現(xiàn)代通信系統(tǒng)課件：現(xiàn)代通信基本概念

現(xiàn)代通信基本概念1.1人類科技進(jìn)步的產(chǎn)物-現(xiàn)代通信1.1.1模擬通信與數(shù)字通信在遠(yuǎn)古時(shí)代，人類就用烽火臺(tái)、擊鼓、驛站等方式進(jìn)行簡(jiǎn)單的信息傳遞，這是遠(yuǎn)古時(shí)代的通信。

自1876年貝爾發(fā)明電話以來．人們之間的信息傳遞變?yōu)殡娦盘?hào)的實(shí)時(shí)傳遞-電話，人們稱之為電信。1973年，有關(guān)同際電信公約及規(guī)定將“電信”這一基本術(shù)語定義為：利用有線電、無線電、光學(xué)或其他電磁系統(tǒng)對(duì)符號(hào)、信號(hào)、文字、影像、聲音或任何信息的傳輸、發(fā)射或接收。

以上談到的電信，就是本書講的“通信”。簡(jiǎn)而言之，通信就是信息的傳遞與交流。電話就是使電信號(hào)隨著人的聲帶振動(dòng)而變化井進(jìn)行傳遞和交流的通信設(shè)備。以前的步進(jìn)制、縱橫制、機(jī)電式、半電子式等電話交換傳遞的信號(hào)，以及早期的電視技術(shù)、用載波和微波來傳輸?shù)碾娫?、電視（現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的CATV）信號(hào)等都屬于模擬通信的范疇。模擬通信傳遞的電信號(hào)在時(shí)間上的瞬時(shí)幅值是連續(xù)的。這些模擬通信技術(shù)成熟，設(shè)備簡(jiǎn)單，成本低。但i亥技術(shù)存在著干擾嚴(yán)重、信號(hào)處理難、不易集成和設(shè)備龐大等許多缺點(diǎn)。

在20世紀(jì)60年代．為解決交換局內(nèi)的中繼線干擾等問題，出現(xiàn)了PCM（話音編碼）技術(shù)．接著數(shù)字程控交換機(jī)投入使用，從此開始用數(shù)字信號(hào)（瞬時(shí)幅值離散的信號(hào)）來交換和傳遞信息，信息傳遞發(fā)生了根本變革

-數(shù)字通信。1.1.2現(xiàn)代通信技術(shù)的基礎(chǔ)-

微電子技術(shù)電子學(xué)，特別是微電子學(xué)．是信息技術(shù)的關(guān)鍵，是現(xiàn)代通信產(chǎn)業(yè)的重要基礎(chǔ)，在很大程度上決定著硬件設(shè)備的運(yùn)行能力。衡量微電子技術(shù)發(fā)展程度的一個(gè)重要指標(biāo)，是在指甲大小的硅芯片上能集成的元件數(shù)目。由于其設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝水平的不斷改進(jìn)，如采用了電子射線蝕刻技術(shù)等先進(jìn)工藝，大大提高了集成電路的集成度，使芯片集成度按摩爾定律發(fā)展，即以每9～18個(gè)月翻一番的速度上升，發(fā)展到納米級(jí)（0.1～100nm），可在一片芯片上集成幾十億至上百億個(gè)元件，并正在向極限挑戰(zhàn)。將來會(huì)把整個(gè)通信設(shè)備集成在一塊芯片上，這為通信設(shè)備和l計(jì)算機(jī)微型化奠定了基礎(chǔ)。

1.1.3現(xiàn)代通信技術(shù)的核心-

計(jì)算機(jī)技術(shù)電話交換技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)緊密結(jié)合．使交換技術(shù)數(shù)字程控化。通信與計(jì)算機(jī)融為一體，這使通信技術(shù)得到了飛躍發(fā)展，我們把數(shù)字通信與計(jì)算機(jī)的融合稱為現(xiàn)代通信。隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算速度的加快和微電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展，其軟件處理能力幾乎每10年翻一番。隨著智能計(jì)算機(jī)、光子計(jì)算機(jī)、生物計(jì)算機(jī)、沖經(jīng)元計(jì)算機(jī)及超導(dǎo)計(jì)算機(jī)在通信裝備中的應(yīng)用，加之智能媒介計(jì)算機(jī)識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等信息技術(shù)的采用及IP技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，包交換已是大勢(shì)所趨，光交換己出現(xiàn)曙光。這對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)字程控電話交換技術(shù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，同時(shí)也將使通信領(lǐng)域變得更加活躍，通信技術(shù)得到更大的發(fā)展。1.1.4光通信的基礎(chǔ)-光子技術(shù)1964年，英籍華人高銀博士首先提出利用玻璃纖維實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。20世紀(jì)70年代，美國(guó)首先制成了實(shí)用的玻璃光導(dǎo)纖維光纖．使光纖通信成為現(xiàn)實(shí)。隨著光子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了電子光子芯片。在這種芯片上，電子與光子產(chǎn)生了復(fù)雜的相互作用，提供了速率為幾十到上百千兆比特的光波通信能力，使光；光通信系統(tǒng)從PDH向SDH光傳輸系統(tǒng)發(fā)展。光器件及光通信設(shè)備的需求過去主要來自傳統(tǒng)的電信運(yùn)營(yíng)商，但近年來隨著云計(jì)算及數(shù)據(jù)中心的蓬勃發(fā)展．?dāng)?shù)據(jù)中心對(duì)于光器件的需求開始加速，統(tǒng)計(jì)表明2016年其需求超過電信市場(chǎng)的一半，為光器件市場(chǎng)帶來新的增量。1.1.5衛(wèi)星通信技術(shù)的基礎(chǔ)-空間技術(shù)航天技術(shù)的發(fā)展．促進(jìn)了現(xiàn)代空間通信的發(fā)展。從1057年蘇聯(lián)發(fā)射第顆人造地球衛(wèi)星以來，火箭、航天飛機(jī)等空間技術(shù)發(fā)展非常迅速。把通信衛(wèi)星送到各種軌道的技術(shù)已經(jīng)成熟，三顆同步衛(wèi)星的通信也罔即可覆蓋全球?，F(xiàn)在人們已經(jīng)利用各種衛(wèi)星獲取了大量信息，并將這些信息廣泛應(yīng)用于航天、航海、氣象、定位、救災(zāi)等方面。衛(wèi)星通信、衛(wèi)星電視已經(jīng)遍及全世界。通信衛(wèi)星正向大容量、長(zhǎng)壽命方向發(fā)展。低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的利用，將使地面、空間的通信系統(tǒng)連成一體。這意味著真正的全球個(gè)人通信，即人們?cè)诘厍蛏先魏蔚胤剑ò懙?、森林、沙漠、湖泊、高山、海洋、空間）都可隨時(shí)與任何人或機(jī)器進(jìn)行信息交流。1.2

現(xiàn)代通信的基本特征-數(shù)字化1.2.1現(xiàn)代通信系統(tǒng)與數(shù)字化當(dāng)今我們經(jīng)常談到的信息，是指數(shù)字化的信息，可以說人類的進(jìn)步是一代比一代數(shù)字化。美國(guó)著名未來科學(xué)家尼葛洛龐帝在《數(shù)字化生存》一書中提出了要實(shí)現(xiàn)信息化，數(shù)字技術(shù)是關(guān)鍵。我們經(jīng)常談到的通信，是指由各種通信系統(tǒng)所構(gòu)成的收、發(fā)兩端之間的信息傳遞。數(shù)字光纖通信系統(tǒng)、數(shù)字微波通信系統(tǒng)、數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)、數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，以及綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)等，無不在各種通信前面冠以“數(shù)字”二字，即表明現(xiàn)代通信系統(tǒng)首先要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，由各種數(shù)字化的通信系統(tǒng)構(gòu)成現(xiàn)在的各種通信網(wǎng)。在各種通信前面冠以“數(shù)字”二字，也可以說，現(xiàn)代通信姓”數(shù)”。由此可見，現(xiàn)代通信的基本技術(shù)特征即為數(shù)字化。數(shù)字化指的就是數(shù)字技術(shù)。簡(jiǎn)單地說，就是各種信息經(jīng)數(shù)字化處理，編成“1”和“0”，即“有”“無”這樣簡(jiǎn)單的二進(jìn)制信號(hào)－如電脈沖信號(hào)，有脈沖稱為“1”信號(hào)，無脈沖稱為“0”信號(hào)。圖1.1數(shù)字信號(hào)脈沖波形1.2.2數(shù)字信號(hào)及數(shù)字通信的特點(diǎn)數(shù)字信號(hào)為何那么神通廣大？數(shù)字技術(shù)為什么發(fā)展如此迅速呢？這主要是因?yàn)閿?shù)字信號(hào)及數(shù)字通信有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：

(1）數(shù)字信號(hào)便于存儲(chǔ)、處理（加密等）。正是因?yàn)閿?shù)字信號(hào)便于存儲(chǔ)、處理，才使計(jì)算機(jī)技術(shù)迅速發(fā)展，特別是微型計(jì)算機(jī)。通信與計(jì)算機(jī)結(jié)合，發(fā)展了現(xiàn)代通信技術(shù)和現(xiàn)代信息技術(shù)，如VCD、DVD視盤等。

(2）數(shù)字信號(hào)便于交換和傳輸。計(jì)算機(jī)與電話交換技術(shù)結(jié)合，出現(xiàn)了數(shù)字程控交換，由于光電器件的采用，“比特”數(shù)字信號(hào)很容易轉(zhuǎn)變?yōu)楣饷}沖信號(hào)，便于傳輸。

(3）數(shù)字信號(hào)便于組成數(shù)字多路通信（系統(tǒng)）。由于數(shù)字信號(hào)是用時(shí)間上的“有”和“無”信號(hào)來傳遞信息的，因而從時(shí)間可分性來衡量，它可以在單位時(shí)間里傳輸多個(gè)“有”“無”信號(hào)，即“占”“空”信號(hào)，在空的時(shí)隙中可間插其他脈沖信號(hào)，以形成多路通信（數(shù)字復(fù)接技術(shù)）。從電話的多路來看，原來每對(duì)線可傳一路電話，而現(xiàn)在用電光脈沖來傳電話，一根光纖可傳上萬、幾十萬路電話，傳輸帶寬可達(dá)幾百千兆以上。

(4）便于組成數(shù)字網(wǎng)。由于通信交換和傳輸?shù)亩际菙?shù)字信號(hào)，因此把各個(gè)數(shù)字程控交換局和數(shù)字傳輸連接起來就成了綜合數(shù)字網(wǎng)IDN，再把各用戶終端、各種業(yè)務(wù)數(shù)字化處理后，都可以統(tǒng)一到→個(gè)網(wǎng)中，即組成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，如Internet等。這樣的數(shù)字網(wǎng)，智能化程度、可靠性等都很高。

(5）數(shù)字化技術(shù)便于通信設(shè)備小型化、微型化。電子器件采用了數(shù)字化技術(shù)后，芯片集成度更高，達(dá)到亞微米級(jí)和納米級(jí)，每個(gè)芯片包含幾十億至上百億個(gè)元件，這使現(xiàn)代通信設(shè)備產(chǎn)品更小型化、微型化。

(6）數(shù)字通信抗干擾性強(qiáng)，噪聲不積累。信號(hào)在通信中傳輸一段距離后，信號(hào)能量會(huì)受到損失，噪聲的干擾會(huì)使波形變壞，為了提高其信噪比．要及時(shí)將變形的信號(hào)進(jìn)行處理、放大。

除以上的優(yōu)點(diǎn)外，數(shù)字通信也有缺點(diǎn)-占頻帶較寬。模擬信號(hào)經(jīng)數(shù)字化后，一般占用頻帶較寬，經(jīng)PCM數(shù)字編碼后其速率達(dá)64kb/s。特別是復(fù)雜的電視信號(hào)，由原來的6MHz帶寬，經(jīng)PCM數(shù)字化后變?yōu)閹装僬妆忍孛棵霐?shù)字信號(hào)，這是它的不足之處。

因此，在數(shù)字通信中，一般都采用數(shù)字壓縮技術(shù)來降低其速率，如電視信號(hào)經(jīng)壓縮編碼，其速率可降低為2Mb/s，甚至幾百千比特每秒。隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展以及寬帶傳輸技術(shù)的采用，數(shù)字信號(hào)占頻帶較寬的弱點(diǎn)，在現(xiàn)代通信中已逐漸被克服。

圖1.2兩類通信方式抗擾性能比較（a）模擬信號(hào)；（b）數(shù)字信號(hào)1.3現(xiàn)代通信的特點(diǎn)及主要內(nèi)容1.3.1綜合化綜合化具有雙重含義。其一是技術(shù)的綜合化，即無論是傳輸、交換還是通信處理功能都采用數(shù)字技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字傳輸與數(shù)字交換的綜合，使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)．如電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)、電視網(wǎng)一體化。其二是業(yè)務(wù)的綜合，即把來自各種信息源的通信業(yè)務(wù)（如電話、電報(bào)、傳真、數(shù)據(jù)、文字、圖像電視等）綜合在同一網(wǎng)內(nèi)傳輸和處理．并可在不同的業(yè)務(wù)終端之間實(shí)現(xiàn)互通。各種通信業(yè)務(wù)的綜合，是以技術(shù)綜合為基礎(chǔ)的。

1.3.2寬帶化

寬帶化主要指現(xiàn)代數(shù)字通信寬帶化。人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的物質(zhì)文化需求，如高速數(shù)據(jù)、高速文件、可視電話、會(huì)議電視、寬帶可視罔文、高清晰度電視以及多媒介、多功能終端等促進(jìn)了新的寬帶業(yè)務(wù)的發(fā)展，從而研究開發(fā)了寬帶數(shù)字信號(hào)交換和傳輸。1.3.3智能化智能化主要指在現(xiàn)代通信中，由于大量采用了計(jì)算機(jī)及其軟件技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò)與終端、業(yè)務(wù)與管理都充滿智能。在信號(hào)處理、傳輸與交換、監(jiān)控管理及維護(hù)中通過引進(jìn)更多的智能（軟件技術(shù)），可以形成所謂的智能網(wǎng)（IN），即通信網(wǎng)智能化，從而提高網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的應(yīng)變能力，隨時(shí)提供滿足各類用戶對(duì)各種業(yè)務(wù)需求的服務(wù)。它的基本思想是改變傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)元件之間重新分配網(wǎng)絡(luò)功能，把大部分功能集中分配在少數(shù)節(jié)點(diǎn)上，而不是分配在各個(gè)交換局內(nèi)。智能網(wǎng)采用分布式結(jié)構(gòu)．以公共信令系統(tǒng)的數(shù)字交換機(jī)和智能數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)．不僅能傳遞信息．而且還能存儲(chǔ)處理信息，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。這樣可大大節(jié)省信息傳播的時(shí)間和費(fèi)用，也可減少網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營(yíng)者對(duì)交換機(jī)的依賴性。隨著IP網(wǎng)的發(fā)展，目前已形成高智能的新一代網(wǎng)絡(luò)。1.3.4個(gè)人化人們?cè)谌粘Ｉ钪锌倳?huì)到處奔波、移動(dòng)，現(xiàn)代通信已經(jīng)能使移動(dòng)中的用戶方便快捷地實(shí)現(xiàn)信息的交流

-移動(dòng)通信。對(duì)于移動(dòng)通信，大家已經(jīng)不陌生了，如2G、3G、4G以及正在發(fā)展的5G移動(dòng)通信和衛(wèi)星移動(dòng)通信等。移動(dòng)通信的發(fā)展，使通信個(gè)人化成為現(xiàn)實(shí)。

目前，數(shù)字移動(dòng)通信發(fā)展很快．如果說第三代數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)（

3G）是“邁向個(gè)人通信的第一步”，第四代數(shù)字移動(dòng)通信技術(shù)（

4G）則使個(gè)人通信普及化，給人們帶來了更加美好的未來。4G集3G與WLAN于一體，能夠快速傳輸數(shù)據(jù)、高質(zhì)量的音頻、視頻和圖像等。4G系統(tǒng)可以自動(dòng)管理、動(dòng)態(tài)改變自己的結(jié)構(gòu)以滿足系統(tǒng)變化和發(fā)展的要求。用戶可以使用各種各樣的移動(dòng)設(shè)備接入4G系統(tǒng)中，各種不同的接入系統(tǒng)結(jié)合成一個(gè)公共的平臺(tái)，它們互相補(bǔ)充、互相協(xié)作以滿足不同業(yè)務(wù)的要求。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)趨于多樣化嗎，最終會(huì)演變?yōu)樯鐣?huì)上多行業(yè)、多部門、多系統(tǒng)與人們溝通的橋梁。

1.3.5網(wǎng)絡(luò)全球化

多網(wǎng)融合是未來通信的發(fā)展方向，基于IP化的通信使各種網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，利用集群網(wǎng)關(guān)使各系統(tǒng)互通。在未來，為了完成多媒體的功能，IP網(wǎng)絡(luò)、公網(wǎng)、窄帶集群、寬帶集群、衛(wèi)星通信將完全融合在一起。通信技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)脫離純技術(shù)驅(qū)動(dòng)的模式，正在走向技術(shù)與業(yè)務(wù)相結(jié)合、互動(dòng)的新模式，這種轉(zhuǎn)變將深刻影響通信技術(shù)的走向。

日前，5G移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)成為移動(dòng)通信領(lǐng)域的全球性研究熱點(diǎn)。隨