各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘允許存在少量的頻率漂移誤差，因此這是一種準(zhǔn)同步復(fù)接方式，統(tǒng)稱為準(zhǔn)同步數(shù)字體系（PDH）。1161.兩類PDH系列標(biāo)準(zhǔn)表2-4PDH兩類標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字速率系列和復(fù)接等級(jí)群號(hào)2M系列1.5M系列速率（Mb/s）話路數(shù)速率（Mb/s）話路數(shù)基群2.048301.54424二次群8.44830×4=1206.31224×4=96三次群34.368120×4=48032.06496×5=480四次群139.264480×4=192097.728480×3=1440五次群564.9921920×4=7680397.2001440×4=57601172.PDH系列的不足兩種數(shù)字系列互不兼容，導(dǎo)致國(guó)際之間電信網(wǎng)的建立及營(yíng)運(yùn)管理比較復(fù)雜和困難；

高、低速率信號(hào)的復(fù)接和分接都需要逐級(jí)進(jìn)行，復(fù)接-分接設(shè)備復(fù)雜，上下話路價(jià)格昂貴；幀結(jié)構(gòu)中管理維護(hù)用的比特位較少，難以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)管理靈活、動(dòng)態(tài)、智能化的日益增長(zhǎng)需求。主要適用于中、低速率點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸。1182.5.4同步數(shù)字體系（SDH）鑒于PDH的不足，國(guó)際上迫切需要建立統(tǒng)一的全新體制的數(shù)字通信網(wǎng)。為此ITU-T經(jīng)充分討論和協(xié)商，于上世紀(jì)80年代末，接受了美國(guó)貝爾通信研究所提出的同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET:SynchronousOpticalNetwork）數(shù)字體系標(biāo)準(zhǔn)并進(jìn)行了適當(dāng)修改，命名為同步數(shù)字體系（SDH）119SDH的特點(diǎn)1）由一系列的SDH網(wǎng)元組成，可在光纖網(wǎng)中實(shí)現(xiàn)同步信息傳輸、復(fù)用、分插或交叉連接；2）塊狀幀結(jié)構(gòu)中安排了豐富的管理比特，大大增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)管理能力；3）網(wǎng)絡(luò)能在極短的時(shí)間內(nèi)從失效的故障狀態(tài)自動(dòng)恢復(fù)業(yè)務(wù)而無需人為干涉；4）有標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級(jí)規(guī)范，稱為同步傳輸模塊STM-N。不同廠家的設(shè)備只要符合規(guī)范就可以在光路上互聯(lián)，真正實(shí)現(xiàn)橫向兼容；5）具有兼容PDH甚至B-ISDN的能力，所以有廣泛的適用性。1202.6數(shù)字傳輸?shù)牟铄e(cuò)控制噪聲是導(dǎo)致數(shù)字通信傳輸中出現(xiàn)差錯(cuò)（誤碼）的主要原因。

差錯(cuò)控制的作用就是要檢測(cè)出數(shù)據(jù)碼元在傳輸過程中可能發(fā)生的誤碼，并且采取適當(dāng)?shù)姆椒右约m正。

差錯(cuò)控制通過差錯(cuò)控制編碼（信道編碼）實(shí)現(xiàn)，通常有檢錯(cuò)編碼和糾錯(cuò)編碼兩種形式。121差錯(cuò)控制編碼的基本原理原始數(shù)據(jù)碼元序列本來不帶規(guī)律性，但通過差錯(cuò)控制編碼讓其產(chǎn)生規(guī)律性并發(fā)送出去，接收端根據(jù)這一規(guī)律性對(duì)碼元序列進(jìn)行檢測(cè)，一旦出現(xiàn)違規(guī)情況，就認(rèn)為出現(xiàn)了傳輸錯(cuò)誤。1222.6.1噪聲的分類

根據(jù)噪聲和信號(hào)之間的混合迭加關(guān)系可分為加性噪聲和乘性噪聲；根據(jù)噪聲來源的不同，可分為自然噪聲、人為噪聲和內(nèi)部噪聲；根據(jù)噪聲的表現(xiàn)形式可分為單頻噪聲、起伏噪聲和脈沖噪聲。1232.6.2檢錯(cuò)編碼檢錯(cuò)編碼只能判斷出所收到的數(shù)據(jù)是否有錯(cuò)，但不能判斷出哪些是錯(cuò)誤碼元，最常用的兩種檢錯(cuò)編碼方式是奇偶校驗(yàn)編碼和循環(huán)冗余校驗(yàn)編碼。通常采用反饋重傳(ARQ)技術(shù)來糾錯(cuò)。1241.奇偶校驗(yàn)位字符校驗(yàn)碼字abcdefghijW1W2W3W4W5W6W7W8校驗(yàn)碼字0101010101000110011001000011110010000000011111111111111111111111110000000000101101001100水平垂直偶校驗(yàn)1252.循環(huán)冗余校驗(yàn)g(x)=x4+x3+x2+1（多項(xiàng)式系數(shù)是11101），信息碼是110，產(chǎn)生的CRC碼是10010，發(fā)送的碼元是110,10010。11011101|110000001110110011011101余數(shù)10010126循環(huán)冗余校驗(yàn)用產(chǎn)生的CRC碼110,10010進(jìn)行反運(yùn)算，得到的應(yīng)該是110，即原始信息碼元：11011101|110100101110110111111101余數(shù)100101272.6.2糾錯(cuò)編碼糾錯(cuò)編碼能夠判斷出錯(cuò)碼元的準(zhǔn)確位置并加以自我改正，糾錯(cuò)編碼需要比檢錯(cuò)編碼增加更多的冗余碼元。128本章小結(jié)和知識(shí)點(diǎn) 數(shù)字通信的特點(diǎn)模擬信號(hào)的數(shù)字化過程：抽樣、量化、編碼差值脈沖編碼（DPCM）和增量調(diào)制（DM）基帶傳輸與頻帶傳輸數(shù)字復(fù)接PDH與SDH標(biāo)準(zhǔn)差錯(cuò)控制

129現(xiàn)代通信技術(shù)概論第3章程控?cái)?shù)字電話交換系統(tǒng)3.1程控?cái)?shù)字電話概述 3.2程控?cái)?shù)字電話交換系統(tǒng) 3.3軟交換及軟交換系統(tǒng)1313.1電話交換系統(tǒng)概述

電話交換系統(tǒng)從早期人工式、機(jī)械式、電子式交換階段，發(fā)展成為如今以計(jì)算機(jī)程序控制為主的程控?cái)?shù)字交換階段，不僅實(shí)現(xiàn)了數(shù)字語(yǔ)音通信，還能實(shí)現(xiàn)傳真、數(shù)據(jù)、圖像通信，構(gòu)成了綜合業(yè)務(wù)數(shù)字通信網(wǎng)。

本章將首先給出電話交換的概念模型、功能模型以及程控?cái)?shù)字交換機(jī)的基本組成，然后就程控?cái)?shù)字電話交換系統(tǒng)的基本工作原理從硬件和軟件兩個(gè)方面進(jìn)行說明。1323.1.1電話交換的概念模型交換機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)多用戶之間“兩兩連線構(gòu)通回路”的設(shè)想，同時(shí)也節(jié)省了連接線路。1333.1.2電話交換技術(shù)發(fā)展史交換機(jī)類型接續(xù)方式控制方式接線器供電方式交換信息年代磁石式人工鈴流*塞繩自備模擬話音1878共電式人工環(huán)路電流**塞繩交換機(jī)提供模擬話音1891步進(jìn)制自動(dòng)撥號(hào)脈沖步進(jìn)接線器交換機(jī)提供模擬話音1891縱橫制自動(dòng)布線邏輯縱橫接線器交換機(jī)提供模擬話音1919模擬程控自動(dòng)存儲(chǔ)程序干簧接線器交換機(jī)提供模擬話音1965程控?cái)?shù)字自動(dòng)存儲(chǔ)程序電子接線器交換機(jī)提供數(shù)字話音等1970*鈴流：接線員聽到主叫振鈴后，人工完成接線**用戶摘機(jī)后接線員看到燈閃，人工完成接線表3-1各類交換機(jī)及其主要特點(diǎn)1343.1.3電話交換的功能模型終端接口模塊：與外部設(shè)備（本地用戶設(shè)備和中繼線）連接。接續(xù)模塊：任意兩用戶之間連接矩陣網(wǎng)絡(luò)?？刂颇K：控制建立或拆除接續(xù)。1353.1.4電話交換機(jī)的基本組成信令設(shè)備產(chǎn)生各種標(biāo)準(zhǔn)的信令信號(hào)，如振鈴信號(hào)、撥號(hào)音、忙音等，其他與功能模型等效。1363.2程控?cái)?shù)字電話交換系統(tǒng)程控?cái)?shù)字電話交換系統(tǒng)實(shí)際上完全是由計(jì)算機(jī)控制的電話交換系統(tǒng)，由硬件和軟件兩大部分組成。本節(jié)將重點(diǎn)說明其中數(shù)字交換的基本工作原理。1373.2.1硬件的基本組成分話路和控制兩大部分：1381.話路部分話路部分的主要任務(wù)是根據(jù)用戶撥號(hào)狀況，實(shí)現(xiàn)用戶之間數(shù)字通路的接續(xù)：數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)：為參與交換的數(shù)字信號(hào)提供接續(xù)通路。用戶電路：與用戶線之間的接口電路，用于完成A/D和D/A變換，同時(shí)為用戶提供饋電、過壓保護(hù)、振鈴、監(jiān)視、二/四線轉(zhuǎn)換等輔助功能。中繼電路：與中繼線的接口電路，具有碼型變換、時(shí)鐘提取、幀同步等功能。1391.話路部分掃描器：收集用戶的狀態(tài)信息，如摘機(jī)、掛機(jī)等動(dòng)作。交換網(wǎng)驅(qū)動(dòng)器：在控制部分控制下具體執(zhí)行數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)中通路的建立和釋放。信令設(shè)備產(chǎn)生控制信號(hào)，主要包括信號(hào)音發(fā)生器（產(chǎn)生撥號(hào)音、忙音、回鈴音等）、話機(jī)雙音頻(DTMF)號(hào)碼接收器、局間多頻互控信號(hào)發(fā)生器和接收器（用于交換機(jī)之間的“對(duì)話”）以及完成CCITTNo.7號(hào)共路信令的部件。1402.控制部分控制部分的主要任務(wù)是根據(jù)外部用戶與內(nèi)部維護(hù)管理的要求，執(zhí)行控制程序，以控制相應(yīng)硬件實(shí)現(xiàn)交換及管理功能：中央處理器：普通計(jì)算機(jī)或交換專用計(jì)算機(jī)，用于控制、管理、監(jiān)測(cè)和維護(hù)交換系統(tǒng)的運(yùn)行。程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器：分別存儲(chǔ)交換系統(tǒng)的控制程序和執(zhí)行過程中用到的數(shù)據(jù)。維護(hù)終端：包括鍵盤、顯示器、打印機(jī)等設(shè)備。遠(yuǎn)端接口：分散控制方式下實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制連接。1413.2.2軟件的基本功能與組成基本功能：程控?cái)?shù)字交換機(jī)將各種控制功能預(yù)先編寫成功能模塊存入存儲(chǔ)器，并根據(jù)對(duì)交換機(jī)外部狀態(tài)作周期掃描所取得的數(shù)據(jù)，通過中斷方式調(diào)用相應(yīng)的功能模塊對(duì)交換機(jī)實(shí)施控制，協(xié)調(diào)運(yùn)行交換系統(tǒng)的工作。142軟件的組成1433.2.3時(shí)隙交換與復(fù)用線交換為了說明數(shù)字交換網(wǎng)的交換原理，先要了解時(shí)隙交換和復(fù)用線交換兩個(gè)重要的數(shù)字交換概念。而時(shí)分接線器和空分接線器則分別用來實(shí)現(xiàn)這兩種交換。1441.時(shí)隙交換時(shí)隙交換實(shí)現(xiàn)同一條復(fù)用線上兩個(gè)用戶之間話音信息的交換。TSi←→TSj（i≠j）145T型時(shí)分接線器146讀出控制方式又稱為時(shí)鐘（順序）寫入，控制（地址）讀出。首先在定時(shí)脈沖控制下按照TS0~TSM的順序把輸入復(fù)用線上的M個(gè)時(shí)隙的話音數(shù)據(jù)寫入到SM單元，與此同時(shí)，把每一個(gè)時(shí)隙要交換去的單元地址寫入到CM單元。當(dāng)從SM讀出話音時(shí)隙時(shí)，按照CM中地址順序讀出。147寫入控制方式與讀出控制方式不同，向SM寫入話音時(shí)隙時(shí)，按照CM單元指定的順序?qū)?，SM讀出則在定時(shí)脈沖的控制下從上到下順序完成。

以上兩種方式的時(shí)隙交換路由是由聯(lián)機(jī)程序根據(jù)用戶撥號(hào)號(hào)碼通過用戶忙閑表，查出被叫空閑鏈路而得到的。1482.復(fù)用線交換

復(fù)用線交換完成兩條復(fù)用線之間話音信息的交換，可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大交換容量的目的。149S型空分接線器

S型接線器能夠把任一復(fù)用線上的任一時(shí)隙信息交換至另一復(fù)用線上任一時(shí)隙。交叉矩陣是由復(fù)用線交叉點(diǎn)陣組成的，交叉點(diǎn)陣中的每一個(gè)交叉點(diǎn)就是一個(gè)高速電子開關(guān)。這些高速電子開關(guān)受CM中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的控制，用于實(shí)現(xiàn)交叉點(diǎn)的接通和斷開。150S型空分接線器（輸出控制方式）151輸出控制方式說明按照輸出復(fù)用線來配置CM，每一條輸出復(fù)用線都要設(shè)置一個(gè)固定的CM，圖中共有n條輸出復(fù)用線需要n個(gè)CM。每個(gè)話路時(shí)隙對(duì)應(yīng)一個(gè)CM存儲(chǔ)單元。

CM存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的內(nèi)容是需要接通的輸入復(fù)用線的編號(hào)，因此，用二進(jìn)制表示輸入復(fù)用線編號(hào)時(shí)CM要保持足夠的位數(shù)。152S型空分接線器（輸入控制方式）153輸入控制方式說明每一條入線都設(shè)置一個(gè)固定的CM，圖中共有n條入線，也就需要n

個(gè)CMCM存儲(chǔ)單元數(shù)量與復(fù)用線話路時(shí)隙數(shù)相同。CM存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的內(nèi)容是需要接通的輸出復(fù)用線編號(hào)。154兩種接線器的不足T型接線器只能完成同一條復(fù)用線交換；S型接線器只能完成或者入線指定時(shí)隙或者出線指定時(shí)隙情況下復(fù)用線之間的交換，而不能完成入線和出線同時(shí)指定時(shí)隙的交換；對(duì)于大規(guī)模的交換網(wǎng)絡(luò)，必須既能實(shí)現(xiàn)同一復(fù)用線不同時(shí)隙之間的交換又能實(shí)現(xiàn)不同復(fù)用線之間的時(shí)隙交換。因此，兩種接線器結(jié)合組成復(fù)合型交換網(wǎng)絡(luò)，才能實(shí)現(xiàn)這一要求。1553.2.4TST型數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)T-S-T數(shù)字交換網(wǎng)交換過程示意圖156舉例說明一次AB的交換過程把PCM0TS205時(shí)隙的話音信號(hào)交換到PCM15TS35時(shí)隙中去：假設(shè)選中了TS58，則處理機(jī)分別在輸入側(cè)T級(jí)的CMA0的第205號(hào)單元寫入“58”，在S級(jí)CMS15的第58號(hào)單元寫入“0”（0號(hào)復(fù)用線），在輸出側(cè)T級(jí)的CMB15的第35號(hào)單元寫入“58”，于是各CM分別控制各級(jí)動(dòng)作。首先，當(dāng)PCM0的TS205時(shí)隙信息來到時(shí)，由CMA0控制寫入SMA0的第58號(hào)單元；當(dāng)TS58時(shí)隙到來時(shí)，該信息被順序讀出到S級(jí)的輸入端的0號(hào)入線，并由CMS15控制交叉開關(guān)點(diǎn)0入/15出閉合接通至輸出側(cè)T級(jí)的第15個(gè)T接線器的入線端，同時(shí)寫入到SMB15的第58號(hào)單元；最后當(dāng)TS35到來時(shí)，再由CMB15控制從SMB15的第58號(hào)單元讀出至接收端B的解碼接收電路中去。1573.2.5程控交換機(jī)主要性能指標(biāo)系統(tǒng)容量：用戶線數(shù)和中繼線數(shù)呼損率：呼叫未通量與呼叫總量之比接續(xù)時(shí)延：400ms~1000ms之間話務(wù)負(fù)荷能力：愛爾蘭（Erl）呼叫處理能力：最大忙時(shí)試呼叫次數(shù)可靠性和可用性：不中斷，故障少主要業(yè)務(wù)：基本業(yè)務(wù)（通話）和補(bǔ)充業(yè)務(wù)（呼叫轉(zhuǎn)移、呼叫等待、免打擾等）1583.3軟交換及軟交換系統(tǒng)軟交換是互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)化過程中因特網(wǎng)與電話交換網(wǎng)絡(luò)充分融合的一種新興技術(shù)，將成為下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）一種最基本的技術(shù)。1593.3.1軟交換的概念軟交換可以理解為利用因特網(wǎng)實(shí)現(xiàn)ISDN的功能。1603.3.2軟交換系統(tǒng)組成框圖161軟交換系統(tǒng)各部分的功能信令網(wǎng)關(guān)：IP網(wǎng)與交換機(jī)之間信令中繼轉(zhuǎn)換處理媒體網(wǎng)關(guān)：兩種網(wǎng)絡(luò)之間媒體數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換（包括中繼媒體網(wǎng)關(guān)和接入媒體網(wǎng)關(guān)）IP媒體服務(wù)器：媒體資源的生成、控制和管理應(yīng)用服務(wù)器：提供業(yè)務(wù)執(zhí)行環(huán)境網(wǎng)管中心：網(wǎng)絡(luò)的整體控制管理。1623.3.3軟交換系統(tǒng)的應(yīng)用目前軟交換的應(yīng)用主要集中在如下幾個(gè)方面：分組中繼：在分組中繼網(wǎng)中，通過媒體網(wǎng)關(guān)直接提供高速的分組數(shù)據(jù)接口分組本地接入：實(shí)現(xiàn)話音的本地分組接入，淘汰掉電話終端局多媒體業(yè)務(wù)支持3G網(wǎng)：適用于3G網(wǎng)呼叫控制與媒體承載分離163本章小結(jié)和知識(shí)點(diǎn) 電話交換的概念模型與功能模型電話交換機(jī)的基本組成單條復(fù)用線上時(shí)隙交換：時(shí)分接線器多條復(fù)用線之間時(shí)隙交換：空分接線器程控?cái)?shù)字電話交換系統(tǒng)的硬件組成程控?cái)?shù)字電話交換系統(tǒng)的軟件組成TST數(shù)字交換網(wǎng)軟交換的概念

164現(xiàn)代通信技術(shù)概論第4章光纖通信系統(tǒng)4.1光纖通信概述

4.2光纖與光纜4.3光纖通信系統(tǒng)4.4光纖通信新技術(shù)1664.1光纖通信概述光纖通信是以光波作為載體，以光導(dǎo)纖維作為傳輸媒介的一種通信技術(shù)。光纖通信以其寬帶、大容量、低損耗、長(zhǎng)中繼、抗電磁干擾、體積小、重量輕、便于敷設(shè)等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)代長(zhǎng)途通信最主要手段。本章首先對(duì)光纖通信的發(fā)展歷史做出回顧，然后對(duì)光纖通信的特點(diǎn)進(jìn)行說明，重點(diǎn)闡述光纖的結(jié)構(gòu)、分類、光波傳輸機(jī)理以及光纖通信系統(tǒng)各組成部分的工作原理。最后，簡(jiǎn)要介紹了一些光纖通信新技術(shù)。1674.1.1光纖通信發(fā)展簡(jiǎn)史1960年，美國(guó)加州休斯實(shí)驗(yàn)室第一臺(tái)固體紅寶石激光器1961年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室氦-氫氣體激光器1966年，高錕提出帶有包層材料的石英玻璃光纖1970年，美國(guó)康寧玻璃公司首次制成了損耗僅為20dB/km的低損耗光纖1970年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室砷化鎵鋁半導(dǎo)體激光器168光纖通信發(fā)展簡(jiǎn)史（續(xù)）1974年，美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室制造出1dB/km損耗的低損耗光纖。至此制約光纖通信的兩個(gè)關(guān)鍵問題，光源和傳輸媒介問題完全得到解決。光纖通信的普及和推廣獲得了高速發(fā)展的基本條件。1977年美國(guó)芝加哥率先開通了第一條45Mb/s的商用光纖通信系統(tǒng)。目前，國(guó)際國(guó)內(nèi)長(zhǎng)途通信傳輸網(wǎng)的光纖化比例已經(jīng)超過90%1694.1.2光纖通信的特點(diǎn)傳輸損耗小，中繼距離長(zhǎng)：1.55μm波長(zhǎng)附近約0.2-0.3dB/km，中繼跨度百公里。傳輸頻帶寬，通信容量大：?jiǎn)文９饫w的潛在帶寬可達(dá)幾十太赫茲（1012Hz）抗電磁干擾，保密效果好體積小、重量輕、便于運(yùn)輸和敷設(shè)原材料豐富、節(jié)約有色金屬、有利于環(huán)保不足：光纖質(zhì)地脆弱易斷，敷設(shè)時(shí)的彎曲半徑不宜太小1704.2光纖與光纜光纖與光纜的結(jié)構(gòu)、分類以及光纖的導(dǎo)光原理。1714.2.1光纖的結(jié)構(gòu)與分類光纖是多層同軸圓柱體，自內(nèi)向外為纖芯、包層、涂覆層，稱為裸纖。包層外面涂覆一層硅酮樹脂或聚氨基甲酸乙酯（30~150μm），然后增加保護(hù)套加以保護(hù)。

纖芯和包層是高純度石英材料，包層折射率略低于纖芯，與纖芯一起形成光的全反射通道，使光波的傳輸局限于纖芯內(nèi)。1721.光纖的結(jié)構(gòu)1733.光纖的折射率徑向分布圖1754.2.2光纖的導(dǎo)光原理在光學(xué)理論中，當(dāng)傳輸媒介的幾何尺寸遠(yuǎn)大于光波波長(zhǎng)時(shí)，可以把光表示成其傳播方向上的一條幾何線，稱為光射線。用光射線來分析光傳播特性的方法，稱為射線法。下面通過射線法來分析光在階躍型光纖中的導(dǎo)光原理。1761.光的反射與折射定律

θ入=θ反當(dāng)θ折>900時(shí)，折射光線會(huì)反射回到纖芯進(jìn)行傳播，這種現(xiàn)象稱為全反射。1772.光纖中的全反射傳輸調(diào)整入射角θ，使得θ折2>90度而發(fā)生全反射：1784.2.3光纖的傳輸特性

光纖的傳輸特性描述的是光纖的傳輸損耗、色散和非線性效應(yīng)。1791.傳輸損耗

光纖傳輸損耗表現(xiàn)為隨著傳輸距離的增加光功率逐漸下降，主要原因是吸收和散射造成再加光纖結(jié)構(gòu)不完善導(dǎo)致。式中λ是光波波長(zhǎng)，L是光纖長(zhǎng)度（km），Po與Pi分別是光纖輸出和輸入端的光功率.1802.色散理想光源應(yīng)是頻率單一的單色光，但現(xiàn)實(shí)光源信號(hào)不純，含有不同的波長(zhǎng)成分，在折射率為n1的光纖介質(zhì)中傳輸速度不同，從而導(dǎo)致光信號(hào)分量產(chǎn)生不同延遲，這種現(xiàn)象稱為光纖的色散。

具體表現(xiàn)為當(dāng)光脈沖沿著光纖傳輸一定距離后脈沖寬度展寬，嚴(yán)重時(shí)前后脈沖相互重疊，難以分辨。

有三個(gè)參數(shù)色散系數(shù)、最大時(shí)延差△τ、光纖帶寬系數(shù)可以分別從不同的角度來描述光纖色散的程度。181光纖色散的類型模式色散：在多模光纖中，因同一波長(zhǎng)分量的各種傳導(dǎo)模式的相位不同、群速度不同而導(dǎo)致光脈沖展寬的現(xiàn)象，稱為模式色散（或模間色散）。材料色散：由光纖材料自身特性造成的。波導(dǎo)色散：由光纖中的光波導(dǎo)結(jié)構(gòu)引起的。多模光纖主要考慮模式色散，單模光纖主要考慮材料色散和波導(dǎo)色散。182單模光纖中的色散系數(shù)與波長(zhǎng)關(guān)系1833.非線性效應(yīng)非線性效應(yīng)在波分復(fù)用信道間產(chǎn)生串話和功率降低代價(jià)，限制光纖通信的傳輸容量和最大傳輸距離，影響系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)。

光纖中的非線性效應(yīng)分為兩類:非彈性過程和彈性過程。1844.2.4光纜分類方法

光纜種類按用途長(zhǎng)途光纜、短途中繼光纜、室內(nèi)光纜、混合光纜按敷設(shè)方式直埋光纜、管道光纜、架空光纜、水底光纜按傳輸模式單模光纜、多模光纜（階躍型、漸變型）按結(jié)構(gòu)層絞式、骨架式、大束管式、帶式、單元式

按外護(hù)套結(jié)構(gòu)

無鎧裝、鋼帶鎧裝、鋼絲鎧裝

按光纜中有無金屬

有金屬光纜、無金屬光纜

按維護(hù)方式

充油光纜、充氣光纜

光纜的分類185幾種光纜的結(jié)構(gòu)1864.3光纖通信系統(tǒng)光纖通信系統(tǒng)是以光為載波，以光導(dǎo)纖維為傳輸媒介來傳輸消息的通信系統(tǒng)。光纖通信系統(tǒng)主要由電端機(jī)、光端機(jī)、光中繼器和光纜組成。1871.電發(fā)送端機(jī)把信源消息轉(zhuǎn)換成電數(shù)字信號(hào)。1882.光發(fā)送端機(jī)光源的調(diào)制有直接調(diào)制或外調(diào)制兩種方式：1893.光端機(jī)的調(diào)制方式直接調(diào)制（強(qiáng)-直調(diào)制）：利用電信號(hào)調(diào)制光波的幅度，驅(qū)動(dòng)電路輸出“0”、“1”脈沖信號(hào)直接控制光源的發(fā)光強(qiáng)度。適用于低速的半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）。外腔調(diào)制（相干光調(diào)制）：把激光送入到外腔調(diào)制器，然后用電數(shù)字信號(hào)控制調(diào)制器，適用于高速激光器（LD）調(diào)制。外調(diào)制可選擇調(diào)制光波的頻率或相位。190例子：一種直接調(diào)制的共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)電路1914.光中繼器光-電-光中繼方式正在被光放大器取代，例如，摻鉺光纖放大器（EDFA:Erbium-DopedFiberAmplifier）可以放大1.55μm波長(zhǎng)附近的光信號(hào)，適用于長(zhǎng)途越洋光通信系統(tǒng)。1925.光接收端機(jī)將光纖傳輸過來的微弱光信號(hào)，經(jīng)光檢測(cè)器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，然后再經(jīng)放大電路放大到足夠的電平，送到電接收端機(jī)去。電信號(hào)1936.電接收端機(jī)電接收端機(jī)接收判決器輸出的再生碼元數(shù)據(jù)流，并還原為信宿可接收的形式。1944.4光纖通信新技術(shù)超大容量、超長(zhǎng)距離、超高速傳輸一直光纖通信新技術(shù)的發(fā)展目標(biāo)。拓展光纖可用“窗口”的波長(zhǎng)范圍可以提高光纖帶寬；

降低損耗系數(shù)α(λ)可以增加光纖中繼距離；

光波分復(fù)用或光時(shí)分復(fù)用可以增大系統(tǒng)容量；

相干光通信和光孤子通信也是研發(fā)熱點(diǎn)。

本節(jié)將對(duì)其中的一些內(nèi)容進(jìn)行概要介紹。1954.4.1光波分復(fù)用與光時(shí)分復(fù)用采用光波分復(fù)用（WDM）或光時(shí)分復(fù)用（OTDM）技術(shù)可以在不增加線路投資的情況下，擴(kuò)大系統(tǒng)容量。1961.光波分復(fù)用光波分復(fù)用：利用不同波長(zhǎng)的光信號(hào)作為載波來傳輸多路光信號(hào)。1972.光波分復(fù)用的類型根據(jù)光波分復(fù)用時(shí)波長(zhǎng)間隔的大小可以將波分復(fù)用系統(tǒng)分為三種類型：密集波分復(fù)用（DWDM）：波長(zhǎng)間隔1~10nm稀疏波分復(fù)用（CWDM）：波長(zhǎng)間隔10~100nm光頻分復(fù)用（OFDM）：波長(zhǎng)間隔<1nm

（未獲實(shí)用）1983.光時(shí)分復(fù)用類似電脈沖信號(hào)的時(shí)分復(fù)用，光時(shí)分復(fù)用是把低速的光脈沖信號(hào)復(fù)合在一起，形成超高速光脈沖信號(hào)的一種技術(shù)。實(shí)現(xiàn)OTDM的基本技術(shù)主要包括超短光脈沖（10ps以下）發(fā)生技術(shù)、全光時(shí)分復(fù)用/去復(fù)用技術(shù)、超高速光定時(shí)提取技術(shù)等。1994.4.2相干光通信本振光源的頻率與相位與發(fā)送光源要嚴(yán)格匹配，否則會(huì)產(chǎn)生中頻誤差，導(dǎo)致判斷出錯(cuò)。2004.4.3光孤子通信光孤子是一種能在光纖中傳輸，并且長(zhǎng)時(shí)間保持形態(tài)、幅度和速度不變的光脈沖。因?yàn)樗苷?，所以可使鄰近光脈沖間隔很小而不至于發(fā)生重疊干擾，從而實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)距離、超大容量光通信。2014.4.4光交換技術(shù)光交換是指不經(jīng)過任何光/電轉(zhuǎn)換，把輸入端光信號(hào)直接交換到不同輸出端。采用光交換技術(shù)不但可以克服電子交換的容量瓶頸問題，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高速率和協(xié)議透明性，而且可以提高網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)靈活性和生存性，大量節(jié)省建網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)升級(jí)成本。2021.光交換系統(tǒng)的組成類似電交換，但交換的是光信號(hào)。2032.光交換的基本功能器件—光開關(guān)把光開關(guān)組成陣列，構(gòu)成一個(gè)多級(jí)互聯(lián)受控網(wǎng)絡(luò)，就可以實(shí)現(xiàn)光信號(hào)交換。把輸入/輸出的光路接通或斷開把波長(zhǎng)λ轉(zhuǎn)換為波長(zhǎng)λ‘2044.4.5全光通信網(wǎng)全光通信網(wǎng)簡(jiǎn)稱全光網(wǎng)，是指信號(hào)在網(wǎng)絡(luò)傳輸和交換的過程中始終以光的形式出現(xiàn)的一種通信網(wǎng)，消除“電光瓶頸”現(xiàn)象。全光網(wǎng)絡(luò)具有良好的透明性、開放性、兼容性、可靠性和可擴(kuò)展性，并能提供巨大的帶寬、超大容量、極高的處理速度、較低的誤碼率，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組網(wǎng)非常靈活，可以隨時(shí)增加新節(jié)點(diǎn)而不需要電交換和處理設(shè)備。205本章小結(jié)和知識(shí)點(diǎn) 光纖通信的特點(diǎn)光纖光纜的結(jié)構(gòu)與分類光在光纖中傳輸機(jī)理光纖的傳輸特性光纖通信系統(tǒng)的組成光纖通信新技術(shù)：光波分復(fù)用、相干光通信、光孤子通信、全光通信系統(tǒng)

206現(xiàn)代通信技術(shù)概論第5章數(shù)字微波通信系統(tǒng)5.1概述5.2微波的視距傳播特性5.3數(shù)字微波通信系統(tǒng)2085.1概述5.1.1基本概念5.1.2微波通信發(fā)展歷程5.1.3微波通信的特點(diǎn)5.1.4微波通信系統(tǒng)的分類5.1.5微波通信的應(yīng)用2095.1.1基本概念微波是指波長(zhǎng)在1nm~1m或頻率為300MHz-300GHz的電磁波。微波通信指的是以微波頻率作為載波，通過中繼接力方式實(shí)現(xiàn)的一種通信方式。2105.1.2微波通信的發(fā)展歷程19世紀(jì)30年代中期出現(xiàn)了工作在VHF頻段的第一個(gè)商用模擬無線通信系統(tǒng)。二戰(zhàn)期間出現(xiàn)了UHF頻段的軍用無線中繼通信系統(tǒng)。1951年，美國(guó)紐約到舊金山之間成功開通了商用的微波通信線路。在隨后的二三十年間，模擬微波通信系統(tǒng)迅速發(fā)展。我國(guó)從“七五”期間開始引入微波通信系統(tǒng)。

20世紀(jì)70年代末出現(xiàn)了采用簡(jiǎn)單QPSK、8PSK等的商用數(shù)字微波通信系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，微波通信系統(tǒng)得到迅速發(fā)展。20世紀(jì)90年代后出現(xiàn)了容量更大的數(shù)字微波通信系統(tǒng)2115.1.3微波通信的特點(diǎn)頻帶寬，傳輸容量大適于傳送寬頻帶信號(hào)天線增益高，方向性強(qiáng)外界干擾小，通信線路穩(wěn)定可靠投資少，建設(shè)快，通信靈活性大中繼通信方式2125.1.4微波通信系統(tǒng)的分類模擬微波通信系統(tǒng)數(shù)字微波通信系統(tǒng)2135.1.5微波通信的應(yīng)用作為干線光纖傳輸?shù)膫浞莺脱a(bǔ)充邊遠(yuǎn)地區(qū)和專用通信網(wǎng)中為用戶提供基本業(yè)務(wù)市內(nèi)的短距離支線連接無線寬帶業(yè)務(wù)接入2145.2微波的視距傳播特性5.2.1天線高度與傳播距離5.2.2自由空間傳播損耗5.2.3地面效應(yīng)和大氣效應(yīng)2155.2.1天線高度與傳播距離2165.2.2自由空間傳播損耗在半徑為d的球面上的功率（電通量）密度為

輻射源發(fā)出的總輻射功率傳播（或擴(kuò)散）因子：2175.2.2自由空間傳播損耗實(shí)際微波通信中采用的天線均有方向性，對(duì)于發(fā)射天線而言，天線增益Gt表示天線在最大輻射方向上單位立體角的發(fā)射功率與無方向天線單位立體角的發(fā)射功率的比值。此時(shí)，與發(fā)射源相距d的單位面積所接收的功率為2185.2.2自由空間傳播損耗對(duì)于接收天線而言，天線增益Gr表示天線接收特定方向電波功率的能力。根據(jù)天線理論，天線的有效面積為若接收機(jī)與發(fā)射機(jī)的距離為d，接收天線的有效面積為A，發(fā)射天線的增益為Gt，接收天線的增益為Gr，則接收到的信號(hào)載波功率為2195.2.2自由空間傳播損耗若不考慮發(fā)射天線增益Gt和接收天線增益Gr，電波的自由空間損耗定義為發(fā)射功率與接收功率之比，即通常用分貝表示自由空間傳播損耗，即2205.2.2自由空間傳播損耗若考慮發(fā)射天線增益Gt和接收天線增益Gr，則將這種有方向性的傳播損耗稱為系統(tǒng)損耗，通常用L表示，其分貝形式為2215.2.3地面效應(yīng)和大氣效應(yīng)地面效應(yīng)傳播路徑上障礙物的阻擋或部分阻擋引起的損耗電波在平滑地面（如水面、沙漠、草原等）的反射引起的多徑傳播，進(jìn)而產(chǎn)生接收信號(hào)的干涉衰落。

地面反射電波在比較平滑的地表面上傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的鏡面反射，形成多徑傳播。大氣效應(yīng)大氣對(duì)微波傳輸所產(chǎn)生的影響主要有大氣損耗、雨雪天氣引起的損耗以及大氣折射引起的損耗。

2225.3數(shù)字微波通信系統(tǒng)5.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成5.3.2微波波道及其頻率配置5.3.3發(fā)信設(shè)備5.3.4收信設(shè)備5.3.5天饋線系統(tǒng)2235.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成數(shù)字微波通信線路2245.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成數(shù)字微波通信系統(tǒng)組成用戶終端；交換機(jī)；數(shù)字終端機(jī)；微波站2255.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成用戶終端直接為用戶所使用的終端設(shè)備。如電話機(jī)、傳真機(jī)、計(jì)算機(jī)、調(diào)度電話機(jī)等。交換機(jī)用戶可通過交換機(jī)進(jìn)行呼叫連接，建立暫時(shí)的通信信道或電路。這種交換可以是模擬交換，也可以是數(shù)字交換。目前，大容量干線絕大部分采用數(shù)字程控交換機(jī)。數(shù)字終端機(jī)實(shí)際上是一個(gè)數(shù)字電話終端復(fù)用/分接設(shè)備，其基本功能是把來自交換機(jī)的多路信號(hào)進(jìn)行復(fù)接，復(fù)接信號(hào)送往數(shù)字微波傳輸信道。同時(shí)把來自微波終端站的復(fù)接信號(hào)進(jìn)行分接，分接信號(hào)送往交換機(jī)。2265.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成微波站數(shù)字微波終端站數(shù)字微波中繼站數(shù)字微波分路站數(shù)字微波樞紐站

2275.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成數(shù)字微波終端站數(shù)字微波終端站指的是位于線路兩端或分支線路終點(diǎn)的微波站。在SDH微波終端站設(shè)備中包括發(fā)信端和收信端兩大部分。SDH微波終端站的發(fā)信端主要負(fù)責(zé)完成主信號(hào)的發(fā)信基帶處理（包括CMI/NRZ變換、SDH開銷的插入與提取、微波幀開銷的插入和旁路業(yè)務(wù)的提取等）、調(diào)制（包括糾錯(cuò)編碼、擾碼和差分編碼等）、發(fā)信混頻和發(fā)信功率方法等。SDH微波終端站的收信端主要負(fù)責(zé)完成主信號(hào)的低噪聲接收（根據(jù)需要可含分集接收和分集合成）、解調(diào)（含中頻頻域均衡、基帶或中頻時(shí)域均衡、收信差分譯碼、解擾碼和糾錯(cuò)譯碼等）以及收信基帶處理（含旁路業(yè)務(wù)的提取、微波幀開銷的插入與提取、SDH開銷的插入與提取，以及NRZ/CMI變換等）。

2285.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成數(shù)字微波中繼站數(shù)字微波中繼站指的是位于線路中間的微波站。根據(jù)對(duì)信號(hào)的處理方式不同，又可將中繼站分為中間站和再生中繼站，再生中繼站又包括上下話路和不上下話路兩種結(jié)構(gòu)。

數(shù)字微波中繼站的中繼方式基帶中繼（再生轉(zhuǎn)接）外差中繼（中頻轉(zhuǎn)接）直接中繼（射頻轉(zhuǎn)接）

2295.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成基帶中繼（再生轉(zhuǎn)接）方式2305.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成外差中繼（中頻轉(zhuǎn)接）方式2315.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成直接中繼（射頻轉(zhuǎn)接）

方式2325.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成數(shù)字微波分路站數(shù)字微波分路站指的是位于線路中間的微波站，既可以上、下某收、發(fā)信波道的部分支路，也可以溝通干線上兩個(gè)方向之間的通信。由于在此站上能夠完成部分波道信號(hào)的再生，因此該站應(yīng)配備有SDH微波傳輸設(shè)備和SDH分插復(fù)用設(shè)備（ADM）。

2335.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成數(shù)字微波樞紐站數(shù)字微波樞紐站指的是位于干線上的、需要完成多個(gè)方向通信任務(wù)的微波站。在系統(tǒng)多波道工作的情況下，此類站應(yīng)能完成對(duì)某些波道STM-4信號(hào)或部分支路的轉(zhuǎn)接和話路的上、下功能，同時(shí)也能完成對(duì)某些波道STM-4信號(hào)的復(fù)接和分接操作，如果需要，還能對(duì)某些波道的信號(hào)進(jìn)行再生處理后的再繼續(xù)傳播。

2345.3.2微波波道及其頻率配置微波通信頻率配置的基本原則是使整個(gè)微波傳輸系統(tǒng)中的相互干擾最小，頻率利用率最高。頻率配置時(shí)應(yīng)考慮的因素整個(gè)頻率的安排要緊湊，使得每個(gè)頻段盡可能獲得充分利用。在同一中繼站中，一個(gè)單向傳輸信號(hào)的接收和發(fā)射必須使用不同的頻率，以避免自調(diào)干擾。在多路微波信號(hào)傳輸頻率之間必須留有足夠的頻率間隔以避免不同信道間的相互干擾。因微波天線和天線塔建設(shè)費(fèi)用很高，多波道系統(tǒng)要設(shè)法共用天線，因此選用的頻率配置方案應(yīng)有利于天線共用，達(dá)到既能使天線建設(shè)費(fèi)用低又能滿足技術(shù)指標(biāo)的目的。避免某一傳輸信道采用超外差式接收機(jī)的鏡像頻率傳輸信號(hào)。2355.3.2微波波道及其頻率配置單波道的頻率配置二頻制頻率分配

四頻制頻率分配

2365.3.2微波波道及其頻率配置二頻制頻率分配

2375.3.2微波波道及其頻率配置四頻制頻率分配

2385.3.2微波波道及其頻率配置越站干擾

2395.3.2微波波道及其頻率配置多波道的頻率配置收發(fā)頻率相間排列收發(fā)頻率集中排列2405.3.2微波波道及其頻率配置收發(fā)頻率相間排列:2415.3.2微波波道及其頻率配置收發(fā)頻率集中排列:2425.3.2微波波道及其頻率配置頻率再用頻率再用是一種提高頻道利用率的常用技術(shù)。由微波的極化特性可知，利用兩個(gè)相互正交信號(hào)的極化方式（如水平極化和垂直極化）可以減少它們之間的干擾，由此可以對(duì)微波波道實(shí)行頻率再用。在微波通信系統(tǒng)中，頻率再用就是在相同和相近的波道頻率位置，借助不同的極化方式來增加射頻波道數(shù)量。頻率再用方案同波道型頻率再用插入波道型頻率再用

2435.3.2微波波道及其頻率配置同波道型頻率再用2445.3.2微波波道及其頻率配置插入波道型頻率再用2455.3.3發(fā)信設(shè)備直接調(diào)制式發(fā)信機(jī)變頻式發(fā)信機(jī)

2465.3.3發(fā)信設(shè)備發(fā)信機(jī)的主要性能指標(biāo)工作頻段輸出功率頻率穩(wěn)定度2475.3.4收信設(shè)備收信設(shè)備的組成:2485.3.4收信設(shè)備收信機(jī)的主要性能指標(biāo)工作頻段收信本振的頻率穩(wěn)定度噪聲系數(shù)通頻帶選擇性收信機(jī)的最大增益自動(dòng)增益控制范圍2495.3.5天饋線系統(tǒng)天饋線系統(tǒng)由饋線、雙工器和天線組成。微波通信中的饋線有同軸電纜和波導(dǎo)管兩種形式。一般在分米波段可以采用同軸電纜，而在厘米波段采用波導(dǎo)管可以降低饋線損耗。對(duì)天饋線系統(tǒng)的總體要求是：足夠的天線增益、良好的方向性、低傳輸損耗饋線系統(tǒng)、極小的電壓駐波比。整個(gè)天饋線系統(tǒng)應(yīng)該具有較高的極化去耦度和足夠的機(jī)械強(qiáng)度。250本章小結(jié)及知識(shí)點(diǎn)微波通信的概念和特點(diǎn)微波通信系統(tǒng)的分類及應(yīng)用微波的視距傳播特性數(shù)字微波通信系統(tǒng)的組成數(shù)字微波中繼站的中繼方式微波波道及其頻率配置數(shù)字微波收發(fā)信設(shè)備251本章習(xí)題解題指導(dǎo)概念部分主要給出對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，教學(xué)中可以指導(dǎo)學(xué)生在相關(guān)章節(jié)中自己歸納。252現(xiàn)代通信技術(shù)概論第6章衛(wèi)星通信系統(tǒng)6.1概述6.2衛(wèi)星運(yùn)行軌道6.3衛(wèi)星通信的多址方式6.4VSAT系統(tǒng)6.5衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)2546.1概述6.1.1衛(wèi)星通信發(fā)展簡(jiǎn)史6.1.2衛(wèi)星通信的特點(diǎn)6.1.3衛(wèi)星通信的工作頻段6.1.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成6.1.5衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類2556.1概述衛(wèi)星通信是指設(shè)置在地球上（包括地面、水面和低層大氣中）的無線電通信站之間利用人造地球衛(wèi)星作中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電波，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信。衛(wèi)星通信是在地面微波中繼通信和空間電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種通信方式，它是宇宙無線通信的主要形式之一，也是微波通信發(fā)展的一種特殊形式。2566.1.1衛(wèi)星通信發(fā)展簡(jiǎn)史衛(wèi)星通信的起源2576.1.1衛(wèi)星通信發(fā)展簡(jiǎn)史1957年10月，前蘇聯(lián)成功發(fā)射了世界上第一顆低軌人造地球衛(wèi)星Sputnik。1958年，美國(guó)宇航局發(fā)射了“SCORE”衛(wèi)星，并通過該衛(wèi)星廣播了美國(guó)總統(tǒng)圣誕節(jié)祝詞。1962年，美國(guó)電話電報(bào)公司發(fā)射了“電星”，它可進(jìn)行電話、電視、傳