现代通信技术基础及应用 课件 第1章 走进通信与通信网

《现代通信技术基础及应用》第一章

走进通信与通信网第一章走进通信与通信网12345通信的基本概念通信的发展史

通信网络的组成电信业务分类实训项目通信的基本概念与通信系统模型国内及国际通信的发展历史通信网的分类及组网结构电信业务分类认识通信，使学生了解通信的相关知识，增强学生的通信意识，这些基本概念是学习和理解通信技术与原理的基础。本章学习重点本章素养目标1本章摘要消息（message）关于人或事物情况的报到，是通信系统有待于传输的对象，它来自于信源且有多种表现形式，如数据、文本、声音、图像、符号、温度等，各种形态可以相互转化，例如，声音被手机接收，就转为数据，在网络中进行传输。信息（information）无所不在，它存在于自然界和人类社会的任何事物的运动和变化中，可以被认知主体（生物或机器）获取和利用。信号（signal）是运载消息的工具，信息的物理载体。从广义上讲，它包含光信号、声信号和电信号。例如，古代人利用烽火台产生的狼烟，向远方军队传递军情，这属于光信号；当大家上课交流时，声波传递到同学们的耳朵，这属于声信号；日常生活中，各种无线电波、通信电话网中的电流等，都可以用来传递各种消息，这属于电信号。在通信网络中信号以电（或光）的形式进行处理和传输，电信号常用的形式是电流、电压与电磁波等。1.消息、信息与信号2．信号类型与特征1.1.1通信基本概念模拟信号

数字信号模拟信号数字信号特征：信号的幅度随时间作连续的、随机的变化，信号的取值是连续的。例如：手机送出的语音信号，照相机输出的图像信号等。特征：信号的幅度随时间的变化只具有离散的、有限的状态，信号的取值是离散的。例如：计算机、传真机输出的信号。从总体上看，通信系统包括发送端（信源、发送设备）、信道、接收端（接收设备、信宿）组成。信源（informationsource即信息源，是消息（或信息）的发源地，其核心器件是输入传感器。发送设备（transitter）将信源产生的信号进行处理和变换，转换成适合在信道中传输的信号。信道（channel）是指用于传输信号的各种物理介质。接收设备（receiver）与发送设备的功能相反，即把收到的信号进行放大和反变换（如译码、解调等），其目的是从受到减损的接收信号中恢复出原始的消息信号。信宿（destination）是信息传输的目的地。其功能与信源相反，即把电信号还原城原始信号。噪声源（noisesource）是客观存在的，信道中的噪声以及通信系统其他各处噪声的集中表示。1.通信系统基本模型1.1.2通信系统模型信源发出的信息经调制器变换处理后，送往信道上传输的是模拟信号的通信系统就称为模拟通信系统。在接收端解调器进行反变换，并送达信宿。应该指出，除正反变换外，实际通信系统中一般还有滤波、放大、天线辐射等信号处理过程。但是，上述两种变换起主要作用，而其他处理只是对信号进行波形或性能上的改善，不会使信号发生质的变化。2.模拟通信系统模型1.1.2通信系统模型对照模型可知，这里的发送设备包括信源编码、信道编码和调制器，接收设备的位置与发送设备相对应，功能相反。各单元的主要功能如下：信源编码有两个基本功能。一是进行模/数（A/D）转换，即将模拟信号编码成数字信号；二是去除冗余（多余）信息，以提高传输的有效性。解码（译码）是编码的逆过程。信道编码的作用是进行差错控制。信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督码元），组成所谓的“抗干扰编码”。接收端的信道译码器按相应的规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性。调制的本质及原理，数字和模拟相似，都是把基带信号（这里是数字基带信号）加载到高频载波上。解调是调制的逆过程。3.数字通信系统模型1.1.2通信系统模型有效性模拟通信系统的有效性可以用有效传输频带来度量。同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带带宽，如单边带信号占用的带宽仅为4kHz，双边带信号则需要8kHz，因此在一定的信道带宽内，采用单边带方式进行复用的信号路数要比双边带多出一倍，说明单边带方式的有效性好。可以看出信号占用的传输带宽越小，通信系统的有效性就越好。可靠性模拟通信系统的可靠性常用接收端最终输出信噪比来度量。不同调制方式在同样信道信噪比下所得到的最终解调后的信噪比是不同的。如调频系统的可靠性通常比调幅系统的好，但调频信号占用的带宽比调幅信号的宽。所以可靠性与有效性总是一对矛盾。1.模拟通信系统的性能指标2．计算机安全阶段1.1.3通信系统指标数字信号的传输带宽取决于码元速率，而码元速率和信息速率有着确定的关系。有效性码元速率简称传码率，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），所以也称波特率。设码元宽度为，则码元速率可表示为：

（Baud）

数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，只有传输的码元宽度T有关。信息速率简称传信率

，又称比特率等。它表示单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位是比特/秒（bit/s），可记为b/s、bps（bitpersecond）。

一个二进制码携带1bit的信息量（等概率传输），一个

进制码元携带

比特的信息量（等概率传输），所以码元速率和信息速率存在一下确定的关系，即：

2.数字通信系统的性能指标2．计算机安全阶段1.1.3通信系统指标

（bit/s）频带利用率是指单位频带内的码元传输速率，可表示为：

（baud/Hz）数字信号的传输带宽取决于码元速率

，而码元速率和信息速率

有着确定的关系。数字信号的传输带宽取决于码元速率，而码元速率和信息速率有着确定的关系。可靠性误码率（码元差错率）

是指发生差错的码元数在传输总码元数中所占的比例，即码元在传输过程中被传错的概率。

越小，说明传输的可靠性越高。可表示为：

=

误信率（信息差错率）

是指发生差错的比特数在传输总比特数中所占的比例，即错误接收的比特数在传输总比特数中所占的比例。可表示为：

2.数字通信系统的性能指标2．计算机安全阶段1.1.3通信系统指标=显然，对于二进制系统，有

=。影响通信发展的重要事件1.2.1通信发展史-通信发展历程重要事件时间主要贡献者话筒接力传送语音信息1796休斯电报技术1837莫尔斯、希林、库克电磁场理论1864麦克斯韦有线电话（模拟电话的先驱）1876贝尔、格雷证明电磁波的存在1887赫兹无线电通信技术（微波、卫星通信）1896波波夫、马可尼、克拉克数据传输理论1928奈奎斯特调频技术1933阿姆斯特朗脉冲编码调制（PCM）1937里夫斯数字通信理论（信噪比-传输速率）1948香农光纤通信1966高锟蜂窝移动通信系统1978贝尔实验室目前，通信技术和通信产业伴随着计算机技术、传感技术、遥控遥测遥感和微处理等技术的发展和相互融合，以及人类社会和社会的需求，正在或已经向着数字化、智能化、高速与宽带化、网络与综合化、移动与个人化等方向飞速发展。1.2.2通信发展史-我国通信发展现状固定电话机的演进移动电话机的演进

目前电信网、计算机网和广播电视网三大网络通过技术升级与改造，已完成三网融合，能够提供包括语音、数据、视频、AI等多种综合多媒体的通信业务。中国通信网络发生了巨大变化，无论是网络规划，还是用户数量，都取得了长足的发展，基础电信网、计算机网和广播电视网已经渗透到全国各处，网络规模得到巨大提升。1.2.3通信发展史-我国通信发展趋势5G网络将全面升级，全球5G技术和标准发展将从Rel-18（5G-Advanced的第一个版本）进入新的历史阶段。5G专网发展将从“网随业动”走向“网业融通”。加大下一代光网络核心技术研发投入，加强全光网络关键技术协同创新，加快千兆光网建设升级，持续探索千兆建网、千兆体验、千兆运维的标准，实施精准的网络规划、部署及运维，挖掘新的商业模式，提供高品质服务。持续优化IPv6网络质量，提升网络终端对IPv6的支持能力，优化IPv6网络路由、提升网络性能、改善服务质量，加快存量智能网关的IPv6升级，推动数据中心、CDN、云服务平台加快IPv6改造升级。物联网发展从“数字化”向“智能化”转变。在海量数据基础上的大数据计算和挖掘会成为物联网发展的一个重要趋势。多元算力需求推动算力基础设施规模大幅增长。

1.3.1通信网络的组成-通信网的概念

在分处异地的用户之间传递信息的系统。属于电磁系统的也称电信网。它是由相互依存、相互制约的许多要素所组成的一个有机整体，以完成规定的功能。通信网的功能就是要适应用户呼叫的需要，以用户满意的程度沟通网中任意两个或多个用户之间的信息。

通信网的特点是通信双方既可以进行语音的交流，也可以交换和共享数据信息；通信网络是社会的神经系统，已成为社会活动的主要机选之一，人们希望传递信息安全、可靠；通信网络配有强大功能的通信终端，可为用户提供方便的使用，可以进行富有感情色彩的多媒体信息交流，拉进了人们之间的距离。按信道所传输的信号模拟通信按传输方式基带传输按服务范围本地通信网按传输介质按业务类型电话网按工作频段长波、中波、微波及远红外通信等1.3.2通信网络的组成-通信网的分类通信系统可以从不同角度进行分类数字通信数字通信有线通信无线通信带通传输广播电视网数据通信网长途通信网国际通信网1.3.2通信网络的组成-通信网的分类无线通信波段划分及主要用途终端设备典型的终端设备有电话机、电报机、移动电话机、无线寻呼机、数据终端机、微计算机、传真机、电视机等。传输链路交换设备电话交换机、电报交换机、数据交换机、移动电话交换机、分组交换机、ATM交换机、宽带交换机等。无线电：短波、超短波、微波等；有线点：架空明线、电缆、同轴电缆、光缆、海底电缆等。1.3.3通信网络的组成-电信系统的构成1.3.4通信网的组网结构通信网拓扑结构形式星状网网状网复合网蜂窝网环形网总线型网1.3.4通信网的组网结构

星状网

网状网

复合网星型网又称为辐射制，在地区中心设置一个中心通信点，地区内的其他通信点都与中心通信点有直达电路，而其他通信点之间的通信都经中心通信点转接。适用于通信点比较分散，距离远，相互之间通信量不大，且大部分通信是中心通信点和其他通信点之间的往来情况。网状网又称为点点相连制，网中任何两个节点之间都有直达链路相连接，在通信建立的过程中，不需任何形式的转接。网状网适用于通信节点数较少而相互间通信量较大的情况。复合网吸取了网状网和星型网二者的优点，比较经济合理，且有一定的可靠性，是通信网的基本结构形式。通信网拓扑结构形式1.3.4通信网的组网结构

环状网

总线型网

蜂窝网环型网的特点是结构简单，实现容易。而且由于可以釆用自愈环对网络进行自动保护，所以其稳定性比较高。总线型网是所有节点都连接在一个公共传输通道——总线上，这种网络结构需要的传输链路少，增减节点比较方便，但稳定性较差，网络范围也受到限制。蜂窝网是移动通信网的网络拓扑结构形式，形状为正六边形，连在一起，像蜂窝形状。通信网拓扑结构形式1.3.4通信网的组网结构业务网负责向用户提供各种通信业务，如语音、传真、数据、多媒体、租用线、VPN等，是现代通信网的主体。目前现代通信网提供的业务网主要有公用电话网、数字数据通信网、移动通信网、智能网、互联网等。传送网独立于具体业务网，负责按需为交换节点/业务节点之间的互连分配电路，为节点之间信息传递提供透明传输通道，它还具有电路调度、网络性能监视、故障切换等相应的管理功能。支撑网是现代通信网运行的支撑系统，支撑网中传递相应的监测和控制信号，包括公共信道信令网、同步网、管理网。通信网的分层信令网一般由信令点（SP）、信令转接点（STP）和信令链路组成。同步网负责网络时钟同步、帧同步以及全网的网同步。管理网为保持通信网正常运行和服务，对其进行有效的管理所建立的软、硬件系统和组织体系的总称。1.3.4通信网的组网结构通信网的分层：支撑网信令网一般由信令点（SP）、信令转接点（STP）和信令链路组成。同步网负责网络时钟同步、帧同步以及全网的网同步。管理网为保持通信网正常运行和服务，对其进行有效的管理所建立的软、硬件系统和组织体系的总称。1.4电信业务分类1.4.1基础电信业务-第一类-固定移动通信业务固定网本地电话业务固定网本地电话业务是指通过本地电话网（包括ISDN网）在同一个长途电话编号区范围内提供的电话业务。固定网国内长途电话业务固定网国内长途电话业务是指通过长途电话网（包括ISDN网）、在不同“长途编号”区，即不同的本地电话网之间提供的电话业务。固定网国际长途电话业务固定网国际长途电话业务是指国家之间或国家与地区之间，通过国际电话网络（包括ISDN网）提供的国际电话业务。国际通信设施服务业务国际通信设施是指用于实现国际通信业务所需的地面传输网络和网络元素。国际通信设施服务业务是指建设并出租、出售国际通信设施的业务。

固定通信是指固定终端设备与网络设备之间主要通过电缆或光缆等线路固定连接起来，进而实现的用户间相互通信，其主要特征是终端的不可移动性或有限移动性，如普通电话机、IP电话终端、传真机、联网计算机等电话网和数据网终端设备。固定通信业务在此特指固定电话网通信业务和国际通信设施服务业务。蜂窝移动通信业务蜂窝移动通信是采用蜂窝无线组网方式，在终端和网络设备之间通过无线通道连接起来，进而实现用户在活动中可相互通信。第一类卫星通信业务卫星通信业务是指经过通信卫星和地球站组成的卫星通信网络提供的话音、数据、视频图像等业务。第一类包括卫星移动通信业务、卫星国际专线业务。第一类数据通信业务数据通信业务是通过因特网、帧中继、ATM、X.25分组交换网、DDN等网络提供的各类数据传送业务。第一类数据通信业务包括：因特网数据传送业务、国际数据通信业务、公众电报和用户电报业务。1.4.1基础电信业务-第一类-其它通信业务集群通信业务是指利用具有信道共用和动态分配等技术特点的集群通信系统组成的集群通信共网，为多个部门、单位等集团用户提供的专用指挥调度等通信业务。第二类卫星通信业务第二类卫星通信业务包括：卫星转发器出租、出售业务、国内甚小口径终端地球站（VSAT）通信业务。无线寻呼业务是指利用大区制无线寻呼系统，在无线寻呼频点上，系统中心（包括寻呼中心和基站）以采用广播方式向终端单向传递信息的业务。第二类数据通信业务第二类数据通信业务包括：固定网国内数据传送业务、无线数据传送业务。国内通信设施服务业务是指用于实现国内通信业务所需的地面传输网络和网络元素。国内通信设施服务业务是指建设并出租、出售国内通信设施的业务。1.4.2基础电信业务-第二类数据处理与交易处理01国内多方通信服务业务02因特网虚拟专用网业务03因特网数据中心业务04是指利用各种与通信网络相连的数据与交易/事务处理应用平台，通过通信网络为用户提供在线数据处理和交易/事务处理的业务。是指通过通信网络实现国内两点或多点之间实时的交互式或点播式的话音、图像通信服务。是指经营者利用自有的或租用公用因特网网络资源，采用TCP/IP协议，为国内用户定制因特网闭合用户群网络的服务。是指利用相应的机房设施，以外包出租的方式为用户的服务器等因特网或其他网络的相关设备提供放置、代理维护、系统配置及管理服务。1.4.3增值电信业务-第一类是指利用存储转发机制为用户提供信息发送的业务。语音信箱、X.400电子邮件、传真存储转发等属于存储转发类业务。存储转发类业务是指利用接入服务器和相应的软硬件资源建立业务节点，并利用公用电信基础设施将业务节点与因特网骨干网相连接，为各类用户提供接入因特网的服务。因特网接入服务业务是指通过信息采集、开发、处理和信息平台的建设，通过固定网、移动网或因特网等公众通信网络直接向终端用户提供语音信息服务（声讯服务）或在线信息和数据检索等信息服务的业务。。。信息服务业务是指受企事业单位委托，通过固定网、移动网或因特网等公众通信网络向用户提供有关该企事业单位的业务咨询、信息咨询和数据查询等服务。呼叫中心业务1.4.3增值电信业务-第二类1.5实训项目目的要求：（1）认识通信机房的电源设备、传输设备、交换设备及无线主设备；（2）考察通信机房内设备布局、认识通信线路及对应配套设施。实施过程：（1）参观运营商或通信实验室机房设