现代通信应用与发展.ppt

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1、现代通信应用与发展信息工程系 司朝良21 1、 通信的概念与通信发展通信的概念与通信发展31 1、1 1 通信的基本概念通信的基本概念1 1、通信：、通信：指带有信息的信号从一点传到另一点的过程。指带有信息的信号从一点传到另一点的过程。2 2、现代通信：、现代通信：在任何时间、任何空间、任何地点、任何对象在任何时间、任何空间、任何地点、任何对象之间以任何方式进行信息交换的过程。之间以任何方式进行信息交换的过程。例如人与人、人与机器之间信息的交换。例如人与人、人与机器之间信息的交换。41 1、1 1 通信的基本概念通信的基本概念3 3、通信的目的通信的目的传递传递消息中包含的消息中包含的信息信息

2、。4 4、 消息消息 语音、文字、图形、图像等传递对象。语音、文字、图形、图像等传递对象。 消息必须转换成电信号（简称信号），才能消息必须转换成电信号（简称信号），才能在通信系统中传输。在通信系统中传输。51 1、1 1 通信的基本概念通信的基本概念6 6、 信息信息 指消息中的对指消息中的对有效内容有效内容。 不同形式表现（汉字、符号、图形等）的同不同形式表现（汉字、符号、图形等）的同 一消息，载有相同的信息。一消息，载有相同的信息。5 5、 信号信号 是是消息的消息的消息的消息的载体载体载体载体，为传送消息而对其变换后传，为传送消息而对其变换后传，为传送消息而对其变换后传，为传送消息而对其

3、变换后传的某种物理量（如电信号、声信号、光信号）。的某种物理量（如电信号、声信号、光信号）。的某种物理量（如电信号、声信号、光信号）。的某种物理量（如电信号、声信号、光信号）。61 1、2 2 通信的发展通信的发展一、通信方式历史一、通信方式历史1.1.古代：古代： 公元前公元前800800年年( (周朝周朝) )，周幽王烽火戏诸侯。，周幽王烽火戏诸侯。 应用光通信的见证最简单的二进制数字通信。应用光通信的见证最简单的二进制数字通信。2.2.近代：近代： 18201820年：安培发明电报通信，年：安培发明电报通信，近代数字通信近代数字通信的开始。的开始。 18381838年：莫尔斯将电报通信年

4、：莫尔斯将电报通信推向实用推向实用。 18761876年：贝尔发明电话，年：贝尔发明电话，模拟通信的开始模拟通信的开始。71 1、2 2 通信的发展通信的发展l烽火台烽火台81 1、2 2 通信的发展通信的发展 3.3.现代现代 2020世纪世纪6060年代以后：年代以后： 数字通信技术进入高级发展阶段。数字通信技术进入高级发展阶段。 近近2020多年：多年： 数字通信迅猛发展；数字通信迅猛发展； 光纤通信也携手同行。光纤通信也携手同行。 两者都成为现代通行网的主要支柱。两者都成为现代通行网的主要支柱。91 1、2 2 通信的发展通信的发展 18441844年年5 5月月2424日日国会大厦国

5、会大厦 ，“上帝创造了何上帝创造了何等的奇迹等的奇迹! !” 塞缪尔塞缪尔莫尔斯莫尔斯（Samuel Finley Breese Morse，1791-1872）101 1、2 2 通信的发展通信的发展贝尔贝尔（1847-19221847-1922）美国电话发明者美国电话发明者111 1、2 2 通信的发展通信的发展18761876年年3 3月月1010日，美国日，美国发明家贝尔发明发明家贝尔发明世界上第世界上第一部电话一部电话，并获美国专利，并获美国专利局批准的电话专利。局批准的电话专利。 这是这是20052005年年8 8月月1111日日拍摄的美国新泽西州拍摄的美国新泽西州默里默里山贝尔实

6、验室博物馆内山贝尔实验室博物馆内的的世界第一部电话。世界第一部电话。121 1、2 2 通信的发展通信的发展 麦克斯韦麦克斯韦预言了电磁波的存在，预言了电磁波的存在，并建立了电磁场理论并建立了电磁场理论。18731873年，年，麦克斯韦完成巨著麦克斯韦完成巨著电磁学通电磁学通论论，是牛顿以后科学史上的，是牛顿以后科学史上的又一座丰碑又一座丰碑 。 麦克斯韦麦克斯韦(James Clerk Maxwel (James Clerk Maxwel 183118311879)1879)英国物理学家英国物理学家131 1、2 2 通信的发展通信的发展赫兹赫兹最伟大的贡献最伟大的贡献： 用实验证实了电磁波

7、的存在。用实验证实了电磁波的存在。 赫兹赫兹（1857-18941857-1894）德国物理学家德国物理学家 18881888年，年，赫兹证实了麦克斯韦发现赫兹证实了麦克斯韦发现的真理的真理，开创了无线电电子技术的新开创了无线电电子技术的新纪元纪元。 为纪念他在电磁波发现中的卓越贡为纪念他在电磁波发现中的卓越贡献，后人将献，后人将频率的单位频率的单位命名为命名为赫兹赫兹。 141 1、2 2 通信的发展通信的发展18881888年，年，赫兹赫兹制作的简易电制作的简易电磁波发射和接磁波发射和接收装置收装置151 1、2 2 通信的发展通信的发展 1895 1895年，年，2020岁的意岁的意大利

8、青年大利青年马可尼马可尼发明发明了了无线电报机无线电报机。 开创了人类利用电开创了人类利用电磁波进行通信的历史磁波进行通信的历史1 1、2 2 通信的发展通信的发展 其他利用电磁波的技术，相继问世：其他利用电磁波的技术，相继问世： 无线电广播无线电广播（19061906年）、年）、无线电导航无线电导航（19111911年）、年）、 无线电话（无线电话（19161916年）、年）、 短波通讯（短波通讯（19211921年）、年）、 无线电传真（无线电传真（19231923年）、年）、 电视（电视（19291929年）、年）、 微波通讯（微波通讯（19331933年）、年）、 雷达（雷达（1935

9、1935年），年）， 遥控、遥感、卫星通信、射电天文学遥控、遥感、卫星通信、射电天文学171 1、2 2 通信的发展通信的发展1844莫尔斯莫尔斯有线电报有线电报1948晶体管晶体管香农香农IT通信统计理论通信统计理论1864麦克斯韦尔麦克斯韦尔电磁辐射方程电磁辐射方程1950时分多路通信时分多路通信应用于电话应用于电话1876贝尔贝尔电话电话1956越洋电话铺设越洋电话铺设1895马克尼马克尼无线电报无线电报1957第一颗人造卫星发射第一颗人造卫星发射1906真空管真空管1958第一颗通信卫星发射第一颗通信卫星发射1918调幅广播调幅广播超外差接收机超外差接收机1960发明激光发明激光192

10、5三路明线载波电话三路明线载波电话多路通信多路通信1961发明集成电路发明集成电路1936调频广播调频广播1962第一颗同步通信卫星第一颗同步通信卫星PCM进入实进入实用用1937脉冲编码调制脉冲编码调制1960彩电彩电数字传输理论数字传输理论高速计算机高速计算机1938电视广播电视广播1970LSI商用卫星商用卫星程控交换程控交换光纤通讯光纤通讯1940二战刺激二战刺激雷达和微波系统发雷达和微波系统发展展1980SLSI长波光纤通信长波光纤通信ISDN3G返回返回181.3 1.3 通信系统的分类通信系统的分类1.模拟通信系统模拟通信系统和和数字通信系统数字通信系统（按信号方式分）（按信号方

11、式分）模拟信号，也称连续信号。模拟信号，也称连续信号。 如：话筒送出的语音信号。如：话筒送出的语音信号。 数字信号，也称离散信号。数字信号，也称离散信号。 如：代表文字的编码、计算机数据信号。如：代表文字的编码、计算机数据信号。191.3 1.3 通信系统的分类通信系统的分类模拟信号模拟信号数字信号数字信号t tt t201.3 1.3 通信系统的分类通信系统的分类2 2、按按信息的物理特征信息的物理特征分：分：电报通信系统、电报通信系统、电话通信系统、电话通信系统、数据通信系统、数据通信系统、图象通信系统。图象通信系统。211.3 1.3 通信系统的分类通信系统的分类3. 3. 按传输信道分

12、：按传输信道分： 有线通信（有线通信（明明线线、电缆电缆、光、光纤纤） 无线通信无线通信 信道：信道：传输信号所用的媒介传输信号所用的媒介与设施与设施。221.3 1.3 通信系统的分类通信系统的分类4 4、按传输信号的按传输信号的复用方式复用方式分：分：频分复用（频分复用（FDMAFDMA）：）：不同信号占据不不同信号占据不同的频率范围。同的频率范围。时分复用时分复用(TDMA)(TDMA)：使不同信号占据不使不同信号占据不同的时间区间。同的时间区间。码分复用码分复用(CDMA)(CDMA)：用一组正交的脉冲用一组正交的脉冲序列分别携带不同的信号。序列分别携带不同的信号。 231.3 1.3

13、 通信系统的分类通信系统的分类5 5、按、按传输手段传输手段分：分： 电缆通信系统、电缆通信系统、 微波（中继）通信系统、微波（中继）通信系统、 光纤通信系统、光纤通信系统、 卫星通信系统、卫星通信系统、 移动通信系统、移动通信系统、 计算机通信系统。计算机通信系统。241.3 1.3 通信系统的分类通信系统的分类6、按、按传输频段传输频段分：分：长波通信系统、长波通信系统、 短波通信系统、短波通信系统、 中波通信系统、中波通信系统、 激光通信系统、激光通信系统、 红外波通信系统。红外波通信系统。251.3 1.3 通信系统的分类通信系统的分类6 6、按、按调制方式调制方式分：分： 基带传输系

14、统基带传输系统不经调制的信号直接在不经调制的信号直接在信道上传输的系统。如：音频市内电话、数信道上传输的系统。如：音频市内电话、数字信号的基带传输。字信号的基带传输。 调制传输系统调制传输系统各种信号变换方式后进各种信号变换方式后进行传输的总称。行传输的总称。261.3 1.3 通信系统的分类通信系统的分类调制调制与与解调解调调制调制的目的：的目的：a a将信号变换成适于在信道上传送的形式。将信号变换成适于在信道上传送的形式。如无线传输时，必须将信息信号载在如无线传输时，必须将信息信号载在高频高频上才好向自由空间发射。上才好向自由空间发射。b b有效地利用频带有效地利用频带。c c提高通信的抗

15、干扰能力（数字通信）。提高通信的抗干扰能力（数字通信）。271.3 1.3 通信系统的分类通信系统的分类国内现有通信网络国内现有通信网络我国现有的通信网络大致可分为我国现有的通信网络大致可分为3类：类：（1）电信网）电信网 ： 公用电话交换网公用电话交换网公用电话交换网公用电话交换网和和和和移动通信网移动通信网移动通信网移动通信网（2）计算机通信网：）计算机通信网：互联网互联网互联网互联网（3）有线电视网）有线电视网281.4 1.4 通信系统的组成通信系统的组成291.5 1.5 信道信道一、信道分类（依传输媒体分）一、信道分类（依传输媒体分）1.1.无线信道：无线信道： 利用电磁波来传播信

16、号。利用电磁波来传播信号。 如广播电台、移动电话。如广播电台、移动电话。2.2.有线信道：有线信道： 利用人造传输媒体来传输信号。利用人造传输媒体来传输信号。 如传统的固定电话。如传统的固定电话。301.5 1.5 信道信道频频率范率范围围名称名称波波长长典型典型应应用用330Hz极低极低频频ELF103102km远远程程导导航、水下通信航、水下通信30300Hz超低超低频频SLF104103km海底通信、海底通信、电报电报0.33kHz特低特低频频ULF103102km数据数据终终端、有端、有线线通信通信330kHz甚低甚低频频VLF10210km导导航、航、电话电话、电报电报、水下通信、水

17、下通信30300kHz低低频频LF101km导导航、水下通信、无航、水下通信、无线电线电信信标标033MHz中中频频MF103102m广播、广播、业业余无余无线电线电、海事通信、海事通信330MHz高高频频HF10210m国国际际定点通信、定点通信、军军用通信、广播、用通信、广播、业业余无余无线电线电、电报电报、传传真真30300MHz甚高甚高频频VHF101m电视电视、调频调频广播广播、移、移动动通信、通信、导导航、空中管制航、空中管制0.33 GHz特高特高频频UHF10210cm电视电视、雷达、遥控遥、雷达、遥控遥测测、点、点对对点通信、点通信、移移动动通信通信、导导航、航、GPS330

18、GHz超高超高频频SHF101cm卫卫星和空星和空间间通信通信、微波接力、雷达、移、微波接力、雷达、移动动通信通信30300GHz极高极高频频EHF101mm射射电电天文、雷达、微波接力、移天文、雷达、微波接力、移动动通信、通信、铁铁路路业务业务300G3THz亚亚毫米波毫米波10.1mm未划分，未划分，实验实验用用43430 THz红红外外70.7m光通信系光通信系统统430750 THz可可见见光光0.70.4m光通信系光通信系统统7503000THz紫外紫外0.40.1m光通信系光通信系统统311.5 1.5 信道信道二、无线信道二、无线信道 1.1.电磁波的发射和接收电磁波的发射和接收

19、均要用天线均要用天线 因天线尺寸的要求，通信频率都较高。因天线尺寸的要求，通信频率都较高。 频率使用规划和管理频率使用规划和管理 国际电信联盟（国际电信联盟（ITUITU）定期召开世界无线）定期召开世界无线电通信大会电通信大会WRCWRC（The World Radio- The World Radio- communication Conferencecommunication Conference），制定频率使），制定频率使用国际协议。用国际协议。 我国：信息产业部无线电管理局。我国：信息产业部无线电管理局。321.5 1.5 信道信道根据通信距离、频率和位置的不同：根据通信距离、频率和位

20、置的不同：地波传播地波传播 天波传播天波传播 视距传播视距传播二、无线信道二、无线信道 2.2.电磁波的传播电磁波的传播331.5 1.5 信道信道（1 1）地波传播地波传播 频率：频率：2MHz2MHz 以下，有一定的绕射能力以下，有一定的绕射能力 绕射绕射：电磁波沿弯曲的地球表面传播所具：电磁波沿弯曲的地球表面传播所具 有的能力有的能力 通信距离：可达数百数千通信距离：可达数百数千 kmkm地面地面接收天线接收天线接收天线接收天线发射天线发射天线传播路径传播路径传播路径传播路径341.5 1.5 信道信道（2 2）天波传播）天波传播 频率：频率：2 230MHz30MHz 电离层反射电离层

21、反射： 通信距离：单次可达通信距离：单次可达4000km4000km，多次可达，多次可达10000km10000km地地 面面接收天线接收天线接收天线接收天线发射天线发射天线信号传播路径信号传播路径信号传播路径信号传播路径电离层电离层电离层电离层351.5 1.5 信道信道（3 3） 视距传播视距传播 频率：频率：30MHz30MHz以上以上 天线高度天线高度h h与传播距离与传播距离D(=2d)的关系：的关系： D 2=8rh50h （r为地球的等效半径）为地球的等效半径）地地 面面接收天线接收天线接收天线接收天线发射天线发射天线信号传播信号传播信号传播信号传播hdrDd361.5 1.5

22、信道信道采用采用无线电中继无线电中继，实现，实现远程通信远程通信。 若天线架设高度为若天线架设高度为5050m，则视线距离约为则视线距离约为 5050km。（视距传输距离有限，需中继）。（视距传输距离有限，需中继）地地 面面接收天线接收天线接收天线接收天线传播路径传播路径传播路径传播路径发射天线发射天线371.5 1.5 信道信道转发站转发站（基站基站）：）： 人造卫星：人造卫星：3 3颗静止卫星颗静止卫星 （卫星通信系统卫星通信系统），目前），目前广泛应用广泛应用。381.5 1.5 信道信道高空平台电台高空平台电台HAPSHAPS( (High Altitude High Altitude

23、 Platform Station)Platform Station) ： 250250个充氦气艇（个充氦气艇（平流层通信系统平流层通信系统），很），很有发展前途。有发展前途。391.5 1.5 信道信道无线信道无线信道（4 4） 散射传播散射传播 电离层散射：电离层散射：30 30 60 60 MHzMHz 对流层散射对流层散射: 100 : 100 4000 4000 MHzMHz 通信流星余迹通信流星余迹: 30 : 30 100 100 MHzMHz 对流层散射通信对流层散射通信地球地球有有效效散散射区域射区域接收接收接收接收天线天线天线天线发射发射天线天线401.5 1.5 信道信道

24、无线信道无线信道地地 球球流星余迹散射通信流星余迹散射通信411.5 1.5 信道信道无线信道无线信道 目前目前民用民用无线电通信中，无线电通信中，应用最广的是应用最广的是蜂窝网蜂窝网和和卫星卫星通信通信。421.5 1.5 信道信道无线信道无线信道移动移动交换交换中心中心电话电话交换交换中心中心蜂蜂窝窝网网431.5 1.5 信道信道l明线明线l对称电缆对称电缆l同轴电缆同轴电缆二、有线信道二、有线信道 1.1.传输电信号传输电信号441.5 1.5 信道信道有线信道有线信道（1 1）明线明线451.5 1.5 信道信道有线信道有线信道（2 2）对称电缆：双绞线对称电缆：双绞线461.5 1

25、.5 信道信道有线信道有线信道（2 2）对称电缆：双绞线）对称电缆：双绞线471.5 1.5 信道信道有线信道有线信道 双绞线（双绞线（Twisted PairwireTwisted Pairwire）由两根具由两根具有绝缘保护层的有绝缘保护层的铜导线铜导线组成，把两根导线按组成，把两根导线按一定密度互相缠绕在一起一定密度互相缠绕在一起, ,可降低信号干扰的可降低信号干扰的程度。程度。 双绞线可以分为双绞线可以分为屏蔽双绞线屏蔽双绞线（STPSTP）与）与非非屏蔽双绞线屏蔽双绞线（UTPUTP）两大类。）两大类。 481.5 1.5 信道信道有线信道有线信道（3 3）同轴电缆）同轴电缆同轴电缆

26、截面示意图同轴电缆截面示意图双同轴电缆及双同轴电缆及6 6芯接头芯接头 491.5 1.5 信道信道有线信道有线信道（3 3）同轴电缆同轴电缆基站用射频同轴电缆基站用射频同轴电缆(50(50同轴电缆同轴电缆) ) 射频同轴电缆射频同轴电缆501.5 1.5 信道信道有线信道有线信道同轴电缆是一种通信电缆，以实心铜体为同轴电缆是一种通信电缆，以实心铜体为芯外包着一层绝缘材料，绝缘材料用密织芯外包着一层绝缘材料，绝缘材料用密织的网状导体环绕，网外又再覆盖一层保护的网状导体环绕，网外又再覆盖一层保护性材料。性材料。 常用的同轴电缆有常用的同轴电缆有两类两类：5050和和7575 （3 3）同轴电缆）

27、同轴电缆511.5 1.5 信道信道有线信道有线信道l有线信道电气特征有线信道电气特征信道信道类类型型通通话话容量容量（路）（路）频频率范率范围围(kHz)传输传输距离距离(km)明明线线1+30.327300明明线线1+3+120.3150120对对称称电缆电缆241210835对对称称电缆电缆60122521218小同小同轴电缆轴电缆300601 3008小同小同轴电缆轴电缆960604 1004中同中同轴电缆轴电缆1 8003009 0006中同中同轴电缆轴电缆2 70030012 0004.5中同中同轴电缆轴电缆10 80030060 0001.5521.5 1.5 信道信道有线信道有线信道2.2.传输光信号传输光信号光纤光纤表面涂层表面涂层包层包层芯区芯区531.5 1.5 信道信道有线信道有线信道2. 2. 光纤光纤n1n2折射率折射率折射率n1n22a光纤结构光纤结构