章通信技术概论.ppt

通信技术,福建信息学院 电子工程系杨元挺,Communications Technology,Efficiency Multiview Video Coding,Channel Coding,JPEG performance at 0.5 bpp. Left : without error; Right : with 1 bit error.,Semantics Visual Attention,Overview JPEG-2000,at 0.125 bpp by means of (a) JPEG and (b) JPEG2000,(a),(b),Overview MPEG-4,第一章 通信技术概论,理解的内容：信号-波形与频谱信道-信道的基本特性通信系统-通信系统的基本组成了解的内容：信道有哪些类型，各自的特点是什么？信号有哪几类，各自的特点是什么？通信网络有哪几种基本结构？各自有什么特点？,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,1信息(Information)2. 信号 (Signal)3信道 (Channel)4传输系统 (Transmission System)5通信网络 (Communications Network)6终端 (Terminal),§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,信息（Information or message) 是信号中包含的，对通信双方有意义的内容; 信息的多少用信息量表示; 信息的物理表现形式是信号。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,信号是信息的表现形式或载体。 可以是声音、图像、电压、电流或光等。 电信号是以电量形式表现的信号。 常见的有话音信号和图像信号等。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,有形或无形的、用于传递信息的通道称为信道(channel)。例如：1.双绞线电话信道2.同轴电缆信道3.光导纤维信道4.中波地表面波传播信道5.直射波信道6.短波电离层反射信道,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,一个包括发送设备、信道和接收设备的信号传输系统能够完成从一地到另一地之间的信息传递。双向的传输系统可以实现信号在两个终端设备之间的互连，因此也被称为通信链路,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,多用户通信系统互连的通信体系称之为通信网(communications network)。它以转接交换设备为核心，由通信链路将多个用户终端连接起来，在管理机构（包含各种通信与网络协议）的控制下实现网上各个用户之间的相互通信。通信网络的构成：通信链路、终端信号处理设备、转接交换设备和管理机构，它们所要传输、处理和转接的对象是信号。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,终端terminals,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,信号的类型与特性1.基带信号(Base band signal)2.频带信号(Broad band signal)3.数字信号(Digital signal)4.模拟信号(Analog signal)5.语音信号(Voice signal)6.图像信号(Graphic signal)7.视频信号(Video signal),§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,1.基带信号(Base band signal)含有低频成分甚至直流成分频带宽度相对于它的中心频率而言很宽不适合于较长距离和无线电发送话音、视频信号与计算机数据都是基带信号。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,2.频带信号(Broad band signal)频带信号的中心频率相对较高，带宽窄适合于在各种信道中传输基带信号经过各种正弦调制可以转换成频带信号,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,无线电频谱,第一章 通信技术概论,3.数字信号(Digital signal) 数字信号具有离散且有限的状态; 数字信号在时间上也是离散的。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,4.模拟信号(Analog signal)自然界存在的信号大多是模拟信号；其主要的特征是：时间上连续、状态连续；常见的模拟信号有：话音信号、电视图像信号等。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,Distortion,第一章 通信技术概论,5.语音信号(Voice signal),§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,6.图像信号(Graphic signal)图像是指景物在某种介质上的再现；图像信号有电视电话、会议电视、电缆电视、传真、图文电视等。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,7.视频信号(Video signal) 通常是指频率在10MHz以内的图像信号，多指基带电视图像信号。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,一、信道类型与特点1.有线信道(Wire channel)2.无线信道(Wireless channel)3.恒参信道(Certain parameter)4.随参信道(Variable parameter),§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,1.有线信道(Wire channel)它由有形的介质构成，如双绞线、同轴电缆、光导纤维等。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,2.无线信道(Wireless channel)由无形的空间构成，信号以电磁波的形式在无线信道中传播。无线信道可以根据频率及传播方式划分出各种信道。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,3.恒参信道(Certain parameter)恒参信道的参数固定不变或变化很慢。信道数学模型：eo(t)=k×ei(t)+n(t)通常用幅频特性和相频特性描述恒参信道；,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,4.随参信道(Variable parameter) 随参信道是指信道参数随时间变化的信道；会造成信号的随机衰落(break up)；一致性衰落指的是在信道输出端，所传输的信号整个频谱中各个频率成分都随时间一起变大或变小；选择性衰落是指信道对信号频谱中各个频率成分的衰落随时间作不同的变化，有的频率成份增大，有的减小，各成份之间的相互关系被破坏，类似于产生了线性失真，但是是随机变化的。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,二常见信道实例1.双绞线电话信道2.同轴电缆信道3.光导纤维信道4.中波地表面波传播信道5.直射波信道6.短波电离层反射信道,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,双绞线是一对绞合在一起的相互绝缘的导线。 PSTN中的接入网主要由双绞线作为传输介质。双绞线最常用于音频信号的模拟传输。一条全双工音频通道的标准带宽是3003400Hz。双绞线的带宽可达268kHz，具有24条音频通道的容量。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,1.双绞线电话信道,第一章 通信技术概论,同轴电缆由芯线、内衬层、屏蔽层和外护套构成；同轴电缆的上限频率一般可达到几百MHz以上；同轴电缆目前主要用于本地网（LAN）、有线电视（CATV）和海底电缆通信中；同轴电缆信道保密性和抗干扰性很好。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,2.同轴电缆信道,第一章 通信技术概论,光导纤维由高纯度的石英玻璃制成的；它有两层，芯层是由较高折射率的材料制成，直径约50m（多模光纤）或10m（单模光纤），外包层材料的折射率较低，只要光的入射角足够小，光信号就能沿着芯层传播，并且在两层之间产生全反射。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,3.光导纤维信道,第一章 通信技术概论,在中波及以下频段，电磁波的传播能够绕地球的表面进行传播；地表面波必须是垂直极化的；地表波的传播损耗随地面的导电性增加面减小；随着频率的升高而急剧增加，一般超过2MHz以上传播效果就比较差；地表波的一大优点是性能稳定；主要用于中波调幅广播、导航、和近距离短波通信。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,4.中波地表面波传播信道,第一章 通信技术概论,发送端与接收端在视距范围内直线传播的方式。它几乎不受地面的影响，在超短波以上波段，电磁波的传播主要以直射波为主。受地表面曲率的影响，直射波的传播一般不超过50km，发、收两端的天线越高，电波传播的距离就越远。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,5.直射波信道,微波中继接力线路,第一章 通信技术概论,电离层距地面60km以上；电离层对短波波段电磁波的反射作用比较明显；电离层反射信道是一种随参信道， 它对信号的传播有如下的特点： 对信号的衰减与延时随时间变化； 电波传播路径随时间变化； 随机的多径传播。接收端的信号将会出现一致性衰落和选择性衰落。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,6.短波电离层反射信道,第一章 通信技术概论,1.通信系统的基本组成2.通信系统的分类3.通信系统的性能指标,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,1.通信系统的基本组成,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,2.通信系统的分类a.有线电通信系统与无线电通信系统有线通信系统以双绞线（电话线）、同轴电缆和光导纤维等有线信道为传输媒界，市内电话、有线电视和海底电缆通信等都属于有线通信系统；无线电通信系统则以无线空间为传输媒介，如无线电广播、电视、卫星通信、移动通信等。有线通信系统前期投资较大，但其具有较高的可靠性。无线电通信具有灵活、不受地理环境限制、通信区域广等特点。但易受到外界干扰，保密性差。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,2.通信系统的分类b.模拟通信系统与数字通信系统模拟通信系统传输模拟信号，如声音、图像等，数字通信系统传输数字信号，如电报、传真、计算机数据等。模拟信号经过数字编码后可以在数字系统中传输，数字信号经过调制以后也可以在模拟系统中传输。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,2.通信系统的分类c. 数字通信的特点数字通信的抗干扰能力强;数字信号可以再生而消去噪声的积累;可以抗干扰编码（检错纠错编码）;便于使用现代技术对数字信号进行处理;数字信号易于加密，保存密性强;数字通信系统可以传递各种消息，使通信系统变得通用、灵活;数字通信要比模拟通信占据更宽的系统带宽.,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,3.通信系统的性能指标a.有效性指标：传码率（Baud Rate）定义为单位时间内系统所传送的码元数目；传信率（Bit Rate）定义为单位时间内系统所传送的bit数；b.可靠性指标：误码率（code error rate）用以表示系统在码元传输过程中出现错码的概率；误信率(bit error rate)反映信息在系统中传输时丢失的概率。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,有效性指标信息传输速率Rb： 每秒传输的信息量； 单位bit/s。码元传输速率RBN：每秒传输的码元数目； 单位Baud。两者关系：对多进制信号而言 Rb = RBN log2N，（其中N=2K ）频带利用率：单位频带内的传输速率=信息传输速率/频带带宽（b/s·Hz）,第一章 通信技术概论,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,可靠性指标误码率Pe误信率Pb,传输总码元数,发生误码个数,Pe,Pb,传输总比特数,发生误比特个数,第一章 通信技术概论,一、通信网的基本结构二、通信网的转接方式三、信号交换,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,1网型（mesh）网各个用户终端之间直接以通信链路连接；通信建立过程中不需要任何形式的转接；接续质量高，网络的稳定性好；需要有很多的通信链路。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,2星型(star)网各用户终端都通过转接中心进行连接；与网型网相比节省许多通信链路；需要有转接设备；转接设备故障可能会造成全网通信瘫痪；星型网可以是多层次的，有时也称为树型结构。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,移动通信网中的星型结构,第一章 通信技术概论,3环型(ring)网环型网的拓扑结构为一封闭环形；环型网的特点是传输线路短；初始安装比较容易；故障的诊断比较准确，适于用光纤系统；可靠性、可扩展性和灵活性较其它网络差。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,4总线型(bus)网总线型网采用公共总线作为传输介质，信号沿介质进行广播式传送；有智能入网结点；安装容易，可靠性高，新增终端方便；由于采用分布式控制，不易管理；故障诊断和隔离比较困难。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,二、通信网的转接方式广播网络：由一个终端设备发送的信号自动地被所有其它终端设备收听；交换网：信号要通过中间网点（称为交换站），才能到达目的地；混合终端网络：由两种类型的网络混合构成。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,三、信号交换通过交换机进行转接。线路交换：网上的交换设备根据用户的拨号建立一条确定的路径，并且在通信期间这条线路一直为该用户所占用。报文交换：报文沿一条路径从一个节点发送到下一个节点，整条报文在每一个节点被接收、存储，然后发向下一个节点。分组交换：将报文信息分成一系列有限长的数据包，并且每个数据包都有地址且序号相连。这些组成报文的数据包各自独立地经过可能不同的路径到达它们的目的地，然后按照序号重新排列，恢复报文。,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,第一章 通信技术概论,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,信息产业部公布的数据说，截止到2007年1月底中国电话用户总数为8.3亿,位居世界第一。,电话,第一章 通信技术概论,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,移动电话 1996年全国无线寻呼总数字已超过3000万户，成为世界上拥有寻呼机用户最多的国家。 到1998年7月，移动电话已达到2000万台，其中数字用户（GSM）约1300万台，覆盖的城市超过了1500个。 到2006年6月，移动电话已达到4.3亿部。移动电话普及率部为32.7% 。,第一章 通信技术概论,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,掺铒光纤放大器的出现可以实现直接对光信号的放大。光纤通信容量已达到几个Gbps。到98年12月底，我国各主要城市间的“八横八纵”光缆网全部建成。到2006年，我国已经建成光纤网络总长达到1亿多公里,仅次于美国,据世界第二位。 截至1997年，全球的海底光缆系统已超过40多万公里，遍及全球的海底信息高速公路已经形成。,光纤通信,第一章 通信技术概论,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,目前正在实施的移动卫星通信系统有“铱”系统、环球之星、奥德赛和ICO。由便携机发展为手持机移动终端。卫星采用口径12至16m的高增益L波段天线，生成200至300个点波束。转发器采用矩阵功率放大器技术。实现按不同波束业务密度进行射频功率和频带利用的动态分配。采用星上处理技术，使波束灵活调整，信道灵活交换，实现频率最佳利用，让移动终端间的一跳通信成为可能。,卫星通信,第一章 通信技术概论,§1绪言§2信号§3信道§4通信系统§5通信网§6现状与发展,目前我国已全部实现了交换机的数字程控化。在传统的电路交换基础上，新的数据交换方式正在不断出现。上海于1996年初建成ATM试验网。该网正式开通后，可为用户提供目前世界上最先进的宽带通信业务，包括高速数据互连、高清晰度会议电视、多媒体计算机通信和影视点播等。,程控交换机,信息与信号,信息是信号中包含的,对通信双方有意义的内容信号是信息的表现形式电信号是以电流、电压或电磁波表现的信号信号可以用时域法和频域法分析时域法研究的是信号的电量（电压、电流或功率）随时间变化的情况，通常可以以观察波形的方法进行频域法研究的是信号的电量在频率域中的分布情况，也称为信号的频谱分析，可以用频谱分析仪观察信号的频谱,通信技术发展的总体趋势,