通信技术基础ppt课件

通信工程基础，重庆邮电大学管理学院工程管理专业(2010级)，发布教师：姚玉坤副教授担当部门：重庆邮电大学通信与信息工程学院通信网络教育研究中心事务所：逸夫科技楼三楼工作邮箱： yaoyk开课时间：2012年9月，通信是什么？ 什么是电信？ 什么是交换，什么是交换技术，什么是传输，什么是传输技术，什么是光纤通信？ 什么是SDH？ 什么是通信网络？ 为什么网络无处不在？ 什么是接入网络，什么是Xdsl宽带接入？ 什么是HFC？ 什么是IP？ 什么是7号信令？ FDMA、TDMA和CDMA之间有什么区别？ 什么是GSM？ 什么是3G？ 什么是4G，什么是微波通信？ 什么是卫星通信？ 你知道吗？ 想知道吗？ 哪个通信终端和哪个通信网络使用数据通信？ 什么是TCP/IP？ 协议栈？ 信令的作用是什么？ 什么是7号信令？ 什么是三网融合？ 你知道“下一代网络”是什么意思吗？ 想知道吗？ 课程概要，课程编号： 010277； 理论总学时： 48单位：提前3分钟上课： 通信原理，计算机网络课程目标：了解通过本课程教学使学生掌握基本通信和相关知识的现代通信技术的基本内容和基本原理， 具有了解通信技术发展历史和未来趋势的通信系统和建立网络基础架构的通信和信息系统中通信技术工程应用的专业基础知识。 课选教材和参考文献，教材：章伟飞编着，现代通信技术基础，人民邮政出版社，2010年10月出版。 参考书：张仪，郭亚里编着，通信工程（专业）概论，武汉理工大学出版社，2007年出版。 现代通信技术基础教材目录，第1章通信网络的概要第2章接入网络技术第3章交换技术第4章传输技术第5章通信支持网络第6章互联网通信第7章通信新技术、授课内容的概要， 第1章通信网络概要第2章接入网络技术第3章交换技术第4章传输技术第5章支持网络第6章互联网通信第7章通信新技术、授课特点、知识面广、知识面广、内容丰富的专业性、技术种类长、发展快、总体要求不高、理解主要、 一些学生1、认真听课，养成在课堂上做笔记和评论的习惯2、放学后读书复习作业3、教室必须安静活泼4、重要理解、多思考、经常听课5、遵守休假制度的课堂学习成绩评价方法、 平日工作335415 %平日工作335415 %课堂讨论发言，回答问题10%期末考试60%，第一章通信网络概要，1.1通信发展概要1.2通信基本概念1.3全网络概念1.4固定电话通信过程1.5移动电话通信过程1.6数据通信过程， 第一章通信网络概要本章的要旨：1.通信的发展历史2 .当前的通信技术3 .基本的通信技术概念4 .通信系统中所有网络的概念和构成5 .固定电话、移动电话、数据通信的通信过程、1.1通信发展概要、1.1.1通信的概念通信是通过某种媒体进行的信息传递。 什么是信息？ 信息的定义很多，在中国国家标准GB4894-85中，信息的定义是物质存在的方式、形态和运动状态，也是事物的普遍属性，通常指数据、消息中包含的意思，从而导致消息中描述的事件的不定性减少。 那么，媒体到底是什么呢？自从人类存在以来，通信已经存在，通信的目的并没有改变。 变化的只有通信的方式。 1.1.1通信的概念、媒体是什么？ 作为介质的“介质”，当一种物质存在于另一种物质的内部时，后者就是前者的介质。 用通信指定的媒体是能够传送信息的路径。 例如有线媒体、无线媒体。 其中铜介质、光纤介质等属于有线介质，空气属于无线介质。 1.1.2通信的发展历史，人类的通信始于远古。 人与人之间的语言、肢体交流是最初出现的交流。通信的发展历史分为古代通信和近代通信。 在中国古代，飞鸽传书、烽火传书、利用站楼的邮局系统、旗语等是很常见的通信方式。 1.1.2通信发展历史、信鸽甘肃玉门烽火台遗址、1.1.2通信发展历史、苏州横塘千年古驿站壁画、1.1.2通信发展历史、法罗灯塔修复图旗语、1.1.2通信发展历史、现代通信发展历史大致可分为两个阶段。 第一阶段为电信阶段，第二阶段为电子信息通信阶段。 第一阶段的通信技术是在1835年莫尔斯发明了电报机，在1837年设计了莫尔斯电报码。 1876年贝尔发明了电话机，利用电磁波不仅可以传输文字，还可以传输声音，大大加快了通信过程。 1895年，马可尼和波波夫发明了无线设备，开辟了无线通信的发展道路。 1.1.2通信发展历史、莫尔斯人工电报机、1.1.2通信发展历史、近代通信发展历史的第二阶段是电子信息通信阶段。 主要的通信技术有移动通信技术、可编程交换技术、传输技术、数据通信和数据网技术、接入网和接入技术。 四路八达手机灵活方便的手机和彩色电视屏幕的绝佳计算机互联网网络现代通信的一般方式是：计算机技术与通信技术的结合，计算机网络的发生，象征着人类历史上信息通信时代的到来。 1.1.2通信的发展历史、【移动通信的发展历史】1928年，发明了在2MHz工作的超外差方式的无线电接收机的1946年，贝尔系统成立了世界第一个总线电话网“城市系统”的1980年代中期， 1992年，欧洲和日本陆续建立了自己的第一代蜂窝移动通信系统(1G系统)以来，GSM(2G系统)在世界范围内开始急速扩大。1995年，ITU将第三代移动通信系统(3G系统)命名为国际移动通信2000(IMT-2000 )。 1.1.2通信的发展历史、【可编程交换技术的发展历史】1878年出现了人工交换机，通过交换员进行了人工流量的连接。 1893年出现了步进式开关，标志着交换技术从人工时代进入了机电自动交换时代。 1938年发明了交叉开关，提高了步进开关的可靠性和连接速度。 1.1.2通信的发展历史、“可编程交换技术的发展历史”显示，美国贝尔公司于1965年生产出世界首台商用存储程序控制电子交换机(No.1ESS )，这一成果表明电话交换机已从机电时代向电子时代发展。 法国于1970年开业了世界上第一个可编程数字交换系统E10。 这说明交换技术从传统的模拟交换进入了数字交换时代。 可编程开关，1.1.2通信的发展历史，1880年，贝尔发明了以光波为载波传递声音信息的“光电话”。 这是光通信历史上的第一步。 1960年，美国科学家梅曼(Meiman )发明了最早的红宝石激光。 证明了激光是理想的光载体。 因此，激光的出现使光波通信进入了新阶段。 1966年，英籍华人高锐博士首次利用无线电波导通信原理，提出了低损耗光纤(简称光纤)的概念。 1970年，美国首次开发了损耗为20db/km的石英光纤，是理想的传输介质。 同年，贝尔研究所开发了室温下连续振荡的半导体激光器(LD )。 从那以后，光纤通信迅速发展的时代开始了，1970年被称为光纤通信的元年。 【光纤通信发展历程】、1.1.2通信发展历程、光电红宝石激光光纤、【光纤通信发展历程】、90年代以来，第4代光纤通信系统已实现了以2.5Gb/s速度传输4500公里和以10Gb/s速度传输1500公里的应用。 1.2通信的基本概念，通信是通过一个介质来传达信息的。 “信号”是信息的表现形式，“信息”是信号的具体内容。通信的本质是信号在某个介质上传送。 信号有模拟信号和数字信号两种。 1 .模拟信号：时间和振幅连续变化的信号。 其特征为宽度是连续的(连续的含义可在某一值范围内采取无穷多的数字)。 常见的正弦波信号。 1.2.1信号类型、1.2.1信号类型、2 .数字信号：指振幅和时间两方面离散的信号。 其特征在于振幅离散(离散意义可在某一范围内取有限数值)。 在1.2通信的基本概念(如一般脉冲信号的情况)中，数字信号在性能方面优于模拟信号，但是在生成许多原始信号时是模拟信号，因此，为了使用数字信号实现通信，需要首先将模拟信号转换为数字信号。 最常见的模拟数字信号转换方法是脉冲码调制技术(PCM )。 模拟信号通过“采样、量化、编码”三个步骤来实现PCM信号的形成。 此外，1.2.2脉冲编码调制(PCM )，1 .采样：每隔一定的时间间隔t提取模拟信号的瞬时振幅值(采样值)。 采样频率fs有多适合？ 应该满足抽样定理。 fs并不越高越好，目前最常见的取样频率为每秒8000次。 提取出的样本值是8000样本值/s。 此外，31，1 .采样定理：在一个连续信号f(t )包括未超过fh的最高频率的情况下，在采样频率fs2fh时，采样获得的离散信号包括原始信号的所有信息。 另外，1.2.2脉冲编码调制(PCM )、2 .量化：量化是指将在时域中振幅连续的采样值序列变换为在时域中振幅离散的采样值序列信号(即量化值)。 量化有均匀量化和不均匀量化两种。 如果量化间隔均匀，则称为均匀量化。另一种量化间隔是不均匀的非均匀量化，根据信号幅度的大小调整量化间隔。 非均匀量化克服了均匀量化的缺点。 目前，非均匀量化经常使用直接非均匀编解码方法。 量化级数为256个。 另外，1.2.2脉冲编码调制(PCM )，3 .编码：此处的编码是指，通过根据a律13折线的非均匀量化间隔的区分而直接编码样本值，称为非均匀编码，接收端再次进行非均匀解码，即直接非均匀编码法。 另外，在对模拟信号进行采样、量化、编码后形成的PCM数字信号的带宽为8000个采样值/s8bit/采样值=64Kbit/s，编码后的信号的采样宽度由二进制值表示。 编码所需的最大二进制比特数是log2N比特，并且n是量化秩的数目。 每一量化层级可编码为8个二进制数字信号，即8比特。 此外，1.2.3复用技术，1 .基本概念是将发送侧的若干不独立的分支信号合成为一个复合信号，在相同信道中发送，接收侧对复合信号进行分解，恢复原来的各分支信号，称为复用。 示意地说明复用的原理，最常用的复用技术是频分复用和时分复用，还有统计时分复用和时分复用技术。 另外，1.2.3复用技术，定义： FDM将线路的通带资源划分为多个子带，分配给各个用户形成数据传输的子路径，通过专门分配给各个用户终端的子路径来传输数据，并且如果该用户没有数据传输则通过专用于该子路径的子路径来传输数据FDM主要应用于携带模拟信号的频分信道，主要用于电话、电报和有线电视(CATV )。 在数据通信中需要与调制解调技术并用。 优点：多个用户共享一个传输线资源。 缺点：向各用户预先分配好的子带，各用户独占子带，因此无法充分利用线路的传输能力。 2 .频分复用(FDM )、图1-17FDM的原理图、2 .频分复用(FDM )、1.2.3复用技术和定义： TDM采用固定时隙分配方案，即，一个物理信道在时间上被划分成若干时隙(称为“时隙”)，在时间上是重要的每个时间片被复用的一个信号占用，并且可以利用每个信号的时间交替传输在一个物理信道上传输多个数字信号。 时分复用技术允许将低速数字信号与高速数据率信道复用。 优点：复用低速数字信号可以共享一个传输路径资源。 缺点：时隙预先分配，固定，每个用户独占时隙，时隙利用率低，线路传输能力不足。 3 .时分复用(TDM )、3 .时分复用(TDM )、图1-18TDM原理图、1.2.3复用技术、定义： STDM还被称为动态时分复用或者异步时分复用，以便根据用户的实际需要动态地分配线路资源。 也就是说，如果在某个用户需要传输数据时分配资源，并且用户暂停数据传输，则不分配线路资源，使得线路的传输能力能够由其他用户传输更多数据，并且增加了线路利用率。 根据这样的用户的实际需求来分配线路资源的方法被称为统计时分复用。 4、统计时分复用(STDM )、优点：线路传输利用率高。 这种方式特别适用于计算机通信中的突发性或间断性的数据传输。 缺点：考虑一下，图1-19TDM和STDM的基本原理的比较图，4 .统计时分复用(STDM )，1.2.3复用技术，定义： WDM是在一根光纤中同时传输多波长的光信号的技术。 其基本原理是在发送侧合成(复用)不同波长的光信号，将其传送到光缆线路上的同一光纤进行传输，在接收侧分离(解复用)合成波长的光信号，复原原来的信号并传送到不同终端。 分类： WDM系统可根据工作波长的带宽分为2类。 一个是在整个长波段中信道间隔较大的复用，称为粗波分复用(CWDM )的另一个是1550nm波段的高密度波分复用(DWDM )。 构成形式： WDM系统的基本构成主要有两种形式。 也就是说，双光纤的单向传输和单光纤的双向传输。 5 .波分复用(WDM )、图1-20WDM单光纤的双向原理图、5 .波分复用(WDM )、WDM技术的主要优点是：5.波分复用(WDM )、(1)利用光纤的巨大带宽资源，将单条光纤的传输容量从单波长传输增加至几十倍。 (2)传输各个波长相互独立、特性不同的信号，完成各种业务信号的合并和分离，从而实现多媒体信号的混合传输。 (3)WDM技术对n个波长进行复用来在单光纤中进行传输，实现单光纤的双向传输，节省了大量的线路投资。 (4)WDM技术可以在降低某些设备性能上的极高要求的同时实现大容量传输。 (5)利用成熟的TDM技术，对分散光纤没有高要求。 (6)信道的WDM对于数据格式是透明的，并且是理想的扩展手段。 (7)实现网络的灵活性、经济性和可靠性，构成全光网络。 另外，1.2.4PCM30/32电路系统通常将PCM技术与TDM技术结合在实际使用中使用，使得多个PCM信号能够在一个信道上混合传输，并且不相互干扰，因此提高了传输效率。 PCM30/32电路系统实际上是TDM的典型实例。 CCITT基于两种PCM系统，一种是PCM30/32系统，通过各信道传输32个系统的信号，传输速度为2.048Mbit/s，欧洲和中国