《移动通信部分》PPT课件.ppt
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1、1.3 通信技术入门,通信的基本原理 模拟通信与数字通信 光纤通信和无线通信 移动通信,1.3.1 通信的基本原理,(1)通信系统的基本模型(2)调制与解调(3)多路复用技术,什么是通信(communication)?,广而言之,通信就是信息的(远距离)传递与交流现代通信使用电波或光波传递信息的技术,也称为电信(telecommunication),如电报、电话、传真、电子邮件、BBS、QQ等通信的发展历史:1836年,英国建成第一条电报线路(Morse电报)1876年,美国人研制成可供实用的电话20世纪初,马可尼实现了跨越大西洋的无线电报通信1918年出现收音机和无线电广播1938年第一个电
2、视台开始播出1940s 出现彩色电视1960s 出现计算机网络,对通信系统的一般要求,远距离:传输距离要远低成本:传输成本要低高速度:从发生到接收的延迟时间要短可靠:传输的信息不能有错误方便:任何时间和地点都能通信安全:传输的信息要保密,不能泄漏,通信系统的模型,通信的三要素:,举例:,信道的任务是迅速、可靠而准确地将信号从信源传输到信宿,被传输的信息都必须以某种电(或光)信号的形式才能进行传输,发送信息的设备,接收信息的设备,模拟信号与数字信号,通信系统中被传输的信息必须转换成某种电信号(或光信号)才能进行传输,电信号(或光信号)有两种形式:模拟信号形式:通过连续变化的物理量(如信号的幅度)
3、来表示信息,例如人们打电话或者播音员播音时声音经话筒(麦克风)转换得到的电信号;数字信号形式:使用有限个状态(一般是2个状态)来表示(编码)信息,例如电报机、传真机和计算机发出的信号都是数字信号,0 0 1 1 0 1 0 0 0 1,模拟信号如何传输?,近距离传输:直接传输(如:MP3播放器 耳机;计算机输出信号 投影仪)远距离传输:通过载波来传输模拟信号(如:广播电台收音机)什么是载波?研究发现,高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他信号传送得更远。因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信息的载波,把模拟信号放在(调制在)载波上传输,则可比直接传输远得多,模拟信号如何进行载波传输?三种
4、调制方法,实现信号调制与解调的设备分别称为“调制器”和“解调器”:,数字信号如何传输?,近距离传输方法基带传输近距离传输时:不加处理直接进行(如:USB连接)较长距离传输:需作码型转换(如:以太网中传输数字信号),含有直流成分,不便于同步,不适合直接传输,平均直流电平为0,电平的变化可作为同步信号,远距离传输方法通过载波来传输数字信号(频带传输),数字信号的三种调制方法,小结1:远距离通信必须使用MODEM,通信一般是双向进行的,收发双方都需要调制器与解调器,它们通常做在一起,称为调制解调器(MODEM),信源信号通过调制器 调整载波的某个参数(幅度、频率或相位),到达目的地后,使用解调器把载
5、波所携带的信号检测出来,恢复为原始信号的形式,经过调制后的载波信号,携带着被传输的信号在信道中进行长距离传输,怎样降低传输成本?,分析:通信系统中,传输线路的建设和维护成本占整个系统成本的相当大的份额一条传输线路(铜线、光纤、无线电波)的容量通常远超过传输1路用户信号所需的能力降低成本采用的技术多路复用技术(Multiplexing)多路信号使用同一条传输线同时进行传输方法:频分多路复用(FDM)时分多路复用(TDM)波分多路复用(WDM),频分多路复用(Frequency Division Multiplexing,FDM),思想:将每个通信终端发送的信号调制在不同频率的载波上,通过频分多路
6、复用器(MUX)将它们复合成为一个信号,然后在同一传输线路上进行传输。抵达接收端之后,借助分路器(DEMUX)把不同频率的载波分离出来,送到不同的接收设备工作原理:,将不同频率的载波信号合成在一起,使用一组滤波器分解出不同频率的载波信号,频分多路复用举例1,广播电台节目的发送与接收,常见广播电台使用的载波频率中波 900 KHz(南京经济台)中波1008 KHz(南京新闻台)短波 15.28 MHz(英国BBC)短波 15.29 MHz(VOA美国之音)调频104.3MHz(南京体育台)调频105.8MHz(南京音乐台),频分多路复用举例2,电视节目的发送与接收,时分多路复用(Time Div
7、ision Multiplexing,TDM),思想:各通信终端(计算机、电话)以规定的顺序和时间轮流使用同一传输线路进行数据传输工作原理:,应用:主要使用在数字通信领域,如电话中继通信、GSM手机、总线式以太网等,同步和异步时分多路复用,异步TDM的条件:发送信息中必须包含接收设备的地址!,小结2:多路复用可以降低通信成本,通信系统的原理示意图,多路复用技术使得成千上万路通信可以在同一条传输线上同时进行,大大节省了通信成本,频分多路、时分多路和波分多路等技术可以同时使用,以提高复用效率,1.3.2 模拟通信与数字通信,(1)模拟通信(2)数字通信(3)数字通信系统,模拟通信,信源产生的模拟信
8、号直接进行传输或者通过对载波调制后进行传输的通信技术称为模拟通信技术 应用:(传统的)有线载波电话无线电广播电视(卫星电视、数字有线电视除外)优点:历史长,技术成熟,结构简单,成本低缺点:在信号的调制和传输过程中易受噪声干扰,传输质量不够稳定趋势:已经越来越多地被数字通信所取代,模拟通信技术应用举例(1),传统的有线载波电话,模拟通信技术应用举例(2),电话拨号上网:利用模拟传输技术传输数字信号,模拟通信技术应用举例(2),家庭计算机用户通过电话拨号接入计算机网络,调制解调器把计算机送出的数字信号,采用数字调制(频移键控或相移键控)的方法,调制成为适合于在用户电话线上传输的音频模拟信号,因特网
9、服务提供商把接收到的模拟信号,通过解调器恢复成数字信号送给计算机,目前电话上网的最高传输速率:56Kbps,音频模拟信号在本地电话网中,采用模拟传输技术进行传输,什么是数字通信?,将信源产生的模拟信号转换为数字信号(或信源直接产生数字信号)之后,直接进行传输或通过用数字信号对载波进行数字调制来传输信息的技术称为数字通信数字通信技术的优点:抗干扰能力强,差错可控制,无噪声积累,传输质量高灵活性好,能适应多种应用需求,声音、图像、数据均可传输传输的数字信号可以直接由计算机进行存储、管理和处理数字信号的加密比模拟信号容易,所以通信的安全性高数字电路容易用超大规模集成电路实现,有利于通信设备的小型化、
10、微型化,也降低了功耗,数字通信采用的技术,数字调制/解调技术调幅;调频;调相多路复用技术时分多路;频分多路;波分多路交换技术电路交换;分组交换模-数和数-模转换技术;数字编码和数据压缩技术,数字通信技术应用举例(1),当今长途电话系统的中继通信,模拟声音信号在需要进行远距离传输之前,先使用PCM编码器变换为数字信号形式(此过程称为“数字化”),接收方所在地区的交换局使用解码器把数字信号还原成模拟声音信号后,由用户线传输至接听方的电话机,数字信号经调制和复用后,通过光纤传输到接收方所在地区的交换局,再经解调和分路处理,恢复为数字信号,补充:PCM编码,PCM(脉冲编码调制)原理:将模拟信号按时间
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