第一讲通信技术概论

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1、现代通信技术基础通信概论李杰课程特点知识面广、知识点多内容难度以了解为主课程要求本课程的任务主要是建立通信系统的概念，掌握通信技术的基本知识、基本原理，为进一步学习通信方面的专业课及从事实际工作打下基础。课程内容简介第一章 通信技术概述第二章 数字通信系统第三章 光纤通信第四章 程控交换与软交换第五章 移动通信技术第六章 三网融合第七章 通信新技术课程学习方法与目标自学、上网查找资料开阔眼界扎实基础把握原理提升素质课程评价方法平时作业20 实验30%期末考试50第一章 通信技术概述1.1 通信发展概述1.2 通信基本概念1.3 通信系统的基本组成1.4 通信系统的主要性能指标1.1 通信发展概

2、述 自从人类存在开始，通信就已经存在，通信的目的一直没有发生过改变，变化的只是通信的方式。一.通信的概念 通信是指通过某种媒质进行的信息传递和信息交换。什么是信息？对于信息的定义非常多，在中国国家标准GB4894-85中关于信息的定义是：信息是物质存在的一种方式、形态或运动状态，也是事物的一种普遍属性，一般指数据、消息中所包含的意义，可以使消息中所描述事件的不定性减少。1.1 通信发展概述 什么是媒质？媒质即“介质”，当一种物质存在于另一种物质内部时，后者就是前者的介质。在通信中所指的媒质是能传输信息的渠道。如有线介质、无线介质。其中铜介质、光纤介质等属于有线介质，而空气则属于无线介质。1.1

3、 通信发展概述二.通信发展历史 人类的通信从远古时代就已经开始。人与人之间的语言、肢体交流就是最早出现的通信。通信的发展历史则可以分为古代通信和近现代通信。在中国古代，飞鸽传书，烽火传信，利用驿站的邮驿系统等都是属于常见的通信方式。1.1 通信发展概述 信鸽 玉门关烽火台遗址 1.1 通信发展概述 苏州横塘千年古驿站 驿使壁画 1.1 通信发展概述 国外古代常见的通信方式包括灯塔、通信塔、旗语等。【灯塔】灯塔起源于古埃及的信号烽火。世界上最早的灯塔建于公元前7世纪，位于达尼尔海峡的巴巴角上。公元前280年，古埃及人在埃及亚历山大城对面的法罗斯岛上修筑灯塔，高达85米，日夜燃烧木材，以火焰和烟柱

4、作为助航的标志。法罗斯灯塔被誉为古代世界七大奇观之一。1.1 通信发展概述 【旗语】1777年，英国的美洲舰队司令上将印了一本信号手册，成为第一个编写信号书的人。后来海军上将波帕姆爵士用一些旗子作速记字母，创立了一套完整的旗语字母。1817年，英国海军马利埃特上校编出第一本国际承认的信号码。舫海信号旗共有40面，包括26面字母旗，10面数字旗，3面代用旗和1面回答旗。旗的形状各异：有燕尾形、长方形、梯形、三角形等。旗的颜色和图案也各不相同。1.1 通信发展概述法罗斯灯塔复原图 旗语1.1 通信发展概述 近现代的通信发展历史，大致可以分为两个阶段。第一阶段是电通信阶段，第二阶段是电子信息通信阶段

5、。第一阶段的通信技术包括1876年贝尔发明电话机，1937年莫尔斯发明电报机，并设计莫尔斯电报码。1895年，马可尼和波波夫发明无线电设备，从而开创了无线电通信发展的道路。1.1 通信发展概述 电话 电报1.1 通信发展概述 1978年底，美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统(AMPS)，建成了蜂窝状移动通信网，20 世纪80 年代中期，欧洲和日本也纷纷建立了自己的蜂窝移动通信网络，主要包括英国的ETACS 系统、北欧的NMT-450 系统、日本的NTT/JTACS/NTACS 系统等。这些系统被称为第一代蜂窝移动通信系统或1G 系统。1.1 通信发展概述 1992 年，欧洲开始铺设全球第一

6、个数字蜂窝移动通信网络GSM（Global System Mobile），由于其优良的性能，GSM 在全球范围内迅速扩张，GSM 用户数一度超过全球蜂窝系统用户总数的70%。此后，美国的DAMPS 和日本的JDC 等2G 系统也相继投入使用。1993 年，美国推出了IS-95 CDMA系统。1995年ITU 将第三代移动通信系统或3G 系统命名为国际移动电信2000（IMT-2000）。具体3G技术包括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三种系统，2008年中国正式颁发3G运营牌照。1.1 通信发展概述 【程控交换技术发展历史】1878年就出现了人工交换机，它是借助话务员进行话务接续

7、。1893年步进制的交换机问世，它标志着交换技术从人工时代迈入机电交换时代。这种交换机属于“直接控制”方式，即用户可以通过话机拨号脉冲直接控制步进接续器做升降和旋转动作。从而自动完成用户间的接续。1938年纵横制(cross bar)交换机被发明，相对于步进制交换机，提高了可靠性和接续速度；提高了灵活性和控制效率,加快了速度。由于纵横制交换机具有一系列优点,因而它在电话交换发展上占有重要的地位,得到了广泛的应用。1.1 通信发展概述 人工交换机 步进制交换机 纵横制交换机交换器原理1.1 通信发展概述 美国贝尔公司于1965年生产了世界上第一台商用存储程序控制的电子交换机(No.1 ESS),

8、这一成果标志着电话交换机从机电时代跃入电子时代。法国于1970年在拉尼翁(Lanion)开通了世界上第一个程控数字交换系统E10，它标志着交换技术从传统的模拟交换进入数字交换时代。1.2 通信基本概念1.2.1 信号类型 通信是通过某种媒质进行信息传递。“信号”是信息的表现形式，“信息”则是信号的具体内容。通信的实质是信号通过某种媒质进行传递。信号分为模拟信号与数字信号两类。1模拟信号 模拟信号是指幅值连续、时间上也是连续的信号。其特点是幅度连续（连续的含义是在某一取值范围内可以取无限多个数值）。如常见的正弦波信号。1.2 通信基本概念2.数字信号 数字信号是指幅值和时间两个方面都离散的信号。

9、其特点是幅值离散（离散的含义是在某一取值范围内可以取有限多个数值）。如常见的脉冲信号 t数字信号数字信号信号信号强度强度模拟信号如何传输？近距离传输：直接传输(如：MP3播放器 耳机)远距离传输：通过载波来传输模拟信号(如：广播电台收音机)什么是载波？研究发现，高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他信号传送得更远。因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信息的载波，把模拟信号放在(调制在)载波上传输，则可比直接传输远得多模拟信号如何进行载波传输？三种调制方法调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号调制器调制器载波信号载波信号调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号解调器解调器

10、载波信号载波信号调制信号调制信号(连续信号连续信号)调幅调幅(AM)调频调频(FM)调相调相(PM)载波信号载波信号(高频正弦波高频正弦波)实现信号调制与解调的设备分别称为实现信号调制与解调的设备分别称为“调制器调制器”和和“解调器解调器”：数字信号如何传输？近距离传输方法基带传输近距离传输时：不加处理直接进行（如：USB连接）较长距离传输：需作码型转换（如：以太网中传输数字信号）二进位信号的二进位信号的不归零制不归零制(NRZ)编码编码001101双绞线双绞线计算机计算机计算机计算机NRZ 码码曼彻斯特曼彻斯特编码编码码型码型变换器变换器码型码型变换器变换器曼彻斯特曼彻斯特编码编码NRZ 码

11、码（网卡）（网卡）（网卡）（网卡）含有直流成分，含有直流成分，不便于同步，不不便于同步，不适合直接传输适合直接传输 平均直流电平为平均直流电平为0，电平的变化可，电平的变化可作为同步信号作为同步信号 二进位信号的二进位信号的曼彻斯特编码曼彻斯特编码电平从低电平从低到高表示到高表示0,从高到从高到低表示低表示1 远距离传输方法通过载波来传输数字信号(频带传输)数字信号的三种调制方法(ASKASK)幅移键控幅移键控(FSKFSK)频移键控频移键控0 00 01 11 10 01 10 00 00 01 10 0 调制信号调制信号 (两个状态两个状态)(PSKPSK)相移键控相移键控载波信号载波信号

12、(高频正弦波高频正弦波)数字调制、解调器：数字调制、解调器：调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号解调器解调器载波信号载波信号调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号调制器调制器载波信号载波信号调制解调基本概念调制（Modulation）将基带数字信号的波形变换为适合于模拟信道传输的模拟信号波形。（将数字信号转换成模拟信号）解调（Demodulation）将由调制器变换过的模拟信号波形恢复成原来的基带数字信号波形。（将模拟信号转换成数字信号）基本调制方法：调幅，调频，调相小结1:远距离通信必须使用MODEM 通信一般是双向进行的，收发双方都需要调制器与解调器，通信一般是双向进

13、行的，收发双方都需要调制器与解调器，它们通常做在一起，称为它们通常做在一起，称为调制解调器调制解调器(MODEM)信信 道道信源信源(宿宿)信宿信宿(源源)调制后调制后的载波的载波 信号信号调制后调制后的载波的载波 信号信号调制调制(解调解调)器器(调制调制)解调器解调器载波载波载波载波信源信号通过信源信号通过调调制器制器 调整载波调整载波的某个参数的某个参数(幅幅度、频率或相位度、频率或相位)到达目的地后，使用到达目的地后，使用解调器解调器把载波所携带把载波所携带的信号检测出来，恢的信号检测出来，恢复为原始信号的形式复为原始信号的形式经过调制后的载波经过调制后的载波信号，携带着被传信号，携带

14、着被传输的信号在信道中输的信号在信道中进行长距离传输进行长距离传输通信系统的一般模型1.2.3 数字通信系统模型 数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。数字通信系统可进一步细分为数字频带传输通信系统和数字基带传输通信系统。数字通信系统模型数字通信系统模型变换器的作用是把信息转换成数字基带信号。信源编码的主要任务是提高数字信号传输的有效性。信源编码器的输出就是信息码元,此外，话音和图像压缩编码等都是在信源编码器内完成。接收端信源译码则是信源编码的逆过程一、数字频带传输通信系统数字通信更能适应现代社会对通信技术越来越高的要求，数字通信技术已成为当代通信技术的主流。与模拟通信相比，它有如下

15、优点：1、抗干扰、抗噪声性能好1.3 数字通信的主要特点2、差错可控 数字信号在传输过程中出现的错误（差错），可通过纠错编码技术来控制。3、易加密数字信号与模拟信号相比，容易加密和解密。因此，数字通信保密性好。4、数字通信设备和模拟通信设备相比，设计和制造更容易，体积更小，重量更轻。5、数字信号可以通过信源编码进行压缩，以减少冗余度，提高信道利用率。6、易于与现代技术相结合。1.4 通信系统分类及通信方式表表 1.3-1 通信频段通信频段、常用传输媒质及主要用途常用传输媒质及主要用途1.4.2 通信方式 1、按信息传输的方向与时间关系划分通信方式对于点对点之间的通信，按信息传送的方向与时间关系

16、，通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。单工通信是指信息只能单方向进行传输的一种通信工作方式，如图1-5（a）所示。单工通信的例子很多，如广播、遥控、无线寻呼等。这里，信号只从广播发射台、遥控器和无线寻呼中心分别传到收音机、遥控对象和 BP 机上。半双工通信方式是指通信双方都能收发信息，但不能同时进行收和发的工作方式，如图1-5（b）所示。例如无线对讲机、收发报机等都是这种通信方式。全双工通信是指通信双方可同时进行双向传输信息的工作方式，如图1-5（c）所示。例如普通电话、计算机通信网络等采用的就是全双工通信方式。图图1-5 通信方式示意图通信方式示意图2、按数字信号码元排列方式

17、划分通信方式在数字通信中按照数字码元排列顺序的方式不同，可将通信方式分为串行传输和并行传输。并行传输是将代表信息的数字信号码元序列分割成两路或两路以上的数字信号序列同时在信道上传输，则称为并行传输通信方式，如图1-6（a）所示。并行传输的优点是速度快、节省传输时间，但需占用频带宽，设备复杂，成本高，故较少采用，一般适用于计算机和其他高速数字系统，特别适用于设备之间的近距离通信。串行传输是将代表信息的数字信号码元序列按时间顺序一个接一个地在信道中传输，如图1-6（b）所示。通常，一般的远距离数字通信都采用这种传输方式。图图1-6 并行和串行通信方式并行和串行通信方式1.5 通信系统的主要性能指标

18、 设计和评价一个通信系统，往往要涉及到许多性能指标，如系统的有效性、可靠性、适应性、经济性及使用维护方便性等。这些指标可从各个方面评价通信系统的性能，但从研究信息传输方面考虑，通信的有效性和可靠性是通信系统中最主要的性能指标。o有效性，是指消息传输的“速度”问题，o可靠性主要是指消息传输的“质量”问题。1.5.1模拟通信系统的主要性能指标 模拟通信系统的有效性指标用所传信号的有效传输带宽来表征。当信道容许传输带宽一定，而进行多路频分复用时，每路信号所需的有效带宽越窄，信道内复用的路数就越多。显然，信道复用的程度越高，信号传输的有效性就越好。信号的有效传输带宽与系统采用的调制方法有关。同样的信号

19、用不同的方法调制得到的有效传输带宽是不一样的。模拟通信系统的可靠性指标用整个通信系统的输出信噪比来衡量。信噪比是信号的平均功率S与噪声的平均功率N之比。信噪比越高，说明噪声对信号的影响越小。显然，信噪比越高，通信质量就越好。通常电话要求信噪比为2040dB（分贝），而电视则要求40dB（分贝）以上。1.5.2数字通信系统的主要性能指标一、有效性指标数字通信系统的有效性指标用传输速率和频带利用率来表征。1、传输速率传输速率有两种表示方法：码元传输速率RB和信息传输速率Rb。码元传输速率RB简称传码率，又称符号速率等。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波特（Baud），记为B。信息传输速率Rb

20、简称传信率，又称比特率等。它是指系统每秒钟传送的信息量，单位是比特/秒，常用符号“bit/s”表示。码元：它是指在数字信道中传送数字信号的一个波形符号，它可能是二进制的也可能是多机制的。例1、某一数字信号的码元速率为1200B，试问它采用四进制或二进制传输时，其信息传输速率各为多少？例2、设在125s内传输256个二进制码元，计算信息传输速率为多少？若该信息在5s内有6个码元产生误码，其误码率为多少？例3、某一个数字通信系统传输的是四进制码元，4s内传输了8000个码元，系统的码元速率是多少？传输速率是多少？若另一通信系统传输的是十六进制码元，6s内传输了7200个码元，它的码元速率是多少？传输速率是多少？哪个系统的传输速度快？例4已知某八进制数字通信系统的信息速率为3000bit/s，在收端10分钟内共收到18个错误码元，试求系统的误码率。解：依题意 则则由式（由式（1.5-6）得系统的误码率）得系统的误码率第一章结束，谢谢！