第五讲数字电子电路.ppt

第八讲信息与通信系统,8.1概述8.2有线通信及光纤通信8.3无线通信及移动通信,8.1概述,8.1.1信息系统的基本组成8.1.2通信系统分类8.1.3通信系统所需的带宽8.1.4通信系统的主要技术要求,返回,8.1.1信息系统的基本组成,返回,信息系统的组成如图,发送,接收,信息,信息,信息交换,信息恢复,信息是指声音、文字、图像等能被大家理解并交流的媒体。信息变换是指将信息通过电的处理(信号的获取、处理）变成可以传输的信号。,信息变换,如声音信号通过话筒转变成音频信号，图像通过摄像设备转成电视信号。信号处理是将获取的信号进行放大、滤波、调制、解调、编码、解码、压缩、解压缩等。,发送是指将变换好的信号通过发送设备，由传输媒介如空气、电缆等传输到别处。接收/信息恢复由接收换能器接收转换成电信号，再逆变转换成原有的信息。,8.1.2通信系统分类,按通信功能可分为:声音通信、图像通信、数据通信。（1）声音通信是以听觉为服务对象的通信方式。（2）图像通信是以视觉进行信息交换的通信方式。（3）数据通信是传送计算机处理后的数据符号信号的通信方式。按传输方式可分为：有线通信、无线通信、光纤通信、移动通信等。,8.1.3通信系统所需的带宽,对信息通信系统，所需的带宽是由所处理的信息量和处理的时间来决定。系统带宽选择的原则：在保证信息能正确传递的情况下，带宽越窄越好。对模拟系统带宽用Hz、kHz、MHz表示。对数据通信系统常用传输速率（数码率）表示，如b/s、kb/s、Mb/s、Gb/s。,8.1.4通信系统的主要技术要求,返回,保证通信质量，可靠性高如电话要求通话清楚，图像通信要求获得清晰图像。保密和抗干扰。通信便利收费低廉,8.2有线通信及光纤通信,返回,8.2.1电话通信线路及交换机8.2.2传真8.2.3综合业务数字网(ISDN)8.2.4ADSL8.2.5光纤通信,8.2.1电话通信线路及交换机,8.2.2传真,8.2.3ISDN,ISDN（IntegratedServiceDigitalNeTwork）中文名称是综合业务数字网，通俗称为“一线通”。目前电话网交换和中继已经基本上实现了数字化，即电话局和电话局之间从传输到交换全部实现了数字化，但是从电话局到用户则仍然是模拟的，向用户提供的仍只是电话这一单纯业务。综合业务数字网的实现，使电话局和用户之间仍然采用一对铜线，也能够做到数字化，并向用户提供多种业务，除了拨打电话外，还可以提供诸如可视电话、数据通信、会议电视等等多种业务，从而将电话、传真、数据、图像等多种业务综合在一个统一的数字网络中进行传输和处理。,窄带综合业务数字网向用户提供的有基本速率（2B+D，144kbps）和一次群速率（30B+D，2Mbps）两种接口。基本速率接口包括两个能独立工作的B信道（64Kbps）和一个D信道(16kbps)，其中B信道一般用来传输话音、数据和图像，D信道用来传输信令或分组信息。宽带可以向用户提供155Mbps以上的通信能力。,综合业务数字网有窄带和宽带两种,返回,综合的通信业务：利用一条用户线路，就可以在上网的同时拨打电话、收发传真，就像两条电话线一样。通过配置适当的终端设备，您也可以实现会议电视功能，把您和亲人朋友之间的距离缩到最短。,高速的数据传输：在数字用户线中，存在多个复用的信道，比现有电话网中的数据传输速率提高了2-8倍。高的传输质量：由于采用端到端的数字传输，传输质量明显提高。接收端声音失真很小。数据传输的比特误码特性比电话线路至少改善了10倍。,ISDN（2B+D）具有普通电话无法比拟的优势：,使用灵活方便：只需一个入网接口，使用一个统一的号码，就能从网络得到您所需要使用的各种业务。统一的接口。适宜的费用：由于使用单一的网络来提供多种业务，ISDN大大地提高了网络资源的利用率，以低廉的费用向用户提供业务；同时用户不必购买和安装不同的设备和线路接入不同的网络，因而只需要一个接口就能够得到各种业务，大大节省了投资。,返回,ISDN（30B+D）业务在一个PRA（30B+D）接口中，有30个B通路和1个D通路，每个B通路和D通路均为64Kbit/s，共1,920Kbit/s。每一个PRI接口可以独立成为一个PRA用户群，也可以多个PRA接口组成一个用户群。30B+D的应用：（1）INTERNET的高速连接。（2）远程教育、视频会议和远程医疗。（3）连锁店的销售管理（POS）。（4）终端的远程登陆、局域网互连。（5）连接PBX，提供语音通信。,8.2.4ADSL,ADSL-AsymmetricDigitalSubscriberLine专业中文名称为非对称数字用户线路。,ADSL是宽带接入技术中的一种，它利用现有的电话用户线，通过采用先进的复用技术和调制技术，使得高速的数字信息和电话语音信息在一对电话线的不同频段上同时传输，利用分频技术把低频信号和高频信号分离，,3400Hz以下供电话使用；3400Hz以上的高频部分供上网使用，即在同一铜线上分别传送数据和语音信号，数据信号并不通过电话交换机设备。这样既可以提供高速传输：上行（从用户到网络）的低速传输可达640Kbps，下行（从网络到用户）的高速传输可达8Mbps；而且在上网的同时不影响电话的正常使用。,ADSL的图形定义,8.2.5光纤通信,各种电信号对光波进行调制后，通过光纤进行传输的通信方式，称光纤通信。,光纤通信不同于普通的有线电通信，后者是利用金属媒体传输信号，光纤通信则是利用透明的光纤传输光波。虽然光和电都是电磁波，但频率范围相差很大。一般通信电缆最高使用频率约9-24兆赫(106Hz)，光纤工作频率在(1014-1015)Hz之间。,一.光纤及光的传输,光纤是直径为124m像毛发一样粗细的石英玻璃纤维，其透明度极高。,光纤的构造和光在光纤中的传输,光线,光纤,纤芯（折射率高）,包层（折射率低）,利用光的全反射原理，使光信号在光纤中传输而没有泄漏。,光缆、光纤传送的损耗,光导纤维是一种传输光束的细微而柔韧的媒质。光导纤维电缆由一捆纤维组成,简称为光缆。,光纤传送的损耗主要有两方面，一是由材料和结构引起的吸收、散射所造成的损失，二是由于连接成系统时产生的损失。,光纤损耗远低于通信电缆损耗。,二.光纤通信系统的构成,光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输媒体的通信方式,起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机。,光源是光波产生的根源。主要有发光二极管LED(light-emittingdiode)和半导体激光二极管ILD(injectionlaserdiode)。接收用光电二极管,光纤是传输光波的导体。,光发送机的功能是产生光束,将电信号转变成光信号,再把光信号导入光纤。,光接收机的功能负责接收从光纤上传输的光信号,并将它转变成电信号,经解码后再作相应处理,返回,光纤通信的优点,(1)容量大。光纤工作频率比目前电缆使用的工作频率高出8-9个数量级，故所开发的容量很大。,(2)衰减小。光纤每公里衰减比目前容量最大的通信同轴电缆的每公里衰减要低一个数量级以上。,(3)体积小，重量轻。同时有利于施工和运输。,(4)防干扰性能好。光纤不受强电干扰、电气化铁道干扰和雷电干扰，抗电磁脉冲能力也很强，保密性好。,(5)节约有色金属。且线径细,重量轻，制造资源丰富。,8.3无线通信及移动通信,8.3.1无线通信8.3.2移动通信,8.3.1无线通信,(1)概述(2)短波通信(3)微波通信(4)卫星通信,(1)概述,有线通信，是指传输媒质为架空明线、电缆、光缆、波导等形式的通信，其特点是媒质能看得见，摸得着。,无线通信，是指传输消息的媒质为看不见、摸不着的媒质（如电磁波）的一种通信形式。,无线通信常见的形式有微波通信、短波通信、移动通信、卫星通信、散射通信和激光通信等，其形式较多。,（2）短波通信,尽管当前新型无线通信系统不断涌现，短波这一最古老和传统的通信方式仍然受到全世界的普遍重视，在卫星通信和移动通信快速发展的今天，短波通信不仅没有被淘汰，还在快速发展。其原因是：短波通信距离远、抗毁能力和自主通信能力强、运行成本低。,短波：波长100-10m（3-30MHz)的电磁波超短波：波长10-1m（30-300MHz),返回,电波的传播方式,电波在各种媒介质及媒介质分界面上根据反射、折射、散射及绕射，着不同传播方式。常见的有地波（表面波）传播，直射波（视距）传播，天波传播，散射传播。,沿大地与空气的分界面传播的电波，叫地面波或表面波，简称地波。地波在传播过程中，由于部份能量被大地吸收，很快减弱，波长越短，减弱越快，因而传播距离不远。,但地波不受气候影响，可靠性高。通常，超长波、长波、中波无线电通信，利用地波传播。,天波是指由天线向高空辐射的电磁波受到天空电离层反射或折射后返回地面的无线电波。天波是短波的主要传播途径。,短波信号由天线发出后，经电离层反射回地面，又由地面反射回电离层，可以多次反射，因而传播距离很远（可上万公里），而且不受地面障碍物阻挡。但天波传播的最大弱点是信号很不稳定的，处理不好会影响通信效果。,超短波适用直射波传播方式进通信。传播距离有限，一般为50km左右。,一般来说，地波的传播距离可达2030公里，而天波从电离层第一次反射落地（第一跳）的最短距离约为80100公里，可见30至80公里之间这一段，地波和天波都够不到，形成了短波通信的“寂静区”，也称为盲区，盲区内的通信大多是比较困难的。车载台由于天线的限制，均存在通信盲区问题。,(3)微波通信,通常把300MHz30GHz（波长1m-1mm）频段的通信，称微波通信。由于微波的频率极高，波长又很短，其在空中的传播特性与光波相近，也就是直线前进，遇到阻挡就被反射或被阻断，因此微波通信的主要方式是视距通信直线传波，超过视距以后需要中继转发。,微波接力通信系统,通常由终端站、枢纽站、分路站（也有不设分路站的）和若干个中继站（也称再生站）组成，长度在几百公里甚至长达一、二千公里。如图所示,微波通信的特点,（1）长、中、短波波段总共带宽不超过30兆赫，而微波波段带宽达30吉赫，频带宽度约为长、中、短波带宽的1000倍可容纳大量的通信波道，每个波道可通电话几千路或几十路电视。,（2）天电工业干扰以及太阳黑子的活动对微波通信影响很小可以不予考虑。,（3）微波具有与光波一样沿直线传播的特性，由于地球曲率的影响，两站间的距离不能很长。微波是在空气对流层中传播，由于地球表面的反射以及对流层气象参数的变化而产生衰落为了获得比较稳定的传播特性，相邻两站的距离一般在3050公里，以接力的方式实现远距离通信的目的。,（4）由于频率很高波长很短可以制成方向性很强，尺寸又小的天线(抛物面)不仅架设方便，而且大大减小了发信功率，大大减轻了相互之间的干扰。,返回,(4)卫星通信,卫星通信是指利用人造卫星转发信号实现的无线通信。根据卫星与地面的相对位置，分同步和非同步卫星，同步卫星又分静止和非静止卫星，通信系统中常采用静止卫星。静止卫星在赤道上空36000Km，它绕地球一周时间恰好与地球自转一周一致，从地面看上去如同静止不动一般。三颗相距120度的卫星就能覆盖整个赤道圆周。故卫星通信易于实现越洋和洲际通信。最适合卫星通信的频率是1-10GHz频段，即微波频段。为了满足越来越多的需求，已开始研究应用新的频段，如12GHz，14GHz，20GHz及30GHz。,卫星系统的组成,返回,通信卫星的工作过程,返回,卫星通信系统是由空间部分通信卫星和地面部分通信地面站两大部分构成的。在这一系统中，通信卫星实际上就是一个悬挂在空中的通信中继站。,通信卫星工作的基本原理如图所示。从地面站1发出无线电信号，这个微弱的信号被卫星通信天线接收后，首先在通信转发器中进行放大，变频和功率放大，最后再由卫星的通信天线把放大后的无线电波重新发向地面站2，从而实现两个地面站或多个地面站的远距离通信。,返回,多址联接卫星通信,返回,频分多址技术，不同的地球站占用不同的频率，即采用不同的载波。它对于点对点大容量的通信比较适合。,时分多址技术，即每一地球站占用同一频带，但占用不同的时隙，它比频分多址有一系列优点，如不会产生互调干扰，不需用上下变频把各地球站信号分开，适合数字通信，可根据业务量的变化按需分配，可采用数字话音插空等新技术，使容量增加5倍。,返回,码分多址（CDMA），即不同地地球站占用同一频率和同一时间，但有不同的随机码来区分不同的地址。它采用了扩展频谱通信技术，具有抗干扰能力强，有较好的保密通信能力，可灵活调度话路等优点。其缺点是频谱利用率较低。它比较适合于容量小，分布广，有一定保密要求的系统使用。,返回,卫星通信的主要特点,优点方面：（）通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均可进行通信。）不易受陆地灾害影响。（）建设速度快。（）易于实现广播和多址通信。（）电路和话务量可灵活调整。（）同一信道可用于不同方向和不同区域。,缺点方面：（）由于两地球站向电磁波传播距离有72000KM，信号到达有延迟。（）10GHZ以上频带受降雨雪的影响。（）天线受太阳噪声的影响。,返回,8.3.2移动通信,(1)蜂窝移动电话(2)CDMA(3)无线寻呼系统(4)GPS,无线通信与移动通信虽然都是靠无线电波进行通信的，但却是两个概念，首先移动通信肯定是无线通信，无线通信有包含移动通信的意味。但无线通信侧重于无线，移动通信更注重于其移动性。,移动通信,移动通信，往往首先想到的是手机，其实移动这个概念不仅仅在于手机，它其实包括蜂窝移动，集群调度，无绳电话，寻呼系统和卫星系统。我们平时所提的手机仅仅是蜂窝移动系统中的移动台，移动台的概念包括手机，呼机,对讲机等等移动终端。,蜂窝移动电话在中国被形象地称为手机。第一代蜂窝移动电话系统：指模拟蜂窝移动电话系统，主要特征是用无线信道传输模拟信号。,(1)蜂窝电话,第二代蜂窝移动电话系统,数字蜂窝移动电话系统，以直接传输和处理数字信息为主要特征，具有一切数字系统所具有的优点，频率的使用率。代表性产品是GSM（GlobalSystemForMobileCommunication)和CDMA现在我们国家采用的第二代移动通信（GSM）技术，频率为900MHz和1800MHz。蜂窝移动通信系统由移动业务交换中心（MSC）、基站（BS）设备及移动台（MS）（用户设备）以及交换中心至基站的传输线组成。,3G(ThirdGeneration),第三代移动通信。3G具有更宽的带宽，其传输速度最低为144k，中速384K，最高为2M，不仅能传输话音，还能传输数据，从而提供快捷、方便的无线应用，如无线接入Internet3G的技术标准国际电信联盟(ITU)在2000年5月确定W-CDMA(WidebandCDMA欧日)、CDMA2000(美韩)和TD-SCDMA(TimeDivision-SynchronousCDMA中)三大主流无线接口标准，写入3G技术指导性文件2000年国际移动通讯计划(简称IMT-2000)。,MSC,BS,BS,MS,MS,蜂窝移动通信系统,就是说移动台的移动交换中心与公共的电话交换网（就是我们平时所说的电话网PSIN）之间相连，移动交换中心负责连接基站之间的通信，通话过程中，移动台（比如手机）与所属基站建立联系，由基站再与移动交换中心连接，最后接入到公共电话网。,蜂窝：使用区域划出一块块的小区域，每一个小区分配一些频率资源，隔几个小区后，又把相同的频率划给另一个小区，但认为这时候他们之间的干扰比较小（同频干挠）,移动通信中的几个名词,信道是对无线通信中发送端和接收端之间的通路的一种形象比喻,大区是指：在一个比较大的区域中，只用一个基站覆盖全地区，由于只有一个基站，一般只能容纳数百至数千个用户。,采用小区制（CellularSystem）组网方式，可以在有限的频谱条件下，达到大容量的目的。,漫游也称出游，它的意义是移动台脱离了本管区的范围，而移动到其他管区中去了。,过区切换是指当移动台在通话中经过两个基站覆盖区的相邻边界的时候所采用的信道切换过程。,（2）CDMA,CDMA（码分多址：Code-DivisionMultipleAccess）是数字移动通信进程中出现的一种先进的无线扩频通信技术，它能够满足市场对移动通信容量和品质的高要求，具有频