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现代通信技术(本科生用)通信学院：韩晓冰副教授Tel:029-85583169E-mail:hanxbhwt@xust.edu.cn2004-32本课主要内容•通信基本概念（各种通信技术概念）•数字通信（各种通信技术原理）•通信系统（卫星、移动、光纤）•INTERNET与INTRANET•宽带网络技术•通信与数字化2004-33第一章：概论1.1通信的基本概念通信：信息的交流。通信的目标：任何人、任何时间、任何地点与其他人进行任何种类的信息交流。通信技术内容：信息的处理、交换和传输。2004-34通信系统模型信源处理与编码解码与处理接收设备传输媒质发射设备信宿2004-35各个部分的作用：•信源：发出信息的源头•处理与编码：声电、光电变换•发射设备：变频、电光变换•传输媒质：空间、电缆、光缆•接收设备：变频、光电变换•解码与处理：电声、电光变换•信宿：接收信息的2004-361.2传输技术•有线传输技术明线、双绞线、同轴电缆、光(纤)缆。•无线传输技术长波、中波、短波、超短波、微波。2004-37无线电波段划分波段名称波长范围频段名称频率范围代号长波1000~10000m低频30~300kHzLF中波100~1000m中频300~3000kHzMF短波10~100m高频3~30MHzHF超短波1~10m甚高频30~300MHzVHF微波分米波1~10dm特高频300~3000MHzUHF厘米波1~10cm超高频3~30GHzSHF毫米波1~10mm极高频30~300GHzEHF2004-38传输技术原理•有线传输电平、编码、模拟调制、数字调制。电压信号为主：明线、双绞线场信号为主：同轴电缆、光(纤)缆2004-39•无线传输电波传播原理：扩散原理。涉及内容：编码、调制、发射、天线技术等2004-3101.3交换技术•分类：电路交换：空分、时分等。分组交换：包交换。•应用：PSTN（公用电话交换网）-时分LAN（局域网）-包交换。2004-311电路交换方式：123123电话交换网功能实现：电话交换机内有电子交换矩阵实现空分电子开关实现时分特点：实时构成：用户终端（电话机等）、程控交换机、传输线路（双绞线、微波、光缆）2004-312分组交换方式：功能实现：存储式交换。特点：非实时构成：用户终端（计算机等）、数据交换机、传输线路（双绞线、微波、光缆）2004-313两者的区别：•终端设备•交换方式•速率•协议2004-314标准和标准化组织•1.美国国家标准协会（ANSI）美国国家标准协会。ANSI标准广泛应用于各个领域如ANSICOBOI和ANSIC，光纤分布式数据接口（FDDI）等。•2.国际标准化组织（ISO）国际标准化组织是和美国国家标准协会合作的一个国际标准组织（ISO的缩写来源于它的法文名称）。国际标准化组织是制定标准的组织，最有意义的工作就是对开放系统的研究。具有七层协议结构的开放系统互联模型（OSI）就是一个众所周知的例子。每个国家的国家标准制定组织都是这个组织的成员。•3.国际电信联盟（ITU）是联合国的一个专门机构，是国际电信界最权威的标准制修订组织，总部设在瑞士的日内瓦。这个委员会对世界范围的电话、电报、数据通信、卫星和无线通信设备提出技术性的建议。下设电信标准化部门有ITU-T（电报电话小组）、ITU-R（无线电小组）。2004-315•4.电气与电子工程师协会（IEEE）IEEE是世界上最大的专业技术团体，由计算机和工程学专业人士组成。这个协会已经开发的标准有IEEE802．3（以太网络标准）、IEEE802．4（利令牌总线网络标准）IEEE802．5（令牌环形网络标准）和IEEE1003．1（可移植的操作系统）。•5.电子工业协会（EIA）电子工业协会是另一个与电气标准制定有关的组织，该协会已经制定了许多标准，但最为人知的是连接装置的标准。RS－32和B5－449标准在今天的数据通信设备中被广泛使用。这个组织的成员主要是电信设备和其他电子设备的生产者。•6.国际电子技术委·员会（IE）国际电子技术委员会是一个非政府结构，它为办公室设备的互联、安全以及数据处理制定标准。该组织参与了图像专家联合组（JPEG），为图像压缩制定标准。•7．国际标准和技术协会（NIST）其前身是美国的国家标准局（NBS），是美国商业部下属的一个机构，发布标准。NIST关于安全技术方面的一个重要贡献是数据加密标准（DES）。2004-3161.4复用技术•分类：频分复用FDM、时分复用TDM、统计时分复用STDM。1、频分复用FDM多路复用设备频率频率频率2004-3172、时分复用TDM12616集合信道时间2004-3183、统计时分复用STDMSTDM数据流时间2004-3191.5通信技术的发展•数字化、网络化、智能化、可视化。•计算机技术、通信技术、控制技术、感测技术•研究热点：宽带IP网络技术IPv6、移动通信技术3G、无线网络技术WLAN2004-3202004-321第二章：数字通信技术2.1基本概念1、数据（定义）：依照通信协议，在两个功能单元之间传递数据信息。2．信息：对数据内容的表达和解释。3．信号：对数据的电磁和电子编码。4．传输：信号的数据传递。5．比特率（Rb）比特（bit，b）是二进制数字的缩写,比特率（bit／s）是指在网络上每秒钟传送多少个比特。6．数据传输速率7．频率:每秒的周期数8．频带宽度：指一个频率范围，用赫兹(HZ)表示。2004-3222.2数字通信系统的构成和优点•构成2004-323•优点•抗干扰能力强；•便于差错控制；•便于加密；•便于使用现代数字信号处理技术；•便于综合传输各种消息；2004-3242.3编码•2.3.1数字编码1．不归零编码2．曼彻斯特编码•2.3.2语音编码1.波形编码:DM(增量调制)、ADM（自适应增量调制）、PCM（脉冲编码调治）、ADPCM（自适应脉冲编码调治）、LPC（线性预测编码）、VQ（矢量量化）等.2.参数编码:CELP（码激励线性预测编码）、子带编码等.1012004-325•应用情况:程控电话:ITU-TG.727标准,32kb/sADPCM、64kb/sPCM。全球通GSM：13kb/sRPE-LTP（长时预测）。IS-54、TDMA（北美）：8kb/sVSELP（向量激励）。CDMA：8kb/sQCELP。可视电话、电视会议：视频标准ITU-TG723.1语音标准G.723.16.3kb/sLD-CELP（低时延码激励）G.723.15.3kb/sCS-ACELP（共轭结构代数码激励）IP语音：美国联邦标准10152.4kb/sMELP（混合激励）•研究发展速率更低,失真更小。2004-326•2.3.3数据编码要求:被编码成适合传输的格式1.ASCII码:美国标准信息交换码（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）2.EBCDIC码:扩展二进制编码,用于IBM大型机和外围设备。3.莫尔斯码:代码由一系列的点和划组成。4.博多码:用于电报和直通电报通信中。5.BCD码:二_十进制码,用于早期的IBM大型机中。•2.3.4视频编码分为活动图象和静止图象。1.静止图象编码：MHC（霍夫曼~）、MRC（二维~）、MMRC（改进二维~）、JBIG（联合二值图象专家组算术码）、JPEG（联合影象专家组~）、JPEG-2000等。2004-3272.活动图象编码：MPEG（活动图象专家组）：制定的技术标准有MPEG-1（1993）、MPEG-2（1994）、MPEG-4（1999）、MPEG-7（1999）。ITU-T:MHEG（多媒体信息编码专家组）视频压缩算法H.261(1996)[H.320(ISDN)、H.323(LAN/IP)]，H.262(1996)[H.310(ATM/B-ISDN)]，H.263(1995)[H.324(PSTN)]。一般采用帧间预测技术、运动补偿技术。HDTV:1920*1080*30*8=498Mb/sVCD:1.5Mb/sDVD:3~6Mb/s2004-3282.4调制和解调•要求的提出：家庭中的计算机要上网。•电话线传送的计算机数据•2.4.1调制方式分类:模拟调制和数字调制；频率调制、幅度调制、相位调制。2004-329•例如：模拟调制：AM、FM。数字调制：ASK（幅移键控）、FSK（频移键控）、PSK（相移键控）、QAM（正交调幅）、DMT（离散多音调制）等。FSK（频移键控）原理2004-330PSK（相移键控）原理所谓PSK就是根据数字基带信号的两个电平使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。有2PSK（BPSK）、4PSK（QPSK）、8PSK等。调制效率与调制方式的关系：2nn越大效率越高.信号的形式：模拟、数字？012PSK2004-3312.5同步技术所谓同步就是要求建立系统的收发两端在时间上保持步调一致。在数据通信系统中涉及到的同步主要有载波同步、位（码元）同步和群（码组、帧）同步。对数据通信系统来说，最基本的、必不可少的同步是收发两端的时钟同步（位同步），这是所有同步的基础。实现的方法通常有：１）频分制传输２）时分制传输3）自同步法目前大部分系统采用自同步法来实现同步。2004-3322.6复用技术所谓多路复用，是指在数据传输系统中，允许两个或两个以上的数据源共享一个公共传输媒介，就像每个数据源都有它自己的信道一样。多路复用是一种将若干个彼此无关的信号合并为一个能在一条共用信道上传输的复合信号的方法。通常可分为时分复用（TDM）、频分复用（FDM）和码分复用（CDM）等。1、FDM：该技术用于模拟信号。是一种按频率来划分信道的复用方式，它把整个物理媒介的传输频带，按一定的频率间隔划分为若干较窄的频带，每个窄频带构成一个子通道。在通信网中，有大量的频分多路复用系统。传输数据信号时，必须先对数据信号进行调制，然后才能通过频分多路复用设备复合成多路数据复用信号进行传输。如微波传输系统、GSM等。2004-333•FDM原理：•0~f1：通道1；f1~f2：通道2；f2~f3：通道3。•信道有载波、频分短波、频分微波、频分卫星等。2、TDM：把许多输入信号结合起来，并一起传送出去。按一定的时间隔划分为若干较窄的时隙，每个时隙构成一个子通道。ＴＤＭ保持了信号物理上的独立性，而从逻辑上把它们结合在一起。0f1f2f3频率2004-334•TDM原理：•通道1；通道2；通道3；通道4。在TDM中，由于采用的技术不同，又可分为同步时分复用、异步时分复用（ATOM）、统计时分复用（STDM）或智能时分复用（AM）等。•信道主要有时分基带、时分短波、时分微波和时分卫星等。2004-335•3、CDM：多用在无线通信系统中。每个用户在通信期间占用所有的频率和所有时间，但不同用户具有不同的正交码形，用以区分不同用户的信息，避免互相干扰。由于不同用户之间的信息传递是通过正交码来隔离的，因而在蜂窝系统中，相邻蜂窝可以使用相同的频率谱，具有最高的频率利用率。但复杂度稍高。正在成为第三代移动通信系统的主流制式。•4、SDM：也多用在无线通信系统中。每个用户在通信期间，可以占有所有或部分的频率、所有或部分时间、所有或部分码形，但只占有特定的空间（方向）。•混合复用信道。在现在和将来的新系统中，很少有单独采用以上任何一种方式的，基本上都是几种基本方式的组合，即混合复用信道。该种信道会随着技术的不断进步，优越性越来越显著而广泛应用。2004-3362.7信道工作方式•数据通信可以有单工、全双工和半双工三种了作方式，与之相匹配，适应三种工作方式的信道也可分成三种：•（1）单向（单工）信道：只能沿一个固定方向传输的信道，配合它使用的是单上传输方式。•（2）双向（全双工）信道：可以同时沿两个方向双向传输的信道。全双工传输工作方式必须采用双向信道。•（3）半双工信道。可以分时沿两个方向传输的信道：由李双工信道可以构成半双工传输工作方式的数据通信系