第一章 信息技術(shù)概述w課件

1、1計算機專轉(zhuǎn)本計算機專轉(zhuǎn)本（南師大）（南師大）徐建軍徐建軍應(yīng)天職業(yè)技術(shù)學院校級精品課程第一章第一章 信息技術(shù)概述信息技術(shù)概述3第一章第一章 信息技術(shù)概述信息技術(shù)概述1.1 1.1 信息與信息技術(shù)信息與信息技術(shù)1.2 1.2 微電子技術(shù)簡介微電子技術(shù)簡介1.3 1.3 通信技術(shù)入門通信技術(shù)入門1.4 1.4 數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字技術(shù)基礎(chǔ)1.1 1.1 信息與信息技術(shù)信息與信息技術(shù)F什么是信息什么是信息F信息處理與信息技術(shù)信息處理與信息技術(shù)F信息處理系統(tǒng)信息處理系統(tǒng)5什麼是信息？什麼是信息？(1) 信息同物質(zhì)和能源一樣，是人們賴信息同物質(zhì)和能源一樣，是人們賴以生存與發(fā)展的重要資源。人類通過信以生存與發(fā)

2、展的重要資源。人類通過信息認識各種事物，借助信息的交流溝通息認識各種事物，借助信息的交流溝通人與人之間的聯(lián)系，互相協(xié)作，從而推人與人之間的聯(lián)系，互相協(xié)作，從而推動社會前進。動社會前進。 信息概述信息概述6日常生活中信息的幾種解釋：日常生活中信息的幾種解釋：語言、文字、圖畫、照片等表示的內(nèi)容（新聞?wù)Z言、文字、圖畫、照片等表示的內(nèi)容（新聞、消息或知識）、消息或知識）讀書、上課、交談等所學習和了解的知識、方讀書、上課、交談等所學習和了解的知識、方法、事實和情況法、事實和情況為了做判斷、訂計劃或求解問題等所需要的數(shù)為了做判斷、訂計劃或求解問題等所需要的數(shù)據(jù)、資料據(jù)、資料什麼是信息？什麼是信息？(1)7

3、中國大百科全書的解釋：從認識論層次來中國大百科全書的解釋：從認識論層次來看，信息是指認識主體所感知或主體所表看，信息是指認識主體所感知或主體所表述的述的 “ “事物運動的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式事物運動的狀態(tài)及狀態(tài)變化的方式” ” 信息因它所表達的內(nèi)容而有一定的價值，信息因它所表達的內(nèi)容而有一定的價值，也因能相互交流而體現(xiàn)其作用也因能相互交流而體現(xiàn)其作用信息有多種表現(xiàn)形式，語言、文字、聲音信息有多種表現(xiàn)形式，語言、文字、聲音、圖片等都是信息的表現(xiàn)形式、圖片等都是信息的表現(xiàn)形式( (載體載體) )信息與物質(zhì)和能量同樣重要，它是人們認信息與物質(zhì)和能量同樣重要，它是人們認識世界、改造世界的一種基本識世界

4、、改造世界的一種基本資源資源什麼是信息？什麼是信息？(2)(2)8什麼是信息？什麼是信息？(2)(2)l 可傳遞性和共享性可傳遞性和共享性l 信息必須依附于載體信息必須依附于載體l 信息的可處理性信息的可處理性 信息的主要特征信息的主要特征9什么是信息處理？什么是信息處理？信息處理指的是與下列內(nèi)容相關(guān)的行為和信息處理指的是與下列內(nèi)容相關(guān)的行為和活動：活動：信息的收集信息的收集( (如信息的感知、測量、獲取、輸如信息的感知、測量、獲取、輸入等入等) )信息的加工信息的加工( (如信息的分類、計算、分析、轉(zhuǎn)如信息的分類、計算、分析、轉(zhuǎn)換等換等) )信息的存儲信息的存儲( (如書寫、攝影、錄音、錄像

5、等如書寫、攝影、錄音、錄像等) )信息的傳遞信息的傳遞( (如郵寄、電報、電話等如郵寄、電報、電話等 ) )信息的施用信息的施用( (如控制、顯示等如控制、顯示等) ) 10人工進行信息處理的過程人工進行信息處理的過程 人工信息處理的不足： 算不快 記不住 傳不遠 看（聽）不清事物事物客體客體信息獲取信息獲取(感覺器官感覺器官)信息加工與信息加工與存儲存儲(大腦大腦)信息傳遞信息傳遞(神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng))信息施用信息施用(效應(yīng)器官效應(yīng)器官)信息傳遞信息傳遞(神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)系統(tǒng))信息技術(shù)（信息技術(shù)（IT）手手/腳腳/身身眼眼/耳耳/鼻鼻/舌舌/身身11信息技術(shù)信息技術(shù)信息技術(shù)：用來擴展人的信息器官功

6、能信息技術(shù)：用來擴展人的信息器官功能、協(xié)助人們進行信息處理的一類技術(shù)。、協(xié)助人們進行信息處理的一類技術(shù)。人的信息器官及功能：人的信息器官及功能： 感覺器官（眼耳鼻舌身）感覺器官（眼耳鼻舌身）獲取信獲取信息息 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳遞信息傳遞信息 思維器官（大腦）思維器官（大腦）處理信息并再處理信息并再生信息生信息 效應(yīng)器官（手腳）效應(yīng)器官（手腳）施用信息施用信息12基本信息技術(shù)基本信息技術(shù)感知與識別技術(shù)感知與識別技術(shù)擴展感覺器官功擴展感覺器官功能能, , 提高人們的感知范圍、感知精度提高人們的感知范圍、感知精度和靈敏度和靈敏度通信技術(shù)與存儲技術(shù)通信技術(shù)與存儲技術(shù)擴展神經(jīng)網(wǎng)擴展神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)功能絡(luò)功能,

7、, 消除人們交流信息的空間和消除人們交流信息的空間和時間障礙時間障礙計算處理技術(shù)計算處理技術(shù)擴展思維器官功能擴展思維器官功能, , 增強人們的信息加工處理能力增強人們的信息加工處理能力控制與顯示技術(shù)控制與顯示技術(shù)擴展效應(yīng)器官功擴展效應(yīng)器官功能，能，增強人們的信息控制能力增強人們的信息控制能力13信息技術(shù)的發(fā)展歷史信息技術(shù)的發(fā)展歷史語言的形成和使用語言的形成和使用 文字的創(chuàng)造文字的創(chuàng)造 印刷技術(shù)的發(fā)明印刷技術(shù)的發(fā)明 望遠鏡、顯微鏡望遠鏡、顯微鏡 電報和電話通信電報和電話通信 廣播、電視廣播、電視 雷達、雷達、衛(wèi)星（遙感感測）衛(wèi)星（遙感感測） 計算機計算機、機器人、機器人 因特網(wǎng)（因特網(wǎng)（Inte

8、rnetInternet） 14現(xiàn)代信息技術(shù)現(xiàn)代信息技術(shù) 3 3大特征：大特征：采用電子技術(shù)（包括激光技術(shù)）采用電子技術(shù)（包括激光技術(shù)）進行信息的收進行信息的收集、傳遞、加工、存儲、顯示與控制集、傳遞、加工、存儲、顯示與控制以數(shù)字技術(shù)（計算機）為基礎(chǔ)以數(shù)字技術(shù)（計算機）為基礎(chǔ)以軟件為核心以軟件為核心 領(lǐng)域領(lǐng)域:微電子、通信、廣播、計算機、遙感遙測、自微電子、通信、廣播、計算機、遙感遙測、自動控制、機器人等動控制、機器人等15什么是信息處理系統(tǒng)？什么是信息處理系統(tǒng)？ 用于輔助人們進行信息獲取、傳遞、存儲、加工處理、控制及用于輔助人們進行信息獲取、傳遞、存儲、加工處理、控制及顯示顯示的綜合使用各種

9、信息技術(shù)的系統(tǒng)的綜合使用各種信息技術(shù)的系統(tǒng)，可以通稱為信息處理系，可以通稱為信息處理系統(tǒng)統(tǒng)通信通信/存儲存儲信息加工信息加工通信通信/存儲存儲控制與顯示控制與顯示感測與識別感測與識別信息處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信息處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)輸入輸入 輸出輸出16信息處理系統(tǒng)舉例信息處理系統(tǒng)舉例雷達：雷達： 以感測與識別為主要目的的系統(tǒng)以感測與識別為主要目的的系統(tǒng)電視電視/ /廣播：廣播： 以單向、點到多點（面）以單向、點到多點（面）的以信息傳遞為主要目的的系統(tǒng)的以信息傳遞為主要目的的系統(tǒng)電話：電話：以雙向、點到點的信息交互為主以雙向、點到點的信息交互為主要目的的系統(tǒng)要目的的系統(tǒng)銀行：銀行：以處理金融信息為目的的系統(tǒng)以處

10、理金融信息為目的的系統(tǒng)圖書館：圖書館：以信息收藏和檢索為主要目的以信息收藏和檢索為主要目的的系統(tǒng)的系統(tǒng)因特網(wǎng)：因特網(wǎng)：跨越全球的多功能信息處理系跨越全球的多功能信息處理系統(tǒng)統(tǒng) 1.2 1.2 微電子技術(shù)簡介微電子技術(shù)簡介F 微電子技術(shù)與集成電路微電子技術(shù)與集成電路F 集成電路的制造集成電路的制造F 集成電路的發(fā)展趨勢集成電路的發(fā)展趨勢F IC卡卡18(1)(1)微電子技術(shù)與集成電路微電子技術(shù)與集成電路 微電子技術(shù)是信息技術(shù)領(lǐng)域中微電子技術(shù)是信息技術(shù)領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)，是發(fā)展電子信息產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，是發(fā)展電子信息產(chǎn)業(yè)和各項高技術(shù)的基礎(chǔ)業(yè)和各項高技術(shù)的基礎(chǔ) 微電子技術(shù)的核心是集成電路微電子技術(shù)的核心是

11、集成電路技術(shù)技術(shù)19電子電路中元器件的發(fā)展演變電子電路中元器件的發(fā)展演變 微電子技術(shù)是以微電子技術(shù)是以集成電路集成電路為核心的電子技術(shù)，它是在電為核心的電子技術(shù)，它是在電子元器件小型化、微型化的過程中發(fā)展起來的。子元器件小型化、微型化的過程中發(fā)展起來的。晶體管晶體管(1948)中中/小規(guī)模小規(guī)模集成電路集成電路(1950s)大規(guī)模大規(guī)模/超大規(guī)模超大規(guī)模集成電路集成電路(1970s)電子管電子管(1904)20什么是集成電路？什么是集成電路？ 集成電路集成電路 (Integrated Circuit，簡稱，簡稱IC)：以半導體單晶片作為基片以半導體單晶片作為基片,采用平面工藝，將晶采用平面工藝

12、，將晶體管、電阻、電容等元器件及其連線所構(gòu)成的電體管、電阻、電容等元器件及其連線所構(gòu)成的電路制作在基片上所構(gòu)成的一個微型化的電路或系路制作在基片上所構(gòu)成的一個微型化的電路或系統(tǒng)統(tǒng) 集成電路的優(yōu)點：集成電路的優(yōu)點：體積小、重量輕體積小、重量輕功耗小、成本低功耗小、成本低速度快、可靠性高速度快、可靠性高超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路小規(guī)模集成電路21集成電路的分類集成電路的分類u按用途分：按用途分： 通用集成電路通用集成電路 專用集成電路專用集成電路（ASIC）u按電路的功能分：按電路的功能分： 數(shù)字集成電路數(shù)字集成電路 模擬集成電路模擬集成電路u按晶體管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分：按晶體

13、管結(jié)構(gòu)、電路和工藝分： 雙極型（雙極型（Bipolar）電路）電路 金屬氧化物半導體金屬氧化物半導體(MOS)電路電路 u按集成度按集成度(芯片中包含的元器件芯片中包含的元器件數(shù)目數(shù)目)分分:集成電路規(guī)模集成電路規(guī)模元器件數(shù)目元器件數(shù)目小規(guī)模集成電小規(guī)模集成電路（路（SSISSI）100100中規(guī)模集成電中規(guī)模集成電路（路（MSIMSI）10030001003000大規(guī)模集成電大規(guī)模集成電路（路（LSILSI）300010300010萬萬超大規(guī)模集成超大規(guī)模集成電路（電路（VLSIVLSI）1010萬萬100100萬萬極大規(guī)模集成極大規(guī)模集成電路（電路（ULSIULSI）100100萬萬22(

14、2)(2)集成電路的制造集成電路的制造( (選學選學) ) 集成電路的制造工序繁多，從原料熔煉開集成電路的制造工序繁多，從原料熔煉開始到最終產(chǎn)品包裝大約需要始到最終產(chǎn)品包裝大約需要400400多道工序，多道工序，工藝復(fù)雜且技術(shù)難度非常高，有一系列的關(guān)工藝復(fù)雜且技術(shù)難度非常高，有一系列的關(guān)鍵技術(shù)。許多工序必須在恒溫、恒濕、超潔鍵技術(shù)。許多工序必須在恒溫、恒濕、超潔凈的無塵廠房內(nèi)完成。凈的無塵廠房內(nèi)完成。 目前興建一個有兩條生產(chǎn)線能加工目前興建一個有兩條生產(chǎn)線能加工8 8英寸晶英寸晶圓的集成電路工廠需投資人民幣圓的集成電路工廠需投資人民幣10 10億元以上億元以上。 23集成電路的制造流程集成電路

15、的制造流程單晶硅錠經(jīng)切單晶硅錠經(jīng)切割、研磨和拋割、研磨和拋光后制成鏡面光后制成鏡面一樣光滑的圓一樣光滑的圓形薄片，稱為形薄片，稱為“硅拋光片硅拋光片”硅平面工藝包括氧化、光刻、硅平面工藝包括氧化、光刻、摻雜和互連等工序，最終在摻雜和互連等工序，最終在硅片上制成包含多層電路及硅片上制成包含多層電路及電子元件的集成電路。通常電子元件的集成電路。通常每一硅拋光片上可制作成百每一硅拋光片上可制作成百上千個獨立的集成電路，這上千個獨立的集成電路，這種整整齊齊排滿了集成電路種整整齊齊排滿了集成電路的硅片稱作的硅片稱作“晶圓晶圓”對晶圓上的每個對晶圓上的每個電路進行檢測，電路進行檢測，然后將晶圓切開然后將晶

16、圓切開成小片，把合格成小片，把合格的電路分類，再的電路分類，再封裝成一個個獨封裝成一個個獨立的集成電路立的集成電路進行成品測試，進行成品測試，按其性能參數(shù)按其性能參數(shù)分為不同等級，分為不同等級，貼上規(guī)格型號貼上規(guī)格型號及出廠日期等及出廠日期等標簽，成品即標簽，成品即可出廠可出廠硅拋光片硅拋光片單晶單晶硅錠硅錠24集成電路的集成電路的封裝封裝 集成電路集成電路封裝目的：封裝目的： 電功能、散熱功能、機械與化學保護功能電功能、散熱功能、機械與化學保護功能 常見的封裝方式：常見的封裝方式： 單列直插式（單列直插式（SIP） 雙列直插式雙列直插式 （DIP） 陣列式（陣列式（PGA） 塑料有引線芯片載

17、體（塑料有引線芯片載體（PLCC） 扁平貼片式扁平貼片式( QFP) 小外形封裝（小外形封裝（SOP） 25FC-PGA2 FC-PGA2 封裝方式封裝方式（Pentium 4 Pentium 4 處理器）處理器） 集成電路的集成電路的封裝形式封裝形式26ICIC集成度提高的規(guī)律集成度提高的規(guī)律Moore定律：單塊集成電路的集成度平均每18個月翻一番 (Gordon E.Moore,1965年)19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038

18、680486PentiumPentium IIPentium IIIPentium 4晶體管數(shù)晶體管數(shù)例例：Intel微處理器集成度的發(fā)微處理器集成度的發(fā)展展27集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢集成電路技術(shù)的發(fā)展趨勢19992001200420082014工藝(m)0.180.130.090.060.014晶體管(M)23.847.61355393500時鐘頻率(GHz)1.21.62.02.65510面積(mm2)340340390468901連線層數(shù)678910晶圓直徑(英寸)1212141618引腳數(shù)目7009573350功耗（w）9013018328進一步提高集成度的問題與出路進一步提高集成度的

19、問題與出路 問題：問題： 線寬進一步縮小后，晶體管線條小到線寬進一步縮小后，晶體管線條小到納米級納米級時，其電流微弱到僅有幾時，其電流微弱到僅有幾十個甚至幾個電子流動，晶體管將逼近其物理極限而無法正常工作十個甚至幾個電子流動，晶體管將逼近其物理極限而無法正常工作 出路：出路： 在在納米尺寸納米尺寸下，納米結(jié)構(gòu)會表現(xiàn)出一些新的下，納米結(jié)構(gòu)會表現(xiàn)出一些新的量子現(xiàn)象和效應(yīng)量子現(xiàn)象和效應(yīng)，人們正，人們正在利用這些量子效應(yīng)研制具有全新功能的在利用這些量子效應(yīng)研制具有全新功能的量子器件量子器件，使能開發(fā)出新的，使能開發(fā)出新的納米芯片納米芯片和和量子計算機量子計算機 同時，人們還在研究將自然界傳播速度最快的

20、同時，人們還在研究將自然界傳播速度最快的光光作為信息的載體，發(fā)作為信息的載體，發(fā)展光子學，研制展光子學，研制集成光路集成光路，或把電子與光子并用，實現(xiàn)，或把電子與光子并用，實現(xiàn)光電子集成光電子集成29集成電路的發(fā)展趨勢集成電路的發(fā)展趨勢u光子計算機光子計算機光能夠像電一樣來光能夠像電一樣來傳遞信息，甚至效果傳遞信息，甚至效果更好。而且，更重要更好。而且，更重要的一個特點在于它不的一個特點在于它不會和周圍環(huán)境發(fā)生相會和周圍環(huán)境發(fā)生相互干擾的作用?；ジ蓴_的作用。30(4) IC(4) IC卡簡介卡簡介幾乎每個人每天都與幾乎每個人每天都與ICIC卡打交道，例如我卡打交道，例如我們的身份證、手機們的身

21、份證、手機SIMSIM卡、交通卡、飯卡等等，卡、交通卡、飯卡等等，什么是什么是ICIC卡？它有哪些類型和用途？工作原理卡？它有哪些類型和用途？工作原理大致是怎樣的？下面是簡單介紹。大致是怎樣的？下面是簡單介紹。31什么是什么是 ICIC卡？卡？ IC卡卡(chip card、smart card)，又稱為集成電路卡，它是把集成電路，又稱為集成電路卡，它是把集成電路芯片密封在塑料卡基片內(nèi)，使其成為能存儲信息、處理和傳遞數(shù)據(jù)的芯片密封在塑料卡基片內(nèi)，使其成為能存儲信息、處理和傳遞數(shù)據(jù)的載體載體 特點：特點：存儲信息量大存儲信息量大保密性能強保密性能強可以防止偽造和竊用可以防止偽造和竊用抗干擾能力強

22、抗干擾能力強可靠性高可靠性高 應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：作為作為電子證件電子證件，記錄持卡人的信息，用作身份識別（如身份證、，記錄持卡人的信息，用作身份識別（如身份證、考勤卡、醫(yī)療卡、住房卡等）考勤卡、醫(yī)療卡、住房卡等）作為作為電子錢包電子錢包（如電話卡、公交卡、加油卡等）（如電話卡、公交卡、加油卡等）32ICIC卡的類型卡的類型( (按芯片分類按芯片分類) )存儲器卡：存儲器卡：封裝的集成電路為存儲器，信封裝的集成電路為存儲器，信息可長期保存，也可通過讀卡器改寫。結(jié)息可長期保存，也可通過讀卡器改寫。結(jié)構(gòu)簡單，使用方便。用于安全性要求不高構(gòu)簡單，使用方便。用于安全性要求不高的場合，如電話卡、水電費卡

23、、公交卡、的場合，如電話卡、水電費卡、公交卡、醫(yī)療卡等醫(yī)療卡等 （帶加密邏輯的存儲器卡（帶加密邏輯的存儲器卡增加了加密增加了加密電路）電路）CPU卡：卡：封裝的集成電路為中央處理器（封裝的集成電路為中央處理器（CPU）和存儲器，還配有操作系統(tǒng)）和存儲器，還配有操作系統(tǒng)(Chip Operating System)，處理能力強，保密性，處理能力強，保密性更好，常用作證件和信用卡使用。手機中更好，常用作證件和信用卡使用。手機中使用的使用的SIM卡就是一種特殊的卡就是一種特殊的CPU卡?？?。33ICIC卡的類型卡的類型( (按使用方式分類按使用方式分類) ) 接觸式接觸式IC卡卡(如電話如電話IC卡

24、卡) 表面有方型鍍金接口，共表面有方型鍍金接口，共8個或個或6個鍍金觸點。使用個鍍金觸點。使用時必須將時必須將IC卡插入讀卡機，通過金屬觸點傳輸數(shù)據(jù)卡插入讀卡機，通過金屬觸點傳輸數(shù)據(jù)。 用于信息量大、讀寫操作比較復(fù)雜的場合用于信息量大、讀寫操作比較復(fù)雜的場合,但易磨損但易磨損、怕臟、壽命短、怕臟、壽命短 非接觸式非接觸式IC卡卡(射頻卡、感應(yīng)卡射頻卡、感應(yīng)卡) 采用電磁感應(yīng)方式無線傳輸數(shù)據(jù)，解決了無源（卡采用電磁感應(yīng)方式無線傳輸數(shù)據(jù)，解決了無源（卡中無電源）和免接觸問題中無電源）和免接觸問題 操作方便，快捷，采用全密封膠固化，防水、防污操作方便，快捷，采用全密封膠固化，防水、防污，使用壽命長，

25、使用壽命長 用于讀寫信息較簡單的場合，如身份驗證等用于讀寫信息較簡單的場合，如身份驗證等 接觸式接觸式IC卡卡接觸式接觸式IC卡的結(jié)構(gòu)卡的結(jié)構(gòu)非接觸式非接觸式IC卡卡34非接觸式非接觸式ICIC卡在身份證中的使用卡在身份證中的使用 第二代身份證使用非接觸式第二代身份證使用非接觸式CPUCPU卡，可實現(xiàn)卡，可實現(xiàn)“電子防偽電子防偽”和和“數(shù)字管理數(shù)字管理”兩大功能兩大功能 ：電子防偽措施：個人數(shù)據(jù)和人臉圖像經(jīng)過加密后存儲在芯片中，電子防偽措施：個人數(shù)據(jù)和人臉圖像經(jīng)過加密后存儲在芯片中，需要時可通過非接觸式讀卡器讀出進行驗證。需要時還可以將人需要時可通過非接觸式讀卡器讀出進行驗證。需要時還可以將人

26、體生物特征如指紋等保存在芯片中，以進一步提高防偽性能體生物特征如指紋等保存在芯片中，以進一步提高防偽性能數(shù)字管理功能：數(shù)字管理功能：存儲器能儲存多達幾兆字節(jié)的信息，采用分區(qū)存儲，按不同存儲器能儲存多達幾兆字節(jié)的信息，采用分區(qū)存儲，按不同安全等級授權(quán)讀寫安全等級授權(quán)讀寫采用數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)快速查詢和身份識別采用數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)快速查詢和身份識別，將使二代證在公共安全、社會管理、電子政務(wù)、電子商務(wù)等，將使二代證在公共安全、社會管理、電子政務(wù)、電子商務(wù)等方面發(fā)揮重要作用方面發(fā)揮重要作用 351.3 1.3 通信技術(shù)入門通信技術(shù)入門1.3.1 1.3.1 通信的基本原理通信

27、的基本原理1.3.2 1.3.2 模擬通信與數(shù)字通信模擬通信與數(shù)字通信1.3.3 1.3.3 光纖通信和無線通信光纖通信和無線通信1.3.4 1.3.4 移動通信移動通信1.3.1 1.3.1 通信的基本原理通信的基本原理F 通信系統(tǒng)的基本模型通信系統(tǒng)的基本模型F 調(diào)制與解調(diào)調(diào)制與解調(diào)F 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)37什么是通信什么是通信(communication)(communication)？u 通信就是信息的通信就是信息的(遠距離遠距離)傳遞與交流傳遞與交流u 現(xiàn)代通信現(xiàn)代通信使用使用電波或光波傳遞信息電波或光波傳遞信息的技術(shù)，也稱為電信（的技術(shù)，也稱為電信（telecommunicat

28、ion），如電報、電話、傳真、電子郵件、），如電報、電話、傳真、電子郵件、BBS、QQ等等u 通信的發(fā)展歷史：通信的發(fā)展歷史： 1836年，英國建成第一條電報線路年，英國建成第一條電報線路(Morse電報電報) 1876年，美國人年，美國人A.G.Bell研制成可供實用的電話研制成可供實用的電話 20世紀初，馬可尼實現(xiàn)了跨越大西洋的無線電報通信世紀初，馬可尼實現(xiàn)了跨越大西洋的無線電報通信 1918年出現(xiàn)收音機和無線電廣播年出現(xiàn)收音機和無線電廣播 1938年第一個電視臺開始播出年第一個電視臺開始播出 1940s 出現(xiàn)彩色電視出現(xiàn)彩色電視 1960s 出現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)計算機網(wǎng)絡(luò)38對通信系統(tǒng)的一

29、般要求對通信系統(tǒng)的一般要求遠距離：傳輸距離要遠低成本：傳輸成本要低高速度：從發(fā)生到接收延遲時間要短可靠：傳輸?shù)男畔⒉荒苡绣e誤方便：任何時間和地點都能通信安全：傳輸?shù)男畔⒁Ｃ?，不能泄?9通信系統(tǒng)的模型通信系統(tǒng)的模型通信的三要素：信信 道道信源信源(宿宿)信宿信宿(源源)信信號號信信號號舉例:信息的載體與傳播媒介。信息的載體與傳播媒介。信道信道的任務(wù)是迅速、可靠而準確地的任務(wù)是迅速、可靠而準確地將信號從信源傳輸?shù)叫潘迣⑿盘枏男旁磦鬏數(shù)叫潘薇粋鬏數(shù)男畔⒍急仨氁员粋鬏數(shù)男畔⒍急仨氁阅撤N電某種電(或光或光)信號的形信號的形式才能進行傳輸式才能進行傳輸發(fā)送信息發(fā)送信息的設(shè)備的設(shè)備接收信息接收信息的設(shè)備

30、的設(shè)備有線電話移動電話計算機通信信源/信宿電話座機手機計算機信號話音經(jīng)電話機轉(zhuǎn)換成為變化的電流信號話音經(jīng)電話機轉(zhuǎn)換成為壓縮編碼后的數(shù)字信號編碼、打包后的數(shù)字信號信道電話線和中繼器等傳輸設(shè)備無線電波、基站等雙絞線、集線器、路由器、光纖等40信道的種類信道的種類 按傳輸?shù)男盘栴愋涂蓪⑿诺婪譃椋喊磦鬏數(shù)男盘栴愋涂蓪⑿诺婪譃椋耗M信道：傳輸連續(xù)的模擬信號的信道模擬信道：傳輸連續(xù)的模擬信號的信道特點：頻帶窄，信道利用率高；受噪聲干擾大特點：頻帶窄，信道利用率高；受噪聲干擾大例如：傳輸語音信號的架空明線、雙絞線，傳輸廣播電視信號的例如：傳輸語音信號的架空明線、雙絞線，傳輸廣播電視信號的寬帶同軸電纜寬帶同軸

31、電纜數(shù)字信道：傳輸離散的數(shù)字信號數(shù)字信道：傳輸離散的數(shù)字信號特點：信號不失真，準確性高；數(shù)字設(shè)備可大規(guī)模集成，價格便特點：信號不失真，準確性高；數(shù)字設(shè)備可大規(guī)模集成，價格便宜；易于加密；要求頻帶寬，信道利用率低宜；易于加密；要求頻帶寬，信道利用率低例如：傳輸計算機通信所用的信號的基帶例如：傳輸計算機通信所用的信號的基帶 同軸電纜、光纜等同軸電纜、光纜等41信道的種類信道的種類按信號的傳輸媒體可將信道分為：有線信道：電纜、光纜無線信道：自由空間42模擬信號如何傳輸？模擬信號如何傳輸？u 近距離傳輸： 直接傳輸 (如：MP3播放器 耳機 ；計算機輸出信號 投影儀)u 遠距離傳輸： 通過載波載波來傳

32、輸模擬信號(如：廣播電臺收音機)u 什么是載波載波？ 研究發(fā)現(xiàn)，高頻振蕩的正弦波信號在長距離通信中能夠比其他信號傳送得更遠。因此若把高頻振蕩的正弦波信號作為攜帶信息的載波載波，把模擬信號放在(調(diào)制調(diào)制在)載波上傳輸，則可比直接傳輸遠得多43模擬信號如何進行載波傳輸？模擬信號如何進行載波傳輸？ 三種調(diào)制方法三種調(diào)制方法調(diào)制后的調(diào)制后的載波信號載波信號傳輸傳輸信號信號調(diào)制器調(diào)制器載波信號載波信號調(diào)制后的調(diào)制后的載波信號載波信號傳輸傳輸信號信號解調(diào)器解調(diào)器載波信號載波信號調(diào)制信號調(diào)制信號(連續(xù)信號連續(xù)信號)調(diào)幅調(diào)幅(AM)調(diào)頻調(diào)頻(FM)調(diào)相調(diào)相(PM)載波信號載波信號(高頻正弦波高頻正弦波)實現(xiàn)信

33、號調(diào)制與解調(diào)的設(shè)備分別稱為實現(xiàn)信號調(diào)制與解調(diào)的設(shè)備分別稱為“調(diào)制器調(diào)制器”和和“解調(diào)器解調(diào)器”：44兩類數(shù)字信號：兩類數(shù)字信號：基帶信號： 用兩種不同的電壓值表示數(shù)字1和0的信號，需在數(shù)字信道上傳輸。寬帶信號： 將基帶信號進行調(diào)制，將其頻譜搬移到較高的頻率處而形成的模擬信號，這種模擬信號可以采用頻分復(fù)用技術(shù)在模擬信道上傳輸。45數(shù)字信號如何傳輸？數(shù)字信號如何傳輸？u 近距離傳輸方法基帶傳輸 近距離傳輸時：不加處理直接進行（如：USB連接） 較長距離傳輸：需作碼型轉(zhuǎn)換（如：以太網(wǎng)中傳輸數(shù)字信號）雙絞線雙絞線計算機計算機計算機計算機NRZ 碼碼曼徹斯特曼徹斯特編碼編碼碼型碼型變換器變換器碼型碼型變

34、換器變換器曼徹斯特曼徹斯特編碼編碼NRZ 碼碼（網(wǎng)卡）（網(wǎng)卡）（網(wǎng)卡）（網(wǎng)卡）二進位信號的二進位信號的曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼二進位信號的二進位信號的不歸零制不歸零制(NRZ)編碼編碼0 0 1 1 0 1含有直流成分，含有直流成分，不便于同步，不不便于同步，不適合直接傳輸適合直接傳輸 平均直流電平為平均直流電平為0，電平的變化可作電平的變化可作為同步信號為同步信號 電平從低到高表示0,從高到低表示1 u 遠距離傳輸方法通過載波來傳輸數(shù)字信號(頻帶傳輸)46數(shù)字信號的三種調(diào)制方法數(shù)字信號的三種調(diào)制方法幅移鍵控幅移鍵控頻移鍵控頻移鍵控 調(diào)制信號調(diào)制信號 (兩個狀態(tài)兩個狀態(tài))相移鍵控相移鍵控載波信

35、號載波信號(高頻正弦波高頻正弦波)數(shù)字調(diào)制、解調(diào)器：數(shù)字調(diào)制、解調(diào)器：調(diào)制后的調(diào)制后的載波信號載波信號傳輸傳輸信號信號解調(diào)器解調(diào)器載波信號載波信號調(diào)制后的調(diào)制后的載波信號載波信號傳輸傳輸信號信號調(diào)制器調(diào)制器載波信號載波信號47小結(jié)小結(jié)1: 1: 遠距離通信必須使用遠距離通信必須使用MODEMMODEM 通信一般是雙向進行的，收發(fā)雙方都需要調(diào)制器與解調(diào)器，通信一般是雙向進行的，收發(fā)雙方都需要調(diào)制器與解調(diào)器，它們通常做在一起，稱為調(diào)制解調(diào)器它們通常做在一起，稱為調(diào)制解調(diào)器(MODEM)信信 道道信源信源(宿宿)信宿信宿(源源)調(diào)制后調(diào)制后的載波的載波 信號信號調(diào)制后調(diào)制后的載波的載波 信號信號調(diào)制

36、調(diào)制(解調(diào)解調(diào))器器(調(diào)制調(diào)制)解調(diào)器解調(diào)器載波載波載波載波信源信號通過信源信號通過調(diào)調(diào)制器制器 調(diào)整載波調(diào)整載波的某個參數(shù)的某個參數(shù)(幅幅度、頻率或相位度、頻率或相位)到達目的地后，使用到達目的地后，使用解調(diào)器解調(diào)器把載波所攜帶把載波所攜帶的信號檢測出來，恢的信號檢測出來，恢復(fù)為原始信號的形式復(fù)為原始信號的形式經(jīng)過調(diào)制后的載波經(jīng)過調(diào)制后的載波信號，攜帶著被傳信號，攜帶著被傳輸?shù)男盘栐谛诺乐休數(shù)男盘栐谛诺乐羞M行長距離傳輸進行長距離傳輸48怎樣實現(xiàn)低成本傳輸？怎樣實現(xiàn)低成本傳輸？ 分析：分析： 通信系統(tǒng)中，傳輸線路的建設(shè)和維護成本占整個系統(tǒng)成本的相當大的份額通信系統(tǒng)中，傳輸線路的建設(shè)和維護成本占

37、整個系統(tǒng)成本的相當大的份額 一條傳輸線路（銅線、光纖、無線電波）的容量通常遠超過傳輸一條傳輸線路（銅線、光纖、無線電波）的容量通常遠超過傳輸1 1路用戶信號所需的路用戶信號所需的能力能力采用的技術(shù)采用的技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)(Multiplexing)(Multiplexing) 為了提高線路利用率，設(shè)法在一條傳輸線路上，傳輸多個模擬信號（例如，話路信為了提高線路利用率，設(shè)法在一條傳輸線路上，傳輸多個模擬信號（例如，話路信息）或數(shù)字信號，這就是多路復(fù)用。息）或數(shù)字信號，這就是多路復(fù)用。方法：方法： 頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用（FDMFDM） 時分多路復(fù)用時分多路復(fù)用（TDMTDM） 波分多

38、路復(fù)用（波分多路復(fù)用（WDMWDM）信道信道多路復(fù)用器多路復(fù)用器多路復(fù)用器多路復(fù)用器終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端49頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用(FDM) (FDM) u 思想：將每個通信終端發(fā)送的信號調(diào)制在不同頻率的載波上，通過頻分多路復(fù)用器(MUX)將它們復(fù)合成為一個信號，然后在同一傳輸線路上進行傳輸。抵達接收端之后，借助分路器(DEMUX)把不同頻率的載波分離出來，送到不同的接收設(shè)備u 工作原理： DEMUX MUX 共享的傳輸信道共享的傳輸信道載波頻率載波頻率f1調(diào)制調(diào)制調(diào)制調(diào)制載波頻率載波頻率fn載波頻率載波頻率f1解調(diào)解調(diào)解調(diào)解調(diào)載波頻率載波頻率fn

39、f將不同頻率將不同頻率的載波信號的載波信號合成在一起合成在一起使用一組濾波器使用一組濾波器分解出不同頻率分解出不同頻率的載波信號的載波信號50頻分多路復(fù)用舉例頻分多路復(fù)用舉例 電視節(jié)目的發(fā)送與接收頻道載波頻率(MHz)頻道載波頻率(MHz)頻道載波頻率(MHz)187.755123.259230.25295.75 6206.2510238.253103.757214.2511246.254115.258222.2512254.25多多路路復(fù)復(fù)用用器器解調(diào)器解調(diào)器在天空中傳輸?shù)脑谔炜罩袀鬏數(shù)碾姶挪ㄆ麟姶挪ㄆ麟娨曅盘栯娨曅盘柊l(fā)射器發(fā)射器電視信號電視信號接收器接收器電視節(jié)目電視節(jié)目調(diào)制器調(diào)制器載波載

40、波1電視圖像電視圖像及其伴音及其伴音調(diào)制器調(diào)制器載波載波2電視圖像電視圖像及其伴音及其伴音調(diào)制器調(diào)制器載波載波n電視圖像電視圖像及其伴音及其伴音電電視視調(diào)調(diào)諧諧器器(分路器分路器)51時分多路復(fù)用時分多路復(fù)用(TDM)(TDM) 把一個傳輸通道進行時間分割以傳送若干話路的信息。 思想：各通信終端（計算機、電話）以規(guī)定的順序和時間輪流使用同一傳輸線路進行數(shù)據(jù)傳輸 工作原理： H F G E D C B A傳輸線路傳輸線路時間片時間片 G C終端終端 1終端終端 2終端終端 3終端終端 4 H D F B E A多路復(fù)用器多路復(fù)用器 4 3 2 1 4 3 2 1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)tMultiplexer多

41、路分路器多路分路器終端甲終端甲終端乙終端乙終端丙終端丙終端丁終端丁 E A F B G C H DDemultiplexer52 在單一光纖內(nèi)同步傳輸多個不同波長的光在單一光纖內(nèi)同步傳輸多個不同波長的光波，使得數(shù)據(jù)傳輸速度和容量獲得倍增波，使得數(shù)據(jù)傳輸速度和容量獲得倍增波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用53小結(jié)小結(jié)2: 2: 多路復(fù)用可以降低通信成本多路復(fù)用可以降低通信成本通信系統(tǒng)的原理示意圖復(fù)用復(fù)用（分路（分路信道信道信源信源（宿）（宿）調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器信源信源（宿）（宿）調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器信源信源（宿）（宿）調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器復(fù)用復(fù)用（分路（分路信源信源（宿）（宿）調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器信源信

42、源（宿）（宿）調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器信源信源（宿）（宿）調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器多路復(fù)用技術(shù)使得成千上多路復(fù)用技術(shù)使得成千上萬路通信可以在同一條傳萬路通信可以在同一條傳輸線上同時進行，大大節(jié)輸線上同時進行，大大節(jié)省了通信成本省了通信成本頻分多路、時分多路和波頻分多路、時分多路和波分多路等技術(shù)可以同時使分多路等技術(shù)可以同時使用，以提高復(fù)用效率用，以提高復(fù)用效率1.3.2 1.3.2 模擬通信與數(shù)字通信模擬通信與數(shù)字通信F 模擬通信模擬通信F 數(shù)字通信數(shù)字通信F 數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)55模擬通信模擬通信 信源產(chǎn)生的模擬信號直接進行傳輸或者通過對載波調(diào)制后進行傳輸?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)稱為模擬通信技術(shù) 應(yīng)用：(傳

43、統(tǒng)的)有線載波電話無線電廣播電視（衛(wèi)星電視、數(shù)字有線電視除外） 優(yōu)點：歷史長，技術(shù)成熟，結(jié)構(gòu)簡單，成本低 缺點：在信號的調(diào)制和傳輸過程中易受噪聲干擾，傳輸質(zhì)量不夠穩(wěn)定 趨勢：已經(jīng)越來越多地被數(shù)字通信所取代 56模擬通信技術(shù)應(yīng)用舉例（模擬通信技術(shù)應(yīng)用舉例（1 1）傳統(tǒng)的有線載波電話 使用對稱電纜或同軸電纜，前者每使用對稱電纜或同軸電纜，前者每一對線可傳輸一對線可傳輸60路電話，后者可提路電話，后者可提供成千上萬個話路供成千上萬個話路多路復(fù)用多路復(fù)用(分路分路)器器 傳輸線路傳輸線路 (中繼線和長途線中繼線和長途線)MODEM載波載波1MODEM載波載波2MODEM載波載波n多路復(fù)用多路復(fù)用(分路

44、分路)器器MODEM載波載波1MODEM載波載波2MODEM載波載波n本地交換機本地交換機長途交換機長途交換機本地交換機本地交換機中繼線中繼線用戶線用戶線中繼線中繼線長途線長途線長途交換機長途交換機用戶線用戶線電子開關(guān)電子開關(guān)2x2交換機原理交換機原理57模擬通信技術(shù)應(yīng)用舉例（模擬通信技術(shù)應(yīng)用舉例（2 2）電話撥號上網(wǎng): 利用模擬傳輸技術(shù)傳輸數(shù)字信號58模擬通信技術(shù)應(yīng)用舉例（模擬通信技術(shù)應(yīng)用舉例（3 3） 家庭計算機用戶通過電話撥號接入計算機網(wǎng)絡(luò)調(diào)制解調(diào)器把計算機送出的調(diào)制解調(diào)器把計算機送出的數(shù)字信號數(shù)字信號,采用數(shù)字調(diào)制采用數(shù)字調(diào)制(頻頻移鍵控或相移鍵控移鍵控或相移鍵控)的方法的方法,調(diào)制成

45、為適合于在用戶電話調(diào)制成為適合于在用戶電話線上傳輸?shù)囊纛l模擬信號線上傳輸?shù)囊纛l模擬信號因特網(wǎng)服務(wù)提供商把因特網(wǎng)服務(wù)提供商把接收到的模擬信號，接收到的模擬信號，通過解調(diào)器恢復(fù)成數(shù)通過解調(diào)器恢復(fù)成數(shù)字信號送給計算機字信號送給計算機 目前電話上網(wǎng)的最高傳輸速率： 56Kbps因特網(wǎng)服務(wù)提供商因特網(wǎng)服務(wù)提供商(ISP)(ISP)家庭用戶家庭用戶音頻模擬信號在本音頻模擬信號在本地電話網(wǎng)中，采用地電話網(wǎng)中，采用模擬傳輸技術(shù)進行模擬傳輸技術(shù)進行傳輸傳輸59什么是數(shù)字通信？什么是數(shù)字通信？將信源產(chǎn)生的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號（或信源直接產(chǎn)生數(shù)字信號）之后，直接進行傳輸或通過用數(shù)字信號對載波進行數(shù)字調(diào)制來傳輸信息

46、的技術(shù)稱為數(shù)字通信數(shù)字通信數(shù)字通信技術(shù)的優(yōu)點：抗干擾能力強，差錯可控制，無噪聲積累，傳輸質(zhì)量高靈活性好，能適應(yīng)多種應(yīng)用需求，聲音、圖像、數(shù)據(jù)均可傳輸傳輸?shù)臄?shù)字信號可以直接由計算機進行存儲、管理和處理數(shù)字信號的加密比模擬信號容易，所以通信的安全性高數(shù)字電路容易用超大規(guī)模集成電路實現(xiàn)，有利于通信設(shè)備的小型化、微型化，也降低了功耗 60數(shù)字通信采用的技術(shù)數(shù)字通信采用的技術(shù)數(shù)字調(diào)制/解調(diào)技術(shù)調(diào)幅；調(diào)頻；調(diào)相多路復(fù)用技術(shù)時分多路；頻分多路；波分多路交換技術(shù)電路交換；分組交換模-數(shù)和數(shù)-模轉(zhuǎn)換技術(shù)；數(shù)字編碼和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)61數(shù)字通信技術(shù)應(yīng)用舉例（數(shù)字通信技術(shù)應(yīng)用舉例（1 1）當今長途電話系統(tǒng)的中繼通信 P

47、CM編碼器編碼器PCM解碼器解碼器PCM編碼器編碼器PCM解碼器解碼器多多 路路 復(fù)復(fù) 用用 器器分分 路路 器器光纖傳輸線路光纖傳輸線路 (中繼線和長途線中繼線和長途線)（本地電話局）（本地電話局）（本地電話局）（本地電話局） （用戶線）（用戶線）（用戶線）（用戶線）數(shù)字傳輸技術(shù)數(shù)字傳輸技術(shù)模擬傳輸技模擬傳輸技術(shù)術(shù)模擬傳輸技術(shù)模擬傳輸技術(shù)模擬聲音信號在需要進模擬聲音信號在需要進行遠距離傳輸之前，先行遠距離傳輸之前，先使用使用PCM編碼器變換編碼器變換為數(shù)字信號形式（此過為數(shù)字信號形式（此過程稱為程稱為“數(shù)字化數(shù)字化”） 接收方所在地區(qū)的交換接收方所在地區(qū)的交換局使用解碼器把數(shù)字信局使用解碼器

48、把數(shù)字信號還原成模擬聲音信號號還原成模擬聲音信號后，由用戶線傳輸至接后，由用戶線傳輸至接聽方的電話機聽方的電話機 數(shù)字信號經(jīng)調(diào)制和復(fù)用數(shù)字信號經(jīng)調(diào)制和復(fù)用后，通過光纖傳輸?shù)浇雍?，通過光纖傳輸?shù)浇邮辗剿诘貐^(qū)的交換局，收方所在地區(qū)的交換局，再經(jīng)解調(diào)和分路處理，再經(jīng)解調(diào)和分路處理，恢復(fù)為數(shù)字信號恢復(fù)為數(shù)字信號 62數(shù)字通信技術(shù)應(yīng)用舉例（數(shù)字通信技術(shù)應(yīng)用舉例（2 2）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 數(shù)字傳輸技術(shù)數(shù)字傳輸技術(shù)數(shù)字數(shù)字調(diào)制調(diào)制數(shù)字數(shù)字解調(diào)解調(diào)編碼器編碼器解碼器解碼器在空中傳輸在空中傳輸?shù)碾姶挪ㄆ鞯碾姶挪ㄆ麟娨曅盘栯娨曅盘柊l(fā)射器發(fā)射器電視信號電視信號接收器接收器載波載波載波載

49、波電視圖像電視圖像及其伴音及其伴音電視機電視機數(shù)字信號經(jīng)調(diào)制和復(fù)數(shù)字信號經(jīng)調(diào)制和復(fù)用后由天線發(fā)送至衛(wèi)用后由天線發(fā)送至衛(wèi)星，再由衛(wèi)星進行轉(zhuǎn)星，再由衛(wèi)星進行轉(zhuǎn)發(fā)，被衛(wèi)星地面接收發(fā)，被衛(wèi)星地面接收站所接收站所接收電視臺的節(jié)目在發(fā)送到電視臺的節(jié)目在發(fā)送到衛(wèi)星去傳輸之前，先要衛(wèi)星去傳輸之前，先要把圖像和伴音信號進行把圖像和伴音信號進行數(shù)字化，還要進行數(shù)據(jù)數(shù)字化，還要進行數(shù)據(jù)壓縮壓縮 地面站對接收到的信號地面站對接收到的信號進行解調(diào)、解碼后恢復(fù)進行解調(diào)、解碼后恢復(fù)為模擬信號，再經(jīng)由有為模擬信號，再經(jīng)由有線電視電纜送到用戶電線電視電纜送到用戶電視機上播放視機上播放63小結(jié)：數(shù)字通信系統(tǒng)的模型小結(jié)：數(shù)字通信系

50、統(tǒng)的模型發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端信信 源源信道編碼信道編碼調(diào)制與復(fù)用調(diào)制與復(fù)用信信 道道壓縮編碼壓縮編碼解調(diào)與分路解調(diào)與分路信信 宿宿解解 密密信道解碼信道解碼解壓縮解壓縮加密編碼加密編碼噪聲噪聲信源編碼信源編碼信源解碼信源解碼為了進為了進行可靠行可靠的傳輸?shù)膫鬏敒榱烁咝实貫榱烁咝实剡M行遠程傳輸進行遠程傳輸64數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標 數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率( (簡稱數(shù)據(jù)速率簡稱數(shù)據(jù)速率, data rate), data rate) 指實際進行數(shù)據(jù)傳輸時單位時間內(nèi)傳送的二進位數(shù)目指實際進行數(shù)據(jù)傳輸時單位時間內(nèi)傳送的二進位數(shù)目 計量單位：計量單位： “位位/

51、/秒秒”(bps) (bps) 、“千位千位/ /秒秒”(kbps) (kbps) 、“兆位兆位/ /秒秒”(Mbps) (Mbps) 或或“千兆位千兆位/ /秒秒”(Gbps)(Gbps)等等 信道帶寬信道帶寬( (也稱為信道容量也稱為信道容量, bandwidth), bandwidth) 一個信道允許的最大數(shù)據(jù)傳輸速率一個信道允許的最大數(shù)據(jù)傳輸速率 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)等密切相關(guān) 誤碼率誤碼率(error rate)(error rate) 指數(shù)據(jù)傳輸中規(guī)定時間內(nèi)出錯數(shù)據(jù)占被

52、傳輸數(shù)據(jù)總數(shù)的比例指數(shù)據(jù)傳輸中規(guī)定時間內(nèi)出錯數(shù)據(jù)占被傳輸數(shù)據(jù)總數(shù)的比例 端端延遲端端延遲(end-end delay)(end-end delay) 指數(shù)據(jù)從信源傳送到信宿所花費的時間。指數(shù)據(jù)從信源傳送到信宿所花費的時間。1.3.3 1.3.3 光纖通信與無線通信光纖通信與無線通信F 傳輸介質(zhì)的類型與特點傳輸介質(zhì)的類型與特點F 光纖通信光纖通信F 無線通信無線通信66傳輸介質(zhì)的類型與特點傳輸介質(zhì)的類型與特點介質(zhì)類型特點應(yīng)用金屬導體雙絞線成本低，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本地回路、計算機局域網(wǎng)同軸電纜傳輸特性和屏蔽特性良好，可作為傳輸干線長距離傳輸載波信號，但成本較

53、高固定電話中繼線路、有線電視接入光導纖維光纜傳輸損耗小，通訊距離長，容量大，屏蔽特性非常好，不易被竊聽，重量輕，便于運輸和鋪設(shè)。缺點是精確連接兩根光纖很困難電話、電視等通信系統(tǒng)的遠程干線，計算機網(wǎng)絡(luò)的干線無線電波微波紅外線激光建設(shè)費用低，抗災(zāi)能力強，容量大，無線接入使得通信更加方便.但易被竊聽、易受干擾廣播，電視，移動通信系統(tǒng)，計算機無線局域網(wǎng)67雙絞線雙絞線原理：利用電流(電壓)傳輸信息雙絞線分類 3類線(10 Mb/s)； 5類線(100Mb/s)； 6類線(200Mb/s) 無屏蔽雙絞線 (UTP)； 屏蔽雙絞線 (STP)RJ45RJ45接頭接頭無屏蔽雙絞線無屏蔽雙絞線信號線信號線地線

54、地線套管套管常見應(yīng)用電話系統(tǒng)（模擬信號）局域網(wǎng)（數(shù)字信號）68特點：數(shù)字信號、模擬信號均可傳輸各線對采用雙扭線，減少了線對之間的串擾頻帶較電話線寬，每對線可傳輸60路電話信號，多線對能提供上千個話路，適用于干線通信缺點：容易受到外部高頻電磁波干擾，且線路本身會產(chǎn)生一定噪聲，誤碼率較高如用作數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)，每隔一定距離需要使用中繼器或放大器雙絞線雙絞線69同軸電纜同軸電纜同軸電纜分類基帶同軸電纜（50）傳輸數(shù)字信號寬帶同軸電纜（75）傳輸模擬信號同軸電纜同軸電纜內(nèi)層導線內(nèi)層導線金屬屏蔽金屬屏蔽外絕緣層外絕緣層絕緣體絕緣體具有良好的傳輸特性和屏蔽特性具有良好的傳輸特性和屏蔽特性可以構(gòu)成大容

55、量的載波通信系統(tǒng)可以構(gòu)成大容量的載波通信系統(tǒng)主要用于傳輸干線主要用于傳輸干線常見應(yīng)用常見應(yīng)用: 有線電視系統(tǒng)（模擬信號）有線電視系統(tǒng)（模擬信號） 局域網(wǎng)（數(shù)字信號）局域網(wǎng)（數(shù)字信號）70光纖與光纜光纖與光纜多根光纖多根光纖保護層保護層防止光泄漏的吸收外殼防止光泄漏的吸收外殼起保護作用的防護層起保護作用的防護層外絕緣層外絕緣層光線光線光波在光纖中的傳播光波在光纖中的傳播 光導纖維（光線的入射角足夠大時，就會出現(xiàn)全反射，重復(fù)此過程，光就沿著光纖傳播下去） 纖芯纖芯 包層包層保護層保護層光波光波 光纜71光纖與光纜光纖與光纜傳輸?shù)男盘枺汗庑盘枺〝?shù)字信號，有光脈沖相當于1，無光脈沖相當于0）傳輸速率：

56、1 Gb/s 以上光纜示意圖光纜示意圖72光纖通信原理光纖通信原理電信號電信號驅(qū)動驅(qū)動電路電路光源光源中繼器中繼器輸出輸出電路電路電信號電信號發(fā)送單元發(fā)送單元(電電/光轉(zhuǎn)換光轉(zhuǎn)換)傳輸單元傳輸單元接收單元接收單元(光光/電轉(zhuǎn)換電轉(zhuǎn)換)光調(diào)光調(diào)制器制器光纖光纖光纖光纖放大放大電路電路光檢光檢測器測器光纖主要用于傳輸數(shù)字信號， 0信號或1信號直接對光進行調(diào)制(即控制激光的通或斷幅移鍵控ASK)光波的頻率為10141015Hz，目前一束光每秒能攜帶2.5G或10G的二進位信號，通過波分多路復(fù)用（WDM）技術(shù)還可達到更大的通信容量 在發(fā)送端，由需要傳輸?shù)脑诎l(fā)送端，由需要傳輸?shù)臄?shù)字信號（電信號）去驅(qū)數(shù)字

57、信號（電信號）去驅(qū)動一個光源（半導體激光動一個光源（半導體激光器或發(fā)光二極管），并對器或發(fā)光二極管），并對發(fā)出的光信號進行調(diào)制發(fā)出的光信號進行調(diào)制在接收端，信號經(jīng)放大后在接收端，信號經(jīng)放大后由光檢測器（半導體光電由光檢測器（半導體光電管）進行檢測、解調(diào)，轉(zhuǎn)管）進行檢測、解調(diào)，轉(zhuǎn)換成電信號之后輸出換成電信號之后輸出調(diào)制后的光信號通過光纖調(diào)制后的光信號通過光纖進行傳輸，為了補償光纖進行傳輸，為了補償光纖線路的損耗，消除信號失線路的損耗，消除信號失真和噪聲干擾，每隔一定真和噪聲干擾，每隔一定的距離要接入中繼器的距離要接入中繼器73波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用(WDM)(WDM) 為提高傳輸效率，1根光纖

58、中可以同時傳輸幾種不同波長的光波，每種光波各自傳輸自己所攜帶的信息，速率可達到 40G-100Gbit/s原理：光纖光纖發(fā)送端有發(fā)送端有N個個發(fā)送單元，它發(fā)送單元，它們各自發(fā)出不們各自發(fā)出不同波長的光波同波長的光波通過復(fù)用器（稱通過復(fù)用器（稱為合波器）合并為合波器）合并起來，進入同一起來，進入同一根光纖進行傳輸根光纖進行傳輸接收端用分路器接收端用分路器(稱為稱為分波器分波器)將不同波長的將不同波長的光分開，分別送到各光分開，分別送到各自的光電檢測器恢復(fù)自的光電檢測器恢復(fù)出原始信號出原始信號74光纖通信光纖通信 光纖通信優(yōu)點 傳輸頻帶非常寬，通信容量大 抗雷電和電磁干擾、抗輻射能力強 無串音干擾

59、，保密性強，不易被竊聽或截取數(shù)據(jù)傳輸損耗小，通訊距離長數(shù)據(jù)速率為420Mbps、距離為119km、無中繼器時，誤碼率為10-8重量輕，便于運輸和鋪設(shè) 光纖通信缺點精確連接兩根光纖比較困難75無線通信無線通信 原理：模擬信號或數(shù)字信號使用電磁波調(diào)制后進行傳輸1041051061071081091010101110121013101410151016 Hz雙絞線雙絞線同軸電纜同軸電纜AM廣播廣播FM廣播和廣播和TV衛(wèi)星衛(wèi)星地面微波地面微波光纖光纖紫外線紫外線紅外線紅外線可見光可見光微波微波無線電波無線電波超短波超短波中波中波短波短波電磁波的種類與頻率范圍電磁波的種類與頻率范圍 無線電波無線電波:

60、:10104 4 10101111 (Hz) (Hz) 中波：中波： 0.3 0.3 3 (MHz) 3 (MHz) 短波：短波： 3 3 30 (MHz) 30 (MHz) 超短波：超短波： 30 30 300 (MHz) 300 (MHz) 微波：微波： 0.3 0.3 300 (GHz) 300 (GHz) 紅外線：紅外線： 10101111 10101414 (Hz) (Hz) 可見光：可見光： 10101414 (Hz) (Hz) 紫外線：紫外線： 10101414 10101616 (Hz) (Hz) 無線廣播無線廣播電視、通信電視、通信通信通信76微波通信微波通信 微波：300M