电工学-第15章现代通信技术

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1、电工技术电工技术第第 15 章章 现代通信技术现代通信技术15.3 卫星通信卫星通信 15.4 光纤通信光纤通信 15.1 现代通信技术概述现代通信技术概述 15.2 移动通信移动通信 下一章下一章 上一章上一章 返回主页返回主页 1 1第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 15.1 现代通信技术概述现代通信技术概述 通信系统：通信系统：完成信息传输任务的系统。完成信息传输任务的系统。按传输方式不同分类：按传输方式不同分类：有线通信、无线通信。有线通信、无线通信。系统组成：系统组成：发射机、信道、接收机。发射机、信道、接收机。2大连理工大学电气工程系

2、大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 特点：特点：结构简单，造价低，但操作不便，不易保密。结构简单，造价低，但操作不便，不易保密。接收与发射的转换接收与发射的转换 接收与发射的转换接收与发射的转换 1.1.同频单工方式同频单工方式同频单工方式同频单工方式 通信双方使用同一频率。通信双方使用同一频率。单工是指接受和发射不能同时进行。单工是指接受和发射不能同时进行。系统图系统图一、无线通信方式一、无线通信方式 发射机发射机 接收机接收机 发射机发射机 接收机接收机 f天线天线 3大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7

3、 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 系统图系统图 2.2.双频双工方式双频双工方式双频双工方式双频双工方式 f1 1f2 2 发射机发射机 接收机接收机 发射机发射机 接收机接收机 天线天线 双双工工器器双双工工器器f1 1f2 2f2 2f1 1 特点：特点：此法是最理想的，抗干扰能力强，但造价高。此法是最理想的，抗干扰能力强，但造价高。4大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 3.3.半双工方式半双工方式半双工方式半双工方式 发射机发射机 接收机接收机 发射机发射机 接

4、收机接收机 f1 1 f2 2 用户台用户台 f1 1 f2 2 f1 1 用户台用户台 f2 2 双工器双工器 接收机接收机 发射机发射机 中继台中继台 f1 1 f1 1 f2 2 f2 2 f2 2 f1 1 5大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 波长波长/m30 000 3 0003 000 5050 1010 11 0.001 频率频率/kHz10 100100 6 0006 000 3010330103 300103 300103 30106 用用 途途电报通信电报通信无线电广播、电报通信无线

5、电广播、电报通信无线电广播、电报通信无线电广播、电报通信电视、导航、无线电广播电视、导航、无线电广播电视、雷达、导航、接力通信电视、雷达、导航、接力通信波波 段段长长 波波中中 波波短短 波波超短波超短波微微 波波二、电磁波的传递二、电磁波的传递 无线电波分为无线电波分为:长波、中波、短波、超短波、微波等。长波、中波、短波、超短波、微波等。6大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 5351 605 kHz（属中波）。（属中波）。1 MHz 通信宽度可提供通信宽度可提供 40 个信道。个信道。信道间隔为信道间隔

6、为 25 kHz。电磁波的传播方式电磁波的传播方式(1)地波地波 沿地球表面传播沿地球表面传播（如长波、中波、依靠地波传播）。（如长波、中波、依靠地波传播）。(2)天波天波 依靠空中电离层的反射进行传播依靠空中电离层的反射进行传播（短波、中波）。（短波、中波）。(3)直射波直射波 直接传播方式传播的电磁波直接传播方式传播的电磁波（超短波、微波）。（超短波、微波）。我国无线电波的频率范围我国无线电波的频率范围 7大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 按调制信号的不同调制方式可分为：按调制信号的不同调制方式可分

7、为：模拟信号的调制模拟信号的调制 数字信号的调制数字信号的调制 按调制参数不同调制方式可分为：按调制参数不同调制方式可分为：振幅调制（简称调幅振幅调制（简称调幅 AM）频率调制（简称调频频率调制（简称调频 FM）相位调制（简称调相相位调制（简称调相 PM）三、调制和解调三、调制和解调 8大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 无线通信发射和接收部分原理图无线通信发射和接收部分原理图 发射机发射机 接收机接收机 载波振荡载波振荡 f 调制调制 功率放大功率放大 解调解调 功率放大功率放大 调制调制 将低频信号搬

8、移到高频信号上去将低频信号搬移到高频信号上去(载波信号载波信号)。解调解调 将有用信号从载波信号中分离出来。将有用信号从载波信号中分离出来。9大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 调幅（调幅（AM）1.1.模拟信号的调制模拟信号的调制模拟信号的调制模拟信号的调制 传送信号包含在上传送信号包含在上 下两个带内，载波下两个带内，载波 本身不含任何信号。本身不含任何信号。调幅方式在无线调幅方式在无线 电广播和载波电话电广播和载波电话 中应用广泛。中应用广泛。低频载波信号低频载波信号 uM uMO M t uC C

9、 t O 高频载波信号高频载波信号uc 调制后的信号调制后的信号 uA uAO C t AM uCuMuA10大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 载波信号在调制信载波信号在调制信 号的作用下瞬时频号的作用下瞬时频 率发生了变化。率发生了变化。在电视和超短波在电视和超短波 广播中广泛应用。广播中广泛应用。缺点缺点:超短波只能超短波只能 直线传播一二百直线传播一二百 公里公里,收视距离较短。收视距离较短。(2)调频（调频（FM）高频载波信号高频载波信号 uC uCO C t 低频载波信号低频载波信号 uM u

10、MO M t 调制后的信号调制后的信号 uF uFO F t FM uCuMuF11大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 使高频载波信号的相位随低频调制信号的瞬时使高频载波信号的相位随低频调制信号的瞬时 值正比变化的调制方式。值正比变化的调制方式。调频和调相又统称为调角。调频时必然会引起调频和调相又统称为调角。调频时必然会引起 调相，调相时必然会引起调频。调相，调相时必然会引起调频。(3)调相（调相（PM）12大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控

11、控制制制制系系系系统统统统 2.2.数字信号的调制数字信号的调制数字信号的调制数字信号的调制 就是将二进制信息搬移到高频载波信号上，就是将二进制信息搬移到高频载波信号上，调制方式可以是调频、调幅、调相。调制方式可以是调频、调幅、调相。ASK FSK PSK 13大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 15.2 移移 动动 通通 信信 指双方至少有一方在移动中完成的通信。指双方至少有一方在移动中完成的通信。按应用环境分类按应用环境分类 陆地、海上、空中移动通信。陆地、海上、空中移动通信。按服务对象分类按服务对象

12、分类 民用、军用、专用移动通信。民用、军用、专用移动通信。按技术设备和服务对象综合分类按技术设备和服务对象综合分类 (1)公众移动电话系统公众移动电话系统 (2)无绳电话系统无绳电话系统 (3)无线寻呼系统无线寻呼系统 (4)专用移动通信系统专用移动通信系统 (5)无中心个人移动通信系统无中心个人移动通信系统14大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 基站基站1MBS1基站基站 NMBS N一、公众移动电话系统一、公众移动电话系统 1.1.系统组成系统组成系统组成系统组成 有线有线 市话局市话局 MTSO 中

13、继线中继线 有线用户有线用户控控制制器器 发射机发射机 接收机接收机 共共用用器器控控制制器器 发射机发射机 接收机接收机 共共用用器器移动电话交换台移动电话交换台15大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 2.2.网络结构网络结构网络结构网络结构 市话局市话局 MTSO 移动电话交换局移动电话交换局 移动用户台移动用户台 基站基站 蜂窝式公众移动电话系统蜂窝式公众移动电话系统 16大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 由

14、三部分组成由三部分组成:移动电话交换局（移动电话交换局（MTSO）各小区基站（各小区基站（MBS）移动用户台（移动用户台（MMS）目前国际上使用的通信系统有目前国际上使用的通信系统有 美国的美国的 AMPS 系统、系统、英国的英国的 TACS 系统、系统、北欧的北欧的 NMT900 系统、系统、日本的日本的 LMTS 系统。系统。蜂房式公众移动电话系统蜂房式公众移动电话系统 17大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 第一代无绳电话（第一代无绳电话（CT1）是室内使用的，服务半径为是室内使用的，服务半径为 1

15、50 m 左右。左右。第二代无绳电话（第二代无绳电话（CT2）1989 年推出的数字无绳电话系统。年推出的数字无绳电话系统。通信距离限定在通信距离限定在 200 m 内。内。CT2 系统的组成系统的组成 手机手机 基站基站 地区管理中心地区管理中心 本地集中器本地集中器 管理中心管理中心 二、无绳电话系统二、无绳电话系统 18大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 无绳电话系统图无绳电话系统图 PSTN 本地本地 集中器集中器 本地本地 集中器集中器 地区控制中心地区控制中心 本地本地 集中器集中器 本地本地

16、 集中器集中器 地区控制中心地区控制中心 管理中心管理中心 PSTN PSTN 市话网市话网 基站基站 手机手机 19大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 寻寻呼呼接接收收机机寻呼控制中心寻呼控制中心有线有线 市话局市话局 有线用户有线用户专专用用交交换换机机控制控制与与编码器编码器发发射射台台发发射射台台 是一种单向的面向公众的移动通信系统。是一种单向的面向公众的移动通信系统。三、无线寻呼系统三、无线寻呼系统 无线寻呼系统无线寻呼系统 20大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7

17、章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 寻呼接收机寻呼接收机 是一种便携式无线接收机，具有地址识别功能。是一种便携式无线接收机，具有地址识别功能。门电路门电路 显示显示 地址识别地址识别 存储存储 振铃振铃 接接收收机机译译码码21大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 四、专用移动通信系统四、专用移动通信系统 只为某部门、某行业服务。只为某部门、某行业服务。例如：军事、公安、消防、铁路、出租车等。例如：军事、公安、消防、铁路、出租车等。专用汽车调动移动通信系统（专用汽车调动移动通信系统（

18、MCA）图）图 N 群群A 群群覆盖半径覆盖半径 20 30 km 指指令令台台指指令令台台控制中心控制中心22大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 五、无中心个人移动通信系统五、无中心个人移动通信系统 1982 年推出该技术。年推出该技术。特点：特点：(1)将中心集中控制变为分散控制。将中心集中控制变为分散控制。(2)节省建网投资，提高了频率利用率。节省建网投资，提高了频率利用率。(3)加快了接续速度。加快了接续速度。(4)通信范围有限，适用于专用小系统。通信范围有限，适用于专用小系统。专用移动通信系统的

19、特点：专用移动通信系统的特点：(1)所有通信均需控制中心转接。所有通信均需控制中心转接。(2)具有数据传输、传真功能。具有数据传输、传真功能。(3)限时服务，最长服务时间限时服务，最长服务时间 1 min。23大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 15.3 卫卫 星星 通通 信信 是指以人造地球卫星为中继站，使地球上的各是指以人造地球卫星为中继站，使地球上的各 中继站之间实现通信。中继站之间实现通信。卫星通信发射频率一般为卫星通信发射频率一般为 46 GHz，属于微波波段。属于微波波段。特点：特点：(1)A

20、、B 站互发信息站互发信息 所以频率不同。所以频率不同。(2)卫星中继站接收卫星中继站接收 到信号经放大后，到信号经放大后，换一个频率再换一个频率再 发射出去。发射出去。卫星通信系统卫星通信系统 f2f3f4f1通信卫星通信卫星A 站站B 站站24大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 地球自转方向地球自转方向卫星飞行方向卫星飞行方向 同步轨道同步轨道 全球卫星通信系统全球卫星通信系统 同步卫星同步卫星同步卫星同步卫星同步卫星同步卫星35 786.5 km17.4o 信号盲区信号盲区信号重叠区域信号重叠区域

21、一颗同步卫星覆盖一颗同步卫星覆盖地球表面的地球表面的 42.4%。25大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 (1)应用范围广应用范围广 可传输电话、电报、传真、广播电视节目等。可传输电话、电报、传真、广播电视节目等。(2)通信距离远通信距离远 费用与通信距离无关（与时间有关）。费用与通信距离无关（与时间有关）。(3)覆盖面大覆盖面大 便于多地址连接通信，即在卫星覆盖面积内，所有地球便于多地址连接通信，即在卫星覆盖面积内，所有地球 站可公用一颗卫星实现站与站之间的双边和多边通信。站可公用一颗卫星实现站与站之间

22、的双边和多边通信。(4)传输容量大传输容量大 通信卫星的发射频率在微波段，可供使用的频带很通信卫星的发射频率在微波段，可供使用的频带很 宽。而且空间站可设多个转发器，可容纳的信道多。宽。而且空间站可设多个转发器，可容纳的信道多。卫星通信的优点卫星通信的优点 26大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 (5)传输质量高，通信线路稳定可靠。传输质量高，通信线路稳定可靠。卫星通信的缺点卫星通信的缺点(1)投资昂贵，要求地球站和空间站的技术含量高。投资昂贵，要求地球站和空间站的技术含量高。(2)有星蚀和日凌中断现象。

23、有星蚀和日凌中断现象。27大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 15.4 光光 纤纤 通通 信信 大规模的光缆系统：大规模的光缆系统：(1)横跨大西洋的横跨大西洋的 TAT8 海底光缆系统，海底光缆系统，总长总长 6 400 km。(2)TAT9 海底光缆系统，可提供海底光缆系统，可提供 9 万路话路。万路话路。(3)横跨太平洋的横跨太平洋的 TPC 3/HAW4 海底光缆海底光缆 系统长系统长 9 000 km。(4)我国已建成了以北京为中心的，连接各省会我国已建成了以北京为中心的，连接各省会 城市的多条

24、光缆系统，最长为城市的多条光缆系统，最长为 2 400 km。28大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 纤芯纤芯 由若干根导线绞制成光缆，由若干根导线绞制成光缆，光缆出厂长度为光缆出厂长度为 15 km。二、光的反射和折射二、光的反射和折射 涂敷层涂敷层包层包层一、光纤结构一、光纤结构 入射光入射光反射光反射光折射光折射光介质介质 2（折射率（折射率 n2）介质介质 1（折射率（折射率 n1）1 1 2 n1 sin 1=n2 sin 2 临界角临界角 c 当当 1 c 时，时，2=90o 29大连理工大学

25、电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 三、三、光在光纤中的传播光在光纤中的传播 纤纤 芯芯包包 层层包包 层层（c 为临界角为临界角）sin c=n2n1 当当 1 c 时，光波不能进入折射率低的介质时，光波不能进入折射率低的介质 2，而全部返回折射率高的介质而全部返回折射率高的介质 1 全反射。全反射。折射率高折射率高 30大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 四、四、光纤通信系统图光纤通信系统图 发送发送 电端机电端机 发送发送 光端机光端机 光光连连接接器器光光中中继继器器光光连连接接器器 光缆光缆 光缆光缆 接收接收 电端机电端机 接收接收 光端机光端机 A/D 转换转换 电信号转换电信号转换为光信号为光信号 弥补光波远距离弥补光波远距离传送的损耗传送的损耗 光信号转换光信号转换为电信号为电信号 D/A 转换转换31大连理工大学电气工程系大连理工大学电气工程系第第第第7 7 7 7章章章章 电电电电气气气气控控控控制制制制系系系系统统统统 第第 15 章章 结结 束束 下一章下一章 上一章上一章 返回主页返回主页