第十二章-通信技术基础知识

第12通信系统的基础知识1目录通信系统的质量评价12-4通信系统的模型及其分类12-1通信介质12-2通信的传输方式12-3212-1通信系统的模型及其分类通信系统就是传递或交换信息所需的一切技术设备的总和，用以完成信息传输过程的技术系统的总称。12.1.1通信系统模型通信系统一般由以下几部分组成。3信源：是发出信息的源。信源可以是离散的数字信源，也可以是连续的模拟信源。为了使原始信源适合于在信道中传输，由发送设备对原始信号完成某种变换，再送人信道。4信宿:是传输信息的归宿点，是将复原的原始信号转换成相应的消息。信道:指信号传输的通道，分有线信道、无线信道。噪声源:是信道中的噪声及分散在通信系统其他各处噪声的集中表示，分加性噪声、乘性噪声。整个通信系统的要求就是希望恢复消息与原始发送消息一致，或控制失真在要求的范围之内，这就是可靠性的要求。此外，还希望作为信道的媒介质的利用率高一些。具体到传输媒介就是提高频带利用率；对存储媒介则希望能提高单位存储容量(信息容量)。这就是有效性的要求。12.1.2通信系统的分类1、按传输媒质分一类称为有线通信，另一类称为无线通信。有线通信，–是指传输媒质为架空明线、电缆、光缆、波导等形式的通信，–其特点是媒质能看得见，摸得着。–有线通信可进一步再分类，如明线通信、电缆通信、光缆通信等。无线通信，–是指传输消息的媒质为看不见、摸不着的媒质（如电磁波）的一种通信形式。–无线通信常见的形式有微波通信、短波通信、移动通信、卫星通信、散射通信和激光通信等，其形式较多。5–当电磁波的波长达到光波范围时，这样的电信系统特称为光通信系统2.按信道中所传信号的特征分按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地把通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统。6模拟通信系统数字通信系统模拟通信系统------电话通信系统–电话通信的特点是通话双方要求实时对话，因而要在一个相对短暂的时间内在双方之间临时接通一条通路，故电话通信系统应具有传输和交换两种功能。这种系统通常由用户线路、交换中心、局间中继线和干线等组成。数字通信系统–就是利用数字信号来传递信息的通信系统。数字通信系统涉及的技术问题很多，–其中有信源编码、保密编码、信道编码、数字调制、信道、数字复接及多址、数字信息交换、同步问题等。73按工作频段分按通信设备的工作频率不同，通信系统可分为长波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。8表1-1通信频段、常用传输媒质及主要用途频率范围波长频段名称常用传输媒介用途3Hz～30kHz108～104m甚低频VLF有线线对超长波无线电音频、电话、数据终端、长距离导航、时标30～300kHz104～103m低频LF有线线对长波无线电导航、信标、电力线通信300k～3MHz103～102m中频MF同轴电缆中波无线电调幅广播、移动陆地通信、业余无线电3～30MHz102～10m高频HF同轴电缆短波无线电移动无线电话、短波广播、定点军用通信、业余无线电30～300MHz10～lm甚高频VHF同轴电缆超短波/米波无线电电视、调频广播、空中管制、车辆通信、导航、集群通信、无线寻呼频率范围波长频段名称常用传输媒介用途300MHz～3GHz100～10cm特高频UHF波导微波/分米波无线电电视、空间遥测、雷达导航、点对点通信、移动通信3～30GHzl0～lcm超高频SHF波导微波/厘米波无线电微波接力、卫星和空间通信、雷达30～300GHz10～lmm极高频EHF波导微波/毫米波无线电雷达、微波接力、射电天文学105～l07GHz3×10-4～3×l0-6cm红外、可见光、紫外光纤激光空间传播光通信94.按调制方式分根据是否采用调制，可将通信系统分为基带传输和频带（调制）传输。–基带传输是将没有经过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再送到信道中传输的总称。接收端有相应解调措施的通信方式105、按业务的不同分按通信业务分，通信系统可分为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，它主要包括数据传输、计算机通信、电子信箱、电报、传真、可视图文及会议电视、图像通信等另外从广义的角度来看，广播、电视、雷达、导航、遥控、遥测等也应列入通信的范畴，因为它们都满足通信的定义。116.按通信者是否运动分移动通信系统和固定通信系统另外，通信还有其它一些分类方法，如按多地址方式可分为频分多址通信、时分多址通信、码分多址通信等；按用户类型可分为公用通信和专用通信以及按通信对象的位置分为地面通信、对空通信、深空通信、水下通信等1212.2通信介质•传输介质是连接通信设备，为通信设备之间提供信息传输的物理通道。是信息传输的实际载体。•很多介质都可以作为通信中使用的传输介质，但这些介质本身有着不同的属性，适用于不同的环境条件，同时通信业务本身也会对传输介质的使用提出不同的要求。因此，在实际应用中存在着多种多样的传输介质。以下是两种常见的传输介质：–（1）有线传输介质是指在两个通信设备之间实现的物理连接部分，它能将信号从一方传输到另一方。–（2）无线传输介质指我们周围得空气、电磁波等。根据电磁波的频谱可将其分为无线电波、微波、红外线、激光等。131有线传输介质：–有线传输介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤。双绞线和同轴电缆传输电信号，光纤传输光信号。–有线电缆的特点是成本低，安装简单；缺点是频谱有限，而且安装后不便移动。电缆时有线通信中，特别是接入网络中最常见的传输介质。14双绞线–把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可以降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。“双绞线”的名字也是由此而来。–双绞线分为屏蔽双绞线(ShieldedTwistedPair，STP)与非屏蔽双绞线(UnshieldedTwistedPair，UTP)。–优点：低成本，易于安装，应用广泛。–缺点：带宽有限：信息传输距离短：双绞线的传输距离只能达到100m左右。抗干扰能力不强：–应用场合：•窄带ISDN中的基本速率接口BRI和基群速率接口PRI常使用双绞线作为传输介质。•目前十兆/百兆/千兆以太网的主要传输介质都是双绞线，15同轴电缆–可用频带宽•同轴电缆可供传输的频谱宽度最高可达G赫兹，比双绞线更适合于提供视频或者宽带接入业务，也可以采用调制和复用技术来支持多信道传输。–抗干扰能力强：误码率低，但这会受到屏蔽层接地质量的影响。–性价比高：虽然同轴电缆的成本要高于双绞线，但是它也有着明显优于双绞线的传输性能，而且绝对成本并不很高，因此其性能价格比还是比较合适的。16–安装比较复杂•双绞线和同轴电缆一样，线缆都是制作好的，我们使用时需要的是截取相应的长度并与相应的连接件相连。在这一环节中，由于同轴电缆的铜导体较粗，因此一般需要通过焊接与连接件相连。其安装闭双绞线更为复杂。–同轴电缆的应用•同轴电缆以其良好的性能在很多方面得到了应用，有线电视，闭路监控系统、电信企业的传输部门。•如局域网；电话通信网中局端设备之间的连接；有线电视CATV系统的信号线（直接与用户电视机相连的电视电缆多是采用同轴电缆）；射频信号线（同轴电缆业经常在通信设备中用作射频信号线，例如基站设备中功率放大器与天线之间的连接器。）17光纤–是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成的光传导工具。•在多模光纤中，芯的直径是15μm~50μm，大致与人的头发的粗细相当。而单模光纤芯的直径为8μm~10μm。芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，以使光线保持在芯内。再外面的是一层薄的塑料外套，用来保护封套。优点：–频带宽：•采用先进的相干光通信可以在30000GHz范围内安排2000个光载波，进行波分复用，可以容纳上百万个频道。–损耗低•比同轴电缆的功率损耗要小一倍，使其能传输的距离要远得多。18–重量轻•光纤非常细。用4～48根光纤组成的光缆直径还不到13mm，比标准同轴电缆的直径47mm要小得多，加上光纤是玻璃纤维，比重小，使它具有直径小、重量轻的特点，安装十分方便。–抗干扰能力强•光纤的基本成分是石英，只传光，不导电，不受电磁场的作用，在其中传输的光信号不受电磁场的影响–保真度高•光纤传输一般不需要中继放大，不会因为放大引人新的非线性失真。只要激光器的线性好，就可高保真地传输电视信号。–工作性能可靠•光纤系统包含的设备数量少(不像电缆系统那样需要几十个放大器)，可靠性自然也就高，加上光纤设备的寿命都很长，–成本不断下降1912.3通信的传输方式按消息传送的方向与时间，通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。单工通信–是指消息只能单方向进行传输的一种通信工作方式。–单工通信的例子很多，如广播、遥控、无线寻呼等。这里，信号（消息）只从广播发射台、遥控器和无线寻呼中心分别传到收音机、遥控对象和BP机上。20发端信道收端单工方式传输是只能单方向传输的通信方式–半双工通信方式，是指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。21半双工方式是通信双方可以收发消息，但不能同时收和发的工作方式终端A终端B信道发收发收终端A终端B信道发收发收–所谓全双工通信，是指通信双方可同时进行双向传输消息的工作方式。•在这种方式下，双方都可同时进行收发消息。很明显，全双工通信的信道必须是双向信道。•生活中全双工通信的例子非常多，如普通电话、手机等22终端A终端B发收发收信道1信道2全双工是通信双方可同时进行双向传输消息的工作方式串行传输–将多位二进制码的各位码在时间轴上排列成一行，在一条传输线路上一位一位地传输的方式称为串行传输方式。在信道中一个码元一个码元地依次传递时速度慢、成本低，通信距离长时用此方式，23并行传输–构成一个编码的所有码元都同时传输为并行传输。并行传输速度快、成本高，适用短距离通信，如计算机与外设(打印机等)通信，24异步传输–异步传输利用起止法来达到收发同步的目的。每次只能传送一个字符，用起始位和停止位来指示传输字符的开始和结束。同步传输–同步传输不是以一个字符而是以一个数据块进行信息传输的。在数据块前后各加一个前文和后文表示开始和结束。2512-4通信系统的质量评价12.4.1码元在数字通信中数据是以某种编码的形式存在的。–表示一个数据单元的编码被称为码字(也称为字符)；码字由码元(也称为符号)构成；–码元是指任何进制数据中每一位数据的长度。由二进制代码(0或1)组成(也可以是多进制代码)。•二进制代码也称为二进制码元。–三者的关系如图所示。2612.4.2数字信号波形与码元、电平之间的关系数据信息常常用数字序列来表示，尤其是用二进制数字序列来表示。这些二进制数字序列，当然还有多进制数字序列，映射到传输线路中就是一个个信号波形。码字对应着数字序列，码元是构成码字的单位，而二进制代码就是这些“码字”与计算机或其他智能通信设备进行交流的语言。27数字信号可以用不同的脉冲波形表示。图给出了几种脉冲波形。28t()utbT111100t()ut(a)正单极性非归零脉冲(b)双极性非归零脉冲t()utbTt()ut(c)正单极性归零脉冲(d)双极性归零脉冲（a）在一个码元持续时间T内电平维持不变，用高电平代表二进制代码“1”，低电平代表二进制代码“0”。（b）用正电位代表二进制代码“1，负电位表示二进制代码“0，正幅度和负幅度相等，所以称为双极性码。（c）当发送1码时，送出正电流，但是时间短于一个码元的时间，即发个窄脉冲；发0码时，不发脉冲。这样发1码时有一部分的时间没有脉冲，幅度是零。所以这种码称为单极性归零码。。（d）其由1码发一个正的窄脉冲，0码发一个负的窄脉冲，两个码元的间隔时间可以大于一个码的窄脉冲宽度。（a）和（b）是在另一码元全部时间内发出或不发出电流，或者全部码元时间内发出正电流或负电流。这两种显然属于全宽码，即每一码元占用全部码元宽度，重复发送1码，势必连续发送正电流;重复发送0码，势必连续没有发送电流或连续发送负电流，这一位码和下一位码之