数字通信发展史cqse.pptx
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1、 中国电信集团公司市场部中国电信集团公司市场部浙江省光纤通信技术重点研究实验室浙江省光纤通信技术重点研究实验室 数字通信发展史数字通信发展史孟孟 利利 民民 中国电信集团公司市场部中国电信集团公司市场部浙江省光纤通信技术重点研究实验室浙江省光纤通信技术重点研究实验室 内容提要内容提要1 数字通信系统的基本组成部分数字通信系统的基本组成部分2 通信信道及其特征通信信道及其特征3 通信信道的数学建模通信信道的数学建模4 数字通信发展的回顾与展望数字通信发展的回顾与展望http:/ 中国电信集团公司市场部中国电信集团公司市场部浙江省光纤通信技术重点研究实验室浙江省光纤通信技术重点研究实验室 1 1
2、数字通信系统的基本组成部分数字通信系统的基本组成部分 中国电信集团公司市场部中国电信集团公司市场部浙江省光纤通信技术重点研究实验室浙江省光纤通信技术重点研究实验室 2 2 通信信道及其特征通信信道及其特征通信信道通信信道:在发送机和接收机之间提供的连接。:在发送机和接收机之间提供的连接。有:有:明线、光纤、水声信道、自由空间、存贮信道明线、光纤、水声信道、自由空间、存贮信道等。等。在信号通过任何信道传输中的一个共同的问题是在信号通过任何信道传输中的一个共同的问题是加性噪声加性噪声。加性噪声主要是。加性噪声主要是热噪声。其他噪声和干扰源也许是系统外面引起的,例如:来自信道上其他热噪声。其他噪声和
3、干扰源也许是系统外面引起的,例如:来自信道上其他用户的干扰。这样的噪声和干扰与期望的信号占有同频带时,可通过对发送用户的干扰。这样的噪声和干扰与期望的信号占有同频带时,可通过对发送信号和接收机中解调器的适当设计来使它们的影响最小。信号在信道上传输信号和接收机中解调器的适当设计来使它们的影响最小。信号在信道上传输时可能会遇到其他类型损伤,有:时可能会遇到其他类型损伤,有:信号衰减、幅度和相位失真、多径失真信号衰减、幅度和相位失真、多径失真等。等。功率和带宽的限制功率和带宽的限制:可以通过增加发送信号功率的方法使噪声的影响最小。:可以通过增加发送信号功率的方法使噪声的影响最小。然而,设备和其他因素
4、限制了发送信号的功率电平。另一个基本的限制是可然而,设备和其他因素限制了发送信号的功率电平。另一个基本的限制是可用的信道带宽。带宽的限制通常是由于媒质以及发送机和接收机中组成器件用的信道带宽。带宽的限制通常是由于媒质以及发送机和接收机中组成器件和部件的物理限制产生的。这两种因素限制了在任何通信信道上能可靠传输和部件的物理限制产生的。这两种因素限制了在任何通信信道上能可靠传输的数据量。的数据量。中国电信集团公司市场部中国电信集团公司市场部浙江省光纤通信技术重点研究实验室浙江省光纤通信技术重点研究实验室 2-1 2-1 有线信道有线信道双双绞绞线线和和同同轴轴电电缆缆是是基基本本的的导导向向电电磁
5、磁信信道道,它它能能够够提提供供比比较较适适度度的的带带宽宽。用用户户 中中心心机机房房的的电电话话线线(几几百百 KHz),同同轴轴电电缆缆的的可可用用带带宽宽是是几几兆兆赫赫兹兹(MHz)。特特性性:幅幅度度和和相相位位都都会会发发生生失失真真,还还受受到到加加性性噪噪声声的的恶恶化化。双双绞绞线线信信道道还还易易受受到到来来自自物物理理邻邻近近信信道道的的串串音音干干扰扰,必必须须采采取取措措施施补补偿偿信信道道的的幅幅度度和和相相位位失真。失真。左图为导向有线信道的频率范围左图为导向有线信道的频率范围 中国电信集团公司市场部中国电信集团公司市场部浙江省光纤通信技术重点研究实验室浙江省光
6、纤通信技术重点研究实验室 2-2 2-2 光纤信道光纤信道光纤提供的信道带宽比同轴电缆信道大几个数量级。可提供系列光纤提供的信道带宽比同轴电缆信道大几个数量级。可提供系列宽带宽带服务服务。在光纤通信系统中,发送机或调制器是一个光源,或者是发光。在光纤通信系统中,发送机或调制器是一个光源,或者是发光二极管(二极管(LED),或者是激光。光像光波一样通过光纤传播,并沿着),或者是激光。光像光波一样通过光纤传播,并沿着传输路径被周期性放大以补偿信号衰减(在数字传输中,光由中继器传输路径被周期性放大以补偿信号衰减(在数字传输中,光由中继器检测和再生)。在接收机中,光的强度由光电二极管检测,它的输出检测
7、和再生)。在接收机中,光的强度由光电二极管检测,它的输出电信号的变化直接与照射到光电二极管上的光的功率成正比。光纤信电信号的变化直接与照射到光电二极管上的光的功率成正比。光纤信道中的噪声源是光电二极管和电子放大器。道中的噪声源是光电二极管和电子放大器。可以预见,在新的世纪,光纤信道将代替电话网络中几乎所有的有线可以预见,在新的世纪,光纤信道将代替电话网络中几乎所有的有线信道。信道。中国电信集团公司市场部中国电信集团公司市场部浙江省光纤通信技术重点研究实验室浙江省光纤通信技术重点研究实验室 2-3 2-3 无线电磁信道无线电磁信道在无线通信系统中,电磁能是通过在无线通信系统中,电磁能是通过作为辐
8、射器的天线耦合到传输媒质作为辐射器的天线耦合到传输媒质的。天线的物理尺寸和配置主要决的。天线的物理尺寸和配置主要决定于运行的频率。为了获得有效的定于运行的频率。为了获得有效的电磁能量的辐射,天线必须比波长电磁能量的辐射,天线必须比波长的的1/10更长。更长。自由空间中电磁波传播的模式:地自由空间中电磁波传播的模式:地波传播、天波传播、视线传播。在波传播、天波传播、视线传播。在VLF和音频段,其波长超过和音频段,其波长超过10Km,地球相当于波导,特点:地波传,地球相当于波导,特点:地波传播,用作导航,带宽较小。播,用作导航,带宽较小。左图为无线电磁信道的频率范围左图为无线电磁信道的频率范围 (
9、接下一页)(接下一页)中国电信集团公司市场部中国电信集团公司市场部浙江省光纤通信技术重点研究实验室浙江省光纤通信技术重点研究实验室 MF(0.3MHz3MHz):主要用于:主要用于AM广播,范围广播,范围150Km,在,在MF频段,频段,大气噪声、人为噪声和接收机的热噪声是主要干扰。天波传播是电离大气噪声、人为噪声和接收机的热噪声是主要干扰。天波传播是电离层对发送信号的反射形成的。电离层由位于地球表面之上的层对发送信号的反射形成的。电离层由位于地球表面之上的50Km400Km范围中的带电粒子组成。范围中的带电粒子组成。特特点点:在在白白昼昼,太太阳阳使使较较低低大大气气层层加加热热,引引起起高
10、高度度在在120Km以以下下的的电电离离层层的的形形成成,这这些些较较低低的的层层,特特别别是是D层层,吸吸收收2MHz以以下下的的频频率率,因因此此严严重重地地限限制制了了AM无无线线电电广广播播的的天天波波传传播播。然然而而,在在夜夜晚晚,较较低低层层的的电电离离层层中中的的电电子子密密度度急急剧剧下下降降,而而且且白白天天发发生生的的频频率率吸吸收收现现象象明明显显减减少少。因因此此,功功率率强强大大的的AM无无线线电电广广播播电电台台能能够够通通过过无无线线层层F层层电电离离层层传传播播很很远远的的距距离离,F层层电电离离层层位位于于地地球球表表面面之之上上140Km400Km范范围围
11、之之内。内。2-3 2-3 无线电磁信道无线电磁信道 中国电信集团公司市场部中国电信集团公司市场部浙江省光纤通信技术重点研究实验室浙江省光纤通信技术重点研究实验室 在在HF频频段段范范围围内内,电电磁磁波波经经由由天天波波传传播播时时,经经常常发发生生的的问问题题是是 多多 径径。信信号号多多径径将将引引起起数数字字通通信信系系统统中中的的符符号号间间干干扰扰。而而且且,经经由由不不同同传传播播路路径径到到达达的的各各信信号号分分量量会会相相互互削削弱弱,导导致致信信号号衰衰落落的的现现象象。在在夜夜晚晚,天天波波是是主主要要的的传传播播模模式式,HF频频段段的的热热噪噪声声是是大大气气噪噪声
12、声和和热热噪噪声声的的组组合合。在在大大约约 30 MHz之之上上的的频频率率,即即 HF频频段段的的边边缘缘,就就不不存存在在天天波波电电离离层层传传播播,然然而而,在在30M60MHz的的频频段段,有有可可能能进进行行电电离离层层散散射射传传播播,这这是是由由较较低低电电离离层层信信号号散散射射引引起起的的。也也可可利利用用在在 40MHz300MHz频频率率范范围围内内的的对对流流层层散散射射在在几几百百英英里里的的距距离离通通信信。对对流流层层散散射射是是由由在在 10英英里里或或更更低低高高度度大大气气层层中中的的粒粒子子引引起起的的信信号号散散射射造造成成的的。一一般般,电电离离层
13、层散散射射和和对对流流层层散散射射具具有有大大的的信信号号 传传 播播 损损 耗耗,要要 求求 发发 射射 机机 功功 率率 大大 和和 比比 较较 大大 的的 天天 线线。LOS传播,传播,Km,TV装在装在300Km高的塔上,覆盖范围为高的塔上,覆盖范围为67Km2-3 2-3 无线电磁信道无线电磁信道 中国电信集团公司市场部中国电信集团公司市场部浙江省光纤通信技术重点研究实验室浙江省光纤通信技术重点研究实验室 2-4 2-4 水声信道水声信道数据由水下传感器发送到海洋表面。数据由水下传感器发送到海洋表面。表面深度表面深度 ,以以Hz为单位,为单位,以以m为单位。水为单位。水声信道可以表征
14、为声信道可以表征为多径信道多径信道,这是由于海洋表面和底部的信号反射的,这是由于海洋表面和底部的信号反射的缘故。而且,除极低频率外,电磁波在水下不能长距离传播,在低频缘故。而且,除极低频率外,电磁波在水下不能长距离传播,在低频段的信号传输的延伸受到限制,因为它需要大的且功率强的发送机。段的信号传输的延伸受到限制,因为它需要大的且功率强的发送机。中国电信集团公司市场部中国电信集团公司市场部浙江省光纤通信技术重点研究实验室浙江省光纤通信技术重点研究实验室 2-5 2-5 存贮信道存贮信道磁带、磁盘、光盘磁带、磁盘、光盘等都可以表征为通信信道。在磁带或磁盘或光盘上等都可以表征为通信信道。在磁带或磁盘
15、或光盘上存贮数据的过程,等效于在电话或在天线信道上发送数据。回读过程存贮数据的过程,等效于在电话或在天线信道上发送数据。回读过程以及在存贮系统中恢复所存贮的数据的信号处理等效于在电话和无线以及在存贮系统中恢复所存贮的数据的信号处理等效于在电话和无线通信系统中恢复发送信号。通信系统中恢复发送信号。中国电信集团公司市场部中国电信集团公司市场部浙江省光纤通信技术重点研究实验室浙江省光纤通信技术重点研究实验室 3 3 通信信道的数学建模通信信道的数学建模 信道的数学建模可用于发送机中的信道编码器和调制器以信道的数学建模可用于发送机中的信道编码器和调制器以及接收机中的解调器和信道译码器的设计。及接收机中
16、的解调器和信道译码器的设计。加性噪声信道加性噪声信道 线性滤波器信道线性滤波器信道 线性时变滤波器信道线性时变滤波器信道 中国电信集团公司市场部中国电信集团公司市场部浙江省光纤通信技术重点研究实验室浙江省光纤通信技术重点研究实验室 3-1 3-1 加性噪声信道加性噪声信道如果主要由热噪声引起,则可表征为如果主要由热噪声引起,则可表征为高斯噪声高斯噪声,因此,该,因此,该信道的数学模型为信道的数学模型为加性高斯噪声加性高斯噪声(AWGNAdditive White Gaussian Noise)。接收信号接收信号::衰减因子衰减因子 中国电信集团公司市场部中国电信集团公司市场部浙江省光纤通信技术
17、重点研究实验室浙江省光纤通信技术重点研究实验室 3-2 3-2 线性滤波器信道线性滤波器信道 加性噪声信道加性噪声信道 带有加性噪声的线性滤波器信道带有加性噪声的线性滤波器信道如有线电话信道,采用滤波器如有线电话信道,采用滤波器来保证传输信号不超过规定的来保证传输信号不超过规定的带宽限制,从而不会引起相互带宽限制,从而不会引起相互干扰,模型为:干扰,模型为:是信道的冲击响应是信道的冲击响应 中国电信集团公司市场部中国电信集团公司市场部浙江省光纤通信技术重点研究实验室浙江省光纤通信技术重点研究实验室 3-3 3-3 线性时变滤波器信道线性时变滤波器信道如水声信道和电离层无线信道,为如水声信道和电
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