第02章 現(xiàn)代通信技術概述

1、第二章第二章 現(xiàn)代通信技術概述現(xiàn)代通信技術概述第二章第二章 現(xiàn)代通信技術概述現(xiàn)代通信技術概述現(xiàn)代通信基本概念現(xiàn)代通信基本概念2.1移動通信移動通信2.2光纖通信光纖通信2.3微波通信微波通信2.4衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信2.5現(xiàn)代通信新技術現(xiàn)代通信新技術2.62.1 現(xiàn)代通信基本概念v1. 通信系統(tǒng)的組成與分類 （1）通信系統(tǒng)的組成 通信的基本形式是在信源與信宿之間建立一個傳輸或轉(zhuǎn)移信息的通道。建立該通道，實現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術設備和傳輸介質(zhì)的總和稱為通信系統(tǒng)。 信道 信源 接收設備 信宿 噪聲源 發(fā)送設備 圖2-1 通信系統(tǒng)的組成2.1 現(xiàn)代通信基本概念v信源、信宿和信道的基本概念 信源：產(chǎn)生和

2、發(fā)送信號 信宿：接受和處理信號 信道：信源和信宿之間的傳輸線路和傳輸設備。 信道分物理信道和邏輯信道，同一物理信道可提供多條邏輯信道，而每一邏輯信道上只允許一路信號通過。2.1 現(xiàn)代通信基本概念（2）通信系統(tǒng)的分類 按傳輸媒質(zhì)分類 數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信有線通信有線通信無線通信無線通信雙絞線雙絞線光纖光纖同軸電纜同軸電纜短波通信短波通信微波通信微波通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信移動通信移動通信2.1 現(xiàn)代通信基本概念v按工作頻段即通信設備的工作頻率，通信系統(tǒng)可分為長波通信、中波通信、短波通信和微波通信等。v按通信業(yè)務的不同分類，通信系統(tǒng)可分為話務通信和非話務通信。 v按通信者是否運動分類，通信分為移動通信和固

3、定通信。v按調(diào)制方式可將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸和頻帶傳輸。常見調(diào)制方式及應用場合見課本表2-1。v按信道中所傳信號的特征分為模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)。與模擬通信相比，數(shù)字通信具有許多優(yōu)點。2.1 現(xiàn)代通信基本概念v 數(shù)字通信的優(yōu)點： 抗干擾能力強圖2.2 （a）模擬通信圖2.2 （ b ）數(shù)字通信2.1 現(xiàn)代通信基本概念 便于存儲，便于加密處理。聲聲/電電語聲語聲 模模/數(shù)數(shù)加密加密電電/聲聲語聲語聲 數(shù)數(shù)/模模解密解密2.1 現(xiàn)代通信基本概念 設備便于集成化、小型化。 便于多路復用。 便于組成綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)（ISDN）。 ft043212.1 現(xiàn)代通信基本概念v相對于模擬通信來說，數(shù)字通信主

4、要有以下兩個缺點： 占用頻帶寬。 一路模擬電話信號只需4KHz帶寬，而數(shù)字電話則需64KHz，但隨著光纖通信技術、窄帶調(diào)制技術和數(shù)字頻帶壓縮技術的發(fā)展，數(shù)字通信占用帶寬的問題會逐步縮小。 系統(tǒng)設備比較復雜。 數(shù)字通信中要準確地恢復信號，接收端需要嚴格的同步系統(tǒng)，以保持接收端和發(fā)送端嚴格的節(jié)拍一致、編碼一致。因此，數(shù)字通信系統(tǒng)及設備一般都比較復雜。 2.1 現(xiàn)代通信基本概念2 通信方式與傳輸技術（1）通信方式v按消息傳送的方向與時間分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信3種。 單工數(shù)據(jù)傳輸只支持數(shù)據(jù)在一個方向上傳輸，如電視網(wǎng)、廣播、收音機；半雙工通信實際上是一種可切換方向的單工通信，如對講機的信號

5、傳輸；全雙工數(shù)據(jù)通信允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸，如電話系統(tǒng)。2.1 現(xiàn)代通信基本概念v按照數(shù)字信號代碼排列順序不同，可將通信方式分為串行傳輸和并行傳輸， 發(fā)送端接收端123N發(fā)送端接收端1N+12NN+22N（a）串行通信（b）并行通信圖2-3 串行通信與并行通信2.1 現(xiàn)代通信基本概念v通信的網(wǎng)絡形式通?？煞譃?種：點到點直通方式、交換方式和分支方式。 點到點直通方式是終端A與終端B之間的線路是專用的；它是通信網(wǎng)絡中最為簡單的一種形式，是網(wǎng)絡通信的基礎。 交換方式是終端之間通過交換設備靈活地進行線路交換的一種方式。 分支方式的每一個終端（A、B、C、N）經(jīng)過同一信道與轉(zhuǎn)接站相互連接，此時，

6、終端之間不能直通信息，必須經(jīng)過轉(zhuǎn)接站轉(zhuǎn)接，此種方式只在數(shù)字通信中出現(xiàn)。 2.1 現(xiàn)代通信基本概念（2）傳輸技術 為提高通信系統(tǒng)的傳輸效率，使給定信道能盡量高速、可靠的傳輸多個信源信息，往往需要利用多種傳輸技術，其中主要包括調(diào)制解調(diào)技術、信道復用技術、同步技術和抗干擾技術等。2.1 現(xiàn)代通信基本概念v 調(diào)制解調(diào)技術 為了使信息能在給定傳輸媒介的頻率范圍內(nèi)傳輸，需要將信源信號的頻譜搬移到給定頻率范圍內(nèi)，這可通過調(diào)制來實現(xiàn)。常用的調(diào)制方式有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相等。 調(diào)幅（AM）：載波的幅度隨著調(diào)制信號的大小變化而變化的調(diào)制方式，如“0”對應于無載波輸出，“1”對應于有載波輸出。 調(diào)頻（FM）：載波的瞬時

7、頻率隨著調(diào)制信號的大小而變，而幅度保持不變的調(diào)制方式，如“0”對應于頻率f1，“1”對應于頻率f 2。 調(diào)相（PM）：載波的相位隨原基帶數(shù)字信號而變化，如0對應0，1對應180。 2.1 現(xiàn)代通信基本概念 1 0 1 1 0 0 1 0 ASK FSK PSK 圖2-4 數(shù)字調(diào)制的3種基本形式2.1 現(xiàn)代通信基本概念v 復用技術 在通信系統(tǒng)中，為高效利用傳輸介質(zhì)，提高信道的利用率和傳輸能力，通常采用信道復用技術。常見的信道復用技術有頻分復用、時分復用 、波分復用 和碼分復用。v 頻分復用技術（FDM）：所有的用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源，如圖2-5所示。頻率 3 頻率 時間 頻率 1 頻

8、率 2 頻率 4 頻率 5 圖2-5 頻分復用2.1 現(xiàn)代通信基本概念v 時分復用技術（TDM）：所有的用戶在不同的時間占用同樣的頻帶寬度，如圖2-6所示。頻率 時間 周期性出現(xiàn) 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 圖2-6 時分復用2.1 現(xiàn)代通信基本概念v 波分復用技術（WDM）：在一根光纖上使用不同的波長同時傳送多路光波信號。WDM 用于光纖信道。v 碼分復用技術（CDM）：通過碼型來區(qū)分用戶，即每個信道作為編碼信道實現(xiàn)位傳輸（特定脈沖序列），每個信道都有各自的代碼，并可以在同一光纖上進行傳輸以及異步解除復用。 頻率CDMA碼時間圖2-7 碼分復用2.1 現(xiàn)代通信基本

9、概念v同步技術 異步通信中收發(fā)雙方的時鐘是獨立的，發(fā)送端可以在任意時刻開始發(fā)送字符，但必須在每一個字符加上起始位和停止位，以便使接收端能夠正確地將字符接收下來。 同步通信是使接收端與發(fā)送端的時鐘嚴格保持一致，發(fā)送方先發(fā)送一個或兩個特殊字符來表示數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始，該字符稱為同步字符，當發(fā)送方和接收方達到同步后，就可以發(fā)送一大塊數(shù)據(jù)，而不再需要每個字符都用起始位和停止位，這樣可以明顯地提高數(shù)據(jù)傳輸速率。 2.1 現(xiàn)代通信基本概念v抗干擾技術 實際通信系統(tǒng)中信號在傳輸時都不可避免的存在噪聲、色散等干擾，它們影響信息傳輸?shù)目煽啃?。信道編碼和最佳接收是兩種主要的解決傳輸可靠性的抗干擾技術。 通過信道編碼這

10、一環(huán)節(jié)，對數(shù)碼流進行相應的處理，使系統(tǒng)具有一定的糾錯能力和抗干擾能力，可極大地避免碼流傳送中誤碼的發(fā)生。 最佳接收的目標就是從噪聲中最好地提取有用信號，降低接收碼元的誤碼率。最佳接收一般是相對于某個最佳準則而言，數(shù)字通信中常用的最佳準則有：最佳輸出信噪比準則，即匹配接收；最佳差錯概率準則，即相關接收。 2.1 現(xiàn)代通信基本概念（3）衡量數(shù)字通信的主要指標 通信過程中我們最關心的是信息傳輸?shù)目炻蜏蚀_性，相應的，衡量數(shù)字通信系統(tǒng)性能的指標主要是有效性和可靠性。有效性主要包括信息傳輸速率、符號傳輸速率、信道容量和頻帶利用率?？煽啃灾笜税ㄕ`碼率和信號抖動。通信系統(tǒng)的有效性和可靠性是相互矛盾的，二者

11、往往不能同時滿足最高要求。 2.1 現(xiàn)代通信基本概念v有效性指標 信息傳輸速率 信息傳輸速率也稱為傳信率或比特率，是指單位時間內(nèi)傳輸二進制信息的位數(shù)，單位為位/秒，記作bit/s。計算公式： S=（1/T）log2N 式中T為一個數(shù)字脈沖信號的寬度（全寬碼）或重復周期（歸零碼），單位為秒；N為一個碼元所取的離散值個數(shù)。通常N=2K，K為二進制信息的位數(shù)，K=log2N。N=2時，S=1/T，表示數(shù)據(jù)傳輸速率等于碼元脈沖的重復頻率。2.1 現(xiàn)代通信基本概念2.1 現(xiàn)代通信基本概念v符號傳輸速率 符號傳輸速率也稱為傳碼率或碼元傳輸速率，是指單位時間內(nèi)通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為波特，記作Baud。

12、計算公式： B=1/T 式中T為信號碼元的寬度，單位為秒。信號傳輸速率，也稱碼元速率、調(diào)制速率或波特率。 由上兩式可得： S=Blog2N或B=S/log2N 2.1 現(xiàn)代通信基本概念v信道容量 信道容量表示一個信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，單位是位/秒（bit/s）。信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別是前者表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，是信道傳輸數(shù)據(jù)能力的極限；而后者是實際的數(shù)據(jù)傳輸速率。像公路上的最大限速與汽車實際速度的關系一樣。v 信道頻帶利用率 信道頻帶利用率是指單位頻帶內(nèi)的傳輸速率。衡量不同通信系統(tǒng)時，除比較其傳輸速率外，還應比較在這樣的傳輸速率下使用的頻帶寬度。一般通信系統(tǒng)占用頻帶越寬，其信息傳

13、輸速率應該越大。2.1 現(xiàn)代通信基本概念v可靠性指標 誤碼率 誤碼率是信號在傳輸過程中出錯的概率。同樣的信道特性下誤碼率越低，系統(tǒng)可靠性越好。我們通常用Pe表示誤碼率。Pe是二進制數(shù)據(jù)位傳輸時出錯的概率，即發(fā)生差錯的碼元數(shù)在傳輸總碼元數(shù)中所占的比例。在計算機網(wǎng)絡中，一般要求誤碼率低于10-6，若誤碼率達不到這個指標，可通過差錯控制方法檢錯和糾錯。 Pe=Ne/N 式中Ne為其中出錯的位數(shù)；N為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總數(shù)。 2.1 現(xiàn)代通信基本概念v信號抖動 數(shù)字通信系統(tǒng)中信號抖動是指數(shù)字信號碼元相對于標準位置的隨機偏移，信號抖動一般由信道傳輸特性、噪聲等引起。在多中繼傳輸系統(tǒng)中，信號抖動也會產(chǎn)生累積。2.

14、2 移動通信1. 移動通信概述 v移動通信概念 移動通信是指通信雙方有一方或兩方處于運動中的通信，可以是移動體之間的通信，也可以是移動體和固定體之間的通信。移動通信幾乎集中了有線和無線通信的最新技術成就，不僅可以傳送話音信息，而且還能夠傳送數(shù)據(jù)信號和圖像信號，使用戶可隨時隨地、快速、可靠地進行多種信息交換。2.1 現(xiàn)代通信基本概念v移動通信的產(chǎn)生與發(fā)展 模擬移動通信系統(tǒng)，接續(xù)工作由人工操作完成，采模擬移動通信系統(tǒng)，接續(xù)工作由人工操作完成，采 用用電子管，體積龐大、笨重且昂貴，使用短波段。電子管，體積龐大、笨重且昂貴，使用短波段。第一階段第一階段交換系統(tǒng)為自動交換，接續(xù)效率高，采用晶體管，體交換

15、系統(tǒng)為自動交換，接續(xù)效率高，采用晶體管，體 積大為減小，使用甚高頻。積大為減小，使用甚高頻。第二階段第二階段 第一代移動通信系統(tǒng)（蜂窩系統(tǒng)）第一代移動通信系統(tǒng)（蜂窩系統(tǒng)） 第三階段第三階段 第二代移動通信系統(tǒng)廣泛應用和第三代移動通信系統(tǒng)第二代移動通信系統(tǒng)廣泛應用和第三代移動通信系統(tǒng)的具體的設計、規(guī)劃和實施階段。的具體的設計、規(guī)劃和實施階段。第四階段第四階段 18871887年，馬可尼在陸地和一艘輪船上完成無線通信試年，馬可尼在陸地和一艘輪船上完成無線通信試驗，標志無線通信的開始。驗，標志無線通信的開始。19281928年，美國警用車輛的車載無線電系統(tǒng)，標志移動年，美國警用車輛的車載無線電系統(tǒng)，

16、標志移動通信的開始。通信的開始。19461946年，年，BellBell實驗室在圣路易斯建立第一個公用汽車實驗室在圣路易斯建立第一個公用汽車電話網(wǎng)，電話網(wǎng)，19601960年，實現(xiàn)無線頻道自動選擇域公用電話年，實現(xiàn)無線頻道自動選擇域公用電話網(wǎng)自動撥號連接。網(wǎng)自動撥號連接。19741974年，美國年，美國BellBell實驗室提出蜂窩移動通信的概念。實驗室提出蜂窩移動通信的概念。 移動通信的發(fā)展歷程移動通信的發(fā)展歷程2.1 現(xiàn)代通信基本概念 1980s1980s，第一代移動通信系統(tǒng)，第一代移動通信系統(tǒng)，19831983年美國的年美國的AMPSAMPS，19801980年北歐的年北歐的NMTNMT

17、，19791979年日本的年日本的NAMTS,1985NAMTS,1985年英年英國國TACSTACS系統(tǒng)系統(tǒng),1987,1987年年1111月，第一個移動電話局在廣月，第一個移動電話局在廣州開通。州開通。 1990s1990s，第二代移動通信系統(tǒng)，第二代移動通信系統(tǒng)，19921992年商用的年商用的GSMGSM，19911991年北美的年北美的IS-54IS-54，19931993年日本的年日本的PDC,1993PDC,1993年美年美國提出的國提出的IS-95IS-95（N-CDMAN-CDMA） 2000s2000s，第三代移動通信系統(tǒng)，第三代移動通信系統(tǒng)，歐洲、日本歐洲、日本的的WCD

18、MAWCDMA ，北美北美的的CDMA-CDMA-20002000 ，中國中國的的TD-SCDMATD-SCDMA 移動通信的發(fā)展歷程移動通信的發(fā)展歷程2.1 現(xiàn)代通信基本概念1993年9月18日，浙江嘉興首先開通了我國第一個數(shù)字移動通信網(wǎng)。1994年10月，第一個省級數(shù)字移動通信網(wǎng)在廣東省開通。GSM以它相對于第一代移動通信的優(yōu)勢，目前廣泛地占有市場。同時，在GSM基礎上，增加了一些新技術，如通用分組無限技術（GPRS)、無線應用協(xié)議(WAP)和無線接口技術(籃牙技術)，增加了多媒體功能。如上網(wǎng)，聊天，傳送彩色圖片，后發(fā)電子郵件，數(shù)碼照相機，語音撥號,彩色顯示，稱之為第二代向第三代過渡的“2

19、.5G”。 移動通信的發(fā)展歷程移動通信的發(fā)展歷程2.1 現(xiàn)代通信基本概念v系統(tǒng)間沒有公共接口。v 無法與固定網(wǎng)迅速向數(shù)字化推進相適應，數(shù)字承載業(yè)務很難開展。v 頻率利用率低，無法適應大容量的要求。v 安全性差，易于被竊聽，易做“假機”。第一代移動通信系統(tǒng)特點第一代移動通信系統(tǒng)特點2.1 現(xiàn)代通信基本概念系統(tǒng)的優(yōu)點：v 頻譜利用率，系統(tǒng)容量大。v 用戶能獲得多種服務（以話音業(yè)務為主，并提供低速率以電路型為主的數(shù)據(jù)業(yè)務）。v 能自動漫游。v 話音質(zhì)量比第一代好, 保密性好。v 可以與ISDN、PSTN等網(wǎng)絡互連。v 抗干擾能力強、用戶設備小、成本低。v 傳輸速率:8kb/s第二代移動通信系統(tǒng)第二代

20、移動通信系統(tǒng)2.1 現(xiàn)代通信基本概念系統(tǒng)的缺點：v 數(shù)據(jù)功能差，不能支持多媒體業(yè)務。如使用GSM手機上網(wǎng)，理論上只能達到9.6k的上網(wǎng)速度。v全球不同的第二代移動通信系統(tǒng)彼此間不能兼容，使用的頻率也不一樣，全球漫游比較困難。第二代移動通信系統(tǒng)第二代移動通信系統(tǒng)2.1 現(xiàn)代通信基本概念v 具有全球標準，使用全球公共頻帶v 具有全球使用的小型終端v 具有全球漫游能力v 從媒體（Media）多媒體（Multi-media）v 微蜂窩結(jié)構(gòu)v 提高改良的頻率使用效率v 具有易于向下一代系統(tǒng)發(fā)展的靈活性v 具有高速的分級數(shù)據(jù)速率v 在固定位置環(huán)境下能達到2Mbps，對步行用戶能達到384kbps，對車載用

21、戶能達到144kbps 第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信系統(tǒng)2.1 現(xiàn)代通信基本概念2.2 移動通信v人們還沒有完全了解3G時，4G已經(jīng)在實驗室悄然進行。4G與傳統(tǒng)通信技術相比，最明顯的優(yōu)勢在于通話質(zhì)量和數(shù)據(jù)通信速度。其數(shù)據(jù)速率將從3G的2Mb/s提高到100Mb/s，移動速率從步行到車速甚至更快。4G對無線信道的頻率使用率將大大提高，之前通信系統(tǒng)的兼容性問題也將在4G標準中得到解決。2.2 移動通信v移動通信系統(tǒng)的組成 蜂窩移動通信系統(tǒng)由若干個六邊形小區(qū)覆蓋而成，呈蜂窩狀，包括移動臺（MS）、基站分系統(tǒng)（BSS）和移動業(yè)務交換中心（MSC），如圖2-9所示。 2.2 移動通信圖2-9 移動通

22、信系統(tǒng)組成2.2 移動通信2. GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng) vGSM的特點 GSM-Global System for Mobile Communications，全球移動通信系統(tǒng)，1991年開始投入使用，是世界上主要的蜂窩系統(tǒng)之一。 2.2 移動通信GSM的特點主要表現(xiàn)在以下幾方面。vGSM的移動臺具有漫游功能，可以實現(xiàn)國際漫游。vGSM可以提供多種數(shù)據(jù)業(yè)務。vGSM具有較好的保密功能。 vGSM系統(tǒng)容量大、通話音質(zhì)好，便于數(shù)字傳輸，可與今后的ISDN兼容，還具有電子信箱、短消息業(yè)務等功能。vGSM系統(tǒng)采用小區(qū)制，小區(qū)覆蓋半徑大多為125km，每個小區(qū)設有一個（或多個）基站，用以負責本小區(qū)移

23、動通信的聯(lián)絡和控制等功能。2.2 移動通信vGSM的工作頻率 我國GSM手機占用頻段主要是900MHz和1800MHz，即GSM900和GSM1800，GSM1800也稱為DCS1800（1800MHz的數(shù)字蜂窩系統(tǒng)）。 GSM900的工作頻段如下：移動臺發(fā)送、基站接收的上行頻段為905915MHz；基站發(fā)送、移動臺接收的下行頻段為950960MHz。可見GSM900可用頻帶為10MHz，上下行頻段間隔45MHz。 國際GSM1800規(guī)定的DCS頻率為上行：17101785MHz，下行：18051870MHz。 2.2 移動通信3. CDMA移動通信系統(tǒng)vCDMA基本概念CDMA的英文全稱是C

24、ode Division Multiple Access（碼分多址），根據(jù)美國標準IS-95設計。CDMA是擴頻通信技術的基礎上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術，能夠更加充分的利用頻譜資源，更加有效的解決頻譜短缺問題，因此被視為是實現(xiàn)第3代移動通信的首選。2.2 移動通信 擴頻通信, 即擴展頻譜通信（Spread Spectrum Communication），是一種把信息的頻譜展寬之后再進行傳輸?shù)募夹g。與普通通信相比較，擴頻通信具有以下優(yōu)點：v擴頻信號具有隱蔽性，由于擴頻信號被擴展到很寬的頻帶內(nèi)，其功率譜密度明顯低于環(huán)境噪聲和干擾電平，信號難以檢測，隱蔽性好；v擴頻信號具有保密性，擴頻

25、通信采用偽隨機序列碼，接收端只有按照發(fā)送端的偽隨機序列規(guī)律才能解擴頻，從而恢復傳輸?shù)男畔?，因此信號保密性好?.2 移動通信v擴頻信號具有很強的抗干擾能力；v系統(tǒng)容量大，擴頻通信中多個用戶可以共用一個頻段進行碼分多址通信，他們通過不同的偽隨機序列作為地址碼區(qū)分不同用戶的信號，因此通信容量比其他多址方式更大。2.2 移動通信vCDMA通信系統(tǒng)的特點： 具有軟切換功能。 具有軟容量特性，即系統(tǒng)容量是可變的。 具有小區(qū)呼吸功能 CDMA手機更加綠色環(huán)保 存在多址干擾和遠近效應。 2.2 移動通信vCDMA通信系統(tǒng)的頻率 我國CDMA系統(tǒng)最初頻段為800MHz，其基站收信頻段為825835MHz，基站

26、發(fā)信頻段為870880MHz，隨著技術的發(fā)展，目前CDMA也擴展到1900MHz頻段，我國使用的18001900MHz的頻段如下：基站收信頻段是18001825MHz，基站發(fā)信頻段是18751900MHz。2.3 光纖通信 1. 光纖通信的發(fā)展與現(xiàn)狀 光纖通信的發(fā)展可以粗略地分為三個階段： 第一階段(19661976年)，這是從基礎研究到商業(yè)應用的開發(fā)時期。第二階段(19761986年)，這是以提高傳輸速率和增加傳輸距離為研究目標和大力推廣應用的大發(fā)展時期。第三階段(19861996年)，這是以超大容量超長距離為目標、全面深入開展新技術研究的時期。2.3 光纖通信 2.光纖通信系統(tǒng)的組成與特點

27、 數(shù)字光纖通信系統(tǒng)由發(fā)送設備、 傳輸信道和接收設備三大部分構(gòu)成，如下圖：調(diào) 制 光檢測 放 大 判 決 再 生 電 端 機 光檢測 光 源 電 端 機 光 源 光發(fā)信機 光收信機 圖2-10 光纖通信系統(tǒng)基本組成示意圖2.3 光纖通信 v光纖通信的特點 傳輸頻帶極寬，通信容量很大。一根光纖的潛在帶寬可達20THz，可以同時傳輸1000億個話路，雖然目前還未達到如此高的容量，400Gbit/s系統(tǒng)已經(jīng)投入商業(yè)使用。 由于光纖衰減小，無中繼設備，故傳輸距離遠。 光纖抗電磁干擾，保密性好。光纖通信不受各種電磁干擾，光纖中傳輸?shù)墓庑盘栔辉诠饫w的纖芯中傳輸，很少泄露出去，因此保密性好。 2.3 光纖通信

28、 v光纖尺寸小、重量輕，便于運輸和敷設。 v耐高溫，耐化學腐蝕，可以應用于多種場合。 v光纖是由石英玻璃拉制成形，原材料來源豐富，并節(jié)約了大量有色金屬。 v光纖通信的缺點有：光纖質(zhì)地脆，機械強度差，彎曲半徑不宜過??；光纖的切斷和連接操作技術復雜；分路、耦合不靈活。2.3 光纖通信 3. 光纖與光纜 v光纖 光纖芯線由纖芯、包層、涂覆層和套塑四部分組成。 纖芯完成光信號的傳輸，包層將光信號封閉在纖芯中并起到保護纖芯的作用。2.3 光纖通信 圖2-11 光纖結(jié)構(gòu)2.3 光纖通信 v光纜 光纜一般由纜芯、加強元件和護層三部分組成。纜芯是由單根或多根經(jīng)二次涂覆處理后的光纖組成，用于傳輸光波。加強元件一

29、般用金屬絲或非金屬的合成纖維，其作用是增強光纜敷設時可承受的拉伸負荷。護層主要是對已形成光纜的光纖芯線起保護作用，避免受外界機械力和特殊環(huán)境的損傷，護層一般具有阻燃、防潮、耐壓、耐腐蝕等特性。 圖圖 4.4 緊套和松套光纖結(jié)構(gòu)示意圖緊套和松套光纖結(jié)構(gòu)示意圖(a) 緊套光纖結(jié)構(gòu)示意圖；緊套光纖結(jié)構(gòu)示意圖； (b) 松套光纖結(jié)構(gòu)示意圖松套光纖結(jié)構(gòu)示意圖v 層絞式光纜 將若干根光纖芯線以強度元件為中心絞合在一起，如圖 (a)所示。v 單位式光纜 將幾根至十幾根光纖芯線集合成一個單位，再由數(shù)個單位以強度元件為中心絞合成纜，如圖 (b)所示。 骨架式光纜 將單根或多根光纖放入骨架的螺旋槽內(nèi)，骨架中心是強

30、度元件，骨架上的溝槽可以是V型、U型或凹型，如圖 (c)所示。帶狀式光纜 將412根光纖芯線排列成行構(gòu)成帶狀光纖單元，再將多個帶狀單元按一定方式排列成纜，如圖 (d)所示2.3 光纖通信 4. 光源與光電檢測器 v光源 光源是光發(fā)射機的關鍵器件，其功能是把電信號轉(zhuǎn)換為光信號。目前光纖通信廣泛使用的光源主要有半導體激光二極管或稱激光器(LD)和半導體發(fā)光二極管或稱發(fā)光管(LED)，有些場合也使用固體激光器。 光源一般應具有以下特點： 體積小，發(fā)光面積應與光纖芯徑的尺寸相匹配，而且光源和光纖之間應有較高的耦合效率。2.3 光纖通信 v發(fā)射的光波波長應適合光纖的兩個低損耗波段，即短波長0.85m和波

31、長 1.31m、1.55m。v可以直接進行光強度調(diào)制，而且與調(diào)制器的連接應該是很方便的。v可靠性高，工作壽命長，穩(wěn)定性好，互換性好。v發(fā)射的光功率應足夠大，并且響應速度要快。v溫度特性要好。2.3 光纖通信 光電檢測器v一般光纖通信系統(tǒng)對光電檢測器有如下要求：v響應度足夠高，即對一定的入射光功率能夠輸出盡可能大的光電流。v響應速度足夠快，以適用于高速寬帶系統(tǒng)。v噪聲低，對信號影響小。vPI曲線線性好，信號光電轉(zhuǎn)換不失真。v體積小，工作壽命長。 2.3 光纖通信 5. 全光網(wǎng)絡 全光網(wǎng)絡是指用戶與用戶之間的信號傳輸與交換全部采用光波技術完成的先進網(wǎng)絡。它包括光傳輸、光放大、光再生、光交換、光存儲

32、、光信息處理、光信號多路復接/分插、進網(wǎng)/出網(wǎng)等許多先進的全光技術。 6. 光纖通信系統(tǒng)的應用 光纖可以傳輸數(shù)字信號，也可以傳輸模擬信號。光纖在通信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)與計算機網(wǎng)，以及在其它數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中， 都得到了廣泛應用。 2.3 光纖通信 v 通信網(wǎng)，包括全球通信網(wǎng)、各國的公共電信網(wǎng)、各種專用通信網(wǎng)、特殊通信手段。v 構(gòu)成因特網(wǎng)的計算機局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，如光纖以太網(wǎng)、 路由器之間的光纖高速傳輸鏈路。v 有線電視網(wǎng)的干線和分配網(wǎng)；工業(yè)電視系統(tǒng)，如工廠、 銀行、商場、交通和公安部門的監(jiān)控； 自動控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。 v 綜合業(yè)務光纖接入網(wǎng)，分為有源接入網(wǎng)和無源接入網(wǎng)， 可實現(xiàn)電話、數(shù)據(jù)、視頻及多媒體

33、業(yè)務綜合接入核心網(wǎng)，提供各種各樣的社區(qū)服務。 2.4 微波通信 1.微波通信簡介 微波通信是指用微波頻率作為載波攜帶信息，進行中繼（接力）通信的方式。微波是指頻率在300MHz300GHz范圍內(nèi)的電磁波，目前通常使用的微波頻率范圍只有1GHz40GHz。其相應的波長為1m1mm，還可以細劃為分米波（300MHz3GHz）、厘米波（3GHz30GHz）和毫米波（30GHz300GHz）。 微波中繼通信系統(tǒng)的組成 一條微波接力通信線路通常由終端站、樞紐站、分路站（也有不設分路站的）和若干個中繼站（也稱再生站）組成，長度在幾百公里甚至長達10002000公里，如圖2-12所示。2.4 微波通信 中繼

34、站 終端站 樞紐站 上下話路站 圖2-12 微波通信線路 2.4 微波通信 微波通信的特點 v視距通信，接力傳輸。v穩(wěn)定性好。微波的單色性特點使其受季節(jié)、時辰和氣候等因素的影響較小，在視距范圍內(nèi)傳播特性相當穩(wěn)定，因此微波通信的穩(wěn)定性較好。v通信靈活性大，受地理環(huán)境影響小，可靠性高。v建站快，投資少。2.4 微波通信 2. SDH數(shù)字微波通信系統(tǒng) SDH（Synchronous Digital Hierarchy）同步數(shù)字系列是新一代的數(shù)字微波傳輸體制，具有以下優(yōu)點：v統(tǒng)一的比特率，統(tǒng)一的接口標準，為不同廠家設備間的互連提供了可能。v網(wǎng)絡管理能力大大加強。v提出了自愈網(wǎng)的新概念。用SDH設備組成

35、的帶有自愈保護能力的環(huán)網(wǎng)形式，可以在傳輸媒體主信號被切斷時，自動通過自愈網(wǎng)恢復正常通信。v采用字節(jié)復接技術，使網(wǎng)絡中的上下支路信號變得十分簡單。 2.4 微波通信 3. 數(shù)字微波通信的應用 v干線光纖傳輸?shù)膫浞菁把a充，如點對點的SDH微波、PDH微波等。主要用于干線光纖傳輸系統(tǒng)在遇到自災害時的緊急修復，以及由于種種原因，不適合使用光纖的地段和場合。v農(nóng)村、海島等邊遠地區(qū)和專用通信網(wǎng)中為用戶提供基本業(yè)務的場合。v城市內(nèi)的短距離支線連接。v應用于未來的寬帶業(yè)務接入以及無線微波接入中。2.5 衛(wèi)星通信1.衛(wèi)星通信簡介 衛(wèi)星通信是宇宙無線電通信的一種形式，是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電

36、波，在兩個或多個地球站之間進行的通信。這里所指的地球站是指設在地球表面，包括地面、海洋和大氣中的通信站。2.4 微波通信 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點 衛(wèi)星通信系統(tǒng)與其他通信系統(tǒng)相比，具有以下特點。v通信距離遠，建設成本幾乎與距離無關。v覆蓋面積大，可以進行多址通信。v通信頻帶寬，容量大。v通信質(zhì)量好，可靠性高。2.4 微波通信 2. 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成與工作方式 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成 衛(wèi)星通信系統(tǒng)包含通信衛(wèi)星和各種地面站。從功能上分，地面除通信系統(tǒng)地面站外，還有測控和管理系統(tǒng)站，如圖2-13所示。通信衛(wèi)星 測控系統(tǒng) 地面站 監(jiān)控管理系統(tǒng) 圖2-13 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成 2.4 微波通信 v衛(wèi)星通信系

37、統(tǒng)的工作方式 衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以實現(xiàn)單工或雙工通信，其工作方式有單跳和雙跳兩種。中繼地球站地球通信衛(wèi)星2通信衛(wèi)星1地球站A地球站B中 央 主站通信衛(wèi)星地球站A地球站B通 信 衛(wèi)星(a) 單跳(b) 同一衛(wèi)星覆蓋區(qū)雙跳(c)兩個衛(wèi)星覆蓋區(qū)雙跳2.6 現(xiàn)代通信新技術1.3G移動通信技術 2000年IMT-2000國際移動通信系統(tǒng)（即3G移動通信系統(tǒng)）開始投入商用，從此3G逐漸走入了人們的視線，越來越多的人們開始了解3G并辦理3G業(yè)務，享受其帶來的高質(zhì)量的話音業(yè)務和高速率的數(shù)據(jù)業(yè)務。v3G的標準 3G的主流標準為WCDMA（Wideband Code Division Multiple Access）

38、、CDMA2000（Code Division Multiple Access 2000）和TD-SCDMA（Time-Division Synchronous Code Division Multiple Access）。2.6 現(xiàn)代通信新技術 3G的頻譜分配 國際電信聯(lián)盟給3G劃分了230MHz的頻帶，上行為18852025MHz，下行為21102200MHz。 我國3G頻譜劃分如下：v 1710-1755/1805-1850MHz和1865-1880/1945-1960MHz，帶寬共120 MHz，用于蜂窩移動通信業(yè)務；v 1880-1900/1960-1980MHz，帶寬共40MHz，

39、原計劃用于無線接入（FDD方式），現(xiàn)只批準我國自行研制的S-CDMA系統(tǒng)使用1880-1885MHz的頻段；v 2535-2599MHz，帶寬共64MHz，臨時性用于多路微波有線電視傳輸系統(tǒng)。2.6 現(xiàn)代通信新技術v1900-1920MHz，帶寬共20MHz，用于無線接入（可用于DECT和PHS等時分或碼分方式），主要用來解決集中在密集辦公室區(qū)域的專業(yè)網(wǎng)以及機關、團體和家用無繩電話等需求；v2400-2483.5MHz，帶寬共83.5 MHz，主要用于短距離、短信息的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)以及計算機數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)等。該段頻率與工業(yè)、科學、醫(yī)療設備（ISM）無線電電磁波輻射頻段共用；2.6 現(xiàn)代通信新技術3G的特點 v3G是一個在全球范圍內(nèi)覆蓋和使用的系統(tǒng)，它將實現(xiàn)全球無縫漫游。v3G具有支持多媒體業(yè)務的能力，特別是支持Internet業(yè)務。v3G的業(yè)務支持從話音、分組數(shù)據(jù)到多媒體業(yè)務；應能根據(jù)需要提供帶寬。v3G便于過渡、演進。由于