各種通信系統(tǒng)概述 自考《通信概論》課件

1、各種通信系統(tǒng)概述光纖通信系統(tǒng)數(shù)字微波通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)移動通信系統(tǒng)光纖依靠光脈沖傳輸數(shù)據(jù)特點傳輸帶寬高，通信容量大傳輸損耗小，適合長距離傳輸抗干擾性能極好，保密性好輕便單向傳輸，雙向傳輸時需兩根光纖光纖傳輸原理光從一種介質入射到另一種介質時會產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質的折射率。當入射角臨界值時產(chǎn)生全反射，不會泄漏。光纖：纖芯-折射率高、玻璃包層-折射率低亮度調制，有脈沖-1，無脈沖-0光源: 發(fā)光二極管 / 激光二極管光檢測器: 光電二極管 / 雪崩二極管光纖分為：多模MMF、單模SMF多模光纖纖芯較粗多束光線以不同的反射角傳播，因此到達目的地的時間不同，造成光脈沖逐漸展寬、失真可使用發(fā)

2、光二極管作為光源輸入脈沖輸出脈沖多模光纖MMF單模光纖纖芯較細使單個波長的光線沿光纖一直傳播單束光線沿直線傳播輸入脈沖輸出脈沖單模光纖SMF典型的光纜玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯單芯光纜多芯光纜玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼芯封套外套加強芯光纖外鞘加強芯光纖束高密度多芯光纜光纖通信傳輸系統(tǒng)的構成PCM復用設備光端機光端機光中繼器PCM復用設備光纜光纜光通信系統(tǒng)光發(fā)射機的根本原理均衡碼型變換擾碼編碼時鐘驅動光源光監(jiān)測告警輸出APCATC輸入盤發(fā)送盤光纖光接收機的根本原理輸出至電端機光電檢測器前置放大器主放大器均衡器時鐘恢復電路判決器接收盤輸出盤自動增益控制電路解碼解擾編碼光纖數(shù)字微波通信系統(tǒng)微波通信的

3、概念 電磁波頻譜排列 頻率 330kHz 30300kHz 3003000kHz 330MHz 30300MHz 頻段名稱 VLF甚低頻 LF低頻 MF中頻 HF高頻 VHF甚高頻頻率 3003000MHz 330GHz 30300GHz頻段名稱 UHF特高頻 SHF超高頻 EHF極高頻 微 波 微波是指頻率為300MHz300GHz的電磁波，其對應的的波長為1m1mm。微波通信：利用微波波段的電磁波進行通信的一種通信方式，數(shù)字微波通信那么是利用微波波段的電磁波傳輸數(shù)字信息的一種通信方式。1.特點 1頻帶寬，通信容量大 2適于傳送寬頻帶信號 3采用中繼傳輸方式2. 數(shù)字信號微波傳輸?shù)奶攸c 與模

4、擬微波傳輸相比，數(shù)字微波傳輸具有如下特點： 1抗干擾能力強，線路噪聲不積累； 2便于組成數(shù)字通信網(wǎng)； 3保密性強； 4設備的體積小、重量輕、功耗低。數(shù)字微波通信系統(tǒng)的構成 數(shù)字微波中繼通信線路是由線路兩端的終端站、假設干中繼站及分路站構成，如圖示。 數(shù)字微波通信系統(tǒng)的根本構成原理如下圖，從圖中可以看出，數(shù)字微波通信系統(tǒng)由兩端的終端站、天線饋線系統(tǒng)以及中繼站構成。 兩個地面站之間直線傳送距離：50 -100 km地球地面站之間的直視線路 微波傳送塔地面微波接力主干線支線微波終端站微波分路站微波中繼站數(shù)字微波中繼通信線路示意圖收信發(fā)信微波收發(fā)信設備調制-解調設備時分復用設備市內(nèi)電話局用戶終端微波收

5、發(fā)信設備調制-解調設備時分復用設備市內(nèi)電話局用戶終端終端站終端站天線饋線系統(tǒng)天線饋線系統(tǒng)中間站長途電信局或微波站長途電信局或微波站甲地乙地數(shù)字微波通信系統(tǒng)方框圖時延均衡中放發(fā)信混頻射頻功放單向器分路濾波發(fā)信本振中頻入射頻出發(fā)信機原理放框圖收信機原理放框圖分路濾波低噪聲放大收信混頻中頻濾波前置中放時延均衡收信本振射頻入中頻出邊帶濾波主中放衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信的概念 所謂衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，轉發(fā)地球上任意兩個或多個地球站之間用于進行通信的無線電波。1、 通信衛(wèi)星的分類： 1無源衛(wèi)星和有源衛(wèi)星 2靜止衛(wèi)星同步衛(wèi)星和運動衛(wèi)星非同步衛(wèi)星 目前，通信中最為廣泛應用的是有源靜止衛(wèi)星。

6、2、靜止衛(wèi)星 在赤道上空35800km附近圓形軌道上的衛(wèi)星，運動方向和地球一致，且繞地球一周的時間與地球自轉周期相同。以靜止衛(wèi)星作為中繼站所組成的通信系統(tǒng)成為同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)。地球同步衛(wèi)星與地面站相對固定位置使用3個衛(wèi)星可覆蓋全球傳輸延遲時間長適用于海洋、山區(qū)、沙漠等地區(qū)的通信35,800公里地球3、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成 一個完整的衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由空間分系統(tǒng)、地球站群、跟蹤遙測以及指令系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)四局部組成?？臻g分系統(tǒng)跟蹤遙測指令分系統(tǒng)地球站通信業(yè)務控制中心通信遙測監(jiān)控管理分系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成衛(wèi)星移動通信 衛(wèi)星移動通信是指利用衛(wèi)星轉接移動用戶間或移動用戶與固定用戶間的相互通信。1、

7、衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的結構 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)通常包括空間段和地面段兩局部?？臻g段是指衛(wèi)星星座；地面段是指包括衛(wèi)星監(jiān)控中心、網(wǎng)絡操作中心、關口站和衛(wèi)星移動終端在內(nèi)的地面設備。2、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作過程 在衛(wèi)星A下的一個移動終端主叫終端將呼叫處于衛(wèi)星B下的一個移動終端或呼叫與衛(wèi)星B下的某個關口站相連的固定網(wǎng)用戶。其呼叫過程如下：1衛(wèi)星移動終端開機后，便自動向其歸屬關口站發(fā)出移動終端開機通知信息，并告知其具體所在位置。如果該機是處于備用等待呼叫狀態(tài)，或移動至一個偏遠地區(qū)，那么需要向歸屬關口站送一個更新信息，更新存儲在歸屬關口站中的此移動終端的位置信息。2移動用戶向衛(wèi)星移動終端主叫終端輸入被叫號碼。3衛(wèi)星

8、移動終端向該終端視線內(nèi)的衛(wèi)星發(fā)出一個包含該終端注冊號碼和被叫終端號碼的請求效勞信息，并通過衛(wèi)星將此信息傳遞到本地效勞關口站，以建立呼叫。4本地關口站又通過衛(wèi)星線路分別向主叫終端和被叫終端的歸屬關口站發(fā)出詢問信息。如主叫和被叫終端是否有權使用此系統(tǒng)及其權限。5如雙方都擁有使用權限，那么系統(tǒng)將衛(wèi)星信道分配給此主叫終端和被叫終端，以供鏈接，并同時向被叫終端發(fā)起呼叫。如被叫是衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中的一個衛(wèi)星移動終端，那么由相應的衛(wèi)星在衛(wèi)星移動終端所在區(qū)間進行呼叫。6通話完畢后，主叫和被叫終端釋放通信鏈路，并由本地關口站通過衛(wèi)星鏈路向雙方的歸屬關口站發(fā)送相應的通信記錄，以供主叫和被叫終端的歸屬關口站使用。同

9、步軌道衛(wèi)星體動通信原理 1、一般結構 1同步軌道GEO衛(wèi)星 2關口站MGS 3網(wǎng)絡控制中心NCC 2、不同軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的通信信道 1單星GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng) 2無星際鏈路的多星GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng) MT1-衛(wèi)星-MGS-衛(wèi)星-MT2 3有星際鏈路的多星GEO衛(wèi)星通信系統(tǒng) MT1-衛(wèi)星1-衛(wèi)星2-MT26.3.4 中、低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng) 傳統(tǒng)GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的衛(wèi)星軌道高，鏈路損耗大，對用戶終端的要求高，因此這種GEO衛(wèi)星星座手持機直接同衛(wèi)星通信的技術難度大，同時由于鏈路距離長，傳輸時延長，不利于衛(wèi)星移動終端之間進行雙跳通信。而軌道高度較低的中、低軌MEO、LEO衛(wèi)星移動通信系

10、統(tǒng)，其鏈路損耗小，因而對用戶終端的要求有所降低，同時由于其傳輸時延較短，這樣在一個衛(wèi)星移動終端到另一個衛(wèi)星移動通信終端之間允許采用雙跳通信，這樣便無需采用復雜的星上交換處理技術。 低軌衛(wèi)星移動系統(tǒng)：50001500km中軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)：500013000km同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)：35786。6KM高橢圓軌道通信通信： 遠地點 40000KM移動通信移動通信的根本概念 移動通信是指通信雙方或至少其中一方在運動狀態(tài)中進行信息傳遞的通信方式。 移動通信與固定通信方式不同，具有如下特點： 1、電磁傳播環(huán)境極其惡劣 2、移動臺所受到的干擾影響和噪聲影響 3、應采用動態(tài)范圍大的移動接收設備 4、頻譜資源非

11、常珍貴 5、組網(wǎng)技術復雜 移動通信系統(tǒng)的組成 移動通信系統(tǒng)是指移動體之間、移動體與固定用戶之間用于建立信息傳輸通道的通信系統(tǒng)，因而移動通信涉及到無線傳輸、有線傳輸以及信息的采集、處理和存儲等內(nèi)容，其主要設備包括無線收發(fā)信機、交換控制設備和移動終端設備等。 1、交換分系統(tǒng) 交換分系統(tǒng)包括移動交換中心、歸屬位置登記處、被訪問位置登記處、設備識別登記處、鑒權中心和操作管理中心等根本局部。它是移動通信的控制交換中心，同時又是與公眾通信的接口。2、基站分系統(tǒng) 基站分系統(tǒng)包括一個基站控制器和由其控制的假設干個基站收發(fā)信系統(tǒng)。其中基站控制器單元負責與移動交換中心進行數(shù)據(jù)通信，同時還通過無線信道實現(xiàn)與移動終端

12、的數(shù)據(jù)通信，在基站與移動交換中心之間通常采用光纜傳輸中繼方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)信號傳輸，在基站與移動終端的連接中采用無線方式，通常基站通話頻道數(shù)量可達幾十條，甚至數(shù)百條。3、移動臺 移動臺有車載式、手提式、攜帶式等類型。在數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)中，移動臺除提供 業(yè)務外，還可以為用戶提供各種非話業(yè)務。當兩個處于不同基站覆蓋區(qū)中的移動用戶MS1和MS2進行通話時，他們之間的通路是 MS1BS1MSC1MCS2BS2MS2 移動通信網(wǎng) 蜂窩網(wǎng) 數(shù)字移動通信原理 數(shù)字移動通信中所采用的主要技術 1、多址聯(lián)接技術 1FDMA 2TDMA 3CDMA 在移動通信系統(tǒng)中，通常使一種以上的多址方式，例如在下行線路中使用T

13、DMA方式，而在上行線路中使用FDMA方式。 2、語音與信道的編碼技術 語音編碼： GSM系統(tǒng)：規(guī)那么脈沖鼓勵長期預測編碼RPELTP CDMA系統(tǒng)：鼓勵線性預測編碼QCELP 信道編碼： 在GSM系統(tǒng)中，話音編碼器輸出為13kbit/s，為了提高糾錯能力，信道編碼器在每一幀RPE中的182個重要比特中，參加4個尾比特和3個奇偶檢驗比特，并對它們的復合信號進行1/2碼率卷積編碼。從而構成378比特/20ms，此外還有未編碼的78比特，那么構成456bit/20ms，即總比特特率為22.8kbit/s。GSM系統(tǒng)在誤比特率為0.1的情況下，話音質量下降不多。 3、調制解調技術 數(shù)字移動通信對數(shù)字

14、調制解調技術的要求 1采用盡量窄的功率譜信號 2頻譜效率高 3傳輸質量高 4采用差分檢測方案 在實際的數(shù)字移動應用系統(tǒng)包括數(shù)字蜂窩系統(tǒng)、集群系統(tǒng)、無繩 系統(tǒng)和個人通信系統(tǒng)中，所使用的數(shù)字調制方案分為兩種：線性調制技術和恒包絡調制。在GSM系統(tǒng)中，采用GMSK方案。4、抗干擾技術 1鄰道干擾 鄰道干擾是指相鄰或相近的頻道信號所造成的干擾，相鄰頻道可以是相隔幾個或幾十個頻道。 2遠近效應 兩個移動臺與基站的距離不同，而以相同的頻率發(fā)送信號，近端對遠端的干擾。 3同頻干擾 4互調干擾GSM數(shù)字移動通信系統(tǒng)SIM卡 無線傳輸比固定傳輸更易被竊聽，如果不提供特別的保護措施，很容易被竊聽或被假冒一個注冊用

15、戶。八十年代的模擬系統(tǒng)深受其害，令到用戶利益受損，因此GSM首先引入了SIM卡技術，從而使GSM在平安方面得到了極大改進。 它通過鑒權來防止未授權的接入，這樣保護了網(wǎng)絡運營者和用戶不被假冒的利益；通過對傳輸加密可以防止在無線信道上被竊聽，從而保護了用戶的隱私；另外，它以一個臨時代號替代用戶標識，使第三方無法在無線信道上跟蹤GSM用戶，而且這些保密機制全由運營者進行控制，用戶不必參加更顯平安。 由于在GSM通信中引入了SIM卡的技術，使無線電通信從不保密的禁區(qū)解放出來，只要客戶手持一卡，可以實現(xiàn)走遍世界的愿望。SIM卡的特點：1客戶與設備別離(人機分開)。在GSM通信中，SIM卡與移動設備之間已

16、設置一個開放式的公共接口，這樣，使用者與自己的設備之間沒有互相依存的關系。因在SIM卡中存儲有持卡者的客戶數(shù)據(jù)、保安數(shù)據(jù)、鑒權加密算法等，只要客戶手持此卡就可以借用、租用不同廠家的移動臺，得到卡內(nèi)存儲的各種業(yè)務的效勞，大大方便了客戶，大大增強了GSM通信的移動性，也大大地增強了各生產(chǎn)廠家的設備的共享性。2通信平安可靠。因為在SIM卡中有一個永久性的存儲器，既有存儲能力，又有進行計算的能力，所以它屬于智能卡。當客戶建立呼叫時，首先要客戶輸入個人身份號碼(PIN)，此碼由48位數(shù)字組成，由移動臺的鍵盤鍵入。假設輸入三次不正確的PIN碼后，PIN碼被鎖，通信終止，這是防范那些偽客戶盜用通信的方法之一

17、。假設有權客戶忘記了碼或一時疏忽，輸入三次錯誤，可利用SIM卡中存儲的09位數(shù)字的個人解鎖鑰(PUK)來解鎖PIN碼，使之恢復正常。但也要特別注意，假設輸入十次錯誤的PUK，整個SIM卡就報廢了，只有重新購置一個SIM卡才能再進行通信。在呼叫建立過程中PIN碼正確時，網(wǎng)路開始對客戶身份進行鑒權，利用存儲在SIM卡中的A3、A8算法，移動臺與網(wǎng)路把計算結果進行比較，相同鑒權成功，這又是防范盜用通信的第二道防線。鑒權成功之后，為了對客戶信息保密，平安傳送至被叫，那么又采用了一套加解密的方法，即采用了A5的算法，防止了非法客戶竊密。另外，在鑒權和加解密過程中的密鑰(KC)和鑒權鑰(K1)參數(shù)在空中接

18、口上是不傳輸?shù)模挥袊H移動客戶識別碼(IMSI)傳輸一次，以后完全采用不斷變化的臨時移動客戶識別碼(TMSI)來代替，因此GSM通信比模擬移動通信平安可靠。3本錢低。它比 磁卡的本錢低，并且質地結實耐用，易于推廣CDMA數(shù)字移動通信系統(tǒng) 與FDMA和TDMA相比，CDMA具有許多獨特的優(yōu)點，其中一局部是擴頻通信系統(tǒng)所固有的，另一局部那么是由軟切換和功率控制等技術所帶來的。CDMA移動通信網(wǎng)是由擴頻、多址接入、蜂窩組網(wǎng)和頻率再用等幾種技術結合而成，含有頻域、時域和碼域三維信號處理的一種協(xié)作，因此它具有抗干擾性好，抗多徑衰落，保密平安性高，同頻率可在多個小區(qū)內(nèi)重復使用，所要求的載干比(CI)小于

19、1，容量和質量之間可做權衡取舍等屬性。這些屬性使CDMA比其它系統(tǒng)有非常重要的優(yōu)勢。 系統(tǒng)容量大理論上CDMA移動網(wǎng)比模擬網(wǎng)大20倍。實際要比模擬網(wǎng)大10倍，比GSM要大4-5倍。 系統(tǒng)容量的靈活配置：這與CDMA的機理有關。CDMA是一個自擾系統(tǒng)，所有移動用戶都占用相同帶寬和頻率， 通話質量好：CDMA系統(tǒng)話音質量很高，聲碼器可以動態(tài)地調整數(shù)據(jù)傳輸速率，并根據(jù)適當?shù)拈T限值選擇不同的電平級發(fā)射。同時門限值根據(jù)背景噪聲的改變而改變，這樣即使在背景噪聲較大的情況下，也可以得到較好的通話質量。另外CDMA系統(tǒng)采用軟切換技術，“先連接再斷開，這樣完全克服了硬切換容易掉話的缺點。 頻率規(guī)劃簡單用戶按不同的序列碼區(qū)分，所以不相同CDMA載波可在相鄰的小區(qū)內(nèi)使用，網(wǎng)絡規(guī)劃靈活，擴展簡單。 延長 電池壽命采用功率控制和可