2009_第1章-1-0915-引言概论

引言何永琪北京大学电子学系Tel：62756700；Mobile：[phone]Email：[e-mail]通信原理234/72大纲通信系统与通信网络概述通信历史回顾有关课程334/72通信应用概述远程教育远程医疗电子政务企业信息化家庭信息化移动通信个人信息化移动办公智能交通卫星通信电子商务微波通信光纤通信工业自动化军队信息化434/72通信网络概述骨干通信网光纤通信网移动通信网卫星通信网微波通信网接入网光纤接入网电缆接入网无线通信网534/72电磁波频谱图634/72光纤通信概念基本概念原理：电信号光调制后光纤传输光纤原材料：石英玻璃（SiO2）窗口：0.85、1.3和1.55m光源：LD、LED探测器：PIN、APD特点容量大：带宽50THz损耗低：0.2dB/km抗电磁干扰：不受强电干扰、电气化铁道干扰和雷电干扰，抗电磁脉冲能力很强保密性好：无电磁辐射资源丰富，成本低，节约有色金属：采用硅材料体积小，重量轻，柔软性好：利于施工和运输734/72光纤通信系统模拟系统：输入放大、信号调制、合路、发射机、信道、接收机、分路、信号解调、输出放大数字系统：信源编码、复用、信道编码、发射机、信道、接收机、信道解码、解复用、信源解码834/72光纤通信网络居民电话网网关IP/ATM/SDH/WDM互联网企事业接入网RRATMSW/IP和路由器无线接入服务器RRRRR省内/城域网OXC波长SDXC专线波长国家骨干核心网专线PoPSDH网ATM路由器接入网分组化网WDM环多业务节点OADM*934/72移动通信概念基本概念系统类别：2G：GSM/GRPS/EDGE，CDMA1x3G：WCDMA，CDMA2000，TD-SCDMA接入方式：TDMA、CDMA频带：450MHz、900MHz、1800MHz特点：频谱效率：高效调制器、信道编码、交织、均衡和语音编码容量：每个信道传输带宽增加，使同频复用要求降低；引入新型话音编码与采用自动话务分配，减少了越区切换次数，使系统容量效率（每兆赫每小区的信道数）提高话音质量：在门限值以上话音质量达到相同水平，并与无线传输质量无关；开放接口：不仅限于空中接口；安全性：采用鉴权、加密和TMSI号码的使用；互连互通：与ISDN、PSTN等；漫游：在SIM卡基础上实现漫游（用户可以从一个网络自动进入另一个网络）GPRS：GeneralPacketRadioService，通用分组无线业务EDGE：EnhancedDataRateforGSMEvolution，增强型数据速率GSM演进TMSI：TemperateMobileSubscriberIdentity，临时用户识别码GSM频段GSM900频段中国移动：885—909MHz（上行）930—954MHz（下行）中国联通：909—915MHz（上行）954—960MHz（下行）GSM1800频段中国移动：1710—1725MHz（上行）1805—1820MHz（下行）中国联通：1745—1755MHz（上行）1840—1850MHz（下行）CDMA频段主要频段：825—835MHz（上行）870—880...870.00MHz+0.03MHz×(N-1023)（下行）中国联通频点：283、242、201、160、119、78、37（共七个频点）3G频段中国电信cdma2000：1920-1935MHz（上行）2110-2125MHz（下行）中国联通WCDMA：1940-1955MHz（上行）2130-2145MHz（下行）中国移动TD-SCDMA：1880-1900MHz（频段1）2010-2025MHz（频段2）*1034/72移动通信系统─GSMAUC：AuthenticationCenter，鉴权中心BSC：BaseStationController，基站控制器BSS：BaseStationSubsystem，基站子系统BTS：BaseTransceiverStation，基站DPPS：DataPost-processingSystem，数据后处理系统EIR：EquipmentIdentityRegister，移动设备识别寄存器HLR：HomeLocationRegister，归属位置寄存器ISDN：IntegratedServicesDigitalNetwork，综合业务数字网MS：MobileStation，移动终端MSC：MobileSwitchingCenter，移动交换中心NMC：NetworkManagementCenter，网络管理中心NSS：NetworkSwitchingSubsystem，网络交换子系统OMC：OperationMaintenanceCenter，操作维护中心OSS：OperationsSupportSub-system,操作支持子系统PCS：PersonalCommunicationsService，个人通讯服务PDN：PublicDataNetworks，公用数据网PSTN：PublicSwitchedTelephoneNetwork，公用交换电话网SEMC：SecurityManagementCenter，安全性管理中心VLR：VisitorLocationRegister，来访用户位置寄存器1134/72移动通信网络PCF：PacketControlFunction，分组控制功能块HA：HomeAgency，归属代理FA：ForeignAgency，外部代理AN-AAA：AccessNetwork-Authentication,Accounting,AuthorizationServer，接入网鉴权、授权与计帐服务器1234/72移动通信网络基本概念实质上是一种微波通信，以卫星作为中继站转发微波信号，在多个地面站之间通信，实现对地面的“无缝隙”覆盖卫星通信系统组成：卫星段：中继站的作用（把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站）地面段：卫星系统与地面公众网的接口，地面用户也可以通过地面站出入卫星系统形成链路（包括地面卫星控制中心及其跟踪、遥测和指令站）用户段：各种用户终端特点覆盖范围广：对地面环境（如高山海洋等）不敏感，在覆盖区内任意地点均可通信，且成本与距离无关工作频带宽：可用频段从150MHz～30GHz（已开始开发Q、V波段（40～50GHZ）），ka波段可支持155Mbit/s数据业务通信质量好：电磁波主要在大气层以外传播，电波传播非常稳定布网速度快、成本低：除建地面站外，无需地面施工，运行维护费用低；信号传输时延大：高轨道卫星的双向传输时延达到秒级，用于话音业务时会有非常明显的中断控制复杂：卫星位置不断变化，控制系统较为复杂（控制方式：星间协商和地面集中控制）*1334/72卫星通信系统1434/72卫星通信网络Ku-频段共享网络SCPC连接C-频段共享星形/网状网络Ku-频段专网SCPC：SingleCarrierPerChannel，单通道单载波用户专网星形/网状网拓扑星形网拓扑SCPC远端路由器1534/72微波通信概念基本概念视距微波中继无线通信：采用微波（0.1mm-1m)实现两点间直线距离内无障碍信息传送频段：L、S、C、X、K频段中继距离：50km系统组成：天线、收发信机、调制器、多路复用设备以及电源设备、自动控制设备等特点频带宽、容量大：2155Mbit/s（SDH）140Mbit/s（PDH）良好的抗灾性能：一般自然灾害不受影响，可用于应急通信抗干扰性能差：空中传送易受干扰；在同一微波电路上不能使用相同频率于同一方向，需要无线电管理部门严格管理视距限制：由于微波直线传播的特性，在电波波束方向上，不能有高楼阻挡1634/72微波通信系统用户终端：直接为用户所使用的终端设备交换机：数字程控交换机。数字终端机：将多路信号变换为TDM信号并送往数字微波传输信道；将收到的TDM信号反变换为交换机所需的信号数字分路终端机：分插复用器（ADM）数字微波终端站：发送端完成主信号的发信基带处理、调制、发信混频及发信功率放大等；收信端完成主信号的低噪声接收、解调、收信基带处理。数字微波中继站：完成信号的双向接收和转发数字微波分路站：具有上下话路功能的中继站，必须与SDH的分插复用设备连接1734/72微波通信网络*1834/72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广播、电视、电话、手机、Internet等等1934/72通信系统的关键问题服务质量信噪比性/误码率性能抗干扰能力抵御/补偿线性/非线性失真能力纠错能力传输带宽带宽资源带宽利用率色散与非线性效应的抑制能力传输距离传输损耗高发射功率低接收灵敏度性价比系统实现复杂度系统单位比特成本2034/72大纲通信系统与通信网络概述通信历史回顾有关课程2134/72通信发展里程碑1/21834年：摩尔斯（Morse）发明电磁电报机1864年：麦克斯韦（Maxwell）预言电磁辐射1876年：贝尔（Ｂell）发明电话1896年：马可尼（Marconi）发明无线电报1904年：佛莱明（Fleming）发明真空二极管1907年：佛瑞斯特（Forest）发明真空三极管1918年：发明超外差接收1920年：实现无线广播1924年：奈奎斯特（Nyquist）提出现代数字通信1925年：实现三路明线载波电话（多路通信）1936年：实现调频无线电广播1937年：提出脉冲编码调制1938年：实现电视广播2234/72通信发展里程碑2/21948年：发明晶体管，香农（Shannon）提出信息论1950年：实现时分复用通信1956年：铺设越洋电缆1957年：发射第一颗人造卫星1958年：发射第一颗通信卫星1960年：发明激光器1961年：发明集成电路1962年：发射第一颗同步通信卫星，脉冲编码调制实用化1960-70年：彩电问世，发明光纤，高速数字电子计算机问世，数字技术迅速发展1970-80年：大规模集成电路、商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信系统、微处理器等迅速发展1980年后：超大规模集成电路、光纤通信系统与网络、综合业务数字网等崛起2334/72技术进步与社会需求是发展驱动力上世纪80年代之前技术进步是发展的主要驱动力：理论研究与工程实践相辅相成从Maxwell到无线广播与无线通信从傅立叶到频谱的认识和广泛利用从高斯、瑞利、莱斯、多普勒到克服噪声、多径和快速移动对通信的影响从Nyquist到数字通信从电话的发明到现代程控交换机从Shannon定理到现代调制与编码技术从Winer到现代信号检测与估计从控制论的提出到通信中同步系统的完善近十多年来社会需求是发展的主要驱动力2434/72大纲通信系统与通信网络概述通信历史回顾有关课程2534/72学习目的理解通信技术的基础知识理解通信系统的基本原理了解通信领域的基本需求和进展情况了解通过建立数学模型进行理论研究的基本方法建立在工程实践中发现问题、分析问题和解决问题的概念建立数学基础、理论研究、工程实践相融合的工作理念2634/72基础要求基本理论课程要求高等数学＊＊电磁场与微波＊概率论与随机过程＊＊＊信号与系统＊＊＊线性代数＊工程类课程要求电子线路、数字电路＊＊通信线路（高频电子线路）＊＊＊2734/72学习要求掌握基本概念、术语、基本公式和基本分析方法（一般要求）从工程实践和数学分析两个方面思考问题综合考虑各类通信系统的关键问题及其实现方案，分析提高和创新课堂讲解以提出问题和引导解决问题思路为主，知识掌握以读参考书为主，课堂讲解与考试无关共同研究2834/72教学相关问题安排两次作业课，不安排期中考试期末考试占70%平时作业占30%PPT文件