现代通信系统-电子教案.ppt

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1、,机械工业出版社同名教材配套电子教案,现代通信系统（第2版）,第1章 程控交换系统 第2章 数据交换系统 第3章 移动通信系统第4章 数字传输系统 第5章 光纤通信系统 第6章 卫星通信系统 第7章 用户接入系统,本书章节,现代通信的起源可以说是从电话开始的，电话满足了人们相互之间进行信息交流的需要。人们使用电话离不开电话交换机，交换机能够将任意两个电话用户接通。众多交换机连在一起就构成电话交换网，通过这个网，世界各地的电话用户可以相互通话。,第1章 程控交换系统,电话交换的过程中，要经过电话机、交换机，以及交换网。电话交换技术的发展也是经历了这样的过程。一百多年来，这一技术得到了巨大的发展和

2、广泛的应用，无论是在结构方面，还是功能方面，都已日趋成熟。,1.1 电话交换简介,最初的电话通讯只能在固定的两部电话机之间进行,A用户,B用户,C用户,交换技术的发展,固定的两部电话机之间的通话显然不能满足人们的需要，人们希望有选择地与对方通话，由此想到建立一个人工电话交换站。,人工交换出现,人工交换的缺点是显而易见的，如果能用机器来代替话务员的工作，那就能大大提高电话交换的工作效率。这就引出了自动电话交换机的产生。自动电话交换机的发展经历了步进制、纵横制、程控制等发展过程。,自动交换的发展,现在，数字程控交换机已经得到广泛普及。,程控交换机房,随着社会经济的发展，人们不仅需要进行本地电话交换

3、，而且需要同世界各地进行通话联系，这就要考虑如何把各地的电话连接起来，也就是如何组建电话网。,电话交换网的出现,电话网中不同位置的交换机起着不同的作用，故有不同的名称，如端局、汇接局、长途局等。不同的连接线也有不同的名称，如用户线、中继线等。,交换网中的交换机,电话交换网的组成,程控交换机是指用计算机来控制的交换系统，它由硬件和软件两大部分组成，其中硬件部分被分为两个子系统：,话路子系统控制子系统,程控交换机的基本组成,程控交换机的的硬件结构,程控交换机的机柜,交换机的中央处理机柜和电源机柜,自动振铃回叫 缩位拨号 热线服务 呼叫转移 呼出限制,程控交换机的服务功能,呼叫等待 三方通话 免打扰

4、 闹钟叫醒,交换机按用途可分为局用交换机和用户交换机两类。用户交换机也称为小交换机（PBX），用于单位内的电话交换以及内部电话与公共电话网的连接。可以用用户线与局用交换机连接，也可以用中继线与局用交换机连接。最常见的连接方式是半自动中继方式和全自动中继方式。,用户交换机,在程控交换机中，为便于传输与处理,常将多条话路信号复用在一起，然后再送入交换网络。此时，在一条物理电路上顺序传送着多路话音信号，每路信号占用一个时隙。所以说，在数字交换网络中对话音电路的交换实际上是对时隙的交换。,1.2 数字交换网络,时隙交换的过程可以分成两步。第一步是在一条电路的任意两个时隙之间进行的交换，称为时分交换，由

5、T型接线器完成；第二步是在两条电路上的相同时隙之间进行的交换，称为空分交换，由S型接线器完成。,时隙交换,对于小型交换机来说，交换网络往往由一级T型接线器组成就可以了，而对于大型交换机则肯定是不够的。这时可以采用多级组合方案，其中T-S-T组合是最常用的。,多级组合交换网络,交换网络的控制一般包括：接收要求建立接续的地址，寻找通过单级或多级网络的通路，建立通路接续以及最后释放该通路。,交换网络的控制,电话机所产生的话音信号都是模拟信号，而程控交换机所处理的必须是数字信号。因此，程控交换机必须将电话机发出的模拟信号转换成数字信号，而且还要对电话机进行馈电、振铃和测试等。这些必不可少的功能都是由用

6、户电路来完成的。,1.3 用户电路,B向用户馈送电源O过压保护R振铃S监视,C编译码及滤波H2/4线转换T测试,用户电路的功能可以简称为“BORSCHT”功能,用户电路的功能,用户电路一般由两块专用集成电路组件组成，一块是用户接口电路，另一块是编译码器和滤波器。,用户电路的整体结构,用 户 机 柜,电话交换机之间是由中继线连接的，中继器是交换机与中继线之间的接口设备，中继器可分为以下两种：模拟中继器数字中继器,1.4 中继器,模拟中继器的主要功能与模拟用户电路相似，如忙闲控制、信号发送与接收、过压保护、发送与接收电平的调节、各种传输参数的分配、提供测试接口、完成话音信号的A/D和D/A转换。,

7、模拟中继器,数字中继器的主要功能有：时钟提取、码型变换、帧同步和复帧同步等。数字中继器所连接的是传码率为2048Kbps的32路PCM基群线路,即一个数字中继器可提供30条话路、一条同步通路和一条标志信号通路。,数字中继器,中继传输模块,程控交换机是存储程序控制的交换机，也就是通过运行处理器中的程序，控制整个话路的接续，因此软件在程控交换机中具有极其重要的作用。,1.5 交换机的软件系统,程控交换机的软件系统从总体上可分为两大部分运行软件和支持软件。运行软件是指交换系统进行呼叫处理、管理和维护等工作所需的程序和数据,是在线运行的。支持软件是指编译程序、模拟程序和连接编辑程序等，它是在编写和调试

8、程序时为了提高效率而使用的程序，是脱机运行的。,运行软件和支持软件,程控交换机软件系统的基本任务是控制交换机运行，而交换机的基本目的是建立和释放呼叫。因此对交换机软件系统有以下一些特殊要求：1.运行快存储小；2.以多道程序运行的方式工作；3.保证系统不中断；4.通用性能好。,对软件系统的要求,呼叫处理的过程是比较复杂的，可简单地概括为三步:,输入处理输出处理内部处理,经过这三步后，交换机便从一种稳定状态转移到另一种稳定状态,周而复始,循环无尽。,呼叫处理的过程,信令是指通信系统中的控制指令。它可以指导终端设备、交换系统及传输系统协同运行，在指定的终端之间建立临时的通信信道，并维护网络本身正常运

9、行。信令系统是通信网的重要组成部分，是通信网的神经系统。,1.6 交换机的信令系统,按传送通道可分为：随路信令，共路信令按功能可分为：线路信令，路由信令，管理信令 按工作区域可分为：用户线信令，局间信令,信令的分类,信令的传送要遵守一定的规约和规定，这就是信令方式。它包括信令的结构形式、信令在多段路由上的传送方式及控制方式。,信令方式,当电话网采用共路信令后，除原有电话网外，还要有一个独立的数据通信网，即信令网。它除传送呼叫控制等电话信令以外，还要传送网络管理与维护等信息，它实际上是一个载送各种信息的数据传送系统，是一个专用的数据通信网。,信令网,信令模块,数据交换也称数据通信，是现代信息技术

10、中的一个重要组成部分，它是计算机科学与通信科学相结合的产物，是把通信技术中的信息传输、交换同计算机技术中的数据处理、加工及存储有机结合而形成的一种通信方式。数据通信网的建立与应用，极大地推动了数据通信技术的发展，也为更大规模的生产活动、更大范围的信息资源共享提供了必要的条件。,第2章 数据交换系统,计算机的输入和输出都是数据信号，因此数据通信是计算机和通信相结合而产生的一种通信方式。数据通信可定义为“用通信线路（包括通信设备）将远地的数据终端设备与主计算机连接起来进行信息处理”，以实现硬件、软件和信息资源共享。,2.1 数据通信基础,通信对象不同 对可靠性的要求不同 通信的持续时间不同 通信中

11、的信息特性不同,数据与话音的区别,数据通信系统的组成,电路交换 报文交换 分组交换,数据通信的交换方式,分组交换方式首先把来自发信终端的数据暂存在交换机的存储器里，接着在网内高速存储和传送，最后传递到收信终端。分组是将整个报文划分成一定大小的块（也叫小包），再加上接收地址和控制信息（也叫标签）所构成的信息传送单位。,2.2 分组交换技术,数据报方式 虚电路方式,分组交换方式,虚电路可以是永久连接,也可以是临时连接。永久连接的称为“永久虚电路”,用户在向网络预约了该项服务之后,就在两个用户之间建立起永久的虚连接,用户之间的通信直接进入数据的传输阶段,就好象具有一条专线一样,可随时传送数据。临时连

12、接的称为“交换虚电路”,用户终端在通信之前建立虚电路，通信结束后就拆除虚电路。,虚电路的连接,公共数据网(PDN)是在整个国家或全世界提供公共电信服务的数据通信网。为了使用户设备经PDN的连接能标准化，原CCITT在1976年制定了X.25协议标准，所以习惯上称PDN为X.25网。,X.25协议标准,X.25对高速数据文件的传送及实时性要求较高的应用不能适应。另一方面，随着LAN的普及，LAN通过WAN（广域网）彼此互连，以实现更大范围内的信息交流与合作，已成为必然趋势。这种应用需求对WAN提出了更高的要求，在这种情况下，80年代末，帧中继技术应运而生。,帧中继,ATM交换也叫异步转移模式，是

13、一种全新的交换技术，融合了电路交换和分组交换的优点。这里的“转移模式”是对通信网络中传输、复用和交换等过程的综合表述，而“异步”则是针对“同步”而言的。利用ATM交换可以实现高速数据传输，在未来通信网中它将发挥核心作用。,2.3 ATM交换,信元结构分为两类：一类用于网络节点之间的接口NNI，另一类用于用户和网络之间的接口UNI。,ATM信元的结构,ATM交换与分组交换相似，它也采用虚电路连接，但为了和分组交换有所区别，一般将ATM交换中的连接称之为“虚连接”，其连接的建立过程和分组交换完全不同,而且,这种虚连接是由若干虚信道（VC）和虚通道（VP）相互连接而成。,虚连接,异步复用的基本概念,

14、ATM交换过程主要包括以下几个方面：1.路由选择2.标记转换3.信元排队4.发送,ATM交换过程,ATM交换网络的结构,当今，计算机技术的应用已成为人们日常生活中的一个重要部分，从管理和控制自动化设备到处理文档及管理日常事物，可谓无处不在。为了解决人力和技术资源的共享，进一步提高计算机应用的效率，自计算机问世以来，人们便开始研究计算机之间的通信问题。,2.4 IP交换技术,早期的计算机之间的通信只是点到点的通信方式。例如，利用RS-232技术把两个较近距离的计算机互联起来。,早期计算机通信,随着互联计算机台数的增加，点到点的连接方式已无法使用，取而代之出现了局域网（LAN）技术。,局域网（LA

15、N）技术,如何将技术上互不兼容的局域网互联起来呢？这就要使用互联网了，互联网络中执行路由选择任务的专用计算机称为“路由器”。,互联网技术,一个机构可以根据自己的需要选择适当的网络技术，然后由路由器把所有的网络连成一个互联网。网络互联的目的是通过异构网络实现通用服务。为了实现通用服务，在计算机和路由器上都需要配置协议软件。在人类社会交往中，除非两人会讲同一种语言，否则这两人是不可能进行交流的。这一道理也同样适用于计算机通信，因此在互联网中，也为互联通信定义了一系列协议，这些协议简称为“传输控制协议/网络互联协议”（TCP/IP）。,TCP/IP协议,路由器工作原理,路由器机架,IP交换是Ipsi

16、lon公司提出专门用于在ATM网上传送IP分组的技术，其目的是使IP更快更好地提供业务质量支持。IP交换技术打算抛弃面向连接的ATM软件，而在ATM硬件的基础之上直接实现无连接的IP选路。该方法旨在同时获得无连接IP的强壮性以及ATM交换的高速、大容量的优点。IP交换基本上是一个附有交换硬件的路由器，它能够在交换硬件中高速缓存路由策略。,IP交换原理,IP网络系统整体结构,通信的普及造成各种各样通信网并存的局面，由此给用户带来麻烦。为解决这一问题，ISDN应运而生。通过一个ISDN网,用户可以将多种通信设备同时接入，只用一个号码，这无疑带来极大方便。现阶段应用还仅是N-ISDN，它是对现有程控

17、交换机做一些软硬件的增补而成，提供两种连接方式，即2B+D方式和30B+D方式。,2.5 综合业务数字网（ISDN）,ISDN概念示意图,第3章 移动通信系统,现代综合业务通信网中不可缺少的一环就是移动通信。由于移动通信几乎集中了有线和无线通信的最新技术成就，不仅可以传送话音信息，而且还能够传送数据信号，使用户随时随地快速而可靠地进行多种信息交换，因此，它和卫星通信、光缆通信一起被列为现代通信领域中的三大新兴通信手段。,3.1 移动通信简介,移动通信是指通信的双方，至少有一方是在移动中进行信息交换的。,移动通信的分类,按设备的使用环境可分为陆地移动通 信、海上移动通信和航空移动通信；按服务对象

18、可分为专用移动通信和公用移动通信；按系统组成结构可分为蜂窝移动电话系统、集群调度移动电话系统、无中心个人无线电话系统、公用无绳电话系统和移动卫星通信系统。,移动通信的特点,1.电波衰落现象 2.远近效应 3.干扰大 4.多普勒效应5.环境条件差,移动通信系统的组成,移动通信系统一般由移动台（MS）、基站（BS）、移动业务交换中心（MSC）等组成。,移动通信机房,3.2 蜂窝系统的组网技术,随着经济的发展，移动通信应用日益广泛，有限的无线电频率要提供给越来越多的用户共同使用。频道拥挤、相互干扰已成为阻碍移动通信发展的首要问题。解决这些问题的办法就是按一定的规范组成移动通信网络，保障网内所有用户有

19、序地通信。,频率管理,频率是人类所共有的一种特殊资源，它并不是取之不尽的。频率的分配和使用需在全球范围内制定统一的规则。我国分配给民用移动通信的频段主要在150MHz、450MHz、900MHz频段和1800MHz频段，各项具体业务如专用对讲机、无绳电话、蜂窝移动电话等的使用频率均有具体的明确规定。,频率有效利用技术,1.频率域的有效利用：一是信道的窄带化，以便得到更多的载波信道；二是应用宽带多址技术，使一个载波信道上能传输多个用户信息。2.空间域的有效利用：某一地区使用了某一频率之后，在相隔一定距离的另一地区可以重复使用这一频率，这就是所谓“同频复用”。3.时间域的有效利用：是指在一地区中，

20、多个用户共用一个载波频率，每个用户占用频率的时间不同，这就是所谓的“时分复用”。,信道的分配,移动通信的基站都采用多信道共用方式，由这些信道组成的一个信道组的频率配置应遵循一定的规则，以避免种种可能的干扰。信道的分配方法主要有两种:分区分组配置法 等频距配置法。,基站天线,3个板状天线构成3个无线扇形小区。,移动通信网的信令,在移动通信网中，除了传输话音信号之外，为使全网有秩序地工作，还必须在正常通话的前后传输很多非话音信号，这些非话音信号统称为“信令”。移动通信中的信令大致可以分为移动台位置登记的信令；有关通话开始的信令；通话中的各种信令以及有关通话结束的信令。传输这些信令的方式有专用控制信

21、道和共用话音信道两种方式。,3.3 GSM移动通信系统,GSM系统也叫数字移动通信系统，属于第二代移动通信系统。该系统采用频分复用(FDMA)和时分复用(TDMA)结合的方式，扩大了用户容量，信道中传输的全部是数字信号，保密性能提高。,我国GSM标准,我国参照GSM标准指定了自己的技术要求,主要内容有：使用900MHz频段，即890915MHz（移动台基站）和935960MHz（基站移动台），收发间隔45MHz，载频间隔200KHz。共124个载波，每载波信道数8个，基站最大功率300W，小区半径0.535Km，调制类型GMSK，传输速率270Kbps。,TDMA基本概念,TDMA的基本思想是

22、小区中各移动台占用同一频带，但使用不同的时隙。通常各移动台只在规定的时隙内以突发的形式发射它的信号，这些信号通过基站的控制在时间上依次排列、互不重叠的；同样，各移动台只要在指定时隙内接收信号，就能从合路信号中把发给它的信号区分出来。,GSM系统的功能实体,GSM移动交换机,越区切换,当移动用户离开基站较远时，无线传输质量逐渐下降。这时，系统就需要将移动用户转换到另一个基站，这种由原基站的业务信道转换到新基站的业务信道的过程称为越区切换，切换的过程由系统网络来决定。,BSC模块,GPRS业务,GPRS是通用分组无线业务的简称，是一种新的分组数据承载业务。GPRS与现有的GSM话音系统最根本的区别

23、是，GSM是一种电路交换系统，而GPRS是一种分组交换系统，目前可通过升级GSM网络实现。GPRS网络的建立不代表GSM网络的淘汰，GPRS是一项通信技术，是对GSM网络的的一个升级而已。它是GSM向3G系统过渡的必经之路。,GPRS系统结构,GPRS的优点,速率高容量大 手机永远在线 根据用户传输的数据量收费,3.4 CDMA移动通信系统,第二代移动通信系统产生于20世纪80年代末期，使用数字调制技术，网络采用数字信令，除提供语音业务外，还含有少量短消息服务。前面介绍的GSM系统就属于第二代移动通信系统，它采用的是TDMA方式。在第二代移动通信系统中，还有一种系统采用的是码分多址（CDMA）

24、方式，简称CDMA系统。,CDMA原理示意图,CDMA系统的主要优点,大容量 软容量 软切换 话音激活 保密性好 高质量和低功率,CDMA移动通信直放站,3.5 移动台的工作原理,移动台是通信网络的终端无线设备，主要由射频部分和逻辑/音频部分组成。不同移动通信网络系统的移动台电路结构有所区别，但其基本的原理是相同的，都是无线终端设备。,射频部分,射频部分一般指手机电路的模拟射频和中频处理部分，主要完成接收信号的下变频，得到模拟基带信号，以及发射模拟基带信号的上变频，得到射频信号。按照电路结构划分，射频部分又可以分为接收机、发射机和频率合成器。,逻辑/音频部分,逻辑/音频部分可以分为系统逻辑控制

25、和音频信号处理两个单元。系统逻辑控制单元是由中央处理器和存储器组组成。音频信号处理单元分为接收音频信号处理和发射音频信号处理，一般包括数字信号处理器和中央处理器。,双频手机,双频手机的诞生是为了适应GSM系统的发展需要。,所谓双频手机就是一部手机可以在900MHz和1800MHz这两个频段中使用，并且可以使用相同的手机号码。,双频与单频的区别,1.除GSM900的原系统外，增加了GSMl800的收发机各一套。2.发射的1800MHz频段增加了放大已调波的高频放大通道、本振混频等直到天线切换电路。3.接收的1800MHz频段包括了自高频低噪声放大器直到混频、中频输出等电路。中频放大后的电路和GS

26、M900频段是共用的。4.在逻辑电路中增加了相应的控制电路。5.在天线电路中增加了GSM900和GSM1800的切换电路。6.利用PLL VCO电路可以产生高稳定度的900MHz和1800MHz频段的两套第一本振频率。,CDMA移动手机,对于CDMA手机，由于各厂商基本上都使用美国高通公司(QUALCOMM)的CDMA技术方案，不同的厂商所生产的CDMA手机的射频与基带电路基本一致。相对来说，CDMA手机的电路结构比GSM手机的电路结构简单。,3.6 无线市话系统,无线市话系统是采用先进的微蜂窝技术，以无线方式接入固定电话网的一种个人通信接入手段。无线市话手机以其小巧的机身、卓越的功能，受到越

27、来越多的人青睐，人们将无线市话系统爱称为“小灵通”。,小灵通的特点,绿色手机 使用方便 经济实惠 音质清晰 网络建设投资低 功能多样化 网络服务多样化,小灵通的网络结构图,小灵通基站,3.7 集群移动通信系统,专用调度系统是很早就出现的一种无线通信系统。从一对一的单机对讲到单信道一呼百应的调度系统，后来又出现了带选呼功能的自动拨号无线调度网。随着微电子技术及微计算机技术在移动通信领域的大量应用，出现了多信道、多用户共享的高级无线调度系统，即集群移动通信系统。,集群系统的主要特点,多用户共享 采用排队制 具有限时功能 具有录音功能 可以连接市话,集群系统的组成,控制交换中心,基站,800M发射机

28、,数字传输是以数字信号的形式传递消息，采用时分复用方式实现多路通信。早期的数字传输系统主要是数字微波通信系统，后来发展起来的SDH系统是现代电信网中数字信号传输的基本模式。计算机的普及使得数据传输越来越多，利用数字信道传输数据信号成为一种新的电信业务，DDN系统的诞生满足了这种业务的要求。,第4章 数字传输系统,微波是指频率在300MHz至300GHz范围内的电磁波。数字微波通信是指利用微波携带数字信息，通过电波空间，同时传送若干相互无关信息，并进行再生中继的通信方式。,4.1 数字微波通信系统,中继传输方式,地面微波接力通信系统工作在46GHz，它通过地面多座中继站在两地之间建立通信链路，相

29、邻中继站的距离为视距（约50Km）。,数字微波系统组成,数字微波通信的特点,1.频带宽干扰小2.中继传输组网灵活3.抗干扰性强4.保密性好5.便于组成数字通信网,数字微波系统实例,发信设备的组成,收信设备的组成,数字传输系统是现代通信网的主要组成部分,由于传统的准同步数字体系(PDH)有其自身的一些缺陷，因而不能适应现代通信网的发展，需要一个新的传输体制，同步数字体系（SDH）则应运而生。,4.2 SDH传输系统,在数字传输系统中，为了扩大传输容量、提高传输效率，常常需要将若干个低速数字信号合并成一个高速数字信号流，以便在高速信道中传输。数字复接技术就是解决这一问题的技术之一。常用的复接方法有

30、两种：同步复接和异步复接。,数字复接技术,同步复接是用一个高稳定的主时钟来控制被复接的几个低次群信号，使这几个低次群的码速统一在主时钟的频率上，达到同频、同相。异步复接是各低次群使用各自的时钟,因此各低次群的码速率不同。此时，应先进行码速调整，使各低次群码速达到一致,然后再进行同步复接。,同步和异步复接,PCM技术在复接成一次群时，采用同步复接。但在复接成二、三、四次群时要采用异步复接。为复接方便，规定了各支路比特流之间的异步范围，也就是规定了各支路时钟之间允许的偏差标称值范围，这种对比特率偏差的约束就是所称的准同步工作。相应的比特系列称为准同步数字系列(PDH)。,准同步数字系列(PDH),

31、1.没有统一标准2.光接口不规范3.不便复接4.不便网管,PDH的固有缺点,为了解决PDH的缺点，美国贝尔通信研究所提出同步光网络(SONET)的概念。原CCITT于1988年接受了SONET的概念，重新命名为同步数字系列(SDH)，使之成为不仅适用于光纤，也适用于微波及卫星传输的通用技术体制。SDH是数字通信中一种全新的世界体制。,SDH的产生,SDH的基本概念,1.统一接口2.标准化等级3.丰富的帧结构4.灵活复用5.网管规范6.与PDH兼容,SDH的基本特点,SDH是由SDH网络单元组成，在信道上进行同步信息传输、复用和交叉连接的系统。SDH网络单元包括终端复用器(TM)、分插复用器(A

32、DM)、再生中继器(REG)和SDH数字交叉连接设备(SDXC)等。,SDH网络单元,SDH系统组成,SDH复用结构,容器(C)虚容器(VC)支路单元(TU)支路单元组(TUG)管理单元(AU)管理单元组(AUG),SDH复用单元,点对点拓扑线拓扑环形拓扑枢纽型拓扑网状网拓扑,SDH的组网技术,SDH与DDN机架,4.3 DDN系统,DDN的全称是数字数据网，是利用数字信道传输数据信号的数字传输网，它主要向用户提供端到端的数字型数据传输信道,既可用于计算机远程通信，也可传送数字传真、数字话音、图象等各种数字化业务。DDN提供半永久性连接电路。,半永久性连接,所谓半永久性连接是指DDN所提供的信

33、道是非交换型的，用户之间的通信通常是固定的。一旦用户提出改变的申请，由网络管理人员或在网络允许的情况下由用户自己对传输速率、传输目的地与及传输路由进行修改，但这种修改不是经常的。,DDN的优点,1.专用通道2.传输速率高3.传输质量好4.DDN是透明传输网5.传输距离远,DDN系统组成,DDN的用户接入方式,二线模拟传输方式二线(或四线)频带传输方式二线(或四线)基带传输方式基带传输加TDM复用传输方式语音和数据复用传输方式2B+D速率的DTU传输方式PCM传输方式DDN节点通过PCM设备的传输方式,DDN应用示例,第5章 光纤通信系统,光纤全称为光导纤维，它是一种能够通光的、直径很细的透明玻

34、璃丝，是一种新的传输介质。光纤通信是以光波为载波,以光导纤维为传输媒质的激光通信，亦即将要传的电话、电报、图象和数据等信号先变成光信号，再经由光纤进行传输或在本地进行光交换的一种通信方式。,5.1 概述,利用光导纤维作为光的传输介质的光纤通信,其发展只有几十年的历史，它的发展是以1960年美国人Maiman发明的红宝石激光器，和1966年英籍华人高锟博士提出利用二氧化硅石英玻璃可制成低损耗光纤的设想为基础的，这种设想直到1970年美国康宁公司研制出损耗为20dB/Km的光纤，才使光纤进行远距离传输成为可能。,发展历史,自1970年以后，光纤通信的研究在世界范围内展开并得到迅猛发展，在短短的一、

35、二十年中，已从0.85um短波长多模光纤发展到1.31um1.55um的长波长单模光纤，同时开发出许多新型光电器件，激光器寿命已达数十万小时甚至百万小时，一些国家相继建成了长距离光纤通信系统。,特点,1.频带宽容量大2.损耗低传输远3.抗干扰无串话4.保密性强5.资源丰富6.线径细重量轻7.容易均衡,系统的基本组成,光纤通信系统可归结为电-光-电的简单模型。即需传输的信号必须先变成电信号，然后转换成光信号在光纤内传输，对端又将光信号变成电信号。整个过程中，光纤部分只起传输作用，对于信号的生成和处理，仍由电系统来完成。,5.2 光纤与光缆,光纤通信中采用的传输媒介是光纤，光纤与加强元件、外护层等

36、组合而成光缆。,光纤导光的原理,光纤是一种介质波导，具有把光封闭在其中并沿轴向进行传播的波导结构，其直径大约只有0.1mm，它是由两种折射率不同的玻璃构成的。,光纤的种类,光纤是一种新型的光波导，其种类很多，按光纤材料不同，常见的有以下几种：石英光纤 多组分玻璃光纤 全塑光纤,光纤的结构,光纤的损耗特性,1.吸收损耗 本征吸收 杂质吸收,2.散射损耗 瑞利散射 结构缺陷散射,光纤的色散特性,1.材料色散2.模式色散3.波导色散,光缆的结构,5.3 光端机的组成,由于光纤通信系统一般都是双向的，所以我们将光发射机和接收机做在一起，称为光端机。,光发射机,光发射机的作用是将电信号变成光信号，然后送

37、入光纤中传输出去。光发射机主要是由光源、光源驱动、调制以及信道编码电路三部分组成。,光发射机原理图,光接收机,光接收机的作用是接收经光纤传输衰减后的十分微弱的光信号，从中检测出传送的信息，放大到足够大后，供终端处理使用。它包括光电检测器、光信号接收电路和信道解码电路三部分。,光接收机原理图,5.4 光纤通信系统的组成,一个光纤通信系统，主要是由光发射机、光纤、光中继器、光接收机几部分组成。但作为一个完整的光纤通信系统，其中还应包括：监控系统、脉冲复接和脉冲分离、告警以及电源系统等。,中继器,波分复用,由于光纤具有很宽的带宽，因此可以在一根光纤中传输多个波长的光载波，这就是波分复用(WDM)，它

38、类似于无线电信道的频分复用。,5.5 光纤的测量,光纤测量是对光纤某一特性的实验验证和定量测定，也是对光纤特性要求的检验和评价。无论是在光纤传输理论的研究，还是在光纤生产过程的控制以及光纤敷设维护等方面，光纤测量都是十分重要而必须掌握的基本技术。,光纤测量系统的组成,光纤作为一种“理论”的传光介质，其参数多是由单个或多个波长的光在通过光纤后，测量其光强分布或光的幅度、相位变化等物理量,再经过相应的数字处理而得到的。,光纤测量仪表,光纤测量的内容,光纤的参数可以分为几何尺寸、光学特性参数和传输特性参数三大类。几何尺寸包括光纤的包层直径、芯径、偏心度和包层不圆度等；光学特性参数主要有折射率分布、数

39、值孔径、模场直径和截止波长；传输特性参数主要指光纤的衰减常数、带宽和色散系数等参数。,光纤测量的方法,目前国际上公认的光纤测试方法有基准测试法和替代测试法两大类。基准测试法就是严格按照光纤某一给定特性的定义进行测量的方法。替代测试法则是在某种意义上与给定特性的定义相一致的测量方法。,光纤测量用具,光纤跳线,光缆接头盒,单模光纤模场直径的测量,单模光纤模场直径是用来描述光纤中光功率沿光纤半径的分布状态，或者说是描述光纤所传输的光能集中程度的参数。因此，测量单模光纤模场直径的核心就是要测出这种分布。,5.6 光纤通信中的高新技术,相干光通信技术 光复用技术 动态单频激光器 光孤子通信技术,第6章

40、卫星通信系统,利用卫星进行通信的科学设想，是在1945年由英国的克拉克首先提出的。但直至1957年，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星，人们才真正看到实现卫星通信的希望。1962年，美国成功地发射了第一颗通信卫星,试验了横跨大西洋的电话传输。于是,经过二十多年的探索和试验，卫星通信终于跨入了实用阶段，渐渐走近我们的生活。,6.1 概 述,卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，在多个地球站之间进行的通信。由于作为中继站的卫星离地面很高，所以经过一次中继转接之后即可进行长距离的通信。用于实现通信目的的这种人造地球卫星被称为通信卫星。卫星通信是宇宙通信形式之一，采用的是微波频段。,

41、卫星通信的基本概念,通信卫星,地面站A,地面站B,卫星通信系统的优点,通信距离远 覆盖面积大，可以进行多址通信 通信频带宽、容量大 性能稳定可靠,卫星通信的频段选择,早期的同步通信卫星使用的工作频段主要是C波段（4/6GHz），因为当时同一波段的微波接力通信技术已比较成熟，开发费用低，并且该波段处于地球的无线电窗口范围内，大气层吸收很小。随着通信技术的发展和通信业务的增加，新的波段不断被开发，目前Ku波段（11/14GHz）已大量应用于民用卫星通信和卫星广播业务，20/30GHz频段也已投入使用。,自由空间的传播损耗,由于卫星通信用的无线电波主要是在大气层以外的宇宙空间内传播，而宇宙空间是接近

42、真空状态的，并且由于在目前所使用的频段范围内，与自由空间的传播衰耗相比，大气层的衰减损耗很小，所以基本上可以认为，电波是在均匀媒介的自由空间内传播，信道的特性较稳定。因此，从信道性质来说,一般都认为是恒参信道。,6.2 卫星通信系统的组成,6.3 卫星通信的多址连接方式,所谓多址连接方式，就是许多个地面站通过共同的通信卫星来实现覆盖区域内的相互连接，而无需中间转接。这就要求各个地面站发向其它地面站的信号之间必须有区别。,频分多址方式,频分多址（FDMA）是根据各地面站发射的信号频率不同，按照频率的高低，顺序排列在卫星的频带里，各地面站的信号频谱要排列得互相不重叠。也就是说，按照频率不同来区分是

43、哪个站址。,时分多址方式,时分多址（TDMA）是将通过卫星转发器的信号在时间上分成“帧”来进行多址划分的，在一帧内又划分成若干个时隙，将这些时隙分配给地面站，只允许各地面站在所规定的时隙内发射信号。,空分多址方式,空分多址（SDMA）是指在卫星上安装多个天线，这些天线的波束分别指向地球表面上的不同区域。不同区域的地面站所发射的电波在空间不会互相重叠，即使在同一时间、不同区域的地面站使用相同的频率来工作，它们之间也不会形成干扰。,码分多址方式,码分多址方式（CDMA）的原理是：利用自相关性非常强而互相关性非常弱的周期性码序列作为地址信息，对被用户信息调制过的已调波进行再次调制，使其频谱大为展宽（

44、称为扩频）；经卫星信道传输后，在接收端以本地产生的已知的地址码为参考，根据相关性的差异对收到的所有信号进行鉴别，从中将地址码与本地地址码完全一致的宽带信号还原为窄带而选出，其它与本地地址码无关的信号则仍保持或扩展为宽带信号而滤去。,6.4 通信卫星,通信卫星是卫星通信系统的重要组成部分。,通信卫星的组成,在卫星通信系统中，所有地面站发出的信号都是经过卫星中继转发到地面接收站的。为了完成这一转发的任务，卫星上必须配备转发无线电信号的通信系统与天线系统。除此之外，为了保证通信卫星的正常工作，还必须配备控制系统、遥测系统和电源系统。,控制系统,控制系统的任务是根据地面指令信号来控制卫星姿态和位置等。

45、通信卫星的控制系统包括卫星的位置控制系统和卫星的姿态控制系统。,天线系统,通信卫星天线系统包括通信天线和遥测指令天线两种。它们的特点是：体积小、重量轻、馈电容易，有便于在卫星上组装的结构以及可靠性高和寿命长等。,遥测系统,为了保持卫星的正常运转和通信，需要及时了解卫星内部的各种情况和设备的工作是否正常。在必要时，应该通过遥测信号（即指令信号）去控制卫星上某些设备的动作；另外，当一些部件发生故障时，还需自动将备份件转换上去等。所有这些工作都是通过卫星上的遥测系统来完成。,通信系统,在通信卫星的各组成系统中，真正起到卫星通信中继站作用的是通信系统，也叫转发器。,电源系统,通信卫星的电源一般同时采用

46、太阳能电池和化学电池（或原子能电池）。通常太阳能电池作为常用电源使用，当卫星进入地球阴影区(或者说卫星日蚀)时，使用化学电池供电。,6.5 卫星地面站,地面站的组成,地面站发射系统的组成,地面站接收系统的组成,馈线,地面站电源系统,一般情况下使用交流市电供电偶然断电时使用蓄电池供电长期或定期断电时使用柴油发电机,电源机柜与蓄电池,6.6 卫星通信的新技术,近年来卫星通信技术发展很快，为适应各种业务的需求，许多新技术、新系统不断产生。其中已开始应用的有VSAT系统、低轨道卫星通信系统等。,VSAT系统,VSAT系统的发展,目前，VSAT系统主要正在以下几个方面进行改进：降低成本和安装费用扩大业务

47、范围 完成多种连接开发新的网络系统,LEO系统,低轨道卫星通信系统，简称LEO，由距地面高度5001500Km左右的众多卫星组成，运行在多个轨道上，与地球自转不能保持同步，所以也叫非同步卫星通信系统。,LEO系统的特点,衰耗小时延短 通信质量好 容量大 发射成本低 移动终端小型化,LEO系统的原理,LEO系统与地面蜂窝移动通信系统的基本原理相似，都采用划分小区和重复使用频率的方法进行通信。不同的是LEO系统相当于把基站安装在天空上，一个卫星就相当于一个基站。由于天线和中继器等都安装在卫星上，所以随着卫星的移动，基站、天线等都是不停地移动着的。,6.7 典型商用卫星通信系统,铱系统 全球星系统

48、海事卫星通信系统,铱系统,这是由美国摩托罗拉公司在1988年提出的覆盖全球的LEO系统，1998年投入使用。原计划采用77颗卫星，与铱原子的电子数相等，故名。后来铱系统实际采用66颗卫星，环绕6条均匀分布的近极圆轨道运行。相邻轨道平面上的卫星按相反方向运行。轨道高度约为780 km，每个轨道平面分布11颗卫星及1颗备用卫星。,全球星系统,全球星系统是由美国劳拉公司和高通公司发起的。它有48颗卫星，另加8颗备用卫星，分布在8个倾角为520的圆轨道上。轨道高度为1414Km,每个轨道分布6颗卫星和1颗备用卫星。系统覆盖南北纬700以内地区，在其中每个区有24颗卫星加以覆盖。,全球星系统组成,海事卫

49、星通信系统,1979年国际海事卫星组织(INMARSAT)宣告正式成立，当时共有28个成员国。INMARSAT卫星系统属GEO模式，由分布在大西洋、印度洋和太平洋三个区域上空的同步卫星所组成，以形成覆盖全球的通信网,是目前世界上能对海、陆、空中的移动体提供同步卫星通信的唯一系统。,INMARSAT系统的组成,船站 岸站 网络协调站 卫星中继站组成。,第7章 用户接入系统,21世纪是信息社会的时代，社会通过信息网络使任何人在任何地点、任何时间将声音或图像等信息传送给在任何地点的任何人，通信网是这种信息网络系统传送高速信息的通道，而接入网是这个通道的“最后一公里”，它主要解决如何将图像、数据、语音

50、等多种业务综合传送到用户的问题。,7.1 用户接入技术的现状与发展,交换机到每个用户的业务分配是通过双绞线来实现的。这一分配网路称为用户环路。随着经济的发展，为了满足社会对信息的需求，相应地出现了多种非话音业务，如数据、可视图文、电子信箱、会议电视等。为了适应新业务发展的需要，用户环路也要向数字化、宽带化等方向发展,并要求用户环路能灵活、可靠、易于管理等。,传统电话网用户环路结构示例,配线架,接入网的基本概念,接入网是由传统的用户环路发展而来，是用户环路的升级，是电信网的一部分，负责将电信业务透明地传送到用户。,接入网的定义,接入网由业务节点接口（SNI）和用户网络接口（UNI）之间的一系列传