现代通信技术引论幻灯片.ppt

现代通信技术引论现代通信技术引论第1页，共89页，编辑于2022年，星期一 通信的一般概念通信的一般概念u通信的定义通信的定义 信息或其表示方式（表示媒体）的时信息或其表示方式（表示媒体）的时/空转移。空转移。用任何方法，通过任何媒介，由一地向另一地传递消息。用任何方法，通过任何媒介，由一地向另一地传递消息。u现代通信研究内容现代通信研究内容 如何将信息如何将信息快速可靠地快速可靠地通过信道传递到接收者那里。通过信道传递到接收者那里。u现代通信手段现代通信手段:电通信电通信 用电信号携带所要传递的消息，经各种电信道进行传输。用电信号携带所要传递的消息，经各种电信道进行传输。第2页，共89页，编辑于2022年，星期一通信系统的基本概念和模型u 通信系统实例通信系统实例u实际通信系统实例实际通信系统实例u通信网实例通信网实例u一次电话通信过程实例一次电话通信过程实例第3页，共89页，编辑于2022年，星期一u现代通信的流程：现代通信的流程：为把用户非电形式的消息传送到远方，现代通信为把用户非电形式的消息传送到远方，现代通信技术：技术：l用户终端设备将信源的消息转换成电信号，然后用户终端设备将信源的消息转换成电信号，然后设法设法经信道传送到远方的接收端，经信道传送到远方的接收端，l接收端用户终端设备再从所接收信号中还原出受信消接收端用户终端设备再从所接收信号中还原出受信消息（信宿）息（信宿）必要的通信流程：必要的通信流程：消息消息信号信号处理传输处理传输信号信号还原消息还原消息第4页，共89页，编辑于2022年，星期一电通信的特点电通信的特点u快速快速u有效（信息量多）有效（信息量多）u准确（失真小）准确（失真小）u可靠（抗干扰能力强）可靠（抗干扰能力强）u能传送语言、图像、数据，能传送语言、图像、数据，等多种多样的消息等多种多样的消息狭义电信：电报、电话狭义电信：电报、电话广义电信：广播、电视系统、雷达、电力系广义电信：广播、电视系统、雷达、电力系统的远动、光通信统的远动、光通信第5页，共89页，编辑于2022年，星期一通信发展历史回顾通信发展历史回顾历史故事历史故事远古通信手段远古通信手段现代通信手段现代通信手段第6页，共89页，编辑于2022年，星期一历史故事历史故事原始的通信历史故事：原始的通信历史故事：“烽火戏诸侯烽火戏诸侯”马拉松马拉松(Marathon)故事故事良夜颐宫奏管簧，无端烽火烛穹苍。可怜列国奔驰苦，止博褒妃笑一场！第7页，共89页，编辑于2022年，星期一远古通信手段击鼓击鼓公元前公元前684年，长勺之战年，长勺之战,曹刿：曹刿：“夫战，勇气也夫战，勇气也！一鼓作气，再而衰，三而竭。！一鼓作气，再而衰，三而竭。”烽火台烽火台信鸽信鸽旗语旗语驿站驿站航行用的信号灯等工具。航行用的信号灯等工具。第8页，共89页，编辑于2022年，星期一人类历史上最早的通信手段人类历史上最早的通信手段u最早的远距离通信手段和现在一样是最早的远距离通信手段和现在一样是“无线无线”的，如以火光传递信息的烽火台，通常大家认为的，如以火光传递信息的烽火台，通常大家认为这是最早传递消息的方式了。这是最早传递消息的方式了。u事实上不是，在我国和非洲古代，击鼓传信是事实上不是，在我国和非洲古代，击鼓传信是最早最方便的办法，非洲人用圆木特制的大鼓最早最方便的办法，非洲人用圆木特制的大鼓可传声至三四公里远，再通过可传声至三四公里远，再通过“鼓声接力鼓声接力”和和专门的专门的“击鼓语言击鼓语言”，可在很短的时间内把消息，可在很短的时间内把消息准确地传到准确地传到5050公里以外的另一个部落公里以外的另一个部落第9页，共89页，编辑于2022年，星期一远古通信手段烽火台图图1 1摩洛哥于国际电信摩洛哥于国际电信联盟成立联盟成立100100周年发行周年发行的纪念邮票的纪念邮票图图2 2纪念纪念19751975年世界电信日的纪年世界电信日的纪念邮票念邮票第10页，共89页，编辑于2022年，星期一远古通信手段驿站u邮票上的驿站通信：邮票上的驿站通信：1979年年5月月12日希腊发行的日希腊发行的欧罗巴邮政专题欧罗巴邮政专题首日封首日封中国古代驿站中国古代驿站第11页，共89页，编辑于2022年，星期一远古通信方式的弊端远古通信方式的弊端不论是击鼓、烽火、旗语（通过各色旗子的舞动）不论是击鼓、烽火、旗语（通过各色旗子的舞动）还是还是，要实现消息的远距离传送，都需要中，要实现消息的远距离传送，都需要中继站的层层传递，消息才能到达目的地。但是，继站的层层传递，消息才能到达目的地。但是，远距离传递消息的远距离传递消息的速度和距离都很不如人意速度和距离都很不如人意，迫，迫切的需要一种新的传输手段切的需要一种新的传输手段谁能跑得又快又远呢？谁能跑得又快又远呢？“电电“第12页，共89页，编辑于2022年，星期一远古通信：远古通信：目视光通信方式目视光通信方式：在较远的距离之间较及时地完：在较远的距离之间较及时地完成信息的传递。成信息的传递。现代通信：现代通信：电信方式：电信方式：电信：利用电信号携带信息进行传输和交换的通信方电信：利用电信号携带信息进行传输和交换的通信方式。式。通信（通信（communication)作为电信作为电信（Telecomunication)是从是从19世纪世纪30年代开始年代开始的。的。第13页，共89页，编辑于2022年，星期一现代通信手段现代通信手段u电报电报u电话电话u寻呼寻呼u移动电话移动电话u有线广播、无线广播有线广播、无线广播u有线电视、无线电视有线电视、无线电视u因特网因特网第14页，共89页，编辑于2022年，星期一现代通信发展历史回顾低级低级高级高级简单简单复杂复杂数字数字模拟模拟数字数字第15页，共89页，编辑于2022年，星期一现代通信发展历史回顾u（1 1）理论发展）理论发展19481948年年,香农信息论香农信息论（shannonshannon），在理论上为数），在理论上为数字通信准备了条件字通信准备了条件“通信的基本问题就是在一点重新准确地或近似地再现另一点通信的基本问题就是在一点重新准确地或近似地再现另一点所选择的消息所选择的消息”通信的数学理论通信的数学理论用数理统计的方法来研究通信系统，影响深远的信息论用数理统计的方法来研究通信系统，影响深远的信息论解决如何精确地传送通信符号的基本技术问题解决如何精确地传送通信符号的基本技术问题。u19371937年，脉冲编码调制原理（年，脉冲编码调制原理（PCMPCM）u19691969年年 “分组交换分组交换”理论问世（理论问世（ARPAnet)ARPAnet)第16页，共89页，编辑于2022年，星期一现代通信发展历史回顾（2 2）技术发展）技术发展u18381838年年 莫尔斯发明莫尔斯发明有线电报有线电报，标志着人类从此进入了电通信时标志着人类从此进入了电通信时代代 有线电报开创了人类信息交流的新纪元。有线电报开创了人类信息交流的新纪元。大西洋邮轮上思想的火花大西洋邮轮上思想的火花1843年开始，三万美金，建成了华盛顿年开始，三万美金，建成了华盛顿巴尔的摩电报线路巴尔的摩电报线路莫尔斯拍发的莫尔斯拍发的第一份电报：第一份电报：上帝创造了何等奇迹！上帝创造了何等奇迹！(Whathathgodwrought)1899年，人们年，人们首次用莫尔斯电码首次用莫尔斯电码报道了报道了英吉利海峡英吉利海峡的一次海难。的一次海难。1909年，年，SOS第一次使用：的的的、嗒嗒嗒、的的的第一次使用：的的的、嗒嗒嗒、的的的1912年年4月月15日，泰坦尼克号沉入海底日，泰坦尼克号沉入海底，“SOS”此后被广泛使用。此后被广泛使用。第17页，共89页，编辑于2022年，星期一 莫尔斯 莫尔斯发第一封电报的设备第18页，共89页，编辑于2022年，星期一u电报传送的是符号。人类最希望传递的是声音电报传送的是符号。人类最希望传递的是声音u发送一份电报，得先将报文译成电码，再用电报发送一份电报，得先将报文译成电码，再用电报机发送出去机发送出去;在收报一方，要经过相反的过程，在收报一方，要经过相反的过程，即将收到的电码译成报文，然后，送到收报人的即将收到的电码译成报文，然后，送到收报人的手里。这不仅手续麻烦，而且也不能进行及时手里。这不仅手续麻烦，而且也不能进行及时双双向信息交流向信息交流。u因此，人们开始探索一种能直接传送人类声音因此，人们开始探索一种能直接传送人类声音的通信方式，这就是现在无人不晓的的通信方式，这就是现在无人不晓的“电话电话”。第19页，共89页，编辑于2022年，星期一现代通信发展历史回顾u18761876年年 贝尔发明电话贝尔发明电话（电磁感应原理制作（电磁感应原理制作的送话器的送话器）贝尔（贝尔（18471922）出生在苏格兰的爱丁堡出生在苏格兰的爱丁堡1868年年在伦敦工作在伦敦工作1871年年去波士顿工作去波士顿工作1873年年任波士顿大学任波士顿大学l声音生理学教授声音生理学教授1875年年发明多路电报发明多路电报1876年年发明电话发明电话第20页，共89页，编辑于2022年，星期一现代通信发展史的回顾（贝尔与电话）第21页，共89页，编辑于2022年，星期一现代通信发展历史回顾u1895年 马克尼(意大利)，波波夫（俄国）发明无线电报为人类通信技术开辟了一个 崭新的领域 马可尼（18741937），意大利人。1894年 在父亲的庄园试验 1895年 去伦敦1897年 建立无线电报公司1899年 首次实现美法无线通信1939年 建立世界性无线通信网曾获诺贝尔奖金曾参加法西斯党第22页，共89页，编辑于2022年，星期一现代通信发展历史回顾u19061906年年u二战时期二战时期u19481948年年雷达出现，微波通信系统开始迅速雷达出现，微波通信系统开始迅速发展发展发明发明电子管电子管，进入了电子时代，开，进入了电子时代，开辟了模拟通信的新纪元辟了模拟通信的新纪元发明晶体管，是发明晶体管，是2020世纪的一项重大发世纪的一项重大发明，是微电子革命的先声明，是微电子革命的先声第23页，共89页，编辑于2022年，星期一现代通信发展历史回顾u19501950年年u19581958年年u19581958年年u19641964年年发射第一颗人造卫星，发射第一颗人造卫星，太空通信太空通信时代到来时代到来仙童公司与仙童公司与TITI公司间隔数月分别公司间隔数月分别发明了集成电路发明了集成电路时分多路通信应用于电话时分多路通信应用于电话 IntelIntel摩尔提出摩尔提出摩尔定律摩尔定律：预测晶：预测晶体管集成度将会每体管集成度将会每1818个月增加个月增加1 1倍倍(揭示了信息技术进步的速度揭示了信息技术进步的速度)第24页，共89页，编辑于2022年，星期一现代通信发展历史回顾u19691969年年u70807080年代年代u8080年代后年代后因特网（因特网（InternetInternet）的前身）的前身A ARPAnetRPAnet出现出现程控数字交换机、光纤通信系统程控数字交换机、光纤通信系统等迅速发展等迅速发展 数字通信进入全盛时期数字通信进入全盛时期 第25页，共89页，编辑于2022年，星期一u2020世纪通信技术高速发展：世纪通信技术高速发展：双绞线同轴电缆微波光纤卫星双绞线同轴电缆微波光纤卫星长波中波短波超短波微波毫米波长波中波短波超短波微波毫米波u2121世纪世纪 通信与信息通信与信息 融入生活融入生活 改变生活改变生活 不可缺少不可缺少u通信的发展方向：通信的发展方向：综合化、宽带化、自动化和智能化综合化、宽带化、自动化和智能化u目标：目标：全球通信网络化全球通信网络化 通信服务个人化通信服务个人化第26页，共89页，编辑于2022年，星期一我国通信的发展历程我国通信的发展历程u18711871年，电报通信进入中国年，电报通信进入中国u18871887年，中国自主建设第一条海底电缆年，中国自主建设第一条海底电缆u18811881年，英国人在上海创设华洋德律风公司年，英国人在上海创设华洋德律风公司u18891889年，彭名保自行设计制造出年，彭名保自行设计制造出“争气电话争气电话”，取名，取名“传声器传声器”u18891889年年,天津电报局试办电话天津电报局试办电话 天津：正宗天津：正宗“民族电话业民族电话业”发源地发源地u19001900年年,八国联军入侵重创天津电话业八国联军入侵重创天津电话业u19001900年，南京电报局开办市内电话，只有年，南京电报局开办市内电话，只有1616部电话部电话u19241924年，中国境内装设第一部自动电话交换机年，中国境内装设第一部自动电话交换机u19361936年，中国出现载波电话年，中国出现载波电话u19491949年，中国电话普及率仅年，中国电话普及率仅0.05%,0.05%,电话用户只有电话用户只有2626万万 第27页，共89页，编辑于2022年，星期一我国通信的发展历程我国通信的发展历程u19781978年，全国电话容量年，全国电话容量359359万门万门,用户用户214214万万,普及率普及率0.43%0.43%u19851985年，程控交换机在上海批量组装应用年，程控交换机在上海批量组装应用u19871987年年,广州开通我国第一移动电话局广州开通我国第一移动电话局,首批用户首批用户700700名名u19891989年，珠江三角洲开通移动电话自动漫游年，珠江三角洲开通移动电话自动漫游u19931993年，我国第一个数字移动网在浙江嘉兴开通年，我国第一个数字移动网在浙江嘉兴开通 此后我国电话通信进入高速发展时期此后我国电话通信进入高速发展时期u20022002年，中国联通年，中国联通“新时空新时空”CDMA”CDMA网络开通网络开通u20022002年，中国移动年，中国移动GPRSGPRS投入商用，中国真正迈进投入商用，中国真正迈进2.5G2.5G时代时代u20032003年年,WAPI,WAPI与与WiFiWiFi的战争的战争u20092009年年1 1月月7 7日，工信部为中国移动、中国电信和中国联通发放日，工信部为中国移动、中国电信和中国联通发放3 3张张3G3G牌照，中牌照，中国正式进入国正式进入3G3G时代。时代。TD-SCDMA,CDMA2000TD-SCDMA,CDMA2000，WCDMAWCDMAu20102010年，年，LTELTE（Long Term EvolutionLong Term Evolution，长期演进），长期演进）u20102010年，年，物联网热潮席卷中国物联网热潮席卷中国第28页，共89页，编辑于2022年，星期一WiFiWiFi（WirelessFidelityWirelessFidelity，无线相容性认证），正式名称：，无线相容性认证），正式名称：IEEE802.11bIEEE802.11b无线联网技术标准之争无线联网技术标准之争WAPIWAPI(Wireless LAN Authentication and Privacy Infrastructure(Wireless LAN Authentication and Privacy Infrastructure，无线局域网，无线局域网鉴别和保密基础结构鉴别和保密基础结构)，中国无线局域网安全强制性标准。，中国无线局域网安全强制性标准。第29页，共89页，编辑于2022年，星期一无线联网技术标准之争无线联网技术标准之争u20032003年年1111月，中国宣布在境内的无线局域网产品将必须采用月，中国宣布在境内的无线局域网产品将必须采用WAPIWAPI标标准准u英特尔、博通等美国公司强烈抵制英特尔、博通等美国公司强烈抵制,并威胁将停止在中国开展无线并威胁将停止在中国开展无线业务业务u20042004年年3 3月，美国务卿、商务部长、贸易代表联名致信，要求月，美国务卿、商务部长、贸易代表联名致信，要求中国放弃中国放弃WAPIWAPI标准，称这一标准是国际贸易的壁垒标准，称这一标准是国际贸易的壁垒u20042004年年4 4月，中国被迫宣布延期实施月，中国被迫宣布延期实施WAPIWAPI标准标准u20042004年年7 7月，中国向月，中国向ISOISO提交了提交了WAPIWAPI提案提案,试图推进其成为国际标准试图推进其成为国际标准,但遭到美国方面的强烈阻挠但遭到美国方面的强烈阻挠u20062006年年3 3月，在月，在ISOISO的投票中的投票中,WAPI,WAPI以悬殊的得票率负于美国标以悬殊的得票率负于美国标准准IEEE802.11iIEEE802.11i第30页，共89页，编辑于2022年，星期一无线联网技术标准之争无线联网技术标准之争u20082008年年4 4月，在月，在ISOISO日内瓦会议上日内瓦会议上,中国第二次启动中国第二次启动WAPIWAPI提案提案u20082008年年7 7月，在关于月，在关于WAPIWAPI的特别会议上的特别会议上,美国改变立场美国改变立场,达成了达成了WAPIWAPI可作为独立标准推进的共识可作为独立标准推进的共识u20092009年年4 4月，中国宣布今后国内所有月，中国宣布今后国内所有2G2G和和3G3G手机都可以使用手机都可以使用WAPIWAPI技术技术 u20092009年年6 6月，东京会议上月，东京会议上,美国等美国等1010余个国家成员一致同意余个国家成员一致同意,将将WAPIWAPI推进为国际标准，从而获得打破推进为国际标准，从而获得打破IEEEIEEE垄断的希望垄断的希望 WAPI WAPI胜利胜利?WIFI?WIFI变相解禁变相解禁?第31页，共89页，编辑于2022年，星期一历经三代的移动通信系统历经三代的移动通信系统u第一代：模拟移动通信系统第一代：模拟移动通信系统 采用采用FDMAFDMA技术（频分多址）技术（频分多址）使用使用蜂窝网结构蜂窝网结构，是通信的一次革命，是通信的一次革命，大大提供大大提供 了系统容量了系统容量 典型代表：典型代表：美国：美国：AMPSAMPS（先进移动电话系统），使用（先进移动电话系统），使用800MHZ800MHZ频段频段 欧洲：欧洲：TACSTACS（全向入网通信系统），使用（全向入网通信系统），使用900MHZ900MHZ频段频段 中国：使用欧洲制式中国：使用欧洲制式 第一代有很多不足之处：第一代有很多不足之处：容量有限、制式互不兼容、保密性差、容量有限、制式互不兼容、保密性差、通话质量不高、不能提供数据业务通话质量不高、不能提供数据业务 第32页，共89页，编辑于2022年，星期一历经三代的移动通信系统历经三代的移动通信系统(2)(2)u第二代第二代:数字移动通信系统数字移动通信系统 以传输语音和以传输语音和低速低速数据为主数据为主 典型代表典型代表:美国美国:CDMA :CDMA 欧洲欧洲:GSM :GSM 中国中国:GSM+CDMA:GSM+CDMA 软切换软切换与与硬切换硬切换 不足之处不足之处:核心网是基于核心网是基于电路交换电路交换技术技术 (GPRS (GPRS只是增加了一与之平行的只是增加了一与之平行的分组交换分组交换网络网络)核心业务仍然是语音业务核心业务仍然是语音业务,GSM,GSM与与CDMACDMA互不兼容互不兼容 难以提供难以提供全球漫游化全球漫游化和和移动多媒体移动多媒体业务业务 第33页，共89页，编辑于2022年，星期一历经三代的移动通信系统历经三代的移动通信系统(3)(3)u第三代第三代:即即3G3G系统系统 以提供数据业务以提供数据业务(特别是互联网业务特别是互联网业务)为主为主 采用采用分组交换分组交换技术技术,极大提高了系统容量和速率极大提高了系统容量和速率 典型代表典型代表:美国美国:CDMA2000 :CDMA2000 欧洲欧洲:WCDMA:WCDMA 中国中国:TD-SDMA+WCDMA+CDMA2000:TD-SDMA+WCDMA+CDMA2000 TDDTDD技术技术 FDD FDD技术技术 3G 3G与与2G2G最大的区别最大的区别:无线空中数据速率大大提高无线空中数据速率大大提高,一般都可以达到一般都可以达到2M2M以上以上,最高可达十几兆最高可达十几兆,可以提供即时视频业务可以提供即时视频业务第34页，共89页，编辑于2022年，星期一3G3G三大标准各自的优势三大标准各自的优势uWCDMA:WCDMA:产品终端最成熟产品终端最成熟uCDMA2000:CDMA2000:从从2G2G升级到升级到3G3G最平滑最平滑uTD-SCDMA:TD-SCDMA:智能天线智能天线 TDTD采用智能天线波束赋形技术，利用空间隔离进行资源复用，为采用智能天线波束赋形技术，利用空间隔离进行资源复用，为空分多址接入空分多址接入(SDMA(SDMA，Spatial Divided Multiple Access)Spatial Divided Multiple Access)技术开技术开辟了新的局面辟了新的局面;采用采用SDMASDMA接入的多个用户可以使用完全相同的频率、接入的多个用户可以使用完全相同的频率、时隙和码道资源，因而有效提升了系统容量。时隙和码道资源，因而有效提升了系统容量。第35页，共89页，编辑于2022年，星期一 蜂窝网结构蜂窝网结构 蜂窝的概念蜂窝的概念 由许多由许多正六边形小区正六边形小区作为基本几何作为基本几何图形覆盖整个服务区。图形覆盖整个服务区。每个小区设置一个基站，负责每个小区设置一个基站，负责本小区移动通信的联络和控制。本小区移动通信的联络和控制。第36页，共89页，编辑于2022年，星期一LTE:LTE:3.9G 3.9G的全球标准的全球标准,3G,3G等蜂窝技术的后继者等蜂窝技术的后继者 改进并增强了改进并增强了3G3G的空中接入技术的空中接入技术 采用采用OFDMOFDM和和MIMOMIMO作为其无线网络演进的唯一标准作为其无线网络演进的唯一标准 TD-LTE TD-LTE 与与 FD-LTE FD-LTEWiMAX:WiMAX:(Worldwide Interoperability for Microwave Access (Worldwide Interoperability for Microwave Access 全球微全球微波互联接入波互联接入,IEEE802.16),IEEE802.16),主要用于宽带无线连接主要用于宽带无线连接UMBUMB:CDMA2000 CDMA2000系列标准的演进升级版本系列标准的演进升级版本两种标准在不同历史背景下开发两种标准在不同历史背景下开发第37页，共89页，编辑于2022年，星期一物联网物联网:把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别把任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通信，以实现智能化识别 定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念 是各类传感器和互联网相互衔接的一种新技术是各类传感器和互联网相互衔接的一种新技术。无线传感器网络无线传感器网络:重要性可与因特网相媲美重要性可与因特网相媲美将极大地扩展人们与现实世界进行将极大地扩展人们与现实世界进行远程远程交互的能力交互的能力美国商业周刊美国商业周刊:21:21世纪最有影响的世纪最有影响的2121项技术之一项技术之一 MIT MIT技术评论技术评论:改变世界的改变世界的1010大技术之一大技术之一Ad_hocAd_hoc网络网络:一种特殊的无线移动网络一种特殊的无线移动网络网络可以在随意构建网络可以在随意构建,不需现有的信息基础网络设施支持不需现有的信息基础网络设施支持结点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的结点开机后就可以快速、自动地组成一个独立的自由移动自由移动的通信网络的通信网络 物联网物联网第38页，共89页，编辑于2022年，星期一通信系统的基本模型通信系统的基本模型u（1 1）信源、信宿）信源、信宿信源：其作用是将复原的原始信号转换成相应的信源：其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。消息。信源、信宿可以是人或设备信源、信宿可以是人或设备第39页，共89页，编辑于2022年，星期一u（2 2）发送与接收变换器）发送与接收变换器u（3 3）噪声源（干扰）噪声源（干扰）噪声源是指系统内外各种干扰影响的等效结果。噪声源是指系统内外各种干扰影响的等效结果。干扰是一种干扰是一种电信号电信号，由噪声引起的对通信产生的，由噪声引起的对通信产生的不良影响的效应。不良影响的效应。为了分析问题方便，通常在模型中把从发端机到为了分析问题方便，通常在模型中把从发端机到收端机存在的干扰和噪声集中用一个噪声源表示收端机存在的干扰和噪声集中用一个噪声源表示.第40页，共89页，编辑于2022年，星期一u信噪比：信噪比：信噪比是衡量传输系统噪声对信号影响的重要参信噪比是衡量传输系统噪声对信号影响的重要参数。数。是指接收端信号的平均功率和噪声的平均功率之是指接收端信号的平均功率和噪声的平均功率之比比(S/N)。lS/N=10lg(信号功率信号功率/噪声功率噪声功率)(dB)在相同的条件下，系统的输出端的信噪比越大，在相同的条件下，系统的输出端的信噪比越大，则系统抗干扰的能力越大。则系统抗干扰的能力越大。第41页，共89页，编辑于2022年，星期一u4.4.信道信道(channel)(channel)是连通信源和信宿之间的通道是连通信源和信宿之间的通道是是信号传输媒介的总称信号传输媒介的总称一个实际的传输信道可以由不同的传输媒介组成一个实际的传输信道可以由不同的传输媒介组成第42页，共89页，编辑于2022年，星期一u（1 1）信道的带宽信道的带宽：指信道不失真传输信号的频率范围，即信道容许指信道不失真传输信号的频率范围，即信道容许通过的最高与最低信号频率之差。通过的最高与最低信号频率之差。传输系统的带宽对传输性能的影响：传输系统的带宽对传输性能的影响：l若要求信道无失真地传输信号，则要求信道带宽若要求信道无失真地传输信号，则要求信道带宽B信号的带宽信号的带宽B。l因发送的信号包含有各种的频率成分，若其中的一部因发送的信号包含有各种的频率成分，若其中的一部分已经落到信道所能通过的频率范围之外，所收到的分已经落到信道所能通过的频率范围之外，所收到的信号中缺少了这部分频率成分，因此使信号产生了失信号中缺少了这部分频率成分，因此使信号产生了失真。真。第43页，共89页，编辑于2022年，星期一u（2 2）信道的分类）信道的分类u按物理特性来分，按物理特性来分，信道可分有线和无线信道信道可分有线和无线信道。有线信道：电磁信号被约束在有线传输线上传输有线信道：电磁信号被约束在有线传输线上传输。l架空明线、双绞线、同轴电缆及光纤等；架空明线、双绞线、同轴电缆及光纤等；l在有线电信中，它是传送电或光信号的导线，所以有线信道又称电信在有线电信中，它是传送电或光信号的导线，所以有线信道又称电信线路。线路。无线信道：电磁信号沿自由空间传输无线信道：电磁信号沿自由空间传输。l无线信道可利用的频段从长波、中波、短波到激光，有较宽的频段。无线信道可利用的频段从长波、中波、短波到激光，有较宽的频段。l在不同的频段，利用不同性能的设备和配置方法，可组成不同的通信系统。在不同的频段，利用不同性能的设备和配置方法，可组成不同的通信系统。第44页，共89页，编辑于2022年，星期一u双绞线双绞线:对于点对点模拟信号传输，带对于点对点模拟信号传输，带宽为宽为250KHz250KHz。u通常用于模拟话音传输的双绞线的长度通常用于模拟话音传输的双绞线的长度不超过不超过5 56km6km，更长的线路需要加中间，更长的线路需要加中间放大器放大器。第45页，共89页，编辑于2022年，星期一u双绞线电缆：模拟信号、数字信号均可双绞线电缆：模拟信号、数字信号均可传传两根直径约两根直径约0.5mm外包绝缘材料的铜芯线扭绞成外包绝缘材料的铜芯线扭绞成有一定规则的螺旋形状，多对（如有一定规则的螺旋形状，多对（如4对）再同样对）再同样扭绞在一起。可以大大减少或抵消线对之间的电扭绞在一起。可以大大减少或抵消线对之间的电磁干扰。特点：成本低。磁干扰。特点：成本低。l屏蔽（屏蔽（STP,ShieldTwisted-Pair）双绞线电缆）双绞线电缆l非屏蔽非屏蔽(UTP，UnshieldTwisted-Pair)双绞线电缆双绞线电缆第46页，共89页，编辑于2022年，星期一 通信系统的基本模型第47页，共89页，编辑于2022年，星期一 通信系统的基本模型u同轴电缆：同轴电缆由一根实心的铜质线作为内导体、一个空心的铜质圆形薄皮作为外导体，内外导体之间由塑料绝缘材料隔离，外导体之外再被覆聚氯乙烯或其它绝缘材料，外导体以内导体为同心轴，所以称为同轴电缆。u特点：抗干扰性能很强。l50的同轴电缆：局域网基带传输。传输带宽为120M 传输距离11.2kml75的同轴电缆：闭路电视系统（CATV）。频分多路复用50个信道。支持的带宽：300450MHz。距离：100km第48页，共89页，编辑于2022年，星期一u光纤光纤第49页，共89页，编辑于2022年，星期一u(3)(3)信道的作用信道的作用:u信道是通信系统的重要组成部分，信道是通信系统的重要组成部分，u信道既给信号以通路，也对信号产生各信道既给信号以通路，也对信号产生各种干扰或噪声以造成损害。种干扰或噪声以造成损害。损害表现为使损害表现为使信号产生畸变或衰弱（减），信号产生畸变或衰弱（减），它们它们统称为信道的统称为信道的损耗。损耗。传输媒质的固有特性和干扰直接传输媒质的固有特性和干扰直接关系到通信的质量关系到通信的质量。第50页，共89页，编辑于2022年，星期一补充概念:衰减、增益和失真u衰减：信号经过传输系统传输后，信号功率的减少。u增益：信号经过传输系统传输后，信号功率的增加。通常用分贝来表示衰耗和增益。分贝是两个功率电平差别的度量，是无量纲的量。D=10lg(p2/p1)dB 或 D=10lg(p出/p入)dB如采用同轴电缆（SYV759）作为传输介质，传输信号频率为200MHz时，每米对信号衰减0.1 dB，所以每隔500米加一个放大器解决信号经过同轴电缆造成的衰减。双绞线传模拟信号每隔56km需加放大器，数字信号每隔23km加转发器（中继器）l（由于用户线路的衰减为每公里1 dB，而电话线通用标准为最大损耗低于6 dB，所以每隔6km接一放大器）第51页，共89页，编辑于2022年，星期一u例例:如果如果10mW10mW功率的信号加到传输线上，而在某距功率的信号加到传输线上，而在某距离上测得的功率为是离上测得的功率为是5mW5mW则在这段线路上的衰减：则在这段线路上的衰减：Loss=10lg(5/10)=10 Loss=10lg(5/10)=10(-0.3)=-3 dB(-0.3)=-3 dBu分贝有时也用来度量电压或电流的差别：分贝有时也用来度量电压或电流的差别：因为有因为有P=V2/R或或P=I2R则有则有D=10lg(P2/P1)=20lg(V2/V1)=20lg(I2/I1)使用分贝可方便计算整个系统的衰耗或增益整个传输线路上使用分贝可方便计算整个系统的衰耗或增益整个传输线路上的衰减或增益等于各分段线路上的衰减与增益的代数和。的衰减或增益等于各分段线路上的衰减与增益的代数和。第52页，共89页，编辑于2022年，星期一u失真：失真：信号通过传输系统时，其波形可能发生畸变，波信号通过传输系统时，其波形可能发生畸变，波形的畸变称为失真。形的畸变称为失真。第53页，共89页，编辑于2022年，星期一u(4)(4)信道的损耗对传输距离的影响信道的损耗对传输距离的影响传输的距离越远，信号的衰减就越严重。传输的距离越远，信号的衰减就越严重。当信号衰减到一定程度，接收方无法辨认出接收当信号衰减到一定程度，接收方无法辨认出接收到的信号时，通信将不能继续下去。到的信号时，通信将不能继续下去。为了进行长距离的通信，往往需要在传输线路中为了进行长距离的通信，往往需要在传输线路中设立许多设立许多中继站，中继站，像接力赛跑一样，将衰减了的像接力赛跑一样，将衰减了的信号进行放大，然后接着往下传。信号进行放大，然后接着往下传。第54页，共89页，编辑于2022年，星期一通信系统的分类通信系统的分类u通信系统的分类方法很多，这里仅讨论通信系统的分类方法很多，这里仅讨论由通信系统模型所引出的分类：由通信系统模型所引出的分类：u1.1.按信源产生消息的物理特征分类按信源产生消息的物理特征分类 通信可分为电话通信系统、电报通信系统、数据通信可分为电话通信系统、电报通信系统、数据通信系统、图像通信系统、广播电视通信系统和通信系统、图像通信系统、广播电视通信系统和多媒体通信系统。多媒体通信系统。这些系统可以是专用的或单一的，但通常是兼容这些系统可以是专用的或单一的，但通常是兼容的或并存的。的或并存的。第55页，共89页，编辑于2022年，星期一通信系统的分类通信系统的分类u2.2.按传输信号的特征分类按传输信号的特征分类u以信道上传送的是模拟信号还是数字信以信道上传送的是模拟信号还是数字信号，可将通信系统分为模拟通信系统和号，可将通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。数字通信系统。信道上传送的是模拟信号，则信道称为模拟信道，信道上传送的是模拟信号，则信道称为模拟信道，相应的通信系统称为模拟通信系统；相应的通信系统称为模拟通信系统；信道上传送的是数字信号，则信道称为数字信道，信道上传送的是数字信号，则信道称为数字信道，相应的通信系统称为数字通信系统。相应的通信系统称为数字通信系统。第56页，共89页，编辑于2022年，星期一 通信系统的分类u模拟通信系统模型：模拟通信系统模型：模拟通信系统的组成模拟通信系统的组成信息源调制器信道解调器受信者噪声源第57页，共89页，编辑于2022年，星期一 通信系统的分类u数字通信系统模型（数字通信系统模型（1 1）数字通信系统模型数字通信系统模型加密器编码器信道调制器解调器译码器解密器受信者信息源噪声源第58页，共89页，编辑于2022年，星期一数字通信系统的特点数字通信系统的特点u数字通信系统与模拟通信系统相比较，数字通信系统与模拟通信系统相比较，有如下特点：有如下特点：抗干扰能力强，无噪声积累抗干扰能力强，无噪声积累电路易于集成化，使通信设备体积小、功耗低电路易于集成化，使通信设备体积小、功耗低便于采用各种数字信号处理技术，易于与计算机便于采用各种数字信号处理技术，易于与计算机接口接口便于实现多种业务综合通信便于实现多种业务综合通信数字信号易于加密处理，保密性能强数字信号易于加密处理，保密性能强数字信号占用信道频带较宽数字信号占用信道频带较宽第59页，共89页，编辑于2022年，星期一数字通信系统的特点数字通信系统的特点u抗干扰能力强，无噪声积累抗干扰能力强，无噪声积累u （a a）模拟通信）模拟通信 (b)(b)数字通信数字通信u图图1-5 1-5 数字通信与模拟通信抗干扰性能比较数字通信与模拟通信抗干扰性能比较 第60页，共89页，编辑于2022年，星期一数字通信系统的特点数字通信系统的特点u对于数字通信，因为数字信号由脉冲序对于数字通信，因为数字信号由脉冲序列组成，在传输过程中虽然也产生脉冲列组成，在传输过程中虽然也产生脉冲失真和受到噪声干扰，但当信噪比恶化失真和受到噪声干扰，但当信噪比恶化到一定程度时，可在适当的距离采用中到一定程度时，可在适当的距离采用中继再生的方法，继再生的方法，u再生成没有噪声干扰的和原发送端一样再生成没有噪声干扰的和原发送端一样的数字信号，的数字信号，u因而不造成因而不造成“噪声传输积累噪声传输积累”，可实现可实现长距离高质量的传输。如图所示。长距离高质量的传输。如图所示。第61页，共89页，编辑于2022年，星期一u中继再生：中继再生：首先判决：首先判决：l如当信号超过某一规定（门限电平）值，如接收信号如当信号超过某一规定（门限电平）值，如接