初中物理校本課程教案《現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)》

1、初中物理校本課程教案現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)教材簡(jiǎn)析：現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)是初中九年級(jí)物理校本課程中的第二個(gè)課題內(nèi)容，主要由“現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)概述”、“電纜通信與微波中繼通信”、“光纖通信 ”、“衛(wèi)星通信”、“ 程控交換機(jī)”以及“IP電話”這六個(gè)方面的相關(guān)文字及插圖所組成。學(xué)情分析：作為初中的學(xué)生，已經(jīng)廣泛地接觸到了各種通信方式，但是并不等于他們已掌握了現(xiàn)代通信方式的特點(diǎn)及用途，尤其是現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)，他們更不甚了解，同時(shí)也不了解數(shù)字通信方式是如何發(fā)展變化的，因此，讓學(xué)生了解現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)的變化與發(fā)展，感受科技的進(jìn)步是教學(xué)重點(diǎn)。教學(xué)目標(biāo)：1.知識(shí)目標(biāo)：比較完整地了解數(shù)字通信技術(shù)的變化和發(fā)展以及各種數(shù)字通

2、信方式各自的特點(diǎn)。2.能力目標(biāo)：學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)際情況，正確選擇、使用相應(yīng)的數(shù)字通信方式來(lái)解決各種問(wèn)題。3.情感目標(biāo)：感受現(xiàn)代數(shù)學(xué)通信技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用，感受科技的進(jìn)步給人們生活帶來(lái)的無(wú)限便捷。教學(xué)重點(diǎn)：感受現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展讓我們的生活更美好。教學(xué)難點(diǎn)：了解現(xiàn)代數(shù)字通信的方式和特點(diǎn)，學(xué)會(huì)正確選擇數(shù)字通信方式來(lái)解決問(wèn)題。教學(xué)過(guò)程：一、現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)概述通信實(shí)際上是由一地向另一地傳送含有信息的消息。通信中所傳遞的消息，有各種不同的形式，如符號(hào)、文字、語(yǔ)言、數(shù)據(jù)等，因而根據(jù)所傳遞消息的類(lèi)別，在通信業(yè)務(wù)上中分為電報(bào)、電話、數(shù)據(jù)傳輸及可視電話等。通信系統(tǒng)的一般框圖 （一）通信系統(tǒng)的分類(lèi) 1、按照傳

3、輸媒質(zhì)分類(lèi)（1）有線通信 消息的傳輸是用“導(dǎo)線”作為傳輸媒質(zhì)來(lái)進(jìn)行通信的。有線通信系統(tǒng)的示意圖 （2）無(wú)線通信 無(wú)線通信不需要架設(shè)線路而用無(wú)線電波在空間傳播來(lái)傳遞消息。 無(wú)線通信系統(tǒng)的示意圖話筒的聲電轉(zhuǎn)換器把語(yǔ)音變成電信號(hào)，需經(jīng)電臺(tái)用高頻（射頻）振蕩信號(hào)“運(yùn)載”低頻語(yǔ)音信號(hào)，然后再輻射出去。這一過(guò)程稱(chēng)為調(diào)制。高頻振蕩波稱(chēng)為載波。在接收端收到已調(diào)制的高頻信號(hào)時(shí)，要將有用的低頻語(yǔ)音信號(hào)分離出來(lái)（解調(diào)），再經(jīng)揚(yáng)聲器的聲電轉(zhuǎn)換恢復(fù)為原始語(yǔ)音信號(hào)。由于信號(hào)較弱，在兩端均有放大環(huán)節(jié)。調(diào)制方式分類(lèi)： （a）調(diào)幅方式 調(diào)幅方式是將低頻信號(hào)“加”到高頻載波信號(hào)的幅度上。（b）調(diào)頻方式低頻信號(hào)將導(dǎo)致高頻載波瞬時(shí)頻

4、率的變化。無(wú)線通信中頻段的劃分:不同頻段的電波傳播方式也不同。2、按照傳輸信號(hào)分類(lèi)（1）數(shù)字通信系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng) 信源編碼:盡可能壓縮冗余信息，使要發(fā)送的信息量減少。信道編碼:針對(duì)信道的干擾和噪聲，對(duì)要傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行編碼，提高信息傳輸?shù)目煽啃?。信道解碼:負(fù)責(zé)按照編碼規(guī)則進(jìn)行檢查和糾正錯(cuò)誤。 信源解碼:負(fù)責(zé)恢復(fù)原始信息。（2）模擬通信系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng) 與數(shù)字系統(tǒng)相比，模擬系統(tǒng)的主要優(yōu)點(diǎn)是頻帶利用率高，缺點(diǎn)是抗干擾能力差，不易保密，設(shè)備不易大規(guī)模集成，不適應(yīng)飛速發(fā)展的計(jì)算機(jī)通信要求等。二、電纜通信與微波中繼通信 電纜通信是較早發(fā)展起來(lái)的通信手段，用于長(zhǎng)途通信已有60年歷史，在有線通信中占有突出

5、地位。 微波中繼通信是 20 世紀(jì) 60 年代發(fā)展的,它彌補(bǔ)了電纜通信的缺點(diǎn)。微波通信系統(tǒng)示意圖微波中繼通信分為模擬微波中繼通信和數(shù)字微波中繼通信兩類(lèi)，模擬微波中繼通信雖然出現(xiàn)早、技術(shù)成熟，但正逐漸被數(shù)字微波中繼通信所取代。目前數(shù)字微波中繼通信已成為通信領(lǐng)域中一種重要的傳輸手段，并與衛(wèi)星通信、光纖通信一起成為當(dāng)今三大通信傳輸技術(shù)。三、光纖通信 光纖通信與電纜通信相比具有容量大、傳輸距離長(zhǎng)、抗電磁干擾性能好，并可以大量節(jié)省有色金屬。光纖的全稱(chēng)是光導(dǎo)纖維，是用石英玻璃制成的纖維絲(直徑約0.1mm) 在實(shí)際應(yīng)用上是幾條或幾百條光線絞合成光纜其結(jié)構(gòu)如圖所示。光纜的一般結(jié)構(gòu)圖光纖的結(jié)構(gòu)示意圖光纖通信系

6、統(tǒng)示意圖再生站：為了彌補(bǔ)光波在傳輸過(guò)程中的損耗，系統(tǒng)設(shè)有再生站，即光中繼站。光纖通信的優(yōu)點(diǎn)：（1）傳輸頻帶寬、通信容量大 載波頻率越高，通信容量越大。目前使用的光波頻率比微波頻率高出百倍，通信容量可增加103104倍。光纖通信適合于高速、寬帶信息的傳輸。（2）損耗低、中繼距離遠(yuǎn) 目前制造的石英玻璃纖維絲純凈度極高, 故其損耗極低。從而在通信線路中可以減少中繼站數(shù)量, 可以達(dá)到100km以上的無(wú)中繼傳輸距離。同樣速率的同軸電纜通信，無(wú)中繼站距離僅為1.6km左右。（3）抗干擾能力強(qiáng)、無(wú)串話 光纖是非導(dǎo)體、無(wú)電感，不受電磁干擾。因而在光纖通信中就不存在串話現(xiàn)象。（4）保密性強(qiáng) 光纖內(nèi)傳播的光波基本

7、不輻射，難以竊聽(tīng)，所以光纖通信和其它通信方式相比有更好的保密性。（5）線徑細(xì)、重量輕光纖直徑很小,制成光纜比電纜細(xì)而輕,便于敷設(shè)。四、衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信的特點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn)，覆蓋面大，不受地形條件限制，傳輸容量大，可靠性高。衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一個(gè)以衛(wèi)星為中繼站, 實(shí)現(xiàn)各個(gè)地面站間通信的系統(tǒng)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)示意圖衛(wèi)星通信系統(tǒng)根據(jù)軌道的不同可分為同步軌道和中、低軌道系統(tǒng)，但系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)相同。衛(wèi)星通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖同步軌道是衛(wèi)星處于地球赤道上空 35860 km處的圓形軌道,衛(wèi)星在這個(gè)軌道上繞地球一周的時(shí)間恰好為24h，衛(wèi)星與地球處于相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)，兩者同步運(yùn)行，這種衛(wèi)星也稱(chēng)為地球同步衛(wèi)星。 三顆同步衛(wèi)星可把

8、地球表面除極地以外的地區(qū)覆蓋，實(shí)現(xiàn)全球通信。覆蓋區(qū)域如圖：同步衛(wèi)星建立全球通信示意圖每?jī)深w相鄰衛(wèi)星都有一定的重疊覆蓋區(qū)，但南、北兩極地區(qū)則為盲區(qū)。目前正在使用的國(guó)際通信衛(wèi)星系統(tǒng)就是按這個(gè)原理建立的, 其衛(wèi)星分別位于大西洋、印度洋和太平洋上空。其中，印度洋衛(wèi)星能覆蓋我國(guó)的全部領(lǐng)土，太平洋衛(wèi)星覆蓋我國(guó)的東部地區(qū)，即我國(guó)東部地區(qū)處在印度洋衛(wèi)星和太平洋衛(wèi)星的重疊覆蓋區(qū)中。移動(dòng)通信移動(dòng)通信是的現(xiàn)代通信中發(fā)展最為迅速的一種通信手段，它是固定通信的延伸，也是實(shí)現(xiàn)人類(lèi)理想通信必不可少的手段。 一、無(wú)線電尋呼系統(tǒng)無(wú)線尋呼系統(tǒng)(Radio Paging System)是一種單向傳輸指令的選擇呼叫系統(tǒng)，屬于一種費(fèi)用

9、低廉，使用方便，易于普及的個(gè)人移動(dòng)通信業(yè)務(wù)系統(tǒng)。1、無(wú)線電尋呼系統(tǒng)無(wú)線電尋呼系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖尋呼中心與市公用電話網(wǎng)相連，市話用戶(hù)要尋找外出用戶(hù)時(shí)，通過(guò)尋呼中心發(fā)出被呼用戶(hù)的號(hào)碼，用戶(hù)的接收機(jī)就顯示呼叫用戶(hù)的電話號(hào)碼,以及簡(jiǎn)單的內(nèi)容。2、公用移動(dòng)電話系統(tǒng)（1）公用移動(dòng)電話系統(tǒng)的組成公用移動(dòng)電話系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖（2）移動(dòng)通信網(wǎng)的區(qū)域覆蓋移動(dòng)通信網(wǎng)的覆蓋方式一般分為小容量的大區(qū)制和大容量的小區(qū)制兩類(lèi)。大區(qū)制:是指一個(gè)基站覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)。 小區(qū)制:將整個(gè)服務(wù)區(qū)劃分為若干個(gè)小區(qū)，每一小區(qū)設(shè)一基站，負(fù)責(zé)與小區(qū)內(nèi)所有移動(dòng)用戶(hù)臺(tái)無(wú)線通信。 （3）GSM移動(dòng)通信系統(tǒng) 當(dāng)前GSM通信系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，它主要采用了時(shí)分多址

10、(TDMA)技術(shù)。TDMA的基本想法是系統(tǒng)中各移動(dòng)臺(tái)占用同一頻道，但占用不同的時(shí)隙。各移動(dòng)臺(tái)只在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送信號(hào)，這些信號(hào)通過(guò)基站的控制在時(shí)間上依次排列，互不重疊；同樣，各移動(dòng)站只要在指定的時(shí)隙內(nèi)接收信號(hào)，就能從各路信號(hào)中把發(fā)給它的信號(hào)分出來(lái)。 GSM頻段分配與頻道劃分（4）第三代（3G）移動(dòng)通信系統(tǒng)隨著用戶(hù)對(duì)移動(dòng)通信的不斷需求，它不斷發(fā)展，第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)已被提出，它將取代目前的GSMh或窄帶CDMA系統(tǒng)。3G系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)劃分為核心網(wǎng)和接入網(wǎng)。接入網(wǎng)負(fù)責(zé)將用戶(hù)通過(guò)無(wú)線通信手段接入核心網(wǎng)，核心網(wǎng)負(fù)責(zé)提供業(yè)務(wù)、鑒權(quán)等服務(wù)。 3G網(wǎng)絡(luò)有以下特點(diǎn)： （1）第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)一般為區(qū)域或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，而

11、第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)將是一個(gè)在全球范圍覆蓋和使用的系統(tǒng)。（2）具有支持多媒體業(yè)務(wù)能力，特別是支持internet業(yè)務(wù)。（3）快速移動(dòng)環(huán)境，最高速率達(dá)144kbit/s；步行環(huán)境，最高速率可達(dá)384kbit/s-2Mbit/s。（4）便于過(guò)渡、演進(jìn)。（5）高頻譜效率。（6）高服務(wù)質(zhì)量，低成本，高保密性。3、集群系統(tǒng) 集群系統(tǒng)是集群移動(dòng)通信系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱(chēng)，屬于調(diào)度性專(zhuān)用網(wǎng)。集群包含兩個(gè)方面：一是將各單位或各部門(mén)所需的基站及控制設(shè)備，集中建站、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一使用，各單位只需建立各自的調(diào)度臺(tái)、調(diào)度終端；二是多信道共用，采取動(dòng)態(tài)分配空閑信道的方式，充分利用頻率資源和信道設(shè)備。4、無(wú)繩電話系統(tǒng)普通電話機(jī)不能隨便

12、移動(dòng)，利用無(wú)繩電話可以使打電話的人在一定范圍內(nèi)自由的移動(dòng)進(jìn)行通話。無(wú)繩電話系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖五、程控交換機(jī)所謂程控，就是“存儲(chǔ)程序控制”,設(shè)計(jì)者預(yù)先把電話交換功能編制成相應(yīng)的程序。存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，當(dāng)進(jìn)行電話接續(xù)時(shí)由程序的自動(dòng)執(zhí)行來(lái)控制交換機(jī)的操作，已完成電話的接續(xù)任務(wù)。這種交換機(jī)成為程控交換機(jī)。（一）電話交換網(wǎng)電話交換網(wǎng)由電話終端設(shè)備、傳輸鏈路和電話機(jī)交換設(shè)備三個(gè)基本部分組成。電話終端設(shè)備即為電話機(jī)，是電話網(wǎng)的源點(diǎn)和終點(diǎn)。終端設(shè)備的主要功能是把傳送的話音信息和在信道上傳送的電信號(hào)相互轉(zhuǎn)換，此外還能發(fā)出和接收控制信息。傳輸鏈路是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的連接媒介，是信號(hào)與信息的傳輸通路；電話交換設(shè)備是電話網(wǎng)中的核心

13、，它的基本功能是完成話音信息匯集、轉(zhuǎn)接續(xù)和分配。電話網(wǎng)絡(luò)的一般結(jié)構(gòu)（二）程控交換機(jī)交換機(jī)可分為局用交換機(jī)和用戶(hù)交換機(jī)兩類(lèi)。局用交換機(jī)用于所轄區(qū)域內(nèi)用戶(hù)電話的交換和局間電話的交換一般的端局和匯接局內(nèi)采用的都是局用交換機(jī)。用戶(hù)交換機(jī)也稱(chēng)小交換機(jī)，用于單位內(nèi)的電話交換以及內(nèi)部電話與公用電話網(wǎng)的連接。1、程控交換機(jī)基本結(jié)構(gòu)程控交換機(jī)實(shí)質(zhì)上是通過(guò)計(jì)算機(jī)的 “存儲(chǔ)程序控制” 來(lái)實(shí)現(xiàn)各種接口的電路接續(xù)、信息交換及其它的控制、維護(hù)管理功能。基本結(jié)構(gòu)如圖：程控交換機(jī)的基本結(jié)構(gòu)（1）外圍接口單元外圍接口單元包括模擬用戶(hù)線電路(ALC)、數(shù)字用戶(hù)線電路(DLC)、模擬中繼線單元(ATU)、數(shù)字中繼線單元(DTU)及

14、各種其它接口單元。用戶(hù)線接口電路(簡(jiǎn)稱(chēng)用戶(hù)電路)的作用是實(shí)現(xiàn)各種用戶(hù)線與交換網(wǎng)絡(luò)直間的連接。中繼線接口，通過(guò)局間的中繼線與其它交換機(jī)聯(lián)結(jié)所傳送的信號(hào)一般為多路復(fù)用信號(hào)，即頻帶信號(hào)。（2）交換網(wǎng)絡(luò)交換網(wǎng)絡(luò)的作用為話音信號(hào)提供接續(xù)通路并完成交換過(guò)程。（3）控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的作用是對(duì)呼叫進(jìn)行處理，并對(duì)交換機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行管理、監(jiān)測(cè)和維護(hù)?？刂葡到y(tǒng)包括中央處理器(CPU)、掃描器、存儲(chǔ)器和輸入/輸出設(shè)備等。程控交換機(jī)可分為集中控制、分級(jí)控制和全分散控制三種方式。（a）集中控制方式：整個(gè)程控交換機(jī)的控制功能有一對(duì)處理器來(lái)完成，雖便于控制，但一般要配備大型處理器。（b）分級(jí)控制方式：在程控交換機(jī)里配備若干個(gè)處

15、理器作為區(qū)域處理器來(lái)完成如監(jiān)視用戶(hù)摘、掛機(jī)等比較簡(jiǎn)單重復(fù)的工作，減輕中央處理器的大量處理工作。（c）全分散控制方式：信號(hào)控制是終端設(shè)備的任務(wù)，交換網(wǎng)絡(luò)的作用可在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)設(shè)置。2、用戶(hù)電路的功能(BORSCHT)（1）饋電(B,Battery feed)。交換機(jī)通過(guò)用戶(hù)線向共電式話機(jī)直流饋電，我國(guó)規(guī)定饋電電壓為-48V，容差為(+6，-4)V。 （2）過(guò)壓保護(hù)(O,Overvoltage protection)。提供保護(hù)措施，防止用戶(hù)線上的電壓沖擊或過(guò)壓、過(guò)流而損壞交換機(jī)。（3）振鈴(R,Ring)。向被叫用戶(hù)話機(jī)提供鈴流信號(hào)。我國(guó)采用90V+15V(有效值)、25Hz交流電壓作為鈴流信號(hào)。（4）

16、監(jiān)視(S,Superivision)。借助掃描器監(jiān)視用戶(hù)線通斷狀態(tài)，以監(jiān)測(cè)話機(jī)的摘機(jī)、掛機(jī)與撥號(hào)脈沖等用戶(hù)線信號(hào)并轉(zhuǎn)送給控制設(shè)備，以表示用戶(hù)忙閑情況，并利用脈沖收號(hào)器進(jìn)行撥號(hào)號(hào)碼識(shí)別，確定其接續(xù)要求。（5）編譯碼(C,Code)。用戶(hù)講話時(shí)，模擬話音信號(hào)不能直接通過(guò)交換機(jī)的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)。因此，在用戶(hù)電路中設(shè)置編譯碼電路。如是發(fā)送方，則通過(guò)編碼完成A/D變換，如是接收方，則通過(guò)譯碼完成D/A 變換，并經(jīng)相應(yīng)得濾波器濾除50Hz的電源干擾，而后與程控交換機(jī)的數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)接口。（6）混合(H, Hybrid)。用戶(hù)線上的模擬話音信號(hào)是二線雙向傳送，而數(shù)字交換是四線單向交換。因此，要在用戶(hù)電路中設(shè)置2

17、/4線轉(zhuǎn)換器。（7）測(cè)試(T, Test)。提供測(cè)試端口，通過(guò)測(cè)試?yán)^電器或電子開(kāi)關(guān)、交換機(jī)測(cè)試程序，對(duì)用戶(hù)電路進(jìn)行自動(dòng)測(cè)試，其結(jié)果可在交換機(jī)維護(hù)終端上加以顯示。3、程控交換機(jī)的服務(wù)功能（1）縮位撥號(hào)縮位撥號(hào)就是主叫用戶(hù)在呼叫經(jīng)常聯(lián)系的被叫用戶(hù)時(shí)，用12位的縮位號(hào)碼來(lái)代替原來(lái)的多為被叫號(hào)碼。（2）轉(zhuǎn)移呼叫轉(zhuǎn)移呼叫也叫隨我來(lái)。當(dāng)某用戶(hù)離開(kāi)辦公室去他處時(shí)，可事先向電話局登記臨時(shí)去處的電話號(hào)碼。此后，如有用戶(hù)呼叫他原來(lái)的電話號(hào)碼，就可自動(dòng)轉(zhuǎn)移到他的臨時(shí)去處。（3）熱線服務(wù)熱線服務(wù)也叫“不撥號(hào)就接通”，即用戶(hù)摘機(jī)后不需要撥號(hào)就可以和事先被指定的被叫用戶(hù)接通。（4） 呼叫等待（5）自動(dòng)回叫（6）自動(dòng)叫醒服

18、務(wù)（7）免打擾服務(wù)（8）遇忙轉(zhuǎn)移或無(wú)應(yīng)答轉(zhuǎn)移（9）截接服務(wù)（10）限制呼出或呼入（11）詢(xún)問(wèn)第三者（12）會(huì)議電話六、IP電話IP電話就是利用計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)(IP網(wǎng))進(jìn)行的一種語(yǔ)音傳輸業(yè)務(wù)，也互聯(lián)網(wǎng)與公共電話網(wǎng)(PSTN)相結(jié)合的產(chǎn)物，也可稱(chēng)為網(wǎng)絡(luò)電話。其最大的特點(diǎn)是比普通電話收費(fèi)便宜。（一）IP電話的工作過(guò)程IP電話的工作過(guò)程可分為5個(gè)步驟。1、 語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化2、 信號(hào)壓縮3、 信號(hào)分組4、 解包與解壓縮5、 語(yǔ)音恢復(fù)（二）IP電話的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)IP電話系統(tǒng)一般由終端和網(wǎng)絡(luò)組成，它由電話網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)共同發(fā)展而成，其結(jié)構(gòu)方式有以下幾種。1、電話到電話電話到電話的結(jié)構(gòu)方式網(wǎng)關(guān)：是IP電話網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中重要的組成部分之一，是實(shí)現(xiàn)IP電話的關(guān)鍵，它把公共電話網(wǎng)(PSTN)和IP網(wǎng)聯(lián)接起來(lái)。工作原理：用戶(hù)的語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)PSTN送到網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)對(duì)它進(jìn)行壓縮、分組和一些保證質(zhì)量的處理, 將IP語(yǔ)音信號(hào)分組發(fā)送到IP網(wǎng)上傳送, 到達(dá)對(duì)方所在地的網(wǎng)關(guān)后，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)