《现代通信技术》第1章课件

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1、Technology And Application of Modern Communication,课 程 提 要,第 1 章 概论,本章学习目标,了解通信基本概念、通信系统构成、分类及 质量评价 了解通信网的概念、分类、构成与组网结构 了解通信信道分类及特性 了解现代通信技术的应用与发展趋势,1.1 通信概述,通信是实现信息传递功能的一门科学技术 通信是指利用电子等技术手段，借助电信号（含光信号）实现从一地向另一地进行信息传递和交换的过程 现代通信技术的发展，有助于提高通信网络的质量，扩大通信网络的规模，加快信息传播的速度，提高信息传递的质量，使得通信的功能不断扩大,1.1.1 通信基本概

2、念,通信的基本形式在信源与信宿之间建立一个传输信息的通道（信道） 现代通信不仅可以无失真、高效率地传递信息，并可在传输过程中抑制无用信息，同时还具有存储、处理、采集及显示等功能,通信基本概念,信源消息的来源（人或机器） 消息传送的对象（如语音、图像、文字等），由信源传输 信号消息的载体，为传送消息而对其变换后传输的某种物理量（如电信号、声信号、光信号） 信令通信系统进行控制操作或为用户服务的控制信号 信息消息中的有效内容，其含量用信息量衡量,1.1.2 通信系统模型,通信系统的基本模型（点对点通信）,通信系统模型,信息源（信源）把待传输的消息转换成原始电信号 发送设备（变换器）将信源发出的信息

3、变换成适合在信道中传输的信号，使原始信号（基带信号）适应信道传输特性的要求 信道传递信息的通道及传递信号的设施。按传输介质（又称传输媒质）的不同，分为有线信道和无线信道（如微波通信、卫星通信、无线接入等）,通信系统模型,接收设备功能与发送设备相反，把从信道上接收的信号变换成信息接收者可以接收的信息，起着还原的作用 受信者（收终端，又称为信宿）信息的接收者，将复原的原始信号转换成相应的消息 噪声源指系统内各种干扰影响的等效结果。为便于分析，一般将系统内所存在的干扰（环境噪声、电子器件噪声、外部电磁场干扰等）折合于信道中,现代通信系统功能模型,通信系统模型,现代通信系统模型的功能模块: 接入功能模

4、块将语音、图像或数据进行数字化并变换为适于网络传输的信号 传输功能模块将接入的信号进行信道编码和调制，变为适于传输的信号形式 控制功能模块完成用户的鉴权、计费与保密，由信令网、交换设备和路由器等组成 应用功能模块为运营商提供业务经营,1.1.3 通信系统的分类,1. 按通信业务分类 按传输内容：单媒体通信与多媒体通信 按传输方向：单向传输与交互传输 按传输带宽：窄带通信与宽带通信 按传输时间：实时通信与非实时通信 2. 按传输介质分类 有线通信：传输介质为电缆和光缆 无线通信：借助于电磁波在自由空间的传播来传输信号，根据波长不同可分为中长波通信、短波通信和微波通信等,通信系统的分类,3. 按调

5、制方式分类 基带传输：将未经调制的信号直接在线路上传输 频带传输（调制传输）：先对信号进行调制后再进行传输 4. 按信道中传输的信号分类 模拟通信和数字通信 5. 按收发者是否运动分类 固定通信和移动通信 6. 按多地址接入方式分类 频分多址、时分多址、码分多址通信等 7. 按用户类型分类 公用通信和专用通信,1.1.4 通信系统的质量评价,1. 有效性指标 有效性是指信道资源的利用效率（即系统中单位频带传输信息的速率问题） 模拟通信系统有效性指标系统有效带宽(Hz) 数字通信系统有效性指标传输容量，即信道的传输速率（单位时间内通过信道的平均信息量），信息量的单位为比特（bit）,通信系统的质

6、量评价,传输容量的表示方法 信息传输速率（比特速率）系统每秒钟传送的比特数，单位为比特秒（bit/s） 【例】某数字通信系统每秒钟传送19200个二进制码元（一个二进制码元是一个“1”或一个“0”），则该系统的信息传输速率为19200 bit/s,通信系统的质量评价,符号传输速率（信号速率或码元速率）单位时间内所传送的码元数；单位为波特（baud，简记为Bd），每秒钟传送一个符号的传输速率为1波特 注：在给出码元速率时需说明是何进制的码元,通信系统的质量评价,符号传输速率和信息传输速率可换算；若是二进制码，符号传输速率则与信息传输速率相等 若两个系统的传输速率相同，其信道效率有可能不同。信道效

7、率用单位频带的信息传输速率或符号传输速率来表示，其单位分别为 bit/s/Hz 及 Bd/Hz,通信系统的质量评价,2. 可靠性指标 可靠性是指通信系统传输消息的质量（即传输的准确程度问题） 模拟通信的可靠性用输出信噪比来衡量 数字通信系统的可靠性用传输差错率来衡量,通信系统的质量评价,传输差错率的表示方法: 误码率（码元差错率）在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码元数之比，也指平均误码率 误比特率（比特差错率）在传输过程中产生差错的比特数与传输的总比特数之比，也指平均误比特率 当采用二进制码时，误码率与误比特率相等 问题1：已知某八进制信号的信息速率为2400 bit/s，求该系统的码

8、元速率。若该信息每秒有1个码元出错，求误码率Pe。 问题2：在多进制系统中，为何误比特率小于误码率？,通信系统的质量评价,误码率的大小与传输通路的系统特性和信道质量有关，提高信道信噪比（信号功率噪声功率）和缩短中继距离，可使误码率减小 从通信的有效性和可靠性出发，单位频带的传输速率越高越好，而误码率则越低越好,1.2 通信网的组成,通信网由一定数量的节点（包括终端设备和交换设备）以及连接节点的传输链路的组合，以实现规定点间信息传输的通信体系 通信网的功能：适应用户呼叫的需要，以用户满意的程度，传输网内任意两个或多个用户之间的信息,通信网的概念,1. 通信网的基本要素 现代通信网一般是由交换设备

9、、用户终端设备、传输系统并按某一结构组成 用户终端之间通过一个或多个节点链接，在节点处提供交换、处理网络管理等功能 传输系统包括用户终端之间、用户终端与节点以及节点之间的各种传输介质（有线或无线）和设备,通信网的概念,通信网一般组成 通信网络的基本要素为传输、交换和终端，其中传输与交换部分组成核心网,通信网的概念,（1）传输 传输系统完成信号传输的介质和设备的总称。其在终端设备与交换设备之间、以及交换系统相互之间链接起来而形成网络 传输系统按传输介质不同可分为有线和无线传输系统。通过提供并行的不同带宽的多路复用，可获得各种不同数目的复用信道 常用传输系统：光纤传输系统、卫星通信系统、无线传输系

10、统、数字微波传输系统等。,通信网的概念,传输是交换设备之间的通信路径，承载着用户信息和网络控制信息 传输设备主要由用户线（用户终端与交换机之间的连接线路）、中继线（交换机与交换机之间的连接线路）及相关传输系统设备构成 传输线路中除线缆以外，还安装各种设备实现信号放大、波形变换、调制解调、多路复用、发信与收信等功能，以延长用户信息的传输距离,通信网的概念,（2）交换 通信网中交换功能由交换节点（即交换设备）完成。不同网络因支持的业务特性不同，交换方式也不同 交换设备由信息传送子系统（包括交换网络和接口）与控制子系统组成 交换设备以节点形式与邻接传输链路一起，构成各种结构的通信网；根据寻址信息和网

11、络控制指令，进行链路连接或信号导向，使通信网中的多对用户建立信号通路。,通信网的概念,（3）终端 主要功能：将输入信息变换为易于在信道中传送的信号；其用于发送和接收用户信息，与网络交换控制信息，通过网络实现呼叫和接入服务 发送端将所发送信息转变成适合信道传送的信号，接收端从信道上接收信号，将其恢复成能被利用的信息；终端还能产生和识别网内所需的信令信号或规则，以便相互联系和应答 不同通信业务的终端类型：如电话终端、数字终端、数据通信终端、图像通信终端和多媒体终端等,通信网的概念,2. 通信网的质量要求 网内任意用户间相互通信 满意的通信质量 较高的可靠性 投资和维护费用合理 能适应通信新业务和通

12、信新技术的发展 通信网组网结构、信令方式、编码计划、计费方式、网管模式等应能灵活适应新业务和新技术发展,1.2.2 通信网的分类,1. 现代通信网的分类 按通信的业务类型分类 电话网、广电网、数据网、计算机网、多媒体网和综合业务数字网等 按通信网采用传输介质分类 有线传输网、无线传输网 按通信的传输手段分类 光传输网、无线通信网、卫星通信网、微波中继网、载波通信网等,通信网的分类,按通信网采用的传送模式分类 电路交换网（公共电话交换网PSTN、综合业务数字网 ISDN） 分组交换网（分组数据网PDN、帧中继网FRN） 异步传送网（ATM）等 按通信服务的区域分类 市话通信网、长话通信网和国际通

13、信网 局域网、城域网和广域网等,通信网的分类,按通信服务的对象分类 公用通信网、专用通信网 按通信传输处理信号形式分类 模拟通信网和数字通信网 按通信的活动方式分类 固定通信网和移动通信,通信网的分类,2. 国内现有通信网络 我国的电信网、计算机通信网和有线电视网等运营网络，是根据用户需求所提供的业务类型、支撑业务所采用的技术及其相应的成熟期、以及对各类业务运营商的管理体制不同而客观形成的，且都具有各自的优势和问题。,通信网的分类,（1）电信网 电信网主要是指利用有线通信或无线通信系统，来传递、发射或者接收各种形式信息的通信网 电信网由国家电信部门（原邮电部）建设，由基础网、相应支撑网及其业务

14、网组成 【例】以话音业务为主的公用电话交换网和移动通信网、基础数据网、基础传输网等,通信网的分类,（2）计算机通信网 计算机通信网的发展过程是计算机技术与通信技术的融合过程。现代网络技术已把计算机网和电信网相互整合和渗透在一起 国内的计算机通信网络即中国目前的互联网，由多部门组建及运作 【例】中国公用互联网（由原邮电部组建）、中网（由中国网通组建），中国教育科研网（由清华大学负责运作的CERNET）等,通信网的分类,（3）有线电视网 优势：已建成相当规模的光缆长途干线和覆盖面很广的宽带分配网络，并拥有垄断性的影视节目信息 问题：虽已具备传输与接入手段，但还完全不具备宽带信息业务节点及相应的交换

15、设施 组成：传送网络（传输干线）和节目分配网络（多用户共享的宽带网络）,1.2.3 电信网的组成,现代电信网可归纳为业务网和支撑网 1. 业务网（用户信息网） 用于向公众提供诸如话音、视频、数据、多媒体等业务的通信网络，包括电话通信网、移动通信网、数据通信网、综合业务数字网、智能网、IP网络等。按其功能可分为传送网和交换网。,电信网的组成,传送网由基础传输网和用户接入网组成，用于数字信号的传送，表示支持业务网的各种接入和传送手段的基础设施 用户之间的通信要经过交换设备。采用不同交换技术的交换点可构成不同类型的业务网，用于支持不同的业务。根据交换方式的不同，交换网可分为电路交换网和分组交换网,电

16、信网的组成,2. 支撑网 支撑网包括信令网、数字同步网和电信管理网，支持电信网的应用层、业务层和传送层的工作，提供保证网络正常运行的控制和管理功能,1.2.4 通信网的组网结构,通信网的网络拓扑结构是指终端、节点或两者之间的连接与分布形式 网络拓扑结构的基本形式主要有网状网、网孔型网、星型网、复合型网、环型网、总线型网、树型网等 通信网的实际拓扑结构通常由基本结构形式复合组成,通信网的组网结构,通信网基本拓扑结构示意图,1.3 通信信道,信道信号发送设备与接收设备之间传送信号的通道。信道作为链路，可连接网络节点的交换设备，构成多个用户连接的网络 传输介质可传输电信号（或光信号）的物质，分为有线介质和无线介质 狭义信道各种物理传输介质 广义信道传输介质（狭义信道）和信号必须经过的各种通信设备,1.3.1 无线信道,在无线信道中，信号的传输是利用电磁波在空间的传播来实现的 无线介质指可以传播电磁波（包括光波）的空间或大气，主要由无线电波和光波作为传输载体 无线传输信道分为长波信道、中波信道、短波信道、超短波信道和微波信道,1