通信基础知识

1、通信基础知识 制作 李浩翔 学习目的 本课程的任务主要是建立通信系统的概念，了解通 信技术的基本知识、基本原理，为进一步从事通信方 面的专业工作打下基础。 课程内容简介 一 通信技术概述 二 桂东电力通信网内传输设备及设施介绍 三 SDH，PCM各板块基本作用及告警灯情况 四 通信维护常用设备的使用 五 通信设施的日常维护及常见简单故障处理 一 通信技术概述 1.1 通信发展概述 1.2 通信基本概念 1.3 通信系统的基本组成 1.4 通信系统分类及通信方式 1.5 通信系统的主要性能指标 1.1 通信发展概述 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，变化的只是通信

2、的方式。 一. 通信的概念 通信是指通过某种媒质进行的信息传递和信息交换。 什么是信息？对于信息的定义非常多，在中国国家标准GB4894-85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，一般指数据、消息中所包含的意义， 可以使消息中所描述事 件的不定性减少。 1.1 通信发展概述 什么是媒质？媒质即“介质”，当一种物质存在于另一种物质内部时， 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。其中铜介质、光纤介质等属于有线介质，而空气则属于无线 介质。 1.1 通信发展概述 二. 通信发展历史 人类的通信从远古时代就

3、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。 通信的发展历史则可以分为古代通信和近现代通 信。 在中国古代，飞鸽传书，烽火传信，利用驿站的 邮驿系统等都是属于常见的通信方式。 1.1 通信发展概述 信鸽烽火台 1.1 通信发展概述 古驿站遗址驿使壁画 1.1 1.1 通信发展概述 国外古代常见的通信方式包括灯塔、通信塔、旗语等。 【灯塔】 灯塔起源于古埃及的信号烽火。世界上最早的灯塔建于公元前7世纪，位于达 尼尔海峡的巴巴角上。公元前280年，古埃及人在埃及亚历山大城对面的法罗斯 岛上修筑灯塔，高达85米，日夜燃烧木材，以火焰和烟柱作为助航的标志。法罗 斯灯塔被誉为古代世界七大奇

4、观之一。 1.1 1.1 通信发展概述 【旗语】 1777年，英国的美洲舰队司令上将印了一本信号手册，成为第一个编写信 号书的人。后来海军上将波帕姆爵士用一些旗子作速记字母，创立了一套完 整的旗语字母。 1817年，英国海军马利埃特上校编出第一本国际承认的信号码。舫海信号 旗共有40面，包括26面字母旗，10面数字旗，3面代用旗和1面回答旗。旗的 形状各异：有燕尾形、长方形、梯形、三角形等。旗的颜色和图案也各不相同。 1.1 1.1 通信发展概述 亚历山大灯塔复原图 旗语 1.1 1.1 通信发展概述 近现代的通信发展历史，大致可以分为两个阶段。第一阶 段是电通信阶段，第二阶段是电子信息通信阶

5、段。 第一阶段的通信技术包括1876年贝尔发明电话机，1937年 莫尔斯发明电报机，并设计莫尔斯电报码。1895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。 1.1 1.1 通信发展概述 老式电话 电报机 1.1 1.1 通信发展概述 1978年底，美国贝尔试验室研制成功先进移动电话系统(AMPS)，建 成了蜂窝状移动通信网，20 世纪80 年代中期，欧洲和日本也纷纷建立了自己 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/JTACS/NTACS 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 1

6、.1 通信发展概述 1992 年，欧洲开始铺设全球第一个数字蜂窝移动通信网络GSM（Global System Mobile），由于其优良的性能，GSM 在全球范围内迅速扩张，GSM 用户数一度超过全球蜂窝系统 用户总数的70%。此后，美国的DAMPS 和日本的JDC 等2G 系统也相继投入使用。1993 年，美国 推出了IS-95 CDMA系统。 1995年ITU 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3G 技术包括WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA三种系统，2008年中国正式颁发3G运营牌照。 2012年1月18日下午5时，国际电信

7、联盟在2012年无线电通信全会全体会议上，正式审议通过将 LTE-Advanced和WirelessMAN-Advanced(802.16m)技术规范确立为IMT-Advanced(俗称 “4G”)国际标准，中国主导制定的TD-LTE-Advanced和FDD-LTE-Advance同时并列成为4G国际 标准。2013年12月4日下午，工业和信息化部正式发放4G牌照，宣告我国通信行业进入4G时代。 1.1 1.1 通信发展概述 【程控交换技术发展历史】 1878年就出现了人工交换机，它是借助话务员进行话务接续。 1893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 机电交换时代。这种交

8、换机属于“直接控制”方式，即用户可以通 过话机拨号脉冲直接控制步进接续器做升降和旋转动作。从而自动 完成用户间的接续。 1938年纵横制(cross bar)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；提高了灵活性和控制效率,加快了速度。 由于纵横制交换机具有一系列优点,因而它在电话交换发展上占有重 要的地位,得到了广泛的应用。 1.1 1.1 通信发展概述 人工交换机步进制交换机 纵横制交换机 1.1 1.1 通信发展概述 交换机原理 1.2 1.2 通信基本概念 调制解调基本概念 调制（Modulation） 将基带数字信号的波形变换为适合于模拟信道传输的模拟信号 波形。（

9、将数字信号转换成模拟信号） 解调（Demodulation） 将由调制器变换过的模拟信号波形恢复成原来的基带数字信号 波形。（将模拟信号转换成数字信号） 基本调制方法： 调幅，调频，调相 1.2 1.2 通信基本概念 信号类型 通信是通过某种媒质进行信息传递。 “信号”是信息的表现 形式，“信息”则是信号的具体内容。通信的实质是信号通过某 种媒质进行传递。 信号分为模拟信号与数字信号两类。 1模拟信号 模拟信号是指幅值连续、时间上也是连续的信号。其特点是 幅度连续 （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。 2. 数字信号 数字信号是指幅值和时间两个方面都离散的

10、信号。其特点是幅值离散（离 散的含义是在某一取值范围内可以取有限多个数值）。如常见的脉冲信号 t 数字信号数字信号 信号信号 强度强度 1.2 1.2 通信基本概念 模拟信号如何传输？ 近距离传输： 直接传输 (如：MP3播放器 耳机 ) 远距离传输： 通过载波来传输模拟信号(如：广播电台收音机) 什么是载波？ 研究发现，高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他信号传送得更远。 因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信息的载波，把模拟信号放在(调制 在)载波上传输，则可比直接传输远得多。 1.2 1.2 通信基本概念 模拟信号的调制： 调幅调幅(AM) 调频调频(FM) 调相调相(PM) 载

11、波信号载波信号 (高频正弦波高频正弦波) 调制信号调制信号 (连续信号连续信号) 1.2 1.2 通信基本概念 数字信号如何传输？ 远距离传输方法通过载波来传输数字信号(频带传输) 近距离传输方法基带传输 近距离传输时：不加处理直接进行（如：USB连接） 较长距离传输：需作码型转换（如：以太网中传输数字信号） 双绞线双绞线 计算机计算机计算机计算机 NRZ 码码 曼彻斯特曼彻斯特 编码编码 码型码型 变换器变换器 码型码型 变换器变换器 曼彻斯特曼彻斯特 编码编码 NRZ 码码 （网卡）（网卡）（网卡）（网卡） 1.2 1.2 通信基本概念 幅移键控幅移键控 频移键控频移键控 调制信号调制信号

12、 (两个状态两个状态) 相移键控相移键控 1.3 通信系统的基本组成 通信一般是双向进行的，收发双方都需要调制器与解调器，它们通常做在一起，通信一般是双向进行的，收发双方都需要调制器与解调器，它们通常做在一起， 称为称为调制解调器调制解调器(MODEM) 信信 道道信源信源(宿宿)信宿信宿(源源) 调制后调制后 的载波的载波 信号信号 调制后调制后 的载波的载波 信号信号 调制调制 (解调解调)器器 (调制调制) 解调器解调器 载波载波载波载波 信源信号通过信源信号通过调制器调制器 调整载波的某个参数调整载波的某个参数 (幅度、频率或相位幅度、频率或相位) 到达目的地后，使用到达目的地后，使用

13、解调器解调器 把载波所携带的信号检测出把载波所携带的信号检测出 来，恢复为原始信号的形式来，恢复为原始信号的形式 经过调制后的载波信号，经过调制后的载波信号， 携带着被传输的信号在信携带着被传输的信号在信 道中进行长距离传输道中进行长距离传输 1.3 通信系统的基本组成 通信系统的一般模型 1.2 1.2 通信基本概念 模拟通信系统模型 1.3 通信系统的基本组成 数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统。数字通信系统可进一步 细分为数字频带传输通信系统和数字基带传输通信系统。 1.3 通信系统的基本组成 数字通信更能适应现代社会对通信技术越来越高的要求，数字通信技术已成为当代通信技术的

14、 主流。与模拟通信相比，它有如下优点： 1、抗干扰、抗噪声性能好 2、差错可控数字信号在传输过程中出现的错误（差错），可通过纠错编码技术来控制。 3、易加密 数字信号与模拟信号相比，容易加密和解密。因此，数字通信保密性好。 4、数字通信设备和模拟通信设备相比，设计和制造更容易，体积更小，重量更轻。 5、数字信号可以通过信源编码进行压缩，以减少冗余度，提高信道利用率。 6、易于与现代技术相结合。 1.4 通信系统分类及通信方式 1.4 通信系统分类及通信方式 1.4 通信系统分类及通信方式 1、按信息传输的方向与时间关系划分通信方式 对于点对点之间的通信，按信息传送的方向与时间关系，通信方式可分

15、为单工 通信、半双工通信及全双工通信三种。 单工通信是指信息只能单方向进行传输的一种通信工作方式。单工通信的例子 很多，如广播、遥控、无线寻呼等。这里，信号只从广播发射台、遥控器和无 线寻呼中心分别传到收音机、遥控对象和 BP 机上。 半双工通信方式是指通信双方都能收发信息，但不能同时进行收和发的工作方 式。例如无线对讲机、收发报机等都是这种通信方式。 1.4 通信系统分类及通信方式 全双工通信是指通信双方可同时进行双向传输信息的工作方式。例如普通电话、 计算机通信网络等采用的就是全双工通信方式。 1.5 通信系统的主要性能指标 设计和评价一个通信系统，往往要涉及到许多性能指标，如系统的有效性

16、、可 靠性、适应性、经济性及使用维护方便性等。这些指标可从各个方面评价通信 系统的性能，但从研究信息传输方面考虑，通信的有效性和可靠性是通信系统 中最主要的性能指标。 有效性，是指消息传输的“速度”问题， 可靠性主要是指消息传输的“质量”问题 1.5 通信系统的主要性能指标 模拟通信系统的主要性能指标 模拟通信系统的有效性指标用所传信号的有效传输带宽来表征。当信道容许传 输带宽一定，而进行多路频分复用时，每路信号所需的有效带宽越窄，信道内 复用的路数就越多。显然，信道复用的程度越高，信号传输的有效性就越好。 信号的有效传输带宽与系统采用的调制方法有关。同样的信号用不同的方法调 制得到的有效传输

17、带宽是不一样的。 模拟通信系统的可靠性指标用整个通信系统的输出信噪比来衡量。信噪比是信 号的平均功率S与噪声的平均功率N之比。信噪比越高，说明噪声对信号的影响 越小。显然，信噪比越高，通信质量就越好。通常电话要求信噪比为2040dB （分贝），而电视则要求40dB（分贝）以上。 1.5 通信系统的主要性能指标 数字通信系统的主要性能指标 数字通信系统的有效性指标用传输速率和频带利用率来表征。 传输速率 传输速率有两种表示方法：码元传输速率RB和信息传输速率Rb 。 码元传输速率RB简称传码率，又称符号速率等。它表示单位时间内传输码元的数目，单位是波 特（Baud），记为B。 信息传输速率Rb简

18、称传信率，又称比特率等。它是指系统每秒钟传送的信息量，单位是比特/ 秒，常用符号“bit/s”表示。 码元：它是指在数字信道中传送数字信号的一个波形符号，它可能是二进制的也可能是多机制 的。 1.5 通信系统的主要性能指标 数字通信系统的有效性指标用误码率误信率来表征。 误码率（SER：symbol error rate）是衡量数据在规定时间内数据传输精确性 的指标。误码率=传输中的误码/所传输的总码数*100%。 误信率，又称误比特率，是指错误接受的信息量在传送信息总量中所占的比例， 或者说，它是码元的信息量在传输系统中被丢失的概率。 对于二进制而言，误比特率等于误码率。 二 桂东电力网内通

19、信设备及设施 电力线载波机 电力线载波通信是电力系统特有的一种通信手段，世界上几乎所有国家都在采 用。 它与一次电网同步施工，不需要单独架设传输线路，充分利用电网资源，经济 实用；电力线载波以电力线为载体，不易受自然灾害和外力破坏，即使信号传 输相发生短路或断路等故障，高频信号仍可通过其他相的耦合信号进行传输， 可靠性极高；电力线载波通过电力线路连接各发电厂和变电站，且具有复用功 能，在传送话音的通道上，还可交替复用或同时复用继电保护和远动信号，在 实际应用中，电力线载波机复用继电保护信号是最为典型的一种应用方式。 二 桂东电力网内通信设备及设施 光端机（SDH） 光端机容量较大，一般是16E

20、1到4032E1。SDH是一种将复接、线路传输及交 换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传送网络，是美国贝尔通 信技术研究所提出来的同步光网络（SONET）。国际电报电话咨询委员会 （CCITT）（现ITU-T）于1988年接受了SONET 概念并重新命名为SDH，使其 成为不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。它可实现网络 有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能， 能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网 络运行与维护，因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点。 PCM PCM原理 数字信号是对连

21、续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（pulse code modulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。现 在的数字传输系统都是采用脉码调制（Pulse-code modulation）体制。PCM最初并非传输计算机 数据用的，而是使交换机之间有一条中继线不是只传送一条电话信号。 PCM设备 30路PCM设备已被广泛应用于各行各业，其中PCM设备接口类型有很多，比较常用的有：环路中 继接口（FXO接交换机用户线）；用户线接口（FXS直接接电话机）；二线音频接口；四线音频接 口；二线EM接口；四线EM接口；异步RS232/V.24接口；同步RS232；RS422接口；RS485接口； V.35接口(130*64K带宽)；10Base_T接口(130*64K带宽)；磁石电话 热线（勤务）电话； G.703 64Kb/s 同向数据接口。 二 桂东电力网内通信设备及设施 常见设施 阻波器 阻波器是载波通信及高频保护不可缺少的高频通信元件，它阻止高频电流