現(xiàn)代通信技術(shù)1(概述數(shù)字通信).ppt

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現(xiàn)代通信技術(shù)(本科生用),通信學(xué)院：韓曉冰Tel:029-85583165E-mail:hanxiaobing@,2004-3,2,本課主要內(nèi)容,通信基本概念（各種通信技術(shù)概念）數(shù)字通信（各種通信技術(shù)原理）通信系統(tǒng)（衛(wèi)星、移動(dòng)、光纖）INTERNET與INTRANET寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)通信與數(shù)字化,2004-3,3,第一章：概論,1.1通信的基本概念通信：信息的交流。通信的目標(biāo)：任何人、任何時(shí)間、任何地點(diǎn)與其他人進(jìn)行任何種類的信息交流。通信技術(shù)內(nèi)容：信息的處理、交換和傳輸。,2004-3,4,通信系統(tǒng)模型,,2004-3,5,各個(gè)部分的作用：,信源：發(fā)出信息的源頭處理與編碼：聲電、光電變換發(fā)射設(shè)備：變頻、電光變換傳輸媒質(zhì)：空間、電纜、光纜接收設(shè)備：變頻、光電變換解碼與處理：電聲、電光變換信宿：接收信息的,2004-3,6,1.2傳輸技術(shù),有線傳輸技術(shù)明線、雙絞線、同軸電纜、光(纖)纜。無(wú)線傳輸技術(shù)長(zhǎng)波、中波、短波、超短波、微波。,2004-3,7,無(wú)線電波段劃分,2004-3,8,傳輸技術(shù)原理,有線傳輸電平、編碼、模擬調(diào)制、數(shù)字調(diào)制。電壓信號(hào)為主：明線、雙絞線場(chǎng)信號(hào)為主：同軸電纜、光(纖)纜,2004-3,9,,無(wú)線傳輸電波傳播原理：擴(kuò)散原理。,,涉及內(nèi)容：編碼、調(diào)制、發(fā)射、天線技術(shù)等,2004-3,10,1.3交換技術(shù),分類：電路交換：空分、時(shí)分等。分組交換：包交換。應(yīng)用：PSTN（公用電話交換網(wǎng)）-時(shí)分LAN（局域網(wǎng)）-包交換。,2004-3,11,電路交換方式：,電話交換網(wǎng),功能實(shí)現(xiàn)：電話交換機(jī)內(nèi)有電子交換矩陣實(shí)現(xiàn)空分電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)時(shí)分特點(diǎn)：實(shí)時(shí)構(gòu)成：用戶終端（電話機(jī)等）、程控交換機(jī)、傳輸線路（雙絞線、微波、光纜）,2004-3,12,分組交換方式：,,,,功能實(shí)現(xiàn)：存儲(chǔ)式交換。特點(diǎn)：非實(shí)時(shí)構(gòu)成：用戶終端（計(jì)算機(jī)等）、數(shù)據(jù)交換機(jī)、傳輸線路（雙絞線、微波、光纜）,2004-3,13,兩者的區(qū)別：,終端設(shè)備交換方式速率協(xié)議,2004-3,14,標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)化組織,1.美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ANSI）美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)。ANSI標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域如ANSICOBOI和ANSIC，光纖分布式數(shù)據(jù)接口（FDDI）等。2.國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織是和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)合作的一個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)組織（ISO的縮寫來(lái)源于它的法文名稱）。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織是制定標(biāo)準(zhǔn)的組織，最有意義的工作就是對(duì)開放系統(tǒng)的研究。具有七層協(xié)議結(jié)構(gòu)的開放系統(tǒng)互聯(lián)模型（OSI）就是一個(gè)眾所周知的例子。每個(gè)國(guó)家的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定組織都是這個(gè)組織的成員。3.國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）是聯(lián)合國(guó)的一個(gè)專門機(jī)構(gòu)，是國(guó)際電信界最權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)制修訂組織，總部設(shè)在瑞士的日內(nèi)瓦。這個(gè)委員會(huì)對(duì)世界范圍的電話、電報(bào)、數(shù)據(jù)通信、衛(wèi)星和無(wú)線通信設(shè)備提出技術(shù)性的建議。下設(shè)電信標(biāo)準(zhǔn)化部門有ITU-T（電報(bào)電話小組）、ITU-R（無(wú)線電小組）。,2004-3,15,4.電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（IEEE）IEEE是世界上最大的專業(yè)技術(shù)團(tuán)體，由計(jì)算機(jī)和工程學(xué)專業(yè)人士組成。這個(gè)協(xié)會(huì)已經(jīng)開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)有IEEE802．3（以太網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)）、IEEE802．4（利令牌總線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)）IEEE802．5（令牌環(huán)形網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)）和IEEE1003．1（可移植的操作系統(tǒng)）。5.電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）電子工業(yè)協(xié)會(huì)是另一個(gè)與電氣標(biāo)準(zhǔn)制定有關(guān)的組織，該協(xié)會(huì)已經(jīng)制定了許多標(biāo)準(zhǔn)，但最為人知的是連接裝置的標(biāo)準(zhǔn)。RS－32和B5－449標(biāo)準(zhǔn)在今天的數(shù)據(jù)通信設(shè)備中被廣泛使用。這個(gè)組織的成員主要是電信設(shè)備和其他電子設(shè)備的生產(chǎn)者。6.國(guó)際電子技術(shù)委員會(huì)（IE）國(guó)際電子技術(shù)委員會(huì)是一個(gè)非政府結(jié)構(gòu)，它為辦公室設(shè)備的互聯(lián)、安全以及數(shù)據(jù)處理制定標(biāo)準(zhǔn)。該組織參與了圖像專家聯(lián)合組（JPEG），為圖像壓縮制定標(biāo)準(zhǔn)。7．國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)協(xié)會(huì)（NIST）其前身是美國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS），是美國(guó)商業(yè)部下屬的一個(gè)機(jī)構(gòu)，發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)。NIST關(guān)于安全技術(shù)方面的一個(gè)重要貢獻(xiàn)是數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（DES）。,2004-3,16,1.4復(fù)用技術(shù),分類：頻分復(fù)用FDM、時(shí)分復(fù)用TDM、統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用STDM。1、頻分復(fù)用FDM,2004-3,17,2、時(shí)分復(fù)用TDM,2004-3,18,3、統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用STDM,,2004-3,19,1.5通信技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、可視化。計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、控制技術(shù)、感測(cè)技術(shù)研究熱點(diǎn)：寬帶IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)IPv6、移動(dòng)通信技術(shù)3G、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)WLAN,2004-3,20,,,2004-3,21,第二章：數(shù)字通信技術(shù),2.1基本概念1、數(shù)據(jù)（定義）：依照通信協(xié)議，在兩個(gè)功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)信息。2．信息：對(duì)數(shù)據(jù)內(nèi)容的表達(dá)和解釋。3．信號(hào)：對(duì)數(shù)據(jù)的電磁和電子編碼。4．傳輸：信號(hào)的數(shù)據(jù)傳遞。5．比特率（Rb）比特（bit，b）是二進(jìn)制數(shù)字的縮寫,比特率（bit／s）是指在網(wǎng)絡(luò)上每秒鐘傳送多少個(gè)比特。6．?dāng)?shù)據(jù)傳輸速率7．頻率:每秒的周期數(shù)8．頻帶寬度：指一個(gè)頻率范圍，用赫茲(HZ)表示。,2004-3,22,2.2數(shù)字通信系統(tǒng)的構(gòu)成和優(yōu)點(diǎn),構(gòu)成,2004-3,23,優(yōu)點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)；便于差錯(cuò)控制；便于加密；便于使用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)；便于綜合傳輸各種消息；,2004-3,24,2.3編碼,2.3.1數(shù)字編碼1．不歸零編碼2．曼徹斯特編碼2.3.2語(yǔ)音編碼1.波形編碼:DM(增量調(diào)制)、ADM（自適應(yīng)增量調(diào)制）、PCM（脈沖編碼調(diào)治）、ADPCM（自適應(yīng)脈沖編碼調(diào)治）、LPC（線性預(yù)測(cè)編碼）、VQ（矢量量化）等.2.參數(shù)編碼:CELP（碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)編碼）、子帶編碼等.,,,,,101,2004-3,25,應(yīng)用情況:程控電話:ITU-TG.727標(biāo)準(zhǔn),32kb/sADPCM、64kb/sPCM。全球通GSM：13kb/sRPE-LTP（長(zhǎng)時(shí)預(yù)測(cè)）。IS-54、TDMA（北美）：8kb/sVSELP（向量激勵(lì)）。CDMA：8kb/sQCELP?？梢曤娫?、電視會(huì)議：視頻標(biāo)準(zhǔn)ITU-TG723.1語(yǔ)音標(biāo)準(zhǔn)G.723.16.3kb/sLD-CELP（低時(shí)延碼激勵(lì)）G.723.15.3kb/sCS-ACELP（共軛結(jié)構(gòu)代數(shù)碼激勵(lì)）IP語(yǔ)音：美國(guó)聯(lián)邦標(biāo)準(zhǔn)10152.4kb/sMELP（混合激勵(lì)）研究發(fā)展速率更低,失真更小。,2004-3,26,,2.3.3數(shù)據(jù)編碼要求:被編碼成適合傳輸?shù)母袷?.ASCII碼:美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）2.EBCDIC碼:擴(kuò)展二進(jìn)制編碼,用于IBM大型機(jī)和外圍設(shè)備。3.莫爾斯碼:代碼由一系列的點(diǎn)和劃組成。4.博多碼:用于電報(bào)和直通電報(bào)通信中。5.BCD碼:二_十進(jìn)制碼,用于早期的IBM大型機(jī)中。2.3.4視頻編碼分為活動(dòng)圖象和靜止圖象。1.靜止圖象編碼：MHC（霍夫曼~）、MRC（二維~）、MMRC（改進(jìn)二維~）、JBIG（聯(lián)合二值圖象專家組算術(shù)碼）、JPEG（聯(lián)合影象專家組~）、JPEG-2000等。,2004-3,27,,2.活動(dòng)圖象編碼：MPEG（活動(dòng)圖象專家組）：制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有MPEG-1（1993）、MPEG-2（1994）、MPEG-4（1999）、MPEG-7（1999）。ITU-T:MHEG（多媒體信息編碼專家組）視頻壓縮算法H.261(1996)[H.320(ISDN)、H.323(LAN/IP)]，H.262(1996)[H.310(ATM/B-ISDN)]，H.263(1995)[H.324(PSTN)]。一般采用幀間預(yù)測(cè)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)。,HDTV:1920*1080*30*8=498Mb/sVCD:1.5Mb/sDVD:3~6Mb/s,2004-3,28,2.4調(diào)制和解調(diào),要求的提出：家庭中的計(jì)算機(jī)要上網(wǎng)。電話線傳送的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)2.4.1調(diào)制方式分類:模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制；頻率調(diào)制、幅度調(diào)制、相位調(diào)制。,2004-3,29,,例如：模擬調(diào)制：AM、FM。數(shù)字調(diào)制：ASK（幅移鍵控）、FSK（頻移鍵控）、PSK（相移鍵控）、QAM（正交調(diào)幅）、DMT（離散多音調(diào)制）等。FSK（頻移鍵控）原理,,2004-3,30,,PSK（相移鍵控）原理所謂PSK就是根據(jù)數(shù)字基帶信號(hào)的兩個(gè)電平使載波相位在兩個(gè)不同的數(shù)值之間切換的一種相位調(diào)制方法。有2PSK（BPSK）、4PSK（QPSK）、8PSK等。調(diào)制效率與調(diào)制方式的關(guān)系：2nn越大效率越高.信號(hào)的形式：模擬、數(shù)字？,,,,,,,,0,1,2PSK,2004-3,31,2.5同步技術(shù),所謂同步就是要求建立系統(tǒng)的收發(fā)兩端在時(shí)間上保持步調(diào)一致。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中涉及到的同步主要有載波同步、位（碼元）同步和群（碼組、幀）同步。對(duì)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最基本的、必不可少的同步是收發(fā)兩端的時(shí)鐘同步（位同步），這是所有同步的基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)的方法通常有：１）頻分制傳輸２）時(shí)分制傳輸3）自同步法目前大部分系統(tǒng)采用自同步法來(lái)實(shí)現(xiàn)同步。,2004-3,32,2.6復(fù)用技術(shù),所謂多路復(fù)用，是指在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，允許兩個(gè)或兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)源共享一個(gè)公共傳輸媒介，就像每個(gè)數(shù)據(jù)源都有它自己的信道一樣。多路復(fù)用是一種將若干個(gè)彼此無(wú)關(guān)的信號(hào)合并為一個(gè)能在一條共用信道上傳輸?shù)膹?fù)合信號(hào)的方法。通?？煞譃闀r(shí)分復(fù)用（TDM）、頻分復(fù)用（FDM）和碼分復(fù)用（CDM）等。1、FDM：該技術(shù)用于模擬信號(hào)。是一種按頻率來(lái)劃分信道的復(fù)用方式，它把整個(gè)物理媒介的傳輸頻帶，按一定的頻率間隔劃分為若干較窄的頻帶，每個(gè)窄頻帶構(gòu)成一個(gè)子通道。在通信網(wǎng)中，有大量的頻分多路復(fù)用系統(tǒng)。傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，必須先對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，然后才能通過(guò)頻分多路復(fù)用設(shè)備復(fù)合成多路數(shù)據(jù)復(fù)用信號(hào)進(jìn)行傳輸。如微波傳輸系統(tǒng)、GSM等。,2004-3,33,,FDM原理：0~f1：通道1；f1~f2：通道2；f2~f3：通道3。信道有載波、頻分短波、頻分微波、頻分衛(wèi)星等。2、TDM：把許多輸入信號(hào)結(jié)合起來(lái)，并一起傳送出去。按一定的時(shí)間隔劃分為若干較窄的時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙構(gòu)成一個(gè)子通道。ＴＤＭ保持了信號(hào)物理上的獨(dú)立性，而從邏輯上把它們結(jié)合在一起。,,,,,,0,,f1,f2,f3,頻率,2004-3,34,,TDM原理：通道1；通道2；通道3；通道4。在TDM中，由于采用的技術(shù)不同，又可分為同步時(shí)分復(fù)用、異步時(shí)分復(fù)用（ATOM）、統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用（STDM）或智能時(shí)分復(fù)用（AM）等。信道主要有時(shí)分基帶、時(shí)分短波、時(shí)分微波和時(shí)分衛(wèi)星等。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2004-3,35,,3、CDM：多用在無(wú)線通信系統(tǒng)中。每個(gè)用戶在通信期間占用所有的頻率和所有時(shí)間，但不同用戶具有不同的正交碼形，用以區(qū)分不同用戶的信息，避免互相干擾。由于不同用戶之間的信息傳遞是通過(guò)正交碼來(lái)隔離的，因而在蜂窩系統(tǒng)中，相鄰蜂窩可以使用相同的頻率譜，具有最高的頻率利用率。但復(fù)雜度稍高。正在成為第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的主流制式。4、SDM：也多用在無(wú)線通信系統(tǒng)中。每個(gè)用戶在通信期間，可以占有所有或部分的頻率、所有或部分時(shí)間、所有或部分碼形，但只占有特定的空間（方向）?；旌蠌?fù)用信道。在現(xiàn)在和將來(lái)的新系統(tǒng)中，很少有單獨(dú)采用以上任何一種方式的，基本上都是幾種基本方式的組合，即混合復(fù)用信道。該種信道會(huì)隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，優(yōu)越性越來(lái)越顯著而廣泛應(yīng)用。,2004-3,36,2.7信道工作方式,數(shù)據(jù)通信可以有單工、全雙工和半雙工三種了作方式，與之相匹配，適應(yīng)三種工作方式的信道也可分成三種：（1）單向（單工）信道：只能沿一個(gè)固定方向傳輸?shù)男诺?，配合它使用的是單上傳輸方式。?）雙向（全雙工）信道：可以同時(shí)沿兩個(gè)方向雙向傳輸?shù)男诺馈Ｈp工傳輸工作方式必須采用雙向信道。（3）半雙工信道。可以分時(shí)沿兩個(gè)方向傳輸?shù)男诺溃河衫铍p工信道可以構(gòu)成半雙工傳輸工作方式的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。研究?jī)?nèi)容：信道特性、模型、適合的編碼、調(diào)制方式等。,2004-3,37,2.8信號(hào)工作頻帶的劃分,基帶信號(hào)：信源編（解）碼、速率、信道編（解）碼、復(fù)用/分接等。中頻信號(hào)：中頻調(diào)制、上下變頻、AFC、頻率合成技術(shù)等。射頻信號(hào)：AGC、APC、ATC、AFC、自動(dòng)跟蹤技術(shù)等。,