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1、通信原理,主题内容,通信系统的组成 现代通信系统的发展 航空航天通信系统 通信系统的基本关键技术 通信系统的新技术 通信系统的质量指标,通信系统的模型,通信的三个要素：信源、信宿和信道,信源,发送设备,噪声,接收设备,信道,信宿,发送,传输,接收,模拟通信系统,数字通信系统,模拟通信系统,数字通信系统,抗干扰能力强 便于加密 易于实现集成化 便于进行数字信号处理，易于计算机联结 可采用信道编码技术降低错码率,抗干扰能力差 不易于保密通信 设备不易于大规模集成 不适应飞速发展的计算机通信的要求 简单、易于实现,数字基带信号的特性（A/D变换） 数字调制与解调原理 已调信号的特性 数字通信系统的抗
2、干扰性能 信道编码、译码（差错控制） 加密 同步,基带信号的特性 调制与解调原理 已调信号的特性 有噪声情况下的系统性能,特点,研究内容,主题内容,通信系统的组成 现代通信系统的发展 通信在航空航天上的应用 通信系统的基本关键技术 通信系统的新兴技术 通信系统的质量指标,通信的发展目标-个人通信,目标：实现个人通信网络 (PCN) 任何人 (Whoever) 在任何时候 (Whenever) 在任何地方 (Wherever) 与另一个人 (Whomever) 进行任何类型 (Whatever),挑战,个人通信（PC）：任何人在任何时间与任何地点以任何形式的通信 “任何时间” 要求支持动中通:
3、无线通信是前提 “任何人” 要求支持巨大用户量: 频谱资源有限 “任何地点” 要求无缝覆盖: 覆盖可用能力有限 “任何形式” 要求多媒体:传输、处理能力有限,通信产业的发展,移动通信的发展,移动通信的带宽发展变化,4G 通信模型,移动通信中的关键技术,多址技术 扩频技术 多载波调制技术 信道编码和交织技术 功率控制技术 分集接收技术 多用户检测技术,卫星通信,卫星通信的发展,卫星通信的特点,通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均可进行通信 不易受陆地灾害影响 网络建设速度快、成本低 易于实现广播和多址通信 同一信道可用于不同方向和不同区域 有助于系统的均匀服务，并有利于新业务的引入,卫星发
4、展历程及趋势,卫星组网是目前卫星技术，尤其是卫星通信系统发展中的一个热点。国际上先后提出了40多个卫星通信网络建设计划，典型的方案有：,多星星座组网通信,主题内容,通信系统的组成 现代通信系统的发展 通信在航空航天上的应用 通信系统的基本关键技术 通信系统的新技术 通信系统的质量指标,深空探测的挑战,8L挑战,事实,光速传播的速度 地球 木星 : 32.7 min 地球 土星 : 76.7 min 地球 冥王星 : 5.5 hours 地球 航海者1号 : 13 hours 地球 航海者2号 : 10.4 hours,想象一下 ?,5.5个小时后!,我说“Hi”，而你听到的时候却是,通信挑战,
5、传播延迟极长 上下链路非对称 射频（RF）通信链路错误率高 链路质量间断 通信设施不固定 行星间的远距离对信号强度和协议设计的影响 功率、质量、大小和成本限制通信硬件和协议 开发和发射过程中的向后兼容性,深空探测技术现状,美国DSN 戈尔德斯顿站 9m (1) 11m (1) 26m (1) 34m (1) 34m BWG-1 (1) 34m BWG-2 (1) 34m BWG-3 (1) 34m HEF (1) 34m HSB (1) 70m (1) 堪培拉站,马德里站 11m (1) 26m (1) 34m BWG-1 (1) 34m HEF (1) 34m STD (1) 70m (1)
6、,俄罗斯 叶夫帕托里亚站 32 m (1) 70 m (1) 莫斯科熊湖站 32m (1) 64m (1) 乌苏里斯克站 25m (1) 32m (1) 70m (1),美国,俄罗斯,欧空局，日本,欧空局 塞布莱罗斯站 35m (1) 新诺金站 35m (1) 日本 白田站 64 m (1) 10m (1),深空通信网络结构,星间 外部网,InterPlanetary External Network,行星网络,Planetary Network,进行深空中，在行星间的飞船编队，传感器节点群，和太空站群之间的通信,行星卫星网 环绕行星的卫星为行星地面组件提供中继，通信和导航服务，包括轨道卫星间
7、的链路以及卫星与地面组件之间的链路 行星表面地面网 包括大功率地面组件间的链路（自行装置，着陆装置等）。地面组件不能直接与卫星进行话音通信，以ad hoc方式组成网络,星间 骨干网,InterPlanetary Backbone Network,进行地球，外太空星球，月球，卫星，中继星等之间的通信,火星与地球通信实现,根据JPL报告火星通信网是NASA的Space Science Enterprise（SSE）通信体系的一部分 下一代的火星通信网络将为火星探测器、飞船等提供全程通信和导航服务 未来的火星探测将需要互连互通的探测器来完成，即要求他们能够与地球用户以及他们之间共享信息 目前的Mar
8、s Global Surveyor任务是典型的state-of-the-practice火星到地球无线电通信，利用基于X波段微波通信技术直接与地球建立连接链路，数据率大约为85Kbit/s 可以利用Ka波段和光通信提高数据率,火星探测,火星远期通信体系,火星中期通信体系,火星近期通信体系,深空通信网的关键技术,深空无线频率和调制 深空信道编码 深空链路 深空组网 深空端到端的安全性 深空端到端的可靠性 深空文件传输 深空应用,通信系统的发展目标：,天空地一体化通信网络,天空地一体化网络,目前的概念 和技术,新概念,新技术,新概念使用新方法,革命性的概念 使用突破性的技术,新概念和目前的技术,目
9、前的概念和 新技术,天空地一体化 信息利用综合化 系统集成化 处理智能化 应用协同化,AnyInformation,Anytime,Anywhere,Anyone,COMM COMPUT CON CMD COR,C5I,主题内容,通信系统的组成 现代通信系统的发展 航空航天通信系统 通信系统的基本关键技术 通信系统的新技术 通信系统的质量指标,不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种情况,消息：模拟消息、数字消息 信号：模拟信号、数字信号 信道：模拟信道、数字信道,信源调制和编码技术 信息传输技术,模拟传输和数字传输,话音,放大,调制,模拟,数字,模拟,模拟,PCM编码,数字,数字,数字编码
10、,数字,模拟消息，模拟信号,数字消息，模拟信号,数字消息，数字信号,模拟消息，数字信号,1010,1010,调制,编码与调制 用数字信号承载数字或模拟消息编码 用模拟信号承载数字或模拟消息调制,数字或 模拟消息,数字信号,g(t),x(t),g(t),数字或 模拟消息,编码/解码,数字信道,发送方,接收方,数字或 模拟消息,模拟信号,m(t),s(t),m(t),数字或 模拟消息,载波,调制/解调,模拟信道,发送方,接收方,模拟消息的调制方法,线性调制：AM， SSB，VSB,非线性调制：FM，PM,连续波调制,PAM， PPM,脉冲调制,PAM:,模拟消息的编码方法,需要经过三个步骤：采样
11、量化 编码,3.2,3.9,2.8,3.4,1.2,4.2,3,4,3,3,1,4,011,100,011,011,001,100,语音信号,PAM脉冲,PCM 脉冲 （有量化误差）,011 100 011 011 001 100,PCM 输出,数字消息的调制方法,三种常用的调制技术： 幅度键控 ASK (Amplitude Shift Keying) 频移键控 FSK (Frequency Shift Keying) 相移键控 PSK (Phase Shift Keying),ASK：用载波的两个不同振幅表示0和1 FSK：用载波的两个不同频率表示0和1 PSK：用载波的起始相位的变化表示0
12、 和1,0,0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,ASK,FSK,PSK,数字消息的编码方法,二元码 NRZ RZ 差分码 数字分相码 CMI码 5B6B码 三元码 传号交替反转码 HDBn码 HDB3码 多元码 M进制码 2B1Q码（ISDN所应用的144kbps）,数字基带信号码型的分类,根据码型所包含的电平幅度取值区分,信源调制和编码技术 信息传输技术,数字消息的传输方式,基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送，可用于短距离传输 频带传输：数据经过调制（频率搬移）后，再送到信道上,多路复用技术,复用：多个信息源共享一个公共信道 为何要复用？提高线路利用率 适用场合：当
13、信道的传输能力大于每个信源的平均传输需求时 类比：公共运输系统(铁路、海运、航空),DEMUX,复用器,解复用器,共享信道,信源,信宿,复用类型 频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing) 时分复用 TDM (Time Division Multiplexing) 码分复用 CDM (Code Division Multiplexing) 波分复用 WDM (Wave Division Multiplexing),频分复用 原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每路信号占用一个频率通道进行传输 频率通道之间留有防护频带以防相互干扰,CH2,CH1,
14、CH3,原带宽,CH1,CH2,CH3,移频后带宽,CH1,CH2,CH3,带宽复用信号,f,复用器,时分复用 原理：把时间分成小的时间片，每个时间片分为若干个时隙，每路数据占用1个时隙进行传输,A2,A1,A3,原始信号,D2,D1,D3,数字化信号,复用后的数据流,时隙号,1,2,3,1,时间片1,2,时间片2,时隙,复用器,CDM的特点： 抗干扰能力强 通过码型来区分用户，不容易互相干扰 保密性强 信号频谱类似于白噪声 占用频带宽 发送的数据率是信息数据率的m倍(m为码片的位数)：原来发送1比特的时间里，现在要发送m比特。这种通信方式属于扩频通信中的直接序列扩频(DS-CDMA，Dire
15、ct Sequence-CDMA) 多用于无线广播信道 如移动电话、卫星通信等,CDM-码分复用,波分复用光的频分复用 原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围来进行传输。,F2,F1,F3,光谱,F1,F2,F3,共享光纤的光谱,光纤2,光纤3,光纤1,共享光纤,棱柱/衍射光栅,同步原理,同步？保证数字通信系统有序、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,差错控制,差错：接收端收到的数据与发送端实际发出的数据不一致的现象。如多位、缺位、错位等 差错产生的原因：主要是噪声、干扰、串扰、反射、信号畸变、自然界电磁场的变化等因素的影响 差错控制：在数据传输过程中，发现、检测差错，并对差错进行纠正，从而将差错限制在允许尽可能小的范围内的方法,差错控制方式,差错控制编码,线性分组码 循环码 （线性分组码的一个子类） 卷积码,主题内容,通信系统的组成 现代通信系统的发展 航空航天通信系统 通信系统的基本关键技术 通信系统的新技术 通信系统的质量指标,通信系统的新技术,扩频技术 OFDM 超宽带（UWB）技术 智能天线技术 MIMO技术,主题内容,通信系统的组成
