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1、第第1 1章章 通信基础知识通信基础知识现代通信技术 何红军主要内容主要内容1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念1.2 1.2 模拟信号数字化模拟信号数字化1.3 1.3 信号的基带传输信号的基带传输1.4 1.4 模拟调制与解调模拟调制与解调1.5 1.5 数字调制与解调数字调制与解调1.6 1.6 复用技术复用技术现代通信技术 何红军1.1 1.1 通信的基本概念通信的基本概念人们在相隔较远的地方，如何进行信息交换呢？人们在相隔较远的地方，如何进行信息交换呢？人类是通过嘴巴、耳朵、眼睛等与对方进行信息交换的人类是通过嘴巴、耳朵、眼睛等与对方进行信息交换的 。通信的基本任务：通信的基
2、本任务：是解决两地之间消息的传递和交换。是解决两地之间消息的传递和交换。例如，将地点例如，将地点A A的信息传输到地点的信息传输到地点B B，或者将地点或者将地点A A和地和地点点B B的信息双向传输。的信息双向传输。AB现代通信技术 何红军实现通信的方式实现通信的方式: :古代人们曾利用信物、烽火、金鼓、旗语等作为通信工古代人们曾利用信物、烽火、金鼓、旗语等作为通信工具传递信息具传递信息 。现代人们利用电话、传真、电视、国际互联网等进行信现代人们利用电话、传真、电视、国际互联网等进行信息传递和交换。息传递和交换。现代通信是电通信方式：现代通信是电通信方式：利用电信号携带所要传递的信息，然后经
3、过各种信道进利用电信号携带所要传递的信息，然后经过各种信道进行传输，达到通信的目的。由于电通信几乎能在任意的行传输，达到通信的目的。由于电通信几乎能在任意的通信距离上实现迅速而又准确的传递，因而获得了飞速通信距离上实现迅速而又准确的传递，因而获得了飞速的发展和广泛的应用。的发展和广泛的应用。现代通信技术 何红军1.1.1 1.1.1 信号信号 信息要用某种物理方式表达出来，通常可以用声音、图信息要用某种物理方式表达出来，通常可以用声音、图像、文字、符号等来表达。像、文字、符号等来表达。信号的信号的 定义：是信息的载体，是信息的表现形式。定义：是信息的载体，是信息的表现形式。一一般讲的般讲的信号
4、信号是指是指电信号电信号，它的表达形式可以是电压、电，它的表达形式可以是电压、电流或电场等流或电场等信号的描述：信号的描述：可以有两种方法，即可以有两种方法，即时域法时域法和和频域法频域法。 天气预报天气预报“明天是晴天明天是晴天”字幕字幕“明天是晴天明天是晴天” 文字文字播音员说播音员说“明天是晴天明天是晴天” 语言语言 图形图形现代通信技术 何红军 时域法：信号的电量（电压或电流等）随时间变化的情况，可以用观察波形的方法进行。例如，声音信号与时间t的关系可用一维函数f (t)来描述，如图（a）所示。 频域法：信号的电量在频域中的分布情况，可用频谱分析仪观察信号的频谱，语音信号的频率范围大约
5、为2020000Hz，如图（b）所示。 现代通信技术 何红军电信号的分类电信号的分类 以频率划分，可分为基带信号和频带以频率划分，可分为基带信号和频带信号信号。 以信号参数的状态划分，可以分为以信号参数的状态划分，可以分为模拟信号和数字信模拟信号和数字信号号。现代通信技术 何红军1.1.基带信号与频带信号基带信号与频带信号 基带信号是指含有低频成份甚至直流成份的信号，通基带信号是指含有低频成份甚至直流成份的信号，通常原始信号都是基带信号。常原始信号都是基带信号。 例如例如: :话音信号是一种典型的基带信号，它是由人的声话音信号是一种典型的基带信号，它是由人的声音经过话筒转换而成的。音经过话筒转
6、换而成的。 频频带带信信号号的的中中心心频频率率较较高高，而而带带宽宽相相对对中中心心频频率率很很窄窄，因此适合于在信道中传输。因此适合于在信道中传输。 例例如如: :调调频频广广播播电电台台的的FM88.5MHzFM88.5MHz就就是是一一个个频频带带信信号号，它它是是将将话话音音信信号号调调制制到到88.5MHz88.5MHz的的中中心心频频率率上上，然然后后进进行行发发射射。如如果果接接收收机机的的频频率率与与电电台台的的频频率率相相同同，就就能能够够接接收到所发射的信号。收到所发射的信号。现代通信技术 何红军在检波电路中的应用（无线通信）在检波电路中的应用（无线通信）用音频信号去控制
7、用音频信号去控制高频信号的幅值高频信号的幅值音频信号音频信号高频信号高频信号载波信号载波信号调制的过程调制的过程Otuu1tOu2Ot音频放大器音频放大器话筒话筒高高频频振振荡荡器器调调 制制 器器发发 射射 器器u2u1u现代通信技术 何红军检波的过程检波的过程u1Otu2OtOtu3DCLC2u3高高放放大大器器频频低低频频放放大大C1R2R1u2u1+器器现代通信技术 何红军2.2.模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号 模拟信号是指电信号参量的取值随时间连续变化的信号。因此，模拟信号也叫连续信号。 常见的模拟信号有语音信号、图像信号以及来自各种传感器的检测信号等。 数字信号是指电信号参量
8、的取值是离散的且只有有限个状态的信号。因此，数字信号也叫离散信号。 常见的数字信号有电报、传真、计算机数据等信号。现代通信技术 何红军传输技术相关的概念传输技术相关的概念u传输速率：单位传输速率：单位bpsbps（bits per secondbits per second）u KbpsKbps，MbpsMbps，GbpsGbpsu带宽：频谱宽度，单位带宽：频谱宽度，单位HzHzu误码率：是比率，错误比特数误码率：是比率，错误比特数/ /传输总比特数传输总比特数u 需要检纠错技术。需要检纠错技术。u传输距离：信号在介质中传输都有衰减传输距离：信号在介质中传输都有衰减u安全性安全性. .用什么表
9、现你家里的计算用什么表现你家里的计算机上网速度快？机上网速度快？现代通信技术 何红军1.1.2 1.1.2 信道信道 信道是信号的传输媒质，它可分为有线信道和无线信道两类。 有线信道包括明线、双绞线、同轴电缆和光纤等。 无线信道是由无形的空间构成，利用电波进行通信。 1、有线信道 有线信道主要有双绞线、同轴电缆和光纤，它们的构造、特征及主要用途如表1.1所示。现代通信技术 何红军线路种线路种类类构造构造特征特征主要用途主要用途双绞线双绞线 便便宜宜、构构造造简简单单，传传输输频频带带宽宽，有有漏漏话话现现象象，容容易易混混入入杂音杂音电话用户线电话用户线低速低速LANLAN同轴电同轴电缆缆 价
10、价格格稍稍高高，传传输输频频带带宽宽，漏漏话话感感应应少少，分分支支、接接头头容容易易CATVCATV分分配配 电缆电缆高速高速LANLAN光纤光纤 低低损损耗耗，频频带带宽宽，重重量量轻轻，直直径径小小，无感应，无漏话无感应，无漏话国际间主干线国际间主干线国国内内城城市市间间主主干线干线高速高速LANLAN表表1.1 1.1 有线信道的线路种类、构造、特征和主要用有线信道的线路种类、构造、特征和主要用途途 现代通信技术 何红军2.2 双绞线TP（ twisted pairtwisted pair） 可以传模拟/数字信号 结构结构 分类分类 （1 1）UTPUTP （2 2） STPSTP现代
11、通信技术 何红军1) UTP( unshielded twisted pair 1) UTP( unshielded twisted pair ) ) 无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线结构结构特性：最大传输距离特性：最大传输距离=100 m=100 m 传输速率传输速率 10M100M10M100M信号衰减大，抗干扰性较差信号衰减大，抗干扰性较差价格价格低低现代通信技术 何红军2) STP( shielded twisted pair )2) STP( shielded twisted pair ) 屏蔽双绞线（金属封装的屏蔽层）屏蔽双绞线（金属封装的屏蔽层）结构结构特性：特性：抗干扰性比抗干扰性比U
12、TPUTP强强价格价格UTPUTP传输距离传输距离UTPUTP我们一般选择哪一种？我们一般选择哪一种？现代通信技术 何红军双绞线的应用双绞线的应用优点：成本低、易于安装、应用广泛优点：成本低、易于安装、应用广泛缺点：带宽有限、传输距离短、抗干扰性不强缺点：带宽有限、传输距离短、抗干扰性不强应用：应用：电话线电话线ISDNISDN网线网线xDSLxDSL：ADSLADSL、VDSLVDSL、SDSLSDSL现代通信技术 何红军2.3 同轴电缆结构特性：抗干扰性强传输距离双绞线价格高安装复杂比双绞线有更粗的铜导体，更好的屏蔽层。现代通信技术 何红军同轴电缆的分类同轴电缆的分类5050欧姆，用于数字
13、传输，基带传输，基带同轴电缆欧姆，用于数字传输，基带传输，基带同轴电缆7575欧姆，模拟传输，宽带同轴电缆欧姆，模拟传输，宽带同轴电缆局域网、中继线路局域网、中继线路有线电视有线电视同轴电缆的应用同轴电缆的应用现代通信技术 何红军2.6 光纤光导纤维（光纤）是一种直径很细的柔软、 能传导光波的介质。构成： 纤芯 包层 保护层现代通信技术 何红军光纤分类（主要） 单模光纤：只有一种传输模式 远 速率高 多模光纤：存在多种传输模式 由于多模光纤会产生干扰、干涉等复由于多模光纤会产生干扰、干涉等复杂问题，因此在带宽、容量上都不如单模光纤。杂问题，因此在带宽、容量上都不如单模光纤。现代通信技术 何红军
14、 2无线信道 无线信道是利用电波传输信号。电波是一种在空间传播的物质，是全世界共同拥有的资源和财产。 电波是指频率在3000GHz以下的电磁波，电磁波包括电波、红外线、可见光、紫外线、X射线和 射线等，它们都是以光速3108m/s传播的，人们根据电波的波长对它进行命名。现代通信技术 何红军无线电无线电微波微波红外线红外线可见光可见光紫外线紫外线X X射线射线 射线射线双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆卫星卫星地面微波地面微波 调幅调幅无线电无线电 调频调频无线电无线电 海事海事无线电无线电光纤光纤电视电视(Hz)(Hz)f f (Hz)(Hz)f fLFLFMFMFHFHFVHFVHFUHFUHFS
15、HFSHFEHFEHFTHFTHF波段波段10104 4 10105 5 10106 6 10107 7 10108 8 10109 9 101010 10 101011 11 101012 12 101013 13 101014 14 101015 15 1010161610100 0 10102 2 10104 4 10106 6 10108 8 101010 10 101012 12 101014 14 101016 16 101018 18 101020 20 101022 22 10102424 移动移动无线电无线电 电信领域使用的电磁波的频谱现代通信技术 何红军 电波是从天线发射出
16、来的，不同的频率其天线的形状、尺寸也各不相同，并且电波传播方式也多种多样。 电波的主要传播方式：地表面波、直射波和电离层反射波。 现代通信技术 何红军现代通信技术 何红军1.1.3 1.1.3 信息的传输方式信息的传输方式 按照通过传输线路信息的形式不同可以将传输方式分为模 拟传输和数字传输； 按照传输方法可分为串行传输和并行传输； 按照信号的流向可分为单工、半双工和全双工三种通信方式现代通信技术 何红军1.1.4 1.1.4 通信系统通信系统 1通信系统的基本组成 信号的传递与处理由通信系统完成。通信系统的一般模型如图1.8所示，它包括信源、发送设备、信道、噪声源、接收设备和信宿六个部分。现
17、代通信技术 何红军 模拟基带传输系统 模拟通信系统 模拟调制传输系统通信系统 数字基带传输系统 数字通信系统 数字调制传输系统 判断：模拟通信系统只能使用模拟传输方式，数字通信系统只能使用数字传输方式。现代通信技术 何红军 与与模模拟拟通通信信相相比比，数数字字通通信信更更能能适适应应现现代代社社会会通通信信技技术术越越来来越越高高的的要要求求。这是由于它本身具有一系列模拟通信无法比拟的特点。其主要优点如下： （1）抗干扰能力强 （2）便于加密处理 （3）易于实现集成化，使通信设备体积小、功耗低 （4）利于采用时分复用实现多路通信 数字通信系统的许多优点是用比模拟信号占用更宽的频带而换得的现代
18、通信技术 何红军3通信系统的性能指标 衡量通信系统性能的优劣，最重要的是看它的有效性和可靠性。有效性指的是传输信息的效率，可靠性指的是接收信息的准确度。 1）模拟通信系统的质量指标 模拟通信系统的有效性用有效传输频带来度量。 模拟通信的可靠性用接收端输出的信噪比来度量。 2）数字通信系统的质量指标 数字通信系统的有效性用信息速率来度量。 数字通信系统的可靠性用误码率来度量现代通信技术 何红军1.1.5 1.1.5 通信网通信网1 1通信网的基本结构通信网的基本结构现代通信技术 何红军2 2通信网的基本构成通信网的基本构成 终端设备终端设备 通信链路通信链路 转接交换设备部转接交换设备部现代通信技术 何红军
