數(shù)字通信系統(tǒng)概述.ppt

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數(shù)字通信技術(shù)第2版,主編,第1章數(shù)字通信系統(tǒng)概述,1)通信系統(tǒng)的基本組成與一般模型；2)信息與信號的基本概念；3)數(shù)字通信的特點；4)信道的概念；5)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)；6)通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)；7)通信技術(shù)的發(fā)展趨勢。1.1通信系統(tǒng)及其特征1.1.1通信系統(tǒng)的一般模型1.1.2模擬通信和數(shù)字通信系統(tǒng)模型1.2信息與信號的概念,第1章數(shù)字通信系統(tǒng)概述,1.2.1基帶信號與頻帶信號1.2.2數(shù)字信號與模擬信號1.3數(shù)字通信1.3.1數(shù)字通信系統(tǒng)1.3.2數(shù)字通信的特點1.3.3數(shù)據(jù)通信1.4信道1.4.1有線信道1.4.2無線信道1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)1.6通信網(wǎng)簡介,第1章數(shù)字通信系統(tǒng)概述,1.6.1通信網(wǎng)的組成1.6.2通信網(wǎng)的分類1.6.3通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)1.7通信技術(shù)的發(fā)展趨勢1.7.1接入層將繼續(xù)呈現(xiàn)多種技術(shù)共存1.7.2傳送層將走向智能化和融合1.7.3控制層將實現(xiàn)業(yè)務(wù)與控制相分離1.7.4應(yīng)用層的業(yè)務(wù)發(fā)展是關(guān)鍵1.7.5支撐層關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢1.7.6終端和用戶卡發(fā)展趨勢,1.1通信系統(tǒng)及其特征,圖1-1通信系統(tǒng)的基本組成,1.1通信系統(tǒng)及其特征,圖1-2通信網(wǎng)的組成,1.1.1通信系統(tǒng)的一般模型,圖1-3電通信系統(tǒng)的一般模型,(1)輸入轉(zhuǎn)換器主要擔(dān)負將輸入消息變換為電信號的任務(wù)。(2)發(fā)送設(shè)備將基帶信號變成適于信道傳輸特性的信號。(3)信道是信號傳輸?shù)耐ǖ溃址Q傳輸媒質(zhì)。(4)接收設(shè)備將信道傳來的信號進行處理，以恢復(fù)出與發(fā)送端基帶信號一致的信號。,1.1.1通信系統(tǒng)的一般模型,(5)輸出轉(zhuǎn)換器將接收設(shè)備輸出的電信號變換成原來形式的消息。(6)干擾源作為一種分析問題的方法，我們將信號在傳輸過程中混入的噪聲及由于干擾引起的信號失真集中在一起，作為信道中的干擾源來進行分析處理。,1.1.2模擬通信和數(shù)字通信系統(tǒng)模型,1.模擬通信系統(tǒng)2.數(shù)字通信系統(tǒng)模型,圖1-4數(shù)字通信系統(tǒng)模型,1.2信息與信號的概念,圖1-5語音信號波形及頻譜,1.2.1基帶信號與頻帶信號,基帶信號即直接由信息轉(zhuǎn)換得到的電信號。這種信號的頻率都是比較低的，含有低頻成分甚至直流成分，而且最高頻率和最低頻率比值很大，可以遠大于1。基帶信號不適于較長距離傳輸，更不能進行無線電發(fā)送。例如語音信號就是一種典型的基帶信號，其頻率在100Hz~5kHz范圍內(nèi)，但主要能量集中在200~3000Hz范圍內(nèi)。又如電視圖像信號的頻率在0~6MHz范圍以內(nèi)。計算機數(shù)據(jù)信號的頻率范圍與傳輸速率有關(guān)，也屬于基帶信號。,1.2.2數(shù)字信號與模擬信號,1.模擬信號,圖1-6幾種數(shù)字信號的例子,1.2.2數(shù)字信號與模擬信號,2.數(shù)字信號3.模擬信號與數(shù)字信號的區(qū)別,1.3數(shù)字通信,通信系統(tǒng)中若按傳送信號的形式可以分為模擬通信和數(shù)字通信。模擬通信系統(tǒng)傳輸模擬信號，數(shù)字通信系統(tǒng)則傳輸數(shù)字信號。應(yīng)當(dāng)指出，模擬通信與數(shù)字通信是按信道中所傳遞的信號差異來區(qū)分的，不是根據(jù)信源輸出的信號來劃分的。若信源發(fā)出的是模擬信號，經(jīng)過發(fā)信設(shè)備變換成適合在信道中傳輸?shù)碾娦盘柸匀皇悄M信號，則稱這種通信方式為模擬通信。若信源發(fā)出的是模擬信號，經(jīng)過模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換數(shù)字化處理后，以數(shù)字信號的形式在信道中傳輸一般稱為模擬信號的數(shù)字傳輸，顯然這是數(shù)字通信。,1.3.1數(shù)字通信系統(tǒng),1)收發(fā)兩端消息與電信號之間互換的過程、模擬信號的數(shù)字化及數(shù)字式基帶信號的特性。2)抗干擾編碼與解碼，即差錯控制編碼問題。3)數(shù)字調(diào)制與解調(diào)原理。4)保密通信問題：當(dāng)需要保密通信時，可對基帶信號的“0”、“1”序列進行人為“攪亂”(即加上密碼信號)，稱為加密。5)信道與噪聲的特性及其對信號傳輸?shù)挠绊憽?)同步問題：數(shù)字通信是一個一個碼元傳送的，接收端接收時必須與發(fā)送端節(jié)拍相同，否則會因收發(fā)步調(diào)不一致而造成混亂。,1.3.2數(shù)字通信的特點,1)抗噪聲性能好。2)差錯可控。3)保密性強。4)便于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合。,1.3.3數(shù)據(jù)通信,若信源本身發(fā)出的就是數(shù)字形式的信號（電報、數(shù)據(jù)、指令等），那么不管用數(shù)字傳輸還是用模擬傳輸方式來傳輸，這種通信方式均稱為數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型與圖1〖KG*8〗4所示的數(shù)字通信系統(tǒng)模型大同小異，只是因為信源本身發(fā)出的是數(shù)字信號，因而不需要信源編、解碼器。一般來說，數(shù)據(jù)通信有三個特征：①它是機器對機器或是機器對人的通信。②它傳輸和處理離散的數(shù)字數(shù)據(jù)，而不是連續(xù)的模擬數(shù)據(jù)。③它的通信速度很高，可以傳輸和處理大量的數(shù)據(jù)。,1.4信道,,1.4.1有線信道,1)架空明線的主要優(yōu)點是架設(shè)比較容易，建設(shè)較快，傳輸損耗比較小。2)對稱電纜的通信容量比架空明線大，因而平均到每條電路投資比明線低，電氣性能比較穩(wěn)定，安全保密性好。3)同軸電纜是將電磁波封閉在同軸管內(nèi)，工作頻率較高，同軸電纜之間電磁波的相互干擾也較小，因此適用于高頻段、大容量載波電話(電報)通信，我國現(xiàn)行300路、960路、1800路和4380路長途通信干線大部分采用同軸電纜構(gòu)成。4)光纜。,1.4.2無線信道,(1)中長波段工作頻率為300~3000kHz，電磁波主要沿地球表面?zhèn)鞑?，稱為地波傳播方式。(2)短波波段工作頻率范圍為3~30MHz，電磁波通過電離層反射的方式進行傳播，稱為天波傳播方式，適用于中遠距離通信(一次反射最遠通信距離可達4000km)。(3)超短波波段工作頻率范圍為30~300MHz，電磁波傳播方式為直線視距傳播，稱為空間波傳播方式，多用于電視、雷達、移動電臺通信。(4)微波波段工作頻率范圍為300MHz~1000GHz。,1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo),1.模擬通信系統(tǒng)2.數(shù)字通信系統(tǒng)(1)碼元速率RBN單位時間內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位：B(波特)。(2)信息速率Rb單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?，或每秒傳送的二元碼的數(shù)目(規(guī)定一個二元碼含有1bit的信息量)。(3)系統(tǒng)頻帶利用率在比較不同的數(shù)字通信系統(tǒng)的效率時，單看它們的信息傳輸速率是不夠的，即使兩個系統(tǒng)的信息傳輸速率相同，它們的效率也可能不同，還要看這種信息所占的信道頻帶的寬度。(1)誤碼率Pe接收錯誤的碼元數(shù)在傳送總碼元數(shù)中的比例，即碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率。(2)誤信率Peb,1.6通信網(wǎng)簡介,如前所述,通信的基本形式是在信源與信宿之間建立一個傳輸信息的通道，從而實現(xiàn)信息的傳輸。通信過程的支持平臺是通信網(wǎng)。而以終端設(shè)備、交換設(shè)備為點，以傳輸設(shè)備為線，點線相連就構(gòu)成了完整的通信網(wǎng)。除了硬件設(shè)備外，為了保證網(wǎng)絡(luò)能正確合理地運行，使用戶間快速接續(xù)，并有效地相互交換信息，達到通信質(zhì)量一致，滿足運轉(zhuǎn)可靠性的要求，還必須有管理網(wǎng)絡(luò)運行的軟件。這些軟件包括標(biāo)準(zhǔn)、信令、協(xié)議等。,1.6.1通信網(wǎng)的組成,1.終端設(shè)備2.傳輸鏈路3.交換設(shè)備,1.6.2通信網(wǎng)的分類,1.按運營方式分類2.按服務(wù)和使用范圍分類3.按業(yè)務(wù)范圍的不同分類(1)電話網(wǎng)電話網(wǎng)由客戶樓群設(shè)備、交換系統(tǒng)和傳輸設(shè)備三部分組成。(2)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)又常稱為計算機網(wǎng)。(3)無線電網(wǎng)絡(luò)無線電網(wǎng)絡(luò)有兩類，即單中繼網(wǎng)與多中繼網(wǎng)。(4)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)從本質(zhì)上說，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)就是只有一個中繼的微波衛(wèi)星系統(tǒng)，其中繼就是外層空間的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器。(5)移動通信網(wǎng)無線通信可以解決各種移動體之間的通信問題，其方法就是建立移動通信網(wǎng)。,1.6.2通信網(wǎng)的分類,(6)有線電視網(wǎng)絡(luò)有線電視網(wǎng)絡(luò)又稱CATV網(wǎng)絡(luò)，是指用電纜、光纖作為主要傳輸媒介，向用戶傳送本地、遠地及自辦節(jié)目的通信系統(tǒng)。4.三網(wǎng)融合,1.6.3通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu),圖1-7網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu),1.6.3通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu),1.星形網(wǎng)2.樹形網(wǎng)3.分布式網(wǎng)絡(luò)4.環(huán)形網(wǎng)5.總線網(wǎng)6.復(fù)合型網(wǎng)絡(luò),1.7通信技術(shù)的發(fā)展趨勢,,1.7.1接入層將繼續(xù)呈現(xiàn)多種技術(shù)共存,1.移動通信接入技術(shù)2.寬帶無線接入技術(shù)3.UWB等短距離無線技術(shù)4.xDSL技術(shù)5.寬帶PON(無源光纖網(wǎng)絡(luò))技術(shù),1.7.2傳送層將走向智能化和融合,1.自動交換光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)2.城域網(wǎng)技術(shù)3.波分復(fù)用技術(shù)4.IP網(wǎng)技術(shù)5.IPv6技術(shù)6.MPLS技術(shù)7.QoS技術(shù)8.IP電信網(wǎng),1.7.3控制層將實現(xiàn)業(yè)務(wù)與控制相分離,1.軟交換技術(shù)(1)BICC協(xié)議在軟交換應(yīng)用中，BICC(與承載無關(guān)的呼叫控制)協(xié)議處于分層體系結(jié)構(gòu)中的呼叫控制層，提供不同軟交換之間呼叫接續(xù)的支持。(2)SIPSIP(會話初始協(xié)議)可用于軟交換網(wǎng)絡(luò)和IMS中多媒體會話的建立以及各種會話控制。2.用戶數(shù)據(jù)集中管理技術(shù)解決用戶和業(yè)務(wù)融合的關(guān)鍵在于，用戶在任一網(wǎng)絡(luò)中接入，都可以即時得到該用戶的簽約數(shù)據(jù)，從而使當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)可為用戶提供相應(yīng)的業(yè)務(wù)和服務(wù)。目前解決該問題有以下幾種方式。(1)分布式解決方案各網(wǎng)絡(luò)有各自的用戶數(shù)據(jù)存儲實體。,1.7.3控制層將實現(xiàn)業(yè)務(wù)與控制相分離,(2)綜合智能網(wǎng)/綜合業(yè)務(wù)平臺方案在原有智能網(wǎng)的基礎(chǔ)上引入綜合業(yè)務(wù)控制點和綜合業(yè)務(wù)交換點，為多個網(wǎng)絡(luò)(PSTN/GSM/WCDMA)的用戶提供綜合、統(tǒng)一的業(yè)務(wù)。(3)綜合HLR方案在融合網(wǎng)絡(luò)中需要類似移動HLR的功能實體，以提供用戶位置的寄存和訪問能力，同時提供漫游用戶的簽約信息和業(yè)務(wù)信息，供網(wǎng)絡(luò)判斷該用戶呼叫的下一步處理和接續(xù)方式。3.IMS技術(shù),1.7.4應(yīng)用層的業(yè)務(wù)發(fā)展是關(guān)鍵,1.OSA業(yè)務(wù)體系架構(gòu)2.P2P(Point3.通用移動性,1.7.5支撐層關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展趨勢,1.網(wǎng)管系統(tǒng)2.計費系統(tǒng)1)隨著內(nèi)容增值服務(wù)對運營商日益重要，內(nèi)容計費領(lǐng)域漸成熱點。2)采用具有分散采集預(yù)處理體系結(jié)構(gòu)平臺，以減少業(yè)務(wù)綜合性帶來的計費信息采集和處理的數(shù)據(jù)量。3)電信營業(yè)賬務(wù)系統(tǒng)向綜合業(yè)務(wù)平臺方向發(fā)展，以適應(yīng)電信業(yè)務(wù)的集成化和多關(guān)聯(lián)性特點。4)借鑒移動預(yù)付費語音業(yè)務(wù)的成功，將后付費模式引入到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)中。,1.7.6終端和用戶卡發(fā)展趨勢,1.通信系統(tǒng)是由完成通信任務(wù)的各種技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)構(gòu)成的總體。2.在通信系統(tǒng)中，信源發(fā)出的消息是語音和圖像。3.數(shù)字通信系統(tǒng)與模擬通信系統(tǒng)的不同在于增加了信源編解碼電路與信道編解碼電路以及同步系統(tǒng)。4.語音、文字、圖像或數(shù)據(jù)等統(tǒng)稱為消息，消息的表現(xiàn)形式稱為信號。5.經(jīng)過各種正弦調(diào)制后，基帶信號的頻譜被搬移到比較高的頻率范圍，這種信號稱為頻帶信號。6.凡信號的某一參量(如連續(xù)波的振幅、頻率、相位和脈沖波的振幅、寬度、位置等)可以取無限多個數(shù)值，且直接與消息相對應(yīng)，稱為模擬信號。,1.7.6終端和用戶卡發(fā)展趨勢,7.模擬信號比較適合于傳輸，數(shù)字信號則比較適合于處理。8.數(shù)字通信的特點主要有：抗噪聲性能好、通信的質(zhì)量高、保密性強、便于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合、占用帶寬較寬。9.傳輸信號的通道稱信道。10.數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性主要有三個指標(biāo)，即碼元速率、信息速率和系統(tǒng)頻帶利用率。11.通信網(wǎng)的基本要素有終端設(shè)備、傳輸鏈路和交換設(shè)備，沒有通信網(wǎng)就無法實現(xiàn)現(xiàn)代通信。12.通信網(wǎng)按運營方式分，有公用網(wǎng)和專用網(wǎng)；按服務(wù)和使用范圍分，有本地網(wǎng)、市內(nèi)網(wǎng)、長途網(wǎng)、國際網(wǎng)；按業(yè)務(wù)范圍可分為電話網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)、無線電網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、移動通信網(wǎng)和有線電視網(wǎng)絡(luò)等。,1.7.6終端和用戶卡發(fā)展趨勢,13.通信網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)基本有六種：星形、樹形、分布式、環(huán)形、總線、復(fù)合型。14.通信技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是3G、NGN和寬帶技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。,