现代通信技术完整版课件.ppt

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1、.,现代通信技术,.,教材与参考书,教材：纪越峰 等，现代通信技术（第2版），北京邮电大学出版社，2006年参考书：李文海，现代通信技术（上、下），人民邮电出版社，2007年4月 郭梯云 等，移动通信（修订版），西安电子科技大学出版社，2005年 樊昌信 通信原理(第5版)国防工业出版社，2003年 http:/sna.csie.ndhu.edu.tw/cnyang/download.htm,.,目 录,第一篇 现代通信网与支撑技术概述第1章 现代通信网与支撑技术概述第二篇 信息应用技术第2章 通信业务第3章 通信终端第三篇 业务网技术第4章 业务网技术基础第5章 电话网技术第6章 数据网技术

2、第7章 IP网技术,.,目 录,第四篇 接入与传送网技术第8章 传送网技术基础第9章 光纤通信技术第10章 无线通信技术第11章 综合业务接入技术第五篇 下一代网络技术第12章 下一代网络技术,.,第1章 现代通信网与支撑技术概述,1.1 现代通信网的构成要素1.1.1 通信的基本概念1.通信的基本含义：人们通过听觉、视觉、嗅觉、触觉等感官，感知现实世界而获取信息，并通过通信来传递信息。因此通信的基本形式是在信源（始端）与信宿（末端）之间建立一个传输（转移）信息的通道（信道）。因此所谓通信系统就是利用电、光等信号形式来传递信息的系统。,.,通信的定义:信息的传输与交换以语言、图像、数据、文本等

3、媒体，通过电(光)信号将信息由一方传输到另一方。,.,1.1.1 通信的基本概念,2.通信系统的分类：按照通信业务分类：单（多）媒体通信系统、实时（非实时）通信系统、单向（交互）传输系统、窄带（宽带）通信系统等；按照传输媒质分类：有线通信系统和无线通信系统；按照调制方式分类：基带传输和调制传输；按照信道中传输的信号分类：模拟通信系统和数字通信系统。,.,1.1 现代通信网的构成要素,1.1.2 通信系统的基本组成 如图1.1 所示，点与点之间建立的通信系统的基本组成包括：信源、变换器、信道、噪声源、反变换器及信宿6个部分。,.,.,1.通信系统的基本组成：,终端设备：终端设备的主要功能是把待传

4、送的信息和在信道上传送的信号进行相互转换传输链路：传输链路是连接源点和终点的媒介和通路交换设备：交换设备的基本功能是完成接入点链路的汇集、转接和分配,.,(1)模拟通信系统,模拟通信利用模拟信号来传递消息。模拟通信系统框图如图1-2所示:图1-2 模拟通信系统,基带信号,频带信号,频带信号,基带信号,.,(2)数字通信系统,数字通信利用数字信号来传递消息。数字通信系统框图如图1-3所示：,图1-3 数字通信系统模型,.,(3)数字通信系统的优缺点,数字通信系统的优点抗干扰能力强容易实现高质量的远距离通信便于实现综合业务数字网便于加密适于集成化、智能化,.,(3)数字通信系统的优缺点,数字通信系

5、统的缺点占用频带宽系统和设备比较复杂,.,2.模拟通信与数字通信的概念,信道中传输的是模拟信号时为模拟通信 信道中传输的是数字信号时为数字通信,.,图1-4 模拟通信系统模型,.,图1-5 数字通信系统模型,.,3.模拟信号与数字信号,模拟信号基带信号(一般指未调制过的信号，频带在零频附近的信号)瞬时值状态数无限，如正弦信号、语音信号、图像信号等。已调信号(载波一般为正弦信号)的参数A.F.P状态数无限。,.,数字信号基带信号的瞬时值状态数有限。如电报机等输出的信号。已调信号的参数A.F.P状态数有限。,3.模拟信号与数字信号,.,图1-6 模拟信号与数字信号,.,4 模拟通信与数字通信,（1

6、）模拟通信点点单路通信系统,.,图1-7 点-点单路通信系统,调制器：使信号与信道相匹配,便于频分复用等发滤波器：滤除调制器输出的无用信号收滤波器：滤除信号频带以外的噪声 一般设n(t)为高斯白噪声，ni(t)为窄带白噪声*注:模拟通信也可进行加密此系统为单向通信系统即单工通信系统,当A、B都有调制解调器时可实现双工通信。,.,点-点多路通信系统,点对点多路通信系统除解决信息传输技术外，还必须解决信息复用技术，即在发端将多路信号复接在一起、在收端将已复接在一起的多路信号进行分接处理。在模拟通信中只能用频分复用(FDM)技术。,.,FDM：即由将不同的信号由不同的频段传输，使得数个信号能在同一时

7、间由同一媒介传输。调制设备可将每一信号移动到他被允許使用的频段。多通设备可将调制后的信号合并，再经由同一媒介传送。,.,.,.,通信网,通信网中涉及到传输、复用、交换、网络四大技术。,.,图1-8 点-点单路数字通信系统模型,（2）数字通信,.,信源:可以是模拟信源，也可以是数字信源(离散信源)。信源编码:对模拟信号进行A/D变换和压缩，对数字信号进行压缩。信道编码:提高通信可靠性，Pe Pe。调制器:作用同模拟通信。发、收滤波器:作用同模拟通信，且使系统无码间串扰。同步器:使收发信机步调一致地工作以正确传输信息。在实际通信系统中，可以根据具体情况省略掉上图中的某些单元。若无调制解调器则为数字

8、基带系统。与模拟通信类似，在多路数字通信系统中除采用上述数字传输技术外还需采用复用技术，在通信网中还需采用交换技术及网络技术。目前在数字通信系统中常用的复用技术是FDM、TDM(时分复用)和CDMA（码分复用）。,.,某离散消息x发生的概率为P(x)，则它所携带的信息量为 I=-loga p(x)当a=e时，信息量的单位为奈特(nit)；当a=2时，信息量的单位为比特(bit)。目前广泛使用的单位为bit。,5 离散消息的信息量,.,6 信道容量,信道容量是指信道中信息无差错传输的最大速率。（1）离散信道的信道容量 根据奈奎斯特(Nyquist)准则，带宽为的信道，所能传送的信号最高码元速率为

9、2B波特(Baud)。因此，无噪声离散信道的信道容量为 C=2Blog2L(bit/s),.,式中B的单位为Hz，L为码元所能取的离散值的个数。在有噪声情况下，传送将会出现差错，信道容量会降低。对于二进制信道，若1码和0码的发送概率相等，都为0.5，p表示正确传输的概率，则这种无记忆二进制对称信道的信道容量为 C=2B1+plog2p+(1-p)log2(1-p)(bit/s)（2）连续信道的信道容量香农公式 带宽限制在B(Hz)的连续信道，其输入信号为x(t)，信道加性高斯白噪声为n(t)，则信道输出为,.,y(t)=x(t)+n(t)式中，输入信号x(t)的功率为S；信道噪声n(t)的功率

10、为N，n(t)的均值为零，方差为n2，其一维概率密度函数为 对于频带限制在B(Hz)的输入信号，按照理想情况的抽样速率2B对信号和噪声进行抽样，将连续信号变为离散信号。此时连续信道的信道容量为 C=maxI(X,Y)RB=maxH(X)-H(X/Y)2B=maxH(Y)-H(Y/X)2B,.,当x服从高斯分布，其均值为零，方差为2时，H(X)和H(Y)可获得最大熵:,连续信源的相对条件熵为,.,因此连续信道的信道容量为 C=max H(Y)-H(Y/X)2B,上式就是著名的香农(Shannon)信道容量公式，简称香农公式。香农公式表明的是当信号与信道加性高斯白噪声的平均功率给定时，在具有一定频

11、带宽度的信道上，理论上单位时间内可能传输的信息量的极限数值。香农公式成立的条件是：信号为高斯分布(此时信源熵最大)，噪声为高斯白噪声。,.,只要传输速率小于等于信道容量，则总可以找到一种信道编码方式，实现无差错传输；若传输速率大于信道容量，则不可能实现无差错传输。若噪声n(t)的单边功率谱密度为n0，则在信道带宽B内的噪声功率N=n0B。因此，香农公式的另一形式为 C=Blog2由香农公式可得以下结论：增大信号功率S可以增加信道容量，若信号功率趋于无穷大，则信道容量也趋于无穷大，即,.,减小噪声功率N(或减小噪声功率谱密度n0)可以增加信道容量，若噪声功率趋于零(或噪声功率谱密度趋于零)，则信

12、道容量趋于无穷大，即,增大信道带宽B可以增加信道容量，但不能使信道容量无限制增大。信道带宽B趋于无穷大时，信道容量的极限值为,.,香农公式给出了通信系统所能达到的极限信息传输速率，达到极限信息速率的通信系统称为理想通信系统。但是，香农公式只证明了理想通信系统的“存在性”，却没有指出这种通信系统的实现方法。因此，理想通信系统的实现还需要我们不断努力。香农公式的应用 由香农公式可以看出：对于一定的信道容量C来说，信道带宽B、信号噪声功率比S/N及传输时间三者之间可以互相转换。若增加信道带宽，可以换来信号噪声功率比的降低，反之亦然。如果信号噪声功率比不变，那么增加信道带宽可以换取传输时间的减少，等等

13、。如果信道容量C给定，互换前的带宽和信号噪声功率比分别为B1和S1/N1，互换后的带宽和信号噪声功率比分别为B2和S2/N2，则有,.,B1log2(1+S1/N1)=B2 log2(1+S2/N2)由于信道的噪声单边功率谱密度n0往往是给定的，所以上式也可写成 例如：设互换前信道带宽B1=3kHz，希望传输的信息速率为104b/s。为了保证这些信息能够无误地通过信道，则要求信道容量至少要104b/s才行。互换前，在3kHz带宽情况下，使得信息传输速率达到104 b/s，要求信噪比S1/N19 倍。如果将带宽进行互换，设互换后的信道带宽B2=10kHz。这时，信息传输速率仍为 104 b/s，

14、则所需要的信噪比S2/N2=1 倍。,.,可见，信道带宽B的变化可使输出信噪功率比也变化，而保持信息传输速率不变。这种信噪比和带宽的互换性在通信工程中有很大的用处。例如，在宇宙飞船与地面的通信中，飞船上的发射功率不可能做得很大，因此可用增大带宽的方法来换取对信噪比要求的降低。相反，如果信道频带比较紧张，如有线载波电话信道，这时主要考虑频带利用率，可用提高信号功率来增加信噪比，或采用多进制的方法来换取较窄的频带。前面我们讨论的是带宽和信噪比的互换。此外，带宽或信噪比与传输时间也存在着互换关系。,.,香农公式得出的重要结论,C随S/N增大而增大；当n00时C，即无干扰信道的信道容量为无穷大；C随着

15、B的增大而增大，但不能无限增大，即 当B时，C1.44（S/n0）C一定时，B与(S/N)可以互换；若信源信息速率RbC，则理论上可以实现无差错传输。若RbC，则不可能实现无差错传输。通常，把实现了极限传输速率且无差错(或差错为任意小)的通信系统，称为理想通信系统。,.,例1：一个四进制无噪声数字信道，带宽为3000Hz，求该信道的信道容量。解：C=2Blog2L=23000log24=12000bit/s,.,例2 黑白电视图像每帧含有3105个像素，每个像素有16个等概出现的亮度等级。要求每秒钟传输30帧图像。若信道输出S/N=30 dB，计算传输该黑白电视图像所要求的信道的最小带宽。,.

16、,解：每个像素携带的平均信息量为H(x)=(log216)bit/符号=4 bit/符号一帧图像的平均信息量为I=(43105)bit=12105 bit每秒钟传输30帧图像时的信息速率为Rb=(1210530)bit/s=36 Mbit/s令Rb=C=Blog2（1+S/N）得,即传输该黑白电视图像所要求的最小带宽为3.61 MHz。,.,1.1 现代通信网的构成要素,1.1.3 现代通信网的分层结构,.,1.1 现代通信网的构成要素,1.1.4 通信网组网结构网状型网星型网复合型网环型网总线型网树型网,.,1 网状型网 如果一个网络只连接几台设备,最简单的方法是将它们都直接相连在一起，这种

17、连接称为点对点连接。用这种方式形成的网络称为全互连网络(网状型网)，如图1所示。图中有6个设备，在全互连 情况下，需要15条传输线路。如果要连的设备有n个，所需线路将达到n(n-1)/2条！显而易见，这 种方式只有在涉及地理范围不大，设备数很少的条件下才有使用的可能。即使属于这种环境,，在LAN技术中也不使用。这里所以给出这种拓扑结构，是因为当需要通过互连设备(如路由器)互连多个LAN时,将有可能遇到这种广域网(WAN)的互连技术。,.,.,2 星型网 星型结构是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话都属于这种结构，如下图所示。其中,图(a)为电话网的星型结构,图(b)为目前使用最普遍的以

18、太网(Ethernet)星型结构,处于中心位置的网络设备称为集线器,英文名为Hub。(a)电话网的星型结构,.,图(a)电话网的星型结构,图(b)以Hub为中心的结构,.,(b)以Hub为中心的结构 这种结构便于集中控制,因为端用户之间的通信必须经过中心站。由于这一特点,也带来了易于维护和安全等优点。端用户设备因为故障而停机时也不会影响其它端用户间的通信但这种结构非常不利的一点是,中心系统必须具有极高的可靠性,因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。对此中心系统通常采用双机热备份,以提高系统的可靠性。这种网络拓扑结构的一种扩充便是星型树,如下图所示。每个Hub与端用户的连接仍为星型，Hub的

19、级连而形成树。然而，Hub级连的个数是有限制的,并随厂商的不同而有变化。另外，以Hub构成的网络结构，虽然呈星型布局，但它使用的访问媒体的机制却仍是共享媒体的总线方式。,.,3 环型网 环型结构在LAN中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户,直到将所有端用户连成环型,如图所示。这种结构消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。,.,环行结构的特点是,每个端用户都与两个相临的端用户相连,因而存在着点到点链路,但总是以单向方式操作。于是,便有上游端用户和下游端用户之称。例如上图中,用户N是用户N+1的上游端用户,N+1是N的下游端用户。如果N+1端需将数据发送到N端，则几乎要绕环一

20、周才能到达N端。环上传输的任何报文都必须穿过所有端点,因此,如果环的某一点断开,环上所有端间的通信便会终止。为克服这种网络拓扑结构的脆弱,每个端点除与一个环相连外，还连接到备用环上,当主环故障时,自动转到备用环上。,.,4 总线型网 总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式,也就是说，连接端用户的物理媒体由所有设备共享，如下图所示。,.,使用这种结构必须解决的一个问题是确保端用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。在点到点链路配置时,这是相当简单的。如果这条链路是半双工操作，只需使用很简单的机制便可保证两个端用户轮流工作。在一点到多点方式中，对线路的访问依靠控制端的探询来确定。然而，在

21、LAN环境下,由于所有数据站都是平等的，不能采取上述机制。对此，研究了一种在总线共享型网络使用的媒体访问方法：带有碰撞检测的载波侦听多址访问,英文缩写成CSMA/CD。,.,CSMA/CD这种结构具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其它站点或端用户通信的优点。缺点是一次仅能一个端用户发送数据，其它端用户必须等待到获得发送权。媒体访问获取机制较复杂。尽管有上述一些缺点，但由于布线要求简单，扩充容易，端用户失效、增删不影响全网工作，所以是网络技术中使用最普遍的一种。,.,网络拓扑结构举例：某市社会保险基金管理局通信网作为医疗保险业务通信网的主干网络，是一个以星型结构为主的基于

22、IP技术的通信网络。该市社会保险基金管理局是网络的中心汇聚节点，全市36个节点各通过2M MSTP/SDH数字电路与中心节点连接。来自各网点的电路，经电信MSTP/SDH网络汇聚成100M以太网口，接入该市社会保险基金管理局。组网方式如下图所示：,.,.,MSTP（Multi-Service Transfer Platform）（基于SDH 的多业务传送平台）是指，基于SDH 平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点。,.,如上图所示，该市社会保险基金管理局采用单星型网络结构组建市医疗保险骨干通信网，在市社会保险基金管理局（中心点）设置核心层节点，3

23、6个医疗机构作为边缘层节点分别通过中国电信2M MSTP/SDH数字电路与数据中心相连。MSTP/SDH作为OSI 七层模型中的第二层通信协议，为上层数据信息提供了透明的传输通道。IP层协议包括BGP、OSPF等路由协议等三、四层协议是构建在二层的MSTP/SDH数字电路连接的基础上，与二层的MSTP/SDH数字电路是相对独立的。因此选择MSTP/SDH数字电路组建骨干通信网，完全能够支持上层路由协议的灵活选择。,.,1.1 现代通信网的构成要素,1.1.5 通信网的质量要求1.一般通信网的质量要求 为了使通信网能快速、有效、可靠地传递信息，充分发挥其作用，对通信网一般提出3项要求：接通的任意

24、性与快速性；信号传输的透明性与传输质量的一致性；网络的可靠性与经济合理性。2.电话通信网的质量要求 电话通信是目前用户最基本的业务需求，对电话通信网的三项要求是：接续质量、传输质量和稳定质量,.,3 通信系统的主要性能指标,一个通信系统往往有很多指标，这些指标从各个方面评价了系统各方面的优劣。通信的目的是快速、准确地传输信息。快速可以用有效性来描述，准确可以用可靠性来描述。常用有效性和可靠性两方面进行考虑。,.,有效性：信道的频率资源是有限的(即信道带宽是有限的)，显然为传输某一信息而占用的信道带宽越小，信道所能传输的信息路数越多，越能有效地利用信道的频率资源，通信系统的有效性越好。可靠性：信

25、道传输信息时迭加了噪声，可靠性用来描述通信系统抗噪声能力，可靠性越高越能准确地传输信息。,.,（1）模拟通信系统的性能指标,带宽(有效性)模拟信号占用的信道带宽必须等于或大于信号带宽，因此信号带宽越小，有效性越好。信噪比(可靠性)模拟信号的质量可用信噪比表示，因此解调器输出信号的信噪比越大可靠性越好。,.,（2）数字通信系统的性能指标,码速率和信息速率(有效性)系统的有效性主要从传输效率、功率利用率、和频带利用率三个方面衡量。误码率与误比特率(可靠性)在数字通信系统中衡量系统可靠性的重要指标是差错率。另外，为了说明系统正确工作的能力，可靠性指标还包括可靠度和中断率。,.,2.数字通信系统的性能

26、指标,(1)码速率(RB)、信息速率(Rb)RB表示每秒钟传输的码元数目，单位为波特(Bd)，又称RB为符号速率。Rb表示每秒钟传输的信息量，单位为每秒比特(bit/s或bps)，又称Rb为传信率。,.,码元宽度(或码元周期)为T秒时 RB=（Baud）信息速率与码速率之间的关系为 Rb=RBH(x)(bit/s)当信源各个符号等概独立时，Rb=RBlog2M(bit/s)(1-1),2.数字通信系统的性能指标,.,(2)误码率(Pe)与误比特率(Pb),Pe=Pb=误比特率也被称为误信率。在通信系统中传输的各符号一般是独立等概的，因此常用式(1-1)来表示Rb与RB之间的关系，在二进制系统中

27、Rb=RB、Pe=Pb，在多进制(M2)系统中一般PbPe。,.,(3)有效性与可靠性,在数字通信系统中，信号占用的信道带宽Bc可以小于信号带宽，而且信号带宽还与信号的进制数有关，故不用信号带宽来描述有效性，而用频带利用率(B或b)来描述有效性。,.,B=(Bd/Hz)(1-2)b=(bit/(sHz)或bps/Hz)(1-3)当式（1-1）成立时 b=Blog2M(1-4),(3)有效性与可靠性,.,(3)有效性与可靠性,显然，B越大，b越大，有效性越好；采用多进制可以提高b。在数字通信系统中，接收机最终输出的信号可能是数字信号也可能是模拟信号。接收机输出信噪比只适于用来描述传输模拟信号的可

28、靠性，传输数字信号的可靠性可用误码率来表示。另外，接收机输出的模拟信号是由数字信号经数模转换得到的，数字信号的误码率越小，所对应的模拟信号的信噪比越大。总之，在数字通信系统中，误码率越小，可靠性越高。,.,1.2 现代通信网的支撑技术,1.2.1 信息应用技术1.通信业务：通信业务主要包括模拟与数字视频业务（如普通电话业务、智能网业务、IP电话业务、广播电视业务等）、数据通信业务（如网络商务、电子邮件）和多媒体通信业务（如分配型业务和交互型业务）等。,.,1.2.1 信息应用技术,2.通信终端：音频通信终端技术图形图像通信终端技术视频通信终端技术数据通信终端,.,1.2 现代通信网的支撑技术,

29、1.2.2 业务网技术业务网是向用户提供诸如电话、电报、传真、数据、图像等各种电信业务的网络。业务网包括电话网、数据网、智能网、移动网、IP网等，可分别提供不同的业务。,.,1.2 现代通信网的支撑技术,1.2.3 接入与传送网技术1.传输媒质：有线传输媒质电缆、光纤 无线传输媒质自由空间2.传输系统：频分复用、时分复用、码分复用3.传输节点设备：ADM(Add/Drop Multiplexer,分插复用器)、DXC(Digital Cross Connects,数字交叉连接设备)、OADM、OXC等4.接入设备：ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line,

30、非对称数字用户线路）、PON(passive optical network，无源光网络)、无线接入设备等,.,有线电信道,明线(即平行绝缘线)优点：传输损耗低 缺点：噪声干扰敏感,对称电缆(拧成扭绞状的电缆)优点：较稳定 缺点：损耗较大,同轴电缆 优点：外导体接地、屏蔽干扰 LAN用基带：50、93 CATV：75,.,图 1 8 对称电缆结构图,.,图 1-9同轴电缆结构图,.,表 3 1 几种有线电缆的特性,.,光纤信道,组成：,解调电信号,调制电信号,.,无线视距中继信道超短波、微波,图 1-10微波中继信道的构成,.,图 1 11 二频制或四频制频率配置方式,微波中继信道具有传输容量

31、大、长途传输质量稳定、节约有色金属、投资少、维护方便等优点。因此，被广泛用来传输多路电话及电视等。,.,使用微波频段使用转发器接收和转发,卫星中继通信,.,若以静止卫星作为中继站，采用三个相差120的静止通信卫星就可以覆盖地球的绝大部分地域(两极盲区除外)，如图 3-12所示。若采用中、低轨道移动卫星，则需要多颗卫星覆盖地球。所需卫星的个数与卫星轨道高度有关，轨道越低所需卫星数越多。,目前卫星中继信道主要工作频段有：L频段(1.5/1.6GHz)、C频段(4/6GHz)、Ku频段(12/14GHz)、Ka频段(20/30GHz)。卫星中继信道的主要特点是通信容量大、传输质量稳定、传输距离远、覆

32、盖区域广等。另外，由于卫星轨道离地面较远信号衰减大，电波往返所需要的时间较长。对于静止卫星，由地球站至通信卫星，再回到地球站的一次往返需要0.26s左右，传输话音信号时会感觉明显的延迟效应。目前卫星中继信道主要用来传输多路电话、电视和数据。,.,图 1 12 卫星中继信道示意图,.,陆地移动信道 陆地移动通信工作频段主要在VHF(甚高频)和UHF(特高频)频段，电波传播特点是以直射波为主。但是，由于城市建筑群和其他地形地物的影响，电波在传播过程中会产生反射波、散射波以及它们的合成波，电波传输环境较为复杂，因此移动信道是典型的随参信道。,.,图 1-13 移动信道的传播路径,.,1.3 现代通信

33、技术的发展趋势,通信技术数字化通信业务综合化网络互通融合化通信网络宽带化网络管理智能化通信服务个人化,.,1通信发展简史 1844年，莫尔斯发明有线电报；1864年，麦克斯韦尔提出电磁辐射方程；1876年，贝尔发明电话；1896年，马可尼发明无线电报；1906年，发明了真空管；1918年，调幅无线电广播开播；1925年，开始采用三路明线载波电话、多路通信；1936年，调频无线电广播开播；,.,1通信发展简史,1937年，发明脉冲编码调制原理；1938年，电视广播开播；1940-1945年，二次打战刺激了雷达和微波通信系统的发展；1948年，发明晶体管，Shannon提出了信息论，通信统计理论开

34、始建立；1950年，时分多路通信应用于电话；1956年，敷设了越洋电缆；1957年，发射第一颗人造卫星；1958年，发射第一颗通信卫星；,.,1960年，发明激光；1961年，发明集成电路；1962年，发射第一颗同步通信卫星，脉冲编码调制进入实用阶段；1960-1970年，彩色电视问世；阿波罗宇宙飞船登月；数字传输的理论和技术得到了迅速的发展，出现高速数字电子计算机；1970-1980年，大规模集成电路、商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信系统、微处理器等迅速发展；1980年以后，超大规模集成电路、长波长光纤通信系统广泛应用；综合业务数字网崛起。虽然在各国通信网中，模拟通信依然存在，但无疑数

35、字通信是目前和今后通信技术的发展方向。,1通信发展简史,.,2.数字通信的现状,数字短波通信数字移动通信数字微波通信数字卫星通信 数字光纤通信,回第一章首页,.,目前数字通信的主要传输手段有：电缆通信、微波中继通信、光纤通信、卫星通信、移动通信等。,2.数字通信的现状,.,3发展趋势,宽带化、综合化、个人化、网络化，最终实现全球个人通信。,.,作业一,每46人自愿结合组成一组，自拟题目，就未来通信技术的发展趋势谈谈想法。要求：每组交报告一份，字数不少于2000字。提交截止日期：第三周的第一次课邮箱：,.,第2章 接入与传送网技术,2.1 传送网概述2.1.1 传送与传输所谓传送网，是指在不同地

36、点的个点之间完成转移信息传递功能的一种网络，当然传送网也能传递各种网络控制信息。传送与传输（Transmission）不一样，传送是从信息传递的功能过程来描述；而传输是从信息信号通过具体物理媒质传递的物理过程来描述。2.1.2 传送网分层结构,.,2.2 同步数字传送网技术,2.2.1 SDH传送网产生背景PDH的特点与存在的主要问题PDH主要面向话音技术，有两种基础速率（2.048Mbit/s和1.544Mbit/s），采用时分复用（TDM）技术实现多路话音信号的传送（表8.1）。PDH采用的是准同步复接，即每个复接点的时钟与复接进入的时钟有较小的差别。其目的是复接时需要增加一些控制信息比特

37、，从而使复接后的速率略高于复接前的各码流速率之和。,.,其存在的主要问题是：面向话音业务点对点传输连接传输标准不统一准同步复用方式接口标准不规范系统管理能力弱SDH的产生,.,.,.,.,SDH传输网是由不同类型的网元通过光缆线路连接组成的，通过不同的网元完成SDH网的传送功能，这些功能包括：上下业务、交叉连接业务、网络故障自愈等。SDH网中常见网元有终端复用器TM，分插复用器ADM，再生中继器REG，数字交叉连接设备DXC。,.,分插复用器(ADM)分插复用器用于SDH传输网络的转接点处，例如链的中间结点或环上结点，是SDH网上使用最多、最重要的一种网元。ADM有两个线路端口和一个支路端口。

38、两个线路端口各接一侧的光缆(每侧收/发共两根光纤)，为了描述方便我们将其分为西向(W)、东向(E)两个线路端口。ADM的作用是将低速支路信号交叉复用到线路上去，或从线路端口收到的线路信号中拆分出低速支路信号。另外，还可将东/西向线路侧的STM-N信号进行交叉连接。ADM是SDH最重要的一种网元，通过它可等效成其它网元，即能完成其它网元的功能，例如：ADM可等效成两个TM。,.,终端复用器(TM)终端复用器是把多路低速信号复用成一路高速信号，或者反过来把一路高速信号分接成多路低速信号的设备。再生中继器(REG)REG的作用是将接收的光信号经O/E、抽样、判决、再生整形、E/O后在对侧发出。真正的

39、REG只处理STM-N帧中的RSOH，并且不具备交叉连接功能。而ADM和TM因为要完成将低速支路信号复用到STM-N帧中，所以不仅要处理RSOH，而且还要处理MSOH，另外ADM和TM都具有交叉连接功能。,.,数字交叉连接设备(DXC)数字交叉连接设备主要完成STM-N信号的交叉连接，它实际上相当于一个交叉矩阵，完成各个信号间的交叉连接。DXC可将输入的M路STM-N信号交叉连接到输出的N路STM-N信号上，DXC的核心是交叉矩阵，功能强大的DXC能够实现高速信号在交叉矩阵内的低级别交叉。,.,SDH概念和特点所谓SDH，是指一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号的结构等

40、级。而SDH网络则是由一些基本网络单元（NE）组成，在传输媒质上进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的传送网络，它具有全世界统一的网络节点接口（NNI）SDH是完全不同于PDH的新一代传输网体制，主要有以下特点：（1）新型的复用映射方式，（2）兼容性好，（3）接口标准统一，（4）网络管理能力强，（5）先进的指针调整技术，（6）独立的虚容器设计，（7）组网与自愈能力强，（8）系列标准规范,.,SDH应用的若干问题频带利用率抖动性能软件权限定时信息的传送IP业务对SDH传送网结构的影响,.,2.3 无线通信技术,2.3.1 无线通信概述2.3.2 无线传播环境及其特性1 电波的自由空间传播2 电

41、波传播的几何模型大气折射与等效地球半径电波的反射（如图10.2）,.,刃型遮挡的影响,.,3 电波的多径传播和衰落电波传播的长期慢衰落电波传播的短期快衰落,.,.,2.3.3 无线传输技术,1 天线基本知识天线方向性波瓣宽度天线增益天线的极化2 调制技术3 抗衰落及抗干扰技术分集技术,.,信道编码和交织技术,.,跳频技术,.,直接序列扩频技术,.,智能天线技术均衡技术,.,多载波和OFDM技术,.,4 多址技术多址的基本原理,.,FDMA技术TDMA技术,.,CDMA技术,.,SDMA技术随机接入多址技术双工技术,.,2.3.4 陆地移动通信系统,1 概述陆地移动通信系统的分类陆地移动通信系统

42、分为蜂窝公用陆地移动通信系统、集群调度移动通信系统、无绳电话系统和无线寻呼系统等。陆地移动通信系统的组成陆地移动通信的特点陆地移动通信技术陆地移动通信业务,.,2 蜂窝的概念,.,蜂窝的类型蜂窝系统中同频干扰小区分裂（如图）切换软切换硬切换,.,3 系统模型,.,4 无线资源管理面向网络的无线资源管理面向连接的无线资源管理无线资源的分配和调度5 移动性管理移动台的注册漫游6 安全性管理鉴权加密7 GSM系统小区结构和载频复用工作频带和载频间隔信道结构GSM系统的基本特点GSM系统的发展,.,8 CDMA系统概论CDMA与信道配置CDMA与蜂窝结构的关系IS-95CDMA物理信道与逻辑信道IS-

43、95CDMA的特点Cdma2000-1x物理信道与逻辑信道前向快速功率控制技术反向相干解调连续的反向空中接口波形增强的媒体接入控制功能Cdma2000标准的发展,.,9 无线局域网技术特征技术性能发展前景,.,10 第三代移动通信系统第三代移动通信系统的目标第三代移动通信系统的关键技术高效信道编译码技术软件无线电技术智能天线阵技术多用户检测和干扰消除技术向全IP网过渡IMT-2000无线传输技术,.,.,2.3.5 数字微波通信,1 概述微波的传播特性：似光性、极化特性中继通信2 数字微波在整个通信网中的位置3 数字微波线路,.,中继方式直接中继方式外差中继方式基带中继方式,.,微波站系统结构

44、双工器波道滤波器,.,微波收信机微波发信机调制与解调设备无损伤切换,.,4 数字微波的波道及其射频频率配置波道的设置射频波道配置,.,.,射频波道的频率再用微波通信中的备份与切换监控与勤务信号,.,2.3.6 卫星通信系统,1 概述卫星通信与其他通信方式相比具有其独特的特点通信距离远，通信成本与距离无关以广播方式工作，便于实现多址连接通信容量大，传送的业务种类多需要采用先进的空间电子技术需要解决信号传播时延带来的影响需要解决卫星的姿态控制问题,.,2 卫星通信使用的频率,.,3 卫星通信基础卫星通信系统的组成卫星通信中的多址技术卫星通信体制,.,.,卫星通信的多址技术FDMA多址技术单址载波多

45、址载波,.,单路单载波（SCPC）,.,TDMA多址技术CDMA多址技术,.,4 同步卫星通信系统同步卫星通信系统的组成及特点,.,卫星天线分系统卫星通信分系统单变频转发器双变频转发器星上处理转发器,.,卫星电源分系统跟踪遥测指令分系统控制分系统卫星电视广播,.,5 移动卫星通信系统移动卫星通信系统的特点高轨移动卫星通信系统国际海事卫星移动通信系统（Inmarsat）是基于同步轨道的移动卫星通信系统，其特点是服务范围大、流动性大、用户多、业务量小。Inmarsat系统由空间段、岸站（CES）和移动终端（MES）三大部分组成，如图10.60所示,.,低轨（LEO）卫星移动通信系统所谓低轨是指卫星轨道定位在1500km以下。,.,全球星系统（GlobalStar）“铱”系统,.,6 平流层通信概述平流层通信系统的组成及特点,