《电子信息专业英语》-第四单元 通信系统

第一课通信系统今天，我们很容易观测到通信在我们的生活中几乎无处不在:我们手中的电话，家里的收音机、电视机，办公室和家用的连接在因特网上的计算机终端和报纸，这些都能提供来自全球各个角落的信息。通信可以为海上的船只、航行中的飞机及太空中的火箭和卫星提供感测。通信可以通过无线电话使汽车司机与几英里之外的办公室或家人保持联系。通信可以使气象预报员通过多个传感器的测量而获得气象情况。的确，包含在不同方面的通信的应用几乎是无穷无尽的。从最基本的意义上来讲，通信本身包含了从一点到另一点的一系列过程的信息传输，如下所述:下一页返回第一课通信系统1.信号的产生:语音、音乐、图像或计算机数据。2.用某个精确的物理量描述信源信号，可用系列符号表示，如电的、声学的或视频的。3.将这些物理量符号以适合于物质媒介传输的形式进行编码。4.编码的物理量传输到要求的目的地。5.原始信号的解码与还原。6.原始信号的再生—伴有一定的质量上的衰减，这种衰减是由系统的一些缺陷造成的。一般的通信系统由下列部分组成(见图4-1):下一页返回上一页第一课通信系统信息源。它产生消息，可以是写成的或口述的文字，或是某种形式的数据发信机。它把消息转变成信号，信号形式要适合在通信信道中传输。通信信道。通信信道是用于从发信机传送信号到接收机的媒介。信道可以是无线连路或者是直接的有线连接。接收机。接收机可以看做与发信机相反的东西。它把接收到的信号变回消息，并把消息传给终端，这个终端可以是一台扬声器、电传打字机或一个计算机数据库。所有通信信道的一个不好的特征是信号上叠加了噪声。这种人们不希望存在的噪声会引起电话中声音失真、电报报文或数据出现差错。返回上一页第二课频分复用时分复用脉冲编码调制频分复用频分复用是一种模拟技术。一个话音信号的频段在0~3kHz，用单边带振幅调制可以把话音信号搬移到新的频段。例如，采用这种调制，搬移4路类似信号，使之均分5~20kHz频段。各路之间的间隙称为保护间隔，这些允许在实际系统中存在频率误差及滤波不足等缺陷。一旦这个新的基带信号(由4路组成的群)形成后，它就作为一个单一的单元在主干网中传送。可以构成一个分级的体系，即以若干路组成一个群，若干群组成一个超群，再以若干超群组成一个主群或极群。下一页返回第二课频分复用时分复用脉冲编码调制通信设备把群或超群作为一些单一的单元来传送。对于无线电设备来说，并不需要知道含有多少路。只要有足够的带宽，无线电就可以处理一个超群。群的大小采取折中考虑确定，因为处理每一路都需要独立的滤波器、调制器及振荡器，这比每个群所需的设备要多得多。但是只要有一个部件失效，则将失去与这个群主相关的全部话路。时分复用采用脉冲编码调制时，有可能利用抽样值之间的时间传送来自其他电路的信号，这种技术称为时分复用。要做到这一点，必须在通信链路的两端采用同步开关，使对来自各条电路的抽样值依次轮流传送。下一页返回上一页第二课频分复用时分复用脉冲编码调制于是好几个用户看起来都好像在同时使用这条链路。虽然每个用户只有一些周期性的短时隙，抽样值之间的原始模拟信号却可在接收机中重新构成。典型的TDM系统如图4-2所示。脉冲编码调制脉冲编码调制是数字脉冲调制的基本形式。在脉冲编码调制中，消息信号用一串编码脉冲来表示，这些编码脉冲由在时间上和幅度上都离散的信号组成。PCM发射机(图4-3)中的基本操作有取样、量化、编码。量化和编码通常在同一个电路中完成，该电路称为模/数转换器。接收机(图4-4)中的基本操作包括衰减信号的再生、译码和量化了的取样脉冲的还原。下面就描述一下组成基本PCM系统的不同操作。下一页返回上一页第二课频分复用时分复用脉冲编码调制取样。输入的消息信号由一组窄的矩形脉冲进行取样。量化。消息信号取样后进而被量化，因此产生了新的信号形式，即时间上和幅度上都离散的信号编码。将一系列分立的取样值表示成一组特定的二进制代码的方法称为编码。再生。PCM系统最重要的特点在于它能够控制在信道内传送PCM信号时产生的失真和干扰噪声的影响。这种功能的实现是通过系列再生中继重组PCM信号，这些再生中继器位于传输路径上，间隔紧凑。下一页返回上一页第二课频分复用时分复用脉冲编码调制译码。译码过程涉及产生一个脉冲，其幅度是所有编码脉冲的线性总和，每一个脉冲可由码中位权值(20，21,22，…，2R-1)进行加权得到。这里R是每取样一次的比特数滤波。接收机的最后一个处理是消息信号经过译码器输出后将其通过一个低通滤波器还原出消息信号，低通滤波器的截止频率与信号的带宽W相等。返回上一页第三课光纤通信光纤通信的出现20世纪80年代，一项重要的技术发展是光纤通信成为主要的国际产业。光纤作为传播媒介的优点在于它是由绝缘体(玻璃或塑料)制成而且传送的信号是光。20世纪50年代初，研究人员制造出第一根具有包层玻璃光纤时，并不想用于通信，而是用它们传送内窥镜需要的成像光束。1970年10月，第一根低耗(20db/km)石英光纤问世了。由此将这一日期作为光纤通信时代的开端。下一页返回第三课光纤通信光纤通信系统光纤通信系统基本上是基于使用光纤的通信基本的光纤通信系统如图4-5所示，在光纤通信系统中，光缆是作为一种传输媒介来使用的，位于发信机一侧的光源可以把电信号变换成光信号(电/光变换器);位于收信机一侧的光检测器，把传输来的光信号变换成电信号(光/电变换器)。因此光源、光检测器和光缆是光纤通信系统的重要功能部件。当半导体光源的结中有电流通过时，它就会发射光能量。这个结是半导体元件内部生成的，因此可以按照要传输的信号，通过调节电流来方便地调制光输出。半导体检测器则吸收光功率，激励检测器内的电子，这一过程导致光信号变换成电信号电流。下一页返回上一页第三课光纤通信使用光纤有很多优点，如低损耗、重量轻、宽频带和灵活性等光纤的损耗比PEF(聚乙烯塑料)电缆和同轴电缆及毫米波波导均低。在波长为1.0~1.7um的区域(1.4um除外)，可以得到小于1分贝/千米的低损耗值。光纤比其他电缆轻，提高了架设的简易性，降低了成本。光纤的传输容量大于任何其他电缆。由于光缆的传输容量可以从少传输通道到多传输通道的范围内变化，系统的设计很灵活。实际上它可以应用于目前使用的传统通信系统的所有领域。下一页返回上一页第三课光纤通信光纤末来的应用人们对于光纤在其他领域的应用潜力刚刚开始认识。用于计算机系统和办公室的光纤网络逐渐变得更加重要。在电话系统中，光纤在主要的城市地区中心交换局间互连和低级交换中的使用一直在迅速增加。许多观察家相信，全国电话系统将因使用光纤传输视频宽带信号而逐渐升级。这些宽带用户环路系统将使可视电话、视频娱乐节目等业务成为可能。宽带业务广泛使用光纤将变得经济可行。返回上一页第四课移动通信移动通信系统的发展过程移动通信系统最初以模拟方式工作，其频段在450MHz，后来逐渐发展到900MHz的数字GSM系统，下一步是工作在1800MHz的个人通信系统。移动通信的发展可以分为几代。第一代系统如美国的高级移动电话系统(AMPS)、欧洲多数国家的全接入通信系统(TACS)以及北欧的移动电话系统(NMT)，这些都是模拟系统。第二代移动通信系统(2G)在很大程度上是由欧洲特别移动小组(GSM)委员会所制定的标准决定的，这一系统是作为一种全球移动通信系统而设计的。目前使用的系统有4个:数字先进移动电话系统(D-AMPS、全球移动通信系统(GSM、码分多址(CDMA)和个人数字蜂窝电话(PDC)。下一页返回第四课移动通信目前在欧洲正在开发第三代移动通信系统(3G)，其目的是要综合第二代系统的所有不同业务并覆盖更广的业务(话音、数据、视频和多媒体)范围，而且还要与固定电信网络的技术发展保持一致和兼容。理想的移动电话系统将在有限的给定频段上工作，但却可以向任意多的地区中几乎是任意多的用户提供服务。实现这一理想系统的方法主要有以下3种:单边带(SSB)，可将给定频段分为最大可能数目的信道蜂窝式，可将给定的频段在不同的地理位置上重复使用。扩展频谱与跳频，能在频带上产生许多代码。下一页返回上一页第四课移动通信几种常见的移动电话系统介绍下面我们介绍几种常见的电话系统。蜂窝式移动电话系统一个基本的蜂窝系统由移动站、基站和一个移动交换中心(MSC)组成。一个移动站包括无线电收发机、大线和控制电路，它可以安装在交通工具或可移动手持设备里。基站包括许多发射机和接收机，能同时进行全双工通信，通常还有支持收/发无线电的大线塔。基站在所有的移动通信用户间建立了一座桥梁，并通过电话线或微波连到MSC，把同步移动电话连接起来。下一页返回上一页第四课移动通信MSC负责统一所有基站的操作及整个蜂窝系统到PSTN的连接。一个典型的MSC一次可以处理100000个蜂窝通信用户，同时进行5000个通话，并完成所有计费和系统维护功能。在大城市中，一个独立的载波可以接受若干个MSC的服务。全球移动通信系统(GSM)世界范围移动通信系统的成功标志着通信更加个人化，更加方便。GSM系统基于蜂窝通信系统原则。但GSM网络使用数字无线传输和先进的无线越区算法，可以得到比模拟蜂窝系统好得多的频率利用，因而增加了能够服务的用户数。由于GSM可提供共同的服务标准，蜂窝用户可以在整个GSM服务区使用电话。下一页返回上一页第四课移动通信除了国际漫游外，GSM还可以提供新型服务，如高速数据通信、传真和短消息业务。GSM技术范围可与其他通信标准保持一致，如综合业务数字网(ISDN)。这样可以保证标准的互通。展望未来，利用数字技术的蜂窝系统将成为通信的通用方式。GSM系统以突发脉冲序列传输方式工作。在900MHz频段有124个无线通信，这些突发脉冲序列可以传输不同的信息。第一类信息是语音，编码速率为6.5kb/s或13kb/s。第二类信息是数据，可以3.6kb/s,6kb/s或12.6kb/s的速率传输。这两类信息是传输信息的有用部分，但是传输还必须得到额外管理信息的支持，管理信息通过控制信道传输。码分多址(CDMA)下一页返回上一页第四课移动通信CDMA和AMPS,D-AMPS及GSM完全不同。CDMA没有将可用频带分割为几百个窄带信道，而是一直允许信号在整个频谱范围内传送。使用编码理论可以将多个同时传送的信息分割开来。CDMA也不会使相遇的数据帧造成数据间的混淆;相反，CDMA假定多路信号之间是线性相加的。CDMA的关键在于能够提取出希望得到的信号，而把其他信号当做随机噪声加以抑制。这里我们不具体谈CDMA的