[工学]第1章 通信网络概述

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1、“通信工程基础”课程,重庆邮电大学管理学院工程管理专业（2009级）,主讲教师：姚玉坤 副教授承担单位：重庆邮电大学通信与信息工程学院通信网络教研中心单位地点：逸夫科技楼三楼工作邮箱： 开课时间: 2011年9月,课程简介,课程编号：010277；理论总学时：48；学分：3分 先修课程：通信原理、计算机网络 课程任务： 本课程的教学任务旨在使学生掌握基本的通信及相关知识； 了解和掌握现代通信技术的基本内容和基本原理； 了解通信技术的发展历程和未来趋势； 建立起通信系统与网络的基础框架； 初步培养通信与信息系统中通信技术工程应用的专业思维。,什么是通信？什么是电通信？ 什么是交换，交换技术有哪些

2、类型？什么是传输，传输技术有哪些？什么是SDH? 什么是接入网，什么Xdsl宽带接入? 什么是HFC?什么是IP?什么是七号信令？ 什么是FDMA、TDMA和CDMA及其区别? 什么是GSM？什么是3G?什么是4G？ 什么是光纤通信? 什么是微波通信? 什么是卫星通信? 电路交换、分组交换、ATM交换的基本原理； 固定电话、移动电话、数据通信的通信原理； SDH传输技术、光波分复用技术的基本原理；,你知道吗？你想知道吗？,交换技术的发展历程及未来趋势； 宽带接入技术（无线、有线）的发展历程及未来趋势； 移动通信技术的发展历程及未来趋势；通信系统的基本模型是怎样？什么是通信网，它的构成要素有哪些

3、？什么是交换网？什么是传输网？什么是支撑网？什么是计算机网络的协议模型？什么是TCP/IP?什么是七号信令的系统结构？什么是七号信令网？什么是三网融合？“一下代网络”的体系结构是怎样的？,你知道吗？你想知道吗？,课程选用教材及参考书目,教材：章伟飞 编著,现代通信技术基础,人民邮电出版社，2010年10月出版。 参考书： 张毅，郭亚利编著 ，通信工程（专业）概论， 武汉理工大学出版社，2007年出版。,现代通信技术基础教材目录,第1章 通信网络概述 第2章 接入网技术 第3章 交换技术 第4章 传输技术 第5章 电信支撑网 第6章 网际通信 第7章 通信新技术,课程内容简介,第一章 通信网络概

4、述 第二章 接入网技术 第三章 交换技术 第四章 传输技术 第五章 支撑网 第六章 网际通信 第七章 通信新技术,课程特点,知识面广、知识点多、内容丰富专业性、技术种类多历史悠久、发展迅速内容难度总体要求不高，以了解为主,课程要求,掌握通信基本概念及知识点了解接入网、交换网、传输网、支撑网的基本网络结构及工作情况建立全程全网的概念,课程学习方法与目标,听课时，重点关注老师的课程引入和讲课思路 鼓励自学、上网查找资料，开阔眼界 扎实基础知识 把握基本原理 提高专业素质,对同学们的一些要求！,1、最好养成上课做笔记或批注的习惯； 2、课后有问题要及时请教老师或同学； 3、课堂纪律问题以及上课睡觉问

5、题； 4、通信工具问题； 5、如果有特殊原因不能到课，请用邮件或短信方式向老师请假； 6、态度决定一切！,课程学习成绩评价方法,平时作业15 平时考勤15%课堂讨论发言、回答问题10%期末考试60,第一章 通信网络概述,1.1 通信发展概述 1.2 通信基本概念 1.3 全程全网概念 1.4 固定电话通信过程 1.5 移动电话通话过程 1.6 数据通信过程,第一章 通信网络概述,本章内容提要：1. 通信的发展历史2. 目前的通信技术3. 基本的通信技术概念4. 通信系统中全程全网的概念和组成5. 固定电话、移动电话、数据通信中通信的过程,1.1 通信发展概述,1.1.1 通信的概念所谓通信是指

6、通过某种媒质进行的信息传递。什么是信息？对于信息的定义非常多，在中国国家标准GB4894-85中关于信息的定义是：信息是物质存在的一种方式、形态或运动状态，也是事物的一种普遍属性，一般指数据、消息中所包含的意义， 可以使消息中所描述事件的不定性减少。那么，什么又是媒质呢？,自从人类存在开始，通信就已经存在，通信的目的一直没有发生过改变，变化的只是通信的方式。,1.1.1 通信的概念,什么是媒质？媒质即“介质”，当一种物质存在于另一种 物质内部时，后者就是前者的介质。在通信中所指的媒质 是能传输信息的渠道。如有线介质、无线介质。其中铜介 质、光纤介质等属于有线介质，而空气则属于无线介质。,1.1

7、.2 通信的发展历史,人类的通信从远古时代就已经开始。人与人之间的语 言、肢体交流就是最早出现的通信。通信的发展历史则可以分为古代通信和近现代通信。在中国古代，飞鸽传书，烽火传信，利用驿站的邮驿 系统、旗语等都是属于常见的通信方式。,1.1.2 通信的发展历史,信鸽 甘肃玉门关烽火台遗址,1.1.2 通信的发展历史,苏州横塘千年古驿站 驿使壁画,1.1.2 通信的发展历史,法罗斯灯塔复原图 旗语,1.1.2 通信的发展历史,近现代的通信发展历史，大致可以分为两个阶段。第 一阶段是电通信阶段，第二阶段是电子信息通信阶段。第一阶段的通信技术包括1835年莫尔斯发明电报机， 并于1837设计莫尔斯电

8、报码。 1864年，麦克斯韦发现了电 磁波的存在。 1876年贝尔发明电话机，这使得利用电磁波 不仅可以传输文字还可以传输语音，大大加快了通信进程。1895年，马可尼和波波夫发明无线电设备，从而开创 了无线电通信发展的道路。,1.1.2 通信的发展历史,莫尔斯人工电报机,1.1.2 通信的发展历史,近现代通信发展历史的第二阶段是电子信息通信阶段。主要的通信技术有移动通信技术，程控交换技术，传输技术，数据通信与数据网技术，接入网与接入技术。,传统的文字书信 现代四通八达的座机电话 灵活方便的手机电话 和绚丽多彩的电视画面 精彩纷呈的计算机互连网络Internet ,近现代通信的常见方式包括：,计

9、算机技术与通信技术的结合，计算机网络的产生，标志着人类史上信息通信时代的到来。,1.1.2 通信的发展历史,【移动通信发展历史】 1928年，发明了工作于2MHz的超外差式无线电接收机；1946年，贝尔系统建立了世界上第一个公用汽车电话网，称为“城市系统”；20 世纪80年代中期，欧洲和日本纷纷建立了自己的第一代蜂窝移动通信系统（1G系统）；GSM（2G系统） 在全球范围内迅速扩张；1995年ITU 将第三代移动通信系统（3G系统）命名为国际移动通信2000（IMT-2000）。,1.1.2 通信的发展历史,【程控交换技术发展历史】1878年就出现了人工交换机，借助话务员进行人工话务接续。 1

10、893年步进制的交换机问世，它标志着交换技术从人工时代迈入机电自动交换时代。 1938年纵横制(cross bar)交换机被发明，相对于步进制交换机，提高了可靠性和接续速度。,1.1.2 通信的发展历史,【程控交换技术发展历史】,美国贝尔公司于1965年生产 了世界上第一台商用存储程序控 制的电子交换机(No.1 ESS),这 一成果标志着电话交换机从机电 时代跃入电子时代。法国于1970年开通了世界上 第一个程控数字交换系统E10， 它标志着交换技术从传统的模拟 交换进入数字交换时代。,程控交换机,1.1.2 通信的发展历史,1880年，贝尔发明了一种利用光波作载波传递话音信息的 “光电话”

11、，这是光通信历史上的第一步。1960年，美国科学家梅曼(Meiman)发明了第一个红宝石激 光器。并证明了激光是一种理想的光载波。因此，激光器的出 现使光波通信进入了一个崭新的阶段。1966年,英籍华人高锟博士首次利用无线电波导通信原理,提 出了低损耗的光导纤维(简称光纤)概念。 1970年,美国首次研制成功损耗为 20db/km的石英光纤，它 是一种理想的传输介质。同年，贝尔实验室研制成功室温下连 续振荡的半导体激光器(LD)。从此，开始了光纤通信迅速发展 的时代，因此人们把1970年称为光纤通信的元年。,【光纤通信发展历史】,1.1.2 通信的发展历史,光电话 红宝石激光器 光纤,【光纤通

12、信发展历史】,90年代以来，第四代光纤通信系统已经实现了在2.5Gb/s速率上传输4500公里和 10Gb/s的速率上传输1500公里的应用。,1.2 通信基本概念,通信是通过某种媒质进行信息传递。“信号”是信息 的表现形式，“信息”则是信号的具体内容。通信的实 质是信号通过某种媒质进行传递。信号分为模拟信号与数字信号两类。 1.模拟信号：是指在时间和幅值上都是连续变化的信号。 其特点是幅度连续 （连续的含义是在某一取值范围内可以取无限多个数值）。如常见的正弦波信号。,1.2.1 信号类型,1.2.1 信号类型,2.数字信号：是指在幅值和时间两个方面都离散的信号。 其特点是幅值离散（离散的含义

13、是在某一取值范围内可以取有限多个数值）。如常见的脉冲信号,1.2 通信基本概念,数字信号在性能方面优于模拟信号，但是很多原始信号产 生时是模拟信号，所以要想使用数字信号实现通信就需要 先将模拟信号转换成数字信号。最常见的模数信号转换方 法就是脉冲编码调制技术（PCM）。 PCM信号的形成是模 拟信号经过“抽样、量化、 编码 ”三个步骤实现的。,1.2.2 脉冲编码调制（PCM）,1.抽样：所谓抽样就是每隔一定的时间间隔抽取模拟信号的一个瞬时幅度值（样值）。 抽样频率fs取多大合适呢？应满足抽样定理。fs不是越高越好，目前最常见的抽样频率是每秒8000次。抽取的样值为8000个抽样值/s 。,3

14、3,1.抽样,抽样定理：如果一个连续信号f(t)所含有的最高频率不超过fh，则当抽样频率fs2fh时，抽样后得到的离散信号就包含 了原信号的全部信息。,1.2.2 脉冲编码调制（PCM）,2.量化：量化的意思是将时间域上幅度连续的样值序列 变换为时间域上幅度离散的样值序列信号(即量化值）。 量化分为均匀量化和非均匀量化两种。若量化间隔是均 匀的,称为均匀量化;还有一种是量化间隔不均匀的非均 匀量化, 其量化间隔随信号幅度的大小不同而相应调整。 非均匀量化克服了均匀量化的缺点。目前非均匀量化中的直接非均匀编解码法使用较多。量 化级数共有256个。,1.2.2 脉冲编码调制（PCM）,3.编码：这

15、里的编码指的是根据A律13折线非均匀量化间隔的划分直接对样值编码，称为非均匀编码，接收端再进行非均匀解码，即直接非均匀编解码法。,一路模拟信号在经过抽样、量化、编码以后所形成的PCM数字信号带宽为：8000个抽样值/s8bit/每个抽样值64Kbit/s,编码即是将量化后的信号抽样幅值以二进制数值来表示。 编码最多需要的二进制位数为log2N位，N是量化等级数。 每个量化级别可编码为8个二进制数字信号，即8bit。,1.2.3 多路复用技术,1.基本概念在发送端将若干个独立无关的分支信号合并为一个复合信 号，然后送入同一个信道内传输，接收端再将复合信号分解 开来，恢复原来的各分支信号，称为多路

16、复用。多路复用的 原理示意图如下：,最常用的多路复用技术是频分多路复用和时分多路复用，另外还有统计时分多路复用和波分多路复用技术。,1.2.3 多路复用技术,定义：FDM是把线路的通频带资源分成多个子频带，分别 分配给用户形成数据传输子通路，每个用户终端的数据 通过专门分配给它的子通路传输，当该用户没有数据传 输时，别的用户不能使用，此通路保持空闲状态。 FDM主要适用于传输模拟信号的频分制信道，主要用于电 话、电报和电缆电视（CATV）。在数据通信中，需和调 制解调技术结合使用。 优点：多个用户共享一条传输线路资源。 缺点：给每个用户预分配好子频带，各用户独占子频带,使得线路的传输能力不能充分利用。,