现代通信技术基础及应用 课件 第1、2章 走进通信与通信网、数字通信技术基础

《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备，认识不同设备的尺寸、性能及用途，并对不同设备进行分类，能够独立识别通信设备；（2）考察通信机房的布局及通信线路走向，总结通信机房设备及通信线路的设计安装要求，通信机房的操作管理规范及相关注意事项。（3）总结报告：撰写实训报告。目的要求：（1）通过考察运营商电信的业务类型，理解电信业务，对不同的电信业务有所了解；（2）通过考察运营商电信业务套餐，充分了解电信业务种类以及相应的资费政策，并对不同运营商进行对比分析。实施过程：（1）通过网络查询、营业厅调研及周边用户访问的方式，考察运营商的各种电信业务，并统计目前用户所用的电信业务的归属；（2）通过营业调研及周边用户走访，考察大家目前所用的主流套餐及相应的资费情况，并根据所属群体对不同运营商、不同职业、不同年龄等进行统计分析。（3）总结报告：撰写实训报告。实训一：参观通信机房项目二：考察电信业务1.6本章小结序号知识点内容1通信的基本概念消息、信息与信号的定义；信号的类型与特征。2通信系统的系统模型模拟通信系统与数字通信系统的组成及区别。3通信系统的性能指标模拟与数字通信系统的性能指标有效性、可靠信。4通信网络的组成及组

网结构通信系统的组成终端设备、传输链路及交换设备；通信网的拓扑结构，主要是星型网、网状网、复合网、蜂窝网、环型网和总线型网等。5我国通信电信业务分类通信电网业务分为基础电信业务（包含第一类基础电信业务和第二类基础电信业务）与增值电信业务。1.6本章习题1．简要说明消息、信息与信号的定义及关系。2．通信系统模型有模块组成？3．什么是模拟通信系统、数字通信系统，分别有什么

特点？4．若二进制信号的单个码元宽度为0.5ms，求传码率

和传信率

；若改为八进制，码元宽度不变，求

和

。5．简述我国电信发展现状及趋势。6．简述通信网络的分类及组网结构。7．电信业务分为哪两大类？5G移动电话和电子邮件属于哪一种业务？。感谢大家《现代通信技术基础及应用》第二章数字通信技术基础第九章信息安全技术12345数字通信概述信源编码多路复用与同步技术信道编码数字信号的基带传输6调制技术7数字通信系统案例8实训项目理解通信系统的基本组成与特点认识数字数据编码技术理解数字交换技术的原理及应用了解数据传输技术了解数字调制技术通过本章节的学习，形成对数字通信系统的体系化认识，树立全局观念科技是第一生产力，科技发展助推社会进步本章学习重点本章素养目标2本章摘要在数字通信初级阶段发展与电报技术发展相关。在1937年，A.H.里夫斯提出脉冲编码调制（PCM）,推动了模拟信号数字化进程，为数字通信奠定了基础。1946年，法国工程师DeLoraine提出增量脉码调制方式（DM），目的在于简化模拟信号的数字化方法。1947年，美国贝尔实验室研制出24路电子管脉码调制装置进行实验，证实实现脉冲编码调制的可行性。1950年，C.C.卡特勒提出DPCM编码,简称差值编码，可以提高编码频率。在1953年，研制出不用编码管的反馈比较型编码器，使输入信号的动态范围进一步扩大。在1962年，美国研制出晶体管24路1.544Mbit/s速率的PCM设备,广泛使用于市话网局间。1.通信初级阶段2．近代通信阶段2.1.1数字通信发展简史数字通信的发展利用电磁波通信的历史可大致划分为三个阶段，1837年通信初级阶段，此时期电报开始使用；1948年近代通信阶段，由香农提出信息论开始；80年代以后的现代通信阶段，光纤通信应用、综合业务数字网开始崛起。20世纪90年代，数字通信向超高速大容量长距离方向发展，高效编技术日益成熟，语声编码走向实用化，新的数字化智能终端进一步发展。随后，随着数字通信的应用范围与应用规模的扩大，新的应用业务如电子数据互换（EDI），多媒体通信等不断涌现。数字通信网路日益向高速、宽带、数字传输与综合利用的方向发展。与移动通信的发展相配合，移动式数据通信也获得迅速发展。同时随着网路与系统规模的不断扩大，不同类型的网路与系统的互连（也包括对互连网路的操作与管理）的已成必然。3.现代通信阶段2.1.2数字通信系统的组成数字通信传输消息的载体是数字信号，需要对载波进行数字调制后再进行传输。它可传输电报、数字数据等数字信号，也可传输经过数字化处理的语声和图像等模拟信号。如数字电话系统、数字电视信号传输系统、数字广播系统等，数字通信模型下图所示。信源与信宿位于通信系统的两端。信源：位于发送端，产生各种信息的信息源，负责将原始信息转换为电信号。信宿：位于接收端，负责接收信息，将电信号转换回原始信息。以电报通信为例，发报机作为信源，将携带了文字信息的摩尔斯码转换为脉冲信号发送出去，收报机作为信宿，将接收到的脉冲信号转换回摩尔斯码1.信源与信宿2.1.2数字通信系统的组成（1）发送器发送器对信源发出的信息转换成适合在传输系统中传输的信号，不同信源和传输系统，发送器具有不同的组成和信号变换功能，如对信息进行必要的检错和纠错编码、信息放大及信息加密等。（2）接收器负责将从信道上接收信号，进行检错纠错处理后，将信息转换为信宿可以接收的信息形式。其作用正好与发送器相反。2.发送器和接收器信道是信号的传输媒介，负责在发送器和接收器之间传输信号，信道的特性决定了信息在信道上的传输形式，信道的特性取决于传输媒介，因此按传输媒介进行分类可以将通信信道分为有线信道和无线信道。（1）有线信道有线信道的传输媒介为电话线、网线、光纤、同轴电缆等导线。（2）无线信道无线信道的传输媒介为自由空间的电磁波，在通信系统中主要用到了无线电波和光波。无线电波按波长可分为超长波、长波、中波、短波、超短波和微波。如WiFi主要使用UHF频段的2.4GHz微波和SHF频段的5GHz微波进行通信。微波和卫星通信使用SHF和EHF频段的7~38GHz微波进行通信。3.信道2.1.2数字通信系统的组成抗干扰能力强，传输质量高便于实现用户间的数据交换提高通信信道利用率传输安全性高、保密性好数字电路设备功耗低，集成度高数字通信系统的特点2.1.32.2信源编码信源编码是一种以提高通信有效性为目的而对信源符号进行的变换，或者说为了减少或消除信源冗余度而进行的信源符号变换。具体来说，通过某种方法，把信源输出符号序列变换为最短的码字序列，使后者的各码元所载荷的平均信息量最大，同时又能保证无失真地恢复原来的符号序列。可以把信源编码看做信息做“减法”的过程，提高了数字信号的有效性、经济性和速度，其最常见应用形式为压缩。莫尔斯电码是最原始的信源编码，ASCII码和电报码也都是信源编码。在现代通信应用中常见的信源编码方式有：Huffman编码、算术编码、L-Z编码，都属于无损编码。另外还有一些有损的编码方式。如果是模拟信源，需要采用模/数转换，将模拟信号数字化，再进行压缩编码，减少对传输带宽的占用。如GSM系统中先通过PCM编码将模拟语音信号转换成104kbps的二进制数字码流，再利用RPE-LTP算法对其进行压缩，最终输出13kbps的码流，压缩比为104/13，即8:1。2.2.1模拟信号的数字化处理抽样：把时间连续的模拟信号转换成时间上离散、幅度连续的抽样信号；量化：把时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散、幅度离散的数字信号；编码：将量化后的信号编码形成多位二进制码组成的码组表示抽样值，完成模拟信号到数字信号的转换。编码后的二进制码组经数字信道传输，在接收端，需经过译码和滤波，还原为模拟信号。通信系统中模拟信号数字化过程一般由ADC来完成，即模/数转换器，数字信号模拟化过程由DAC完成，即数/模转换器。模拟信号数字化处理包括三个过程：抽样、量化和编码，也称为脉冲编码调制（PCM）。2.2.2音频编码技术1．语音编码的性能指标根据音频编码技术目标，衡量一种音频编码技术的好坏的指标包括语音质量、编码速率、编解码延时和算法复杂度等，在不同场合要求下，侧重点不同。（1）语音质量语音的质量与语音的带宽有关，一般来说频率范围越宽，语音质量也就越高。（2）编码速率编码速率指模拟信号经过抽样、量化和编码之后产生的数字信号的信息传输速率，单位为比特/秒（bit/s）,也可以用“比特/样值”表示，比特/样值越大，即用越多的二进制位数表示一个样值，量化就越细，语音质量越容易提高，但相应地对传输速度、带宽、存储容量的要求也越高。（3）算法复杂度一般来说，编解码算法复杂度越高，相应提高语音质量或降低编码速率，但是却提高硬件实现的复杂度，增加硬件实现的可能性和成本。因此，在实际应用中，一般在保持一定语音质量的前提下尽可能降低运算。（4）编解码延时对语音信号的分帧处理以及复杂的算法会产生编解码延时。其与传输延时构成系统总延时音频编码技术的目标是在给定编码速率的条件下，用尽量小的编解码延时和算法复杂度，得到尽可能好的重建音频质量。2.2.2音频编码技术2．语音编码的分类根据编码器的实现机理，可将语音编码大致分为三类：波形编码、参量编码和混合编码。（1）波形编码波形编码是从语音信号波形出发，对波形的采样值、预测值或预测误差值进行编码。其以语音信号波形的重建为目的，使重建波形接近原始信号波形。常用的波形编码方法包括脉冲编码调制（PCM）、增量调制（DM）、自适应差分编码调制（ADPCM）、子带编码（SBC）、自适应变换编码（ATC）等。（2）参量编码参量编码通过对语音信号的某一特征参量的提取及编码，力图重建一个新的与原信号声音相似，但波形不尽相同的语音信号。线性预测编码（LPC）是最常用的语音编码方法。其主要用于移动通信系统等利用无线信道的通信设备中。该方法的优点是可懂度较高，但合成语音自然度不够好，抗背景噪声能力较差。（3）混合编码混合编码是在波形和参量编码的基础上提出来的，既克服了上述两种编码的弱点，又结合了它们的长处，能在中低速率上实现高质量的重建语音。常用的混合编码包括多脉冲线性预测编码（MP-LPC）、码激励线性预测编码（CELP）等。3．音频编码的应用GSM系统最初采用的音频编码算法称为RPE-LPT，即规则脉冲激励线性预测编码；3GWCDMA音频编码算法采用AMR-NB，NB指窄带，即窄带AMR；4GVoLTE音频编码算法采用AMR-WB（宽带AMR）编码方式。2.2.3图像编码技术1.图像编码的性能指标图像编码的性能指标主要包括压缩效率（压缩前后编码速率的比值）、压缩质量（指恢复图像的质量）、编解码算法的复杂度、编解码延时等。2.图像编码的分类根据编码过程是否存在信息损耗，图像编码可以分为有损压缩和无损压缩。根据恢复图像的准确度，可以分为信息保持编码（主要应用于图像的数字存储，属于无损压缩）、保真度编码（主要应用于数字电视技术和多媒体通信领域，属于有损压缩）、特征提取编码（主要应用于图像识别、分析和分类，属于有损编码）。根据图像压缩的实现方式，可以分为变换编码（如离散傅里叶变换）、概率匹配编码（如霍夫曼编码）、预测编码（如DPCM）等。对图像进行压缩编码之前，首先需要对图像信号进行抽样和量化。由于静止图像信号是二维的，通常采用等间隔的点阵抽样方式，即在x方向上取M点，在y方向上取N点，读取整个图像函数空间内M×N个离散点的值，从而得到一个用样点值所表示的阵列。图像量化的基本要求为在量化噪声足够小的前提下，用最少的量化电平进行量化。由于图像数据量大、占用频带较宽，得到的各个像素点之间不独立，图像信号经过抽样、量化后，得到的数字图像中各个像素彼此之间的相关性很大。因此图像压缩编码的核心思想是消除像素点间数据的相关性，同时利用人眼的视觉生理特征和图像的概率统计模型进行自适应量化编码。2.3多路复用与同步技术在数字通信系统中，为了提高线路利用率，在同一信道上传输互不干扰的多路信号的通信方式，称为多路复用。多路复用技术解决多路信号组合在一条物理信道上进行传输的问题。频分多路复用指在物理信道上按照频率区分信号，具体来讲，当物理信道的频率带宽大大超过单一原始信号所需要的带宽的情况下，可以将物理信道的总带宽分割成多个与传输单个信号带宽相同（略宽）的子信道，每个信道传输一路信号。多路原始信号在频分复用前，先要通过频谱搬移技术将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，使各信号的带宽不相互重叠。1.频分多路复用（FDM）2.3.1多路复用技术若物理信道能够达到的位传输速率超过各路信号源所要求的的数据传输速率，可以采用时分多路复用技术。时分多路复用是将一条物理信道按时间分为若干时间片（时隙）轮流地给多个信号使用，每一时间片（时隙）由复用的一个信号占用，这样可以在一条物理信道上传输多个数字信号。2．时分多路复用（TDM）2.3.1多路复用技术波分复用（WDM）是将两种或多种不同光波长信号在发送端经复用器（在WDM系统中亦称合波器）汇合，耦合到光线路的同一根光纤中各自传输信息的技术；在接收端经解复用器（分波器）分离出不同波长的光信号。实际就是将电的频分多路复用技术用于光纤信道，区别在于WDM使用光调制解调设备将不同信道的信号调制成不同波长的光，并复用到光纤通道上，在接收端使用波分设备分离出不同的波长的光。3．波分多路复用（WDM）2.3.1多路复用技术码分多路复用技术是用一组包含互相正交的码字的码组携带多路信号，各路信号的码元采用不同的编码，发送端各路信号可以占用全部频带，在同一时间发送，靠信号的不同波形来区分各个用户，抗干扰性强。在接收端，只能用相匹配的接收机才能识别出相符合的信号，不同码型的信号因为接收机本地产生的码型不同而不能被解调，此时这些信号相当于噪声和干扰信号。码分多路复用技术主要用于无线通信系统，特别是移动通信系统。它不仅可以提高通信的话音质量和数据传输的可靠性以及减少干扰对通信的影响，而且增大了通信系统的容量。4.码分多路复用（CDM）2.3.1多路复用技术在复接过程中各支路的数字信号在高次群中有3种复接方法（1）按位复接按位复接每次只依次复接每个支路的一位码，所以又称为比特复接。即复接高速流依次取各支路的第1位码后，再循环取各支路以后的各位码。（2）按路复接对于PCM基群而言，一个路时隙有8bit，复接时先将8bit寄存起来，在规定时间内8bit一次复接，即依次取各支路的一时隙（8bit）以后．再循环取各支路以后的各个时隙。（3）按帧复接按帧复接是指每次复接一个支路的一帧数码，即各路的第一帧依次取过以后，再循环取以后的各个帧。1．数字复接方法2.3.2数字复接技术按照复接时各低次群时钟的情况，复接方式可分为同步复接、异步复接与准同步复接。（1）同步复接同步复接方式中各个输入支路的时钟统一由同一个时钟提供，即指各个支路的时钟频率完全相同的复接方式。（2）异步复接异步复接指复接信号时钟不是同时钟源、且没有统一的标称频率或相应的数量关系的各个支路进行复接的复接方式。（3）准同步复接准同步复接是指参与复接的各个低次群时钟异源，但各支路的时钟在一定的容差范围内。该方式在复接前必须将各支路的码速都调整到规定值后才能复接，是目前使用最广泛的一种复接方式2．数字复接方式2.3.2数字复接技术国际电信联盟（ITU）推荐了两类数字速率系列和数字复接等级，如表所示。3．数字复接系列2.3.2数字复接技术同步指使系统的收发两端步调在时间和频率保持一致。（1） 载波同步载波同步用于数字调制系统的相干解调中，相干解调需要在接收端恢复出与发送端载波同频并与其相位保持某种特定关系的相干载波，在接收端获得这一载波的过程称为载波同步。载波同步是实现相干解调的首要条件。（2） 位同步位同步也称为比特同步或码元同步，比特是数据传输的最小单位，如二进制数字系统中的“0”和“1”，分别占用一比特单位。位同步指收发双方的位定时脉冲信号频率相等且相位符合某种特定关系。（3） 帧同步帧同步也称为群同步，帧同步指通信双方的帧定时信号频率相等且相位符合某种特定关系。（4）网同步网同步指通信网各节点的时钟频率相等，即节点时钟同步。1．同步的概念及分类2.3.3同步技术按传输同步信息方式的不同，同步方式可分为外同步法和自同步法。（1） 外同步法外同步法由发送端传输独立的同步信号，因此要付出额外的功率及占用一定的频带资源，一般应用在帧同步中。（2） 自同步法在自同步法中，发送端不需要专门发送同步信息，同步信息由接收端设法从所收的信号中提取，因此不需要付出额外的功率。该方法多用于载波同步中。2.同步方式2.3.3同步技术2.4.1信道编码信道编码，也被叫做差错控制编码，是目前现代通信当中的基础。由于在实际信道中的传输特性影响，及不可避免的噪声和干扰，发送的码字和接收的码字之间不可避免存在差异及发生错误，影响传输系统的可靠性。信道编码的目的是改善通信系统的传输质量，提高系统可靠性。基本思想是根据一定的规则在要传输的信息码中增加一些冗余符号，即对传输信号做“加法”的过程，以保证传输过程的可靠性。信道编码的任务是构造具有最小冗余成本的“良好代码”，以获得最大的抗干扰性能。通过信道编码，对传输数据流进行相应的处理，使得系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力，极大避免误码的发生，因此也称为差错控制。（1） 按照编码的不同功能进行分类检错码：能发现错误，能检错但无纠错能力纠错码：能检测错误同时还具有纠正误码的能力纠删码：具有纠错功能，同时对不可纠正的码元进行简单的删除（2） 按照信息码元和附加监督码元之间的检验关系分类线性码：两者之间的关系为线性关系（即满足一组线性方程）非线性码：两者之间无线性关系（3） 按照信息码元和附加监督码元之间的约束关系分类分组码：监督码元仅与本组的信息有关。卷积码：监督码元与本组信息有关，也与之前码组的信息有约束关系，各组信息具有相关性，其性能优于分组码。（4） 按信息码元在编码前后原形式是否保持分类系统码：信息码元和监督码元在分组内有确定的位置，原形式保持。非系统码：信息码元改变了原来的信号形式，信息位发生了改变，给观察和译码带来麻烦，较少应用。1.差错控制编码的分类2.4.2差错控制编码常用的差错控制方式主要有四种，分别为前向纠错（FEC）、检错重发（ARQ）、反馈校验（IRQ）和混合纠错（HEC）。（1）前向纠错（FEC）发送端对信息码元进行编码处理，使发送的码组具备纠错能力，接收端经译码能自动发现并纠正传输中出现的错误，因此该方式不需要反向信道。（2）检错重发（ARQ）发送端经过编码后发出能够检错的码组，接收端收到后，若检测出错误，则通过反向信道通知发送端重发，发送端将信息再次重发，直至接收端确认收到正确信息为止。（3）反馈校验（IRQ）方式反馈校验方式下，接收端将收到的信息码元原封不动地转发回发送端，发送端与发送的码元相比较。若发现错误，发送端再进行重发。（4）混合纠错（HEC）混合纠错是FEC和ARQ两种方式的结合，在错误较少时，具备自动纠错能力，当错误超出纠错范围时，进行重发2．差错控制方式2.4.2差错控制编码基带是指消息转换而来的原始信号所占有的频带，未对基带信号的频谱进行搬移的传输方式称为基带传输。基带传输一般用于工业生产中，是一种很老的传输方式。从数字终端产生的未对载波调制的待传信号称为基带信号，用基带信号直接在通信网络中进行传输称为基带传输。基带信号的频率一般较低，所包含的频谱成分很快，其高限频率和低限频率之比通常远大于1，但用于基带传输的信道是有限的，因此需将信号的带宽限制在某一范围内。相对的，将基带信号的频谱搬移到较高的频带，即用基带信号对载波进行调制后再进行传输，则称为通带传输。选用基带传输或通带传输，与信道的适用频带有关。基带传输系统的组成主要由码波形变换器、发送滤波器、信道、接收滤波器和取样判决器等5个功能电路组成2.5.1基带传输的基本概念在基带传输系统中，传输码型由码波形变换器产生。（1）归零码及不归零码归零码编码方法是用窄脉冲代表“1”码，无脉冲代表“0”码；不归零码是在一个码周期内维持一种电平，如高电平代表“1”，低电平代表“0”。（2）传号差分码传号差分码编码方法是用电平的变化来代表“1”(称“1”为传号)，电平不变代表“0”。差分码用于信号传输中高低电平会反转的场合。（3）双相码双相码又称分相码或曼彻斯特码，用10组合代表“1”，01组合代表“0”。双相码的优点是没有直流分量，可用要求不高的交流耦合电路；0与1过渡频繁，有利于恢复定时信号等。缺点是传输码速加倍，所需频带加宽。（4）传号交替反转码（AMI）用窄的正脉冲或负脉冲代表“1”，无脉冲代表“0”，正、负脉冲交替出现。交替传号反转码的优点是没有直流分量，可利用正、负脉冲交替规律来监视误码；缺点是处于长“0”时，恢复定时信号困难。2.5.2基带传输的常用码型码间干扰指由于信道特性不理想，波形失真比较严重时，可能出现前面几个码元的波形同时串到后面，对后面某一个码元的抽样判决产生影响。眼图对于展示数字信号传输系统的性能提供了很多有用的信息：可以看出码间串扰的大小和噪声的强弱。眼图“眼睛”张开的大小反映着码间串扰的强弱。“眼睛”张的越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大。1．码间串扰2.5.3眼图为了定性测量系统的性能衡量基带传输系统的性能优劣，通常用示波器观察接收信号波形的方法来分析码间串扰和噪声对系统性能的影响，这就是眼图分析法。眼图是一系列数字信号在示波器上累积而显示的图形可以用示波器观测到信号的眼图，通过眼图可以获取到的信息如下：（1）最佳抽样时刻应在“眼睛”张开最大的时刻。（2）对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定。斜率越大，对定时误差就越灵敏。（3）在抽样时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂直高度，表示最大信号畸变。（4）眼图中央的横轴位置应对应判决门限电平。（5）在抽样时刻上，上下两分支离门限最近的一根线迹至门限的距离表示各相应电平的噪声容限，噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决。（6）对于利用信号过零点取平均来得到定时信息的接收系统，眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示零点位置的变动范围，这个变动范围的大小对提取定时信息有重要的影响。2．眼图形成原理2.5.3眼图无线通信是用空间辐射的方式传送信号的，由电磁波理论可以知道：天线尺寸为被辐射信号波长的十分之一甚至更大，信号才能被有效地辐射。如果不经过调制直接在空间发送这个单音信号，需要的天线尺寸至少要几公里，显然，实际上根本不会制造出这样的天线来传输单音信号。通过调制将较低信号频谱搬移到较高的频率范围，这样天线尺寸更小，信号很容易以电磁波形式辐射出去。1．无线通信2.6.1调制的作用调制是对信号源的编码信息进行处理，使其适合信道传输的过程。实质是将基带信号的频谱搬移至适合传输的频带上，同时提高信号的抗干扰能力。反之，解调是将被搬移信号的频谱恢复回原始基带信号的过程。调制和解调是各类通信系统的主要技术。在通信技术中，载波指一个用来搭载原始信号（信息）的信号，其不含任何有用信息，用来控制高频载波参数的基带信号称为调制信号；被调制信号调制过的高频电振荡称为已调波或已调信号。有线通信要通过调制将信号频谱搬移到合适的频率范围内，以满足有线信道的频率要求。以电话通信为例。电话线允许频率低于3400Hz的信号直接通过。电话和传数据（上网）不能同时进行。此时可以利用调制技术，电话线的低频部分仍然传送话音，数据调制至高频部分进行传送，互不干扰。实际上ADSL就是这么做的。2．有线通信（1）调制方式按照调制信号的性质分为模拟调制和数字调制模拟调制：调幅（AM）、调频（FM）和调相（PM）数字调制：振幅键控（ASK）、移频键控（FSK）、移相键控（PSK）和差分移相键控(DPSK）等。（2）按照载波的形式分为连续波调制和脉冲调制脉冲调制：脉幅调制（PAM）、脉宽调制（PWM）、脉频调制（PFM）、脉位调制（PPM）、脉码调制（PCM）和增量调制（ΔM）。（3）按照传输特性，调制方式分为线性调制和非线性调制。广义的线性调制，是指已调波中被调参数随调制信号成线性变化的调制过程。狭义的线性调制，是指把调制信号的频谱搬移到载波频率两侧而成为上、下边带的调制过程。此时只改变频谱中各分量的频率，但不改变各分量振幅的相对比例，使上边带的频谱结构与调制信号的频谱相同，下边带的频谱结构则是调制信号频谱的镜像。狭义的线性调制有调幅（AM）、抑制载波的双边带调制（DSB-SC）和单边带调制(SSB）。非线性调制包含频率调制（FM）及相位调制（PM）。现代数字调制技术有正交幅度调制（QAM）、高斯最小频移键控（GMSK）调制及正交频分复用（OFAM）等。2.6.2调制方式2.7

数字通信系统案例案例：某智慧小区项目案例某智慧小区项目总建筑面积约95.8万㎡，总投资19.6亿元，建设包含54栋住宅、12栋商业楼、1栋创业中心和社区服务中心、幼儿园等，是全国最大的采用产业化方式建造的住宅小区项目，如图2.17所示。该项目由某地产B、C两个地块，建设方为保证项目质量及品质，分别在前期土建、管路、弱电系统等方案设计论证，中期施工及后期验收阶段均保证最高标准，严格要求每一个环节，保证向业主交付精品工程。某地产B、C地块智能化系统包含综合布线系统、计算机网络系统、数字视频监控系统、楼宇对讲系统、背景音乐系统、停车场车牌识别系统、周界电子脉冲围栏系统、红外入侵报警系统、信息发布系统、电子巡更系统、电梯五方通话(仅布线)系统、UPS电源系统、强电消防巡检系统、机房建设等系统。2.7.2项目需求案例：某智慧小区项目案例该项目智能化方案前期设计中，视频监控系统、楼宇对讲系统、背景音乐系统、信息发布系统、停车场车牌识别系统均采用业界最先进的数字化方案，通过统一的网络系统承载各子系统的数据传输，除节省传输环节线材、管路及人工外，更有利于智能化系统统一界面管理，实现各子系统互相联动，进而提高物业日常运营管理效率，降低管理人员操作难度等；此次项目中所涉及B、C两个地块的所有楼栋。主要提供1层室外走道、公共活动场所、绿地区域、各楼栋单元电梯间、电梯轿厢、负1层停车场等区域的实时视频监控、楼宇对讲系统、背景音乐系统、信息发布系统、停车场车牌识别系统，通过科技手段为主的技防和以人为主的人防相结合，进一步加强该住宅区信息化建设，提升管理服务水平。一套好的视频监控系统对于现时代住宅小区日常管理、业主日常生活是至关重要的。因此，地产开发商经过众多方案比较后选择PoE供电传输技术为主的网络系统方案。2.7.3项目解决方案该监控网络方案分为核心、汇聚、接入三级网络架构，核心层由1台RZ7000-6P-SC小区网核心交换机，配备2块主控引擎板卡、1块RZ70-24GS8TS、1块RZ70-24GT8TS业务板卡组成，做核心数据集中交换。汇聚层采用RZ4400-48D-8T上联万兆三层交换机做每栋楼视频数据汇聚及转发节点，同时也用于楼宇对讲系统的单元门口机及部分室内机接入、公共广播系统的汇聚设备；通过每栋楼布设到监控机房的光纤光缆，将各种数据传输至核心层设备。接入层采用HR-SPL3110-2F、HR-SPL3122-2C2F、HR-SPL3130-2C2F全千兆管理型PoE智能运维交换机，通过国标超5类双绞线给前端海康威视200万半球、400万枪机及高速球机等设备供电及传输数据。所有监控设备由海康NVR进行统一管理存储、视频转发及解码上墙。网络运维管理方面，优力普智能标识运维系统提供了智能开局，LCD可视，智能运维，移动运维四大核心功能。能够减少该项目智能化系统日常管理维护的工作量，降低技术门槛，提高运维管理效率，提升用户满意度，满足了甲方提出的多项需求。2.7.3项目解决方案优力普（三代）可视PoE交换机具备超长距离300米10Mbps供电传输技术（采用配套专用线可达360米），增大网络覆盖范围。PD-Alive掉线自连功能，实时检测网络连接情况，开启“掉线自连”功能后，能够及时自动重启掉线设备，极大地降低网络维护成本。PoE交换机配合PoE门禁供电模块直接为门禁主机、磁力锁及开门按钮供电和传输信号，极大的简化了门禁系统的部署施工，同时降低成本。2.7.3项目解决方案小区组网拓扑结构2.7.4项目优势及成效案例：某智慧小区项目案例智能标识管理系统系统特点优势如下。1）全网设备统一运维管理，全景拓扑自动生成。小区智能化系统子系统多、终端种类繁杂、网络规模庞大。智能标识管理系统提供多系统统一管理，一张物理网络承载计算机网、通信网、设备网，业务逻辑隔离，平台自带网闸功能，在保障内网安全前提下，实现多网统一管理，节省投资成本。运维平台自动生成网络拓扑，全网架构清晰可见，故障快速精准定位。2）基于统一的信息集成平台，实现数据信息一体化、运行监控一体化、维护管理一体化。通过统一管理平台对小区内基础网络设备状态进行实时监测，防患设备故障隐患，提高小区管理效率，使整体系统具有信息汇聚、资源共享及协同管理的综合应用功能；并具有为小区主体业务提供高效的信息化运行服务及完善的支持辅助功能。2.7.5项目推荐机型案例：某智慧小区项目案例（1）RZ7000-6P-SC园区网核心交换机（2）RZ4400-48D-8T上联万兆三层交换机（3）HR-SPL3110-2F、HR-SPL3122-2C2F、HR-SPL3130-2C2F全千兆管理型PoE智能运维交换机9.5实训项目1.目的要求：（1）了解常用信号的波形及特点；（2）了解常用信号的相关参数。2.实训准备：（1）函数信号发