現(xiàn)代通信漫談第二章概念

1、第二章 通信概念本章要點：通信和通信網(wǎng)的概念數(shù)字通信和模擬通信現(xiàn)代通信網(wǎng)的發(fā)展趨勢通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)及分類本課程的結(jié)構(gòu)以及安排一、通信的概念通俗的講通信就是人們在日常生活中相互之間傳遞信息的過程。通信是信息在人人，人機器，機器機器之間進行的傳遞與交換(信息是消息中包含的有意義的內(nèi)容)。通信是信息或其表示方式(表示媒體)的時空轉(zhuǎn)移。在通信過程中，除了有很小的傳輸時延外，尚需進行處理、轉(zhuǎn)發(fā)，也會發(fā)生一定的時延，以及可能緩存、顯示或存儲再現(xiàn)。此定義不但包括了時間，也包括了空間在內(nèi)的信息轉(zhuǎn)移。二、通信的分類模擬通信系統(tǒng)、數(shù)字通信系統(tǒng)有線通信、無線通信單向傳輸通信和交互傳輸通信寬帶通信和窄帶通信三、通信系

2、統(tǒng)組成通信系統(tǒng)：利用傳輸信道或通信網(wǎng)，將具有收、發(fā)信息功能的終端設(shè)備連接(永久或暫時的)起來，這些實施信息傳輸?shù)脑O(shè)備集合 ，稱為通信系統(tǒng)。信道、鏈路、路由四、通信系統(tǒng)中的兩種變換 信息從一地傳遞到另一地，一般都需經(jīng)過兩種變換：第一種變換是原始信息與電信號之間的變換，第二種變換是電信號與無線電傳輸信號之間的變換。 第一種變換原始信息與電信號之間的變換：即在發(fā)信端，把原始信息變換成電信號，收信端把電信號還原為原始信息。 對這種變換的要求是：信息與電信號之間必須是單一的對應(yīng)關(guān)系。實現(xiàn)這種變換的設(shè)備通常是一種換能器，例如把聲能或光能變換成電能，或者進行相反的變換。這種設(shè)備常稱之為“終端設(shè)備”，如送受話

3、器、傳真機、攝象機等。調(diào)制、解調(diào)與頻譜搬移第二種變換是把電信號轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)男盘柤捌湎喾崔D(zhuǎn)換。這里有二個步驟：1）調(diào)制與解調(diào)：在發(fā)端通過“調(diào)制（Modulation）” 把原始電信號搬到載波上，而在收端通過“解調(diào)(Demodulation)” 去掉載波回復(fù)成原始電信號，完成這種作用的器件分別稱為調(diào)制器(Modulator)與解調(diào)器 (Demodulator)。由于通信往往是雙向的，調(diào)制與解調(diào)要在一個設(shè)備中完成，這種集調(diào)制與解調(diào)于一體的簡稱調(diào)制解調(diào)器，即我們平時常說的Modem。2）頻譜搬移：調(diào)制器與解調(diào)器一般工作在中頻，而適合無線電波傳輸?shù)念l率一般比中頻高，這就是要求實行頻譜搬移，即在

4、發(fā)信時，把中頻調(diào)制信號搬至高頻以利于傳輸。而在收信端，把高頻信號搬回到中頻，以利于中頻調(diào)制信號的解調(diào)。例：無線電通信的發(fā)射機和接收機框圖五、通信系統(tǒng)工作方式六、模擬信號與數(shù)字信號模擬信號：又稱連續(xù)信號。模擬信號是在數(shù)值上不可數(shù)的，連續(xù)的信號。但是在時間上可以離散的。數(shù)字信號：又叫做離散信號。數(shù)字信號是指在時間上和數(shù)值上都離散、數(shù)值上可數(shù)的信號。七、信號與信道的特征我們知道，任何運輸系統(tǒng)都有兩個基本部分，一是被運輸?shù)呢浳?，一是運輸貨物的交通工具。通信系統(tǒng)也相當(dāng)于一種運輸系統(tǒng)，它所運輸?shù)呢浳飫t是“信號”，而運輸信號的交通工具就是由發(fā)信機、收信機及傳輸媒質(zhì)組成的“信道”。 一般貨物(不管是什么貨物)

5、由體積與重量作為其主要特征，交通工具(不管是哪一種)則相應(yīng)有載重量及容積作為主要特征.那么“信號”有什么特征呢?“信道”又有什么特征呢？模擬信號的特征 任何模擬信號，大致都可用兩個主要特征來描述，一個叫“頻譜”，一個叫“動態(tài)范圍”。 “頻譜”反映信號隨時間變化的速度，而動態(tài)范圍則反映信號強度變化的范圍(即最大信號與最小信號之比)。 例如電話信號，它的頻譜通常限制在300-3400赫范圍內(nèi)，而動態(tài)范圍一般在40分貝左右。又如625行普通黑白電視信號，它的頻譜大致在0一5兆赫范圍，其動態(tài)范圍，如以黑色電平與白色電平的峰值之比來考慮，大致為18分貝數(shù)字信號的特征 任何數(shù)字信號，亦可用二個主要特征來表

6、示：一個叫“元制”，一個叫“速度”。 所謂“元制”就是指數(shù)字信號有幾種元素，或者說有幾種“數(shù)值”。大家熟悉的普通電報信號，只有二種元素，即“1”與“0”，這就叫“二元制”。信息速度：它是指每秒鐘有多少比特，它的單位是“比特/秒”（bits/s) ；信號速度：它是指每秒鐘有多少個數(shù)字信號，它的單位叫“波特”(baud) ； 信道的頻率特性一定要比信號的頻譜寬，并且盡可能平坦，才能使輸出信號頻譜不失真。信道的振幅特性線性范圍要大于信號的動態(tài)范圍，才能使輸出信號幅度不失真。 一般情況下，信道傳輸特性不會一成不變的，但從實用的理論及工程角度看，對于那種傳輸特性變化很小或很緩慢的信道，可以近似把它們看成

7、是不隨時間而變的，這種信道叫“恒參信道”； 相應(yīng)地對于傳輸特性隨時間變化較大或變化較快的信道，就叫做“變參信道”。 典型的恒參信道有電纜與光纜信道、人造衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)信道；而短波電離層反射信道及超短波、微波對流層散射信道則是變參信道。視距微波接力信道是介于恒參與變參之間的一種信道?！昂銋⑿诺馈迸c “變參信道”模擬信道的特征 頻率(相位)傳輸特性”、“振幅傳輸特性” 與“信號噪聲比” 相對模擬信號的“頻譜”及“動態(tài)范圍”這兩個特征，模擬信道有“頻率(相位)傳輸特性”及“振幅傳輸特性”這兩個特征；此外，信號經(jīng)過信道后不可避免地要混入來自各種干擾源的噪聲，噪聲功率的大小對信號傳輸質(zhì)量有直接影響。所以模擬信

8、道還有一個特征叫“信號噪聲比”。 數(shù)字信道的特征 數(shù)字信道傳送的信號是有限的數(shù)字元素，與數(shù)字信號的兩個特征一樣，數(shù)字信道亦有兩個特征，一個是“元制”，另一個是“速度”。此外，由于傳輸過程中噪聲與干擾的混入是不可避免的，所以數(shù)字信道還有第三個特征叫做“差錯率” 。 “差錯率”是指數(shù)字信號通過數(shù)字信道后發(fā)生差錯的概率。在二元制情況下，就是指把“1”錯成“0”或把“0”錯成“1”的可能性。對于差錯隨時間分布比較均勻的數(shù)字信道，稱為“隨機信道”；而對于差錯平時幾乎沒有，而一旦出現(xiàn)時則“成群”的那種信道，稱為“突發(fā)信道”。模擬通信系統(tǒng)首先將發(fā)送端的連續(xù)消息變成原始電信號(完成第一次變換)，接著，將原始電

9、信號變換成其頻帶適合信道傳輸?shù)男盘?，得到已調(diào)信號(完成第二次變換)，在接收端進行兩次反變換，最終得到發(fā)端發(fā)送的連續(xù)消息。傳輸連續(xù)的模擬信號占用帶寬少4KHz抗干擾能力較弱不適與遠距離傳輸系統(tǒng)和設(shè)備龐大，不利于集成化數(shù)字通信系統(tǒng)信源發(fā)出的模擬信號，經(jīng)抽樣、量化和編碼等數(shù)字化處理后，以數(shù)字信號形式傳送，此種通信方式稱為數(shù)字通信。傳輸離散的數(shù)字信號抗干擾能力強實現(xiàn)遠距離高質(zhì)量傳輸實現(xiàn)綜合業(yè)務(wù)數(shù)字化易于加密，安全性強通信設(shè)備集成化占用帶寬較大數(shù)字信號的產(chǎn)生數(shù)字話音信號的產(chǎn)生抽樣量化編碼模擬信號數(shù)字信號0100110tv00011110消息是怎樣轉(zhuǎn)化成數(shù)字的？ 連續(xù)的消息： 第一步：“取樣”， 第二步：

10、“量化”， 第三步：“編碼” 離散的消息： 直接“編碼”八、通信系統(tǒng)主要質(zhì)量指標(biāo)有效性（傳輸速度）：就是在一定的時間內(nèi)，傳輸?shù)男盘柕穆窋?shù)。傳輸?shù)男盘栐蕉啵俣仍娇??？煽啃裕ㄍㄐ诺馁|(zhì)量）：信噪比或誤碼率 兩者往往是矛盾的，速度的增加，意味著要同時傳輸?shù)男盘栐龆?，質(zhì)量就下降。 一個理想的通信系統(tǒng)是兩者的折中。模擬通信系統(tǒng)的質(zhì)量速度：是信道的帶寬與信號的帶寬的比。信道的帶寬往往是一定的，各個信號帶寬是不一樣的，信號帶寬越小，可同時傳輸信號越多。質(zhì)量：是通信系統(tǒng)輸出的信噪比決定的。信噪比越高，質(zhì)量越好。電話通信要求輸出信噪比40dB以上，而電視節(jié)目的輸出信噪比要達到60dB。數(shù)字通信系統(tǒng)的質(zhì)量速度：對

11、于信道帶寬一定的情況下，傳輸?shù)拇a元、信息速率來表示。碼元速率越高，表示信號的帶寬越大，因此可同時傳送的信號越少。質(zhì)量：傳送數(shù)字信號的誤碼率，一般傳送語音信號，要求達到10-3;視頻信號要求達到10-6.傳輸速率越快，信號帶寬越大，但是在時間上持續(xù)時間越短，信號能量越小，因此誤碼率越高。九、通信網(wǎng)概念采用電信號作為傳輸信息的載體，實現(xiàn)信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。將通信終端、轉(zhuǎn)接點和通信鏈路有機的結(jié)合起來 ，實現(xiàn)兩個以上通信終端之間信號傳輸?shù)耐ㄐ朋w系，包括：終端設(shè)備、傳輸設(shè)備、交換設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的綜合系統(tǒng)，旨在向用戶提供各種通信服務(wù)。點對點，點對多點，多點之間通信構(gòu)成通信網(wǎng)。9.1、通信網(wǎng)的設(shè)備組成終端設(shè)備傳

12、輸設(shè)備復(fù)用設(shè)備交換設(shè)備傳輸鏈路1、終端設(shè)備 2、配線架3、整流器4、通信電源設(shè)備5、傳輸設(shè)備 雙絞線傳輸設(shè)備6、交換設(shè)備9.2、通信網(wǎng)的功能基本的接續(xù)路徑功能信息裝拆功能 路由選擇功能 差錯控制功能 流量控制功能 網(wǎng)絡(luò)管理功能 9.3、通信網(wǎng)絡(luò)分類按業(yè)務(wù)種類分：電話網(wǎng)、電報網(wǎng)、傳真網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng) 按所傳輸?shù)男盘栃问椒郑耗M網(wǎng)、數(shù)字網(wǎng) 按服務(wù)范圍分：本地網(wǎng)、長途網(wǎng)、國際網(wǎng) 按運營方式分：公用電話網(wǎng)、專用電話網(wǎng) 按組網(wǎng)方式分：移動通信網(wǎng)、衛(wèi)星通信網(wǎng)、光纖通信網(wǎng)等 按交換方式分：電路交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)等9.4、常見的通信網(wǎng)電話網(wǎng)(PSTN)數(shù)據(jù)網(wǎng)(DDN)Internet網(wǎng)移動通信網(wǎng) 數(shù)字數(shù)

13、據(jù)網(wǎng)（ DDN）DDN（Digital Data Network，數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)，即平時所說的專線上網(wǎng)方式）就是適合這些業(yè)務(wù)發(fā)展的一種傳輸網(wǎng)絡(luò)。它是將數(shù)萬、數(shù)十萬條以光纜為主體的數(shù)字電路，通過數(shù)字電路管理設(shè)備，構(gòu)成一個傳輸速率高、質(zhì)量好，網(wǎng)絡(luò)延時小，全透明、高流量的數(shù)據(jù)傳輸基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)。 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展年代（20世紀(jì)）典型移動工具或系統(tǒng)調(diào)制方式或工作方式使用頻段2030警車無線電調(diào)度電話 AM調(diào)幅 2MHz 4050 人工接續(xù)的移動電話 FM調(diào)頻單工 150MHz及450MHz 60 自動撥號移動電話 全雙工 150MHz及450MHz 7080 AMPS、TACS在美國、英國投入使用。全自動撥號 全雙工，越區(qū)轉(zhuǎn)換，自動漫游 800/900MHz 90 GSM，窄帶CDMA（IS-95A），衛(wèi)星移動通信 GSM（900/1800MHz）；IS-95