現(xiàn)代通信技術1(概述數(shù)字通信).ppt

現(xiàn)代通信技術 (本科生用),通信學院 ：韓曉冰副教授 TelE-mail: ,2004-3,2,本課主要內(nèi)容,通信基本概念（各種通信技術概念） 數(shù)字通信（各種通信技術原理） 通信系統(tǒng)（衛(wèi)星、移動、光纖） INTERNET與INTRANET 寬帶網(wǎng)絡技術 通信與數(shù)字化,2004-3,3,第一章：概論,1.1通信的基本概念 通信：信息的交流。 通信的目標：任何人、任何時間、 任何地點與其他人進行任何 種類的信息交流。 通信技術內(nèi)容： 信息的處理、交換和傳輸。,2004-3,4,通信系統(tǒng)模型,2004-3,5,各個部分的作用：,信源：發(fā)出信息的源頭 處理與編碼：聲電、光電變換 發(fā)射設備：變頻、電光變換 傳輸媒質：空間、電纜、光纜 接收設備：變頻、光電變換 解碼與處理：電聲、電光變換 信宿：接收信息的,2004-3,6,1.2 傳輸技術,有線傳輸技術 明線、雙絞線、同軸電纜、光(纖)纜。 無線傳輸技術 長波、中波、短波、超短波、微波。,2004-3,7,無線電波段劃分,2004-3,8,傳輸技術原理,有線傳輸 電平、編碼、 模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制。 電壓信號為主：明線、雙絞線 場信號為主：同軸電纜、光(纖)纜,2004-3,9,無線傳輸 電波傳播原理：擴散原理。,涉及內(nèi)容：編碼、調(diào)制、發(fā)射、天線技術等,2004-3,10,1.3 交換技術,分類： 電路交換：空分、時分等。 分組交換：包交換。 應用： PSTN（公用電話交換網(wǎng)）-時分 LAN（局域網(wǎng)）-包交換。,2004-3,11,電路交換方式：,電話交換網(wǎng),功能實現(xiàn)：電話交換機內(nèi)有電子交換矩陣實現(xiàn)空分 電子開關實現(xiàn)時分 特點：實時 構成：用戶終端（電話機等）、程控交換機、 傳輸線路（雙絞線、微波、光纜）,2004-3,12,分組交換方式：,功能實現(xiàn)：存儲式交換。 特點：非實時 構成：用戶終端（計算機等）、數(shù)據(jù)交換機、 傳輸線路（雙絞線、微波、光纜）,2004-3,13,兩者的區(qū)別：,終端設備 交換方式 速率 協(xié)議,2004-3,14,標準和標準化組織,1. 美國國家標準協(xié)會（ANSI） 美國國家標準協(xié)會。ANSI標準廣泛應用于各個領域如 ANSICOBOI和 ANSIC，光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）等。 2. 國際標準化組織（ISO） 國際標準化組織是和美國國家標準協(xié)會合作的一個國際標準組織（ISO的縮寫來源于它的法文名稱）。國際標準化組織是制定標準的組織，最有意義的工作就是對開放系統(tǒng)的研究。具有七層協(xié)議結構的開放系統(tǒng)互聯(lián)模型（OSI）就是一個眾所周知的例子。每個國家的國家標準制定組織都是這個組織的成員。 3. 國際電信聯(lián)盟（ITU） 是聯(lián)合國的一個專門機構，是國際電信界最權威的標準制修訂組織，總部設在瑞士的日內(nèi)瓦。這個委員會對世界范圍的電話、電報、數(shù)據(jù)通信、衛(wèi)星和無線通信設備提出技術性的建議。下設電信標準化部門有ITU-T（電報電話小組）、ITU-R（無線電小組）。,2004-3,15,4. 電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE） IEEE是世界上最大的專業(yè)技術團體，由計算機和工程學專業(yè)人士組成。這個協(xié)會已經(jīng)開發(fā)的標準有 IEEE 8023（以太網(wǎng)絡標準）、IEEE 8024（利令牌總線網(wǎng)絡標準）IEEE 8025（令牌環(huán)形網(wǎng)絡標準）和IEEE10031（可移植的操作系統(tǒng)）。 5. 電子工業(yè)協(xié)會（EIA） 電子工業(yè)協(xié)會是另一個與電氣標準制定有關的組織，該協(xié)會已經(jīng)制定了許多標準，但最為人知的是連接裝置的標準。RS32和B5449標準在今天的數(shù)據(jù)通信設備中被廣泛使用。這個組織的成員主要是電信設備和其他電子設備的生產(chǎn)者。 6. 國際電子技術委員會（IE） 國際電子技術委員會是一個非政府結構，它為辦公室設備的互聯(lián)、安全以及數(shù)據(jù)處理制定標準。該組織參與了圖像專家聯(lián)合組（JPEG），為圖像壓縮制定標準。 7國際標準和技術協(xié)會（NIST） 其前身是美國的國家標準局（NBS），是美國商業(yè)部下屬的一個機構，發(fā)布標準。N IST關于安全技術方面的一個重要貢獻是數(shù)據(jù)加密標準（DES）。,2004-3,16,1.4 復用技術,分類： 頻分復用FDM、時分復用TDM、 統(tǒng)計時分復用STDM。 1、頻分復用FDM,2004-3,17,2、時分復用TDM,2004-3,18,3、統(tǒng)計時分復用STDM,2004-3,19,1.5 通信技術的發(fā)展,數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化、可視化。 計算機技術、通信技術、控制技術、感測技術 研究熱點：寬帶IP網(wǎng)絡技術IPv6、 移動通信技術3G、 無線網(wǎng)絡技術WLAN,2004-3,20,2004-3,21,第二章：數(shù)字通信技術,2.1基本概念 1、數(shù)據(jù)（定義）：依照通信協(xié)議，在兩個功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)信息。 2信息：對數(shù)據(jù)內(nèi)容的表達和解釋。 3信號：對數(shù)據(jù)的電磁和電子編碼。 4傳輸：信號的數(shù)據(jù)傳遞。 5比特率（Rb）比特（bit，b）是二進制數(shù)字的縮寫,比特率（bits）是指在網(wǎng)絡上每秒鐘傳送多少個比特。 6數(shù)據(jù)傳輸速率 7頻率:每秒的周期數(shù) 8頻帶寬度：指一個頻率范圍，用赫茲(HZ)表示。,2004-3,22,2.2數(shù)字通信系統(tǒng)的構成和優(yōu)點,構成,2004-3,23,優(yōu)點 抗干擾能力強； 便于差錯控制； 便于加密； 便于使用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術； 便于綜合傳輸各種消息；,2004-3,24,2.3編碼,2.3.1數(shù)字編碼 1不歸零編碼 2曼徹斯特編碼 2.3.2語音編碼 1.波形編碼: DM(增量調(diào)制)、ADM（自適應增量調(diào)制）、PCM（脈沖編碼調(diào)治）、ADPCM（自適應脈沖編碼調(diào)治）、LPC（線性預測編碼）、VQ（矢量量化）等. 2.參數(shù)編碼: CELP（碼激勵線性預測編碼）、子帶編碼等.,1 0 1,2004-3,25,應用情況: 程控電話: ITU-T G.727標準,32kb/s ADPCM、 64kb/s PCM。 全球通GSM： 13kb/s RPE-LTP（長時預測）。 IS-54、TDMA（北美）： 8kb/s VSELP（向量激勵）。 CDMA： 8kb/s QCELP。 可視電話、電視會議：視頻標準ITU-T G723.1 語音標準G.723.1 6.3kb/s LD-CELP（低時延碼激勵） G.723.1 5.3kb/s CS-ACELP（共軛結構代數(shù)碼激勵） IP語音：美國聯(lián)邦標準1015 2.4kb/s MELP（混合激勵） 研究發(fā)展 速率更低,失真更小。,2004-3,26,2.3.3 數(shù)據(jù)編碼 要求:被編碼成適合傳輸?shù)母袷?1. ASCII碼:美國標準信息交換碼 （American Standard Code for Information Interchange） 2. EBCDIC碼:擴展二進制編碼, 用于IBM大型機和外圍設備。 3. 莫爾斯碼: 代碼由一系列的點和劃組成。 4.博多碼: 用于電報和直通電報通信中。 5.BCD碼:二_十進制碼 ,用于早期的IBM大型機中。 2.3.4 視頻編碼 分為活動圖象和靜止圖象。 1.靜止圖象編碼：MHC（霍夫曼）、MRC（二維）、MMRC（改進二維 ）、JBIG（聯(lián)合二值圖象專家組算術碼）、JPEG（聯(lián)合影象專家組）、JPEG-2000等。,2004-3,27,2.活動圖象編碼： MPEG（活動圖象專家組）：制定的技術標準有MPEG-1（1993）、MPEG-2（1994）、MPEG-4（1999）、MPEG-7（1999）。 ITU-T: MHEG（多媒體信息編碼專家組）視頻壓縮算法H.261(1996)H.320 (ISDN)、H.323(LAN/IP) ， H.262(1996) H.310 (ATM/B-ISDN) ，H.263(1995) H.324 (PSTN) 。 一般采用幀間預測技術、運動補償技術。,HDTV: 1920*1080*30*8=498Mb/s VCD: 1.5Mb/s DVD: 36Mb/s,2004-3,28,2.4調(diào)制和解調(diào),要求的提出：家庭中的計算機要上網(wǎng)。 電話線傳送的計算機數(shù)據(jù) 2.4.1調(diào)制方式 分類: 模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制；頻率調(diào)制、幅度調(diào)制、相位調(diào)制。,2004-3,29,例如： 模擬調(diào)制：AM、FM。 數(shù)字調(diào)制：ASK（幅移鍵控 ）、FSK（頻移鍵控 ）、PSK（相移鍵控 ）、QAM（正交調(diào)幅 ）、DMT（離散多音調(diào)制 ）等。 FSK（頻移鍵控 ）原理,2004-3,30,PSK（相移鍵控 ）原理 所謂PSK就是根據(jù)數(shù)字基帶信號的兩個電平使載波相位在兩個不同的數(shù)值之間切換的一種相位調(diào)制方法。 有2PSK（BPSK）、4PSK（QPSK）、8PSK等。 調(diào)制效率與調(diào)制方式的關系：2n n越大效率越高. 信號的形式：模擬、數(shù)字？,0,1,2PSK,2004-3,31,2.5同步技術,所謂同步就是要求建立系統(tǒng)的收發(fā)兩端在時間上保持 步調(diào)一致。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中涉及到的同步主要有載波 同步、位（碼元）同步和群（碼組、幀）同步。 對數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)來說，最基本的、必不可少的同步是 收發(fā)兩端的時鐘同步（位同步），這是所有同步的基礎。 實現(xiàn)的方法通常有： ）頻分制傳輸 ）時分制傳輸 3）自同步法 目前大部分系統(tǒng)采用自同步法來實現(xiàn)同步 。,2004-3,32,2.6復用技術,所謂多路復用，是指在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，允許兩個或兩個以上 的數(shù)據(jù)源共享一個公共傳輸媒介，就像每個數(shù)據(jù)源都有它自己的信 道一樣。 多路復用是一種將若干個彼此無關的信號合并為一個能在一條 共用信道上傳輸?shù)膹秃闲盘柕姆椒?。通?？煞譃闀r分復用（TDM）、 頻分復用（FDM）和碼分復用（CDM）等。 1、FDM ：該技術用于模擬信號。是一種按頻率來劃分信道的復用方式，它把整個物理媒介的傳輸頻帶，按一定的頻率間隔劃分為若干較窄的頻帶，每個窄頻帶構成一個子通道。 在通信網(wǎng)中，有大量的頻分多路復用系統(tǒng)。傳輸數(shù)據(jù)信號時，必須先對數(shù)據(jù)信號進行調(diào)制，然后才能通過頻分多路復用設備復合成多路數(shù)據(jù)復用信號進行傳輸。 如微波傳輸系統(tǒng)、GSM等。,2004-3,33,FDM原理： 0 f1：通道1； f1 f2：通道2； f2 f3：通道3。 信道有載波、頻分短波、頻分微波、頻分衛(wèi)星等。 2、TDM：把許多輸入信號結合起來，并一起傳送出去。按一定的時間隔劃分為若干較窄的時隙，每個時隙構成一個子通道。保持了信號物理上的獨立性，而從邏輯上把它們結合在一起。,0,f1,f2,f3,頻率,2004-3,34,TDM原理： 通道1； 通道2； 通道3； 通道4 。 在TDM中，由于采用的技術不同，又可分為同步時分復用、異 步時分復用（ATOM）、統(tǒng)計時分復用（STDM）或智能時分復用 （AM）等。 信道主要有時分基帶、時分短波、時分微波和時分衛(wèi)星等。,2004-3,35,3、CDM：多用在無線通信系統(tǒng)中。每個用戶在通信期間占用所有的頻率和所有時間，但不同用戶具有不同的正交碼形，用以區(qū)分不同用戶的信息，避免互相干擾。 由于不同用戶之間的信息傳遞是通過正交碼來隔離的，因而在蜂窩系統(tǒng)中，相鄰蜂窩可以使用相同的頻率譜，具有最高的頻率利用率。但復雜度稍高。正在成為第三代移動通信系統(tǒng)的主流制式。 4、SDM：也多用在無線通信系統(tǒng)中。每個用戶在通信期間，可以占有所有或部分的頻率、所有或部分時間、所有或部分碼形，但只占有特定的空間（方向）。 混合復用信道。在現(xiàn)在和將來的新系統(tǒng)中，很少有單獨采用以上任何一種方式的，基本上都是幾種基本方式的組合，即混合復用信道。該種信道會隨著技術的不斷進步，優(yōu)越性越來越顯著而廣泛應用。,2004-3,36,2.7信道工作方式,數(shù)據(jù)通信可以有單工、全雙工和半雙工三種了作方式，與之相匹配，適應三種工作方式的信道也可分成三種： （1）單向（單工）信道：只能沿一個固定方向傳輸?shù)男诺溃?