2.1 电话通信2.2 光纤通信,第2章 有线通信,上次课内容回顾：,什么是交换？ 简述电路交换（举例）的基本过程？ 什么是报文交换（举例）？ 分组交换（举例）与报文交换有什么区别？ 电路交换和分组交换的主要区别有哪些？,2.1 电话通信,电话通信发展 电话通信基础 电话机常用部件 语音信号数字化,附：电话机的发展概况,自1876年贝尔在美国波士顿发明了世界上第一部电话机以来，已有100多年的历史。这100多年里，出现了各种各样的电话机。 电话机的发展主要经历了以下三个阶段： 人工、机械、电子式,附：电话机的发展概况,（1）磁石式电话机 磁石式电话机是一种比较古老的人工电话机，我国在二十世纪七十年代之前广泛使用这一机种型。 该话机主要由送话器、受话器、手摇发电机、电铃、干电池（3V）组成。因手摇发电机上有两块永久磁铁而得名。 磁石式电话机是利用机内的手摇发电机向人工交换机发出呼叫信号的，而通话时，送话器所需直流是由机中的3V（2个1.5V干电池）提供的。,（2）共电式电话机 所谓“共电”，即通话用电源统一由交换机集中提供，也是人工式电话机，仍属第一代产品。 它与磁石式话机的不同之处在于，共电话机取消了机内手摇发电机和外接电池，而其内部电路与磁石的基本相同。,附：电话机的发展概况,附：电话机的发展概况,2拨号盘式电话机-第二代电话机 3全自动电话机第三代电话机 脉冲按键式电话机 音频按键式电话机，全称双音多频（DTMF）电话机，也称双音频电话机。是从50年代起为配合程控交换机而发展起来的一种新型话机。 脉冲音频兼容按键式电话机，在话机侧面设有一个转换开关（PT）作为选择,2.1.1 电话通信基础,一、简单电话通信系统,二、声学基础及人类的听觉特性,1声音的产生 声音是由振动着的物体产生的。 人发声是由于声带振动的结果； 受话器（听筒）能发出声音，是由于受话器内有一膜片,2.1.1电话通信基础,2声音的描述 振动的振幅、周期和频率 声波的振幅越大，听到的声音也就越大 反映在听觉上，频率高的声音则音调高，频率低的声音则音调低。,三、语声信号的特性 1.语声信号的频谱和能量 语声的频率范围 人的说话声音是复音，一般话音的频率范围为80Hz8kHz。 歌唱家的频谱要宽的多，大概为8210KHz 各种乐器发声的频谱范围一般要到2020KHz,2.1.1电话通信基础,话音频率包括基频及较基频为高的各种频率成分（谐波成分）。 通常基频部分表征信息，而由音色则可辨认每一种声音。 正因为不同声源有不同的音色，所以人们才能辨别出不同乐器等声音。,2.1.1电话通信基础,能量分布 (P21) 语声的能量用dB表示,语声信号低频部分包含的能量大，高频部分包含能量小.,2.1.1电话通信基础,并且通过实验可以得出： 若除去语声信号中500HZ以下频率成分，语声的平均能量下降60%； 若除去1500HZ以上频率成分，语声的平均能量只减少12%（但此时信号就不够清楚了）。,2.1.1电话通信基础,2.语声信号幅度分布特性 （P22) 语声信号幅度分布特性，该表达式称高斯分布： 其中：x为信号瞬时幅度值，p(x)表示信号幅度大小出现的概率。 语声信号小信号出现概率大，大信号出现概率小。 特别是x=0时，p(x)值最大，这主要是由于通话过程中的停顿和听对方说话的时间内不发音所致。,2.1.1电话通信基础,3.语声信号的动态范围 （p22） 通常我们把波形的最大幅值与最小幅值之比定义为语声信号的动态范围。 动态范围一般是将上述比值求对数后用分贝dB表示 要使语声比较生动，动态范围不能太小。通常电话通信考虑到各种因素的影响后，设备的动态范围应满足不小于40dB。 交响乐、戏剧等声音的动态范围可高达6080dB,2.1.1电话通信基础,4.对语声还原的评价 清晰度(可懂度)： 自然度：,2.1.1电话通信基础,5.电话系统中的语声传输频带 (P23) 兼顾清晰度和能量两个方面，又考虑到提高线路利用率和简化通信设备 1938年国际电联的前身国际电报电话咨询委员会（CCITT）建议采用3003400Hz的频带范围。 因该频段为低频信号部分，包含的能量大，且清晰度可达到90。 从此以后，这一建议被世界各国普遍采用，我国各种制式的电话机，工作频带均采用300Hz3400Hz。,2.1.1电话通信基础,2.2.2 电话机的专用部件,电话机要想正常工作，必须有 送话器、受话器进行电信号与语音的互相转换。 打电话时需要拨号盘，接电话时要有振铃器， 当然还有一些叉簧、开关、接插件和线绳等辅助器件。,一、送话器： 在声波的作用下，能按照声压变化规律，产生相应的变化电流，是一种把声能转换成电能的声电转换器。 最早送话器是炭精送话器。 目前在按键电话机中常用的送话器: 驻极体送话器、动圈式送话器、电磁式送话器和压电陶瓷送话器。,2.2.2 电话机的专用部件,（1）炭精送话器 （P24）,2.2.2 电话机的专用部件,（2）驻极体送话器 (p26) 驻极体也叫永电体，它是一种永久带电的物体。 驻极体送话器的关键部件为驻极体振动膜。 它是从70年代开始发展起来的一种新型声电转换器。,2.2.2 电话机的专用部件,将一片已经极化带电的振动膜放到电话机的话筒中，它和话筒的金属底座板之间就构成了一只电容器。 根据静电感应原理与驻极体振动膜相对峙的金属底座板就会感应出大小相等方向相反的电荷。,2.2.2 电话机的专用部件,二、受话器： 电/声转换部件。 受话器按能量转换原理可分为：电磁式受话器、压电式受话器和动圈式受话器三种。 我国最早开发生产的受话器是电磁式受话器，后来发展了压电式受话器，近几年来国内许多厂家正在大力发展高质量的动圈式受话器。 下面主要以早期最普遍使用的电磁式受话器为例，介绍一下受话器的工作原理。,2.2.2 电话机的专用部件,（1）电磁式受话器 (P27) 它亦是由四部分组成：永久磁铁、线圈、电磁铁及振动膜片。,2.2.2 电话机的专用部件,（2）动圈式受话器（P28） 动圈式受话器的特点是线圈和振动膜片连在一起，且线圈是套于永久磁铁与极靴的间隙中。,2.2.2 电话机的专用部件,三、拨号盘 拨号盘又称发号器或选呼设备。 拨号盘就是电话机发出呼叫信号的接口部件。 按送出选择信号方式的不同，拨号盘可分为两种， 一种是机械旋转式拨号盘， 另一种是按键式拨号盘。 目前普遍使用的拨号盘是按键式拨号盘,2.2.2 电话机的专用部件,（1）旋转式拨号盘 电流每断续一次就送出一个断续电流称为直流拨号脉冲， 从而将由交换机供给电话机的直流电流变成与拨号数字相对应的拨号脉冲，达到把对方电话号码告诉交换机的目的。 （P35） 这种以脉冲个数表示对方电话号码的拨号方式称为脉冲拨号方式。 脉冲拨号方式,2.2.2 电话机的专用部件,（2）按键式拨号盘 旋转式拨号盘由于是机械旋转，存在着两个主要问题： 一是容易出故障，拨号盘因卡住不转或回转速度不合标准常常出现错号； 二是回转需要一段时间，尤其是拨8、9、0等高位号码时，更费时间。这样，占用了线路，降低了电话交换设备的有效利用率。,2.2.2 电话机的专用部件,按键拨号盘也称电子号盘，由按键开关和电子线路组成。它所发出的信号目前为： 双音多频信号 每当用户按一个数字键时，电话机便向线路送出两个音频正弦信号(双音)组合成的混合信号。 程控交换机根据频率数字分离技术接收鉴别后便能得知用户所拨电话号码，如图2-15所示。,2.2.2 电话机的专用部件,按键上的每一个数字键（09）和符号键（、*）均分别用高、低两个正弦波单音频组合信号来代表 两个音频信号分别从4个低频组的频率和3个高频组的频率中选择两个组成的,简言之“七中取二”。该种拨号方式称为双音多频式拨号方式，简称DTMF（Dual Tone Multiple Frequency）方式。,2.2.2 电话机的专用部件,具体话机的按键和相应频率的关系如图2-10所示： 表中高、低频率共组合成16个双音码作为拨号信号，其中A、B、C、D是备用码。 DTMF方式,2.2.2 电话机的专用部件,四、辅助器件 振铃器 (P31) 电子振铃器是以电子元件组成的电子振铃器，又称音调振铃器或电子铃。 如新式电子电话机中的振铃器多为音调式振铃器。音调振铃器是由振铃集成电路、电/声换能器件及外围电子器件组成。 振铃集成电路的功能是把25Hz振铃电压转换为几百到上千赫的两种音频，并且按一定周期（如10次每秒）轮流送出。,2.2.2 电话机的专用部件,2叉簧 完成通话电路和振铃电路与外线的接通、断开转换功能，它实际上也是一种开关。 通话回路由“断开”到“闭合”的状态改变，能被交换机扫描识别。 于是以这种方式，便可通知交换机相应用户要打电话。,2.2.2 电话机的专用部件,3手柄、开关、接插件、线绳 手柄又叫听柄，它是装送、受话器的地方。手柄用线绳与机座连为一体，完成通话任务。 新式电话机使用了多种开关，以实现功能和性能的转换。这些开关体积小，便于安装。电话机中常用的开关有拨动式和按压式两种。 接插件在电话机中完成各种部件之间的连接。 线绳有两条，分别称为线绳和线绳，,2.2.2 电话机的专用部件,语音信号数字化,1、数字通信系统的组成,(1)非电/电转换和电非电转换器 非电电转换：若信源发出的信息是连续的模拟信息，如语声，经非电/电(声/电)转换，连续变化的语声就变成了模拟语音电信号，而后进入一次编码器。 电非电转换器：模拟信号经电非电(电/声)转换后，恢复成语声。,（2）一次编码/一次译码（信源编/译码） 一次编码： A/D变换，把模拟信号变换成数字信号。 一次译码： D/A变换，把模拟信号变换成数字信号。,（3）加密器解密器： 有时通信需要保密，则对一次编码输出的数字信号，可根据用户的要求进行加密处理， 加密器：把密电码通过加密器加到信息码流中去，改变原来信码流码元排列顺序，所以加密器又叫扰乱器或捣乱器。 解密器：即去掉密码恢复原来信码流码元顺序。,（4）二次编码/二次译码（信道编/译码） 完成自动检错和纠错功能，即差错控制编译码的功能。 由于信道传输特性的不理想和噪声的影响，数字信号在传输过程中往往会产生差错，即误码（“1”误成“0”，或“0”误成“1”）现象。 这种差错，原则上是可以控制的，它是通过差错控制编码等手段来实现的。,差错控制基本原理：举例 发：明天14：0016：00开会 收：明天10：0016：00开会 收到这个错误通知后由于无法判断其正确与否 发：明天下午14：0016：00开会 收：明天下午10：0016：00开会 即可判断出其中“10：00”发生了错误。这时，收者可以 告诉发端再发一次通知，这就是检错重发。 发：明天下14：0016：00两个小时开会 收：明天下10：0016：00两个小时开会 不但能判断出错误，同时还能纠正错误。,差错控制编码的基本原理： 为了能判断传送的信息是否有误（检错），又能纠正错误（纠错），可以在传送时增加必要的附加判断数据（冗余码）；（这些附加数据在不发生误码的情况之下是完全多余的，但）如果发生误码，即可利用被传信息数据与附加数据之间的特定关系来实现检错和纠错。,说明：无论检错和纠错，都有一定的识别范围 如上例中，若开会时间错为“16：00-18：00”，则无法实现检错与纠错，因为这个时间也同样满足附加数据的约束条件，这就应当增加更多的附加数据(即冗余)。,具体讲： 为了使信源代码具有检错和纠错能力，应当按一定的规则在信源编码的基础上增加 一些冗余码元(又称监督码)，使这些冗余码元与被传送信息码元之间建立一定的关系，发信端完成这个任务的过程就称为误码或差错控制编码。 在收信端，根据信息码元与监督码元的特定关系，实现检错或纠错，输出原信息码元，完成这个任务的过程就称误码控制译码(或解码)。 为此，在发送端需要增加一个二次编码器，而在接收端相应地需要一个二次解码器。 所以二次编码又称差错控制编码，是为防止传输中产生误码而采取