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第一章 通信基础通信的基本概念通信系统的组成通信系统一般模型通信系统的作用是将信息从信源传送到一个或多个目的地。我们把能够实现信息传输的一切设备和传输（信道）的集合称为通信系统。信道接收设备信宿发送设备信源噪声源 通信系统基本模型信源是消息的发源地，其作用是通过传感器把消息转换为原始电信号，即完成非电量电量的转换。根据消息种类的不同，信源可以分为模拟信源和数字信源。发送设备的功能是将信源和信道匹配起来，其目的是将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。信道是指传输信号的通道，可以分为有线和无线两大类。噪声源是信道中的噪声及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。接收设备的功能是放大和反变换（如滤波、译码、解调等）其目的是从受到干扰和减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。信宿是传送消息的目的地。其功能与信源相反，即将复原电信号还原成相应的消息。2模拟通信系统模型按照信道中传输信号的特征，可以把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。） 消息原始电信号（基带信号）完成这种变换和反变换的是信源和信宿。） 基带信号己调信号（带通信号）完成这种变换和反变换的是调制器和解调器。3数字通信系统模型信源编码的主要功能之一是对模拟信号进行模数（A/D）转换；功能之二是去除冗余信息，提高传输的有效性。加密是为了提供通信的保密性，防止没有被授权的用户获得信息或将差错信息加入到系统中。信道编码对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分，组成所谓“抗干扰编码”接收端的信息译码器按相应的逆规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统的可靠性。数字调制把数字基带信号转换成与传输信道匹配的信号波形。3数字通信优缺点 与模拟通信相比，数字通信具有以下主要优点：） 抗干扰能力强，且噪声不积累。） 传输差错可控。） 便于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，形成综合业务网。） 易于集成化，从而使通信设备微型化，且重量轻，成本低。） 易于加密处理，且保密强度高。3通信系统的分类）按通信业务类：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统和综合业务数字通信网等。）按调制方式分类：按调制与否，通信系统可分为基带系统和调制系统）按信号特征分类：按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。）按传输媒介分类：有线通信和无线通信）按工作波段分类：按通信设备的工作频率或波长分为长波通信，中波通信，短波通信，微波通信和光通信系统。4 通信方式41单工、半双工和全双工通信42并行传输和串行传输5 信号和频谱1.5.1信号分类） 确知信号和随机信号：根据信号的确定性来划分，信号可以分为确知信号和随机信号。） 周期信号和非周期信号特征：按照信号的周期性来划分，非周期信号是不具有重复性的信号。） 模拟信号和数字信号区别模拟信号是指信号参量的取值是连续的如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号，数字信号是指信号的参量只可能取有限个、可数个值，如电报信号、计算机输入输出信号等。模拟信号经数字化处理后可变换为数字信号。） 基带信号和带通信号的关系：根据调制与否来划分1.5.2信号举例正弦信号（也称正弦波）是一种最基本的周期信号，可以用3个参量来描述：振幅、周期或频率、相位。振幅指信号的高度或强度。周期指信号完成一个波形循环所要经历的时间。频率指信号在1s内完成的周期数，或每秒钏完成的循环次数。相位描述了波形相对于时间零点的位置1.5.3时域和频域从时域的角度，描述的是信号随时间变化的特性。从频域的角度，描述的是信号随频率变化的特性。1.5.4频谱和带宽信号频谱是指它所包含的频率分量的集合，并且通过频域图表示。信号带宽是指信号占有有频率范围。6 信道和噪声61信道的定义和分类信道：是以传输媒质为基础的信号通道。根据信道特征以及分析问题所需，可以把信道分为狭义信道和广义信道62有线信道63无线信道64信道噪声噪声是一种不需要的，有害的电信号。65信道容量信道容量是指信道能够无差错传输的最大平均信息速率1）香农公式由香农信息论可以证明，对于带完有限，平均功率 有限的高斯白噪声连续信道，其信道容量C（bit/s）为 CB2(1+S/N)B为信道带宽（Hz）;S为信号功率（W）；N为噪声功率（W）。香农公式表明，当信号与信道高斯白噪声的平均功率给定时，在具有一定频带度的信道上，理论上单位时间（S）内可能传输的信息量的极限数值。只要传输速率小于等于信道容量，则总可以找到一种信道编码方式，实现无差错传输。若噪声单边功率谱密度为n0（W/Hz），则在信道带宽B内的噪声功率Nn0B,故香农公式的另一种形式为 CB2（1+S/n0B）2）重要结论1、信道容量C受到“三要素”即B、S、n02、提高信噪比（S/N）可以增大信道容量3、若噪声功率趋于零（或噪声功率谱密度趋于零）则信道容量趋于无穷大。4、增大信道带宽B可以增加信道容量，但不能使信道容量无限制增大。5、信道容量C一定时，信道带宽B和信号噪声功率比S/N之间可以互换。香农公式给出了通信系统所能达到的极限信息传略速率，达到极限信息速率的通信系统称为理想能信系统。7 多路复用技术在通信系统中，当需要在一条物理信道对两路或多路信号同时进行传输时，则要采用复用技术。复用就是解决如何得用一条信道同时传输多路信号的技术。其目的是为了充分利用信道的频带或时间资源，提高信道利用率，扩大通信的容量。1.7.1频分复用频分复用（FDM）是一种按频率来划分信道的复用方式。在FDM中，信道的带宽被分成多个相互不重叠的频段，每路信号占据其中一个子通道，并且各路之间必须留有未被使用的频带进行分隔，以防止信号重叠。FDM技术主要用于模拟信号的多路传输，普遍应用在长途多路载波电话系统、无线广播中。1.7.2时分复用时分复用（TDM）是利用分时方式来实现在同一信道中传输多路信号的方法。在TDM中，各路信号按分配的时隙依次定时传送，即在任意时刻上信道中只有一路信号在传输。TDM通常用于数字信号的多路传输。TDM的特点是各路信号在频率上是重叠的，而在时间上是分开的，即任一时刻上，信道中只有一路信号在传输。FDM的特点是各种信号在频率上是分开的，即频谱互不重叠，而在时间上是重叠。1.7.3码分复用码分复用中，各路信号码元在频谱上和时间上都是重叠的，但是不同用户传输的信号是靠各自不同的（正交）编码序列来区分的。码分复用是用正交有脉冲序列分别携带不同信号。这种复用方式多用于空间通信的扩频通信和移动通信系统中。1.7.4波分复用波分复用是光通信的复用技术，其原理与频分复用类似。8 通信系统的性能指标通信系统优劣的性能指标包括：有效性、可靠性，适应性、经济性、标准性、可维护性等。其中有效性和可靠性是通信系统的主要性能指标。有效性是指传输一定信息量进所占用的信道资源或者说是传输的“速度”问题。可靠性是指接收信息的准确程度也就是传输质量问题。1.8.1模拟通信系统的性能指标模拟通信系统的有效性可用传输带宽B来度量。在模拟通信系统中，传输的是连续变化的模拟信号，它要求接收机能够高保直的重现原来信号波形，要求信号在传输过程中尽量减少失真，因此系统性的信道带宽应大于信号带宽。模拟通信系统的可靠性通常用接收端最终输出信噪比S0/N0来度量。输出信噪比越高，通信的可靠性越好。1.8.2数字通信系统的性能指标数字通信系统的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量。） 码元速率RB，又称波特率。它表示每秒传送的码元数目，单位为波特。码元长度为T（s）时，有RB1/T） 信息速率Rb，又称比特率。它表示每秒传送的信息量（或比特数）由于信息量的单位是比特，所以Rb的单位为比特/秒。Rb=RB2M） 频带利用率 在比较通信系统的有效性时，不能单看它们的传输速率，还应考虑所占用的频带宽度，因为两个传输速率相等的系统其传输效率并不一定相同，所以真正衡量数字通信系统的有效性指标是频带利用率 它定义为每赫兹内所实现的传输速率。数字通信系统的可靠性可用差错率来衡量。差错率常用误码率和误信率来表示。） 误码率Pe 。它是指接收的错误码元在传输总码元数中所占的比例，或者说是码元在传输中被传错的概率即Pe=错误码元数/传输总码元数） 误信率Pb，又称误比特率。它是指接收的错误比特数在传输总比特数中所占的比例。Pb错误比特数/传输总比特数。第二章 模拟信号数字化及其传输2.1概述如何利用数字通信系统传输模拟信号？） 模/数转换(A/D)将模拟信号转换成数字信号） 按数字传输方法数字基带传输或数字调制传输） 数/模转换（D/A）将数字信号还原模拟信号。1. 模/数变换（A/D）的3个步骤模拟信号数字化过程包括：抽样、量化、和编码2. 编码方法和分类编码技术分为波形和参量编码两类。目前使用最普遍的波形编码方法有脉冲编码调制（PCM）和增量调制（M）以及它们的的改进型。2.2抽样定理抽样定理为模拟信号的数字化和时分复用（TDM）奠定基础。根据模拟信号是低通型的还是带通型的，抽样定理分为低通样定理和带通样定理；根据抽样的脉冲序列是理想冲击序列还是非冲击序列，又可分为理想抽样和实际抽样。2.2.1低通抽样定理定理：一个频带限制在（0,fH）内的模拟信号m(t),如果以T1/2fH的间隔对它抽样，则m(t)将被抽样值完全确定。这就是低通抽样定理。含义：抽样后信号ms(t)包含了原模拟信号m（t）的全部信息。所以不必传输m(t)本身，只需传输它的抽样信号ms(t),收端就能从ms(t)中恢复m(t).其前提条件是抽样间隔T1/2fH,，或抽样速率fs2fH 这两个我条件是一回事，因为抽样间隔和抽样速率互为倒数关系，即fs=1/T。若抽样速率f H 2fH,则会产生失真，这种失真叫混叠失真。恢复原信号的条件是fs2fH 即抽样频率fs应不小于fH的两倍。最低抽样频率f H =2fH称为奈奎斯特速率，以此相应的最大抽样时间间隔T=1/2fH为奈奎斯特间隔。实用的抽样频率fs必须比2fH大多一些。例如，典型电话信号的最高频率通常限制在3400Hz，而抽样频率通常采用8000Hz。2.2.2带通抽样定理2.3脉冲振幅调制模拟脉冲调制是以时间上离散的脉冲序列作为载波，用模拟基带信号m(t)去控制脉冲序列的某个参量（振幅、宽度和位置），使其随m(t)的规律变化。若脉冲序列的幅度随m(t)的规律变化，称为脉冲振幅调制（PAM）；若脉冲序列的宽度随m(t)的规律变化，称为脉宽调制（PDM）；若脉冲序列的位置随m(t)的规律变化，称为脉位调制（PPM）。这三种信号在时间上都是离散的，胆受到参量变化是连续的所是都属于模拟脉冲调制。其中脉冲振幅制是一种最基本的模拟脉冲调制。脉冲振幅调制是脉冲序列的幅度随模拟基带信号m(t)变化的一种调制方式。1. 自然抽样：指抽样后信号的脉冲顶部与原模拟信号波形相同。2. 平顶抽样：它与自然抽样的不同之处在于抽样后信号中脉冲顶部是平坦的，脉冲幅度等于瞬时抽样值。2.4 脉冲编码调制脉冲编码调制本质上一种模/数转换方式，它是将模拟信号变成二进制信号的常用方法。PCM系统原理：在发送端，输入的模拟信号m(t)经抽样、量化、编码“后变成二进制数字信号（PCM信号）。编码后的PCM信号的传输方式，可以是数字基带传输也可以对微波、光波等调制后的数字调制传输。2.4.1量化量化是将抽样信号幅值进行离散化处理的过程。） 均匀量化：把输入信号的取值域等间隔分割的量化称为均匀量化。量化噪声功率Nq只与量化间隔v有关。对于均匀量化，v是确定的，因而Nq固定不变。但是信号的强度可能随时间变化。当信号小时，量化信噪比也小，所以均匀量化对于小输入信号很不利。为了克服 这个缺点，改善小信号的量化信噪比，在实际应用中采用非均匀量化。） 非均匀量化：在非均匀量化是，量化间隔随信号抽样值的不同而不同。信号抽样值小时，量化间隔v也小；信号抽样值大时，量化间隔v也变大。这样就可以在保证编码位数不变时，以减小大信号的量化噪比，来提高小信号的量化信噪比。2.4.2编码2.4.3PCM信号带宽二进制PCM信号的带宽取决于数据的比特率以及用于表示数据的脉冲波形的形状。模拟信号m(t)的最高频率为fH，抽样频率fs2fH,每个样值脉冲的二进制编码位数为N，则PCM信号比特率为：Rb=fsNPCM信号的第一零点带宽为B=Rb=Nfs2.4.4PCM系统的抗噪声性能2.4.5自适应差分脉码调制2.5 增量调制增量调制（简称M或DM）可以看成是量化电平数为2的DPCM。2.5.1 基本原理2.5.2 不过载条件和编码范围2.6 PCM和M的比较2.7 基带传输2.7.1数字基带信号的码型数字基带信号是消息代码的电脉表示，电脉冲波形可以是矩形脉冲、三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲。根据每个码元的脉冲幅度取值不同，可以把它们分为二元码、三元码、多元码。1、 二元码（1） 单极性码：单极性码频谱中含有直流分量和丰富的低频分量，所以要求传输线路具有直流传输能力，因而不适应有交流耦合的远距离传输，只适合用于计算机内部或极近距离的数据传输。（2） 双极性码：这种码型中不存在零电平。由于这种码的正负电平的幅度相等、极性相反，故当“1”和“0”等 概率出现时无直流分量，有利于在信道中传输，并且恢复信号的判决电平为零电平，因而不易受信道特征变化的影响，抗干扰能力强。（3）归零和非归零区别归零是指脉冲宽度小于码元宽度 。即信号电平在一个码元终止时刻前总要回到零电平，（4）差分码的优点由于差分码是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码，因此也称它相对码。用差分码传送消息代码可以消除设备初始状态的影响，特别是在相位调制系统中可以用于解决载波相位模糊的问题。2.7.2数字基带信号的频谱在选码原则可知，在比较和选用数字基带信号的码型时，需要考虑的因素包括频谱特性、位同步性能、检错性能、抗干扰能力以及实现的成本与复杂性。研究基带信号的频谱特性十分必要，通过频谱分析，可以了解信号需要占据的频带宽度，它所包含的频谱成分，有无直流分量，有无定时分量等。研究基带信号的功率是十分有意义：1,我们可以根据他的连续谱来确定信号波形宽度。2,根据它的离散谱是否存在这一特点，明确能否从信号中直接提取定时分量。2.7.3码间串扰数字基带信号在传输过程中，会受到两种干扰：一个是码间串扰，另一个是信道加性噪比声。所谓的码间串扰是由于数字基带系统传输总特性不理想，导致接收脉冲的波形展宽和拖尾，使接收脉冲之间发生交叠，从而干扰了信号的检测过程。2.7.4眼图眼图是一种估计和观察系统性能的实验手段。“眼睛”张大时，表示码间串扰小，当“眼睛”闭合进，表示码间串扰大。第三章 调制和解调3.1调制的概念3.1.1调制的含义调制就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义上可以分为基带调制和带通调制。3.1.2 调制的作用1.通过调制可以把基带信号的频谱搬至较高的的频率上，就可以以较短的天线获得较高的发射效率。2.通过调制可以所多个基带信号分别搬移到不同的的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道利用率。3.扩展信号带宽，提高系统抗干扰和抗衰落能力。3.2幅度调制定义：幅度调制是用基带信号去控制高频正弦载波的振幅，使其随基带信号的规律作线性变化。载波的频率和相位保持不变。作用：调制的质是进行频谱搬移，即把携带信息的基带信号搬移至较高的载频附近。3.2.1调幅调幅（AM）是常规双边带调制的简称。AM的特点与应用：） 可采用简单的包络检波进行解调） AM的频谱由载频分量和上、下对称的两个边带组成，因此，AM信号是含有载波的双边基带信号，它的带宽是基带信号带宽的两倍。） AM的优点在于解调器简单。） AM的缺点是调制效率很低，因为化所含的载波分量并不携带信息，却要占用一半以上的信号功率。3.2.2双边带调制DSB（双边带调制）的特点与应用） DSB信号的包络不与m(t)成正比，故不知采用简单的包络检波，而需采用相干解调。） DSB信号的带宽与AM相同，） 调制效率高） 应用场合较少。3.2.3单边带调制SSB（单边带调制）的特点与应用 ） SSB最突出的优点是对频谱资源的有效利用。） SSB的另一个优点是由于不传送载波和另一个边带所节省的功率。） SSB带宽的节省是以复杂度的增加为代价的） SSB信号的解调也不能采用简单的包络检波，仍需采用相干解调。3.2.4残留边带调制VSB（残留边带调制）的特点与应用） VSB方式既克服了DSB信号占用频带的缺点，又解决了SSB信号实现上的难题） VSB信号的带宽介于SSB和DSB之间；调制效率为100%） VSB比SSB所需求带宽仅有很小的增加，但却换来了电路实现的简化。） VSB在商业电视广播中的电视信号传输中得到了广泛的应用。3.2.5相干解调与包络检波1、相干解调也叫同步检波。它由相乘器和低通滤波器组成，适用于所有幅度调制信号（AM、DSB、SSB、VSB）注意：相干解调的关键是接收端必须提供一个与接收的己调载波严格同步的本地载波。2.包络检波：包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。包络检波器是从己调波的幅度中直接提取原基带信号。3.3角度调制角调制包括调频（FM）和调相（PM）若使载波的频率随基带信号的规律变的的，称为频率调制（FM）若使载波的相位随基带信号的规律变化的，称为相位调制（PM）在两种调制过程中，载波的幅度都是保持恒定不变的。调频信号：理论上，调频信号的频带宽度为无限宽，实际上，随着频率的增高，边频分量会逐渐减小到可以忽略的程度。BFM（mf+1）fm=2(f+fm) fm是基带信号的调制频率，f是最大频偏，mf是调频指数，该式称为卡森公式例如：调频广播中规定的最大的频偏f为75Hz，最高调制频率fm为15kHz,故调频指数mf=5,由公式可计算出FM信号的频带宽度为180kHz.频率调制的特点与应用 与幅度调制相比，频率调制最突出的优势是具有较高的抗噪声性能，但代价是占用比幅度调制信号更宽的带宽。幅度调制和角度调制比较） 抗噪声性能：FM最好，DSB/SSB、VSB次之，AM最差） 频谱利用率：SSB最高，VSB较高，DSB/AM次之，FM最差） 功率利用率：FM最高，DSB/SSB、VSB次之，AM最差） 设备复杂度：AM最简，DSB/FM次之，VSB较复杂，SSB最复杂另处窄带调频（NBFM）是带宽和调幅带宽相同，其抗噪声性能不如宽带调频，但比AM的性能要好。3.4二进制数字调制在卫星通信、移动通信、微波通信、光纤通信等现代通信系统中，都要用到数字调制，把数字基带信号变换成数字带通信号的过程称为数字调制信号，在接收端，通过解调器器把带通信号还原成数字基带信号的过程叫数据解调。数字调制原理：与模拟调制的基本原理相似，但是数字信号有离散取值的特点，因此数字调制技术有两种方法：（1）利用模拟调制的方法实现数字式调制，即把数字调制看成为模拟调制的一个特例。（2）利用数字信号的离散取值特点通过开并键控载波，从而实现数字调制。数字调制的3种方式：振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、和相移键控（PSK）3.4.1二进制幅移键控（2ASK）1.幅移键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而载波的频率和初始相位保持不变。2.2ASK调制和解调3.2ASK的频谱和带宽2ASK信号的频谱特性可以由它的功率谱度来表示。2ASK信号的功率是基带信号功率谱Ps(f)的线性搬移，显然2ASK的带宽B2ASK是基带信号带宽的两倍，B2ASK2fs 其中fs1/Ts是基带信号的谱零点带宽，在数值上与基带信号的码元速率相同。这表明2ASK信号的传输带宽是码元速率的两倍。3.4.2二进制频移键控（2FSK）1频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。2.2FSK的调制和解调32FSK的频谱与带宽B2FSKf2-f1+2fs3.4.3二进制相移键控（2PSK）12PSK的基本原理：2. 2PSK的调制和解调3. 2PSK的频谱与带宽二进制相移键控信号的频谱特性与2ASK的十分相似，带宽也是基带信号带宽的两倍。3.4.4二进制差分相移键控（2PDSK）12DPSK的基本原理：2. 2DPSK的调制和解调3. 2DPSK的频谱与带宽3.4.5二进制数字调制系统性能比较1,误码率抗噪性能1）对于同一调制方式，Pe相于Pe非相于，但随着r的增大，两者性能相差不大。2）对于相同的解调方式（如相干解调）抗加性高斯白噪声性能从优到劣的排列顺序：2PSK、2DPSK、2FSK、2ASK。3）在误码率相同条件下，对信噪比r的要求：2ASK比2FSK高3dB，2FSK比2PSK高3 dB,2ASK比2PSK高6 dB。2,带宽和频带利用率当码元宽度为Ts时，2ASK、2FSK和2PSK/2DPSK信号的传输带宽为B2ASK=B2PSK/2DPSK=2fs=2/Ts B2FSK=|f2-f1|+2/Ts 结论经：2FSK系统的频带利用率最低，有效性最差。3,对信道特性变化的敏感性2ASK系统，当P（1）P（0）时，最佳判决门限b*=a/2与接收机输入信号的幅度a有关，邦判决门限易受信道参数变化的影响。因此2ASK不适于随参信道的场合。2PSK系统，当P（1）P（0）时，最佳判决门限b*=0与接收机输入信号的幅度无关，因此判决门限不易受信道参数变化的影响。在2FSK系统中抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，不需要专门设置判决门限，因而2FSK系统对信道的变化不敏感，适应在随参信道或衰落信道中传输。4,设备的复杂性非相干方式比相干方式简单。目前常用的是相干2DPSK和非相干2FSK方式。相干2DPSK主要用于中速数据传输，而非相干2FSK则用于中、低速数据传输中，尤其适用于随参信道场合。3.5多进制数字调制1,多进制数字的目的：提高频带传输效率。2,4PSK相位关系。4PSK常称为正交相位移键控，第四章 电话系统4.1电话系统的基本概念电话系是为广大用户提供点对点话音通信系统。它由电话机、用户环路和交换机组成。4.1.1电话系统的网络结构按电话使用范围分类、电话网可分为本地网、长途网长途网和本地网的组网形式主要是网状网和星状网。电话网当前发展方向为程控数字网，即各级交换中心均安装数字交换机，传输电路均为数字电话。程控数字网通信质量优良，自动化程度高，故发展很快。4.1.2交换机1,交换机的组成电话系统的关键设备是交换机。交换机由交换网络，控制器和接口组成。交换网络执行交传送功能。控制器完成交换机的控制功能。接口是交换机与各种传输线路连接的界面。3. 交换机性能的衡量指示。4.2交换网络4.2.1交换网络的分类基于交换网络结构与工作方式不同，通常可以将其分为空分交换网络、数字交换网络等形式。空分交换网络通溃由多外空分交换器组成，空分交换器又由许多交叉接点和连线组成。数字交换网络一般可以由时间交换器和空间交换器构成。数字时分交换网络转发的是数字信号。模拟信号道先要转换为数字信号才能进行交换。4.2.2 空分交换网络 空分交换网络是在交换机输入与输出端口之间建立交换通道，一般是有一系统交叉接点和连线构成。4.2.3数字时分交换网络1.时隙交换器时隙交换器又称T型交换器，其功能是完成一条PCM复用线上各时隙内容的交换。时隙交换器主要由话音存储器（SM）和控制存储器（CM）组成。对话音存储器的控制方式有两种：一是“顺序写入，控制读出”；另一种是“控制写入，顺序读出”。 “顺序”指由时钟电路提供的SM读或写地址，它能使SM的单元信号与输出复用线上的时隙号相对应。“控制”是指按控制存储器中己规定的内容来控制话音存储器的读或写，时隙交换就是在这里控制延时的。除了话音存储器和控制存储器之外，时间交换器的组成电话还包括：串并转化电路、并串转换电路、计数器及其它控制电路。2,空间交换器空间交换器又称S交换器，其作用是完成不同的PCM复用之间的交换，空间交换其主要交叉接点矩阵和控制存储器组成。空间交换器的控制方式有输出控制和输入控制方式两种。3，三级数字时分交换网络当交换机的容量很小时，可以采用含一个时间交换器的单T网络，单T网络的容量最大为1024个64kbit/s信道。当交换机的容量超过单T的限度时，必须采用T和S交换器组成的多级网络。按照T和S交换机的功能，由其构成的三级网络结构有TST、STS和TTT。4.3交换控制器控制器的基本任务是控制交换网络的状态，即控制从用户线到达的呼叫输入交换机到另一个用户线并输出功能模块。其核心技术是交换技术。交换分为电路交换和分组交换。4.3.1程控（电路）交换技术电路交换是指在通话之前，根据用户的呼叫请求，由网络预先给用户分配传输带宽。用户若呼叫成功，则从主叫端到被叫端建一条物理通道。此后双方才能互相通话。通话完毕挂机后即自动释放这条物理链路。电路交换的关键点是：在通话的全部时间内用户始终占用端到端的固定传输带宽。优点：它能根据用户的需要提供端到端的临时专用通道，在通路建立后端到端的传输时延基本上等于路径的电波传播时延，因而适合承载对时延有严格要求的数据业务但是正因为它提供的是临时专用通道。1 路由设计2 电路交换路由选择。我国自动电话交换机网常用几种路由（1） 基干路由（2） 高效直达路由（3） 低呼损直达路由路由选择顺序：先选择高效直达路由。当高效直达路由忙时，选迂回路由，选择顺序是：“由远至近”即先在被叫端一侧自上而下选择，再在主叫端一侧自上面下的选择；最后选择最终路由，最终路由可以是实际的最终路由，也可以是基干路由。3,编号制度4.交换机的业务功能和呼叫处理过程。交换机的基本功能要求，程控交换机面临的用户有两类：通信终端的使用者和交机的营运、操作者。相应功能可以分为用户业务和维护功能两大类。（1） 交换机功能） 运行、管理功能） 维护，诊断功能（2） 交换机的呼叫处理过程） 用户扫描） 向用户送拨号音） 接收用户拨号信息） 号码分析） 地址接收和选择路由） 向被叫用户振铃） 通话接续与监视） 话终拆线4.3.2分组交换技术分组交换技术是一种存储转发的交换方式，其存储转发的基本数据单元是报文的分组。.存储转发式的交换基本单位是电脑报文，又称报文交换。分组交换是报文交换的继承和发展。采用分组交换技术的通信网或通信子网称为交换网。1,分组交换的分类：分组交换有两种方式，数据包方式和虚电路方式。这两种方式的共同点是实现分组的存储转发，但转发的过程各有其特点为，可以适应不同的业务要求。数据报分组交换与电路交换不同，在传输数据分组之前，不需要预先建立任何连接，而是直接按照每个分组首部中的目的地址独立选择转发路径。虚电路方式就是在用户数据分组传送前先要通过发送呼叫请求分组建立端到端的连接通路。虚电路建立方式有两种：交换虚电路和永久虚电路。虚电路与数据报不同点：（1）选择不同（2）分组顺序不同（3）分组首部不同（4）故障敏感度不同。（5）提供的服务和应用不同。2.分组网路由的选择分组交换网的主要功能是将报文的分组从源结点传送到目的结点。分组交换网中表示路由通常有标头指法和路由表示法两种。4.4用户环路4.4.1用户环路的结构4.4.2用户线接口插件的功能用户环路利用一个用户线路接口插件与端局相连。这个插件的基本功能可用缩写字符BORSCHY表示。（1）馈电（B） （2）过压保护（O） （3）振铃（R） （4）监视（S）（4） 编解码（C） （6）混合（H） （7）测试（T）4.4.3用户环路上的信号4.5电话机的原理4.5.1电话机的组成电话机主要由受话器、送话器、拨号装置和振铃组成。4.5.2电话机的工作原理4.6电话网络信令4.6.1信令系统通信网是由交换系统、传输系统和用户终端组成的。信念系统的作用是协调交换系统、传输系统和用户终端的运行在指定的用户终端之间建立电路连接，并维护网络本身的正常运行和提供各种各样的服务。信令在多段连路上的传输方式有两种：端到端的方式和逐段转发的方式。用户线信令一般设计得比较简单，通常只有具有最基本的呼叫连接建立和释放功能，用户线信令集合一般包括下列一信令：请求、地址、释放、来话提示、应答和进程提示。信令的分类：按其工作的区域不同：可分为用户线信令和局间信令用户线信令是指在终端和交换机之间用户线上传输的信令、它包括用户状态信息、数字信令、铃流以及各种信号音。局间信令是交换机之间信令。它分为两类：一类是占用、占用确认、应答、拆线等信令；另一类是传送号码的控制接续的信令。按其传送信道和用户消息传送的关系，可以分为随路信令和公共信道信合。随路信令的主要特点是信令与用户消息在同一条信道上传送，或信令信道与用户信道一一对应。4.6.2信令系统概述4.6.3电话网的呼叫过程一个正常的呼叫处理信令过程，通常包含3个阶段：呼叫建立阶段、通话阶段和释放阶段。第五章 移动通信5.1移动通信概论5.1.1移动通信发展简述5.1.2移动通信的特点移动通信与其它通信方式相比具有以下特点：1,移动通信利用无线电波进行信息传输 2通信在复杂的电磁环境下工作 3.移动通信业务量有限 4.移动通信系统建网技术复杂 5.移动台必须适用于移动环境。5.1.3移动通信的工作方式无线通信的传输方式分为单向传输（广播式，如无线电寻呼系统）和双向传输（应答式）双向传输又分为单工、半双工、全双工。5.1.4移动通信的分类及常用系统1,移动通信的分类方法：2.常用移动通信系统：5.2蜂窝网的基本概念5.2.1概述5.2.2频率再用频率再用：要求使用相同信道组的小区两两之间的距离足够远，从而使其相互间的干扰在可接受的范围内。这种为蜂窝系统中的所有基站选择和分配信道组的设计过程称为频率再用。5.2.3信道分配策略信道分配策略：是一种能实现既增加用户容量又以减少干扰为目标的频率再用方案。信道分配策略可以分为两大类：固定和动态5.2.4切换策略和位置管理当一个移动用户（MS）在通话过程中从一个小区移动到另一个小区时，MSC将该MS的连接控制从一个小区转移到另一个小区。这种将正在通话的状态MS转移到新的业务信道上的过程称为“切换”目的是实现蜂窝移动通信的“无缝隙”覆盖。位置管理包括登记和位置传递。5.2.5干扰与系统容量干扰是影响系统蜂窝无线系统性能的主要因素。蜂窝系统的两种主要干扰是同频干扰和邻频干扰.5.2.6功率控制减小干扰5.3无线电波传播移动无线信道影响着无线通信系统的性能。移动通信的信道是指基站天线、移动用户天线和两副天线之间的传播路径。5.3.1无线电波传播特性。电磁波传播的机制是多种多样的，但总体可以归为反射、饶射和散射。无线电波在空间中传播的方式有很多种：直射波、多径反射波、绕射波以及散射波。它们具有如下的特点：） 直射波：指在视距覆盖内无遮挡的传播，其信号最强。） 多径反射波：指从不同建筑物或其他物体反射后到达接收点的传播信号，其信号强度次之。） 绕射波：从较大的山区或建筑绕射后到达接收点的传播信号，其强度与反射波相当。） 散射波：是空气中离子受激后电波产生二次反射，经过由二次发射所引起的慢反射后到达接收点的传播信号，其信号强度最弱。5.3.2自由空间传播性。5.3.3 3种基本的无线电波传播机制一般认为，在无线通信系统性中影响电波传播的3种最基本的机制为反射、绕射和散射。5.3.4移动能信信道的主要特点：主要特点：1）传输信道的开放性 2）接收点地理环境我复杂性和多样性 3）移动台的随机移动性。5.3.5移动通信信号传播的损耗或衰落由于移动通信信道及电磁波在空间传播的特点：导致了信号在传播过程中会产生3中主要的损耗，而在接收点则产生3种效应。（1）自由空间的路径损失（2）（20阴影衰落（3）多径衰落。5.3.6 3类主要的选择衰落1,时间选择性衰落：即在不同的时间，衰落特性不同2,频率选择性衰落；即在不同的频率上，衰落特性不同3,空间选择性衰落：即在不同的地点上，衰落特性不同5.4抗衰落技术5.4.1分集接收1分集方式在移动通信系统中可能用到两类分集方式：一类称为：宏分集：另一类称为：微分集“宏分集”主要用于蜂窝通信系统中，也称为“多基站”分集，这是一种减小慢衰落影响的分集技术。“微分集”是一种减小快衰落影响的分集技术，在各种无线通信中都经常使用。微分集主要分为下列3种形式：（1）空间分集 （2）频率分集 （3）时间分集空间分集的依据是快衰落的空间独立性，即在两个不同的位置上接收同一个信号，只要两个位置的距离大到一定程度，则两处所收信号的衰落是不相关的。频率分集：由于频率间隔大于相关带宽的两个信号所遭受的衰落可以认为是不相关的。因此可以用两个以上的不同的频率传输同一信息，以实现频率分集。时间分集：快衰落除了具有空间和频率独立性之外，还具有时间独立性，即同一信号在不现的时间区间多次重发，只要各次发送的时间间隔足够大，那么各次发送信号所出现地衰落将是彼此独立，接收机将重复收到同一个信号进行合并，就能减小衰落的影响。2.合并方式选择不同的加权系数，就可构成不同的合并方式。（1） 选择合并 ：选择式合并是指检测所有分集支路的信号，以选择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并器的输出，在选择式合并器中，加权系数只有一项为1,其余均为0（2） 最大比值合并：最大比值合并是一种最佳合并方式（3） 等增益合并：等增益合并无需对信号加权，各支路的信号是等增益相加的，等增益合并方式实现比较简单，其性能接近于最大比值合并。5.4.2 RAKE接收RAKE接收机就是利用多个并行相关器检测多径信号，按照一定的准则合成一路信号提供给解调接收机。RAKE接收机实现原理 ：5.4.3交织技术交强技术也叫交织编码，可以使突发差错分散成为随机差错而避免成功的数据丢失。5.4.4均衡技术均衡技术是指各种用来处理码间干扰的算法和实现方法。5.5多址技术5.5.1频分多址FDMA是指将给定的频谱资源划分为若干个等间隔频道，供不同的用户使用。FDMA是应用最早的一种多址技术。AMPA、NAMPS、TACS、NTT和JTACS等第一代移动通信系统所采用的多址技术是就FDMA，此外卫星通信中FDMA也得到了广泛的应用。特点如下：） FDMA的信道载波每次只能传送一路电话。2）如果一个己经分配的FDMA的信道没有使用，那么它就处理空闲状态，但是不能由其他用户使用，本质上是一种资源的浪费 3）在分配好语音信道后，基站与移动台就会同时连续的发射。 4）FDMA的信道带宽相对较窄，通常每一个信道仅支持每个载波一条线路。 5）窄带信号的符号持续时间与平均时延扩展相比是很大的，这意味着符号间干扰较低，因此城FDMA窄带系统中几乎不需要均衡或根本不需要均衡。6）与TDMA相比，FDMA移动系统要简单得多。7）FDMA系统是一种不间断发送模式，因此相对于TDMA而言，它需要较少的比特来满足系统开销，8）由于发射机和接收机同时工作，所以FDMA系统需要双工器，这就增加了FDMA用户单元和基站的费用。5.5.2时分多址TDMA是指时间分割成周期性的帧，每一帧再分为若干个时隙，在每一个时隙中，在每一个时隙中仅允许一个用户要么接收要么发射。TDMA具有如下特点：1）TDMA使几个用户共享一个载波频率，并且每一个用户利用不相重叠的时隙。每一帧的时隙数取决于多个因素，如调制技术、有效带宽。） 对于用户而方，TDMA系统的数据传递不是连续的，而是分组发送的。） 由于TDMA中的不连续发送，切换处理一个用户单元来说比较简单，因为它可以利用空闲时隙监听其它基站。） TDMA用不同的时隙进行发射和接收，因此不需要双工器。） 在TDMA中，采用自适应均衡是必须是必要的。） 由于分组发射，因此在TDMA系统中需要罗高的同步开销5.5.3扩频多址或码分多址SSMA系统有两个共同的特点：一是扩频，也就是说用于传输信息的信号带宽远大于信息带宽。二是在扩展的实现上，不论通过什么途径扩频，基本都是用用一组优选的扩展进行控制。CDMA特点：） CDMA系统的许多用户共享同一频率，不管使用的是时分双工还是频分双工技术。） 与TDMA和FDMA不同，CDMA具有软容量的特点。） 由于信号被扩展在一较宽的频谱上，因而可以减小多径衰落。） 在CDMA系统中，信道数据速率高。） 因为CDMA使用同信道小区，所以它可以宏分集来进行软切换。） 多址于干扰是CDMA系统的一个问题。） 如果在CDMA接收机上存在比目标功率更高的其他用户功率，那么就会出现远近效应问题。5.5.4空分多址空分多址（SDMA）是使用定向波束天线来服务不同的用户，5.5.5多址技术与调制技术在未来移动通信中的融合。OFDM优点：1）频谱利用率高，比一般串行系统高出近一倍。2）抗衰落能力强。3）特别适合高速据的传送。4）抗码间干扰能力强。5.6时分多址数字蜂窝网GSMGSM系统重要特点：防盗拷能力强，网络容量大，手机号码资源丰富，通话清晰，稳定性强，不易受干扰，通话死角少，手机耗电量低。GSM系统从结构上来看主要包含4个主体：移动台（MS）、基站子系统（BBS）、网络子系统（NSS）和操作支持系统（OSS）GSM系统体系结构主要包括3个相关的子系统，分别是移动台、基站子系统、网络子系统。5.6.4GSM系统接口GSM系统中的主要接口有Um接口、Abis接口、A接口以及NSS的内部接口。GSM系统与其它公用电信网接口主要是指与公用电话网（PSTN）、综合业务数字网（ISDN）、分组交换公用数据网（PSPDN）、电路交换公用数据网（CSPDN）间的接口，它是通过MSC来实现的。5.6.5 GSM技术介绍1,工作频段的分配 2多址方案 3,无线帧结构 4.无线接口管理 5.GSM信道 6.SIM卡7,保密措施5.6.7码分多址蜂窝移动通信系统5.7.1CDMA系统原理及特点CDMA系统是以扩频调制技术和码分多址接入技术为基础的数字蜂窝移动通信系统。在CDMA系统中，不同用户传输的信息是靠各自不同的编码序列来区分的。IS-95系统主要指标如下：1）工作频率。2）码片速率：1.2288Mbit/s。3）比特率：速率集1为9.6kbit/s.速率集2为14.4kbit/s,IS-95B11为115.2kbit/s. 4)帧长度:20ms.5)功率控制 CDMA系统具有以下主要特点:1)系统容量大,2)CDMA系统具有软容量特性.3)CDMA系统具有软切换功能.4)CDMA系统具有话音激活功能. 5)CDMA系统是以扩频技术为基础的,因此具有干扰,抗多径衰落,保密性强等优点.6)因CDMA和GSM的技术体制对CDMA和GSM的发射功率的要求,初始发射功率值的取定以及功率控制机制不同,在通信过程中,CDMA手机的平均发射功率远远低于GSM手机的平均发射功率.5.7.2CDMA系统结构CDMA系统与TDMA系统的主要差别在于无线信道的构成,相关的无线接口和无线设备,特殊的控制功能.结构主要由3大部分组成:交换子系统、基站子系统和移动台子系统.5.7.3CDMA系统的技术1)可变速率声器 2)功率控制论 3)CDMA系统中的RAKE接收 4)越区切换5.7.4 CDMA系统的无线链路5.7.5CDMA蜂窝移动通信系统的系统容量在CDMA系统中,采用了以下技术以提高蜂窝系统的容量1. 采用话音激活技术 2,利用扇区划分提高系统容量 3,CDMA系统的软容量第六章 微波通信6.1.1微波通信的基本概念微波能信就是利用微波作为载波来携带信息并通过空间电磁波进行传输的一种无线通信方式,6.1.2数字微波通信1.数字微波通信系统组成主要由天馈设备、微波分路系统、微波收发信机、中频调制解调器、基带切换设备、勤务及监控设备和PCM设备组成。2.数字微波发信系统（1）数字微波发信系统的组成：目前使用的的数字微波通信设备，其数字微波发信机根据频率变换方式不同，可分为直接调制式发信机和变频式发信机。（2）数字微波发信系统各部分的作用1）微波发信本振源的作用 2）微波发信混频器的作用 3）微波晶体管理线性功率放大器的作用3.数字微波收信系统4，馈线及天线系统5，收发公用器6，数字微波能信采用的调制方式6.1.3数字微波通信的分类数字微波能信可以分为地面微波中继通信、一点多址微波通信、微波卫星能信和微波散射能信