2023年自考通信基础

通信基础1.1通信的基本概念１.２通信系统的组成1.2.１通信系统一般模型通信系统的作用是将信息从信源传送到一个或多个目的地。我们把可以实现信息传输的一切设备和传输(信道）的集合称为通信系统。信道接受设备信宿发送设备信源信道接受设备信宿发送设备信源噪声源噪声源通信系统基本模型信源是消息的发源地，其作用是通过传感器把消息转换为原始电信号，即完毕非电量——电量的转换。根据消息种类的不同，信源可以分为模拟信源和数字信源。发送设备的功能是将信源和信道匹配起来，其目的是将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。信道是指传输信号的通道,可以分为有线和无线两大类。噪声源是信道中的噪声及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表达。接受设备的功能是放大和反变换(如滤波、译码、解调等)其目的是从受到干扰和减损的接受信号中对的恢复出原始电信号。信宿是传送消息的目的地。其功能与信源相反，即将复原电信号还原成相应的消息。1.２.2模拟通信系统模型按照信道中传输信号的特性,可以把通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。消息〈——〉原始电信号(基带信号)完毕这种变换和反变换的是信源和信宿。基带信号〈——〉己调信号(带通信号）完毕这种变换和反变换的是调制器和解调器。１.２．3数字通信系统模型信源编码的重要功能之一是对模拟信号进行模数(A／Ｄ）转换；功能之二是去除冗余信息，提高传输的有效性。加密是为了提供通信的保密性，防止没有被授权的用户获得信息或将差错信息加入到系统中。信道编码对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分，组成所谓“抗干扰编码”接受端的信息译码器按相应的逆规则进行解码,从中发现错误或纠正错误,从而提高通信系统的可靠性。数字调制把数字基带信号转换成与传输信道匹配的信号波形。１.2.3数字通信优缺陷与模拟通信相比，数字通信具有以下重要优点：抗干扰能力强，且噪声不积累。传输差错可控。便于与各种数字终端接口,用现代计算技术对信号进行解决、加工、变换、存储,形成综合业务网。易于集成化，从而使通信设备微型化，且重量轻，成本低。易于加密解决,且保密强度高。１.3通信系统的分类1）按通信业务类：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统和综合业务数字通信网等。2)按调制方式分类:按调制与否，通信系统可分为基带系统和调制系统3）按信号特性分类:按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号,相应地把通信系统提成模拟通信系统和数字通信系统。４）按传输媒介分类：有线通信和无线通信５)按工作波段分类：按通信设备的工作频率或波长分为长波通信，中波通信，短波通信，微波通信和光通信系统。通信方式1．4.１单工、半双工和全双工通信１．４.2并行传输和串行传输信号和频谱１.５.1信号分类确知信号和随机信号：根据信号的拟定性来划分,信号可以分为确知信号和随机信号。周期信号和非周期信号特性:按照信号的周期性来划分,非周期信号是不具有反复性的信号。模拟信号和数字信号区别模拟信号是指信号参量的取值是连续的如电话机送出的语音信号、电视摄像机输出的图像信号，数字信号是指信号的参量只也许取有限个、可数个值，如电报信号、计算机输入输出信号等。模拟信号经数字化解决后可变换为数字信号。基带信号和带通信号的关系：根据调制与否来划分1．5.2信号举例正弦信号（也称正弦波）是一种最基本的周期信号,可以用3个参量来描述：振幅、周期或频率、相位。振幅指信号的高度或强度。周期指信号完毕一个波形循环所要经历的时间。频率指信号在１s内完毕的周期数,或每秒钏完毕的循环次数。相位描述了波形相对于时间零点的位置1.5.3时域和频域从时域的角度，描述的是信号随时间变化的特性。从频域的角度,描述的是信号随频率变化的特性。1.５．4频谱和带宽信号频谱是指它所包含的频率分量的集合,并且通过频域图表达。信号带宽是指信号占有有频率范围。信道和噪声１.6．１信道的定义和分类信道:是以传输媒质为基础的信号通道。根据信道特性以及分析问题所需,可以把信道分为狭义信道和广义信道１．6.2有线信道１.6.3无线信道１．6.4信道噪声噪声是一种不需要的,有害的电信号。１．6.5信道容量信道容量是指信道可以无差错传输的最大平均信息速率1)香农公式由香农信息论可以证明，对于带完有限，平均功率有限的高斯白噪声连续信道,其信道容量C（bit/s）为C=B㏒2(1+S／N)Ｂ为信道带宽（Hz）;S为信号功率（W);Ｎ为噪声功率（Ｗ)。香农公式表白，当信号与信道高斯白噪声的平均功率给定期,在具有一定频带度的信道上，理论上单位时间（S)内也许传输的信息量的极限数值。只要传输速率小于等于信道容量，则总可以找到一种信道编码方式,实现无差错传输。若噪声单边功率谱密度为ｎ０（W/Hｚ),则在信道带宽B内的噪声功率N＝n０B,故香农公式的另一种形式为C=B㏒2(１+Ｓ/n0B)2)重要结论1、信道容量Ｃ受到“三要素”即Ｂ、S、ｎ０2、提高信噪比（S/Ｎ)可以增大信道容量3、若噪声功率趋于零（或噪声功率谱密度趋于零)则信道容量趋于无穷大。4、增大信道带宽Ｂ可以增长信道容量,但不能使信道容量无限制增大。5、信道容量C一定期，信道带宽B和信号噪声功率比S/Ｎ之间可以互换。香农公式给出了通信系统所能达成的极限信息传略速率,达成极限信息速率的通信系统称为抱负能信系统。多路复用技术在通信系统中,当需要在一条物理信道对两路或多路信号同时进行传输时，则要采用复用技术。复用就是解决如何得用一条信道同时传输多路信号的技术。其目的是为了充足运用信道的频带或时间资源，提高信道运用率，扩大通信的容量。1．7.1频分复用频分复用(FＤM)是一种按频率来划分信道的复用方式。在ＦＤM中，信道的带宽被提成多个互相不重叠的频段,每路信号占据其中一个子通道，并且各路之间必须留有未被使用的频带进行分隔，以防止信号重叠。FDＭ技术重要用于模拟信号的多路传输，普遍应用在长途多路载波电话系统、无线广播中。1.７．2时分复用时分复用（TDM)是运用分时方式来实现在同一信道中传输多路信号的方法。在ＴDM中,各路信号按分派的时隙依次定期传送，即在任意时刻上信道中只有一路信号在传输。TDM通常用于数字信号的多路传输。TDM的特点是各路信号在频率上是重叠的,而在时间上是分开的，即任一时刻上,信道中只有一路信号在传输。ＦDＭ的特点是各种信号在频率上是分开的，即频谱互不重叠,而在时间上是重叠。1.7.3码分复用码分复用中,各路信号码元在频谱上和时间上都是重叠的,但是不同用户传输的信号是靠各自不同的(正交）编码序列来区分的。码分复用是用正交有脉冲序列分别携带不同信号。这种复用方式多用于空间通信的扩频通信和移动通信系统中。1.7.４波分复用波分复用是光通信的复用技术，其原理与频分复用类似。通信系统的性能指标通信系统优劣的性能指标涉及：有效性、可靠性，适应性、经济性、标准性、可维护性等。其中有效性和可靠性是通信系统的重要性能指标。有效性是指传输一定信息量进所占用的信道资源或者说是传输的“速度”问题。可靠性是指接受信息的准确限度也就是传输质量问题。1.8．1模拟通信系统的性能指标模拟通信系统的有效性可用传输带宽B来度量。在模拟通信系统中,传输的是连续变化的模拟信号,它规定接受机可以高保直的重现本来信号波形,规定信号在传输过程中尽量减少失真,因此系统性的信道带宽应大于信号带宽。模拟通信系统的可靠性通常用接受端最终输出信噪比S0/N0来度量。输出信噪比越高，通信的可靠性越好。1.８．２数字通信系统的性能指标数字通信系统的有效性可用传输速率和频带运用率来衡量。码元速率RB,又称波特率。它表达每秒传送的码元数目,单位为波特。码元长度为T(s）时,有RB=1/T信息速率Rb,又称比特率。它表达每秒传送的信息量(或比特数）由于信息量的单位是比特,所以Rb的单位为比特／秒。Rb＝RB㏒2M频带运用率在比较通信系统的有效性时,不能单看它们的传输速率，还应考虑所占用的频带宽度,由于两个传输速率相等的系统其传输效率并不一定相同,所以真正衡量数字通信系统的有效性指标是频带运用率它定义为每赫兹内所实现的传输速率。数字通信系统的可靠性可用差错率来衡量。差错率常用误码率和误信率来表达。误码率Pe。它是指接受的错误码元在传输总码元数中所占的比例，或者说是码元在传输中被传错的概率即Pe＝错误码元数/传输总码元数误信率Pb,又称误比特率。它是指接受的错误比特数在传输总比特数中所占的比例。Pb=错误比特数/传输总比特数。模拟信号数字化及其传输2.1概述如何运用数字通信系统传输模拟信号？模/数转换（A／Ｄ)——将模拟信号转换成数字信号按数字传输方法——数字基带传输或数字调制传输数／模转换(D/A）——将数字信号还原模拟信号。模/数变换(A/D）的3个环节模拟信号数字化过程涉及:抽样、量化、和编码编码方法和分类编码技术分为波形和参量编码两类。目前使用最普遍的波形编码方法有脉冲编码调制（PＣM）和增量调制(△M）以及它们的的改善型。２.2抽样定理抽样定理为模拟信号的数字化和时分复用（TDＭ）奠定基础。根据模拟信号是低通型的还是带通型的，抽样定理分为低通样定理和带通样定理；根据抽样的脉冲序列是抱负冲击序列还是非冲击序列，又可分为抱负抽样和实际抽样。2.２．1低通抽样定理定理:一个频带限制在(0，ｆH)内的模拟信号m（t),假如以Ｔ≤1/２ｆH的间隔对它抽样，则m(t)将被抽样值完全拟定。这就是低通抽样定理。含义:抽样后信号ms(t)包含了原模拟信号m(ｔ）的所有信息。所以不必传输m（t）自身,只需传输它的抽样信号ms(ｔ),收端就能从ms(t）中恢复m（t).其前提条件是抽样间隔T≤1/2fH，，或抽样速率ｆｓ≥2ｆＨ这两个我条件是一回事，由于抽样间隔和抽样速率互为倒数关系，即fs=1/Ｔ。若抽样速率ｆＨ<2fＨ,则会产生失真，这种失真叫混叠失真。恢复原信号的条件是fs≥2fH即抽样频率fs应不小于fＨ的两倍。最低抽样频率fH=2fH称为奈奎斯特速率，以此相应的最大抽样时间间隔T=１/2ｆＨ为奈奎斯特间隔。实用的抽样频率fs必须比２fH大多一些。例如，典型电话信号的最高频率通常限制在3400Ｈz,而抽样频率通常采用8０00Hz。２.2.２带２.3脉冲振幅调制模拟脉冲调制是以时间上离散的脉冲序列作为载波，用模拟基带信号ｍ(t)去控制脉冲序列的某个参量(振幅、宽度和位置)，使其随m(ｔ)的规律变化。若脉冲序列的幅度随m(ｔ)的规律变化,称为脉冲振幅调制（PＡＭ)；若脉冲序列的宽度随ｍ(ｔ)的规律变化,称为脉宽调制（ＰＤM)；若脉冲序列的位置随m(t)的规律变化,称为脉位调制(PPM)。这三种信号在时间上都是离散的,胆受到参量变化是连续的所是都属于模拟脉冲调制。其中脉冲振幅制是一种最基本的模拟脉冲调制。脉冲振幅调制是脉冲序列的幅度随模拟基带信号m(ｔ)变化的一种调制方式。自然抽样：指抽样后信号的脉冲顶部与原模拟信号波形相同。平顶抽样:它与自然抽样的不同之处在于抽样后信号中脉冲顶部是平坦的,脉冲幅度等于瞬时抽样值。脉冲编码调制脉冲编码调制本质上一种模/数转换方式,它是将模拟信号变成二进制信号的常用方法。PＣＭ系统原理:在发送端，输入的模拟信号m（t)经抽样、量化、编码“后变成二进制数字信号（ＰCM信号)。编码后的PCM信号的传输方式，可以是数字基带传输也可以对微波、光波等调制后的数字调制传输。2.4.1量化量化是将抽样信号幅值进行离散化解决的过程。均匀量化:把输入信号的取值域等间隔分割的量化称为均匀量化。量化噪声功率Nq只与量化间隔△v有关。对于均匀量化,△ｖ是拟定的，因而Nq固定不变。但是信号的强度也许随时间变化。当信号小时,量化信噪比也小,所以均匀量化对于小输入信号很不利。为了克服这个缺陷,改善小信号的量化信噪比,在实际应用中采用非均匀量化。非均匀量化:在非均匀量化是,量化间隔随信号抽样值的不同而不同。信号抽样值小时，量化间隔△v也小；信号抽样值大时，量化间隔△ｖ也变大。这样就可以在保证编码位数不变时,以减小大信号的量化噪比，来提高小信号的量化信噪比。2．4.22.4.3Ｐ二进制ＰCＭ信号的带宽取决于数据的比特率以及用于表达数据的脉冲波形的形状。模拟信号m(ｔ）的最高频率为fH,抽样频率fｓ≥2fH,每个样值脉冲的二进制编码位数为Ｎ,则ＰCM信号比特率为:Rb=fsNPCＭ信号的第一零点带宽为Ｂ=Rｂ=Nfs2.4．４Ｐ2．4.５自适应差分脉码调制增量调制增量调制（简称△Ｍ或DM)可以当作是量化电平数为2的ＤＰCM。基本原理但是载条件和编码范围PCM和△M的比较基带传输2.7．１数字基带信号的码型数字基带信号是消息代码的电脉表达，电脉冲波形可以是矩形脉冲、三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲。根据每个码元的脉冲幅度取值不同，可以把它们分为二元码、三元码、多元码。二元码单极性码:单极性码频谱中具有直流分量和丰富的低频分量,所以规定传输线路具有直流传输能力，因而不适应有交流耦合的远距离传输,只适合用于计算机内部或极近距离的数据传输。双极性码:这种码型中不存在零电平。由于这种码的正负电平的幅度相等、极性相反,故当“1”和“0”等概率出现时无直流分量，有助于在信道中传输，并且恢复信号的判决电平为零电平，因而不易受信道特性变化的影响，抗干扰能力强。（3)归零和非归零区别归零是指脉冲宽度小于码元宽度。即信号电平在一个码元终止时刻前总要回到零电平，（4)差分码的优点由于差分码是以相邻脉冲电平的相对变化来表达代码，因此也称它相对码。用差分码传送消息代码可以消除设备初始状态的影响，特别是在相位调制系统中可以用于解决载波相位模糊的问题。2.7.2数字基带信号的频谱在选码原则可知,在比较和选用数字基带信号的码型时,需要考虑的因素涉及频谱特性、位同步性能、检错性能、抗干扰能力以及实现的成本与复杂性。研究基带信号的频谱特性十分必要,通过频谱分析,可以了解信号需要占据的频带宽度，它所包含的频谱成分,有无直流分量，有无定期分量等。研究基带信号的功率是十分故意义:１,我们可以根据他的连续谱来拟定信号波形宽度。２,根据它的离散谱是否存在这一特点,明确能否从信号中直接提取定期分量。2.7.３码间串扰数字基带信号在传输过程中,会受到两种干扰：一个是码间串扰,另一个是信道加性噪比声。所谓的码间串扰是由于数字基带系统传输总特性不抱负,导致接受脉冲的波形展宽和拖尾，使接受脉冲之间发生交叠，从而干扰了信号的检测过程。2．７．４眼图眼图是一种估计和观测系统性能的实验手段。“眼睛”张大时,表达码间串扰小，当“眼睛”闭合进，表达码间串扰大。调制和解调3.１调制的概念３.1.１调制的含义调制就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义上可以分为基带调制和带通调制。3．1．2调制的作用1.通过调制可以把基带信号的频谱搬至较高的的频率上,就可以以较短的天线获得较高的发射效率。２.通过调制可以所多个基带信号分别搬移到不同的的载频处，以实现信道的多路复用，提高信道运用率。３.扩展信号带宽，提高系统抗干扰和抗衰落能力。3.2幅度调制定义:幅度调制是用基带信号去控制高频正弦载波的振幅，使其随基带信号的规律作线性变化。载波的频率和相位保持不变。作用:调制的质是进行频谱搬移，即把携带信息的基带信号搬移至较高的载频附近。3．2.1调幅调幅(AM）是常规双边带调制的简称。AM的特点与应用:可采用简朴的包络检波进行解调AＭ的频谱由载频分量和上、下对称的两个边带组成,因此，AM信号是具有载波的双边基带信号，它的带宽是基带信号带宽的两倍。AM的优点在于解调器简朴。AM的缺陷是调制效率很低,由于化所含的载波分量并不携带信息，却要占用一半以上的信号功率。3.２．２DSB(双边带调制)的特点与应用ＤSＢ信号的包络不与m(ｔ)成正比，故不知采用简朴的包络检波,而需采用相干解调。DSＢ信号的带宽与ＡＭ相同,调制效率高应用场合较少。3.2.3单边带调制SSB(单边带调制)的特点与应用SSＢ最突出的优点是对频谱资源的有效运用。SSB的另一个优点是由于不传送载波和另一个边带所节省的功率。SSＢ带宽的节省是以复杂度的增长为代价的SＳB信号的解调也不能采用简朴的包络检波,仍需采用相干解调。３.２.４残留边带调制VＳＢ(残留边带调制）的特点与应用VSB方式既克服了DＳＢ信号占用频带的缺陷,又解决了SSＢ信号实现上的难题》ＶSB信号的带宽介于SSＢ和ＤSB之间；调制效率为100%VSＢ比SSB所需求带宽仅有很小的增长，但却换来了电路实现的简化。ＶSB在商业电视广播中的电视信号传输中得到了广泛的应用。3.2．5相干解调与包络检波1、相干解调也叫同步检波。它由相乘器和低通滤波器组成，合用于所有幅度调制信号（AM、DSＢ、SＳB、ＶSＢ)注意:相干解调的关键是接受端必须提供一个与接受的己调载波严格同步的本地载波。２.包络检波：包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。包络检波器是从己调波的幅度中直接提取原基带信号。3．3角度调制角调制涉及调频(FM)和调相（PM)若使载波的频率随基带信号的规律变的的，称为频率调制(ＦＭ）若使载波的相位随基带信号的规律变化的，称为相位调制（PM）在两种调制过程中，载波的幅度都是保持恒定不变的。调频信号：理论上,调频信号的频带宽度为无限宽,事实上，随着频率的增高，边频分量会逐渐减小到可以忽略的限度。BFM＝(mf+1)fｍ＝2（△f+fm)fm是基带信号的调制频率，△f是最大频偏，mｆ是调频指数,该式称为卡森公式例如：调频广播中规定的最大的频偏△f为75Ｈz，最高调制频率fｍ为15kHz,故调频指数mf=5，由公式可计算出ＦM信号的频带宽度为１8０ｋHz.频率调制的特点与应用与幅度调制相比,频率调制最突出的优势是具有较高的抗噪声性能,但代价是占用比幅度调制信号更宽的带宽。幅度调制和角度调制比较抗噪声性能：ＦM最佳,DＳＢ／SSＢ、VSB次之，AM最差频谱运用率：ＳSＢ最高，ＶSＢ较高，DSB/AM次之，FM最差功率运用率：FM最高,ＤＳB/SＳB、ＶSB次之，ＡＭ最差设备复杂度:ＡM最简，ＤSB/ＦM次之,ＶSB较复杂，SSB最复杂另处窄带调频（NBFM)是带宽和调幅带宽相同,其抗噪声性能不如宽带调频，但比ＡM的性能要好。3.4二进制数字调制在卫星通信、移动通信、微波通信、光纤通信等现代通信系统中,都要用到数字调制,把数字基带信号变换成数字带通信号的过程称为数字调制信号,在接受端,通过解调器器把带通信号还原成数字基带信号的过程叫数据解调。数字调制原理：与模拟调制的基本原理相似，但是数字信号有离散取值的特点,因此数字调制技术有两种方法：(１)运用模拟调制的方法实现数字式调制,即把数字调制当作为模拟调制的一个特例。（2）运用数字信号的离散取值特点通过开并键控载波,从而实现数字调制。数字调制的３种方式:振幅键控(ASK）、频移键控（ＦＳK）、和相移键控(ＰＳＫ）3.4．１二进制幅移键控（２ASK)1.幅移键控是运用载波的幅度变化来传递数字信息,而载波的频率和初始相位保持不变。2.2AＳK调制和解调3.2AＳK的频谱和带宽2ASＫ信号的频谱特性可以由它的功率谱度来表达。２ASK信号的功率是基带信号功率谱Ps(ｆ)的线性搬移,显然2ASK的带宽B2ＡSＫ是基带信号带宽的两倍，B2ＡSK=2fs其中fs=1／Ts是基带信号的谱零点带宽,在数值上与基带信号的码元速率相同。这表白2ASK信号的传输带宽是码元速率的两倍。３．4.2二进制频移键控(2FSＫ)１频移键控是运用载波的频率变化来传递数字信息。２.2ＦSK的调制和解调32ＦSK的频谱与带宽B２FSK=|ｆ2-ｆ1|+2fs３.４.3二进制相移键控（2PSK)1.２PSＫ的基本原理:2.２ＰSK的调制和解调3.2ＰSＫ的频谱与带宽二进制相移键控信号的频谱特性与２ASＫ的十分相似,带宽也是基带信号带宽的两倍。3.４.4二进制差分相移键控（2PＤ1．2DPSK的基本原理:２.2DPSK的调制和解调3．２DPSK的频谱与带宽３．４.5二进制数字调制系统性能比较1,误码率——抗噪性能1)对于同一调制方式，Pe相于<Pe非相于,但随着r的增大，两者性能相差不大。2）对于相同的解调方式（如相干解调）抗加性高斯白噪声性能从优到劣的排列顺序:2ＰSＫ、2DPＳK、２FSK、2ASＫ。3)在误码率相同条件下，对信噪比r的规定：2ASK比2FＳK高3dＢ，2FSK比2PSK高3dB，2ASK比2PSK高6dB。2,带宽和频带运用率当码元宽度为Ts时，2ASK、2ＦSＫ和2PＳK/2DPＳK信号的传输带宽为B2ASK=B2PSK/2ＤPSK=2fｓ=2／TsB2ＦSK=|f２-f1｜+2/Ｔｓ结论经:２FSK系统的频带运用率最低，有效性最差。3，对信道特性变化的敏感性2ASK系统,当P（1)＝P（０）时，最佳判决门限ｂ*＝a/２与接受机输入信号的幅度a有关，邦判决门限易受信道参数变化的影响。因此2ＡSK不适于随参信道的场合。2PＳK系统，当P(1）＝P（0)时，最佳判决门限ｂ*=0与接受机输入信号的幅度无关，因此判决门限不易受信道参数变化的影响。在2FSK系统中抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，不需要专门设立判决门限,因而2FSＫ系统对信道的变化不敏感,适应在随参信道或衰落信道中传输。４,设备的复杂性非相干方式比相干方式简朴。目前常用的是相干2DＰSＫ和非相干２FＳK方式。相干2ＤPSK重要用于中速数据传输,而非相干2FSK则用于中、低速数据传输中，特别合用于随参信道场合。3．5多进制数字调制１，多进制数字的目的:提高频带传输效率。2，4PＳK相位关系。４ＰSＫ常称为正交相位移键控，电话系统4.1电话系统的基本概念电话系是为广大用户提供点对点话音通信系统。它由电话机、用户环路和互换机组成。4.1.1按电话使用范围分类、电话网可分为本地网、长途网长途网和本地网的组网形式重要是网状网和星状网。电话网当前发展方向为程控数字网，即各级互换中心均安装数字互换机，传输电路均为数字电话。程控数字网通信质量优良，自动化限度高,故发展不久。4.1．2互换机１，互换机的组成电话系统的关键设备是互换机。互换机由互换网络，控制器和接口组成。互换网络执行交传送功能。控制器完毕互换机的控制功能。接口是互换机与各种传输线路连接的界面。互换机性能的衡量指示。4.２互换网络4.２.１互换网络的分类基于互换网络结构与工作方式不同,通常可以将其分为空分互换网络、数字互换网络等形式。空分互换网络通溃由多外空分互换器组成，空分互换器又由许多交叉接点和连线组成。数字互换网络一般可以由时间互换器和空间互换器构成。数字时分互换网络转发的是数字信号。模拟信号道先要转换为数字信号才干进行互换。4．2.2空分互换网络空分互换网络是在互换机输入与输出端口之间建立互换通道,一般是有一系统交叉接点和连线构成。4.2.３数字时分互换网络1．时隙互换器时隙互换器又称T型互换器,其功能是完毕一条PCＭ复用线上各时隙内容的互换。时隙互换器重要由话音存储器（ＳM)和控制存储器(CM)组成。对话音存储器的控制方式有两种：一是“顺序写入,控制读出”;另一种是“控制写入,顺序读出”。“顺序”指由时钟电路提供的SＭ读或写地址,它能使SM的单元信号与输出复用线上的时隙号相相应。“控制”是指按控制存储器中己规定的内容来控制话音存储器的读或写,时隙互换就是在这里控制延时的。除了话音存储器和控制存储器之外,时间互换器的组成电话还涉及：串并转化电路、并串转换电路、计数器及其它控制电路。2，空间互换器空间互换器又称S互换器,其作用是完毕不同的PCM复用之间的互换,空间互换其重要交叉接点矩阵和控制存储器组成。空间互换器的控制方式有输出控制和输入控制方式两种。3，三级数字时分互换网络当互换机的容量很小时,可以采用含一个时间互换器的单T网络，单T网络的容量最大为10２4个64kbｉｔ/s信道。当互换机的容量超过单Ｔ的限度时,必须采用Ｔ和S互换器组成的多级网络。按照T和Ｓ互换机的功能,由其构成的三级网络结构有TＳT、SＴS和ＴTT。4.3互换控制器控制器的基本任务是控制互换网络的状态,即控制从用户线到达的呼喊输入互换机到另一个用户线并输出功能模块。其核心技术是互换技术。互换分为电路互换和分组互换。4.３.１程控（电路)互换技术电路互换是指在通话之前,根据用户的呼喊请求,由网络预先给用户分派传输带宽。用户若呼喊成功,则从主叫端到被叫端建一条物理通道。此后双方才干互相通话。通话完毕挂机后即自动释放这条物理链路。电路互换的关键点是：在通话的所有时间内用户始终占用端到端的固定传输带宽。优点:它能根据用户的需要提供端到端的临时专用通道,在通路建立后端到端的传输时延基本上等于途径的电波传播时延，因而适合承载对时延有严格规定的数据业务但是正由于它提供的是临时专用通道。路由设计电路互换路由选择。我国自动电话互换机网常用几种路由基干路由高效直达路由低呼损直达路由路由选择顺序：先选择高效直达路由。当高效直达路由忙时，选迂回路由,选择顺序是:“由远至近”即先在被叫端一侧自上而下选择，再在主叫端一侧自上面下的选择；最后选择最终路由,最终路由可以是实际的最终路由,也可以是基干路由。3，编号制度４.互换机的业务功能和呼喊解决过程。互换机的基本功能规定，程控互换机面临的用户有两类：通信终端的使用者和交机的营运、操作者。相应功能可以分为用户业务和维护功能两大类。互换机功能运营、管理功能维护,诊断功能互换机的呼喊解决过程用户扫描向用户送拨号音接受用户拨号信息号码分析地址接受和选择路由向被叫用户振铃通话接续与监视话终拆线4．3.2分组互换技术分组互换技术是一种存储转发的互换方式,其存储转发的基本数据单元是报文的分组。.存储转发式的互换基本单位是电脑报文，又称报文互换。分组互换是报文互换的继承和发展。采用分组互换技术的通信网或通信子网称为互换网。１,分组互换的分类：分组互换有两种方式,数据包方式和虚电路方式。这两种方式的共同点是实现分组的存储转发,但转发的过程各有其特点为，可以适应不同的业务规定。数据报分组互换与电路互换不同,在传输数据分组之前,不需要预先建立任何连接，而是直接按照每个分组首部中的目的地址独立选择转发途径。虚电路方式就是在用户数据分组传送前先要通过发送呼喊请求分组建立端到端的连接通路。虚电路建立方式有两种:互换虚电路和永久虚电路。虚电路与数据报不同点：（1）选择不同（２)分组顺序不同（3)分组首部不同(４)故障敏感度不同。(5)提供的服务和应用不同。２.分组网路由的选择分组互换网的重要功能是将报文的分组从源结点传送到目的结点。分组互换网中表达路由通常有标头指法和路由表达法两种。4．4用户环路4.4.1用户环路的结构4.４.2用户线接口插件的功能用户环路运用一个用户线路接口插件与端局相连。这个插件的基本功能可用缩写字符BORＳCＨY表达。(1）馈电(B）（2）过压保护(O)（3）振铃(R）(４)监视(S)编解码(C)（6)混合(H)（7)测试(Ｔ）4.４.3用户环路上的信号4．5电话机的原理4.5.1电话机的组成电话机重要由受话器、送话器、拨号装置和振铃组成。4．5.２电话机的工作原理4．6电话网络信令４．6．１信令系统通信网是由互换系统、传输系统和用户终端组成的。信念系统的作用是协调互换系统、传输系统和用户终端的运营在指定的用户终端之间建立电路连接,并维护网络自身的正常运营和提供各种各样的服务。信令在多段连路上的传输方式有两种:端到端的方式和逐段转发的方式。用户线信令一般设计得比较简朴，通常只有具有最基本的呼喊连接建立和释放功能，用户线信令集合一般涉及下列一信令:请求、地址、释放、来话提醒、应答和进程提醒。信令的分类:按其工作的区域不同：可分为用户线信令和局间信令用户线信令是指在终端和互换机之间用户线上传输的信令、它涉及用户状态信息、数字信令、铃流以及各种信号音。局间信令是互换机之间信令。它分为两类：一类是占用、占用确认、应答、拆线等信令；另一类是传送号码的控制接续的信令。按其传送信道和用户消息传送的关系，可以分为随路信令和公共信道信合。随路信令的重要特点是信令与用户消息在同一条信道上传送，或信令信道与用户信道一一相应。4.6.２信令系统概述4.6．3电话网的呼喊过程一个正常的呼喊解决信令过程,通常包含3个阶段：呼喊建立阶段、通话阶段和释放阶段。移动通信5．1移动通信概论5.1.1移动通信发展简述5．1.2移动通信的特点移动通信与其它通信方式相比具有以下特点:1，移动通信运用无线电波进行信息传输2通信在复杂的电磁环境下工作３.移动通信业务量有限4.移动通信系统建网技术复杂5.移动台必须合用于移动环境。５.1.3移动通信的工作方式无线通信的传输方式分为单向传输（广播式,如无线电寻呼系统)和双向传输(应答式)双向传输又分为单工、半双工、全双工。5.1.４移动通信的分类及常用系统1，移动通信的分类方法:2．常用移动通信系统：5.2蜂窝网的基本概念５．２.1概述5．2.2频率再用频率再用：规定使用相同信道组的社区两两之间的距离足够远,从而使其互相间的干扰在可接受的范围内。这种为蜂窝系统中的所有基站选择和分派信道组的设计过程称为频率再用。５.2.３信道分派策略信道分派策略：是一种能实现既增长用户容量又以减少干扰为目的的频率再用方案。信道分派策略可以分为两大类:固定和动态5．２.４切换策略和位置管理当一个移动用户(MS)在通话过程中从一个社区移动到另一个社区时，MSC将该MS的连接控制从一个社区转移到另一个社区。这种将正在通话的状态MS转移到新的业务信道上的过程称为“切换”目的是实现蜂窝移动通信的“无缝隙”覆盖。位置管理涉及登记和位置传递。５.２.5干扰与系统容量干扰是影响系统蜂窝无线系统性能的重要因素。蜂窝系统的两种重要干扰是同频干扰和邻频干扰.５.2．６功率控制减小干扰5.3无线电波传播移动无线信道影响着无线通信系统的性能。移动通信的信道是指基站天线、移动用户天线和两副天线之间的传播途径。５．3.1无线电波传播特性。电磁波传播的机制是多种多样的,但总体可以归为反射、饶射和散射。无线电波在空间中传播的方式有很多种：直射波、多径反射波、绕射波以及散射波。它们具有如下的特点：直射波：指在视距覆盖内无遮挡的传播，其信号最强。多径反射波:指从不同建筑物或其他物体反射后到达接受点的传播信号，其信号强度次之。绕射波：从较大的山区或建筑绕射后到达接受点的传播信号，其强度与反射波相称。散射波：是空气中离子受激后电波产生二次反射，通过由二次发射所引起的慢反射后到达接受点的传播信号，其信号强度最弱。5.３.２自由空间传播性。5.3.３3种基本的无线电波传播机制一般认为，在无线通信系统性中影响电波传播的３种最基本的机制为反射、绕射和散射。5．3．4移动能信信道的重要特点:重要特点：１）传输信道的开放性2）接受点地理环境我复杂性和多样性3)移动台的随机移动性。5．3．5移动通信信号传播的损耗或衰落由于移动通信信道及电磁波在空间传播的特点：导致了信号在传播过程中会产生3中重要的损耗，而在接受点则产生3种效应。(1）自由空间的途径损失(２）(２0阴影衰落（3）多径衰落。5.３.63类重要的选择衰落1，时间选择性衰落：即在不同的时间，衰落特性不同２，频率选择性衰落；即在不同的频率上，衰落特性不同３,空间选择性衰落:即在不同的地点上,衰落特性不同5.４抗衰落技术5.４．11分集方式在移动通信系统中也许用到两类分集方式:一类称为:宏分集:另一类称为：微分集“宏分集”重要用于蜂窝通信系统中，也称为“多基站”分集,这是一种减小慢衰落影响的分集技术。“微分集”是一种减小快衰落影响的分集技术,在各种无线通信中都经常使用。微分集重要分为下列３种形式:(1）空间分集(2）频率分集（3）时间分集空间分集的依据是快衰落的空间独立性,即在两个不同的位置上接受同一个信号,只要两个位置的距离大到一定限度,则两处所收信号的衰落是不相关的。频率分集：由于频率间隔大于相关带宽的两个信号所遭受的衰落可以认为是不相关的。因此可以用两个以上的不同的频率传输同一信息,以实现频率分集。时间分集:快衰落除了具有空间和频率独立性之外,还具有时间独立性,即同一信号在不现的时间区间多次重发,只要各次发送的时间间隔足够大,那么各次发送信号所出现地衰落将是彼此独立，接受机将反复收到同一个信号进行合并,就能减小衰落的影响。2.合并方式选择不同的加权系数,就可构成不同的合并方式。选择合并:选择式合并是指检测所有分集支路的信号，以选择其中信噪比最高的那一个支路的信号作为合并器的输出，在选择式合并器中,加权系数只有一项为１,其余均为0最大比值合并:最大比值合并是一种最佳合并方式等增益合并:等增益合并无需对信号加权，各支路的信号是等增益相加的,等增益合并方式实现比较简朴,其性能接近于最大比值合并。5.4.2ＲAKE接受ＲAKE接受机就是运用多个并行相关器检测多径信号，按照一定的准则合成一路信号提供应解调接受机。RAKE接受机实现原理:5.4.3交织技术交强技术也叫交织编码,可以使突发差错分散成为随机差错而避免成功的数据丢失。５.4.4均衡技术均衡技术是指各种用来解决码间干扰的算法和实现方法。5.５多址技术5．5.1频分多址FDMA是指将给定的频谱资源划分为若干个等间隔频道,供不同的用户使用。FＤMA是应用最早的一种多址技术。AMPA、NAMPS、TＡCS、NTＴ和JTＡＣS等第一代移动通信系统所采用的多址技术是就FDMＡ,此外卫星通信中FDMＡ也得到了广泛的应用。特点如下：FDMA的信道载波每次只能传送一路电话。2)假如一个己经分派的FDMA的信道没有使用,那么它就解决空闲状态,但是不能由其他用户使用，本质上是一种资源的浪费3）在分派好语音信道后，基站与移动台就会同时连续的发射。4)FDMA的信道带宽相对较窄,通常每一个信道仅支持每个载波一条线路。5)窄带信号的符号连续时间与平均时延扩展相比是很大的，这意味着符号间干扰较低,因此城FDMＡ窄带系统中几乎不需要均衡或主线不需要均衡。６）与TDMA相比，FDＭA移动系统要简朴得多。7)FDMA系统是一种不间断发送模式,因此相对于TDＭＡ而言，它需要较少的比特来满足系统开销,8）由于发射机和接受机同时工作，所以ＦDMA系统需要双工器，这就增长了ＦDMA用户单元和基站的费用。5.5.2时分多址TDMA是指时间分割成周期性的帧,每一帧再分为若干个时隙,在每一个时隙中，在每一个时隙中仅允许一个用户要么接受要么发射。ＴDMA具有如下特点：1)TＤＭＡ使几个用户共享一个载波频率，并且每一个用户运用不相重叠的时隙。每一帧的时隙数取决于多个因素，如调制技术、有效带宽。对于用户而方，TＤＭＡ系统的数据传递不是连续的,而是分组发送的。由于TDＭA中的不连续发送,切换解决一个用户单元来说比较简朴，由于它可以运用空闲时隙监听其它基站。TDMA用不同的时隙进行发射和接受,因此不需要双工器。在ＴDMA中，采用自适应均衡是必须是必要的。由于分组发射,因此在TＤＭA系统中需要罗高的同步开销5.５．３扩频多址或码分多址ＳSMA系统有两个共同的特点:一是扩频,也就是说用于传输信息的信号带宽远大于信息带宽。二是在扩展的实现上，不管通过什么途径扩频,基本都是用用一组优选的扩展进行控制。CDＭＡ特点:CDMA系统的许多用户共享同一频率，不管使用的是时分双工还是频分双工技术。与ＴDＭA和ＦＤMA不同，CDＭA具有软容量的特点。由于信号被扩展在一较宽的频谱上,因而可以减小多径衰落。在CDMA系统中，信道数据速率高。由于CDMA使用同信道社区,所以它可以宏分集来进行软切换。多址于干扰是CDMA系统的一个问题。假如在ＣDMA接受机上存在比目的功率更高的其他用户功率，那么就会出现远近效应问题。５.５.4空分多址空分多址（ＳDMA）是使用定向波束天线来服务不同的用户，５.5.5多址技术与调制技术在未来移动通信中的融合。OFＤM优点:１）频谱运用率高，比一般串行系统高出近一倍。2）抗衰落能力强。3)特别适合高速据的传送。４）抗码间干扰能力强。５.6时分多址数字蜂窝网——GSMGSM系统重要特点:防盗拷能力强,网络容量大,手机号码资源丰富，通话清楚，稳定性强,不易受干扰,通话死角少,手机耗电量低。GSM系统从结构上来看重要包含４个主体:移动台(MS)、基站子系统(BＢＳ)、网络子系统(NＳS)和操作支持系统（ＯSS）GＳM系统体系结构重要涉及3个相关的子系统,分别是移动台、基站子系统、网络子系统。5.6.４GSM系统接口GSM系统中的重要接口有Uｍ接口、Abis接口、A接口以及NSS的内部接口。GＳＭ系统与其它公用电信网接口重要是指与公用电话网(PSＴN）、综合业务数字网（ISDN)、分组互换公用数据网(PＳPDＮ）、电路互换公用数据网(CSPDN)间的接口，它是通过MＳC来实现的。5.6.5GSM技术介绍１,工作频段的分派2多址方案3,无线帧结构4．无线接口管理5．ＧSM信道6.ＳIM卡7，保密措施５.6.７码分多址蜂窝移动通信系统5.７.1CDMA系统原理及特点ＣDMA系统是以扩频调制技术和码分多址接入技术为基础的数字蜂窝移动通信系统。在ＣDMA系统中,不同用户传输的信息是靠各自不同的编码序列来区分的。IS-9５系统重要指标如下：1)工作频率。２)码片速率:1．２288Ｍbit/s。3)比特率：速率集１为９．６ｋbit/s.速率集2为14．4kbiｔ／ｓ，ＩＳ-９5B１1为1１5.２kｂit/s.４)帧长度:２0mｓ.5)功率控制ＣDMA系统具有以下重要特点:1)系统容量大,２)ＣDMＡ系统具有软容量特性．3）ＣDMＡ系统具有软切换功能.４)CDMA系统具有话音激活功能.５)CDＭA系统是以扩频技术为基础的,因此具有干扰,抗多径衰落,保密性强等优点．6)因CDMA和GSM的技术体制对CＤMA和GSM的发射功率的规定,初始发射功率值的取定以及功率控制机制不同,在通信过程中,CDMA手机的平均发射功率远远低于GSM手机的平均发射功率.5．７.２CDMＡ系统结构CDMＡ系统与ＴDＭA系统的重要差别在于无线信道的构成,相关的无线接口和无线设备,特殊的控制功能.结构重要由３大部分组成:互换子系统、基站子系统和移动台子系统.5．7.3CＤMA系统的技术1）可变速率声器２)功率控制论3)CDMＡ系统中的RAＫE接受4)越区切换5.7.4CDＭＡ系统的无线链路5.7.5CDMA蜂窝移动通信系统的系统容量在ＣDMA系统中,采用了以下技术以提高蜂窝系统的容量采用话音激活技术2，运用扇区划分提高系统容量３,CDMＡ系统的软容量微波通信6.１．1微波通信的基本概念微波能信就是运用微波作为载波来携带信息并通过空间电磁波进行传输的一种无线通信方式,6.1.2数字微波通信1.数字微波通信系统组成重要由天馈设备、微波分路系统、微波收发信机、中频调制解调器、基带切换设备、勤务及监控设备和PＣM设备组成。２.数字微波发信系统（１）数字微波发信系统的组成:目前使用的的数字微波通信设备，其数字微波发信机根据频率变换方式不同,可分为直接调制式发信机和变频式发信机。（2）数字微波发信系统各部分的作用１）微波发信本振源的作用2）微波发信混频器的作用３)微波晶体管理线性功率放大器的作用3.数字微波收信系统４,馈线及天线系统５，收发公用器6,数字微波能信采用的调制方式６.１．3数字微波通信的分类数字微波能信可以分为地面微波中继通信、一点多址微波通信、微波卫星能信和微波散射能信。其中微波卫星通信是地面微波中继能信的特例。6.1．４微波通信频段配置与再用１，微波通信频率配置原则2,微波通信频率配置方案3，射频波道的频率再用6.１.５微波的特点1，数字微波通信的优点:抗干扰能力强，线路噪声不积累（2)便于加密,保密性强（3）便于组成数字通信网。2,数字微波通信的缺陷:占用频带宽（2)传输特性的变化超过一定范围时,通信质量显著恶化。６.2微波传输中的抗衰落技术微波传播中的衰落现象组微波传输带来了不利影响，严重地多径衰落会使系统的误码性能大大下降以至中断能信。为此，相继开展了各种对抗信道畸变,特别是对抗多径衰落所引起的信道畸变和各种均衡、补偿及干扰抵消技术的研究,提出了各种对付微波衰落的技术措施为抗衰落技术。分集接受技术(1）空间分集(2)频率分集(3)角度分集自适应均衡技术(1)频域自适应均衡器(２）时域自适应均衡器6.3PDH数字微波通信系统6.3.1ＰＤＨ数字微波复接原理PDH数字复接系统涉及发端的数字复接器和收端的分接器6．3.2ＰDH传输系统的复接方式1.按支路信号在群信息中的排列方式分类(1）按位复接(2)按路复接（3）按帧复接2，同步复接异步复接6.３.3PDH传输系统的速率６.3.４PDH传输系统的容量1)２.04８Mbit/s2）２＊2.04８Mbiｔ/ｓ3）8.48８Mbit/s４)２＊8.４88Mｂit／s５）３4．36８Mbit/ｓ６)2＊34．36８Mｂit/ｓ7）139.２６4Mbit／s６．3．5PDＨ传输系统的缺陷：（1）PDH数字系列兼容困难(2）复接设备复杂(3）不便于维护管理（4）不利于信息互换6.4SDH大容量数字微波通信系统６.4.1SDH传输系统的组成一个实用的STM-４SDH传输系统的组成:支路信号(TR）、终端复用器（ＴM）、再生中继器(RＥG）和分插复用(ADM)或数字交叉连接设备（ＳＤXC）。6.４.2ＳＤH是在同步光网络ＳONEＴ的基础上建立起来的一种新的技术体制，它规定了在网络节点接口的所有速率等级,而对支路信号的速率没有规定。因此，SDＨ可以提供不同速率的传输通道。SDH使用的信息结构等级为SＴM-N同步传输模块，其中最基本的组成模块是SＴM–１,其速率为１５5.520Ｍbit／ｓ,更高等级的ＳＴM－N的信号是将STM-1按同步复用、字节复接后的结果。6.４．3SDＨ传输系统的容量我国规定,SDH数字微波系统可以采用以下的容量系统。1）５1.8４０Ｍbit／ｓ２）155.05２0Mｂｉt/s3)2*155.520Mbit/ｓ4)４*155.52０Mｂit／ｓ5)62２．０8０Mｂit／ｓ６.4.４SDＨ传输系统的关键技术1,编码调制技术2，交叉极化干扰抵消技术３，自适应均衡技术4，高线性功率放大器和自动发射功率控制６.4.5SDH传输系统射频波道配置SＤH微波通信系统的射频波道配置应当与现有的射频波道配置方案兼容，便SＤH微波传输系统的推广，尽量减少对现有ＰDH微波传输系统的影响．6.4．6ＳＤＨ传输系统的应用特点:(１)传输容量大（２)通信性能稳定(3)投资小,建设周期短(4）维护、管理操作方便6.５典型数字微波通信系统６．5.１SAT-３0０0微波通信系统概述ＳAT－3000系统微波通信系统是法国生产的一种容量数字微波通信系统，可以工作在7ＧHｚ、8GHz、１3ＧHz３种不同的射屡屡率。通信距离可达６0Km。它由射频发射器、调制解调器、数字接口电路和数字复分接电路构成。6.5.2基带信号的复接原理基带信号的复接由34MHz复接电路板完毕,６.5.3发射系统原理６.5.4接受系统原理卫星通信7.1卫星通信概论7.１.1卫星通信的基本概念卫星通信是宇宙无线电能信的形式之一,是指两个或多个地球站运用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电信号进行通信。运用静止卫星作为中继的通信系统，称为静止卫星通信系统。对于静止卫星而言，由于地球结构的不均匀和太阳、月亮引力的影响，卫星的轨道参数随时发生变化,不断偏离开普勒法则拟定的抱负轨道，产生一定的漂移,这种现象称为摄动。每年的春分和秋分前后各23天中,卫星星下点进入本地时间半夜前后,卫星、地球和太阳共处在一条直线上，地球挡住了阳光，卫星进入地球的阴影区,导致了卫星的日蚀，称为星蚀。每年的春分和秋分前后,卫星星下点进入本地时间中午前后的一段时间里,卫星处在太阳和地球之间，地球站天线对准卫星的同时，也对准太阳，强大的太阳噪声对通信导致强干扰,甚至能信中断,这种现像称为日凌中断。7.１.２卫星通信的特点1,卫星通信的重要优点(1)通信距离远,建站成本与通信距离无关(２）以广播方式工作,便于实现多址能信（3)频带宽，传输容量大，适于多种业务传输(4）可以自发自收进行监测（5）通信线路稳定可靠，通信质量高（6）通信电路灵活，机动性好2,静止卫星通信的缺陷1）需要先进的电子技术。２）要解决信号传播时延及回波效应带来的影响。3）存在星蚀和日凌中断现象。4）存在地面微波系统与卫星通信系统之间的互相干扰5）通信卫星暴露在空中，使得卫星的抗毁性差，保密性不好;。７．1.３卫星通信系统的组成与分类1,卫星通信系统的组成卫星通信系统由空间分系统、通信地球站、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统４大部分组成。通信卫星重要由天线分系统、通信分系统、电源分系统、跟踪遥测指令分系统和控制分系统5个分系统组成。7.１.４卫星通信的工作频段卫星通信频率范围一般选在微波波段（300MHz-30０GＨｚ）。７．2卫星通信中的电波传输损耗与噪声7.3卫星通信体制７.３．1卫星通信体制基本内容通信体制是指通信系统所采用的信号传输方式和信号互换方式，也就是根据信道条件及通信规定,在系统中采用的信号形式以及传输方式、互换方式等。卫星通信体制的基本内容涉及基带信号形式、中频调制制度、采用的多址方式和信道分派制度四个方面。数字卫星通信采用PSK、QPＳK和MSK等调制方式。7．3.2卫星通信中常用的多址方式