现代通信技术概论(1)

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1、现代通信技术概论,赵宏波 卜益民 陈凤娟 编著,第1讲,教学大纲：,二、课程性质、目的与任务 现代通信技术概论是计算机专业开设的一门专业选修课。目的是使学生对通信技术的体系框架有一个清晰的认识，对各种常用现代通信技术的基本概念、基本原理、系统构成和技术发展趋势有较全面的理解和掌握。 本课程的主要内容有：数字通信技术、程控交换技术、光纤通信、数字微波、卫星通信、移动通信、电话网、支撑网、数据通信与数据网等技术及其新的发展,参考文献：,赵宏波现代通信技术概论北京：北京邮电大学出版社 李文海，现代通信技术，北京：人民邮电出版社 严晓华，现代通信技术基础，北京：清华大学出版社答疑：,目录,第1章 绪论

2、 第2章 数字通信技术 第3章 程控交换技术 第4章 信息传输技术与系统 第5章 通信网 第6章 数据通信与数据网 第7章 ISDN与ATM技术 第8章 宽带IP技术 第9章 接入网与接入技术,第1章 绪论,1.1 基本概念 1.2 通信发展趋势,1.1 基本概念,1.1.1 通信系统,图1.1 通信模型示意图,通信系统有多种分类形式，如：可从通信内容上、传输信号的性质上、信道上等进行划分。(1) 根据通信内容可分为： 语音通信(电话) 数据通信系统 图像通信 多媒体通信 (2) 根据传输信号的性质可分为： 模拟通信系统 数字通信系统,1. 通信系统的分类,(3) 根据信道的不同可分为：,有线

3、通信:有线电通信:双绞线、同轴电缆光纤通信 无线通信:短波通信微波通信卫星通信:同步卫星、中低轨道卫星红外线通信,2. 通信系统的质量要求,（1） 有效性 符号速率又叫信号速率，记为N。它表示单位时间内(每秒)信道上实际传输的符号个数或脉冲个数(可以是多进制)。符号速率的单位是波特，即每秒的符号个数。 信息传输速率，简称传信率，通常记为R。它表示单位时间内系统传输(或信源发出)的信息量，即二进制码元数。,（2） 频带利用率 用单位频带内的符号速率描述系统的传输效率，即每赫的波特数，符号速率用表示。 （3） 可靠性 可靠性可用差错率来表示。常用的差错率指标有平均误码率、平均误字率、平均误码组率等

4、。,1.1.2 通信信号,1. 模拟信号 模拟信号是指代表消息的电信号及其参数（幅度、频率或相位）随消息连续变化的信号。其特点是幅度连续变化，而在时间上可以连续，也可以不连续；前者是连续的模拟信号，后者是离散的模拟信号，如图1.2所示。,图1.2 模拟信号,2. 数字信号,数字信号是一系列的电脉冲，时间上是离散的，信号参数（幅度）也不连续变化，如图1.3所示。 数字信号是指在时间上和幅度上均取有限离散数值的电信号，这类电信号常用电压或电流的脉冲代表。数字信号与模拟信号的不同点在于数字信号不直接与消息对应。,图1.3 数字信号,3. 数字信号的基本形式 最简单的数字信号是二元码(或称二进制码)，

5、这种码的幅度只取两种不同的瞬时值。这种二进制码分为单极性、双极性和归零、不归零四种不同的基本形式。,图1.4 二元码的四种基本形式,在二进制数字通信系统中，每个码元或每个符号只能是“1”和“0”两个状态之一。实际通信中也可以有多信号电平系统即对应多进制码。,进制越高，级差越小，抗干扰能力越差。但是进制越高，每个符号所代表的信息量越大。在信息论中对符号所载荷的信息量有严格定义。在二进制数字传输中，若数字序列里1和0的概率各占12，并且前后码元是相互独立的，序列中每个二进制码元所载荷的信息量就是1比特；而多进制每个符号所含的信息量将要增加，四电平的符号包含log24=2 bit的信息量，八电平的符

6、号包含log28=3 bit的信息量。,4. 数字信号码型,基带信号的码型有如下几种：（1） 二元码：采用两个电平编出来的码型。主要有单极性不归零码、单极性归零码、双极性归零码、双极性非归零码、差分编码、双相脉冲编码等。（2） 三元码：信号的幅度取值为+1、0、-1。如：传号交替反转码、HDBn码等。（3） 伪双极性码。（4） mBnB码（分组码）：把输入的信息码流按m个比特为一组然后变换为n个比特。且nm。如在光纤通信中常用的5B6B码。,由于传输信道中有许多电感、电容原件，因其直流截止特性，对线路传输码型的要求如下：频谱中不存在直流成分；尽量减少码型频谱中的高频分量；具有一定的抗干扰能力；

7、便于时钟信号的提取；具有较好的传输效率；码型变换设备简单，易于实现。,1.1.3 通信信道,1. 通信媒体 (1） 明线： (2） 双绞线(twistedpair) (3） 同轴电缆(coaxial cable) (4） 光纤 (5） 微波通信 (6） 卫星通信,2. 通信方式,(1） 单工通信：信息只能单向传送或某一时间内只能使用发信机或收信机。其工作原理如图1.9所示。 (2） 半双工通信：可以双向传送数据，但两个方向只能轮流分时发送，不能同时传送。或只有其中一方可同时使用收、发信机。其工作原理如图1.10所示。,图1.9 单工通信方式,图1.10 半双工通信方式,(3） 全双工通信：,信

8、息可同时双向传送。通信双方的收、发信机均可同时工作。其工作原理如图1.11所示。,图1.11 全双工通信方式,传输制式,3. 传输方式,按照传输信号在通信信道中的时空顺序分类，通信的传输方式可分为串行传输和并行传输。 (1）串行传输：信号在一个信道上以按位依次传输的方式传输。 (2） 并行传输：指信号数据以成组的方式在多条并行信道上同时传输。,4. 同步方式 (1） 异步传输 (2） 同步传输 5. 复用方式 (1） 频分复用：在频率上把要传输的几路信息合在一起，形成一个合成的信号后进行传输。 (2） 时分复用：采用分时技术，每路分配一个时隙,1.1.4 通信网,1. 通信网的组成 通信网组成

9、的基本要素（硬件）是：终端设备、传输链路、转接交换设备。 2. 通信网的拓扑结构 (1）星形网：每一个终端均通过单一的传输链路与中心交换节点相连，如图1.12（a）所示。 (2） 树形网：是一种分层结构，适用于分级控制的系统，如图1.12（b）所示。,第2讲,(3） 网状网：点点相连，安全性高，链路数多，如图1.12（c）所示。 (4） 环形网：三个以上的节点用闭合环路形式组成，如图1.12（d）所示。 (5） 总线型网：总线把各节点连接起来，从而形成一条共享信道。结构简单、方便。如图1.12（e）所示。 (6） 复合型网：该网络结构是现实中最常见的一种形式。其特点是将网状网和星形网结合。,图

10、1.12 电信网的基本结构,3. 通信网的分层结构,（1） 纵向分层的观点,图1.13 垂直观点的网络结构,（2） 水平描述 水平描述是基于通信网实际的物理连接来划分的，可分为核心网、接入网和用户驻地网。,1.1.5 通信协议,1. 协议概念和层次结构 协议是指系统间互换数据的一组规则，主要是关于相互交换信息的格式、涵义、节拍等。 协议分层总括起来有以下好处： (1) 各层之间是独立的，任何一层不需知道下面一层是如何实现的，只需知道下一层所提供的服务和本层向上一层所提供的服务；,(2) 灵活性好，任何一层发生变化，只要接口关系保持不变，其他各层均不受影响； (3) 结构上可以隔开，各层都可采用

11、最合适的技术来实现； (4) 易于实现和维护。,2. 开放系统互连(OSI)参考模型,图1.14 OSI分层结构,(1） 分层原则, 网络中的各个节点具有相同的层次，而相同的层次具有相同的功能。 各个层次间的差别要明显，层间交互作用尽可能少。 低层对高层要具有透明性。 在需要的地方可以设置子层，在不需要某层时允许数据穿越子层。 同一节点相邻层间设置接口通信，不同节点的对等层间的通信采用相同的协议。 层次不能太多。 ,(2） OSI/RM中各层的主要功能:, 物理层(physical layer)物理层处于OSI参考模型的最低层。物理层的主要功能是利用物理传输介质为数据链路提供物理连接，以透明地

12、传送比特流。 数据链路层(data link layer)在物理层提供比特流传输服务的基础上，在通信实体之间建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据，通过差错控制、流量控制等方法，使有差错的物理线路变成无差错的数据链路。, 网络层（network layer）网络层的主要任务是通过执行路由选择算法，为报文分组通过通信子网选择最适当的路径。网络层具有路径选择、拥挤控制与网络互连等功能，它是OSI参考模型中最复杂的一层。 传输层（transport layer）传输层的目的是向用户提供可靠的端到端（endtoend）服务，透明地传送报文。它向高层屏蔽了下层数据通信的细节，因而是计算机通信体系结构中最

13、关键的一层。, 会话层（session layer）会话层的主要目的是组织和同步两个会话服务用户之间的对话，并管理数据的交换。 表示层（presentation layer）表示层主要用于处理两个通信系统间信息交换的表示方式。它包括数据格式变换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。 应用层（application layer）应用层是OSI参考模型的最高层。主要提供OSI用户服务，如文件传送、电子邮件、EDI等。,1.2 通信发展趋势,1.2.1通信发展的技术基础 1. 微电子和微光学技术 2. 计算机技术 3.信号与信息处理技术,1.2.2通信业务发展趋势,1. 业务宽带化 2. 业务IP

14、化 3. 业务智能化 4. 业务移动化 . 业务个人化,IPv4地址即将告罄-全球加速进入IPv6时代 2011-01-25 来源：作者：记者 温婷 编辑 王晓华 阮奇,随着全球IPv4地址即将在“未来几个星期内”用尽，业内普遍认为，IPv4地址的提前告罄将加速IPv6的发展，IPv6是目前唯一能解决IP地址短缺的可行途径。从去年开始，电信运营商中国电信和中国移动已经启动了IPv6的试点工作。 “互联网之父”文顿瑟夫目前是美国谷歌公司副总裁兼首席互联网顾问，他在1977年创建互联网通信协议“IPv4”，让全球电脑可以互相连线。而IP地址是分配给每台电脑、网站或其他联网设备的一系列号码，每个IP

15、地址都是独一无二的。,此前，互联网名称与数字地址分配机构(ICANN)曾预计，IPv4地址会在2011年8月耗尽。对此有专家认为，如今世界各国对于物联网发展的强调，以及各种智能终端的普及是IPv4地址加速枯竭的重要原因，而唯一的解决途径是更换新一代IP协议：IPv6。上海证券分析师张涛表示，以目前国内的电脑和手机用户保有量来看，IPv4还可以支撑，但随着物联网对于网络要求的提高，IPv4地址显然已经不够，发展IPv6也可以认为是为未来物联网的发展进行必要的网络准备。,而世界范围内由IPv4向IPv6的协议转型已经启动。据悉，自格林尼治时间2011年6月8日零时1分开始的24小时将是IPv6协议

16、系统的第一个试用日。届时，网络搜索引擎谷歌公司和社交网站“脸谱”（Facebook）等网站将率先启动IPv6协议系统，为用户及工程师提供测试和分析平台。 而自去年，中国电信和中国移动已经开始个别地区的IPv6试点工作，包括IPv6协议互通、基地建设及网络管理等方面的测试。 华创证券分析师刘洪军表示，从目前趋势来看，IP地址提前枯竭将加速IPv4向IPv6协议的转换，进而加速电信运营商、企业和政府局域网将现有的路由器和以太网交换机，替换成支持IPv6的新品。目前国内上市公司中兴通讯和星网锐捷有提供相关设备。,返回,1.2.3 通信技术发展趋势,1. 从电路交换向分组交换的转变 2. 窄带业务接入技术从铜线接入向移动接入转变 3. 传送技术从点到点通信向光联网转变 4. 有线无线接入都将完成从窄带向宽带的转变,