通信工程基础 重庆邮电大学

1、重庆邮电大学管理学院工程管理专业（重庆邮电大学管理学院工程管理专业（2010级）级） 主讲教师：姚玉坤主讲教师：姚玉坤 副教授副教授 承担单位：承担单位：重庆邮电大学通信与信息工程学院重庆邮电大学通信与信息工程学院 通信网络教研中心通信网络教研中心 工作邮箱：工作邮箱： 开课时间开课时间: : 什么是通信？什么是电通信？什么是通信？什么是电通信？ 什么是交换，交换技术有哪些类型？什么是交换，交换技术有哪些类型？ 什么是传输，传输技术有哪些？什么是光纤通信什么是传输，传输技术有哪些？什么是光纤通信?什么是什么是SDH? 什么是通信网络？为什么网络无处不在？什么是通信网络？为什么网络无处不在？ 什

2、么是接入网，什么什么是接入网，什么Xdsl宽带接入宽带接入? 什么是什么是HFC?什么是什么是IP?什么是七号信令？什么是七号信令？ 什么是什么是FDMA、TDMA和和CDMA及其区别及其区别? 什么是什么是GSM？什么是？什么是3G?什么是什么是4G？ 什么是微波通信什么是微波通信? 什么是卫星通信什么是卫星通信? 你知道吗？你想知道吗？你知道吗？你想知道吗？ n你使用了哪些通信终端和哪些通信网络？你使用了哪些通信终端和哪些通信网络？ n什么是数据通信？什么是什么是数据通信？什么是TCP/IP?协议栈？协议栈？ n信令有何作用？什么是七号信令？信令有何作用？什么是七号信令？ n什么是三网融合

3、？什么是三网融合？ n“一下代网络一下代网络”是什么意思？是什么意思？ 你知道吗？你想知道吗？你知道吗？你想知道吗？ 课程简介课程简介 通过通过本课程的教学使学生掌握基本的本课程的教学使学生掌握基本的通信及相关知识通信及相关知识； 了解和掌握现代通信技术的了解和掌握现代通信技术的基本内容和基本原理基本内容和基本原理； 了解了解通信技术的通信技术的发展历程和未来趋势发展历程和未来趋势； 建立起通信系统与网络的建立起通信系统与网络的基础框架基础框架； 具备具备通信与信息系统中通信与信息系统中通信技术工程应用通信技术工程应用的的专业基础知识专业基础知识。 课程选用教材及参考书目课程选用教材及参考书目

4、 章伟飞章伟飞 编著编著, ,现代通信技术基础现代通信技术基础, ,人民邮人民邮 电出版社，电出版社，20201010年年1010月出版月出版。 张毅，郭亚利编著张毅，郭亚利编著 ，通信工程（专业）概通信工程（专业）概 论论， 武汉理工大学出版社，武汉理工大学出版社，20072007年年出版出版。 现代通信技术基础现代通信技术基础教材目录教材目录 第第1 1章章 通信网络概述通信网络概述 第第2 2章章 接入网技术接入网技术 第第3 3章章 交换技术交换技术 第第4 4章章 传输技术传输技术 第第5 5章章 电信支撑网电信支撑网 第第6 6章章 网际通信网际通信 第第7 7章章 通信新技术通信

5、新技术 课程内容简介课程内容简介 第一章第一章 通信网络概述通信网络概述 第二章第二章 接入网技术接入网技术 第三章第三章 交换技术交换技术 第四章第四章 传输技术传输技术 第五章第五章 支撑网支撑网 第六章第六章 网际通信网际通信 第七章第七章 通信新技术通信新技术 课程特点课程特点 知识面广、知识点多、内容丰富知识面广、知识点多、内容丰富 专业性、技术种类多专业性、技术种类多 历史悠久、发展迅速历史悠久、发展迅速 难度总体要求不高，以了解为主难度总体要求不高，以了解为主 对同学们的一些要求！ 1、认真听课，养成上课做笔记或批注的习惯；、认真听课，养成上课做笔记或批注的习惯； 2、课后看书、

6、复习、做作业；、课后看书、复习、做作业； 3、课堂既要安静又要活跃；、课堂既要安静又要活跃； 4、重理解、多思考、常答问；、重理解、多思考、常答问； 5、遵守请假制度；、遵守请假制度； 课程学习成绩评价方法课程学习成绩评价方法 平时作业平时作业1515 平时考勤平时考勤15%15% 课堂讨论课堂讨论发言发言、回答问题、回答问题10%10% 期末考试期末考试6060 第一章第一章 通信网络概述通信网络概述 1.1 1.1 通信发展概述通信发展概述 1.2 1.2 通信基本概念通信基本概念 1.3 1.3 全程全网概念全程全网概念 1.4 1.4 固定电话通信过程固定电话通信过程 1.5 1.5

7、移动电话通话过程移动电话通话过程 1.6 1.6 数据通信过程数据通信过程 第一章第一章 通信网络概述通信网络概述 本章内容提要：本章内容提要： 1. 通信的发展历史通信的发展历史 2. 目前的通信技术目前的通信技术 3. 基本的通信技术概念基本的通信技术概念 4. 通信系统中全程全网的概念和组成通信系统中全程全网的概念和组成 5. 固定电话、移动电话、数据通信中通信的过程固定电话、移动电话、数据通信中通信的过程 1.1 通信发展概述通信发展概述 1.1.1 1.1.1 通信的概念通信的概念 所谓通信是指通过某种媒质进行的信息传递。所谓通信是指通过某种媒质进行的信息传递。 什么是信息？对于信息

8、的定义非常多，在中国国家标准什么是信息？对于信息的定义非常多，在中国国家标准 GB4894-85GB4894-85中关于信息的定义是：信息是物质存在的一种方中关于信息的定义是：信息是物质存在的一种方 式、形态或运动状态，也是事物的一种普遍属性，一般指式、形态或运动状态，也是事物的一种普遍属性，一般指 数据、消息中所包含的意义，数据、消息中所包含的意义， 可以使消息中所描述事件的可以使消息中所描述事件的 不定性减少。不定性减少。 那么，什么又是媒质呢？那么，什么又是媒质呢？ 自从人类存在开始，通信就已经存在，通信的目的一自从人类存在开始，通信就已经存在，通信的目的一 直没有发生过改变，变化的只是

9、通信的方式。直没有发生过改变，变化的只是通信的方式。 1.1.1 通信的概念通信的概念 什么是媒质？媒质即什么是媒质？媒质即“介质介质”，当一种物质存在于另一，当一种物质存在于另一 种种 物质内部时，后者就是前者的介质。在通信中所指的媒质物质内部时，后者就是前者的介质。在通信中所指的媒质 是能传输信息的渠道。如有线介质、无线介质。其中铜介是能传输信息的渠道。如有线介质、无线介质。其中铜介 质、光纤介质等属于有线介质，而空气则属于无线介质。质、光纤介质等属于有线介质，而空气则属于无线介质。 1.1.2 通信的发展历史通信的发展历史 人类的通信从远古时代就已经开始。人与人之间的语人类的通信从远古时

10、代就已经开始。人与人之间的语 言、肢体交流就是最早出现的通信。言、肢体交流就是最早出现的通信。 通信的发展历史则可以分为通信的发展历史则可以分为古代通信古代通信和和近现代通信近现代通信。 在中国古代，飞鸽传书，烽火传信，利用驿站的邮驿在中国古代，飞鸽传书，烽火传信，利用驿站的邮驿 系统、旗语等都是属于常见的通信方式。系统、旗语等都是属于常见的通信方式。 1.1.2 通信的发展历史通信的发展历史 信鸽信鸽 甘肃玉门关烽火台遗址甘肃玉门关烽火台遗址 1.1.2 通信的发展历史通信的发展历史 苏州横塘千年古驿站苏州横塘千年古驿站 驿使壁画驿使壁画 1.1.2 通信的发展历史通信的发展历史 法罗斯灯塔

11、复原图法罗斯灯塔复原图 旗语旗语 1.1.2 通信的发展历史通信的发展历史 近现代的通信发展历史，大致可以分为两个阶段。第近现代的通信发展历史，大致可以分为两个阶段。第 一阶段是一阶段是电通信阶段电通信阶段，第二阶段是，第二阶段是电子信息通信阶段电子信息通信阶段。 第一阶段的通信技术包括第一阶段的通信技术包括1835年莫尔斯发明电报机，年莫尔斯发明电报机， 并于并于1837设计莫尔斯电报码。设计莫尔斯电报码。 18761876年贝尔发明电话机，这年贝尔发明电话机，这 使得利用电磁波不仅可以传输文字还可以传输语音，大大加使得利用电磁波不仅可以传输文字还可以传输语音，大大加 快了通信进程。快了通信

12、进程。 1895年，马可尼和波波夫发明无线电设备，从而开创了年，马可尼和波波夫发明无线电设备，从而开创了 无线电通信发展的道路。无线电通信发展的道路。 1.1.2 通信的发展历史通信的发展历史 莫尔斯人工电报机莫尔斯人工电报机 1.1.2 通信的发展历史通信的发展历史 近现代通信发展历史的第二阶段是电子信息通信阶段。近现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，程控交换技术，传输技主要的通信技术有移动通信技术，程控交换技术，传输技 术，数据通信与数据网技术，接入网与接入技术。术，数据通信与数据网技术，接入网与接入技术。 四通八达的座机电话四通八达的座机电话 灵

13、活方便的手机电话灵活方便的手机电话 和绚丽多彩的电视画面和绚丽多彩的电视画面 精彩纷呈的计算机互连网络精彩纷呈的计算机互连网络InternetInternet 近现代通信的常见方式包括：近现代通信的常见方式包括： 计算机技术与通信技术的结合，计算机网络的产生，计算机技术与通信技术的结合，计算机网络的产生， 标志着人类史上信息通信时代的到来。标志着人类史上信息通信时代的到来。 1.1.2 通信的发展历史通信的发展历史 【移动通信发展历史移动通信发展历史】 1928 1928年，发明了工作于年，发明了工作于2MHz2MHz的超外差式无线电接收机；的超外差式无线电接收机； 1946 1946年，贝尔

14、系统建立了世界上第一个公用汽车电话网，称年，贝尔系统建立了世界上第一个公用汽车电话网，称 为为“城市系统城市系统”； 20 20 世纪世纪8080年代中期，欧洲和日本纷纷建立了自己的第一代蜂年代中期，欧洲和日本纷纷建立了自己的第一代蜂 窝移动通信系统（窝移动通信系统（1G1G系统）；系统）； 1992 1992年开始年开始GSMGSM（2G2G系统）系统） 在全球范围内迅速扩张；在全球范围内迅速扩张； 1995 1995年年ITU ITU 将第三代移动通信系统（将第三代移动通信系统（3G3G系统）命名为国际移系统）命名为国际移 动通信动通信20002000（IMT-2000IMT-2000）。

15、）。 1.1.2 通信的发展历史通信的发展历史 【程控交换技术发展历史程控交换技术发展历史】 1878 1878年就出现了人工交换机，借助话务员进行人工话务接续。年就出现了人工交换机，借助话务员进行人工话务接续。 18931893年步进制的交换机问世，它标志着交换技术从人工时代年步进制的交换机问世，它标志着交换技术从人工时代 迈入机电自动交换时代。迈入机电自动交换时代。 19381938年纵横制年纵横制(cross bar)(cross bar)交换机被发明，相对于步进制交换交换机被发明，相对于步进制交换 机，提高了可靠性和接续速度。机，提高了可靠性和接续速度。 1.1.2 通信的发展历史通信

16、的发展历史 【程控交换技术发展历史程控交换技术发展历史】 美国贝尔公司于美国贝尔公司于19651965年生产年生产 了世界上第一台商用存储程序控了世界上第一台商用存储程序控 制的电子交换机制的电子交换机(No.1 ESS),(No.1 ESS),这这 一成果标志着电话交换机从机电一成果标志着电话交换机从机电 时代跃入电子时代。时代跃入电子时代。 法国于法国于19701970年开通了世界上年开通了世界上 第一个程控数字交换系统第一个程控数字交换系统E10E10， 它标志着交换技术从传统的模拟它标志着交换技术从传统的模拟 交换进入数字交换时代。交换进入数字交换时代。 程控交换机程控交换机 1.1.

17、2 通信的发展历史通信的发展历史 1880年，贝尔发明了一种利用光波作载波传递话音信息的年，贝尔发明了一种利用光波作载波传递话音信息的 “光电话光电话”，这是光通信历史上的第一步。，这是光通信历史上的第一步。 1960年，美国科学家梅曼年，美国科学家梅曼(Meiman)发明了第一个红宝石激发明了第一个红宝石激 光器。并证明了激光是一种理想的光载波。因此，激光器的出光器。并证明了激光是一种理想的光载波。因此，激光器的出 现使光波通信进入了一个崭新的阶段。现使光波通信进入了一个崭新的阶段。 1966年年,英籍华人高锟博士首次利用无线电波导通信原理英籍华人高锟博士首次利用无线电波导通信原理,提提 出

18、了低损耗的光导纤维出了低损耗的光导纤维(简称光纤简称光纤)概念。概念。 1970年年,美国首次研制成功损耗为美国首次研制成功损耗为 20db/km的石英光纤，它的石英光纤，它 是一种理想的传输介质。同年，贝尔实验室研制成功室温下连是一种理想的传输介质。同年，贝尔实验室研制成功室温下连 续振荡的半导体激光器续振荡的半导体激光器(LD)。从此，开始了光纤通信迅速发展。从此，开始了光纤通信迅速发展 的时代，因此的时代，因此人们把人们把1970年称为光纤通信的元年年称为光纤通信的元年。 【光纤通信发展历史光纤通信发展历史】 1.1.2 通信的发展历史通信的发展历史 光电话光电话 红宝石激光器红宝石激光

19、器 光纤光纤 【光纤通信发展历史光纤通信发展历史】 90 90年代以来，第四代光纤通信系统已经实现了在年代以来，第四代光纤通信系统已经实现了在2.5Gb/s2.5Gb/s速率速率 上传输上传输45004500公里和公里和 10Gb/s10Gb/s的速率上传输的速率上传输15001500公里的应用。公里的应用。 1.2 通信基本概念通信基本概念 通信是通过某种媒质进行信息传递。通信是通过某种媒质进行信息传递。“信号信号”是信息是信息 的表现形式，的表现形式，“信息信息”则是信号的具体内容。则是信号的具体内容。通信的实通信的实 质是信号通过某种媒质进行传递。质是信号通过某种媒质进行传递。 信号分为

20、模拟信号与数字信号两类。信号分为模拟信号与数字信号两类。 1.1.模拟信号：是指在时间和幅值上都是连续变化的信号。模拟信号：是指在时间和幅值上都是连续变化的信号。 l其特点是幅度连续其特点是幅度连续 （连续的含义是在某一取值范围内（连续的含义是在某一取值范围内 可以取无限多个数值）。如常见的正弦波信号。可以取无限多个数值）。如常见的正弦波信号。 1.2.1 信号类型信号类型 1.2.1 信号类型信号类型 2.2.数字信号：是指在幅值和时间两个方面都离散的信号。数字信号：是指在幅值和时间两个方面都离散的信号。 l其特点是幅值离散（离散的含义是在某一取值范围内可其特点是幅值离散（离散的含义是在某一

21、取值范围内可 以取有限多个数值）。如常见的脉冲信号以取有限多个数值）。如常见的脉冲信号 1.2 通信基本概念 数字信号在性能方面优于模拟信号，但是很多原始信号产数字信号在性能方面优于模拟信号，但是很多原始信号产 生时是模拟信号，所以要想使用数字信号实现通信就需要生时是模拟信号，所以要想使用数字信号实现通信就需要 先将模拟信号转换成数字信号。最常见的模数信号转换方先将模拟信号转换成数字信号。最常见的模数信号转换方 法就是脉冲编码调制技术（法就是脉冲编码调制技术（PCMPCM）。）。 PCMPCM信号的形成是模信号的形成是模 拟信号经过拟信号经过“抽样、量化、抽样、量化、 编码编码 ” ”三个步骤

22、实现的。三个步骤实现的。 1.2.2 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCMPCM） 1.1.抽样：所谓抽样就是每隔一定的时间间隔抽取模拟信抽样：所谓抽样就是每隔一定的时间间隔抽取模拟信 号的一个瞬时幅度值（样值）。号的一个瞬时幅度值（样值）。 抽样频率抽样频率fs取多大合适呢？应满足抽样定理。取多大合适呢？应满足抽样定理。fsfs不是越高不是越高 越好，目前最常见的抽样频率是每秒越好，目前最常见的抽样频率是每秒80008000次。抽取的样值次。抽取的样值 为为80008000个抽样值个抽样值/s /s 。 31 1.抽样抽样 抽样定理：如果一个连续信号抽样定理：如果一个连续信号f(t)所含有的最

23、高频率不超过所含有的最高频率不超过fh， 则当抽样频率则当抽样频率fs2fh时，抽样后得到的离散信号就包含时，抽样后得到的离散信号就包含 了原信号的全部信息。了原信号的全部信息。 1.2.2 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM） 2.2.量化：量化的意思是将时间域上幅度连续的样值序列量化：量化的意思是将时间域上幅度连续的样值序列 变换为时间域上幅度离散的样值序列信号变换为时间域上幅度离散的样值序列信号( (即量化值）。即量化值）。 量化分为均匀量化和非均匀量化两种。若量化间隔是均量化分为均匀量化和非均匀量化两种。若量化间隔是均 匀的匀的, ,称为均匀量化称为均匀量化; ;还有一种是量化间隔不均

24、匀的非均还有一种是量化间隔不均匀的非均 匀量化匀量化, , 其量化间隔随信号幅度的大小不同而相应调整。其量化间隔随信号幅度的大小不同而相应调整。 非均匀量化克服了均匀量化的缺点。非均匀量化克服了均匀量化的缺点。 目前非均匀量化中的直接非均匀编解码法使用较多。量目前非均匀量化中的直接非均匀编解码法使用较多。量 化级数共有化级数共有256256个。个。 1.2.2 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM） 3. 3.编码编码：这里的编码指的是根据这里的编码指的是根据A A律律1313折线非均匀量化间隔折线非均匀量化间隔 的划分直接对样值编码，称为非均匀编码，接收端再进行的划分直接对样值编码，称为非均匀

25、编码，接收端再进行 非均匀解码，即直接非均匀编解码法。非均匀解码，即直接非均匀编解码法。 一路模拟信号在经过抽样、量化、编码以后所形成的一路模拟信号在经过抽样、量化、编码以后所形成的PCMPCM 数字信号带宽为：数字信号带宽为： 8000 8000个抽样值个抽样值/s/s8bit/8bit/每个抽样值每个抽样值64Kbit/s64Kbit/s n编码即是将量化后的信号抽样幅值以二进制数值来表示。编码即是将量化后的信号抽样幅值以二进制数值来表示。 n编码最多需要的二进制位数为编码最多需要的二进制位数为log2N位，位，N是量化等级数。是量化等级数。 n每个量化级别可编码为每个量化级别可编码为8个

26、二进制数字信号，即个二进制数字信号，即8bit。 1.2.3 多路复用技术多路复用技术 1.1.基本概念基本概念 在发送端将若干个独立无关的分支信号合并为一个复合信在发送端将若干个独立无关的分支信号合并为一个复合信 号，然后送入同一个信道内传输，接收端再将复合信号分解号，然后送入同一个信道内传输，接收端再将复合信号分解 开来，恢复原来的各分支信号，称为多路复用。开来，恢复原来的各分支信号，称为多路复用。多路复用的多路复用的 原理示意图如下：原理示意图如下： 最常用的多路复用技术是频分多路复用和时分多路复用，另最常用的多路复用技术是频分多路复用和时分多路复用，另 外还有统计时分多路复用和波分多路

27、复用技术。外还有统计时分多路复用和波分多路复用技术。 1.2.3 多路复用技术多路复用技术 定义：定义：FDMFDM是把线路的通频带资源分成多个子频带，分别是把线路的通频带资源分成多个子频带，分别 分配给用户形成数据传输子通路，每个用户终端的数据分配给用户形成数据传输子通路，每个用户终端的数据 通过专门分配给它的子通路传输通过专门分配给它的子通路传输，当该用户没有数据传，当该用户没有数据传 输时，别的用户不能使用，此通路保持空闲状态。输时，别的用户不能使用，此通路保持空闲状态。 FDMFDM主要适用于传输模拟信号的频分制信道，主要用于电主要适用于传输模拟信号的频分制信道，主要用于电 话、电报和

28、电缆电视（话、电报和电缆电视（CATVCATV）。在数据通信中，需和调）。在数据通信中，需和调 制解调技术结合使用。制解调技术结合使用。 优点：多个用户共享一条传输线路资源。优点：多个用户共享一条传输线路资源。 缺点：给每个用户预分配好子频带，各用户独占子频带缺点：给每个用户预分配好子频带，各用户独占子频带, , 使得线路的传输能力不能充分利用。使得线路的传输能力不能充分利用。 2.2.频分多路复用（频分多路复用（FDMFDM） 图图1-17 FDM1-17 FDM原理示意图原理示意图 2.2.频分多路复用（频分多路复用（FDMFDM） 1.2.3 多路复用技术多路复用技术 定义：定义：TDM

29、采用固定时隙分配方式，即一条物理信道按时采用固定时隙分配方式，即一条物理信道按时 间分成若干个时间片（称为间分成若干个时间片（称为“时隙时隙”），轮流地分配给多），轮流地分配给多 个个 信号使用，使得它们在时间上不重叠信号使用，使得它们在时间上不重叠。每一时间片由复用。每一时间片由复用 的一个信号占有的一个信号占有,利用每个信号在时间上的轮流传输，在一利用每个信号在时间上的轮流传输，在一 条物理信道上传输多个数字信号。条物理信道上传输多个数字信号。 通过时分多路复用技术，多路低速数字信号可复用到一条通过时分多路复用技术，多路低速数字信号可复用到一条 高速数据速率的信道。高速数据速率的信道。 优

30、点：多路低速数字信号可共享一条传输线路资源。优点：多路低速数字信号可共享一条传输线路资源。 缺点：时隙是预先分配的，且是固定的，每个用户独占时缺点：时隙是预先分配的，且是固定的，每个用户独占时 隙，时隙的利用率较低，线路的传输能力不能充分利用。隙，时隙的利用率较低，线路的传输能力不能充分利用。 3.3.时分复用（时分复用（TDMTDM） 3.3.时分复用（时分复用（TDMTDM） 图图1-18 TDM1-18 TDM原理示意图原理示意图 1.2.3 多路复用技术多路复用技术 定义：定义：STDM根据用户实际需要动态地分配线路资源，因根据用户实际需要动态地分配线路资源，因 此也叫此也叫动态时分多

31、路复用动态时分多路复用或或异步时分多路复用异步时分多路复用。也就是当。也就是当 某一路用户有数据要传输时才给它分配资源，若用户暂停某一路用户有数据要传输时才给它分配资源，若用户暂停 发送数据时，就不给其分配线路资源，线路的传输能力可发送数据时，就不给其分配线路资源，线路的传输能力可 用于为其他用户传输更多的数据，从而提高了线路利用率。用于为其他用户传输更多的数据，从而提高了线路利用率。 这种根据用户的实际需要分配线路资源的方法称为统计时这种根据用户的实际需要分配线路资源的方法称为统计时 分多路复用。分多路复用。 4.4.统计时分多路复用（统计时分多路复用（STDMSTDM） 优点：线路传输的利

32、用率高。这种方式特别适合于计算机优点：线路传输的利用率高。这种方式特别适合于计算机 通信中突发性或断续性的数据传输。通信中突发性或断续性的数据传输。 缺点：想一想是什么？缺点：想一想是什么？ 图图1-19 TDM与与STDM的基本原理的比较示意图的基本原理的比较示意图 4.4.统计时分多路复用（统计时分多路复用（STDMSTDM） 1.2.3 多路复用技术多路复用技术 定义：定义：WDM是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的是在一根光纤中同时传输多个波长光信号的 一项技术。一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号其基本原理是在发送端将不同波长的光信号 组合起来（复用），送入到光缆线路上

33、的同一根光纤中组合起来（复用），送入到光缆线路上的同一根光纤中 进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复 用），恢复出原信号后送入不同的终端。用），恢复出原信号后送入不同的终端。 分类：分类：WDM系统按工作波长的波段不同可以分为两类。一类系统按工作波长的波段不同可以分为两类。一类 是在整个长波长波段内信道间隔较大的复用，称为粗波分复用是在整个长波长波段内信道间隔较大的复用，称为粗波分复用 ( (CWDM) ); 另一类是在另一类是在1550nm波段的密集波分复用波段的密集波分复用( (DWDM) )。 构成形式：构成形式：WDM系统基本

34、构成主要有两种形式：即双纤单向传系统基本构成主要有两种形式：即双纤单向传 输和单纤双向传输。输和单纤双向传输。 5.5.波分复用（波分复用（WDMWDM） 图图1-20 WDM单纤双向原理示意图单纤双向原理示意图 5.5.波分复用（波分复用（WDMWDM） WDM技术的主要优点如下：技术的主要优点如下： 5.5.波分复用（波分复用（WDMWDM） （1 1）充分利用了光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容）充分利用了光纤的巨大带宽资源，使一根光纤的传输容 量比单波长传输增加几倍至几十倍。量比单波长传输增加几倍至几十倍。 （2 2）各波长相互独立，可传输特性不同的信号，完成各种业）各波长相互独立

35、，可传输特性不同的信号，完成各种业 务信号的综合和分离，实现多媒体信号的混合传输。务信号的综合和分离，实现多媒体信号的混合传输。 （3 3）WDMWDM技术使技术使N N个波长复用起来在单根光纤中传输，并且可个波长复用起来在单根光纤中传输，并且可 以实现单根光纤的双向传输，以节省大量的线路投资。以实现单根光纤的双向传输，以节省大量的线路投资。 （4 4）WDMWDM技术可降低对一些器件在性能上的极高要求，同时技术可降低对一些器件在性能上的极高要求，同时 又可实现大容量传输。又可实现大容量传输。 （5 5）充分利用成熟的）充分利用成熟的TDMTDM技术，且对光纤色散无过高要求。技术，且对光纤色散

36、无过高要求。 （6 6）WDMWDM的信道对数据格式是透明的，是理想的扩容手段。的信道对数据格式是透明的，是理想的扩容手段。 （7 7）可实现组网的灵活性、经济性和可靠性，并可组成全）可实现组网的灵活性、经济性和可靠性，并可组成全 光网。光网。 1.2.4 PCM30/32路系统路系统 在在PCM的实际使用中，往往将的实际使用中，往往将PCM技术与技术与TDM技术结技术结 合使用，这样可以在一条信道中混和传输多路合使用，这样可以在一条信道中混和传输多路PCM信号信号 而相互不干扰，从而提高了传输效率。而相互不干扰，从而提高了传输效率。 PCM30/32路系路系 统实际就是统实际就是TDM的一个

37、典型例子。的一个典型例子。 CCITT建议以两种建议以两种PCM系统为基础，一种是系统为基础，一种是PCM30/32 系统系统,在每条信道中传输在每条信道中传输32路信号路信号,传输速率传输速率2.048Mbit/s, 欧洲和我国都采用该系统。欧洲和我国都采用该系统。 在我国所使的在我国所使的PCM30/32路系统中，路系统中，30路用于传输语音路用于传输语音 信号，信号，2路用于传输控制信号。路用于传输控制信号。 1.1.相关概念相关概念 1.2.4 PCM30/32路系统路系统 在具体介绍在具体介绍PCM 30/32路系统前先说明几个基本概念：路系统前先说明几个基本概念： 1.时隙时隙：很

38、小的时间片断，在：很小的时间片断，在PCM 30/32路系统中每个时路系统中每个时 隙长度为隙长度为3.9微秒，每个时隙中可以传输微秒，每个时隙中可以传输8个个bit。 2. 帧帧：由若干个时隙所组成的结构，在：由若干个时隙所组成的结构，在PCM 30/32路系统路系统 中每个帧的时间长度是中每个帧的时间长度是125微秒，每帧中有微秒，每帧中有32个时个时 隙。隙。 3. 抽样频率：在抽样频率：在PCM中每秒抽样次数。在中每秒抽样次数。在PCM 30/32路系路系 统中抽样频率为统中抽样频率为8000次次/s，每次抽样间隔为，每次抽样间隔为125微秒。微秒。 1.2.4 PCM30/32路系统

39、路系统 图图1-21 PCM 30/321-21 PCM 30/32路系统工作原理示意图路系统工作原理示意图 1.2.4 PCM30/32路系统路系统 如图如图1-22所示。所示。 PCM30/32路系统称为基群，又叫一次群。路系统称为基群，又叫一次群。 话音信号根据原话音信号根据原CCITT建议采用建议采用8kHz抽样，抽样周期为抽样，抽样周期为 125s，所以一帧的时间（即帧周期），所以一帧的时间（即帧周期）T125s。每一帧每一帧 由由32个路时隙组成个路时隙组成（每个时隙对应一个抽样值，一个样值（每个时隙对应一个抽样值，一个样值 编编8位码），位码），包括以下三个部分包括以下三个部分：

40、 30个话路时隙个话路时隙(TS1 TS15，TS17TS31)， 帧同步时隙帧同步时隙(TS0)， 信令与信令与 复帧同步时隙复帧同步时隙(TS16)。 一条信道中一条信道中 PCM 30/32系统的传输速率系统的传输速率 8bit/时隙时隙 32 时隙时隙/帧帧 8000帧帧/s2.048 Mbit/s 1个复帧个复帧=16个帧个帧 2.2.PCM30/32路系统的帧结构路系统的帧结构 图图1-22 PCM30/32路系统的帧结构路系统的帧结构 1.2.5 数字复接技术数字复接技术 1. 概念概念 数字复接就是指将两个或多个低速数字流合并成一个数字复接就是指将两个或多个低速数字流合并成一个

41、 高速率数字流的过程、方法或技术。它是进一步提高线高速率数字流的过程、方法或技术。它是进一步提高线 路利用率、扩大数字通信容量的一种有效方法。路利用率、扩大数字通信容量的一种有效方法。 比如对比如对30路电话进行路电话进行PCM复用（采用复用（采用8位编码）后，位编码）后， 通信系统的信息传输速率为通信系统的信息传输速率为80008322.048Mb/s， 即形成速率即形成速率2048 kb/s的数字流（比特流）。现在要对的数字流（比特流）。现在要对 120 路电话进行时分复用，路电话进行时分复用， 即把即把4个这样的个这样的2048 kb/s的的 数字流合成为一个高速数字流，就必须采用数字复

42、接技数字流合成为一个高速数字流，就必须采用数字复接技 术才能完成。术才能完成。 1.2.5 数字复接技术数字复接技术 为了扩大数字通信容量，将若干个一次群形成二次群及以为了扩大数字通信容量，将若干个一次群形成二次群及以 上的高次群，即是数字复接技术。上的高次群，即是数字复接技术。 图图1-23 数字复接的原理示意图数字复接的原理示意图 1.2.5 数字复接技术数字复接技术 2. 数字复接分类数字复接分类 数字复接技术分为两类：按位复接和按字复接。数字复接技术分为两类：按位复接和按字复接。 按位复接：每次复接各低次群（也称为支路）的一按位复接：每次复接各低次群（也称为支路）的一 位码形成高次群。

43、位码形成高次群。 按字复接：每次复接各低次群（支路）的一个按字复接：每次复接各低次群（支路）的一个码字码字 形成高次群形成高次群 按位复接和按字复接如图按位复接和按字复接如图1-241-24所示。所示。 图图1-24 按位和按字复接示意图按位和按字复接示意图 数字复接系统主要由数字复接器和数字分接器两 部分组成。复接单元将几个低次群合成高次群。 1.2.5 数字复接技术数字复接技术 3.复接系统构成复接系统构成 图图1-25 数字复接系统构成数字复接系统构成 4. PCM高次群速率高次群速率 139Mbit/s 34Mbit/s 565Mbit/s 8Mbit/s 2Mbit/s 4 4 4

44、4 400Mbit/s 100Mbit/s 1.6Gbit/s 32Mbit/s 6.3Mbit/s 4 3 5 4 274Mbit/s 45Mbit/s 6.3Mbit/s 7 6 欧洲系列日本系列美国系列 1.5Mbit/s 44 一 次 群 (基 群 )(E1): 二 次 群 (E2) 三 次 群 (E3): 四 次 群 (E4): 五 次 群 (E5): 准准 同同 步步 数数 字字 体体 系系 的的 码码 速速 率率 1.2.5 数字复接技术数字复接技术 1.2 通信基本概念通信基本概念 多址技术是在无线通信中常用的技术多址技术是在无线通信中常用的技术, ,目的使多用户的信号目的使多

45、用户的信号 可以直接实现多边通信传输；需要区分不同用户信号。可以直接实现多边通信传输；需要区分不同用户信号。 1. 概念概念 发端：给用户信息赋予不同的特征，然后向空中发射，自然发端：给用户信息赋予不同的特征，然后向空中发射，自然 合路；合路； 收端：根据不同的特征，从空中提取自己的信号。收端：根据不同的特征，从空中提取自己的信号。 多址技术适用于无线传输，可以提高频率利用率。多址多址技术适用于无线传输，可以提高频率利用率。多址 技术根据特征的不同可以分为：技术根据特征的不同可以分为：FDMA（频率区分）、（频率区分）、 TDMA（时间区分）、（时间区分）、CDMA（编码区分）、（编码区分）、

46、SDMA（空间（空间 方向区分），示意图如下：方向区分），示意图如下： 1.2.6 1.2.6 多址技术多址技术 不同类型的多址技术可组合使用。不同类型的多址技术可组合使用。 图图1-27 各种多址技术示意图各种多址技术示意图 1.1.概念概念 1.2.6 多址技术多址技术 概念：以频率区分不同的用户信号，每个用户占用一个概念：以频率区分不同的用户信号，每个用户占用一个 频道传输信息。频道传输信息。 原理：在发送端将每个用户的信息调制到不同载频上传原理：在发送端将每个用户的信息调制到不同载频上传 输；在接收端接收并解调获取自己的信息。输；在接收端接收并解调获取自己的信息。 1.2.6 多址技术

47、多址技术 2.FDMA2.FDMA 图图1-28 FDMA系统工作示意图系统工作示意图 频率利用率低，系统容量有限；频率利用率低，系统容量有限； 每个频道一对频率，只可送一路话音；每个频道一对频率，只可送一路话音； 信息连续传输信息连续传输； FDMAFDMA不需要复杂的成帧、同步和突发脉冲序列的不需要复杂的成帧、同步和突发脉冲序列的 传输传输，MSMS设备相对简单设备相对简单； 技术成熟，易实现，但系统中多个频率信号易相技术成熟，易实现，但系统中多个频率信号易相 互干扰，且保密性差互干扰，且保密性差； 独立应用于模拟系统独立应用于模拟系统。 2.FDMA2.FDMA FDMAFDMA具有如下

48、特点：具有如下特点： 概念：以传输时间区分不同的用户信号，每个用户占概念：以传输时间区分不同的用户信号，每个用户占 用用 一个频道的不同时间段传输信息。一个频道的不同时间段传输信息。 原理：在发端：每个用户的信息调制到一个载频上在原理：在发端：每个用户的信息调制到一个载频上在 规规 定的时间段传输；在收端在规定的时间段接收解定的时间段传输；在收端在规定的时间段接收解 调获取自己的信息。调获取自己的信息。 图图1-29 TDMA系统工作示意图系统工作示意图 3. TDMA GSMGSM中采用中采用 FDMA/TDMAFDMA/TDMA方式方式 图图1-29 TDMA系统工作示意图系统工作示意图图

49、图1-29 TDMA系统工作示意图系统工作示意图图图1-29 TDMA系统工作示意图系统工作示意图图图1-29 TDMA系统工作示意图系统工作示意图 概念：以不同编码特征区分不同的用户信号，每个用概念：以不同编码特征区分不同的用户信号，每个用 户、信息、基站采用不同的编码调制。户、信息、基站采用不同的编码调制。 原理：在发送端将不同用户信息用不同的地址码调制原理：在发送端将不同用户信息用不同的地址码调制 后传输；在接收端后传输；在接收端 用与发送端相同的用与发送端相同的 地址码解调获取自地址码解调获取自 己的信息。己的信息。 4. CDMA 系统容量：系统容量：CDMATDMAFDMACDMA

50、TDMAFDMA 图图1-30 TDMA系统工作示意图系统工作示意图图图1-30 TDMA系统工作示意图系统工作示意图图图1-30 TDMA系统工作示意图系统工作示意图图图1-30 TDMA系统工作示意图系统工作示意图图图1-30 TDMA系统工作示意图系统工作示意图图图1-30 TDMA系统工作示意图系统工作示意图 5.5.空分多址技术（空分多址技术（SDMASDMA） 图图1-311-31 概念：以不同空间方向性区分不同的用户信号，每个概念：以不同空间方向性区分不同的用户信号，每个 用户占用不同的空间波束。用户占用不同的空间波束。 原理：根据来波方向角估算确定定向发射方向。原理：根据来波方

51、向角估算确定定向发射方向。 采用自适应阵列天线；采用自适应阵列天线； 一般不单独使用；一般不单独使用； 图图1-311-31图图1-311-31图图1-311-31图图1-311-31 1.2.7 通信模型通信模型 具体通信系统中涉及大量具体设备，而且不同的通信系具体通信系统中涉及大量具体设备，而且不同的通信系 统又具有不同的具体设备，但所有通信系统可以抽象为统又具有不同的具体设备，但所有通信系统可以抽象为 一个通信模型，其涵盖了所有通信系统的特征。一个通信模型，其涵盖了所有通信系统的特征。 一个一个“点到点的通信系统点到点的通信系统”的通信模型由信源、信宿、的通信模型由信源、信宿、 变换器、

52、反变换器、信道、噪声变换器、反变换器、信道、噪声6部分组成部分组成 ，结构如下：，结构如下： 信源 变换器 信道 反变换器 噪声源 信宿 图图1-32 1-32 通信系统模型通信系统模型 1.2.7 通信模型通信模型 l 信源：发信息端，将各类消息转换成信号。信源：发信息端，将各类消息转换成信号。 l 信宿：收信息端，将接收到的信号还原成消息。信宿：收信息端，将接收到的信号还原成消息。 l 信道：信息传输通路，不完全等同与传输介质。信道：信息传输通路，不完全等同与传输介质。 l 变换器：将信源产生的信号变换成变换器：将信源产生的信号变换成适合在信道传输的信号。适合在信道传输的信号。 l 反变换

53、器：完成信号的反变换，将信号还原成信宿能反变换器：完成信号的反变换，将信号还原成信宿能 接收的信号。接收的信号。 l 噪声：噪声不是通信模型中的一部分，但通信模型中传噪声：噪声不是通信模型中的一部分，但通信模型中传 输的信号会被噪声所干扰，从而产生误码。噪声分为自输的信号会被噪声所干扰，从而产生误码。噪声分为自 然噪声和人为噪声。然噪声和人为噪声。 各部分的作用如下：各部分的作用如下： 1.2.8 通信网络结构通信网络结构 1. 通信网的组成通信网的组成 通信网是由若干用户终端通信网是由若干用户终端A A，B B，C C，并通过传输，并通过传输 系统链接起来。用户终端之间通过一个或多个节点链接

54、，系统链接起来。用户终端之间通过一个或多个节点链接， 在节点处提供交换、处理、网络管理等功能。在节点处提供交换、处理、网络管理等功能。 链路 D E F C B 1 4 5 7 6 3 用户线 节点 电路 用户终端 干线 用户线 A 图图1-33 1-33 通信网的组成结构示意图通信网的组成结构示意图 1. 通信网的组成通信网的组成 通信网络在组成结构上包括用户终端设备、传输线路、通信网络在组成结构上包括用户终端设备、传输线路、 交换系统三个部分。交换系统三个部分。 （1 1）用户终端设备）用户终端设备 用户终端设备是通信网中的源点和终点，它除对应于用户终端设备是通信网中的源点和终点，它除对应

55、于 信源和信宿之外还包括了一部分变换和反变换装置。如：信源和信宿之外还包括了一部分变换和反变换装置。如： 电话机、传真机、计算机等。电话机、传真机、计算机等。 （2 2）传输线路）传输线路及设备及设备 传输线路传输线路及设备及设备是交换设备之间的通信路径，承载用是交换设备之间的通信路径，承载用 户信息和网络控制信息。户信息和网络控制信息。 （3 3）交换系统）交换系统 交换系统用于把点对点通信系统连接成通信网，完成交换系统用于把点对点通信系统连接成通信网，完成 网内选路功能，从而实现网内任意用户之间都能相互交网内选路功能，从而实现网内任意用户之间都能相互交 换信息。换信息。 2. 通信网的拓扑

56、结构 通信网络结构的拓扑图常见的通信网络结构的拓扑图常见的 有总线型、星型、环型、网状型、有总线型、星型、环型、网状型、 复合型。复合型。 (a) 网状网 (b) 星型网 (c) 复合型网 (d) 环型网 (e) 总线型网 1.2.9 传输介质传输介质 通信系统的中的传输介质是用来传递信号的某种介质。通信系统的中的传输介质是用来传递信号的某种介质。 常见的传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤、无线传常见的传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤、无线传 输等。输等。 1. 双绞线电缆双绞线电缆(TP) 将一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中。为了降将一对以上的双绞线封装在一个绝缘外套中。为了降 低信号

57、的干扰程度，电缆中的每一对双绞线一般是由两低信号的干扰程度，电缆中的每一对双绞线一般是由两 根绝缘铜导线相互扭绕而成，也因此把它称为双绞线。根绝缘铜导线相互扭绕而成，也因此把它称为双绞线。 双绞线分为分为非屏蔽双绞线（双绞线分为分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线）和屏蔽双绞线 （STP）。）。 目前市面上出售的目前市面上出售的UTP分为分为3类，类，4类，类，5类和超类和超5类、类、 6类等。类等。 1. 双绞线电缆（双绞线电缆（TP） 图图1-35 UTP 图图1-36 STP 2. 同轴电缆同轴电缆 结构：由一根空心的外圆柱导体和一根位于中心轴线的结构：由一根空心的外圆柱导体和一根位于

58、中心轴线的 内导线组成，内导线和圆柱导体之间以及圆柱导体与外内导线组成，内导线和圆柱导体之间以及圆柱导体与外 界之间用绝缘材料隔开。界之间用绝缘材料隔开。 按直径的不同，可分为粗缆和细缆两种。同轴电缆传输带按直径的不同，可分为粗缆和细缆两种。同轴电缆传输带 宽较大，大量用于有线电视网宽较大，大量用于有线电视网 。 图图1-37 同轴电缆内部结构示意图同轴电缆内部结构示意图 图图1-38 同轴电缆同轴电缆 70 光纤是多层同轴圆柱体，自内向外为纤芯、包层、涂光纤是多层同轴圆柱体，自内向外为纤芯、包层、涂 覆层覆层，如下图所示。光纤的核心部分是纤芯、包层，称，如下图所示。光纤的核心部分是纤芯、包层

59、，称 为裸纤。包层外面涂覆一层硅酮树脂或聚氨基甲酸乙酯，为裸纤。包层外面涂覆一层硅酮树脂或聚氨基甲酸乙酯， 然后增加保护套加以保护。然后增加保护套加以保护。 纤芯和包层是高纯度石英材料，纤芯和包层是高纯度石英材料，包层折射率略低于纤包层折射率略低于纤 芯，与纤芯一起形成光的全反射通道，使光波的传输被芯，与纤芯一起形成光的全反射通道，使光波的传输被 限制在纤芯内。限制在纤芯内。 3. 光纤光纤 与其它传输介质比较，光纤的电磁绝缘性能好、信号与其它传输介质比较，光纤的电磁绝缘性能好、信号 衰耗小、频带宽、传输速度快、传输距离大。主要用于衰耗小、频带宽、传输速度快、传输距离大。主要用于 要求传输距离

60、较长主干网连接。目前光纤到户也已逐步要求传输距离较长主干网连接。目前光纤到户也已逐步 开始实现。开始实现。 71 图图 光纤结构与尺寸光纤结构与尺寸 3. 光纤光纤 1.2.10 通信系统性能指标通信系统性能指标 通信系统的主要性能指标包括有效性、可靠性、适应性、通信系统的主要性能指标包括有效性、可靠性、适应性、 经济性、保密性、标准性、维护性等，其中经济性、保密性、标准性、维护性等，其中最主要的性能最主要的性能 指标是有效性与可靠性。指标是有效性与可靠性。 可靠性指标用于衡量系统的传输质量。可靠性指标用于衡量系统的传输质量。 有效性指标用于衡量系统的传输效率。有效性指标用于衡量系统的传输效率