現代通信技術1(概述數字通信).ppt

現代通信技術 (本科生用),通信學院 ：韓曉冰副教授 TelE-mail: ,2004-3,2,本課主要內容,通信基本概念（各種通信技術概念） 數字通信（各種通信技術原理） 通信系統(tǒng)（衛(wèi)星、移動、光纖） INTERNET與INTRANET 寬帶網絡技術 通信與數字化,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、 模擬調制、數字調制。 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。,涉及內容：編碼、調制、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）-時分 LAN（局域網）-包交換。,2004-3,11,電路交換方式：,電話交換網,功能實現：電話交換機內有電子交換矩陣實現空分 電子開關實現時分 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：存儲式交換。 特點：非實時 構成：用戶終端（計算機等）、數據交換機、 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 協議,2004-3,14,標準和標準化組織,1. 美國國家標準協會（ANSI） 美國國家標準協會。ANSI標準廣泛應用于各個領域如 ANSICOBOI和 ANSIC，光纖分布式數據接口（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。具有七層協議結構的開放系統(tǒng)互聯模型（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. 國際電信聯盟（ITU） 是聯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瓦。這個委員會對世界范圍的電話、電報、數據通信、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。這個協會已經開發(fā)的標準有 IEEE 8023（以太網絡標準）、IEEE 8024（利令牌總線網絡標準）IEEE 8025（令牌環(huán)形網絡標準）和IEEE10031（可移植的操作系統(tǒng)）。 5. 電子工業(yè)協會（EIA） 電子工業(yè)協會是另一個與電氣標準制定有關的組織，該協會已經制定了許多標準，但最為人知的是連接裝置的標準。RS32和B5449標準在今天的數據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、安全以及數據處理制定標準。該組織參與了圖像專家聯合組（JPEG），為圖像壓縮制定標準。 7國際標準和技術協會（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據加密標準（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,數字化、網絡化、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網絡技術IPv6、 移動通信技術3G、 無線網絡技術WLAN,2004-3,20,2004-3,21,第二章：數字通信技術,2.1基本概念 1、數據（定義）：依照通信協議，在兩個功能單元之間傳遞數據信息。 2信息：對數據內容的表達和解釋。 3信號：對數據的電磁和電子編碼。 4傳輸：信號的數據傳遞。 5比特率（Rb）比特（bit，b）是二進制數字的縮寫,比特率（bits）是指在網絡上每秒鐘傳送多少個比特。 6數據傳輸速率 7頻率:每秒的周期數 8頻帶寬度：指一個頻率范圍，用赫茲(HZ)表示。,2004-3,22,2.2數字通信系統(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； 便于使用現代數字信號處理技術； 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(增量調制)、ADM（自適應增量調制）、PCM（脈沖編碼調治）、ADPCM（自適應脈沖編碼調治）、LPC（線性預測編碼）、VQ（矢量量化）等. 2.參數編碼: 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（共軛結構代數碼激勵） IP語音：美國聯邦標準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 數據編碼 要求:被編碼成適合傳輸的格式 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（聯合二值圖象專家組算術碼）、JPEG（聯合影象專家組）、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調制和解調,要求的提出：家庭中的計算機要上網。 電話線傳送的計算機數據 2.4.1調制方式 分類: 模擬調制和數字調制；頻率調制、幅度調制、相位調制。,2004-3,29,例如： 模擬調制：AM、FM。 數字調制：ASK（幅移鍵控 ）、FSK（頻移鍵控 ）、PSK（相移鍵控 ）、QAM（正交調幅 ）、DMT（離散多音調制 ）等。 FSK（頻移鍵控 ）原理,2004-3,30,PSK（相移鍵控 ）原理 所謂PSK就是根據數字基帶信號的兩個電平使載波相位在兩個不同的數值之間切換的一種相位調制方法。 有2PSK（BPSK）、4PSK（QPSK）、8PSK等。 調制效率與調制方式的關系：2n n越大效率越高. 信號的形式：模擬、數字？,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 步調一致。在數據通信系統(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。 對數據通信系統(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同步 。,2004-3,32,2.6復用技術,所謂多路復用，是指在數據傳輸系統(tǒng)中，允許兩個或兩個以上 的數據源共享一個公共傳輸媒介，就像每個數據源都有它自己的信 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 共用信道上傳輸的復合信號的方法。通常可分為時分復用（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。 在通信網中，有大量的頻分多路復用系統(tǒng)。傳輸數據信號時，必須先對數據信號進行調制，然后才能通過頻分多路復用設備復合成多路數據復用信號進行傳輸。 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,數據通信可以有單工、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的信道，