Technology And Application of Modern Communication,课 程 提 要,第 1 章 概论,本章学习目标,了解通信基本概念、通信系统构成、分类及 质量评价 了解通信网的概念、分类、构成与组网结构 了解通信信道分类及特性 了解现代通信技术的应用与发展趋势,1.1 通信概述,通信是实现信息传递功能的一门科学技术 通信是指利用电子等技术手段，借助电信号（含光信号）实现从一地向另一地进行信息传递和交换的过程 现代通信技术的发展，有助于提高通信网络的质量，扩大通信网络的规模，加快信息传播的速度，提高信息传递的质量，使得通信的功能不断扩大,1.1.1 通信基本概念,通信的基本形式在信源与信宿之间建立一个传输信息的通道（信道） 现代通信不仅可以无失真、高效率地传递信息，并可在传输过程中抑制无用信息，同时还具有存储、处理、采集及显示等功能,通信基本概念,信源消息的来源（人或机器） 消息传送的对象（如语音、图像、文字等），由信源传输 信号消息的载体，为传送消息而对其变换后传输的某种物理量（如电信号、声信号、光信号） 信令通信系统进行控制操作或为用户服务的控制信号 信息消息中的有效内容，其含量用信息量衡量,1.1.2 通信系统模型,通信系统的基本模型（点对点通信）,通信系统模型,信息源（信源）把待传输的消息转换成原始电信号 发送设备（变换器）将信源发出的信息变换成适合在信道中传输的信号，使原始信号（基带信号）适应信道传输特性的要求 信道传递信息的通道及传递信号的设施。按传输介质（又称传输媒质）的不同，分为有线信道和无线信道（如微波通信、卫星通信、无线接入等）,通信系统模型,接收设备功能与发送设备相反，把从信道上接收的信号变换成信息接收者可以接收的信息，起着还原的作用 受信者（收终端，又称为信宿）信息的接收者，将复原的原始信号转换成相应的消息 噪声源指系统内各种干扰影响的等效结果。为便于分析，一般将系统内所存在的干扰（环境噪声、电子器件噪声、外部电磁场干扰等）折合于信道中,现代通信系统功能模型,通信系统模型,现代通信系统模型的功能模块: 接入功能模块将语音、图像或数据进行数字化并变换为适于网络传输的信号 传输功能模块将接入的信号进行信道编码和调制，变为适于传输的信号形式 控制功能模块完成用户的鉴权、计费与保密，由信令网、交换设备和路由器等组成 应用功能模块为运营商提供业务经营,1.1.3 通信系统的分类,1. 按通信业务分类 按传输内容：单媒体通信与多媒体通信 按传输方向：单向传输与交互传输 按传输带宽：窄带通信与宽带通信 按传输时间：实时通信与非实时通信 2. 按传输介质分类 有线通信：传输介质为电缆和光缆 无线通信：借助于电磁波在自由空间的传播来传输信号，根据波长不同可分为中长波通信、短波通信和微波通信等,通信系统的分类,3. 按调制方式分类 基带传输：将未经调制的信号直接在线路上传输 频带传输（调制传输）：先对信号进行调制后再进行传输 4. 按信道中传输的信号分类 模拟通信和数字通信 5. 按收发者是否运动分类 固定通信和移动通信 6. 按多地址接入方式分类 频分多址、时分多址、码分多址通信等 7. 按用户类型分类 公用通信和专用通信,1.1.4 通信系统的质量评价,1. 有效性指标 有效性是指信道资源的利用效率（即系统中单位频带传输信息的速率问题） 模拟通信系统有效性指标系统有效带宽(Hz) 数字通信系统有效性指标传输容量，即信道的传输速率（单位时间内通过信道的平均信息量），信息量的单位为比特（bit）,通信系统的质量评价,传输容量的表示方法 信息传输速率（比特速率）系统每秒钟传送的比特数，单位为比特秒（bit/s） 【例】某数字通信系统每秒钟传送19200个二进制码元（一个二进制码元是一个“1”或一个“0”），则该系统的信息传输速率为19200 bit/s,通信系统的质量评价,符号传输速率（信号速率或码元速率）单位时间内所传送的码元数；单位为波特（baud，简记为Bd），每秒钟传送一个符号的传输速率为1波特 注：在给出码元速率时需说明是何进制的码元,通信系统的质量评价,符号传输速率和信息传输速率可换算；若是二进制码，符号传输速率则与信息传输速率相等 若两个系统的传输速率相同，其信道效率有可能不同。信道效率用单位频带的信息传输速率或符号传输速率来表示，其单位分别为 bit/s/Hz 及 Bd/Hz,通信系统的质量评价,2. 可靠性指标 可靠性是指通信系统传输消息的质量（即传输的准确程度问题） 模拟通信的可靠性用输出信噪比来衡量 数字通信系统的可靠性用传输差错率来衡量,通信系统的质量评价,传输差错率的表示方法: 误码率（码元差错率）在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码元数之比，也指平均误码率 误比特率（比特差错率）在传输过程中产生差错的比特数与传输的总比特数之比，也指平均误比特率 当采用二进制码时，误码率与误比特率相等 问题1：已知某八进制信号的信息速率为2400 bit/s，求该系统的码元速率。若该信息每秒有1个码元出错，求误码率Pe。 问题2：在多进制系统中，为何误比特率小于误码率？,通信系统的质量评价,误码率的大小与传输通路的系统特性和信道质量有关，提高信道信噪比（信号功率噪声功率）和缩短中继距离，可使误码率减小 从通信的有效性和可靠性出发，单位频带的传输速率越高越好，而误码率则越低越好,1.2 通信网的组成,通信网由一定数量的节点（包括终端设备和交换设备）以及连接节点的传输链路的组合，以实现规定点间信息传输的通信体系 通信网的功能：适应用户呼叫的需要，以用户满意的程度，传输网内任意两个或多个用户之间的信息,通信网的概念,1. 通信网的基本要素 现代通信网一般是由交换设备、用户终端设备、传输系统并按某一结构组成 用户终端之间通过一个或多个节点链接，在节点处提供交换、处理网络管理等功能 传输系统包括用户终端之间、用户终端与节点以及节点之间的各种传输介质（有线或无线）和设备,通信网的概念,通信网一般组成 通信网络的基本要素为传输、交换和终端，其中传输与交换部分组成核心网,通信网的概念,（1）传输 传输系统完成信号传输的介质和设备的总称。其在终端设备与交换设备之间、以及交换系统相互之间链接起来而形成网络 传输系统按传输介质不同可分为有线和无线传输系统。通过提供并行的不同带宽的多路复用，可获得各种不同数目的复用信道 常用传输系统：光纤传输系统、卫星通信系统、无线传输系统、数字微波传输系统等。,通信网的概念,传输是交换设备之间的通信路径，承载着用户信息和网络控制信息 传输设备主要由用户线（用户终端与交换机之间的连接线路）、中继线（交换机与交换机之间的连接线路）及相关传输系统设备构成 传输线路中除线缆以外，还安装各种设备实现信号放大、波形变换、调制解调、多路复用、发信与收信等功能，以延长用户信息的传输距离,通信网的概念,（2）交换 通信网中交换功能由交换节点（即交换设备）完成。不同网络因支持的业务特性不同，交换方式也不同 交换设备由信息传送子系统（包括交换网络和接口）与控制子系统组成 交换设备以节点形式与邻接传输链路一起，构成各种结构的通信网；根据寻址信息和网络控制指令，进行链路连接或信号导向，使通信网中的多对用户建立信号通路。,通信网的概念,（3）终端 主要功能：将输入信息变换为易于在信道中传送的信号；其用于发送和接收用户信息，与网络交换控制信息，通过网络实现呼叫和接入服务 发送端将所发送信息转变成适合信道传送的信号，接收端从信道上接收信号，将其恢复成能被利用的信息；终端还能产生和识别网内所需的信令信号或规则，以便相互联系和应答 不同通信业务的终端类型：如电话终端、数字终端、数据通信终端、图像通信终端和多媒体终端等,通信网的概念,2. 通信网的质量要求 网内任意用户间相互通信 满意的通信质量 较高的可靠性 投资和维护费用合理 能适应通信新业务和通信新技术的发展 通信网组网结构、信令方式、编码计划、计费方式、网管模式等应能灵活适应新业务和新技术发展,1.2.2 通信网的分类,1. 现代通信网的分类 按通信的业务类型分类 电话网、广电网、数据网、计算机网、多媒体网和综合业务数字网等 按通信网采用传输介质分类 有线传输网、无线传输网 按通信的传输手段分类 光传输网、无线通信网、卫星通信网、微波中继网、载波通信网等,通信网的分类,按通信网采用的传送模式分类 电路交换网（公共电话交换网PSTN、综合业务数字网 ISDN） 分组交换网（分组数据网PDN、帧中继网FRN） 异步传送网（ATM）等 按通信服务的区域分类 市话通信网、长话通信网和国际通信网 局域网、城域网和广域网等,通信网的分类,按通信服务的对象分类 公用通信网、专用通信网 按通信传输处理信号形式分类 模拟通信网和数字通信网 按通信的活动方式分类 固定通信网和移动通信,通信网的分类,2. 国内现有通信网络 我国的电信网、计算机通信网和有线电视网等运营网络，是根据用户需求所提供的业务类型、支撑业务所采用的技术及其相应的成熟期、以及对各类业务运营商的管理体制不同而客观形成的，且都具有各自的优势和问题。,通信网的分类,（1）电信网 电信网主要是指利用有线通信或无线通信系统，来传递、发射或者接收各种形式信息的通信网 电信网由国家电信部门（原邮电部）建设，由基础网、相应支撑网及其业务网组成 【例】以话音业务为主的公用电话交换网和移动通信网、基础数据网、基础传输网等,通信网的分类,（2）计算机通信网 计算机通信网的发展过程是计算机技术与通信技术的融合过程。现代网络技术已把计算机网和电信网相互整合和渗透在一起 国内的计算机通信网络即中国目前的互联网，由多部门组建及运作 【例】中国公用互联网（由原邮电部组建）、中网（由中国网通组建），中国教育科研网（由清华大学负责运作的CERNET）等,通信网的分类,（3）有线电视网 优势：已建成相当规模的光缆长途干线和覆盖面很广的宽带分配网络，并拥有垄断性的影视节目信息 问题：虽已具备传输与接入手段，但还完全不具备宽带信息业务节点及相应的交换设施 组成：传送网络（传输干线）和节目分配网络（多用户共享的宽带网络）,1.2.3 电信网的组成,现代电信网可归纳为业务网和支撑网 1. 业务网（用户信息网） 用于向公众提供诸如话音、视频、数据、多媒体等业务的通信网络，包括电话通信网、移动通信网、数据通信网、综合业务数字网、智能网、IP网络等。按其功能可分为传送网和交换网。,电信网的组成,传送网由基础传输网和用户接入网组成，用于数字信号的传送，表示支持业务网的各种接入和传送手段的基础设施 用户之间的通信要经过交换设备。采用不同交换技术的交换点可构成不同类型的业务网，用于支持不同的业务。根据交换方式的不同，交换网可分为电路交换网和分组交换网,电信网的组成,2. 支撑网 支撑网包括信令网、数字同步网和电信管理网，支持电信网的应用层、业务层和传送层的工作，提供保证网络正常运行的控制和管理功能,1.2.4 通信网的组网结构,通信网的网络拓扑结构是指终端、节点或两者之间的连接与分布形式 网络拓扑结构的基本形式主要有网状网、网孔型网、星型网、复合型网、环型网、总线型网、树型网等 通信网的实际拓扑结构通常由基本结构形式复合组成,通信网的组网结构,通信网基本拓扑结构示意图,1.3 通信信道,信道信号发送设备与接收设备之间传送信号的通道。信道作为链路，可连接网络节点的交换设备，构成多个用户连接的网络 传输介质可传输电信号（或光信号）的物质，分为有线介质和无线介质 狭义信道各种物理传输介质 广义信道传输介质（狭义信道）和信号必须经过的各种通信设备,1.3.1 无线信道,在无线信道中，信号的传输是利用电磁波在空间的传播来实现的 无线介质指可以传播电磁波（包括光波）的空间或大气，主要由无线电波和光波作为传输载体 无线传输信道分为长波信道、中波信道、短波信道、超短波信道和微波信道,1