第1章1.3-通信技術入門要點.ppt

1、1.3 通信技術入門,1.3.1 通信的基本原理 1.3.2 模擬通信與數(shù)字通信 1.3.3 光纖通信和無線通信 1.3.4 移動通信,1.3.1 通信的基本原理,（1） 通信系統(tǒng)的基本模型 （2） 調(diào)制與解調(diào) （3） 多路復用技術,什么是通信(communication)？,廣而言之，通信就是信息的(遠距離)傳遞與交流 現(xiàn)代通信使用電波或光波傳遞信息的技術，也稱為電信（telecommunication），如電報、電話、傳真、電子郵件、BBS、QQ等,對通信系統(tǒng)的一般要求,遠距離：傳輸距離要遠 低成本：傳輸成本要低 高速度：從發(fā)生到接收延遲時間要短 可靠：傳輸?shù)男畔⒉荒苡绣e誤 方便：任何時間

2、和地點都能通信 安全：傳輸?shù)男畔⒁Ｃ?，不能泄?通信系統(tǒng)的模型,通信的三要素：,舉例:,信道的任務是迅速、可靠而準確地將信號從信源傳輸?shù)叫潘?被傳輸?shù)男畔⒍急仨氁阅撤N電(或光)信號的形式才能進行傳輸,發(fā)送信息的設備,接收信息的設備,模擬信號與數(shù)字信號,通信系統(tǒng)中被傳輸?shù)男畔⒈仨氜D(zhuǎn)換成某種電信號(或光信號) 才能進行傳輸,電信號(或光信號) 有兩種形式： 模擬信號形式: 通過連續(xù)變化的物理量（如信號的幅度）來表示信息，例如人們打電話或者播音員播音時聲音經(jīng)話筒(麥克風)轉(zhuǎn)換得到的電信號； 數(shù)字信號形式: 使用有限個狀態(tài)(一般是2個狀態(tài))來表示（編碼）信息，例如電報機、傳真機和計算機發(fā)出的信號都是

3、數(shù)字信號,模擬信號如何傳輸？,近距離傳輸： 直接傳輸 (如：MP3播放器 耳機 ；計算機輸出信號 投影儀) 遠距離傳輸： 通過載波來傳輸模擬信號(如：廣播電臺收音機) 什么是載波？ 研究發(fā)現(xiàn)，高頻振蕩的正弦波信號在長距離通信中能夠比其他信號傳送得更遠。因此若把高頻振蕩的正弦波信號作為攜帶信息的載波，把模擬信號放在(調(diào)制在)載波上傳輸，則可比直接傳輸遠得多,模擬信號如何進行載波傳輸？ 三種調(diào)制方法,實現(xiàn)信號調(diào)制與解調(diào)的設備分別稱為“調(diào)制器”和“解調(diào)器”：,數(shù)字信號如何傳輸？,近距離傳輸方法基帶傳輸 近距離傳輸時：不加處理直接進行（如：USB連接） 較長距離傳輸：需作碼型轉(zhuǎn)換（如：以太網(wǎng)中傳輸數(shù)字

4、信號）,遠距離傳輸方法通過載波來傳輸數(shù)字信號(頻帶傳輸),數(shù)字信號的三種調(diào)制方法,小結1: 遠距離通信必須使用MODEM,通信一般是雙向進行的，收發(fā)雙方都需要調(diào)制器與解調(diào)器，它們通常做在一起，稱為調(diào)制解調(diào)器(MODEM),信源信號通過調(diào)制器 調(diào)整載波的某個參數(shù)(幅度、頻率或相位),到達目的地后，使用解調(diào)器把載波所攜帶的信號檢測出來，恢復為原始信號的形式,經(jīng)過調(diào)制后的載波信號，攜帶著被傳輸?shù)男盘栐谛诺乐羞M行長距離傳輸,怎樣實現(xiàn)低成本傳輸？,分析： 通信系統(tǒng)中，傳輸線路的建設和維護成本占整個系統(tǒng)成本的相當大的份額 一條傳輸線路（銅線、光纖、無線電波）的容量通常遠超過傳輸1路用戶信號所需的能力 采用

5、的技術多路復用技術(Multiplexing) 多路信號使用同一條傳輸線同時進行傳輸 方法： 頻分多路復用（FDM） 時分多路復用（TDM） 波分多路復用（WDM）,頻分多路復用(Frequency Division Multiplexing, FDM),思想：將每個通信終端發(fā)送的信號調(diào)制在不同頻率的載波上，通過頻分多路復用器(MUX)將它們復合成為一個信號，然后在同一傳輸線路上進行傳輸。抵達接收端之后，借助分路器(DEMUX)把不同頻率的載波分離出來，送到不同的接收設備 工作原理：,將不同頻率的載波信號合成在一起,使用一組濾波器分解出不同頻率的載波信號,頻分多路復用舉例1,廣播電臺節(jié)目的發(fā)送

6、與接收,常見廣播電臺使用的載波頻率 中波 900 KHz(南京經(jīng)濟臺) 中波1008 KHz (南京新聞臺) 短波 15.28 MHz(英國BBC) 短波 15.29 MHz(VOA美國之音) 調(diào)頻104.3MHz (南京體育臺) 調(diào)頻105.8MHz(南京音樂臺),時分多路復用(Time Division Multiplexing, TDM),思想：各通信終端（計算機、電話）以規(guī)定的順序和時間輪流使用同一傳輸線路進行數(shù)據(jù)傳輸 工作原理：,1.3.2 模擬通信與數(shù)字通信,（1） 模擬通信 （2） 數(shù)字通信 （3） 數(shù)字通信系統(tǒng),模擬通信,信源產(chǎn)生的模擬信號直接進行傳輸或者通過對載波調(diào)制后進行傳

7、輸?shù)耐ㄐ偶夹g稱為模擬通信技術 應用： (傳統(tǒng)的)有線載波電話 無線電廣播 電視（衛(wèi)星電視、數(shù)字有線電視除外） 優(yōu)點：歷史長，技術成熟，結構簡單，成本低 缺點：在信號的調(diào)制和傳輸過程中易受噪聲干擾，傳輸質(zhì)量不夠穩(wěn)定 趨勢：已經(jīng)越來越多地被數(shù)字通信所取代,什么是數(shù)字通信？,將信源產(chǎn)生的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號（或信源直接產(chǎn)生數(shù)字信號）之后，直接進行傳輸或通過用數(shù)字信號對載波進行數(shù)字調(diào)制來傳輸信息的技術稱為數(shù)字通信 數(shù)字通信技術的優(yōu)點： 抗干擾能力強，差錯可控制，無噪聲積累，傳輸質(zhì)量高 靈活性好，能適應多種應用需求，聲音、圖像、數(shù)據(jù)均可傳輸 傳輸?shù)臄?shù)字信號可以直接由計算機進行存儲、管理和處理 數(shù)字信號

8、的加密比模擬信號容易，所以通信的安全性高 數(shù)字電路容易用超大規(guī)模集成電路實現(xiàn)，有利于通信設備的小型化、微型化，也降低了功耗,1.3.3 光纖通信與無線通信,（1） 傳輸介質(zhì)的類型與特點 （2） 光纖通信 （3） 無線通信,傳輸介質(zhì)的類型與特點,雙絞線和同軸電纜,原理：利用電流(電壓)傳輸信息 雙絞線分類 3類線(10 Mb/s)；5類線(100Mb/s)； 6類線(200Mb/s) 無屏蔽雙絞線 (UTP)；屏蔽雙絞線 (STP),同軸電纜分類 基帶同軸電纜（50） 傳輸數(shù)字信號 寬帶同軸電纜（75） 傳輸模擬信號,光纖與光纜,光線,光波在光纖中的傳播,光導纖維（光線的入射角足夠大時，就會出現(xiàn)

9、全反射，重復此過程，光就沿著光纖傳播下去）,光波,光纜,光纖通信原理,在發(fā)送端，由需要傳輸?shù)臄?shù)字信號（電信號）去驅(qū)動一個光源（半導體激光器或發(fā)光二極管），并對發(fā)出的光信號進行調(diào)制,在接收端，信號經(jīng)放大后由光檢測器（半導體光電管）進行檢測、解調(diào)，轉(zhuǎn)換成電信號之后輸出,調(diào)制后的光信號通過光纖進行傳輸，為了補償光纖線路的損耗，消除信號失真和噪聲干擾，每隔一定的距離要接入中繼器,波分多路復用(Wave Division Multiplexing, WDM),為提高傳輸效率，1根光纖中可以同時傳輸幾種不同波長的光波，每種光波各自傳輸自己所攜帶的信息，速率可達到 40G-100Gbit/s 原理：,光纖,

10、發(fā)送端有N個發(fā)送單元，它們各自發(fā)出不同波長的光波,通過復用器（稱為合波器）合并起來，進入同一根光纖進行傳輸,接收端用分路器(稱為分波器)將不同波長的光分開，分別送到各自的光電檢測器恢復出原始信號,光纖通信的發(fā)展與應用,從上世紀80年代起，世界各國開始大規(guī)模鋪設光纖通信線路，光纖傳輸網(wǎng)已經(jīng)成為幾乎所有現(xiàn)代通信的基礎平臺 高速光纖數(shù)字傳輸線路采用統(tǒng)一的國際標準，稱為同步數(shù)字系列(SDH)，又稱為同步光纖網(wǎng)(SONET)，它既是電話和有線電視的骨干傳輸網(wǎng)，又是計算機網(wǎng)絡的骨干網(wǎng) SDH的速率等級：,有人認為未來只有兩種通信手段： 光纖：用于所有固定設備（電話、傳真機、計算機）通信 無線通信：用于所有

11、移動通信。,無線通信,原理：模擬信號或數(shù)字信號使用電磁波調(diào)制后進行傳輸,三種無線電波,無線電波使用方便，但安全性不高。 中波主要沿地面?zhèn)鞑?，繞射能力強，適用于廣播和海上通信； 短波具有較強的電離層反射能力，適用于環(huán)球通信； 超短波和微波的繞射能力較差，只能作為視距或超視距中繼通信。,微波通信,微波：300MHz300GHz范圍內(nèi)的電磁波，波長為1 m1mm,特點： 直線傳播，不能沿地球表面?zhèn)鞑ィo繞射性），需要每隔幾十公里設立一個中繼站 容量大、可靠性高 建設費用低 抗災能力強 應用：長途電話、蜂窩移動電話、全數(shù)字高清晰度電視（HDTV）等,衛(wèi)星通信,衛(wèi)星通信: 中繼站在人造地球衛(wèi)星上的一種微

12、波通信 優(yōu)點：通信距離遠、頻帶寬、容量大、抗干擾強、通信穩(wěn)定 缺點：造價高、技術復雜、有較大延時、同步軌道衛(wèi)星數(shù)目僅180顆,赤道上方高度為35800公里的地方為地球同步軌道，衛(wèi)星的運行周期與地球自轉(zhuǎn)一圈的周期相同，在地面上看這種衛(wèi)星好似靜止不動。一顆同步軌道衛(wèi)星覆蓋約120， 3顆同步定點軌道衛(wèi)星可以覆蓋地球的幾乎全部面積，進行二十四小時的全天候通信,1.3.4 移動通信,（1） 什么是移動通信 （2） 移動通信原理 （3） 第2代和第3代移動通信,什么是移動通信？,處于移動狀態(tài)的對象相互間的通信，如手機、無繩電話、尋呼系統(tǒng)等 優(yōu)點：克服通信終端位置對用戶的限制，快速和及時地傳遞信息,基站,

13、移動臺 （手機）,移動電話交換中心,公用電話網(wǎng),蜂窩移動通信原理,每10km20km的區(qū)域稱為單元（形似蜂窩），單元的中央建有一個基站，該單元內(nèi)所有手機都向該基站發(fā)送信號并接收基站發(fā)給的信號 所有單元既相互分割，又彼此有所交疊，連成整個移動通信服務網(wǎng) 所有基站都通過微波或電纜、光纜與移動交換中心通信 手機每個時刻都處于某個特定單元的基站控制之下，通話時使用兩個頻率（一個上行頻率，一個下行頻率），同一單元內(nèi)同一時刻的不同手機使用不同的頻率進行通信，相互不影響,每個蜂窩單元中有200多個信道(GSM)。 相鄰單元不允許使用相同的頻率，不相鄰單元的頻率允許重用,第二代移動通信系統(tǒng),傳輸?shù)氖菙?shù)字化的語

14、音/文字信號 使用頻段：900MHz/1800MHz 我國使用的2種標準： GSM（歐洲移動通信系統(tǒng)，也稱全球通、全數(shù)字系統(tǒng)) 中國電信的GSM網(wǎng)已基本實現(xiàn)縣以上城市的覆蓋, 接入號有139135、130 采用頻分多路復用技術(分為124個上下行信道)和時分多路復用(每個信道8個連接)，每個蜂窩理論上支持992個連接，實際上可有200多個 CDMA (碼分多址接入，Code Division Multiple Access) 所有手機都占用相同帶寬和頻率，在整個頻段上進行信號傳輸,但它們分別采用不同的編碼原理加以區(qū)分，即CDMA給每一手機分配一個唯一的碼序列（擴頻碼），并用它對承載信息的信號進

15、行編碼 抗干擾能力強，系統(tǒng)容量大，接通率高，噪聲小，,第三代數(shù)字移動通信系統(tǒng),第2代移動通信的不足： （1）數(shù)據(jù)傳輸速率過低（9.6kb/s或57kb/s） （2）容量有限，不能滿足發(fā)達地區(qū)手機用戶高度密集的要求。 （3）不能實現(xiàn)覆蓋全球的無縫連接 第3代移動通信技術（簡稱3G）的目標： （1）全球漫游 （2）適應多種環(huán)境，地面移動通信與衛(wèi)星移動通信相結合 （3）提供高質(zhì)量的話音通信、數(shù)據(jù)通信和高分辨率圖像通信 （4）提供足夠的系統(tǒng)容量，具有高保密性和優(yōu)質(zhì)的服務 技術： 頻譜：1885 MHz 2025MHz，2110MHz2200MHz 傳輸速率：室內(nèi)：2Mb/s，步行：384kb/s，快速移動：114kb