高速公路通信系统概论.ppt
《高速公路通信系统概论.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高速公路通信系统概论.ppt(271页珍藏版)》请在三一办公上搜索。
1、高速公路通信系统概论,高速公路通信系统概论 主讲:吴向东 课时:30H,教 材,1.教 材:高速公路通信收费监控系统构成与进展 作 者:陈启美,金凌,王从侠 出版单位:国防工业出版社 2.参考教材:高速公路通信系统理论及应用 作 者:赵祥模,关可,靳引利 出版单位:电子工业出版社 3.参考教材:高速公路机电系统新技术及应用 作 者:张智勇,朱立伟 出版单位:人民交通出版社4.参考教材:高速公路通信 作 者:郭元术 出版单位:人民教育出版社,课程的主要内容,第一章 绪论,第二章 通信系统的基本理论,第三章 高速公路数据通信系统,第四章 信号的调制和解调,第五章 高速公路程控数字交换系统,第六章
2、高速公路数字光纤通信系统,第七章 高速公路特有的通信系统,第一章 绪论,1.1 简介 1.2 高速公路中的通信系统1.3 高速公路中的收费系统1.4 高速公路中的监控系统1.5 ITS框架及通信、收费和监控系统的地位,1.1 简介,高速公路是专供汽车分向、分车道行驶并全部控制出入、全部采用立体交叉的公路的干线公路。它是国家经济和社会发展的产物,是衡量一个国家公路交通运输和汽车工业现代化水准的重要标志。公路交通运输是国民经济的基础性、服务性产业,是合理配置资源、提高经济运行质量和效率的重要基础。它具有“高速、高效、安全、舒适”等特点,主要表现在:1.行车速度快 2.通行能力大 3.运输效率高 4
3、.行车安全舒适,高速公路的特点,鉴于以上特点,高速公路在各国国民经济发展中具有举足轻重的地位和作用:1.支撑经济化发展 2.推动社会进步,改善了人民生活质量,促进区域经济协调发展 3.改善公共服务,增强了运输可靠性和安全性。4.服务可持续发展,改善了运输效率和效益。降低了能源消耗,加强了环境保护。,高速公路的作用,通信系统,收费系统,监控系统,隧道安全保障,供配电系统,机电系统,高速公路的组成,照明系统,1.2 高速公路中的通信系统,高速公路通信系统是高速公路现代化管理的重要支撑系统,它要准确及时的传输监控系统和收费系统的话音、数据和图像等信息,保持高速公路各管理部门之间业务联络通讯的畅通,并
4、要为高速公路内部各部门和外界建立必要的联系;同时高速公路通信系统作为交通专用通信网的重要组成部分,是交通信息的主要传输载体,为各种网络服务及会议电视系统提供传输通道。随着计算机技术,网络技术和通信技术的迅速发展,高速公路通信技术也从简单的无线对讲系统发展到800MHz无线集群系统,,从小容量微波通信发展到SDH系列数字光纤传输系统,从单纯的电话业务发展到包括话音、数据和图像等多种信息的综合通信,并从模拟通信向数字通信演变,开始组建先进的宽带综合业务数字(B-ISDN)通信系统。近年来,我国的高速公路发展非常迅速,高速公路网正在逐步形成。高速公路通信系统已开始从单条路的内部通信向路网环境的广域通
5、信转变,高速公路各现场监控站有大量监测数据需要及时传送给监控中心;各个收费站也有大批数据文件要定时传送给收费中心,这些传输任务都由通信系统承担。因此为了保证通信的高可靠性,高速公路辟有专用的通信网络。,1.3高速公路中的收费系统,开放式,封闭式,收费方式,收费中心管理系统,收费站管理系统,车道收费系统,收费系统中心,1.4高速公路中的监控系统,车辆检测器、气象检测器、紧急电话和巡逻车。,交通标志、标线和信号等,是交通监控管理为汽车用户服务的主要形式。,监控中心是高速公路全线路监控系统的最高层即控制中心,主要负责全线路范围内交通情况的监视和控制。,数据传输,通信系统,收费系统,监控系统,ITS,
6、1.5 ITS框架及通信、收费和监控系统的地位,通信系统,收费系统,监控系统,ITS的核心和基础是交通信息化,ITS系统是通信、收费和监控系统在交通网络中的发展,而后者是前者的重要支撑,智能交通系统(ITS:Intelligent Transportation System):是以先进的交通信息系统为基础,将信息采集技术、数据通信技术、自动控制技术以及计算机处理技术等有效的运用与整个运输管理体系,使人、车、路密切地配合、和谐地统一,从而建立起一种在大范围内全方位发挥作用的实时、准确和高效的运输综合管理系统。,通信技术,计算机网络技术,图像语音压缩编码,数据采集处理,网络管理设计,信息显示技术,
7、图像处理模式识别,计算机软件设计技术,交通控制技术,数据加密信息安全,电源技术,防雷接地,遥感遥测,其他技术,所涉及的技术领域,通信、收费和监控系统所涉及的技术领域,第二章 通信系统的基本理论,2.1 通信系统概述,2.2 通信系统的模型,2.3 通信系统分类与通信方式,2.1 通信系统概述,通信(Communication):就是信息的传递,是指由一地向另一地进行信息的传输与交换。古代,人们通过驿站、飞鸽传书、烽火报警、符号、身体语言、眼神、触碰等方式进行信息传递。今天,人们通过文字、书信、电报、电话、手机、广播、电视、邮件、聊天工具、互联网等来进行消息传递或信息交流。随着科学水平的飞速发展
8、,相继出现了无线电、固定电话、移动电话、互联网甚至视频电话等各种通信方式。,消息、信息、何信号之间的关系?,因此,通信的根本目的在于传输含有信息的消息。“通信”也就是“信息传输”或“消息传输”。目前的通信越来越依赖利用“电”来传递消息的电通信方式。由于电通信迅速、准确、可靠且不受时间、地点、距离的限制,因而得到了迅速的发展和广泛的应用。如今,在自然科学领域涉及“通信”这一术语时,一般是指“电通信”。,通信发展简史,2.2 通信系统的模型,不管通信媒体的构成情况如何,是简单的电话通信系统,或是复杂的其他信息网络系统,它们的目的均是为了通信,为了传送信息。理论上,为了将通信媒体系统带共性的问题进行
9、一般化的讨论,可采用如图2.1所示的通信系统模型。,图 2.1,信源是消息的产生地,其作用是把各种消息转换成原始电信号,称之为消息信号或基带信号。电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。前者属于模拟信源,输出的是模拟信号;后者是数字信源,输出离散的数字信号。转换 所谓转换是将表达消息的感觉媒体(通常是一些非电物理量)通过显示媒体转换为电物理量(电流、电压)。例如,电话机的送话器(显示媒体)将发话人的声压转换为相应变化的电流;电视摄像机将图像景物的光感,转换为相应变化的电压等,都是通信中的转换过程。,发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来,即将信源产生的消息信号变换成适合
10、在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的,在需要频谱搬移的场合,调制是最常见的变换方式。对数字通信系统来说,发送设备常常又可分为信源编码与信道编码。信道是指传输信号的物理媒质。在无线信道中,信道可以是大气(自由空间),在有线信道中,信道可以是明线、电缆或光纤。有线和无线信道均有多种物理媒质。媒质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。根据研究对象的不同,需要对实际的物理媒质建立不同的数学模型,以反映传输媒质对信号的影响。,噪声源不是人为加入的设备,而是通信系统中各种设备以及信道中所固有的,并且是人们所不希望的。噪声的来源是多样的,它可分为内部噪声和外部噪声,而且外部噪声往往是从信道引
11、入的,因此,为了分析方便,把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换,即进行解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号来,对于多路复用信号,还包括解除多路复用,实现正确分路。,信宿是传输信息的归宿点,其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。根据研究的对象以及所关注的问题不同,图 2.1 模型中的各小方框的内容和作用将有所不同,因而相应有不同形式的更具体的通信模型。今后的讨论就是围绕着通信系统的模型而展开的。,2.3 通信系统分类与通信方式,2.3.1 通信系统的分类2.3.2 通信方式,2.3.1 通信系统分
12、类,1 按通信业务分类 按通信业务分,通信系统有话务通信和非话务通信。电话业务在电信领域中一直占主导地位,它属于人与人之间的通信。近年来,非话务通信发展迅速,非话务通信主要是分组数据业务、计算机通信、数据库检索、电子信箱、电子数据交换、传真存储转发、可视图文及会议电视、图像通信等。由于电话通信最为发达,因而其他通信常常借助于公共的电话通信系统进行。未来的综合业务数字通信网中各种用途的消息都能在一个统一的通信网中传输。此外,还有遥测、遥控、遥信和遥调等控制通信业务。,2 按调制方式分类 根据是否采用调制,可将通信系统分为基带传输和频带(调制)传输。基带传输是将未经调制的信号直接传送,如音频市内电
13、话。频带传输是对各种信号调制后传输的总称。调制方式很多,例如,用数据信号控制振荡波的振幅,就是“调幅”、控制振荡波的频率,就是“调频”,控制振荡波的相位,就是“调相”。被调制的振荡波,称为“载波信号”,或称“已调波信号”。3 按信号特征分类 按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号,相应地把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。,调制 调制是通信系统工作的核心,信号之所以载有消息是通过“调制”加工处理后而获得的。将与消息作相应变化的电压或电流,对发信机中的“被调制部件(例如,调制器)”电振荡或光振荡波的参数进行控制,就可以达到调制的目的,例如,控制振荡波的振幅,就是“调幅”、控制振荡波的频率
14、,就是“调频”控制振荡波的相位,就是“调相”。被调制的振荡波,称为、“载波信号”,或称“已调波信号”。调制的主要作用是将经转换获得的电信号(例如,话音信号)的“频谱”在发信机中进行“搬移”,将它搬移到某个“载频(即载波的频率)”附近的频带内。这样做,至少可以达到以下两个目的:,(1)利用高载频率电磁波向大气空间“强”的辐射能力,以满足无线电通信的需要。根据电磁场理论的观点,低频(率)信号(例如,话音信号和视频信号),虽然可视为电磁波,但不具备强的辐射能力,它们通常只能在传输线(例如,电缆线、双线传输线)引导下传输。因此,低频信号要以无线电方式和以大气空间为传输媒体进行通信,必须对其进行调制处理
15、,将它的频谱搬移到某个高载频附近的频率范围内。实际中,这需要根据传输的“波(频)段”而定。例如,给定传输波段是微波波段,就需要将低频信号的频谱搬移到微波频段上去。(2)可以实现频分复用FDM(Frequency Division Multiplexing)以满足多路通信的要求。通常,送往通道传输的信号,其频带宽度(简称“带宽”)远小于信道可能提供的带宽。,因此,如果不采用多路复用的方法,而仅将一个信号送往信道传输,将对信道带宽造成极大的浪费。以电话通信为例,每个用户的话音信号所占的带宽为0.33.4kHz,如果将这带宽不足4kHz的话音信号送往信道中传输,将对信道的带宽能力造成极大的浪费。例如
16、,1970年同轴电缆的带宽能力就可以做到100MHZ,如果用如此宽的宽带信道传送带宽仅为3.1kHz的一个用户电话,简直浪费惊人。因此,为了充分利用传输信道的带宽能力,必须采用多路复用。对于“模拟信号”通信而言,是将每个用户的话音信号频谱利用调制方法,将它们搬移到高低不同的载频附近,令载频按高低秩序排队,以组成多个用户的“多路信号”。这种复用方式,称为“频分复用(FDM)”。,图 2.3 数字通信系统模型,i.信源编码与译码信源编码的作用之一是设法减少码元数目和降低码元速率,即通常所说的数据压缩。作用之二是,当信息源给出的是模拟语音信号时,信源编码器将其转换成数字信号,以实现模拟信号的数字化传
17、输。ii.信道编码与译码数字信号在信道传输时,由于噪声、衰落以及人为干扰等,将会引起差错。为了减小差错,信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分(监督元),接收端的信道译码器按一定规则进行解码,从解码过程中发现错误或纠正错误,从而提高通信系统抗干扰能力,实现可靠通信。,iii.加密与解密 在需要实现保密通信的场合,人为将被传输的数字序列扰乱,即加上密码,这种处理过程叫加密。在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密,恢复原来信息。iv.数字调制与解调 数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处,形成适合在信道中传输的频带信号。,v.同步与数字复接 同步是保证数字通
18、信系统有序、准确、可靠工作的不可缺少的前提条件。同步是使收发两端的信号在时间上保持步调一致。数字复接就是依据时分复用基本原理把若干个低速数字信号合并成一个高速的数字信号,以扩大传输容量和提高传输效率。需要说明的是,图2.3 是数字通信系统的一般化模型,实际的数字通信系统不一定包括图2.3 中的所有环节,如在某些有线信道中,若传输距离不太远且通信容量不太大时,数字基带信号无需调制,可以直接传送,称之为数字信号的基带传输,其模型中就不包括调制与解调环节。,4 按传输媒质分类 按传输媒质分,通信系统可分为有线通信系统和无线通信系统两大类。有线通信是用导线(如架空明线、同轴电缆、光导纤维、波导等)作为
19、传输媒质完成通信的,如市内电话、有线电视、海底电缆通信等。无线通信是依靠电磁波在空间传播达到传递消息的目的的,如短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继等。5 按工作波段分类 按通信设备的工作频率不同可分为长波通信、中波通信、短波通信、远红外线通信等。,通信中工作频率和工作波长可互换:,6 按信号复用方式分类 传输多路信号有三种复用方式,即频分复用、时分复用和码分复用。频分复用是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围;时分复用是用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间;码分复用是用正交的脉冲序列分别携带不同信号。传统的模拟通信中都采用频分复用,随着数字通信的发展,时分复用通信系统的应用
20、愈来愈广泛,码分复用主要用于空间通信的扩频通信中。,7.按收信者是否运动分 通信还可按收信者是否运动分为移动通信和固定通信。移动通信是指通信双方至少有一方在运动中进行信息交换。由于移动通信具有建网快、投资少、机动灵活,它使用户能随时随地快速可靠地进行信息传递,因此,移动通信已被列为现代通信中的三大新兴通信方式之一。另外,通信还有其它一些分类方法,如按用户类型可分为公用通信和专用通信等。,2.3.2 通信方式,图 2.4 单工、半双工和全双工通信方式示意图(a)单工;(b)半双工;(c)全双工,1 按消息传递的方向与时间关系分 对于点与点之间的通信,按消息传递的方向与时间关系,通信方式可分为单工
21、、半双工及全双工通信三种。,单工通信,是指消息只能单方向传输的工作方式,因此只占用一个信道,如图 2.4(a)所示。广播、遥测、遥控、无线寻呼等就是单工通信方式的例子。半双工通信,是指通信双方都能收发消息,但不能同时进行收和发的工作方式,如图 2.4(b)所示。例如,使用同一载频的对讲机,收发报机以及问询、检索、科学计算等数据通信都是半双工通信方式。全双工通信,是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。一般情况全双工通信的信道必须是双向信道,如图 2.4(c)所示。普通电话、手机都是最常见的全双工通信方式,计算机之间的高速数据通信也是这种方式。,2 按数字信号排列顺序分 在数字通信中,按数字信
22、号代码排列的顺序可分为并行传输和串行传输。并行传输是将代表信息的数字序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输,如图 2.5(a)所示。并行传输的优点是节省传输时间,但需要传输信道多,设备复杂,成本高,故较少采用,一般适用于计算机和其他高速数字系统,特别适用于设备之间的近距离通信。串行传输是数字序列以串行方式一个接一个地在一条信道上传输,如图 2.5(b)所示。通常,一般的远距离数字通信都采用这种传输方式。除了点与点之间的通信外,还有点与多点、多点与多点之间的通信,多点间的通信属于网络通信。显然,网通信的基础仍是点与点的通信。,图 2.5并行和串行通信方式示意图(a)并行传输;(b)
23、串行传输,3 按照串行数据的时钟控制方式 按照串行数据的时钟控制方式可以分为异步通信和同步通信。异步通信指的是以字符为单位的,字符与字符间的传送是完全异步的。异步通信的数据帧结构:启始位(一个低电平“0”位,宣布开始传送新的字符)数据位(一般为7-8位,所传送字符的代码)奇偶位(是为了检验错误而增加的一个校验位。又有奇校验和偶校验)停止位(又称为空闲位,是一个高电平“1”。同步通信是面向一批字符块或数据块,同步传输是以固定的时钟节拍来发送数据信号的,因此在一个串行数据流中,各信号码元之间的相对位置是固定的(即同步)。,4 从一个通信实体到其他通信实体之间同时建立通信关系的情况分广播式(发送者将
24、信号发送到通信群体中所以接收者所在的位置,并不理会接收者的情况。如电台、电视等。点-点通信(仅发生在两个通信实体之间,这是通信中最经常发生的情况,如两个人通电话,两台PC之间交流信息。)点-多点通信(一个实体与多个实体同时进行通信,比较适合于协同工作,如视频会议等。),5.按通信网络形式分,图 2.6 按网络形式划分的通信方式(a)两点间直通方式;(b)分支方式;(c)交换方式,第三章 高速公路数据通信系统,3.1 数据通信基础 3.2 数据通信系统的研究内容3.3 数据通信系统的主要技术指标 3.4 公路数据通信网的特点,数据通信也称计算机通信,是现代信息技术中的一个重要组成部分。它是计算机
25、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。3.1.1 数据通信基础 计算机的输入和输出都是数据信号,因此数据通信是电子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。,3.1 数据通信基础,3.1.2 数据通信系统的组成 数据通信的基本构成如图3-1所示。按功能划分,数据通信系统由计算机中心、终端设备以及数据链路三个子系统组成。,图3.1 数据通信系统的基本构成,1.计算机中心 计算机中心子系统
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高速公路 通信 系统 概论
链接地址:https://www.31ppt.com/p-6500016.html