现代通信技术基础

现代通信技术基础《电信概要》课程内容简介第一章通信网络概述第二章接入网技术第三章交换技术第四章传输技术第五章支撑网第六章网际互连第七章通信新技术课程特点知识面广、知识点多内容难度较低，以了解为主课程要求掌握通信基本概念及知识点了解接入网、交换网、支撑网、传输网的基本网络结构及工作情况建立全程全网的概念课程学习方法与目标自学、上网查找资料开阔眼界扎实基础把握原理提升素质课程评价方法平时作业——20％期中测试——20%期末考试——60％第一章通信网络概述1.1通信发展概述1.2通信基本概念1.3全程全网概念1.4固定电话通信过程1.5移动电话通话过程1.6数据通信过程第一章通信网络概述本章内容1.通信的发展历史2.目前的通信技术3.基本的通信技术概念4.通信系统中全程全网的概念和组成5.固定电话、移动电话、数据通信中通信的过程1.1通信发展概述自从人类存在开始，通信就已经存在，通信的目的一直没有发生过改变，变化的只是通信的方式。一.通信的概念所谓通信是指通过某种媒质进行的信息传递。什么是信息？对于信息的定义非常多，在中国国家标准GB4894-85中关于信息的定义是：信息是物质存在的一种方式、形态或运动状态，也是事物的一种普遍属性，一般指数据、消息中所包含的意义，可以使消息中所描述事件的不定性减少。1.1通信发展概述什么是媒质？媒质即“介质”，当一种物质存在于另一种物质内部时，后者就是前者的介质。在通信中所指的媒质是能传输信息的渠道。如有线介质、无线介质。其中铜介质、光纤介质等属于有线介质，而空气则属于无线介质。1.1通信发展概述二.通信发展历史人类的通信从远古时代就已经开始。人与人之间的语言、肢体交流就是最早出现的通信。通信的发展历史则可以分为古代通信和近现代通信。在中国古代，飞鸽传书，烽火传信，利用驿站的邮驿系统等都是属于常见的通信方式。1.1通信发展概述信鸽玉门关烽火台遗址1.1通信发展概述苏州横塘千年古驿站驿使壁画1.1通信发展概述国外古代常见的通信方式包括灯塔、通信塔、旗语等。【灯塔】灯塔起源于古埃及的信号烽火。世界上最早的灯塔建于公元前7世纪，位于达尼尔海峡的巴巴角上。公元前280年，古埃及人在埃及亚历山大城对面的法罗斯岛上修筑灯塔，高达85米，日夜燃烧木材，以火焰和烟柱作为助航的标志。法罗斯灯塔被誉为古代世界七大奇观之一。1.1通信发展概述【通信塔】18世纪，法国工程师克劳德.查佩成功地研制出一个加快信息传递速度的实用通信系统。该系统由建立在巴黎和里尔230千米间的若干个通信塔组成。在这些塔顶上竖起一根木柱，木柱上安装一根水平横杆，人们可以使木杆转动，并能在绳索的操作下摆动形成各种角度。在水平横杆的两端安有两个垂直臂，也可以转动。这样，每个塔通过木杆可以构成192种不同的构形，附近的塔用望远镜就可以看到表示192种含义的信息。这样依次传下去，在230千米的距离内仅用2分钟便可完成一次信息传递。1.1通信发展概述【旗语】1777年，英国的美洲舰队司令豪上将印了一本信号手册，成为第一个编写信号书的人。后来海军上将波帕姆爵士用一些旗子作速记字母，创立了一套完整的旗语字母。1817年，英国海军马利埃特上校编出第一本国际承认的信号码。舫海信号旗共有40面，包括26面字母旗，10面数字旗，3面代用旗和1面回答旗。旗的形状各异：有燕尾形、长方形、梯形、三角形等。旗的颜色和图案也各不相同。1.1通信发展概述法罗斯灯塔复原图旗语1.1通信发展概述近现代的通信发展历史，大致可以分为两个阶段。第一阶段是电通信阶段，第二阶段是电子信息通信阶段。第一阶段的通信技术包括1876年贝尔发明电话机，1937年莫尔斯发明电报机，并设计莫尔斯电报码。1895年，马可尼和波波夫发明无线电设备，从而开创了无线电通信发展的道路。1.1通信发展概述电话电报1.1通信发展概述第二阶段是电子信息通信阶段。主要的通信技术有移动通信技术，程控交换技术，传输技术，数据通信与数据网技术，接入网与接入技术。【移动通信发展历史】1928年，美国普渡大学学生发明了工作于2MHz的超外差式无线电接收机，并很快在底特律的警察局投入使用，这是世界上第一种可以有效工作的移动通信系统。上世纪40年代中期至60年代初期。公用移动通信业务开始问世。1946年，根据美国联邦通信委员会(FCC)的计划，贝尔系统在圣路易斯城建立了世界上第一个公用汽车电话网，称为“城市系统”。PS：联邦通讯委员会（FCC）负责授权和管理除联邦政府使用之外的射频传输装置和设备。1.1通信发展概述1978年底，美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统(AMPS)，建成了蜂窝状移动通信网，20世纪80年代中期，欧洲和日本也纷纷建立了自己的蜂窝移动通信网络，主要包括英国的ETACS系统、北欧的NMT-450系统、日本的NTT/JTACS/NTACS系统等。这些系统被称为第一代蜂窝移动通信系统或1G系统。1.1通信发展概述1992年，欧洲开始铺设全球第一个数字蜂窝移动通信网络——GSM（GlobalSystemMobile），由于其优良的性能，GSM在全球范围内迅速扩张，GSM用户数一度超过全球蜂窝系统用户总数的70%。此后，美国的DAMPS和日本的JDC等2G系统也相继投入使用。1993年，美国推出了IS-95CDMA系统。1995年ITU将第三代移动通信系统或3G系统命名为国际移动电信2000（IMT-2000）。具体3G技术包括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三种系统，2008年中国正式颁发3G运营牌照。1.1通信发展概述【程控交换技术发展历史】1878年就出现了人工交换机，它是借助话务员进行话务接续。1893年步进制的交换机问世，它标志着交换技术从人工时代迈入机电交换时代。这种交换机属于“直接控制”方式，即用户可以通过话机拨号脉冲直接控制步进接续器做升降和旋转动作。从而自动完成用户间的接续。1938年纵横制(crossbar)交换机被发明，相对于步进制交换机，提高了可靠性和接续速度；提高了灵活性和控制效率,加快了速度。由于纵横制交换机具有一系列优点,因而它在电话交换发展上占有重要的地位,得到了广泛的应用。1.1通信发展概述人工交换机步进制交换机纵横制交换机1.1通信发展概述美国贝尔公司于1965年生产了世界上第一台商用存储程序控制的电子交换机(No.1ESS),这一成果标志着电话交换机从机电时代跃入电子时代。法国于1970年在拉尼翁(Lanion)开通了世界上第一个程控数字交换系统E10，它标志着交换技术从传统的模拟交换进入数字交换时代。1.1通信发展概述【光纤通信发展历史】1880年，贝尔发明了一种利用光波作载波传递话音信息的“光电话”，它证明了利用光波作载波传递信息的可能性，是光通信历史上的第一步。1960年，美国科学家梅曼(Meiman)发明了第一个红宝石激光器。激光(LASER)与普通光相比，谱线很窄，方向性极好，是一种频率和相位都一致的相干光，特性与无线电波相似，是一种理想的光载波。因此，激光器的出现使光波通信进入了一个崭新的阶段。1966年,英籍华人高锟K.C.Kao博士首次利用无线电波导通信原理,提出了低损耗的光导纤维(简称光纤)概念。1.1通信发展概述1970年,美国康宁公司首次研制成功损耗为20db/公里(光波沿光纤传输１公里后,光损耗为原有的1%)的石英光纤，它是一种理想的传输介质。同年，贝尔实验室研制成功室温下连续振荡的半导体激光器(LD)。从此，开始了光纤通信迅速发展的时代，因此人们把1970年称为光纤通信的元年。1974年,贝尔实验室发明了制造低损耗光纤的方法,光纤损耗下降到1db/公里。1976年，日本电报电话公司（NTT）研制出更低损耗光纤，损耗下降到0.5db/公里。1979年，日本电报电话公司研制出0.2db/公里的极低损耗石英光纤(1.5微米).1984年，实现了中继距离50公里,速率为1.7Gbit/s的实用化光纤传输系统.90年代以来，第四代光纤通信系统已经实现了在2.5Gb/s速率上传输4500公里和10Gb/s的速率上传输1500公里。NTT：日本电信电话株式会社，为日本最大的电信服务公司。1.1通信发展概述光电话红宝石激光器光纤1.2通信基本概念一.信号类型通信是通过某种媒质进行信息传递。“信号”是信息的表现形式，“信息”则是信号的具体内容。通信的实质是信号通过某种媒质进行传递。信号分为模拟信号与数字信号两类。1．模拟信号模拟信号是指幅值连续、时间上也是连续的信号。其特点是幅度连续（连续的含义是在某一取值范围内可以取无限多个数值）。如常见的正弦波信号。1.2通信基本概念2.数字信号数字信号是指幅值和时间两个方面都离散的信号。其特点是幅值离散（离散的含义是在某一取值范围内可以取有限多个数值）。如常见的脉冲信号1.2通信基本概念二.脉冲编码调制（PCM）目前在我们的实际生活中，数字信号的使用频率要大大多余模拟信号的使用。因为数字信号在性能方面优于模拟信号，但是很多原始信号产生时是模拟信号，所以需要将模拟信号转换成数字信号。最常见的模数信号转换方法就是脉冲编码调制技术（PCM）。PCM一共三个步骤：抽样、量化、编码。1.抽样所谓抽样就是每隔一定的时间间隔Ｔ抽取模拟信号的一个瞬时幅度值（样值）。抽样是由抽样门来完成的，在抽样脉冲ST(t)的控制下，抽样门闭合或断开，抽样频率fs不是越高越好，fs太高时，将会降低信道的利用率。目前最常见的抽样频率是每秒8000次。抽取的样值为8000个抽样值/S。1.2通信基本概念1.2通信基本概念2.量化量化的意思是将时间域上幅度连续的样值序列变换为时间域上幅度离散的样值序列信号(即量化值）。量化分为均匀量化和非均匀量化两种。目前非均匀量化中的直接非均匀编解码法使用较多。量化级别共256个。3.编码这里的编码指的是根据A律13折线非均匀量化间隔的划分直接对样值编码，称为非均匀编码，接收端再进行非均匀解码，即直接非均匀编解码法。每个量化级别可编码为8个二进制数字信号，即8bit。一路模拟信号在经过抽样、量化、编码以后所形成的PCM数字信号＝8000个抽样值/S×8bit/每个抽样值＝64Kbit/S1.2通信基本概念三.多路复用技术多路复用技术是通信系统常用的技术，通常在有线通信中使用。1.概念为了提高信道利用率，使多路信号沿同一信道传输而互不干扰，称多路复用。最常用的多路复用技术是频分多路复用和时分多路复用，另外还有统计时分多路复用和波分多路复用技术。1.2通信基本概念2.频分多路复用（FDM）定义：FDM是把线路的通频带资源分成多个子频带，分别分配给用户形成数据传输子通路，每个用户终端的数据通过专门分配给它的子通路传输，当该用户没有数据传输时，别的用户不能使用，此通路保持空闲状态FDM主要适用于传输模拟信号的频分制信道，主要用于电话、电报和电缆电视（CATV）。在数据通信中，需和调制解调技术结合使用。优点：多个用户共享一条传输线路资源。缺点：给每个用户预分配好子频带，各用户独占子频带，使得线路的传输能力不能充分利用。1.2通信基本概念1.2通信基本概念3.时分复用（TDM）定义：TDM采用固定时隙分配方式，即一条物理信道按时间分成若干个时间片，轮流地分配给多个信号使用，使得它们在时间上不重叠。每一时间片由复用的一个信号占有，利用每个信号在时间上的交叉，在一条物理信道上传输多个数字信号。通过时分多路复用技术，多路低速数字信号可复用到一条高速数据速率的信道。PCM30/32路系统就是TDM的一个典型例子。优点：多路低速数字信号可共享一条传输线路资源。缺点：时隙是预先分配的，且是固定的，每个用户独占时隙，时隙的利用率较低，线路的传输能力不能充分利用。1.2通信基本概念1.2通信基本概念4.统计时分多路复用（STDM）定义：STDM根据用户实际需要动态地分配线路资源，因此也叫动态时分多路复用或异步时分多路复用。也就是当某一路用户有数据要传输时才给它分配资源，若用户暂停发送数据时，就不给其分配线路资源