通信网概论讲义

北京邮电大学培训中心北京邮电大学继续教育学院　授课教师:张春红[e-mail]内容•第一章通信基本概念•第二章通信网基础•第三章通信网中的传输技术•第四章通信网中的交换技术北京邮电大学培训中心通信历史回顾•1837年SamuelMorse发明电报•1876年AlexanderGrahamBell发明电话•1895年GuglielmoMarconi发明无线电•1906年电子管的发明使模拟通信得到发展•1928年Nyquist取样定理和1948年shannon定理在理论上为数字通信奠定了基础北京邮电大学培训中心•20世纪50年代、60年代半导体和集成电路的发展使数字通信得到发展•1945年第一台电子计算机的问世到80年代计算机的飞速发展使数据通信成为可能•1963年第一次实现同步卫星通信•20世纪70年代光导纤维的发明实现了光纤通信•1974年美国Bell实验室提出蜂窝移动通信概念通信历史回顾（续）北京邮电大学培训中心通信的发展•60年代计算机化•70年代数字化，分组交换网的出现•80年代业务综合化—ISDN•90年代宽带化（光纤传输，Gb/s交换）智能化（IN，TMN）个人化（GSM，CDMA，第三代移动通信）开放性，标准化北京邮电大学培训中心通信系统•通信的定义–信息的传输与交换•电信–是以电信号载驮待传信息进行传输和交换的通信方式•通信系统的组成：信源，信道，信宿•通信系统分类–模拟通信系统–数字通信系统北京邮电大学培训中心模拟信号与数字信号•信号的分类–从数学角度来说，信号通常看成是时间的函数。在时域上可以划分为连续函数和离散函数。–从通信角度而言，信号是传递消息的载体，常划分为模拟信号和数字信号。北京邮电大学培训中心模拟信号•模拟信号：波形（函数值）随时间连续变化的信号，即载有消息的参数(如幅度，相位，频率等）随着时间连续变化的信号。•模拟信号的特点：–函数的取值为无限多个；–传递的信息包含在波形中。北京邮电大学培训中心数字信号•数字信号：指不仅在时间上是离散的，而且在幅度上也是离散的，一般限制在有限个数值之内,如计算机的输出信号。•数字信号的特点：–函数的取值为有限多个；–待传递的信息包含在码元的不同组合中北京邮电大学培训中心•发送设备和接收设备之间传输信号的传输媒介，称之为狭义信道。基于狭义的理解，架空明线、对称电缆或同轴电缆、光缆、自由空间、电离层、对流层等都可以被称为信道。•在通信系统的研究中，为了简化系统模型和突出重点，往往根据研究的问题，把信道的范围适当扩大，除传输媒介外，还包括天线和馈线、功率放大器、混频器、调制解调器等有关部件和电路，把这种信道称为广义信道。许多时候就直称为信道。信道北京邮电大学培训中心信道对信号的影响•通信媒体能够容纳一定频率范围的信号。所谓带宽(Bandwidth)就是媒体能够传输的最高频率和最低频率的差值。•信号通过信道传输时，频率在带宽以内的信号分量通过，在带宽以外的信号分量丢失。•信道对信号的影响：带宽限制，衰减，失真，噪声，干扰SignalStrengthFrequency300Hz3.4kHzSpeechBandwidth(3.1kHz)北京邮电大学培训中心模拟通信系统•利用模拟信号传递消息的系统，通常信源发出的是模拟信号，信道上传输的也是模拟信号，信宿收到的仍然是模拟信号。•为了使模拟信号与模拟信道匹配，通常要采用调制的方法。信源调制器信道解调器信宿噪声模拟通信系统框图北京邮电大学培训中心数字通信系统•利用数字信号传输信息的系统。•数字通信系统的优点–抗干扰能力强，无噪声积累–灵活性高，能适应各种业务要求–便于计算机处理–保密性强–设备便于集成化、微型化信源信源编码传输装置信道信宿传输装置信源解码噪声数字通信系统框图北京邮电大学培训中心通信系统的基本技术•数字调制技术•模拟信号的数字化•复用技术北京邮电大学培训中心数字调制技术•所谓基带信号，就是消息代码的电波形。•实际通信中不少信道不能直接传送基带信号，必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使载波的这些参量随着基带信号的变化而变化，即所谓调制。•大多数数字通信系统中，都选择正弦信号作为载波。•数字调制技术–调频（FrequencyShiftKeying，FSK或FrequencyModulation，FM）–调幅（AmplitudeShiftKeying，ASK或AmplitudeModulation，AM）–调相（PhaseShiftKeying，PSK或PhaseModulation，PM）–正交调制（QuadratureAmplitudeModulation，QAM）北京邮电大学培训中心（a）二进制信号（b）调幅（c）调频（d）调相北京邮电大学培训中心模拟信号的数字化•脉冲幅度调制（PulseAmplitudeModulation，PAM）：按一定的时间间隔对模拟信号进行采样，产生一个振幅等于采样信号的脉冲北京邮电大学培训中心模拟信号的数字化（续）•脉码调制（PulseCodeModulation，PCM）–取样：将时间上连续的信号变换成时间上离散的信号。–量化：将幅度连续的信号变换成幅度离散的信号，即用某个特定的量化电平值代替原始信号幅度。–编码：用一组特定的二进制代码来代表每个量化电平值。–译码和滤波：在接收端进行与发送端相逆的处理，利用译码将接收到的数字编码信号转换成脉冲幅度，同时通过滤波器将高频分量滤除才能还原成原来的信号。北京邮电大学培训中心(1/8000sec)µAnalogueSignal300-3400Hz8000Samplespersecond取样过程北京邮电大学培训中心量化过程北京邮电大学培训中心复用技术•由于一条传输线路的能力远远超过传输一个用户信号所需的能力，为了提高线路利用率，经常让多个信号同时共用一条物理线路。实现在同一信道中传递多路信号的技术就是复用技术。•目前常用的多路复用技术有：–频分复用（FrequencyDivisionMultiplexing，FDM）–时分复用（TimeDivisionMultiplexing，TDM）–码分复用（CodeDivisionMultiplexing，CDM）–波分复用（WavelengthDivisionMultiplexing，WDM）北京邮电大学培训中心频分复用（FDM）•频分复用将传输媒介的频带资源划分为多个子频带，分别分配给不同的用户形成各自的传输子通路，各用户只能使用分配给他的子通路传送信息，即使某个用户不传送信息时，其他用户也不能使用该通路。北京邮电大学培训中心时分复用（TDM）•时分复用：将传输媒介的使用时间轮流分配给不同的用户，各用户只有在分配的时间段（时隙）使用传输媒介传送信息。分为同步时分复用和异步时分复用。123412341234TDM终端1终端2终端3终端4AA’ABB’BCC’CDD’DTDM计算机ABCDA’B’C’D’ABCD北京邮电大学培训中心•码分复用（CDM）–依靠不同的地址码区分不同的用户，所有的用户使用相同的频率和相同的时间在同一地区通信。用户、信道和基站均靠码识别。•波分复用（WDM）–依靠不同的波长区分不同用户的信息。北京邮电大学培训中心通信网的构成•通信网的概念–将众多通信系统通过交换系统按照一定的拓扑结构组合在一起称为通信网。–通信网提供话音、图像、数据业务。•通信网的组成–用户终端设备–传输线路–交换系统–通信协议北京邮电大学培训中心网络拓扑结构•网络拓朴结构是通信网络交换系统和传输线路所组成的几何形状。北京邮电大学培训中心通信网的协议•网络协议和标准–协议（Protocol）：是通信网中通信实体共同遵守的有关通信规则约定的集合。–标准化组织北京邮电大学培训中心标准化组织•ISO－国际标准化组织（InternationalOrganizationforStandardization）•ITU－国际电信联盟（InternationalTelecommunicationsUnion）其前身是国际电报电话咨询委员会（CCITT）–ITU-T负责电信–ITU-R负责无线通信•IETF－因特网工程特别任务组（InternetEngineeringTaskForce）•IEEE－电气和电子工程师协会（InstituteofElectricalandElectronicEngineers）北京邮电大学培训中心通信网分类•业务网–是用于向公众提供电信业务的网络，包括固定电话网、移动通信网、数据通信网、智能网、综合业务数字网等•传送网–用于数字信号的传送，包括骨干传送网和接入网•支撑网–包括NO.7信令网、数字同步网和电信管理网北京邮电大学培训中心业务网、传送网和支撑网之间的关系业务网n业务网1支