通信技术概述解析.pptx

本章内容4.1 4.1 通信的有关概念4.2 4.2 通信系统的基本模型4.3 4.3 通信的分类4.4 4.4 传输介质4.5 4.5 通信网基本概念第1页/共61页4 4 通信技术通信技术 4.1 通信的有关概念 1.通信 为达到相互联系的目的，使用电、磁、光等手段传送语音、图像、数字等各种数据信息的过程。从莫尔斯1838年发明电报起，通信的发展经历了 3大阶段：v 以1838年发明电报为标志的通信初级阶段；v 以1948年香农提出的信息论开始的近代通信阶段；v 以20世纪80年代出现的光纤通信系统为代表的和以综合业务 数据网（ISDN）迅速崛起为标志的现代通信阶段。第2页/共61页2.信号：传输的消息是以光、电、磁的形式表现出来的,称为信号。数据要通过传输介质从发送端传递到接受端，先按照传输介质的特性将数据转换成传输介质上所承载的信号，接受端传输介质取得信号后，再将其还原成数据。不同传输介质所承载的信号类型不同，信号的物理特性也不相同。铜质缆线承载的是电流信号。光缆线承载的是光信号。无线通信则通过天空传递电磁波信号。4.1 通信的有关概念 第3页/共61页3.3.模拟信号与数字信号通信系统中传输的信号，当它为时间的连续函数时，称为连续信号(模拟信号）；而当载荷信息的物理量（如电信号的幅度、频率、相位等）的变化在时间上为离散时，则称为离散信号。如果不仅在时间上离散，而且取值也离散，则称为数字信号。4.1 通信的有关概念第4页/共61页模拟信号：幅度取值连续的信号。（函数值随时间连续变化）模拟信号 4.1 通信的有关概念第5页/共61页模拟信号特点：信号的波形幅度上连续它连续地“模拟”着信息的变化。如发话者的话音改变时，信号的波形也改变。模拟信号将待传递的信息包含在信号的波形之中。普通的电话、传真、电视的信号都是模拟信号。4.1 通信的有关概念第6页/共61页数字信号：幅度取值离散的信号(a)(a)二进制码元 (b)(b)多进制码元图1-4 数字信号 “1 1”码:有一定持续时间(Ts)(Ts)的“有电流脉冲”“0 0”码:有一定持续时间(Ts)(Ts)的“无电流脉冲”每个码又称为数字脉冲或码元。4.1 通信的有关概念第7页/共61页数字信号的特点:波形从时间和幅度上都是离散的（取值是有限个）、不连续的。从时间上看，脉冲的个数是有限个。即一段时间内（T T时间内）只能传送有限个脉冲；数字信号将待传递的信息包含在码元的不同组合之中。如早期的莫尔斯电报用101110101110表示A A。现代电子计算机输入、输出的信号以及所处理的信号都是速率非常高的数字信号。4.1 通信的有关概念第8页/共61页4.基带传输与频带传输（1）基带传输 基带传输是“直接控制信号状态”的传输方式，即直接传输原始信号的方式。对数字信号，就是按其原有的波形（以脉冲形式）在信道上直接传输。基带传输不需要调制、解调，设备花费少，适用于较小范围的数据传输。基带：直接使用数字信号传输数据时，发送终端设备把数字信号转换成脉冲电信号时，这个原始的电信号所固有的频带（所谓频带，是指用于传输信号所占用的频率范围）称为基本频带，简称基带（BASEband)。大多数局域网（LANLAN）使用的都是基带传输。4.1 通信的有关概念第9页/共61页 使用基带传输时，数字数据由许多不同形式的电信号的波形来表示。表示二进制数字的码元的形式不同，便产生出不同的编码方案。主要有：单极性不归零码、单极性归零码、双极性不归零码、双极性归零码、曼彻斯特码和差分曼彻斯特码等。4.1 通信的有关概念第10页/共61页当传输距离较远时，由于各种原因，使用基带传输时，容易产生波形的失真。出现差错010010 0100还原后的数据t接收到的失真信号010011100t发送的基带信号t采样时刻4.1 通信的有关概念第11页/共61页（2）频带传输 频带传输是一种采用调制、解调技术的传输形式。在发送端，采用调制手段，对数字信号进行某种变换，将代表数据的二进制“1”1”和“0”0”，变换成具有一定频带范围的模拟信号，以适应在模拟信道上传输；在接收端，通过解调手段进行相反变换，把模拟的调制信号复原为“1”1”或“0”0”。4.1 通信的有关概念第12页/共61页 载波信号：在远程传输过程中,特别是通过无线信道或光信道进行的数据传输过程中,将由编码表示的数字基带信号通过高频调制后能在信道中进行传输的信号称为载波信号。载波(Carrier Wave)(Carrier Wave)-常以一个高频正弦信号或脉冲信号作为载体，这个载体称为载波信号。用需要传输的信号去改变载波信号的某一参数，如幅值、频率、相位。4.1 通信的有关概念第13页/共61页如：ModemModem，完成数字信号和模拟信号之间的转换。是一种能够使计算机通过电话线同其他计算机进行通信的设备，作用是把存储在计算机中的信息（二进制格式）转换为以电话线传输的声音格式。把二进制字符转换为声音信号并传到电话线上，称为调制；而把声音信号还原为二进制位（BitBit），称为解调。调制：将数据放上“载波”的操作称为调制（Modulation)Modulation)调制器：执行调制操作的装置或程序称为调制器（Modulator)Modulator)把要发送的数字信号转换为频率范围在 3003400 Hz 的模拟信号，以便在模拟线路上传送。4.1 通信的有关概念第14页/共61页 调制器的作用就是个波形变换器，它把基带数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输的波形。常用的调制方法：频率调制、振幅调制和相位调制。调频(Frequency Modulation)(Frequency Modulation)：载波的频率随基带数字信号而变化。调幅(Amplitude Modulation)(Amplitude Modulation)：载波的振幅随基带数字信号而变化。调相(Phase Modulation)(Phase Modulation)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。4.1 通信的有关概念第15页/共61页010011100基带信号调幅调频调相基带数字信号的几种调制方法4.1 通信的有关概念第16页/共61页4.1 通信的有关概念解调：将数据与载波分离的操作称为解调(Demodulation)(Demodulation)，把模拟线路上传送来的模拟信号转换为数字信号。解调器：执行解调操作的装置或程序称为解调器（Demodulator)Demodulator)解调器的作用就是个波形识别器，它将经过调制器变换过的模拟信号恢复成原来的数字信号。第17页/共61页5 5、带宽带宽 (bandwidth)(bandwidth)本来是指模拟信号传递模拟数据时信号具有的频带宽度，即信号频率的变化范围,通常由最高频率减去最低频率而得,单位是赫兹（或千赫、兆赫、吉赫等）。现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s(bit/s)b/s(bit/s)。也指网络的数据传输流量（Throuhgput)Throuhgput)“神六”向地面的数据传输总带宽为每秒2M2M，而其中用于画面传输704k704k，用于画面所带声音64k64k。4.1 通信的有关概念第18页/共61页 通信系统：传递信息所需要的一切技术设备和传输媒介。如：电话、图像、电报、数据通信系统。通信业务分类：根据所传递的消息不同，可分为：电报、电话、传真、数据传输及可视电话等。从广义角度看，广播、电视、雷达、导航、遥测遥控等也可列入通信的范围。4.2 通信系统的基本模型第19页/共61页通信系统的基本模型步骤：消息信号处理传输信号还原消息4.2 通信系统的基本模型第20页/共61页 信源、信宿 信源：发送信息的一端称为信源，信源的作用是产生消息 如：声音、数据、文字、图像等信宿：是传输信息的归宿，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。信源、信宿可以是人或设备下图是一个信源、信宿为计算机的例子4.2 通信系统的基本模型第21页/共61页数据通信系统输出数据输出信息传输系统输入信息输入数据发送的信号接收的信号源点终点发送器接收器调制解调器PC 机公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号 正文正文源系统目的系统传输系统PC 机4.2 通信系统的基本模型第22页/共61页2 2.发送设备（变换器）是指把信源发出的信息变成适合于信道传输的信号所需要的设备。（如上图的调制解调器）作用：是将消息转换为适合在信道上传输 的信号。发送设备的功能有两个：4.2 通信系统的基本模型加工处理适合某种信道传输的信号非电信号转换电信号电信号第23页/共61页信息转换为信号，通常要经过三个步骤，即变换、编码和调制。它们可以分别进行，也可以同时进行。变换：将表达信息的非电量的变化变换为电量的变化。编码(译码）：在数字系统里，为了某种目的而对数字信号进行的变换。调制（解调）：在通信信系统中的作用是用来变换信号。4.2 通信系统的基本模型第24页/共61页3 3、信道(channel)(channel)：是传输信号的通路；信道可以由不同的传输媒介组成。（1 1）信道的带宽：指信道不失真传输信号的频率范围，即信道容许通过的最高与最低信号频率之差。信号带宽:信号所含最高频率fHfH与最低频率fLfL之差，即信号所含频率的宽度。4.2 通信系统的基本模型第25页/共61页（2 2）信道的分类 有线信道（电信线路）：电磁信号被约束在有线传输线上传输。架空明线、双绞线、同轴电缆及光纤等；无线信道：电磁信号沿自由空间传输。长波、中波、短波、微波有较宽的频段。4.2 通信系统的基本模型第26页/共61页4、干扰（或噪声源）噪声源：为了分析问题方便，一般将系统内所存在的干扰均折合到信道中，用噪声源来表示。通信系统中的噪声可分成三类：第一类：通信系统的外部噪声。人为：各种电器开关通断时产生的短促脉冲，荧光灯闪烁产生的脉冲串等非人为：雷电干扰、宇宙辐射等。其频率分布可以覆盖整个无线电波段，但其能量主要集中在20MHz以下频段。4.2 通信系统的基本模型第27页/共61页第二类：通信系统的内部噪声。起伏噪声由电子热运动引起。它是通信系统中的主要噪声，是不可避免的噪声。第三类：信道的特性不理想所引起的噪声。有线信道中：多对传输线间产生的不必要的耦合。无线信道中：例如，电离层和对流层的随机变化引起信号的随机变化，而构成对信号的干扰。4.2 通信系统的基本模型第28页/共61页数字信号通过实际的信道失真不严重实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输入信号波形输出信号波形(失真不严重)4.2 通信系统的基本模型第29页/共61页失真严重输入信号波形实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输出信号波形(失真严重)4.2 通信系统的基本模型第30页/共61页4.2 通信系统的基本模型第31页/共61页5.5.接收设备（反变换器）将从信道上接收的信号再恢复成受信者可以接收的信息所需的设备。接收设备两个功能：对接收信号进行与发送设备相反的变换处理，以便恢复出消息供受信者接收。如：解调、译码等。接收的信号已叠加有噪声干扰，接收设备应尽可能的抑制干扰，使所恢复的信号尽可能准确。4.2 通信系统的基本模型第32页/共61页模拟通信系统模型模拟信源调制器信道解调器模拟信宿干扰源模拟通信系统模型4.2 通信系统的基本模型第33页/共61页数字信源信道干扰源信道编码调制器解调器信源译码信宿数字通信系统模型信源编码信道译码4.2 通信系统的基本模型第34页/共61页 1.1.通信按不同形式可分为如下几类：按传输信号形式不同可分为模拟通信和数字通信两类；按受信者是否在运动可分移动通信和固定通信；按通信工作频段可分为长波、中波、短波、微波、光通信等；按通信的具体业务与内容可分为语音通信、图像通信、多媒体通信、数据通信等；按信道具体形式可分为有线通信和无线通信；4.3 4.3 通信的分类通信的分类第35页/共61页通信有线通信无线通信有线电通信光纤通信短波通信微波通信卫星通信移动通信双绞线架空明线同轴电缆通信按信道分类4.3 4.3 通信的分类通信的分类第36页/共61页2.2.按信息传送的方向和时间来分：单工通信、半双工通信和全双工通信。（1 1）单工通信（单向通信）单工通信指消息只能单方向传输，而不能进行与此相反方向传送的工作方式。如遥控、无线电广播、电视、将计算机的信息向打印机输出的场合都属于这种方式。4.3 4.3 通信的分类通信的分类第37页/共61页（2 2）半双工通信（双向交替通信）通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。使用同一载波频率的无线电对讲机。4.3 4.3 通信的分类通信的分类第38页/共61页（3 3）全双工通信（或双工通信，双向同时通信）n 全双工通信是指通信双方可以同时进行发送和接收消息的工作方式。n 电话通信、计算机之间的信息交换以及利用光波的光纤通信就属于这种通信方式。4.3 4.3 通信的分类通信的分类第39页/共61页3.3.按照数字信号码元排列方法的不同 ，可分为:(1)(1)串行传输：将数字信号码元序列按时间顺序一个接一个地在信道中传输。通常的远距离数字通信大都采用串行传输方式。串行传输发送设备接收设备100101014.3 4.3 通信的分类通信的分类第40页/共61页(2)并行传输：将数字信号码元分割成两路或两路以上的数字信号码元序列同时在信道中传输。发送设备接收设备011001101010110110010101并行传输4.3 4.3 通信的分类通信的分类第41页/共61页4.按通信网络形式分类，通信方式可分为两点间直通方式、分支方式和交换方式(1)直通方式 是最简单的一种形式，终端A与终端B之间的线路是专用的AB4.3 4.3 通信的分类通信的分类第42页/共61页 (2)分支方式 是指每个终端都通过同一信道与转接站相互连接，终端之间不能直通信息而必须通过转接站转接转接站ABCN4.3 4.3 通信的分类通信的分类第43页/共61页(3)交换方式 是终端之间通过交换设备，灵活地进行线路交换地一种方式。ABC交换设备N4.3 4.3 通信的分类通信的分类第44页/共61页4.4 传输介质 1 1、明线指平行而相互绝缘的架空裸线线路。优点：（与电缆相比），传输损耗低，但易受气候和天气影响，并且对外界噪声干扰较敏感。目前，已逐渐被电缆所代替。第45页/共61页2、双绞线 两根直径约0.5mm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4对）再同样扭绞在一起。可以大大减少或抵消线对之间的电磁干扰。4.4 传输介质第46页/共61页 屏蔽（Shield Twisted-Pair）双绞线：金属箔和屏蔽铜网 非屏蔽(UTP，Unshield Twisted-Pair)双绞线：无屏蔽双绞线 UTPUTP屏蔽双绞线 STPSTP4.4 传输介质第47页/共61页 3 3、同轴电缆内导体：实心的铜质线屏蔽层：一个空心的铜质圆形薄皮绝缘层：塑料材料隔离，护套：聚氯乙烯或其它绝缘材料，特点：抗干扰性能很强。5050的同轴电缆：局域网基带传输。7575的同轴电缆：闭路电视系统（CATVCATV）。4.4 传输介质第48页/共61页4 4、光缆 多根光纤外加防护层特点：带宽非常宽，可达20THz20THz（实际20GHZ20GHZ）以上，通信容量大。抗电磁场干扰能力强。光缆重量轻、体积小。光缆的中继距离长。（5050100km100km以上）光纤的抗拉、抗挤压性不如金属线，制造工艺也较复杂。4.4 传输介质第49页/共61页光线在光纤中的折射折射角入射角 包层（低折射率的媒体）包层（低折射率的媒体）纤芯（高折射率的媒体）包层纤芯4.4 传输介质第50页/共61页光纤的工作原理：高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射4.4 传输介质第51页/共61页4.5 4.5 通信网基本概念通信网基本概念 1.1.通信网 现代通信往往需要许多通信点之间建立相互连接，而且点与点之间不只一条路径，因此多对多的通信系统，即多用户通信系统互联的总体称为通信网。n 通信的最基本形式是在信源和信宿之间建立起一条传输信息的通道。当信源和信宿的数量有限时，完全可能。如：两部电话机只需要用一对电线就能够互相连接起来。但当信源和信宿的数量较多时，若在信源和信宿之间都建立起固定的信息传输通道则会造成很大浪费。第52页/共61页5部电话机两两相连，需 10 对电线。更多的电话机互相连通 结论：N 部电话机两两相连，需 N(N 1)/2对电线。当电话机的数量很大时，这种连接方法需要的电线对的数量与电话机数的平方成正比。n 系统成本将随终端数目的增加而大大增加n 信道的利用率就不高4.5 通信网基本概念第53页/共61页使用交换机 当电话机的数量增多时，就要使用交换机来完成全网的交换任务。交换机4.5 通信网基本概念第54页/共61页2.2.通信网现状三大网:电信网电信部门运营有线电视网广电部门运营因特网各公司企业自己运营局域网，现已连成世界范围的因特网（Internet)Internet)4.5 通信网基本概念第55页/共61页2.通信网现状（1 1）电信网电信网包括：电话网、电报网、传真网、帧中继、数字数据网(DDN)(DDN)等为用户提供各种通信业务，如电话、传真、会议电视及数据通信等。第56页/共61页电信网的发展经历：同步光纤网(SONET-Synchronous Optical Network)或同步数字体系网(SDH-Synchronous Digital Hierarchy)综合业务数字网(ISDN -Integrated Service Digital Network)数字网模拟网（1）电信网第57页/共61页（2）有线电视网 有线电视网（CATVCable Television)混合光纤同轴电缆网（HFC Hybrid Fiber Coax）第一代CATV主要以同轴电缆为主，单向传输。第二代CATV将向混合光纤/同轴(HFC)网络发展，单向传输。第三代CATV将向双向HFC方向发展，视频点播就是一个很好的例子。2.通信网现状第58页/共61页（3 3）计算机网 计算机网络技术起源于美国，其发展经历为：包交换、分组交换多接入网络IP协议OSI 7层协议InternetATM 与 B-ISDN2.通信网现状第59页/共61页3.通信网的发展方向 可视化、智能化和个人化是通信业务今后发展的总趋势，它们将对通信网的发展产生深刻的影响。未来的通信网将向数字化、综合化、宽带化、智能化和个人化方向发展，最终实现三网合一，全球一网。4.5 通信网基本概念第60页/共61页感谢您的观看！第61页/共61页