高速公路通信系统概论

信息工程学院•通信工程系12020年1月5日星期日《高速公路通信系统概论》《高速公路通信系统概论》主讲：吴向东课时：30H信息工程学院•通信工程系22020年1月5日星期日教材1.教材：《高速公路通信收费监控系统构成与进展》作者：陈启美，金凌，王从侠出版单位：国防工业出版社2.参考教材：《高速公路通信系统理论及应用》作者：赵祥模，关可，靳引利出版单位：电子工业出版社3.参考教材：《高速公路机电系统新技术及应用》作者：张智勇，朱立伟出版单位：人民交通出版社4.参考教材：《高速公路通信》作者：郭元术出版单位：人民教育出版社信息工程学院•通信工程系32020年1月5日星期日课程的主要内容第一章绪论第二章通信系统的基本理论第三章高速公路数据通信系统第四章信号的调制和解调第五章高速公路程控数字交换系统第六章高速公路数字光纤通信系统第七章高速公路特有的通信系统信息工程学院•通信工程系42020年1月5日星期日第一章绪论1.1简介1.2高速公路中的通信系统1.3高速公路中的收费系统1.4高速公路中的监控系统1.5ITS框架及通信、收费和监控系统的地位信息工程学院•通信工程系52020年1月5日星期日1.1简介要致富、先修路！经济要腾飞，公路是先行！爱护村村致富路促进户户奔小康！几条标语：几个数字：1929-1923年德国科隆-波恩高速公路第一条高速公路1937年美国第一条高速公路加利福尼亚，目前有9万公里1963年日本第一条高速公路名神高速公路1988年第一条高速公路上海-嘉定高速公路1999年突破1万公里，跃居世界第四位；2000年达到1.6万公里，跃居世界第三；2001年达到1.9万公里，跃居世界第二；2004年8月底突破了3万公里，比世界第三的加拿大多出近一倍。信息工程学院•通信工程系62020年1月5日星期日高速公路是专供汽车分向、分车道行驶并全部控制出入、全部采用立体交叉的公路的干线公路。它是国家经济和社会发展的产物，是衡量一个国家公路交通运输和汽车工业现代化水准的重要标志。公路交通运输是国民经济的基础性、服务性产业，是合理配置资源、提高经济运行质量和效率的重要基础。它具有“高速、高效、安全、舒适”等特点，主要表现在：1.行车速度快2.通行能力大3.运输效率高4.行车安全舒适高速公路的特点信息工程学院•通信工程系72020年1月5日星期日鉴于以上特点，高速公路在各国国民经济发展中具有举足轻重的地位和作用：1.支撑经济化发展2.推动社会进步，改善了人民生活质量，促进区域经济协调发展3.改善公共服务，增强了运输可靠性和安全性。4.服务可持续发展，改善了运输效率和效益。降低了能源消耗，加强了环境保护。高速公路的作用信息工程学院•通信工程系82020年1月5日星期日通信系统收费系统监控系统隧道安全保障供配电系统机电系统高速公路的组成照明系统信息工程学院•通信工程系92020年1月5日星期日1.2高速公路中的通信系统高速公路通信系统是高速公路现代化管理的重要支撑系统，它要准确及时的传输监控系统和收费系统的话音、数据和图像等信息，保持高速公路各管理部门之间业务联络通讯的畅通，并要为高速公路内部各部门和外界建立必要的联系；同时高速公路通信系统作为交通专用通信网的重要组成部分，是交通信息的主要传输载体，为各种网络服务及会议电视系统提供传输通道。随着计算机技术，网络技术和通信技术的迅速发展，高速公路通信技术也从简单的无线对讲系统发展到800MHz无线集群系统，信息工程学院•通信工程系102020年1月5日星期日从小容量微波通信发展到SDH系列数字光纤传输系统，从单纯的电话业务发展到包括话音、数据和图像等多种信息的综合通信，并从模拟通信向数字通信演变，开始组建先进的宽带综合业务数字(B-ISDN)通信系统。近年来，我国的高速公路发展非常迅速，高速公路网正在逐步形成。高速公路通信系统已开始从单条路的内部通信向路网环境的广域通信转变，高速公路各现场监控站有大量监测数据需要及时传送给监控中心；各个收费站也有大批数据文件要定时传送给收费中心，这些传输任务都由通信系统承担。因此为了保证通信的高可靠性，高速公路辟有专用的通信网络。信息工程学院•通信工程系112020年1月5日星期日1.3高速公路中的收费系统开放式封闭式收费方式收费中心管理系统收费站管理系统车道收费系统收费系统中心信息工程学院•通信工程系122020年1月5日星期日1.4高速公路中的监控系统监控中心信息采集子系统信息提供子系统车辆检测器、气象检测器、紧急电话和巡逻车。交通标志、标线和信号等，是交通监控管理为汽车用户服务的主要形式。监控中心是高速公路全线路监控系统的最高层即控制中心，主要负责全线路范围内交通情况的监视和控制。数据传输信息工程学院•通信工程系132020年1月5日星期日通信系统收费系统监控系统信息工程学院•通信工程系142020年1月5日星期日ITS1.5ITS框架及通信、收费和监控系统的地位通信系统收费系统监控系统ITS的核心和基础是交通信息化，ITS系统是通信、收费和监控系统在交通网络中的发展，而后者是前者的重要支撑智能交通系统（ITS：IntelligentTransportationSystem）：是以先进的交通信息系统为基础，将信息采集技术、数据通信技术、自动控制技术以及计算机处理技术等有效的运用与整个运输管理体系，使人、车、路密切地配合、和谐地统一，从而建立起一种在大范围内全方位发挥作用的实时、准确和高效的运输综合管理系统。信息工程学院•通信工程系152020年1月5日星期日通信技术计算机网络技术图像语音压缩编码数据采集处理网络管理设计信息显示技术图像处理模式识别计算机软件设计技术交通控制技术数据加密信息安全电源技术防雷接地遥感遥测其他技术所涉及的技术领域通信、收费和监控系统所涉及的技术领域信息工程学院•通信工程系162020年1月5日星期日第二章通信系统的基本理论2.1通信系统概述2.2通信系统的模型2.3通信系统分类与通信方式信息工程学院•通信工程系172020年1月5日星期日2.1通信系统概述通信(Communication)：就是信息的传递，是指由一地向另一地进行信息的传输与交换。古代，人们通过驿站、飞鸽传书、烽火报警、符号、身体语言、眼神、触碰等方式进行信息传递。今天，人们通过文字、书信、电报、电话、手机、广播、电视、邮件、聊天工具、互联网等来进行消息传递或信息交流。随着科学水平的飞速发展，相继出现了无线电、固定电话、移动电话、互联网甚至视频电话等各种通信方式。消息、信息、何信号之间的关系？信息工程学院•通信工程系182020年1月5日星期日因此，通信的根本目的在于传输含有信息的消息。“通信”也就是“信息传输”或“消息传输”。目前的通信越来越依赖利用“电”来传递消息的电通信方式。由于电通信迅速、准确、可靠且不受时间、地点、距离的限制，因而得到了迅速的发展和广泛的应用。如今，在自然科学领域涉及“通信”这一术语时，一般是指“电通信”。信息工程学院•通信工程系192020年1月5日星期日通信发展简史信息工程学院•通信工程系202020年1月5日星期日信息工程学院•通信工程系212020年1月5日星期日2.2通信系统的模型不管通信媒体的构成情况如何，是简单的电话通信系统，或是复杂的其他信息网络系统，它们的目的均是为了通信，为了传送信息。理论上，为了将通信媒体系统带共性的问题进行一般化的讨论，可采用如图2.1所示的通信系统模型。信息源发送设备信道接收设备受信者噪声源发送端接收端图2.1信息工程学院•通信工程系222020年1月5日星期日•信源是消息的产生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为消息信号或基带信号。电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。前者属于模拟信源，输出的是模拟信号；后者是数字信源，输出离散的数字信号。转换所谓转换是将表达消息的感觉媒体（通常是一些非电物理量）通过显示媒体转换为电物理量（电流、电压）。例如，电话机的送话器（显示媒体）将发话人的声压转换为相应变化的电流；电视摄像机将图像景物的光感，转换为相应变化的电压等，都是通信中的转换过程。信息工程学院•通信工程系232020年1月5日星期日•发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式。对数字通信系统来说，发送设备常常又可分为信源编码与信道编码。•信道是指传输信号的物理媒质。在无线信道中，信道可以是大气（自由空间），在有线信道中，信道可以是明线、电缆或光纤。有线和无线信道均有多种物理媒质。媒质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。根据研究对象的不同，需要对实际的物理媒质建立不同的数学模型，以反映传输媒质对信号的影响。信息工程学院•通信工程系242020年1月5日星期日•噪声源不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及信道中所固有的，并且是人们所不希望的。噪声的来源是多样的，它可分为内部噪声和外部噪声，而且外部噪声往往是从信道引入的，因此，为了分析方便，把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。•接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基带信号来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。信息工程学院•通信工程系252020年1月5日星期日•信宿是传输信息的归宿点，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。根据研究的对象以及所关注的问题不同，图2.1模型中的各小方框的内容和作用将有所不同，因而相应有不同形式的更具体的通信模型。今后的讨论就是围绕着通信系统的模型而展开的。信息工程学院•通信工程系262020年1月5日星期日2.3通信系统分类与通信方式2.3.1通信系统的分类2.3.2通信方式信息工程学院•通信工程系272020年1月5日星期日2.3.1通信系统分类1按通信业务分，通信系统有话务通信和非话务通信。电话业务在电信领域中一直占主导地位，它属于人与人之间的通信。近年来，非话务通信发展迅速，非话务通信主要是分组数据业务、计算机通信、数据库检索、电子信箱、电子数据交换、传真存储转发、可视图文及会议电视、图像通信等。由于电话通信最为发达，因而其他通信常常借助于公共的电话通信系统进行。未来的综合业务数字通信网中各种用途的消息都能在一个统一的通信网中传输。此外，还有遥测、遥控、遥信和遥调等控制通信业务。信息工程学院•通信工程系282020年1月5日星期日2．按调制方式分类根据是否采用调制，可将通信系统分为基带传输和频带（调制）传输。基带传输是将未经调制的信号直接传送，如音频市内电话。频带传输是对各种信号调制后传输的总称。调制方式很多，例如，用数据信号控制振荡波的振幅，就是“调幅”、控制振荡波的频率，就是“调频”，控制振荡波的相位，就是“调相”。被调制的振荡波，称为“载波信号”，或称“已调波信号”。3．按信号特征分类按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。信息工程学院•通信工程系292020年1月5日星期日图2.2模拟通信系统模型噪声干扰源已调信号输入显示媒体信源消息信道调制器模拟基带信号已调信号信宿输出显示媒体解调器模拟基带信号消息信息工程学院•通信工程系302020年1月5日星期日调制调制是通信系统工作的核心，信号之所以载有消息是通过“调制”加工处理后而获得的。将与消息作相应变化的电压或电流，对发信机中的“被调制部件（例如，调制器）”电振荡或光振荡波的参数进行控制，就可以达到调制的目的，例如，控制振荡波的振幅，就是“调幅”、控制振荡波的频率，就是“调频”控制振荡波的相位，就是“调相”。被调制的振荡波，称为、“载波信号”，或称“已调波信号”。调制的主要作用是将经转换获得的电信号（例如，话音信号）的“频谱”在发信机中进行“搬移”，将它搬移到某个“载频（即载波的频率）”附近