第一章信息技术概述——13

1、1.3 通信技术入门通信技术入门 什么是通信？（什么是通信？（ communication） 使用电波或光波使用电波或光波传递信息传递信息的技术，称的技术，称 为电信，是为电信，是双向双向通信。通信。 tele 通信的三要素：通信的三要素： q 信息的发送者（信源）信息的发送者（信源） q 信息的接收者（信宿）信息的接收者（信宿） q 信息的传输通道（信道）信息的传输通道（信道） 1.3.1 通信的基本原理通信的基本原理 信信 道道信源信源(宿宿)信宿信宿(源源) 信信 号号 信信 号号 信道的任务是迅速、可靠信道的任务是迅速、可靠 而准确地将信号从信源传而准确地将信号从信源传 输到信宿输到信

2、宿 被传输的信息都必须以被传输的信息都必须以 某种电某种电(或光或光)信号的形信号的形 式才能进行传输式才能进行传输 发送信息发送信息 的设备的设备 接收信息接收信息 的设备的设备 通信系统的简单模型通信系统的简单模型 u 举例举例: 有线电话有线电话移动电话移动电话计算机通信计算机通信 信源信源/信宿信宿电话座机电话座机手机手机计算机计算机 信号形式信号形式话音经电话话音经电话 机转换成为机转换成为 变化的电流变化的电流 信号信号 话音经电话机转话音经电话机转 换成为压缩编码换成为压缩编码 后的数字信号后的数字信号 编码并打包后的编码并打包后的 数字信号数字信号 信道构成信道构成电话线和中电

3、话线和中 继器等传输继器等传输 设备设备 无线电波、基站无线电波、基站 等等 双绞线、集线器、双绞线、集线器、 路由器、光纤等路由器、光纤等 n 通信系统中被传输的信息必须转换成某种电通信系统中被传输的信息必须转换成某种电 信号信号(或光信号或光信号) 才能进行传输。才能进行传输。 n 电（或光）信号强度变化的两种形式电（或光）信号强度变化的两种形式 连续形式，模拟信号，连续形式，模拟信号， 它通过连续变化的物它通过连续变化的物 理量来表示信息。理量来表示信息。 离散形式，数字信号，离散形式，数字信号， 它使用有限个状态它使用有限个状态 （一般是两个状态）来表示信息。（一般是两个状态）来表示信

4、息。 t 模拟信号模拟信号 强度强度 t 数字信号数字信号 强度强度 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 u 近距离传输：近距离传输： 直接传输直接传输 ( 如：如：MP3播放器播放器 耳机耳机 ；计算机；计算机 输出信号输出信号 投影仪投影仪) u 远距离传输：远距离传输： 通过通过载波载波来传输模拟信号来传输模拟信号( 如：广播电台如：广播电台收收 音机音机) 如何传输模拟信号？如何传输模拟信号？ u 近距离传输方法近距离传输方法基带传输基带传输 近距离传输时：不加处理直接进行（如：近距离传输时：不加处理直接进行（如：USB 连接）连接） 较长距离传输：需作码型转换（如：以太网中较长距

5、离传输：需作码型转换（如：以太网中 传输数字信号）传输数字信号） u 远距离传输方法远距离传输方法通过通过载波载波来传输数字来传输数字 信号信号(频带传输频带传输) 如何传输数字信号？如何传输数字信号？ 如何解决信号长距离传输问题如何解决信号长距离传输问题？ （调制解调）（调制解调） 研究发现，高频振荡的正弦波信号在长研究发现，高频振荡的正弦波信号在长 距离通信中能比其他信号传送得更远。距离通信中能比其他信号传送得更远。 可以把它作为携带信息的可以把它作为携带信息的“载波载波”。 对于模拟通信对于模拟通信 - 调制调制（ModulationModulation）： 利用信源信号调整载波（正弦波

6、）的某个参数利用信源信号调整载波（正弦波）的某个参数(幅度、幅度、 频率或相位频率或相位)。 - 解调解调（DemodulationDemodulation）： 到达目的地，接收方再把载波携带的信号检测出来恢复到达目的地，接收方再把载波携带的信号检测出来恢复 为原始信号的形式。为原始信号的形式。 - 基本调制方法：基本调制方法： 调幅，调频，调相。（书本调幅，调频，调相。（书本P9图图1-8 a） - 把实现调制和解调功能的设备称为把实现调制和解调功能的设备称为“调制解调器调制解调器” （Modem） 对于模拟通信对于模拟通信 调制信号调制信号 (连续信号连续信号) 调幅调幅(AM) 调频调频

7、(FM) 调相调相(PM) 载波信号载波信号 (高频正弦波高频正弦波) 调制调制（ModulationModulation） - - 将数字信号转换成模拟信号，将数字信号转换成模拟信号，D/AD/A。 解调解调（DemodulationDemodulation） - - 将模拟信号转换成数字信号将模拟信号转换成数字信号, A/D , A/D 。 基本调制方法：基本调制方法： - 幅移键控幅移键控ASKASK、频移键控、频移键控FSKFSK、相移键控、相移键控PSKPSK。 对于数字通信对于数字通信 数字调制的方法：数字调制的方法： 载波信号载波信号 调制信号调制信号 (两个状态两个状态) 幅移

8、键控幅移键控 频移键控频移键控 相移键控相移键控 2相调制相调制 (高频正弦波高频正弦波) 总结：远距离通信总结：远距离通信 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调 制器制器 调整载波的调整载波的 某个参数某个参数(幅度、幅度、 频率或相位频率或相位) 到达目的地后，使用到达目的地后，使用解解 调器调器把载波所携带的信把载波所携带的信 号检测出来，恢复为原号检测出来，恢复为原 始信号的形式始信号的形式 经过

9、调制后的载波经过调制后的载波 信号，携带着被传信号，携带着被传 输的信号在信道中输的信号在信道中 进行长距离传输进行长距离传输 模模 拟拟 通通 信信 电话、无线电广播和模拟电视采用电话、无线电广播和模拟电视采用 的都是模拟通信技术。的都是模拟通信技术。 模拟通信模拟通信 模拟通信的优、缺点模拟通信的优、缺点 优点：优点：结构比较简单、成本低。结构比较简单、成本低。 缺点：缺点：噪声信号的干扰较大，传输质量不稳噪声信号的干扰较大，传输质量不稳 定。定。 数字通信数字通信 数字传输技术数字传输技术 优点：优点： 1）抗干扰能力强，差错可控制，没有噪声积累，可以实现）抗干扰能力强，差错可控制，没有

10、噪声积累，可以实现 长距离、高质量的传输。长距离、高质量的传输。 2）灵活性好。能适应各种应用的要求，无论是电话、图象、）灵活性好。能适应各种应用的要求，无论是电话、图象、 数据均可以转换为统一的二进制数字信号在信道上进行传数据均可以转换为统一的二进制数字信号在信道上进行传 输，并实现综合处理。输，并实现综合处理。 3）传输的是数字信号，因而可以直接由计算机进行存储、）传输的是数字信号，因而可以直接由计算机进行存储、 管理和处理。管理和处理。 4）对数字信号的加密比对模拟信号加密容易得多，所以通）对数字信号的加密比对模拟信号加密容易得多，所以通 信的安全性更容易得到保证。信的安全性更容易得到保

11、证。 5）数字通信中使用的大多数是数字电路，数字电路比模拟）数字通信中使用的大多数是数字电路，数字电路比模拟 电路更容易用超大规模集成电路实现，有利于通信设备的电路更容易用超大规模集成电路实现，有利于通信设备的 小型化、微型化，也降低了功耗。小型化、微型化，也降低了功耗。 如何解决线路利用效率的问题如何解决线路利用效率的问题？ （多路复用技术）（多路复用技术） 多路复用多路复用(Multiplexing) ： 为了提高线路利用率，总是设法在一条传输线路上，为了提高线路利用率，总是设法在一条传输线路上， 传输多个模拟信号（例如，话路信息）或数字信号。传输多个模拟信号（例如，话路信息）或数字信号。

12、 多路复用技术通常有：多路复用技术通常有： 时分复用，频分复用，码分复用时分复用，频分复用，码分复用，波分复用波分复用 信道 多路复用器多路复用器 终端 终端 终端 终端 终端 终端 终端 终端 时分多路复用时分多路复用技术技术 （ Time Division Multiplexing, TDM）：）： - 各通信终端设备（计算机）以事先规定的顺序和各通信终端设备（计算机）以事先规定的顺序和 时间轮流使用同一传输线路进行传输（参看书本时间轮流使用同一传输线路进行传输（参看书本 P10图图1-10） 。 - 是是数字通信数字通信的主要手段，如：的主要手段，如： 应用：主要使用在数字通信领域，如电

13、话中继通应用：主要使用在数字通信领域，如电话中继通 信、信、GSM手机、总线式以太网等手机、总线式以太网等 H F G E D C B A 传输线路传输线路 时间片时间片 G C 终端终端1 终端终端2 终端终端3 终端终端4 H D F B E A 多路复用器多路复用器 4 3 2 1 4 3 2 1 数据数据 t Multiplexer 多路分路器多路分路器 终端甲终端甲 终端乙终端乙 终端丙终端丙 终端丁终端丁 A B C D Demultiplexer 时分多路复用技术（时分多路复用技术（TDM） 频分多路复用技术频分多路复用技术 （ Frequency Division Multip

14、lexing,FDM）：）： 将每个通信终端发送的信号调制在不同频率的载波上，将每个通信终端发送的信号调制在不同频率的载波上， 通过频分通过频分多路复用器复合多路复用器复合成为一个信号，然后在同一传输成为一个信号，然后在同一传输 线路上进行传输。到达接收端后，借助线路上进行传输。到达接收端后，借助分路器分路器把不同频率把不同频率 的信号送到不同的接收设备（参看书本的信号送到不同的接收设备（参看书本P10图图1-11）。）。是是 模拟通信模拟通信的主要手段，如：的主要手段，如： 广播电台节目的发送与接收、广播电台节目的发送与接收、电视节目的发送与电视节目的发送与 接收接收 D E M U X M

15、UX 共享的传输信道共享的传输信道 载波频率载波频率f1 调制调制 调制调制 载波频率载波频率fn 载波频率载波频率f1 解调解调 解调解调 载波频率载波频率fn f 频分多路复用频分多路复用(FDM) f1 f2 fn f1 f2 fnf1 f2 fn 码分多路复用（码分多路复用（CDMA） 用于无线移动通信。所有移动站点（例如手机）用于无线移动通信。所有移动站点（例如手机） 在整个频段上进行传输，多路信号同时传输时采用在整个频段上进行传输，多路信号同时传输时采用 不同的编码不同的编码原理加以区分。原理加以区分。 是是数字通信数字通信的主要手段。的主要手段。 波分多路复用（波分多路复用（WD

16、MWDM） 在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波， 使得数据传输速度和容量获得倍增。使得数据传输速度和容量获得倍增。 1.3.2 模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信 （1） 模拟通信模拟通信 （2） 数字通信数字通信 （3） 数字通信系统数字通信系统 信源产生的模拟信号直接进行传输或者通过对载波调制后信源产生的模拟信号直接进行传输或者通过对载波调制后 进行传输的通信技术称为进行传输的通信技术称为模拟通信技术模拟通信技术 应用：应用： (传统的传统的)有线载波电话有线载波电话 无线电广播无线电广播 电视（卫星电视、数字有线电视除外）电视（卫星电视、数字

17、有线电视除外） 优点：历史长，技术成熟，结构简单，成本低优点：历史长，技术成熟，结构简单，成本低 缺点：在信号的调制和传输过程中易受噪声干扰，传输质缺点：在信号的调制和传输过程中易受噪声干扰，传输质 量不够稳定量不够稳定 趋势：已经越来越多地被数字通信所取代趋势：已经越来越多地被数字通信所取代 模拟通信模拟通信 模拟通信技术应用举例（模拟通信技术应用举例（1） u 传统的有线载波电话传统的有线载波电话 本地交换机本地交换机 长途交换机长途交换机 本地交换机本地交换机 中继线中继线 用户线用户线 中继线中继线 长途线长途线 长途交换机长途交换机 用户线用户线 模拟通信技术应用举例（模拟通信技术应

18、用举例（2） u家庭计算机用户通过电话拨号接入计算机网络家庭计算机用户通过电话拨号接入计算机网络 调制解调器把计算机送出的调制解调器把计算机送出的 数字信号数字信号,采用数字调制采用数字调制(频频 移键控或相移键控移键控或相移键控)的方法的方法, 调制成为适合于在用户电话调制成为适合于在用户电话 线上传输的音频模拟信号线上传输的音频模拟信号 因特网服务提供商把因特网服务提供商把 接收到的模拟信号，接收到的模拟信号， 通过解调器恢复成数通过解调器恢复成数 字信号送给计算机字信号送给计算机 因特网服务提供商因特网服务提供商(ISP)(ISP) 家庭用户家庭用户 音频模拟信号在本音频模拟信号在本 地

19、电话网中，采用地电话网中，采用 模拟传输技术进行模拟传输技术进行 传输传输 数字通信数字通信 u将信源产生的模拟信号转换为数字信号（或信源直接产生数字将信源产生的模拟信号转换为数字信号（或信源直接产生数字 信号）之后，直接进行传输或通过用数字信号对载波进行数字信号）之后，直接进行传输或通过用数字信号对载波进行数字 调制来传输信息的技术称为调制来传输信息的技术称为数字通信数字通信 u数字通信技术的优点：数字通信技术的优点： 抗干扰能力强，差错可控制，无噪声积累，传输质量高抗干扰能力强，差错可控制，无噪声积累，传输质量高 灵活性好，适应多种应用需求，声音、图像、数据均可传输灵活性好，适应多种应用需

20、求，声音、图像、数据均可传输 传输的数字信号可以直接由计算机进行存储、管理和处理传输的数字信号可以直接由计算机进行存储、管理和处理 数字信号的加密比模拟信号容易，所以通信的安全性高数字信号的加密比模拟信号容易，所以通信的安全性高 数字电路容易用超大规模集成电路实现，有利于通信设备的数字电路容易用超大规模集成电路实现，有利于通信设备的 小型化、微型化，也降低了功耗小型化、微型化，也降低了功耗 数字通信技术应用举例（数字通信技术应用举例（1） u 当今长途电话系统的中继通信当今长途电话系统的中继通信 PCM 编码器编码器 PCM 解码器解码器 PCM 编码器编码器 PCM 解码器解码器 多多 路路

21、 复复 用用 器器 分分 路路 器器 光纤传输线路光纤传输线路 (中继线和长途线中继线和长途线) （本地电话局）（本地电话局）（本地电话局）（本地电话局） （用户线）（用户线）（用户线）（用户线） 数字传输技术数字传输技术 模拟传输技术模拟传输技术模拟传输技术模拟传输技术 模拟声音信号在需要模拟声音信号在需要 进行远距离传输之前，进行远距离传输之前， 先使用先使用PCM编码器变编码器变 换为数字信号形式换为数字信号形式 （此过程称为（此过程称为“数字数字 化化”） 接收方所在地区的交换接收方所在地区的交换 局使用解码器把数字信局使用解码器把数字信 号还原成模拟声音信号号还原成模拟声音信号 后，

22、由用户线传输至接后，由用户线传输至接 听方的电话机听方的电话机 数字信号经调制和复数字信号经调制和复 用后，通过光纤传输用后，通过光纤传输 到接收方所在地区的到接收方所在地区的 交换局交换局，再经解调和，再经解调和 分路处理，恢复为数分路处理，恢复为数 字信号字信号 补充：补充：PCM编码编码 u PCM（脉冲编码调制）原理：将模拟信号（脉冲编码调制）原理：将模拟信号 按时间间隔按时间间隔T取样，再把取样得到的每一个取样，再把取样得到的每一个 样本用二进制整数表示样本用二进制整数表示 uPCM编码的结果，就是将模拟信号转换成编码的结果，就是将模拟信号转换成 为一组数字信号为一组数字信号 A t

23、 0 5 10 1 2 3 4 5 6 7 89 10 11 12 T 样本样本 取样周期取样周期 样本样本 量化值量化值 PCM码码样本样本 量化值量化值 PCM码码 1 3 0011 2 8 1000 3 10 1010 4 9 1001 5 6 0110 6 4 0100 8 3 0011 7 4 0100 9 3 0011 10 4 0100 11 4 0100 12 6 0110 数字通信技术应用举例（数字通信技术应用举例（2） u卫星电视数字传输：用数字传输技术传输卫星电视数字传输：用数字传输技术传输 模拟信号模拟信号 数字传输技术数字传输技术 数字数字 调制调制 数字数字 解调解

24、调 编码器编码器解码器解码器 在空中传输在空中传输 的电磁波器的电磁波器 电视信号电视信号 发射器发射器 电视信号电视信号 接收器接收器 载波载波 载波载波 电视图像电视图像 及其伴音及其伴音 电视机电视机 数字信号经调制和复数字信号经调制和复 用后由天线发送至卫用后由天线发送至卫 星，再由卫星进行转星，再由卫星进行转 发，被卫星地面接收发，被卫星地面接收 站所接收站所接收 电视台的节目在发送到电视台的节目在发送到 卫星去传输之前，先要卫星去传输之前，先要 把图像和伴音信号进行把图像和伴音信号进行 数字化，还要进行数据数字化，还要进行数据 压缩压缩 地面站对接收到的信号地面站对接收到的信号 进

25、行解调、解码后恢复进行解调、解码后恢复 为模拟信号，再经由有为模拟信号，再经由有 线电视电缆送到用户电线电视电缆送到用户电 视机上播放视机上播放 模拟传输技术与数字传输技术模拟传输技术与数字传输技术 模拟传输技术模拟传输技术数字传输技术数字传输技术 方法方法 直接用连续信号来传输信息，直接用连续信号来传输信息， 或者通过用连续信号对载波或者通过用连续信号对载波 进行调制来传输信息进行调制来传输信息 通过用数字信号对载波进行调通过用数字信号对载波进行调 制来传输信息的技术制来传输信息的技术 （基带基带 传输与频带传输传输与频带传输） 调制解调制解 调技术调技术 模拟信号调制正弦波信号：模拟信号调

26、制正弦波信号： 调 幅 、 调 频 、 调 相调 幅 、 调 频 、 调 相 ( A M 、 F M 、 P M ) 数字信号调制正弦波信号：数字信号调制正弦波信号： 幅移键控、频移键控、相移键幅移键控、频移键控、相移键 控控 ( ASK FSK PSK ) 多路复多路复 用技术用技术 频分多路复用（频分多路复用（FDM）频分多路复用（频分多路复用（FDM） 时分多路复用（时分多路复用（TDM） 码分多路复用（码分多路复用（CDM） 波分多路复用（波分多路复用（WDM） 应用应用 电话本地回路；音频广播电话本地回路；音频广播 （中波、短波、调频）；地（中波、短波、调频）；地 面电视广播、传统有

27、线电视面电视广播、传统有线电视 电话中继线、电报、传真；卫电话中继线、电报、传真；卫 星电视、有线数字电视；计算星电视、有线数字电视；计算 机网络机网络 数据通信系统的性能指标数据通信系统的性能指标 u 信道带宽信道带宽（bandwidth） ： - 在在模拟传输模拟传输系统中系统中，几乎无失真地传输的模拟信号几乎无失真地传输的模拟信号 的频率变化范围。的频率变化范围。 例如：标准电话线路的信号频带为例如：标准电话线路的信号频带为 300(Hz) 3400(Hz)，其带宽为，其带宽为 ：3400 300 = 3100(Hz) - 在在数字通信数字通信系统中，一个信道允许的最大数据传输系统中，一

28、个信道允许的最大数据传输 速率，也称速率，也称信道容量信道容量（理论上）。（理论上）。 u 数据传输速率数据传输速率(data rate) ：实际实际进行数据传输时进行数据传输时 单位时间内传送的二进位数目。单位时间内传送的二进位数目。 单位：单位：kbps、 Mbps、Gbps u 误码率误码率(error rate)：数据传输中规定时间内出错数据传输中规定时间内出错 数据占被传输数据总数的比例。数据占被传输数据总数的比例。 u 端端-端延迟端延迟(end-end delay)：数据从信源传送到数据从信源传送到 信宿所花费的时间。信宿所花费的时间。 数据通信系统的性能指标数据通信系统的性能指

29、标 1.3.3 光纤通信与无线通信光纤通信与无线通信 （1） 传输介质的类型与特点传输介质的类型与特点 （2） 光纤通信光纤通信 （3） 无线通信无线通信 传输介质的类型与特点传输介质的类型与特点 介质介质类型类型特点特点应用应用 金属金属 导体导体 双绞线双绞线成本低，易受外部高频电磁波干扰，成本低，易受外部高频电磁波干扰， 误码率较高；传输距离有限误码率较高；传输距离有限 固定电话本地回路、固定电话本地回路、 计算机局域网计算机局域网 同轴电缆同轴电缆 传输特性和屏蔽特性良好，可作为传输特性和屏蔽特性良好，可作为 传输干线长距离传输载波信号，但传输干线长距离传输载波信号，但 成本较高成本较

30、高 固定电话中继线路、固定电话中继线路、 有线电视接入有线电视接入 光导光导 纤维纤维 光缆光缆传输损耗小，通讯距离长，容量大，传输损耗小，通讯距离长，容量大， 屏蔽特性非常好，屏蔽特性非常好，不易被窃听，重量不易被窃听，重量 轻，便于运输和铺设。缺点是精确连轻，便于运输和铺设。缺点是精确连 接两根光纤很困难接两根光纤很困难 电话、电视等通信电话、电视等通信 系统的远程干线，系统的远程干线， 计算机网络的干线计算机网络的干线 无无 线线 无线电波无线电波 微波微波 红外线红外线 激光激光 建设费用低，抗灾能力强，容量大，建设费用低，抗灾能力强，容量大， 无线接入使得通信更加方便。但易被无线接入

31、使得通信更加方便。但易被 窃听、易受干扰窃听、易受干扰 广播，电视，移动广播，电视，移动 通信系统，计算机通信系统，计算机 无线局域网无线局域网 金属导体金属导体（利用电流（利用电流/电压传输信息）电压传输信息） 双绞线、同轴电缆双绞线、同轴电缆 双绞线：双绞线：是两根相互绞合是两根相互绞合 成均匀螺纹状的导线所组成均匀螺纹状的导线所组 成的一条传输线路成的一条传输线路 RJ45RJ45接头接头 特点：特点：价格便宜且安装方便。价格便宜且安装方便。 缺点：缺点：容易受到外部高频电磁波干容易受到外部高频电磁波干 扰，线路本身也会产生噪声，扰，线路本身也会产生噪声， 误码率较高，只适合在建筑物内部

32、使用。误码率较高，只适合在建筑物内部使用。 双绞线双绞线- 分类分类 u 3类线：类线：10 Mb/s 5类线：类线：100 Mb/s 6类线：类线：200 Mb/s u 有屏蔽双绞线（有屏蔽双绞线（STP）较远距离较远距离 无屏蔽双绞线（无屏蔽双绞线（UTP）100m 同轴电缆：同轴电缆：横截面是一组同心圆，横截面是一组同心圆， 最外圈是绝缘保护层，紧帖着的是一最外圈是绝缘保护层，紧帖着的是一 圈起屏蔽作用的金属编织层，再里面圈起屏蔽作用的金属编织层，再里面 是绝缘填料，用来分隔编织的外导体是绝缘填料，用来分隔编织的外导体 与内导体。内导体可以用单股实心线与内导体。内导体可以用单股实心线 或

33、多股绞合线。或多股绞合线。 分类：分类： - 基带同轴电缆（基带同轴电缆（50）：局域网中）：局域网中 基带方式传输基带方式传输数字信号数字信号; - 宽带同轴电缆（宽带同轴电缆（75）：有线电视）：有线电视 电缆，传输电视信号。电缆，传输电视信号。 光导纤维光导纤维 通过光波传输信息通过光波传输信息 纤芯纤芯 包层包层 保护层保护层 光缆光缆 多根光纤多根光纤 保护层保护层 防止光泄漏的吸收外壳防止光泄漏的吸收外壳 起保护作用的防护层起保护作用的防护层 外绝缘层外绝缘层 光纤通信光纤通信 光波在纤芯中的传输原理光波在纤芯中的传输原理 当光线的入射角足够大时，就当光线的入射角足够大时，就 会出

34、现全反射，重复此过程，会出现全反射，重复此过程， 光就沿着光纤传播下去光就沿着光纤传播下去 光纤种类光纤种类 多模多模：纤芯直径为：纤芯直径为 50 或或 62.5m ，可以存在许多条入射，可以存在许多条入射 角不同的光线，各自以不同的反射角角不同的光线，各自以不同的反射角全反射全反射传播下去。传播下去。 单模单模：纤芯直径为：纤芯直径为 810 m（一个光波波长），光线不（一个光波波长），光线不 出现反射，出现反射，直接向前传输直接向前传输 。 衰耗小，在衰耗小，在 2.5 Gb/s 的高速率下的高速率下 传输数十公里而不必采用中继器。传输数十公里而不必采用中继器。 光纤通信原理：光纤通信原

35、理：在发射端，由需要传输的在发射端，由需要传输的数字信号数字信号去驱动一去驱动一 个光源，并对发出的光信号进行调制。调制后的光信号通过个光源，并对发出的光信号进行调制。调制后的光信号通过 光纤传送到接收端，信号经放大后由光检测器进行检测，解光纤传送到接收端，信号经放大后由光检测器进行检测，解 调，转换为电信号之后输出。调，转换为电信号之后输出。 电信号电信号 驱动驱动 电路电路 光源光源 中继器中继器 输出输出 电路电路 电信号电信号 发送单元发送单元(电电/光转换光转换) 传输单元传输单元接收单元接收单元(光光/电转换电转换) 光调制器光调制器 光纤光纤光纤光纤 放大电路放大电路 光检测器光

36、检测器 图图1-11-16 6 光纤通信光纤通信 波分多路复用：波分多路复用：在一根光纤中同时传输几种不同 在一根光纤中同时传输几种不同 波长的光波以达到增大信道容量的目的。波长的光波以达到增大信道容量的目的。 光纤光纤 图图1-16 1-16 波分多路复用波分多路复用 光纤通信光纤通信 u 优点： 优点： 容量大、数字传输、不受高压线和雷电电磁感容量大、数字传输、不受高压线和雷电电磁感 应的影响、抗核辐射能力强、保密性强；重量轻，应的影响、抗核辐射能力强、保密性强；重量轻， 便于运输和铺设，传输损耗很小，无中继通信的距便于运输和铺设，传输损耗很小，无中继通信的距 离长。离长。 光纤通信光纤通

37、信 -光波的频率为光波的频率为10141015Hz，目前一束，目前一束 光每秒能携带光每秒能携带2.5G或或10G的二进位信号的二进位信号 无线电波（通过电磁波传输信息）无线电波（通过电磁波传输信息） 电磁波的种类与频率范围电磁波的种类与频率范围 1041051061071081091010101110121013101410151016 Hz 双绞线双绞线 同轴电缆同轴电缆 AM广播广播FM广播和广播和TV 卫星卫星 地面微波地面微波 光纤光纤 紫外线紫外线红外线红外线可见光可见光 微波微波 无线电波无线电波 超短波超短波中波中波短波短波 电磁波电磁波 u 几种主要电磁波的传播特点几种主要电

38、磁波的传播特点： 中波中波，主要沿地面传播，绕射能力强，适用于广播，主要沿地面传播，绕射能力强，适用于广播 和海上通信；和海上通信； 短波短波, ,具有较强的电离层反射能力，适用于环球通信；具有较强的电离层反射能力，适用于环球通信； 超短波和超短波和微波，微波，绕射能力差，只能作为视距或超视距绕射能力差，只能作为视距或超视距 中继通信。中继通信。 微波及微波通信：微波及微波通信： 频率极高频率极高(300MHz(300MHz300GHz)300GHz)的电磁波的电磁波 波长很短，通常为波长很短，通常为1 1米至米至1 1毫米毫米 主要是直线传播、不能沿地球表面传主要是直线传播、不能沿地球表面传

39、 播、会穿透电离层播、会穿透电离层 微波通信是众多无线通信形式中的一微波通信是众多无线通信形式中的一 种，是种，是长距离、大容量地面无线通信长距离、大容量地面无线通信 的主要手段的主要手段 需要每隔几十公里设立一个需要每隔几十公里设立一个中继站中继站 微波通信微波通信 u微波通信有微波通信有三种方式：三种方式： 地面微波接力通信地面微波接力通信 卫星通信卫星通信 对流层散射通信对流层散射通信 B u 微波通信优点微波通信优点 ： 容量大容量大 可靠性高可靠性高 建设费用低建设费用低 抗灾能力强抗灾能力强 u 应用：长途电话、蜂窝移动电话、全应用：长途电话、蜂窝移动电话、全 数字高清晰度电视数字

40、高清晰度电视（HDTV）等等 卫星通信卫星通信 u卫星通信卫星通信是是利用人造地球卫星作为中继站转发无利用人造地球卫星作为中继站转发无 线电信号实现的通信。使用的频段也属于微波的线电信号实现的通信。使用的频段也属于微波的 范围，是微波接力通信技术与空间技术相结合的范围，是微波接力通信技术与空间技术相结合的 产物。产物。 u通信卫星通信卫星利用太空中微波通信中继站，只要在其利用太空中微波通信中继站，只要在其 覆盖照射区内，不论远近都能通信，可以发电报、覆盖照射区内，不论远近都能通信，可以发电报、 电视、广播等。（参看本章阅读材料电视、广播等。（参看本章阅读材料1.3） u卫星通信特点卫星通信特点

41、 ： 优点：优点：通信距离远、频带宽、容量大、抗干扰强、通信距离远、频带宽、容量大、抗干扰强、 通信稳定；通信稳定； 缺点：缺点：造价高（卫星本身，发射卫星的火箭）、技造价高（卫星本身，发射卫星的火箭）、技 术复杂、通信天线口径大、有较大延时、术复杂、通信天线口径大、有较大延时、 同同 步轨道卫星数目有限，仅步轨道卫星数目有限，仅180颗。颗。 赤道上方高度为赤道上方高度为35800公里的地方为公里的地方为 地球同步轨道地球同步轨道，卫星的运行周期与地球自卫星的运行周期与地球自 转一圈的周期相同转一圈的周期相同，在地面上看这种卫星，在地面上看这种卫星 好似静止不动。一颗同步轨道卫星覆盖约好似静

42、止不动。一颗同步轨道卫星覆盖约 120， 3颗同步定点轨道卫星颗同步定点轨道卫星可以覆盖可以覆盖 地球的几乎全部面积，进行二十四小时的地球的几乎全部面积，进行二十四小时的 全天候通信。全天候通信。 卫星通信的重要应用卫星通信的重要应用GPS u例例美国研制美国研制GPS系统系统 24颗卫星在颗卫星在1.2万公里高空以万公里高空以12小时的周期小时的周期 绕地球运行绕地球运行 地面地面任意点在任何时刻都可同时观测到任意点在任何时刻都可同时观测到4颗颗 以上卫星以上卫星 u原理：原理： 由于卫星的位置是精确可知的，通过地面由于卫星的位置是精确可知的，通过地面 接收机可测得与卫星的距离，利用三维坐接

43、收机可测得与卫星的距离，利用三维坐 标中的距离计算公式，就可以推导出接收标中的距离计算公式，就可以推导出接收 机的地理位置机的地理位置(经度、纬度和高程经度、纬度和高程) u定位精度：定位精度： 民用大约几十米民用大约几十米 军用可高得多军用可高得多 GPS卫星接收机卫星接收机 u根据用途有：导航型、根据用途有：导航型、 测地型、授时型等测地型、授时型等 u产品形式：独立的产品形式：独立的 GPS导航仪，也可集导航仪，也可集 成在电脑、手机、成在电脑、手机、 MP3(MP4)播放器、甚播放器、甚 至手表中至手表中 1.3.4 移动通信移动通信 u 移动通信移动通信 处于移动状态的对象之间的通信

44、。包括处于移动状态的对象之间的通信。包括蜂窝移蜂窝移 动（例如手机）动（例如手机） 、集群调度、无绳电话、寻呼系统、集群调度、无绳电话、寻呼系统 和卫星系统。和卫星系统。 u 蜂窝移动通信系统的组成：蜂窝移动通信系统的组成： 移动台、基站、移动电话交换中心。移动台、基站、移动电话交换中心。 u移动台移动台：是移动的通信终端，它是接收无线信号的接收机，：是移动的通信终端，它是接收无线信号的接收机， 包括手机，呼机，无绳电话等。包括手机，呼机，无绳电话等。 u基站基站：是与移动台联系的一个固定收发机，它接收移动台的：是与移动台联系的一个固定收发机，它接收移动台的 无线信号，每个基站负责与一个特定区

45、域（无线信号，每个基站负责与一个特定区域（10km 10km 20km20km的的 区域）的所有的移动台进行通信。区域）的所有的移动台进行通信。 u移动交换中心移动交换中心：与基站之间通过微波或有线信道交换信息，：与基站之间通过微波或有线信道交换信息， 移动交换中心再与公共电话网进行连接移动交换中心再与公共电话网进行连接。 u每个基站的有效区域既相互分割，又彼此有所交叠，整个移每个基站的有效区域既相互分割，又彼此有所交叠，整个移 动通信网就像是蜂窝，所以也称为动通信网就像是蜂窝，所以也称为“蜂窝式移动通信蜂窝式移动通信”。 蜂窝移动通信原理蜂窝移动通信原理 每每10km20km的区域称为单元（

46、形似的区域称为单元（形似 蜂窝蜂窝），单元的中央建有一个），单元的中央建有一个基站基站，该，该 单元内所有手机都向该基站发送信号并单元内所有手机都向该基站发送信号并 接收基站发给的信号接收基站发给的信号 所有单元既相互分割，又彼此有所交叠，所有单元既相互分割，又彼此有所交叠， 连成整个移动通信服务网连成整个移动通信服务网 所有基站都通过微波或电缆、光缆与所有基站都通过微波或电缆、光缆与移移 动交换中心动交换中心通信通信 手机每个时刻都处于某个特定单元的基手机每个时刻都处于某个特定单元的基 站控制之下，站控制之下，通话时使用两个频率通话时使用两个频率（一（一 个上行频率，一个下行频率），同一单个

47、上行频率，一个下行频率），同一单 元内同一时刻的不同手机使用不同的频元内同一时刻的不同手机使用不同的频 率进行通信，相互不影响率进行通信，相互不影响 每个蜂窝单元中有每个蜂窝单元中有200 多个信道多个信道(GSM)。 相邻相邻单元单元不允许不允许使用使用 相同的频率相同的频率，不相邻，不相邻 单元的频率单元的频率允许允许重用重用 移动移动 交换交换 中心中心 电话交电话交 换中心换中心 u 移动通信的发展移动通信的发展 第一代：传输模拟信号，使用频段第一代：传输模拟信号，使用频段800/900MHz800/900MHz 第二代：传输第二代：传输数字化的语音数字化的语音/文字信号文字信号，使用

48、频段，使用频段 900MHz900MHz1800MHz1800MHz 标准如下：标准如下： - - GSMGSM（欧洲全数字移动通信系统，全球可移动通信系统（欧洲全数字移动通信系统，全球可移动通信系统, , 全球通）全球通） - - IS-95IS-95（美国移动通信系统，数字系统兼容模拟系统）（美国移动通信系统，数字系统兼容模拟系统） - - JDCJDC（日本移动通信系统，数字系统并兼容模拟系统）（日本移动通信系统，数字系统并兼容模拟系统） 第二代第二代 移动通信系统移动通信系统 l我国使用的我国使用的2种标准：种标准： GSM（欧洲移动通信系统，也称全球通、全数字系统（欧洲移动通信系统，

49、也称全球通、全数字系统) 中国电信的中国电信的GSM网已基本实现县以上城市的覆盖网已基本实现县以上城市的覆盖, 接入号有接入号有 139134 、130132 采用采用频分多路复用技术频分多路复用技术(分为分为124个上下行信道个上下行信道)和和时分多路复时分多路复 用用(每个信道每个信道8个连接个连接)，每个蜂窝理论上支持，每个蜂窝理论上支持992个连接，实际个连接，实际 上可有上可有200多个多个 CDMA (码分多址接入，码分多址接入，Code Division Multiple Access) 所有手机都占用相同带宽和频率，在整个频段上进行信号传输所有手机都占用相同带宽和频率，在整个频

50、段上进行信号传输, 但它们分别采用不同的编码原理加以区分，即但它们分别采用不同的编码原理加以区分，即CDMA给每一给每一 手机分配一个唯一的码序列（扩频码），并用它对承载信息的手机分配一个唯一的码序列（扩频码），并用它对承载信息的 信号进行编码信号进行编码 抗干扰能力强，系统容量大，接通率高，噪声小，抗干扰能力强，系统容量大，接通率高，噪声小， 第三代数字移动通信系统第三代数字移动通信系统 l 第第2代移动通信的不足：代移动通信的不足： （1）数据传输速率过低（）数据传输速率过低（9.6kb/s或或57kb/s） （2）容量有限，不能满足发达地区手机用户高度密集的要求。）容量有限，不能满足发达地区手机用户高度密集的要求。 （3）不能实现覆盖全球的无缝连接）不能实现覆盖全球的无缝连接 l 第第3代移动通信技术（简称代移动通信技术（简称3G）的目标：）的目标：参看本章阅读材料参看本章阅读材料1.41.4 （1）全球漫游）全球漫游 （2）适应多种环境，地面移动通信与卫星移动通信相结合）适应多种环境，地面移动通信与卫星移动通信相结合 （3）提供高