现代通信技术基础.ppt

现代通信技术基础，电信概要，课程内容简介，第一章通信网络概述，第二章接入网技术，第三章交换技术，第四章传输技术，第五章支撑网，第六章互联网互联，第七章新通信技术，课程特点，知识面广，知识点多，难度小，以知识为基础，课程要求，掌握通信的基本概念和知识点，了解接入网、交换网的基本网络结构和工作条件。 支持网络和传输网络，树立全网观念，课程的学习方法和目标，自学，在网上搜索信息，开阔眼界，牢牢把握原则，提高素质，掌握课程评价方法，平时作业20%，期中考试20%，期末考试60%，第1章通信网络概述，1.1通信发展概述1.2通信基本概念1.3全过程全网观念1.4固定通信发展史2。当前通信技术3。通信技术的基本概念。通信系统中全过程全网络的概念和组成。固定电话、移动电话和数据通信的通信过程，1.1通信发展概述。自从人类存在以来，交流就一直存在。交流的目的没有改变，只有交流改变了1。通信的概念所谓的通信是指通过媒介传输信息。什么是信息？信息有许多定义。中国国家标准GB4894-85对信息的定义是：信息是物质的一种方式、形式或运动状态，也是事物的一种共同属性。它通常指包含在数据和消息中的含义，可以减少消息中描述的事件的不确定性。1.1、传播发展概述，什么是媒介？中等就是“中等”。当一种物质存在于另一种物质中时，后者是前者的媒介。通信中所指的媒介是可以传输信息的通道。例如有线媒体和无线媒体。铜介质、光纤介质等。属于有线媒体，而空气属于无线媒体。1.1通信发展概述2。传播发展史人类传播从古代就开始了。人与人之间的语言和身体交流是最早的交流。传播的发展史可以分为古代传播和现代传播。在古代中国，飞鸽用来送书，烽火用来寄信，而邮局的邮政系统是常用的通信手段。1.1通信发展概述，鸽子玉门关烽火台遗址，1.1通信发展概述，苏州横塘古驿站壁画，1.1通信发展概述，国外古代常用的通信方式包括灯塔、通信塔、旗语等。灯塔这座灯塔起源于古埃及的烽火。世界上最早的灯塔建于公元前7世纪，位于达尼尔海峡的巴巴角。公元前280年，古埃及人在亚历山大对面的法洛斯岛上建造了一座灯塔。它有85米高，日夜燃烧木头，用火焰和烟柱作为导航工具。法罗群岛灯塔被认为是古代世界七大奇迹之一。18世纪，法国工程师克劳德查佩尔成功地开发了一种实用的通信系统来加速信息传输。该系统由几个通信塔组成，建在巴黎和里尔之间230公里处。在这些塔的顶部竖起一根木杆，木杆上安装一根水平横杆，人们可以在绳索的作用下转动木杆并摆动形成各种角度。水平横杆的两端设有两个垂直臂，两个垂直臂也可以转动。这样，每座塔可以通过木杆形成192种不同的结构，附近的塔可以通过望远镜看到代表192种含义的信息。这样，在230公里的距离上，信息可以在2分钟内一个接一个地传输。1777年，英美舰队司令豪上将印刷了一本信号手册，成为第一个写信号书的人。旗帜有不同的形状：燕尾形、矩形、梯形、三角形等。旗帜的颜色和图案也不同。1.1通信发展概述，法罗群岛灯塔恢复地图信号量，1.1通信发展概述，现代通信发展历史，大致可以分为两个阶段。第一阶段是电子通信阶段，第二阶段是电子信息通信阶段。通信技术的第一阶段包括贝尔在1876年发明电话，莫尔斯在1937年发明电报，以及莫尔斯电码设计。1895年，马可尼和波波夫发明了无线电设备，从而为无线电通信的发展开辟了道路。1.1通信发展概述，电话和电报，1.1通信发展概述，第二阶段是电子信息通信阶段。主要通信技术包括移动通信技术、程控交换技术、传输技术、数据通信和数据网络技术、接入网和接入技术。移动通信发展历史1928年，美国普渡大学的学生发明了一种超外差无线电接收机，工作频率为2兆赫，很快就在底特律警察局投入使用。这是世界上第一个可以有效工作的移动通信系统。从20世纪40年代中期到60年代初。公共移动通信服务开始出现。1946年，根据美国联邦通信委员会的计划，贝尔系统在圣路易斯建立了世界上第一个公共汽车电话网络，称为“城市系统”。附言：联邦通信委员会(联邦通信委员会)负责授权和管理除联邦政府使用的设备以外的射频传输设备。1.1通信发展概述。1978年底，美国贝尔实验室成功开发了高级移动电话系统(AMPS)，并建立了蜂窝移动通信网络。20世纪80年代中期，欧洲和日本也建立了自己的蜂窝移动通信网络，主要包括英国的ETACS系统、北欧的NMT-450系统、日本的NTT/JTA CS/NTAC系统等。这些系统被称为第一代蜂窝移动通信系统或1G系统。1.1通信发展概述。1992年，欧洲开始建设世界上第一个数字蜂窝移动通信网络全球移动通信系统(GlobalSystemMobile)。由于其卓越的性能，全球移动通信系统在世界范围内迅速发展，全球移动通信系统用户数量一度超过全球蜂窝系统用户总数的70%。此后，美国的丹皮酚和日本的JDC和其他2G系统也投入使用。1993年，美国推出了IS-95码分多址系统。1995年，国际电联将第三代移动通信系统或3G系统命名为国际移动电信2000(IMT-2000)。具体的3G技术包括WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA系统。2008年，中国正式发放3G运营牌照。1.1通信发展概述程控交换技术的历史1878年，有一种手动交换机，它使用电话接线员来连接电话业务。1893年，步进开关问世，标志着开关技术从人工时代向机电开关时代的过渡。该开关属于“直接控制”模式，即用户可以通过手机的拨号脉冲直接控制步进连接器做升降和旋转动作。从而自动完成用户之间的连接。1938年，纵横制交换机被发明，它比步进式交换机提高了可靠性和连接速度。灵活性和控制效率提高，速度加快。因为纵横制交换机具有一系列的优点，所以它在电话交换机的发展中占有重要的地位，并得到了广泛的应用。1.1通信发展概述，手动开关逐步开关纵横制开关，1.1通信发展概述，贝尔公司于1965年生产了世界上第一台商用记忆程控电子开关(1ESS号)，这一成就标志着电话交换机从机电时代进入电子时代。1970年，法国在拉尼翁开通了世界上第一个程控数字交换系统E10，标志着交换技术从传统的模拟交换向数字交换的转变。1880年，贝尔发明了一种“光学电话”，利用光波作为载体来传输语音信息。它证明了利用光波作为载体来传输信息的可能性，并且是历史上的第一步与普通光相比，激光具有窄的谱线和良好的方向性。它是一种具有相同频率和相位的相干光。它的特性类似于无线电波。它是一种理想的光学载体。因此，激光的出现把光波通信带到了一个新的阶段。1966年，华裔英国人高锟博士利用无线电波导通信原理首次提出了低损耗光纤(光纤)的概念。1.1通信发展概述。1970年，美国康宁公司成功研制出损耗为20db/km的应时光纤(光波沿光纤传输1公里后，光损耗为原来的1%)。它是一种理想的传输媒介。同年，贝尔实验室成功开发了一种在室温下连续振荡的半导体激光器。此后，光纤通信迅速发展的时代已经开始，所以人们把1970年称为光纤通信的第一年。1974年，贝尔实验室发明了一种制造低损耗光纤的方法，光纤损耗降低到1db/千米。1976年，日本电报电话公司(NTT)开发了一种低损耗光纤，损耗降至0.5分贝/千米。1979年，日本电报电话公司开发了一种0.2分贝/千米的极低损耗应时光纤(1.5微米)。1984年，实现了中继距离为50公里、速度为1.7千兆比特/秒的实用光纤传输系统。20世纪90年代以来，第四代光纤通信系统实现了4500公里2.5千兆/秒的传输速度和1500公里10千兆/秒的传输速度。NTT:日本电信电话有限公司是日本最大的电信服务公司。1.1通信发展概述，光电话红宝石激光光纤，1.2通信基本概念，1。信号型通信是通过媒介传输信息。“信号”是信息的表现形式，“信息”是信号的具体内容。通信的本质是信号通过某种媒介传输。信号分为模拟信号和数字信号。1.模拟信号模拟信号是指具有连续幅度和连续时间的信号。它的特点是振幅连续(连续意味着在一定的数值范围内可以取无限多个数值)。例如常见的正弦波信号。1.2通信的基本概念2 .数字信号数字信号是指幅度和时间都是离散的信号。其特征在于离散的幅度(离散意味着在一定的数值范围内可以取有限的数值)。例如，公共脉冲信号，1.2通信的基本概念，2。在我们的现实生活中，数字信号的频率远远高于模拟信号的频率。由于数字信号在性能上优于模拟信号，但许多原始信号在产生时都是模拟信号，因此有必要将模拟信号转换成数字信号。最常见的模数信号转换方法是脉冲编码调制(PCM)。PCM由三个步骤组成：采样、量化和编码。1.采样所谓的采样是每隔一定的时间间隔提取模拟信号的瞬时幅值(采样值)。采样由采样门完成。在采样脉冲ST(t)的控制下，采样门关闭或打开。采样频率fs越高越好。如果fs太高，信道的利用率将会降低。目前，最常见的采样频率是每秒8000次。采样值是8000采样/秒，1.2通信的基本概念，1.2通信的基本概念，2 .量化意味着时域中具有连续幅度的采样序列被转换成时域中具有离散幅度的采样序列信号(即量化值)。量化分为均匀量化和非均匀量化。目前，非均匀量化中的直接非均匀编解码方法被广泛使用。有256个量化级别。3.编码这里的编码指的是根据A-Law 13折线的非均匀量化间隔的划分对样本进行的直接编码，称为非均匀编码。接收端再次进行非均匀解码，这是一种直接的非均匀编码和解码方法。每个量化级别可以被编码为8个二进制数字信号，即8比特。通过对所有模拟信号进行采样、量化和编码形成的PCM数字信号=8000个采样值/S8bit/每个采样值除了统计时分复用和波分复用之外，最常用的复用技术是频分复用和时分复用。1.2通信的基本概念，2 .频分复用(FDM)的定义：FDM将一条线路的通带资源分成多个子带，这些子带分别分配给用户以形成数据传输子路径。每个用户终端的数据通过专门分配给它的子路径传输。当用户没有数据传输时，其他用户不能使用它。空闲状态下的FDM主要适用于传输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，需要与现代技术相结合。优点：多个用户共享一个传输线资源。缺点：每个用户都预先分配有子带，每个用户都有专用的子带，这使得线路的传输容量没有得到充分利用。1.2沟通的基本概念，1.2沟通的基本概念，3。时分复用(时分复用)的定义：时分复用采用固定的时隙分配，即一个物理信道根据时间被分成若干个时间片，并被交替地分配给多个信号，使得它们在时间上不重叠。每个时间片由复用信号占据，并且利用每个信号在时间上的交叉在物理信道上传输多个数字信号。通过时分复用技术，多个低速数字信号可以复用到高速数据速率信道。PCM30/32通道系统是时分复用的典型例子。优点：多个低速数字信号可以共享一个传输线资源。缺点：时隙是预先分配和固定的，每个用户都有专用时隙，时隙利用率低，线路传输容量不能充分利用。1.2沟通的基本概念，1.2沟通的基本概念，4。统计时分复用(STDM)的定义：STDM根据用户的实际需要动态分配线路资源，因此也称为动态时分复用或异步时分复用。换句话说，只有当用户有数据要传输时，特定的用户路由才会被分配资源。如果用户暂停发送数据，他们将不会被分配线路资源。该线路的传输容量可用于为其他用户传输更多数据，从而提高线路的利用率。这种根据用户实际需要分配线路资源的方法称为统计时分复用。优点：线路传输利用率高。这种方法特别适用于计算机通信中的突发或间歇数据传输。1.2通信的基本概念，时分复用和STDM复用原理的基本区别示意图，1.2通信的基本概念，5。波分复用(WDM)的定义：WDM是一种在一根光纤中同时传输多波长光信号的技术。其基本原理是在发送端将不同波长的信号合并(复用)后发送到光缆线路上的同一根光纤进行传输，在接收端将合并波长的光信号分离(解复用)，并在恢复原始信号后发送到不同的终端。分类：根据工作波长的波段，WDM系统可分为两种类型：一种是在整个长波段内信道间隔大的复用，称为粗波分复用(CWDM)；另一种是1550纳米波段的密集波分复用(DWDM)。组成形式：WDM系统基本上由两种形式组成：双光纤单向传输和单光纤双向传输。1.2通信的基本概念，单纤双向传输示意图，1.2通信的基本概念，WDM技术的主要特点如下：(1)充分利用光纤的巨大带宽资源，使得光纤的传输容量比单波长传输增加几倍到几十倍。(2)各波长相互独立，可以传输不同特性的信号，从而完成各种业务信号的合成和分离，实现多媒体信号的混合传输。(3)WDM技术使N个波长在单根光纤中复用传输，可以实现