教学第1章现代通信基本概念1课件

第1章现代通信与信息网概述1.1人类科技进步的产物——现代通信1.2现代通信的基本特征——数字化1.3现代通信的特点及主要内容1.4现代通信系统与信息网

第1章现代通信与信息网概述1.1人类科技进步的产物—1.1人类科技进步的产物——现代通信1.1.1模拟通信与数字通信在20世纪60年代,为解决交换局内中继线干扰等问题，出现了PCM技术(话音编码)，接着数字程控交换机投入使用，从此开始用数字信号(瞬时幅度离散的信号)来交换和传递信息，信息传递发生了根本变革——数字通信。第1章现代通信基本概念1.1人类科技进步的产物——现代通信1.1.11.1.2现代通信技术的基础——微电子技术电子学，特别是微电子学是信息技术的关键，是现代通信产业的重要基础，它在很大程度上决定着硬件设备的运行能力。衡量微电子技术发展程度的一个重要指标，是在指甲大小的硅芯片上能集成的元件数目。1.1.2现代通信技术的基础——微电子技术1.1.3现代通信技术的核心——计算机技术电话交换技术与计算机技术紧密结合，使交换技术数字程控化。通信与计算机融为一体，这使通信技术得到了飞跃发展，我们把数字通信与计算机的融合称为现代通信。1.1.3现代通信技术的核心——计算机技术1.1.4光通信的基础——光子技术随着光子技术的发展，出现了电子—光子芯片。在这种芯片上，电子与光子产生了复杂的相互作用，提供了速率为几十到上百千兆比特的光波通信能力。1.1.4光通信的基础——光子技术1.1.5卫星通信技术的基础——空间技术现在人们已经利用同步卫星获取了大量信息，并将这些信息广泛应用于航天、航海、气象、定位、救灾等方面。卫星通信、卫星电视已经遍及全世界。通信卫星正向大容量、长寿命方面发展。低轨道卫星通信系统的利用，将使地面、空间的通信系统连成一体。这意味着真正的全球个人通信，即人们在地球上任何地方(包括陆地、森林、沙漠、湖泊、高山、海洋、空间)都可随时与任何人和机器进行信息交流。1.1.5卫星通信技术的基础——空间技术

1.2现代通信的基本特征——数字化

1.2.1现代通信系统与数字化数字光纤通信系统、数字微波通信系统、数字卫星通信系统、数字移动通信系统，以及数字网、综合业务网等等，无不在各种通信前面冠以“数字”二字，即表明现代通信系统首先要实现数字化，由各种数字化的通信系统构成现在的各种信息网。在各种通信前面冠以“数字”二字，也可以说，现代通信姓“数”。由此可见，现代通信其基本技术特征即为数字化。数字化指的就是数字技术。

1.2现代通信的基本特征——数字化

1.2.1

数字化指的就是数字技术。简单地讲，就是各种信息经数字化处理，编成“1”和“0”，即“有”、“无”这样简单的二进制信号，如电脉冲信号，有脉冲称为“1”信号，无脉冲称为“0”信号,波形图如图1.1所示。数字化指的就是数字技术。简单地讲，

图1.1数字信号脉冲波形图1.1数字信号脉冲波形1.2.2数字信号及数字通信的特点数字信号为何那么神通广大?数字技术为什么发展如此迅速呢?这主要是因为数字信号及数字通信有许多独特的优点：①数字信号便于存储、处理(加密等)。②数字信号便于交换和传输。③数字信号便于组成数字多路通信(系统)。④便于组成数字网。⑤数字化技术便于通信设备小型化、微型化。⑥数字通信抗干扰性强，噪声不积累。1.2.2数字信号及数字通信的特点

在模拟通信中，由于传输的信号是模拟信号(幅值是连续的)，因此难以把噪声干扰分开而去掉，随着距离的增加,信号的传输质量会越来越恶化,如图1.2(a)所示。在数字通信中，传输的是数字脉冲信号，这些信号在传输过程中，也同样会有能量损失,受到噪声干扰，当信噪比还未恶化到一定程度时，可在适当距离或信号终端经过再生的方法，使之恢复为原来的脉冲信号波形，如图1.2(b)所示。消除了干扰和噪声积累，就可实现长距离高质量的通信。在模拟通信中，由于传输的信号是模拟图1.2两类通信方式抗干扰性能比较

(a)模拟信号；(b)数字信号图1.2两类通信方式抗干扰性能比较

1.3现代通信的特点及主要内容

1.3.1综合化综合化具有双重含义。其一是技术的综合化，即无论是传输、交换还是通信处理功能都采用数字技术，实现数字传输与数字交换的综合，使网络技术，如电话网、数据网、电视网一体化。其二是业务的综合化，即把来自各种信息源的通信业务（如电话、传真、数据、文字、图像电视等）综合在同一网内传输和处理，并可在不同的业务终端之间实现互通。（B-ISDN）

1.3现代通信的特点及主要内容

1.3.1综1.3.2宽带化宽带化主要指现代数字通信宽带化。人们日益增长的物质文化需求，如高速数据、高速文件、可视电话、会议电视、宽带可视图文、高清晰度电视以及多媒介、多功能终端等促进了新的宽带业务的发展，从而研究开发了宽带数字信号交换和传输。1.3.2宽带化1.3.3智能化智能化主要指在现代通信中，大量采用了计算机及其软件技术，使网络与终端，业务与管理都充满智能。在信号处理、传输与交换、监控管理及维护中引进更多的智能(软件技术)，形成所谓的智能网(IN)，即信息网智能化，从而提高网络业务应变能力，随时提供满足各类用户对各种业务需求的服务。1.3.3智能化1.3.4个人化人们在日常生活中总会到处奔波、移动，现代通信已经能使移动中的用户方便快捷地实现信息的交流——移动通信。对于移动通信，大家已经不陌生了，如无线寻呼、无绳电话、集群通信、模拟移动通信、数字移动通信GSM，以及正在发展的第三代移动通信和卫星移动通信等。1.3.4个人化1.3.5网络全球化近年来,Internet(互联网)像野火一样在全球蔓延，互联网的覆盖面已遍及五大洲，它已成为全球范围的公共网。据统计，进入互联网的用户数量以每季度20%的速度增加，以200%的年增长率扩大。1.3.5网络全球化1.4.1信息网概念

物理结构上的网即为线的集合,在自然界经常见到的蜘蛛网、渔网、网兜都是用线编织而成的。在日常生活中,亲身经历过的运输网、交通网如铁路网、航空网、公路网,以及邮政运输网等。信息网的定义,可描述为它由各种通信节点（端节点、交换节点、转接点）及连接各节点的传输链路互相依存的有机结合体,以实现两点及多个规定点间的通信体系。

1.4现代通信系统与信息网

1.4.1信息网概念

1.4现代通信系统与信息网

由信息网的定义可看出,从物理结构或从硬件设施方面去看,它由终端设备、交换设备及传输链路三大要素组成。这里的终端设备主要包括电话机、PC机、移动终端、手机和各种数字传输终端设备,如PDH端机、SDH光端机等。交换节点包括程控交换机、分组交换机、ATM交换机、移动交换机、路由器、集线器、网关、交叉连接设备等等。传输链路即为各种传输信道,如电缆信道、光缆信道、微波、卫星信道及其他无线传输信道等等。由信息网的定义可看出,从物理结构或从硬件设

1.4.2信息网的物理拓扑结构从点线组成网的物理结构,即从硬件设施去分析当前组成信息网的基本结构,主要有5种基本网结构,由它可复合组成若干种网。

1.星型网星型网如同星状,以一中心点向四周辐射,也可称为辐射网。它是以中心节点分别与周围各辐射点用线相连,点线之间的关系为:有N个点即有N－1条线,其结构如图1.3所示。现在的程控交换局或数据集点机与其所在的各电话用户及数据用户间的连接（一般双绞线:同轴线或光纤）就属于这种结构。1.4.2信息网的物理拓扑结构图1.3星型网图1.3星型网

2.网型网任意节点间都有线相连接,其N个节点与线的关系为1/2N（N－1）,如图1.4所示。以上连接属于全连通方式,在实际的组网中根据实际情况从经济效益考虑,可组成不全连通方式而形成网孔型网,如图1.5所示。这种网在实际通信组网中的大区一级干线网以及市话网中大量采用。

3.环型网这是一种首尾相接的闭合网络,其N个节点与线的关系为N∶N,有N个节点就有N条线相连,如图1.6所示。2.网型网图1.4网型网图1.4网型网图1.5网孔型网图1.5网孔型网图1.6环型网图1.6环型网

这种网结构简单,而且有自愈功能,现在的SDH光传输系统组网中经常采用,组成自愈保护环网,其稳定性较高。在组成本地网时,经常采用此种结构。

4.总线型网总线型网是节点都连接到一条共有的传输线上,这条传输线常称为总线,因此称之为总线型网。这是一种并联的网络,如电灯网络,在信息传输中计算机网络也较常用,此种网络增减节点很方便,设置的传输链路少,其结构如图1.7所示。

5.复合型网现在的实际组网,是以上网组合而成,称为复合型网,如网型网与星型网的组合构成当前的市话网,如图1.8所示。又如星型网扩展组成树型网,如图1.9所示。这种网结构简单,而且有自愈功能,现在的S图1.7总线型网图1.7总线型网图1.8复合型网图1.8复合型网图1.9树型网图1.9树型网

1.4.3通信系统与信息网

1.通信系统

通信系统是利用信道连接收、发两端设备而完成信息传递和交流的全过程,是由两端节点与信道构成的通信系统。具有共同的规律性,这种规律从逻辑上讲即为普通的点线连接,两点间连接即为线,点、线的这种连接是构成各种网的基础。没有线构不成网,点、线是构成网的必要条件。也可以说,通信系统是构成各种信息网的基础。2.信息网用通信系统来构架,信息网即为通信系统的集,或者说是各种通信系统的综合,信息网是各种通信系统综合应用的产物。信息网构成示意图如图1.10所示。1.4.3通信系统与信息网图1.10信息网构成示意图图1.10信息网构成示意图

1.4.4信息网的分类现代信息网的分类很多,按其功能、作用、性质及其服务范围等,可分为各种不同的网络。

按其完成功能作用分为电话网数据网(计算机网)图像网移动网1.4.4信息网的分类按其完成功能作用按服务范围分为长途网本地网接入网

专用网的分类就更多了,如各个部门行业,按其自身信息技术的需求而建设的网,如气象网、邮政综合计算机网,各银行组建的金融网,大型工矿企业控制网、监控网等等。不管以上网络如何组成,都是基于以上几种通信系统的实际应用。如气象网主要由卫星通信系统、光纤通信系统等组成的。按服务范围分为长途网专用网的分类就更多了,

如金融网虽然终端为计算机,实质为计算机网络,其组成还是以上的通信系统。在交通方面,正在发展智能交通,其实质就是组成交通信息管理网,信息传输也是以上几大系统组合而成的,如图1.11所示。如金融网虽然终端为计算机,实质为计算机网络

图1.11两种智能交通网(a)通信系统与交通信息网;(b)深圳高速公路东环信息网图1.11第1章现代通信与信息网概述1.1人类科技进步的产物——现代通信1.2现代通信的基本特征——数字化1.3现代通信的特点及主要内容1.4现代通信系统与信息网

第1章现代通信与信息网概述1.1人类科技进步的产物—1.1人类科技进步的产物——现代通信1.1.1模拟通信与数字通信在20世纪60年代,为解决交换局内中继线干扰等问题，出现了PCM技术(话音编码)，接着数字程控交换机投入使用，从此开始用数字信号(瞬时幅度离散的信号)来交换和传递信息，信息传递发生了根本变革——数字通信。第1章现代通信基本概念1.1人类科技进步的产物——现代通信1.1.11.1.2现代通信技术的基础——微电子技术电子学，特别是微电子学是信息技术的关键，是现代通信产业的重要基础，它在很大程度上决定着硬件设备的运行能力。衡量微电子技术发展程度的一个重要指标，是在指甲大小的硅芯片上能集成的元件数目。1.1.2现代通信技术的基础——微电子技术1.1.3现代通信技术的核心——计算机技术电话交换技术与计算机技术紧密结合，使交换技术数字程控化。通信与计算机融为一体，这使通信技术得到了飞跃发展，我们把数字通信与计算机的融合称为现代通信。1.1.3现代通信技术的核心——计算机技术1.1.4光通信的基础——光子技术随着光子技术的发展，出现了电子—光子芯片。在这种芯片上，电子与光子产生了复杂的相互作用，提供了速率为几十到上百千兆比特的光波通信能力。1.1.4光通信的基础——光子技术1.1.5卫星通信技术的基础——空间技术现在人们已经利用同步卫星获取了大量信息，并将这些信息广泛应用于航天、航海、气象、定位、救灾等方面。卫星通信、卫星电视已经遍及全世界。通信卫星正向大容量、长寿命方面发展。低轨道卫星通信系统的利用，将使地面、空间的通信系统连成一体。这意味着真正的全球个人通信，即人们在地球上任何地方(包括陆地、森林、沙漠、湖泊、高山、海洋、空间)都可随时与任何人和机器进行信息交流。1.1.5卫星通信技术的基础——空间技术

1.2现代通信的基本特征——数字化

1.2.1现代通信系统与数字化数字光纤通信系统、数字微波通信系统、数字卫星通信系统、数字移动通信系统，以及数字网、综合业务网等等，无不在各种通信前面冠以“数字”二字，即表明现代通信系统首先要实现数字化，由各种数字化的通信系统构成现在的各种信息网。在各种通信前面冠以“数字”二字，也可以说，现代通信姓“数”。由此可见，现代通信其基本技术特征即为数字化。数字化指的就是数字技术。

1.2现代通信的基本特征——数字化

1.2.1

数字化指的就是数字技术。简单地讲，就是各种信息经数字化处理，编成“1”和“0”，即“有”、“无”这样简单的二进制信号，如电脉冲信号，有脉冲称为“1”信号，无脉冲称为“0”信号,波形图如图1.1所示。数字化指的就是数字技术。简单地讲，

图1.1数字信号脉冲波形图1.1数字信号脉冲波形1.2.2数字信号及数字通信的特点数字信号为何那么神通广大?数字技术为什么发展如此迅速呢?这主要是因为数字信号及数字通信有许多独特的优点：①数字信号便于存储、处理(加密等)。②数字信号便于交换和传输。③数字信号便于组成数字多路通信(系统)。④便于组成数字网。⑤数字化技术便于通信设备小型化、微型化。⑥数字通信抗干扰性强，噪声不积累。1.2.2数字信号及数字通信的特点

在模拟通信中，由于传输的信号是模拟信号(幅值是连续的)，因此难以把噪声干扰分开而去掉，随着距离的增加,信号的传输质量会越来越恶化,如图1.2(a)所示。在数字通信中，传输的是数字脉冲信号，这些信号在传输过程中，也同样会有能量损失,受到噪声干扰，当信噪比还未恶化到一定程度时，可在适当距离或信号终端经过再生的方法，使之恢复为原来的脉冲信号波形，如图1.2(b)所示。消除了干扰和噪声积累，就可实现长距离高质量的通信。在模拟通信中，由于传输的信号是模拟图1.2两类通信方式抗干扰性能比较

(a)模拟信号；(b)数字信号图1.2两类通信方式抗干扰性能比较

1.3现代通信的特点及主要内容

1.3.1综合化综合化具有双重含义。其一是技术的综合化，即无论是传输、交换还是通信处理功能都采用数字技术，实现数字传输与数字交换的综合，使网络技术，如电话网、数据网、电视网一体化。其二是业务的综合化，即把来自各种信息源的通信业务（如电话、传真、数据、文字、图像电视等）综合在同一网内传输和处理，并可在不同的业务终端之间实现互通。（B-ISDN）

1.3现代通信的特点及主要内容

1.3.1综1.3.2宽带化宽带化主要指现代数字通信宽带化。人们日益增长的物质文化需求，如高速数据、高速文件、可视电话、会议电视、宽带可视图文、高清晰度电视以及多媒介、多功能终端等促进了新的宽带业务的发展，从而研究开发了宽带数字信号交换和传输。1.3.2宽带化1.3.3智能化智能化主要指在现代通信中，大量采用了计算机及其软件技术，使网络与终端，业务与管理都充满智能。在信号处理、传输与交换、监控管理及维护中引进更多的智能(软件技术)，形成所谓的智能网(IN)，即信息网智能化，从而提高网络业务应变能力，随时提供满足各类用户对各种业务需求的服务。1.3.3智能化1.3.4个人化人们在日常生活中总会到处奔波、移动，现代通信已经能使移动中的用户方便快捷地实现信息的交流——移动通信。对于移动通信，大家已经不陌生了，如无线寻呼、无绳电话、集群通信、模拟移动通信、数字移动通信GSM，以及正在发展的第三代移动通信和卫星移动通信等。1.3.4个人化1.3.5网络全球化近年来,Internet(互联网)像野火一样在全球蔓延，互联网的覆盖面已遍及五大洲，它已成为全球范围的公共网。据统计，进入互联网的用户数量以每季度20%的速度增加，以200%的年增长率扩大。1.3.5网络全球化1.4.1信息网概念

物理结构上的网即为线的集合,在自然界经常见到的蜘蛛网、渔网、网兜都是用线编织而成的。在日常生活中,亲身经历过的运输网、交通网如铁路网、航空网、公路网,以及邮政运输网等。信息网的定义,可描述为它由各种通信节点（端节点、交换节点、转接点）及连接各节点的传输链路互相依存的有机结合体,以实现两点及多个规定点间的通信体系。

1.4现代通信系统与信息网

1.4.1信息网概念

1.4现代通信系统与信息网

由信息网的定义可看出,从物理结构或从硬件设施方面去看,它由终端设备、交换设备及传输链路三大要素组成。这里的终端设备主要包括电话机、PC机、移动终端、手机和各种数字传输终端设备,如PDH端机、SDH光端机等。交换节点包括程控交换机、分组交换机、ATM交换机、移动交换机、路由器、集线器、网关、交叉连接设备等等。传输链路即为各种传输信道,如电缆信道、光缆信道、微波、卫星信道及其他无线传输信道等等。由信息网的定义可看出,从物理结构或从硬件设

1.4.2信息网的物理拓扑结构从点线组成网的物理结构,即从硬件设施去分析当前组成信息网的基本结构,主要有5种基本网结构,由它可复合组成若干种网。

1.星型网星型网如同星状,以一中心点向四周辐射,也可称为辐射网。它是以中心节点分别与周围各辐射点用线相连,点线之间的关系为:有N个点即有N－1条线,其结构如图1.3所示。现在的程控交换局或数据集点机与其所在的各电话用户及数据用户间的连接（一般双绞线:同轴线或光纤）就属于这种结构。1.4.2信息网的物理拓扑结构图1.3星型网图1.3星型网

2.网型网任意节点间都有线相连接,其N个节点与线的关系为1/2N（N－1）,如图1.4所示。以上连接属于全连通方式,在实际的组网中根据实际情况从经济效益考虑,可组成不全连通方式而形成网孔型网,如图1.5所示。这种网在实际通信组网中的大区一级干线网以及市话网中大量采用。

3.环型网这是一种首尾相接的闭合网络,其N个节点与线的关系为N∶N,有N个节点就有N条线相连,如图1.6所示。2.网型网图1.4网型网图1.4网型网图1.5网孔型网图1.5网孔型网图1.6环型网图1.6环型网

这种网结构简单,而且有自愈功能,现在的SDH光传输系统组网中经常采用,组成自愈保护环网,其稳定性较高。在组成本地网时,经常采用此种结构。

4.总线型网总线型网是节点都连接到一条共有的传输线上,这条传输线常称为总线,因此称之为总线型网。这是一种并联的网络,如电灯网络,在信息传输中计算机网络也较常用,此种网络增减节点很方便,设置的传输链路少,其结构如图1.7所示。

5.复合型网现在的实际组网,是以上网组合而成,称为复合型网,如网型网与星型