【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 用需求，聲音、圖像、數(shù)據(jù)均可傳輸n 傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)可以直接由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和處理n 數(shù)字信號(hào)的加密比模擬信號(hào)容易，所以通信的安全性高n 數(shù)字電路容易用超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)，有利于通信設(shè)備的小型化、微型化，也降低了功耗 56 第 1章 信息技術(shù)概述數(shù)字通信采用的技術(shù)n 數(shù)字調(diào)制 /解調(diào)技術(shù)n 調(diào)幅；調(diào)頻；調(diào)相n 多路復(fù)用技術(shù)n 時(shí)分多路；頻分多路；波分多路n 交換技術(shù)n 電路交換；分組交換n 模 數(shù)和數(shù) 模轉(zhuǎn)換技術(shù)；n 數(shù)字編碼和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)57 第 1章 信息技術(shù)概述數(shù)字通信技術(shù)應(yīng)用舉例（ 1）n 當(dāng)今長(zhǎng)途電話(huà)系統(tǒng)的中繼通信 PCM編碼器PCM解碼器PCM編碼器PCM解碼器多 路 復(fù) 用 器分 路 器光纖傳輸線(xiàn)路 (中繼線(xiàn)和長(zhǎng)途線(xiàn) )（本地電話(huà)局） （本地電話(huà)局） （用戶(hù)線(xiàn)） （用戶(hù)線(xiàn)）數(shù)字傳輸技術(shù) 模擬傳輸技術(shù)模擬傳輸技術(shù)模擬聲音信號(hào)在需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸之前，先使用 PCM編碼器變換為數(shù)字信號(hào)形式（此過(guò)程稱(chēng)為 “ 數(shù)字化 ” ） 接收方所在地區(qū)的交換局使用解碼器把數(shù)字信號(hào)還原成模擬聲音信號(hào)后，由用戶(hù)線(xiàn)傳輸至接聽(tīng)方的電話(huà)機(jī) 數(shù)字信號(hào)經(jīng)調(diào)制和復(fù)用后，通過(guò)光纖傳輸?shù)浇邮辗剿诘貐^(qū)的交換局，再經(jīng)解調(diào)和分路處理，恢復(fù)為數(shù)字信號(hào) 58 第 1章 信息技術(shù)概述補(bǔ)充： PCM編碼n PCM（脈沖編碼調(diào)制）原理：將模擬信號(hào)按時(shí)間間隔 T取樣，再把取樣得到的每一個(gè)樣本用二進(jìn)制整數(shù)表示At0 510123 456 78 9 10 1112T樣本取樣周期樣本 量化值 PCM碼 樣本 量化值 PCM碼1 3 00112 8 1000 3 10 1010 4 9 1001 5 6 01106 4 0100 7 4 0100 8 3 0011 9 3 0011 10 4 0100 11 4 0100 12 6 0110n PCM編碼的結(jié)果，就是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成為一組數(shù)字信號(hào)59 第 1章 信息技術(shù)概述數(shù)字通信技術(shù)應(yīng)用舉例（ 2）n 衛(wèi)星電視數(shù)字傳輸：用數(shù)字傳輸技術(shù)傳輸模擬信號(hào) 數(shù)字傳輸技術(shù)數(shù)字調(diào)制數(shù)字解調(diào)編碼器 解碼器在空中傳輸?shù)碾姶挪ㄆ麟娨曅盘?hào)發(fā)射器電視信號(hào)接收器載波載波電視圖像及其伴音 電視機(jī)數(shù)字信號(hào)經(jīng)調(diào)制和復(fù)用后由天線(xiàn)發(fā)送至衛(wèi)星，再由衛(wèi)星進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，被衛(wèi)星地面接收站所接收電視臺(tái)的節(jié)目在發(fā)送到衛(wèi)星去傳輸之前，先要把圖像和伴音信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化，還要進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮 地面站對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、解碼后恢復(fù)為模擬信號(hào)，再經(jīng)由有線(xiàn)電視電纜送到用戶(hù)電視機(jī)上播放60 第 1章 信息技術(shù)概述小結(jié)：數(shù)字通信系統(tǒng)的模型發(fā)送端 接收端信 源信道編碼 調(diào)制與復(fù)用 信 道壓縮編碼 解調(diào)與分路信 宿解 密信道解碼 解壓縮加密編碼噪聲信源編碼 信源解碼為了進(jìn)行可靠的傳輸為了高效率地進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸61 第 1章 信息技術(shù)概述數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) n 數(shù)據(jù)傳輸速率 (簡(jiǎn)稱(chēng)數(shù)據(jù)速率 , data rate)n 指實(shí)際進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)單位時(shí)間內(nèi)傳送的二進(jìn)位數(shù)目n 計(jì)量單位： “ 位 /秒 ” (bps) 、 “ 千位 /秒 ” (kbps) 、 “ 兆位 /秒” (Mbps) 或 “ 千兆位 /秒 ” (Gbps)等n 信道帶寬 (也稱(chēng)為信道容量 , bandwidth)n 一個(gè)信道允許的最大數(shù)據(jù)傳輸速率n 信道帶寬與采用的傳輸介質(zhì)、傳輸距離、多路復(fù)用方法、調(diào)制解調(diào)方法等密切相關(guān)n 誤碼率 (error rate)n 指數(shù)據(jù)傳輸中規(guī)定時(shí)間內(nèi)出錯(cuò)數(shù)據(jù)占被傳輸數(shù)據(jù)總數(shù)的比例n 端－端延遲 (endend delay)n 指數(shù)據(jù)從信源傳送到信宿所花費(fèi)的時(shí)間。62 第 1章 信息技術(shù)概述 光纖通信與無(wú)線(xiàn)通信（ 1） 傳輸介質(zhì)的類(lèi)型與特點(diǎn)（ 2） 光纖通信（ 3） 無(wú)線(xiàn)通信63 第 1章 信息技術(shù)概述傳輸介質(zhì)的類(lèi)型與特點(diǎn)介質(zhì) 類(lèi)型 特點(diǎn) 應(yīng)用金屬導(dǎo)體雙絞線(xiàn) 成本低，易受外部高頻電磁波干擾，誤碼率較高；傳輸距離有限固定電話(huà)本地回路、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)同軸電纜 傳輸特性和屏蔽特性良好，可作為傳輸干線(xiàn)長(zhǎng)距離傳輸載波信號(hào)，但成本較高固定電話(huà)中繼線(xiàn)路、有線(xiàn)電視接入光導(dǎo)纖維光纜 傳輸損耗小，通訊距離長(zhǎng)，容量大， 屏蔽特性非常好， 不易被竊聽(tīng)，重量輕，便于運(yùn)輸和鋪設(shè)。缺點(diǎn)是精確連接兩根光纖很困難電話(huà)、電視等通信系統(tǒng)的遠(yuǎn)程干線(xiàn)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的干線(xiàn)無(wú)線(xiàn)電波微波紅外線(xiàn)激光建設(shè)費(fèi)用低，抗災(zāi)能力強(qiáng)，容量大，無(wú)線(xiàn)接入使得通信更加方便 .但易被竊聽(tīng)、易受干擾廣播，電視，移動(dòng)通信系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)64 第 1章 信息技術(shù)概述雙絞線(xiàn)和同軸電纜n 原理：利用電流 (電壓 )傳輸信息n 雙絞線(xiàn)分類(lèi)n 3類(lèi)線(xiàn) (10 Mb/s)； 5類(lèi)線(xiàn) (100Mb/s)； 6類(lèi)線(xiàn) (200Mb/s)n 無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn) (UTP)；屏蔽雙絞線(xiàn) (STP)同軸電纜內(nèi)層導(dǎo)線(xiàn)金屬屏蔽 外絕緣層絕緣體n 同軸電纜分類(lèi)n 基帶同軸電纜（ 50Ω ）n 傳輸數(shù)字信號(hào)n 寬帶同軸電纜（ 75Ω ）n 傳輸模擬信號(hào)信號(hào)線(xiàn) 地線(xiàn)套管無(wú)屏蔽雙絞線(xiàn)65 第 1章 信息技術(shù)概述光纖與光纜多根光纖保護(hù)層防止光泄漏的吸收外殼起保護(hù)作用的防護(hù)層 外絕緣層光線(xiàn)光波在光纖中的傳播n 光導(dǎo)纖維（ 光線(xiàn)的入射角足夠大時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)全反射，重復(fù)此過(guò)程，光就沿著光纖傳播下去 ） 纖芯 包層 保護(hù)層光波n 光纜光 纖保護(hù)層66 第 1章 信息技術(shù)概述光纖通信原理電信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路光源 中繼器 輸出電路 電信號(hào)發(fā)送單元 (電 /光轉(zhuǎn)換 ) 傳輸單元 接收單元 (光 /電轉(zhuǎn)換 )光調(diào)制器光纖 光纖放大電路光檢測(cè)器n 光纖主要用于傳輸數(shù)字信號(hào)， 0信號(hào)或 1信號(hào)直接對(duì)光進(jìn)行調(diào)制 (即控制激光的通或斷 —— 幅移鍵控 ASK)n 光波的頻率為 1014～ 1015Hz，目前一束光每秒能攜帶 10G的二進(jìn)位信號(hào)，通過(guò)波分多路復(fù)用（ WDM）技術(shù)還可達(dá)到更大的通信容量 在發(fā)送端，由需要傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)（電信號(hào)）去驅(qū)動(dòng)一個(gè)光源（半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極管），并對(duì)發(fā)出的光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制在接收端，信號(hào)經(jīng)放大后由光檢測(cè)器（半導(dǎo)體光電管）進(jìn)行檢測(cè)、解調(diào)，轉(zhuǎn)換成電信號(hào)之后輸出調(diào)制后的光信號(hào)通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸，為了補(bǔ)償光纖線(xiàn)路的損耗，消除信號(hào)失真和噪聲干擾，每隔一定的距離要接入中繼器67 第 1章 信息技術(shù)概述波分多路復(fù)用 (Wave Division Multiplexing, WDM) n 為提高傳輸效率， 1根光纖中可以同時(shí)傳輸幾種不同波長(zhǎng)的光波，每種光波各自傳輸自己所攜帶的信息，速率可達(dá)到 40G100Gbit/sn 原理：光纖發(fā)送端有 N個(gè)發(fā)送單元，它們各自發(fā)出不同波長(zhǎng)的光波通過(guò)復(fù)用器（稱(chēng)為合波器）合并起來(lái)，進(jìn)入同一根光纖進(jìn)行傳輸接收端用分路器 (稱(chēng)為分波器 )將不同波長(zhǎng)的光分開(kāi)，分別送到各自的光電檢測(cè)器恢復(fù)出原始信號(hào) 示意圖復(fù)合光68 第 1章 信息技術(shù)概述光纖通信的發(fā)展與應(yīng)用n 從上世紀(jì) 80年代起，世界各國(guó)開(kāi)始大規(guī)模鋪設(shè)光纖通信線(xiàn)路，光纖傳輸網(wǎng)已經(jīng)成為幾乎所有現(xiàn)代通信的基礎(chǔ)平臺(tái)n 高速光纖數(shù)字傳輸線(xiàn)路采用統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，稱(chēng)為同步數(shù)字系列(SDH)，又稱(chēng)為同步光纖網(wǎng) (SONET)，它既是電話(huà)和有線(xiàn)電視的骨干傳輸網(wǎng)，又是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的骨干網(wǎng)n SDH的速率等級(jí)： SDH模 塊 （歐 /亞 ） SONET模 塊 （北美） 速率（ Mbps） 話(huà) 路數(shù)目STM0 OC1。 STS1 810STM1 OC3。 STS3 2430STM4 OC12。 STS12 9720STM16 OC48。 STS48 38880STM64 OC192, STS192 Gbit/s 15552069 第 1章 信息技術(shù)概述無(wú)線(xiàn)通信n 原理： 模擬 信號(hào)或數(shù)字信號(hào) 使用電磁波 調(diào)制后進(jìn)行 傳輸104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 Hz雙絞線(xiàn)同軸電纜AM廣播 FM廣播和 TV衛(wèi)星地面微波 光纖紫外線(xiàn)紅外線(xiàn) 可見(jiàn)光微波無(wú)線(xiàn)電波超短波中波 短波電磁波的種類(lèi)與頻率范圍 無(wú)線(xiàn)電波 : 104 ～ 1011 (Hz) 中波： ～ 3 (MHz) 短波： 3 ～ 30 (MHz) 超短波： 30 ～ 300 (MHz) 微波： ～ 300 (GHz) 紅外線(xiàn)： 1011 ～ 1014 (Hz) 可見(jiàn)光： 1014 (Hz) 紫外線(xiàn)： 1014 ～ 1016 (Hz) 無(wú)線(xiàn)廣播電視、通信通信70 第 1章 信息技術(shù)概述微波通信n 微波： 300MHz～ 300GHz范圍內(nèi)的電磁波，波長(zhǎng)為 1 m～ 1mmn 特點(diǎn)：n 直線(xiàn)傳 播 ， 不能沿地球表面?zhèn)鞑ィo(wú)繞射性），需要每隔幾十公里設(shè)立一個(gè)中繼站n 容量大、可靠性高n 建設(shè)費(fèi)用低n 抗災(zāi)能力強(qiáng)n 應(yīng)用：長(zhǎng)途電話(huà)、蜂窩移動(dòng)電話(huà)、全數(shù)字高清晰度電視 （ HDTV） 等71 第 1章 信息技術(shù)概述衛(wèi)星通信n 衛(wèi)星通信 : 中繼站在人造地球衛(wèi)星上的一種微波通信n 優(yōu)點(diǎn)：通信距離遠(yuǎn)、頻帶寬、容量大、抗干擾強(qiáng)、通信穩(wěn)定n 缺點(diǎn)：造價(jià)高、技術(shù)復(fù)雜、有較大延時(shí)、同步軌道衛(wèi)星數(shù)目?jī)H 180顆通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星地面站地面站 1地面站地面站 2地地 球球衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星衛(wèi)星 衛(wèi)星衛(wèi)星地球地球35800公公里里赤道上方高度為 35800公里的地方為 地球同步軌道 ， 衛(wèi)星的運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)一圈的周期相同 ，在地面上看這種衛(wèi)星好似靜止不動(dòng)。一顆同步軌道衛(wèi)星覆蓋約 120176。， 3顆同步定點(diǎn)軌道衛(wèi)星 可以覆蓋地球的幾乎全部面積，進(jìn)行二十四小時(shí)的全天候通信72 第 1章 信息技術(shù)概述 移動(dòng)通信（ 1） 什么是移動(dòng)通信（ 2） 移動(dòng)通信原理（ 3） 第 2代和第 3代移動(dòng)通信73 第 1章 信息技術(shù)概述什么是移動(dòng)通信？n 處于移動(dòng)狀態(tài)的對(duì)象相互間的通信，如手機(jī)、無(wú)繩電話(huà)、尋呼系統(tǒng)等n 優(yōu)點(diǎn)：克服通信終端位置對(duì)用戶(hù)的限制，快速和及時(shí)地傳遞信息基站移動(dòng)臺(tái)（手機(jī)）移動(dòng)電話(huà)交換中心 公用電話(huà)網(wǎng)74 第 1章 信息技術(shù)概述蜂窩移動(dòng)通信原理n 每 10km～ 20km的區(qū)域稱(chēng)為單元（形似蜂窩），單元的中央建有一個(gè)基站，該單元內(nèi)所有手機(jī)都向該基站發(fā)送信號(hào)并接收基站發(fā)給的信號(hào)n 所有單元既相互分割，又彼此有所交疊，連成整個(gè)移動(dòng)通信服務(wù)網(wǎng)n 所有基站都通過(guò)微波或電纜、光纜與移動(dòng)交換中心通信n 手機(jī)每個(gè)時(shí)刻都處于某個(gè)特定單元的基站控制之下，通話(huà)時(shí)使用兩個(gè)頻率（一個(gè)上行頻率，一個(gè)下行頻率），同一單元內(nèi)同一時(shí)刻的不同手機(jī)使用不同的頻率進(jìn)行通信，相互不影響n(yōu) 每個(gè)蜂窩單元中有 200多個(gè)信道 (GSM)。n 相鄰單元不允許使用相同的頻率 ， 不相鄰單元的頻率 允許 重用移動(dòng)交換中心電話(huà)交換中心75 第 1章 信息技術(shù)概述第二代 移動(dòng)通信系統(tǒng)n 傳輸?shù)氖菙?shù)字化的語(yǔ)音 /文字信號(hào)n 使用頻段： 900MHz/1800MHzn 我國(guó)使用的 2種標(biāo)準(zhǔn)：n GSM（歐洲移動(dòng)通信系統(tǒng)，也稱(chēng)全球通、全數(shù)字系統(tǒng) )n 中國(guó)電信的 GSM網(wǎng)已基本實(shí)現(xiàn)縣以上城市的覆蓋 , 接入號(hào)有 139～ 13 130n 采用頻分多路復(fù)用技術(shù) (分為 124個(gè)上下行信道 )和時(shí)分多路復(fù)用 (每個(gè)信道 8個(gè)連接 )，每個(gè)蜂窩理論上支持 992個(gè)連接，實(shí)際上可有 200多個(gè)n CDMA (碼分多址接入， Code Division Multiple Access)n 所有手機(jī)都占用相同帶寬和頻率，在整個(gè)頻段上進(jìn)行信號(hào)傳輸