通信概论---各种通信系统概述.ppt

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1、各种通信系统概述各种通信系统概述n光纤通信系统n数字微波通信系统n卫星通信系统n移动通信系统n光纤光纤依靠光脉冲传输数据依靠光脉冲传输数据n特点特点n传输带宽高，通信容量大传输带宽高，通信容量大n传输损耗小，适合长距离传输传输损耗小，适合长距离传输n抗干扰性能极好，保密性好抗干扰性能极好，保密性好n轻便轻便n单向传输，双向传输时需两根光纤单向传输，双向传输时需两根光纤光纤传输原理光纤传输原理n光从一种介质入射到另一种介质时会产生光从一种介质入射到另一种介质时会产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。折射。折射量取决于两种介质的折射率。当入射角当入射角临界值时产生临界值时产生全反射全反射，不会泄

2、漏。，不会泄漏。n光纤：纤芯光纤：纤芯-折射率高、玻璃包层折射率高、玻璃包层-折射率低折射率低n亮度调制，有脉冲亮度调制，有脉冲-1，无脉冲，无脉冲-0n光源光源:发光二极管发光二极管/激光二极管激光二极管n光检测器光检测器:光电二极管光电二极管/雪崩二极管雪崩二极管n光纤分为：多模光纤分为：多模MMF、单模单模SMFn多模光纤多模光纤纤芯较粗纤芯较粗n多束光线以不同的反射角传播，因此到达目的多束光线以不同的反射角传播，因此到达目的地的时间不同，造成光脉冲逐渐展宽、失真地的时间不同，造成光脉冲逐渐展宽、失真n可使用发光二极管作为光源可使用发光二极管作为光源输入脉冲输入脉冲输入脉冲输入脉冲输出脉

3、冲输出脉冲多模光纤多模光纤MMFn单模光纤单模光纤纤芯较细纤芯较细n使单个波长的光线沿光纤一直传播使单个波长的光线沿光纤一直传播单束光线沿直线单束光线沿直线传播传播输入脉输入脉冲冲输出脉输出脉冲冲单模光纤单模光纤SMFn典型的光缆典型的光缆玻璃封套塑料外套玻璃内芯单芯光缆单芯光缆单芯光缆单芯光缆多芯光缆多芯光缆多芯光缆多芯光缆玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳芯芯封套封套外套加强芯光纤光纤外鞘外鞘加强芯加强芯光纤束光纤束高密度多芯光缆高密度多芯光缆光纤通信传输系统的构成光纤通信传输系统的构成PCM复用设备光端机光端机光中继器PCM复用设备光缆光缆光通信系统光发射机的基本原理均衡码型变换扰码编码时钟驱

4、动光源光监测告警输出APCATC输入盘发送盘光纤光接收机的基本原理输出至电端机光电检测器前置放大器主放大器均衡器时钟恢复电路判决器接收盘输出盘自动增益控制电路解码解扰编码光纤数字微波通信系统数字微波通信系统微波通信的概念微波通信的概念 电磁波频谱排列 频率 330kHz 30300kHz 3003000kHz 330MHz 30300MHz 频段名称 VLF甚低频 LF低频 MF中频 HF高频 VHF甚高频频率 3003000MHz 330GHz 30300GHz频段名称 UHF特高频 SHF超高频 EHF极高频 微 波 微波是指频率为300MHz300GHz的电磁波，其对应的的波长为1m1m

5、m。微波通信：利用微波波段的电磁波进行通信的一种通信方式，数字微波通信则是利用微波波段的电磁波传输数字信息的一种通信方式。1.特点 （1）频带宽，通信容量大 （2）适于传送宽频带信号 （3）采用中继传输方式2.数字信号微波传输的特点 与模拟微波传输相比，数字微波传输具有如下特点：（1）抗干扰能力强，线路噪声不积累；（2）便于组成数字通信网；（3）保密性强；（4）设备的体积小、重量轻、功耗低。数字微波通信系统的构成数字微波通信系统的构成 数字微波中继通信线路是由线路两端的终端站、若干中继站及分路站构成，如图示。数字微波通信系统的基本构成原理如图所示，从图中可以看出，数字微波通信系统由两端的终端站

6、、天线馈线系统以及中继站构成。两个地面站之间直线传送两个地面站之间直线传送距离：距离：50-100 km地地球球地面站之间的直地面站之间的直地面站之间的直地面站之间的直视线路视线路视线路视线路 微波传送微波传送微波传送微波传送塔塔塔塔地面微波接力地面微波接力主干线支线微波终端站微波分路站微波中继站数字微波中继通信线路示意图收信 发信微波收发信设备调制-解调设备时分复用设备市内电话局用户终端微波收发信设备调制-解调设备时分复用设备市内电话局用户终端终端站终端站天线馈线系统天线馈线系统中间站长途电信局或微波站长途电信局或微波站甲地乙地数字微波通信系统方框图时延均衡中放发信混频射频功放单向器分路滤波

7、发信本振中频入射频出发信机原理放框图收信机原理放框图分路滤波低噪声放大收信混频中频滤波前置中放时延均衡收信本振射频入中频出边带滤波主中放卫星移动通信系统卫星移动通信系统卫星通信的概念卫星通信的概念 所谓卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站，转发地球上任意两个或多个地球站之间用于进行通信的无线电波。1、通信卫星的分类：（1）无源卫星和有源卫星 （2）静止卫星（同步卫星）和运动卫星（非同步卫星）目前，通信中最为广泛应用的是有源静止卫星。2、静止卫星 在赤道上空35800km附近圆形轨道上的卫星，运动方向和地球一致，且绕地球一周的时间与地球自转周期相同。以静止卫星作为中继站所组成的通信系统成为同步

8、卫星通信系统。n地球同步卫星地球同步卫星与地面站相对固定位置使用3个卫星可覆盖全球传输延迟时间长传输延迟时间长适用于海洋、山区、沙漠等适用于海洋、山区、沙漠等地区的通信地区的通信35,80035,800公里公里公里公里地球地球地球地球3、卫星通信系统的组成 一个完整的卫星通信系统是由空间分系统、地球站群、跟踪遥测以及指令系统和监控管理系统四部分组成。空间分系统跟踪遥测指令分系统地球站通信业务控制中心通信遥测监控管理分系统卫星通信系统的基本组成卫星移动通信卫星移动通信 卫星移动通信是指利用卫星转接移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信。1、卫星移动通信系统的结构 卫星移动通信系统通常包括空间

9、段和地面段两部分。空间段是指卫星星座；地面段是指包括卫星监控中心、网络操作中心、关口站和卫星移动终端在内的地面设备。2、卫星通信系统的工作过程 在卫星A下的一个移动终端（主叫终端）将呼叫处于卫星B下的一个移动终端或呼叫与卫星B下的某个关口站相连的固定网用户。其呼叫过程如下：（1）卫星移动终端开机后，便自动向其归属关口站发出移动终端开机通知信息，并告知其具体所在位置。如果该机是处于备用（等待呼叫）状态，或移动至一个偏远地区，则需要向归属关口站送一个更新信息，更新存储在归属关口站中的此移动终端的位置信息。（2）移动用户向卫星移动终端（主叫终端）输入被叫号码。（3）卫星移动终端向该终端视线内的卫星发

10、出一个包含该终端注册号码和被叫终端号码的请求服务信息，并通过卫星将此信息传递到本地服务关口站，以建立呼叫。（4）本地关口站又通过卫星线路分别向主叫终端和被叫终端的归属关口站发出询问信息。如主叫和被叫终端是否有权使用此系统及其权限。（5）如双方都拥有使用权限，则系统将卫星信道分配给此主叫终端和被叫终端，以供链接，并同时向被叫终端发起呼叫。如被叫是卫星移动通信系统中的一个卫星移动终端，则由相应的卫星在卫星移动终端所在区间进行呼叫。（6）通话完毕后，主叫和被叫终端释放通信链路，并由本地关口站通过卫星链路向双方的归属关口站发送相应的通信记录，以供主叫和被叫终端的归属关口站使用。同步轨道卫星体动通信原理

11、同步轨道卫星体动通信原理 1、一般结构 （1）同步轨道（GEO）卫星 （2）关口站（MGS）（3）网络控制中心（NCC）2、不同轨道卫星移动通信系统的通信信道 （1）单星GEO卫星移动通信系统 （2）无星际链路的多星GEO卫星移动通信系统 MT1-卫星-MGS-卫星-MT2 （3）有星际链路的多星GEO卫星通信系统 MT1-卫星1-卫星2-MT26.3.4 中、低轨卫星移动通信系统 传统GEO卫星移动通信系统的卫星轨道高，链路损耗大，对用户终端的要求高，因此这种GEO卫星星座手持机直接同卫星通信的技术难度大，同时由于链路距离长，传输时延长，不利于卫星移动终端之间进行双跳通信。而轨道高度较低的中

12、、低轨（MEO、LEO）卫星移动通信系统，其链路损耗小，因而对用户终端的要求有所降低，同时由于其传输时延较短，这样在一个卫星移动终端到另一个卫星移动通信终端之间允许采用双跳通信，这样便无需采用复杂的星上交换处理技术。低轨卫星移动系统：50001500km中轨卫星通信系统：500013000km同步轨道卫星通信系统：35786。6KM高椭圆轨道通信通信：远地点 40000KM移动通信移动通信移动通信的基本概念移动通信的基本概念 移动通信是指通信双方或至少其中一方在运动状态中进行信息传递的通信方式。移动通信与固定通信方式不同，具有如下特点移动通信与固定通信方式不同，具有如下特点：1、电磁传播环境极

13、其恶劣 2、移动台所受到的干扰影响和噪声影响 3、应采用动态范围大的移动接收设备 4、频谱资源非常珍贵 5、组网技术复杂 移动通信系统的组成移动通信系统的组成 移动通信系统是指移动体之间、移动体与固定用户之间用于建立信息传输通道的通信系统，因而移动通信涉及到无线传输、有线传输以及信息的采集、处理和存储等内容，其主要设备包括无线收发信机、交换控制设备和移动终端设备等。1、交换分系统 交换分系统包括移动交换中心、归属位置登记处、被访问位置登记处、设备识别登记处、鉴权中心和操作管理中心等基本部分。它是移动通信的控制交换中心，同时又是与公众通信的接口。2、基站分系统 基站分系统包括一个基站控制器和由其

14、控制的若干个基站收发信系统。其中基站控制器单元负责与移动交换中心进行数据通信，同时还通过无线信道实现与移动终端的数据通信，在基站与移动交换中心之间通常采用光缆传输中继方式实现数据信号传输，在基站与移动终端的连接中采用无线方式，通常基站通话频道数量可达几十条，甚至数百条。3、移动台 移动台有车载式、手提式、携带式等类型。在数字蜂窝移动通信系统中，移动台除提供电话业务外，还可以为用户提供各种非话业务。当两个处于不同基站覆盖区中的移动用户MS1和MS2进行通话时，他们之间的通路是 MS1BS1MSC1MCS2BS2MS2 移动通信网移动通信网 蜂窝网蜂窝网 数字移动通信原理数字移动通信原理 数字移动

15、通信中所采用的主要技术数字移动通信中所采用的主要技术 1、多址联接技术 （1）FDMA （2）TDMA （3）CDMA 在移动通信系统中，通常使一种以上的多址方式，例如在下行线路中使用TDMA方式，而在上行线路中使用FDMA方式。2、语音与信道的编码技术 语音编码：GSM系统：规则脉冲激励长期预测编码（RPELTP）CDMA系统：激励线性预测编码（QCELP）信道编码：在GSM系统中，话音编码器输出为13kbit/s，为了提高纠错能力，信道编码器在每一帧RPE中的182个重要比特中，加入4个尾比特和3个奇偶检验比特，并对它们的复合信号进行1/2码率卷积编码。从而构成378比特/20ms，此外还

16、有未编码的78比特，则构成456bit/20ms，即总比特特率为22.8kbit/s。GSM系统在误比特率为0.1的情况下，话音质量下降不多。3、调制解调技术 数字移动通信对数字调制解调技术的要求 （1）采用尽量窄的功率谱信号 （2）频谱效率高 （3）传输质量高 （4）采用差分检测方案 在实际的数字移动应用系统（包括数字蜂窝系统、集群系统、无绳电话系统和个人通信系统）中，所使用的数字调制方案分为两种：线性调制技术和恒包络调制。在GSM系统中，采用GMSK方案。4、抗干扰技术 （1）邻道干扰 邻道干扰是指相邻或相近的频道信号所造成的干扰，相邻频道可以是相隔几个或几十个频道。（2）远近效应 两个移

17、动台与基站的距离不同，而以相同的频率发送信号，近端对远端的干扰。（3）同频干扰 （4）互调干扰GSM数字移动通信系统数字移动通信系统SIM卡 无线传输比固定传输更易被窃听，如果不提供特别的保护措施，很容易被窃听或被假冒一个注册用户。八十年代的模拟系统深受其害，令到用户利益受损，因此GSM首先引入了SIM卡技术，从而使GSM在安全方面得到了极大改进。它通过鉴权来防止未授权的接入，这样保护了网络运营者和用户不被假冒的利益；通过对传输加密可以防止在无线信道上被窃听，从而保护了用户的隐私；另外，它以一个临时代号替代用户标识，使第三方无法在无线信道上跟踪GSM用户，而且这些保密机制全由运营者进行控制，用

18、户不必加入更显安全。由于在GSM通信中引入了SIM卡的技术，使无线电通信从不保密的禁区解放出来，只要客户手持一卡，可以实现走遍世界的愿望。SIM卡的特点：（1）客户与设备分离(人机分开)。在GSM通信中，SIM卡与移动设备之间已设置一个开放式的公共接口，这样，使用者与自己的设备之间没有互相依存的关系。因在SIM卡中存储有持卡者的客户数据、保安数据、鉴权加密算法等，只要客户手持此卡就可以借用、租用不同厂家的移动台，得到卡内存储的各种业务的服务，大大方便了客户，大大增强了GSM通信的移动性，也大大地增强了各生产厂家的设备的共享性。（2）通信安全可靠。因为在SIM卡中有一个永久性的存储器，既有存储能

19、力，又有进行计算的能力，所以它属于智能卡。当客户建立呼叫时，首先要客户输入个人身份号码(PIN)，此码由48位数字组成，由移动台的键盘键入。若输入三次不正确的PIN码后，PIN码被锁，通信终止，这是防范那些伪客户盗用通信的方法之一。若有权客户忘记了码或一时疏忽，输入三次错误，可利用SIM卡中存储的09位数字的个人解锁钥(PUK)来解锁PIN码，使之恢复正常。但也要特别注意，若输入十次错误的PUK，整个SIM卡就报废了，只有重新购置一个SIM卡才能再进行通信。在呼叫建立过程中PIN码正确时，网路开始对客户身份进行鉴权，利用存储在SIM卡中的A3、A8算法，移动台与网路把计算结果进行比较，相同鉴权

20、成功，这又是防范盗用通信的第二道防线。鉴权成功之后，为了对客户信息保密，安全传送至被叫，则又采用了一套加解密的方法，即采用了A5的算法，防止了非法客户窃密。另外，在鉴权和加解密过程中的密钥(KC)和鉴权钥(K1)参数在空中接口上是不传输的，只有国际移动客户识别码(IMSI)传输一次，以后完全采用不断变化的临时移动客户识别码(TMSI)来代替，因此GSM通信比模拟移动通信安全可靠。（3）成本低。它比电话磁卡的成本低，并且质地结实耐用，易于推广CDMA数字移动通信系统数字移动通信系统 与FDMA和TDMA相比，CDMA具有许多独特的优点，其中一部分是扩频通信系统所固有的，另一部分则是由软切换和功率

21、控制等技术所带来的。CDMA移动通信网是由扩频、多址接入、蜂窝组网和频率再用等几种技术结合而成，含有频域、时域和码域三维信号处理的一种协作，因此它具有抗干扰性好，抗多径衰落，保密安全性高，同频率可在多个小区内重复使用，所要求的载干比(CI)小于1，容量和质量之间可做权衡取舍等属性。这些属性使CDMA比其它系统有非常重要的优势。系统容量大理论上CDMA移动网比模拟网大20倍。实际要比模拟网大10倍，比GSM要大4-5倍。系统容量的灵活配置：这与CDMA的机理有关。CDMA是一个自扰系统，所有移动用户都占用相同带宽和频率，通话质量好：CDMA系统话音质量很高，声码器可以动态地调整数据传输速率，并根

22、据适当的门限值选择不同的电平级发射。同时门限值根据背景噪声的改变而改变，这样即使在背景噪声较大的情况下，也可以得到较好的通话质量。另外CDMA系统采用软切换技术，“先连接再断开”，这样完全克服了硬切换容易掉话的缺点。频率规划简单用户按不同的序列码区分，所以不相同CDMA载波可在相邻的小区内使用，网络规划灵活，扩展简单。延长手机电池寿命采用功率控制和可变速率声码器，手机电池使用寿命延长。建网成本下降。MSC 移动交换中心HLR 归属位置寄存器VLR 拜访位置寄存器AC 鉴权中心MC 短消息中心SME 短消息实体PSTN 公用交换电话网MS 移动台EIR 设备识别寄存器BS 基站系统OMC 操作维

23、护中心IWF 互连功能CDMA网网络参考模型扩频通信，即扩展频谱通信(Spread Spectrum ommunication)，它与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三大高技术通信传输方式。扩频通信是将待传送的信息数据被伪随机编码(扩频序列：Spread Sequence)调制，实现频谱扩展后再传输；接收端则采用相同的编码进行解调及相关处理，恢复原始信息数据。扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据信息论中关于信息容量的仙农(Shannon)公式为：C WLog2(1十P/N)式中：C-信道容量(用传输速率度量)W-信号频带宽度 P-信号功率 N-白噪声功率上式说明，在给定的传输速率C不变的条件下，频带宽度W和信噪比PN是可以互换的。即可通过增加频带宽度的方法，在较低的信噪比PN(SN)情况下，传输信息。扩展频谱换取信噪比要求的降低，正是扩频通信的重要特点，并由此为扩频通信的应用奠定了基础。