第1章 現代通信基本概念

1、現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念現代通信系統(tǒng) 主編 鮮繼清 張德民 西安電子科技大學出版社西安電子科技大學出版社 參考書目參考書目西安電子科技大學出版社系列教材：西安電子科技大學出版社系列教材：現代通信技術與網絡應用現代通信技術與網絡應用光纖通信光纖通信 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信移動通信移動通信前 言 隨著科學技術的發(fā)展，人類已經進入信息時代，有人隨著科學技術的發(fā)展，人類已經進入信息時代，有人稱之為稱之為“比特比特”時代。從時代。從1962年美國年美國24路路PCM數字通信系數字通信系統(tǒng)的投入使用以及法國統(tǒng)的投入使用以及法國E10數字程控交換機問世以來，世數字程控交換機問世

2、以來，世界的通信面貌得到了極大改觀。界的通信面貌得到了極大改觀。1974年我國郵電部第九研年我國郵電部第九研究所研制出第一套國內究所研制出第一套國內PCM數字通信系統(tǒng)投入試運行，進數字通信系統(tǒng)投入試運行，進入入21世紀我國的通信事業(yè)更以嶄新的面貌出現在世界面前。世紀我國的通信事業(yè)更以嶄新的面貌出現在世界面前。因此，什么是現代通信？現代通信有哪些內容？今后進展因此，什么是現代通信？現代通信有哪些內容？今后進展怎樣？本課程就是回答這些我們迫切知道的問題。怎樣？本課程就是回答這些我們迫切知道的問題。內容簡介 “現代通信系統(tǒng)現代通信系統(tǒng)”是電子信息類通信技術專業(yè)的是電子信息類通信技術專業(yè)的一門核心技術

3、基礎課，本課程主要講述現代通信的一門核心技術基礎課，本課程主要講述現代通信的基本特點、現代通信系統(tǒng)的基本概念以及幾類應用基本特點、現代通信系統(tǒng)的基本概念以及幾類應用較廣的通信系統(tǒng)。本課程主要內容：電話通信網、較廣的通信系統(tǒng)。本課程主要內容：電話通信網、現代數字交換技術、數字通信系統(tǒng)概述、數字光纖現代數字交換技術、數字通信系統(tǒng)概述、數字光纖通信系統(tǒng)、數字微波以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)、數字移動通信系統(tǒng)、數字微波以及衛(wèi)星通信系統(tǒng)、數字移動通信系統(tǒng)和現代通信系統(tǒng)與通信網。通信系統(tǒng)和現代通信系統(tǒng)與通信網。教學要求 第一章第一章 現代通信的基本概念現代通信的基本概念1.了解現代通信的發(fā)展狀況及基本特征；了解現代通

4、信的發(fā)展狀況及基本特征；2.了解現代通信的特點及主要內容。了解現代通信的特點及主要內容。 第二章第二章 現代通信終端現代通信終端1.了解電話機和傳真機的組成原理；了解電話機和傳真機的組成原理；2.了解圖象終端、多媒體計算機、現代多媒體終端。了解圖象終端、多媒體計算機、現代多媒體終端。 第三章第三章 信源數字編碼技術信源數字編碼技術1.了解數字音頻編碼標準及圖象壓縮編碼標準；了解數字音頻編碼標準及圖象壓縮編碼標準；2.掌握語音數字編碼掌握語音數字編碼,圖像編碼的相關編碼技術原理。圖像編碼的相關編碼技術原理。 第四章第四章 電話通信網電話通信網1.掌握電話網的結構與編號；掌握電話網的結構與編號；2

5、.了解電話網的業(yè)務與服務質量；了解電話網的業(yè)務與服務質量； 3.了解電話網的支撐網。了解電話網的支撐網。 第五章第五章 現代數字交換技術現代數字交換技術1.了解交換技術的發(fā)展狀況；了解交換技術的發(fā)展狀況；2.了解分組交換技術和了解分組交換技術和ATM交換技術的基本概念和原理；交換技術的基本概念和原理；3.掌握數字程控交換原理掌握數字程控交換原理 第六章第六章 數字通信系統(tǒng)概述數字通信系統(tǒng)概述1.了解數字通信系統(tǒng)模型；了解數字通信系統(tǒng)模型；2.了解數字傳輸信號的處理；了解數字傳輸信號的處理；3.掌握數字復接技術原理掌握數字復接技術原理,傳輸信號幀結構以及數字信號的調制與解調。傳輸信號幀結構以及數

6、字信號的調制與解調。第七章第七章 數字光纖通信系統(tǒng)數字光纖通信系統(tǒng)1.了解光纖通信的基本概念及光纖通信系統(tǒng)的組成；了解光纖通信的基本概念及光纖通信系統(tǒng)的組成；2.了解了解PDH,SDH,光波復用光波復用,全光通信系統(tǒng)的基本概念、結構及功能。全光通信系統(tǒng)的基本概念、結構及功能。 第八章第八章 數字微波與衛(wèi)星通信系統(tǒng)數字微波與衛(wèi)星通信系統(tǒng)1.了解數字微波通信的基本概念了解數字微波通信的基本概念,衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成及特點；衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成及特點；2.了解了解SDH、衛(wèi)星通信、數字衛(wèi)星通信系統(tǒng)、衛(wèi)星地球站。、衛(wèi)星通信、數字衛(wèi)星通信系統(tǒng)、衛(wèi)星地球站。第九章第九章 數字移動通信系統(tǒng)數字移動通信系統(tǒng)1.了

7、解移動通信的特點了解移動通信的特點,蜂窩移動通信的概念蜂窩移動通信的概念,移動通信分類及數字移移動通信分類及數字移動通信的發(fā)展；動通信的發(fā)展；2.了解了解TACS,GSM,CDMA通信系統(tǒng)的結構、特點。通信系統(tǒng)的結構、特點。第十章第十章 現代通信系統(tǒng)與通信網現代通信系統(tǒng)與通信網了解通信網的概念、物理拓撲結構以及通信網的發(fā)展狀況了解通信網的概念、物理拓撲結構以及通信網的發(fā)展狀況考核方式與成績構成 平時：占總成績平時：占總成績10%期中考試：占總成績期中考試：占總成績20%期末考試（閉卷）：占總成績期末考試（閉卷）：占總成績70%現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念第第1章

8、章 現代通信基本概念現代通信基本概念 1.1 通信的基本概念通信的基本概念 1.2 現代通信現代通信 1.3 現代通信的基本特征現代通信的基本特征1.4 現代通信的特點及主要內容現代通信的特點及主要內容現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念1.1 通信的基本概念通信的基本概念 通信：通信：以電以電(磁、光磁、光)的形式來傳遞和交換信息。的形式來傳遞和交換信息。 利用有線電、無線電、光或其他電磁系統(tǒng)對符號、文字、利用有線電、無線電、光或其他電磁系統(tǒng)對符號、文字、信號、圖像、聲音或任何性質的信息進行傳遞或交換。信號、圖像、聲音或任何性質的信息進行傳遞或交換。 通信系統(tǒng)：通信系

9、統(tǒng)：將一個用戶的信息傳遞到另一個用戶的全部將一個用戶的信息傳遞到另一個用戶的全部設施稱為一個通信系統(tǒng)。設施稱為一個通信系統(tǒng)。1.1.1 通信和通信系統(tǒng)通信和通信系統(tǒng)現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念信源變換器信道反變換器信宿噪聲源 點到點通信系統(tǒng)模型1.1.2 通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念信源：信源：指發(fā)出信息的信息源；指發(fā)出信息的信息源；變換器：變換器：把信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上傳輸的信號；把信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上傳輸的信號；信道：信道：是信號傳輸媒介的總稱；是信號傳輸媒介的總稱；反變換器：反

10、變換器：是變換器的逆變換；是變換器的逆變換；信宿：信宿：是信息傳送的終點，也就是信息接收者；是信息傳送的終點，也就是信息接收者；噪聲源：噪聲源：通信系統(tǒng)的噪聲總和。通信系統(tǒng)的噪聲總和?，F代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念 通信信道是通信系統(tǒng)的重要組成部分，是信號的傳輸通信信道是通信系統(tǒng)的重要組成部分，是信號的傳輸媒體，通信信道分為有線信道和無線信道。媒體，通信信道分為有線信道和無線信道。 有線信道：有線信道：電磁能量被約束在某種傳輸線上傳輸，包括電磁能量被約束在某種傳輸線上傳輸，包括平行導體傳輸線、同軸電纜傳輸線、微帶傳輸線、波導傳輸平行導體傳輸線、同軸電纜傳輸線、微帶

11、傳輸線、波導傳輸線以及光纖傳輸線等。線以及光纖傳輸線等。 無線信道：無線信道：地波、空間波、天波等。地波、空間波、天波等。1.1.3 通信信道通信信道現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念有線信道有線信道(a) 明線電纜(b) 雙線電纜固定絕緣材料 導體 導體 襯墊 導體 (d) 屏蔽電纜對導體 固定絕緣體編織物保護套(c) 雙絞線現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念(e)空氣填充型同軸電纜環(huán)型間隔器外部導體中心導體保護外套編織導體絕緣體中心導體(f)固態(tài)柔韌型同軸電纜平面導體 PC絕緣材料 (g) 微帶線接地板 (h) 矩形波導b a 截止波長為

12、c=2a 有線信道有線信道現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念無線信道無線信道直射波；直射波；地面反射波；地面反射波；地表面波；地表面波；經電離層反射的天波。經電離層反射的天波?，F代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念 信息容量是在一個給定時間內，通過一個通信系統(tǒng)可以信息容量是在一個給定時間內，通過一個通信系統(tǒng)可以傳輸多少信息的一種度量。傳輸多少信息的一種度量。 哈特萊導出了帶寬、傳輸時間和信息容量之間的關系：哈特萊導出了帶寬、傳輸時間和信息容量之間的關系： C=B t 香農論述了通信信道的信息容量與帶寬和信噪比的關系：香農論述了通信信道的信息容量與

13、帶寬和信噪比的關系： 1.1.4 信息容量信息容量2log (1)SNCB現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念 基帶傳輸：基帶傳輸：指不經過調制而直接將原始基帶信號直接送到指不經過調制而直接將原始基帶信號直接送到線路上進行傳輸的一種方式。線路上進行傳輸的一種方式。 頻帶傳輸：頻帶傳輸：指原始電信號在發(fā)端先經過調制，再送到線路指原始電信號在發(fā)端先經過調制，再送到線路上傳輸，收端則要進行相應解調才能恢復出原來的基帶信號。上傳輸，收端則要進行相應解調才能恢復出原來的基帶信號。 調制：調制：通過改變一個更高頻率信號的某些特征物理量或通過改變一個更高頻率信號的某些特征物理量或參數

14、（如幅度、頻率、相位等）的過程，這一高頻信號常稱參數（如幅度、頻率、相位等）的過程，這一高頻信號常稱載波。載波。1.1.5 基帶與頻帶傳輸基帶與頻帶傳輸現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念信道發(fā)射機接收機基帶信號調制器(上變頻器)載波振蕩器(高頻信號)解調器(下變頻器)基帶信號本地載波振蕩器頻帶傳輸系統(tǒng)簡化框圖頻帶傳輸系統(tǒng)簡化框圖現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念 通信系統(tǒng)可以設計成只在一個方向上傳輸，或者在兩個通信系統(tǒng)可以設計成只在一個方向上傳輸，或者在兩個方向但一次只能沿一個方向傳輸，或者同時在兩個方向上方向但一次只能沿一個方向傳輸，或者同

15、時在兩個方向上傳輸，這些都稱為傳輸方式。傳輸，這些都稱為傳輸方式。 四種傳輸方式：單工、半雙工、全雙工及全四種傳輸方式：單工、半雙工、全雙工及全/ /全雙工。全雙工。1.1.6 通信方式通信方式現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念單工單工通信只能單向進行，一個發(fā)送，一個接收通信只能單向進行，一個發(fā)送，一個接收 (電視廣播電視廣播)現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念半雙工半雙工通信雙方都可以發(fā)送和接收，但不能同時進行通信雙方都可以發(fā)送和接收，但不能同時進行(使用按講開關控制發(fā)射機的雙向無線電系統(tǒng)使用按講開關控制發(fā)射機的雙向無線電系統(tǒng))現代通信系統(tǒng)

16、第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念全雙工全雙工通信雙方可以同時進行發(fā)送和接收通信雙方可以同時進行發(fā)送和接收 (標準的電話系統(tǒng)標準的電話系統(tǒng))現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念全全雙工全全雙工 可以同時發(fā)送和接收，但不必是在相同的兩個可以同時發(fā)送和接收，但不必是在相同的兩個位置間進行位置間進行( (即一個站可以發(fā)送到另一個站、并且即一個站可以發(fā)送到另一個站、并且同時從第三個站接收同時從第三個站接收) )。 數據通信電路幾乎毫無例外地使用全全雙工數據通信電路幾乎毫無例外地使用全全雙工傳輸方式。傳輸方式?，F代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本

17、概念 根據信道中傳送信號的類型，通常分為根據信道中傳送信號的類型，通常分為模擬通信系統(tǒng)模擬通信系統(tǒng)和和數字數字通信系統(tǒng)通信系統(tǒng), ,模擬通信系統(tǒng)在信道中傳送模擬信號模擬通信系統(tǒng)在信道中傳送模擬信號, ,數字通信系統(tǒng)在數字通信系統(tǒng)在信道中傳送數字信號。信道中傳送數字信號。 對于數字通信，根據信源發(fā)出的攜帶消息的信號類型大致可對于數字通信，根據信源發(fā)出的攜帶消息的信號類型大致可分成分成數據通信數據通信和和模擬信號數字化傳輸模擬信號數字化傳輸。 數據通信數據通信的典型例子是計算機通信，的典型例子是計算機通信，模擬信號數字化傳輸模擬信號數字化傳輸的典型例子是數字電話通信。的典型例子是數字電話通信。1.

18、1.7 模擬通信與數字通信模擬通信與數字通信現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念 從信息傳輸的角度來說，最基本也是最主要的性能指標從信息傳輸的角度來說，最基本也是最主要的性能指標是信息傳輸的是信息傳輸的有效性和可靠性。有效性和可靠性。 有效性：有效性：指給定的信道內傳輸信息的數量，即信息傳輸指給定的信道內傳輸信息的數量，即信息傳輸的的速度問題速度問題； 可靠性：可靠性：指給定的信道內接收信息的準確程度，即信息指給定的信道內接收信息的準確程度，即信息傳輸的質量問題。傳輸的質量問題。 1.1.8 通信系統(tǒng)性能通信系統(tǒng)性能現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基

19、本概念1.2 現代通信現代通信 20世紀世紀60年代，為了解決交換局內中繼線干擾年代，為了解決交換局內中繼線干擾等問題，出現了等問題，出現了PCM技術（話音編碼），隨之數字技術（話音編碼），隨之數字程控交換機投入使用，從此開始用數字信號來交換程控交換機投入使用，從此開始用數字信號來交換和傳遞信息，信息傳遞發(fā)生了根本變革和傳遞信息，信息傳遞發(fā)生了根本變革由模擬由模擬通信進入了數字通信。通信進入了數字通信。第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念 現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念 1.2.1 現代通信技術的基礎現代通信技術的基礎微電子技術微電子技術 電子學，特別

20、是微電子學是信息技術的關鍵，電子學，特別是微電子學是信息技術的關鍵，是現代通信產業(yè)的重要基礎，它在很大程度上決定是現代通信產業(yè)的重要基礎，它在很大程度上決定著硬件設備的運行能力。衡量微電子技術發(fā)展程度著硬件設備的運行能力。衡量微電子技術發(fā)展程度的一個重要指標，是在指甲大的一個重要指標，是在指甲大小的硅芯片上能集成小的硅芯片上能集成的元件數目。的元件數目。 現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念 1.2.2 現代通信技術的核心現代通信技術的核心計算機技術計算機技術 電話交換技術與計算機技術的緊密結合，使得交電話交換技術與計算機技術的緊密結合，使得交換技術數字程控化，我們換技

21、術數字程控化，我們把數字通信與計算機的融合把數字通信與計算機的融合稱為現代通信。稱為現代通信。 現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念 1.2.3 光通信的基礎光通信的基礎光子技術光子技術 20世紀世紀70年代，美國首先制成了實用的玻璃光導年代，美國首先制成了實用的玻璃光導纖維纖維光纖，使得光纖通信成為現實。隨著光子技術光纖，使得光纖通信成為現實。隨著光子技術的發(fā)展，出現了電子的發(fā)展，出現了電子光子芯片，這種芯片可以提供速光子芯片，這種芯片可以提供速率為幾十率為幾十到上百千兆比特的光波通信能力，使光波通到上百千兆比特的光波通信能力，使光波通信系統(tǒng)從信系統(tǒng)從PDH向向SDH

22、光傳輸系統(tǒng)發(fā)展。光傳輸系統(tǒng)發(fā)展。 現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念1.2.4 衛(wèi)星通信技術的基礎衛(wèi)星通信技術的基礎空間技術空間技術 從從1957年蘇聯發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星以來，火箭、年蘇聯發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星以來，火箭、航天飛機等空間技術發(fā)展非常迅速，衛(wèi)星通信、衛(wèi)星電航天飛機等空間技術發(fā)展非常迅速，衛(wèi)星通信、衛(wèi)星電視已經遍及全世界（三顆同步衛(wèi)星的通信范圍即可覆蓋視已經遍及全世界（三顆同步衛(wèi)星的通信范圍即可覆蓋全球）。低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的利用，將使地面、空間全球）。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。的通信系統(tǒng)連成一體。現代通信系統(tǒng)第第1

23、1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念1.3 現代通信的基本特征現代通信的基本特征 1.3.1 現代通信系統(tǒng)與數字化現代通信系統(tǒng)與數字化 數字光纖通信系統(tǒng)、數字微波通信系統(tǒng)、數字衛(wèi)星數字光纖通信系統(tǒng)、數字微波通信系統(tǒng)、數字衛(wèi)星通信系統(tǒng)、數字移動通信系統(tǒng)，及數字網、綜合業(yè)務通信系統(tǒng)、數字移動通信系統(tǒng)，及數字網、綜合業(yè)務數字網等，表明現代通信系統(tǒng)首先要實現數字化，由數字網等，表明現代通信系統(tǒng)首先要實現數字化，由各種數字化的通信系統(tǒng)構成現在的各種通信網。由此各種數字化的通信系統(tǒng)構成現在的各種通信網。由此可見，現代通信其基本技術可見，現代通信其基本技術特征即為數字化。特征即為數字化。現代通信系統(tǒng)第第

24、1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念 數字化指數字技術。簡單地講，就是各種信息數字化指數字技術。簡單地講，就是各種信息經數字化處理，編成經數字化處理，編成“1”和和“0” 的二進制信號，的二進制信號，如電脈沖信號，有脈如電脈沖信號，有脈沖稱為沖稱為“1”信號，無脈沖稱為信號，無脈沖稱為“0”信號信號,波形如圖波形如圖1.1所示。所示。 現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念 圖圖1.1 數字信號脈沖波形數字信號脈沖波形 現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念 1.3.2 數字信號及數字通信的特點數字信號及數字通信的特點 數字信號便于存儲、處理

25、；數字信號便于存儲、處理； 數字信號便于交換和傳輸；數字信號便于交換和傳輸； 數字信號便于組成數字多路通信數字信號便于組成數字多路通信(系統(tǒng)系統(tǒng))； 便于組成數字網；便于組成數字網； 數字化技術便于通信設備小型化、微型化；數字化技術便于通信設備小型化、微型化； 數字通信抗干擾性強，噪聲不積累。數字通信抗干擾性強，噪聲不積累。 現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念 模擬通信：模擬通信：難以分開傳輸的模擬信號與噪聲干擾，難以分開傳輸的模擬信號與噪聲干擾，隨著距離的增加隨著距離的增加,信號的傳輸質量會越來越惡化，如信號的傳輸質量會越來越惡化，如 圖圖1.2(a)所示。所示。

26、數字通信：數字通信：傳輸的是數字脈沖信號，可在適當距離傳輸的是數字脈沖信號，可在適當距離或者信號終端通過再生的方法，使之恢復為原來的脈沖或者信號終端通過再生的方法，使之恢復為原來的脈沖信號波形（消除了干擾和噪聲積累），如圖信號波形（消除了干擾和噪聲積累），如圖1.2(b)所示。所示?，F代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念圖圖1.2兩類通信方式抗干擾性能比較兩類通信方式抗干擾性能比較 (a)模擬信號；模擬信號；(b)數字信號數字信號 現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念1.4 現代通信的特點及主要內容現代通信的特點及主要內容 1.4.1 綜合化綜合化

27、 綜合化具有雙重含義，其一是技術的綜合化，傳綜合化具有雙重含義，其一是技術的綜合化，傳輸、交換以及通信處理功能都采用數字技術，實現數輸、交換以及通信處理功能都采用數字技術，實現數字傳輸與數字交換的綜合，使網絡技術字傳輸與數字交換的綜合，使網絡技術一體化。其二一體化。其二是業(yè)務的綜合，把來自各種信息源的通信業(yè)務綜合在是業(yè)務的綜合，把來自各種信息源的通信業(yè)務綜合在同一網內傳輸和處理，并可在不同的業(yè)務終端之間實同一網內傳輸和處理，并可在不同的業(yè)務終端之間實現互通?，F互通。現代通信系統(tǒng)第第1 1章章 現代通信基本概念現代通信基本概念 1.4.2 寬帶化寬帶化 寬帶化主要指現代數字通信寬帶化。人們日益增寬帶化主要指現代數字通信寬帶化。人們日益增長的物質文化需求（如高速數據、高速文件、可視電長的物質文化需求（如高速數據、高速文件、可視電話、會議電視、寬帶可視圖文、高清晰度電視以及多話、會議電視、寬帶可視圖文、高清晰度電視以及多媒介、多功能終端等）媒介、多功能終端等）促進了新的寬帶業(yè)務的發(fā)展，