1、1.3 通信技术入门通信技术入门1.3.1 通信的基本原理通信的基本原理1.3.2 模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信1.3.3 光纤通信和无线通信光纤通信和无线通信1.3.4 移动通信移动通信2第1章 信息技术概述1.3.1 通信的基本原理通信的基本原理（1）通信系统的基本模型通信系统的基本模型（2）调制与解调调制与解调（3）多路复用技术多路复用技术3第1章 信息技术概述什么是通信什么是通信(communication)？n广义上讲，通信就是信息的广义上讲，通信就是信息的(远距离远距离)传递与交流传递与交流n现代通信现代通信使用使用电波或光波传递信息电波或光波传递信息的技术，也称为电的技术
2、，也称为电信（信（telecommunication），如电报、电话、传真、电子邮），如电报、电话、传真、电子邮件、件、BBS、QQ等等n通信的发展历史：通信的发展历史：n1836年，英国建成第一条电报线路年，英国建成第一条电报线路(Morse电报电报)n1876年，美国人年，美国人A.G.Bell研制成可供实用的电话研制成可供实用的电话n20世纪初，马可尼实现了跨越大西洋的无线电报通信世纪初，马可尼实现了跨越大西洋的无线电报通信n1918年出现收音机和无线电广播年出现收音机和无线电广播n1938年第一个电视台开始播出年第一个电视台开始播出n1940s 出现彩色电视出现彩色电视n1960s 出
3、现计算机网络出现计算机网络4第1章 信息技术概述对通信系统的一般要求对通信系统的一般要求n远距离：传输距离要远远距离：传输距离要远n低成本：传输成本要低低成本：传输成本要低n高速度：从发生到接收的延迟时间要短高速度：从发生到接收的延迟时间要短n可靠：传输的信息不能有错误可靠：传输的信息不能有错误n方便：任何时间和地点都能通信方便：任何时间和地点都能通信n安全：传输的信息要保密，不能泄漏安全：传输的信息要保密，不能泄漏5第1章 信息技术概述通信系统的模型通信系统的模型n通信的三要素：通信的三要素：信信 道道信源信源(宿宿)信宿信宿(源源)信信号号信信号号n举例举例:信道的任务是迅速、可靠而信道的
4、任务是迅速、可靠而准确地将信号从信源传输到准确地将信号从信源传输到信宿信宿被传输的信息都必须以被传输的信息都必须以某种电某种电(或光或光)信号的形信号的形式才能进行传输式才能进行传输发送信息发送信息的设备的设备接收信息接收信息的设备的设备有线电话有线电话移动电话移动电话计算机通信计算机通信信源信源/信宿信宿电话座机电话座机手机手机计算机计算机信号形式信号形式话音经电话机转话音经电话机转换成为变化的电换成为变化的电流信号流信号话音经电话机转换成为话音经电话机转换成为压缩编码后的数字信号压缩编码后的数字信号编码并打包后的数字信编码并打包后的数字信号号信道构成信道构成电话线和中继器电话线和中继器等传
5、输设备等传输设备无线电波、基站等无线电波、基站等双绞线、集线器、路由双绞线、集线器、路由器、光纤等器、光纤等6第1章 信息技术概述模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号n通信系统中被传输的信息必须转换成某种通信系统中被传输的信息必须转换成某种电信号电信号(或光信号或光信号)才能进行传输才能进行传输t数字信号数字信号信号信号强度强度模拟信号模拟信号信号信号强度强度tn电信号电信号(或光信号或光信号)有两种形式：有两种形式：n模拟信号模拟信号形式形式:通过连续变化的物理通过连续变化的物理量（如信号的幅度）来表示信息，例量（如信号的幅度）来表示信息，例如人们打电话或者播音员播音时声音如人们打电话或者播
6、音员播音时声音经话筒经话筒(麦克风麦克风)转换得到的电信号；转换得到的电信号；n数字信号数字信号形式形式:使用有限个状态使用有限个状态(一般一般是是2个状态个状态)来表示（编码）信息，例来表示（编码）信息，例如电报机、传真机和计算机发出的信如电报机、传真机和计算机发出的信号都是数字信号号都是数字信号 7第1章 信息技术概述模拟信号如何传输？模拟信号如何传输？n近距离传输：近距离传输：n直接传输直接传输(如：如：MP3播放器播放器 耳机耳机；计算机输出信号；计算机输出信号 投影仪投影仪)n远距离传输：远距离传输：n通过通过载波载波来传输模拟信号来传输模拟信号(如：广播电台如：广播电台收音机收音机
7、)n什么是什么是载波载波？n研究发现，高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他研究发现，高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他信号传送得更远。因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信信号传送得更远。因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信息的息的载波，载波，把模拟信号放在把模拟信号放在(调制调制在在)载波上传输，则可比直接载波上传输，则可比直接传输远得多传输远得多8第1章 信息技术概述模拟信号如何进行载波传输？模拟信号如何进行载波传输？三种调制方法三种调制方法调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号调制器调制器载波信号载波信号调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号解调器
8、解调器载波信号载波信号调制信号调制信号(连续信号连续信号)调幅调幅(AM)调频调频(FM)调相调相(PM)载波信号载波信号(高频正弦波高频正弦波)实现信号调制与解调的设备分别称为实现信号调制与解调的设备分别称为“调制器调制器”和和“解调器解调器”：9第1章 信息技术概述数字信号如何传输？数字信号如何传输？n近距离传输方法近距离传输方法基带传输基带传输n近距离传输时：不加处理直接进行（如：近距离传输时：不加处理直接进行（如：USB连接）连接）n较长距离传输：需作码型转换（如：以太网中传输数字信号）较长距离传输：需作码型转换（如：以太网中传输数字信号）二进位信号的二进位信号的不归零制不归零制(NR
9、Z)编码编码0 0 1 1 0 1双绞线双绞线计算机计算机计算机计算机NRZ 码码曼彻斯特曼彻斯特编码编码码型码型变换器变换器码型码型变换器变换器曼彻斯特曼彻斯特编码编码NRZ 码码（网卡）（网卡）（网卡）（网卡）含有直流成分，含有直流成分，不便于同步，不不便于同步，不适合直接传输适合直接传输 平均直流电平为平均直流电平为0，电平的变化可作电平的变化可作为同步信号为同步信号 二进位信号的二进位信号的曼彻斯特编码曼彻斯特编码电平从低电平从低到高表示到高表示0,从高到从高到低表示低表示1 n远距离传输方法远距离传输方法通过载波来传输数字信号通过载波来传输数字信号(频带传输频带传输)10第1章 信息
10、技术概述数字信号的三种调制方法数字信号的三种调制方法幅移键控幅移键控频移键控频移键控 调制信号调制信号 (两个状态两个状态)相移键控相移键控载波信号载波信号(高频正弦波高频正弦波)数字调制、解调器：数字调制、解调器：调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号解调器解调器载波信号载波信号调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号调制器调制器载波信号载波信号11第1章 信息技术概述小结小结1:远距离通信必须使用远距离通信必须使用MODEM 通信一般是双向进行的，收发双方都需要调制器与解调通信一般是双向进行的，收发双方都需要调制器与解调器，它们通常做在一起，称为调制解调器器，它们通常做在
11、一起，称为调制解调器(MODEM)信信 道道信源信源(宿宿)信宿信宿(源源)调制后调制后的载波的载波 信号信号调制后调制后的载波的载波 信号信号调制调制(解调解调)器器(调制调制)解调器解调器载波载波载波载波信源信号通过信源信号通过调调制器制器 调整载波调整载波的某个参数的某个参数(幅幅度、频率或相位度、频率或相位)到达目的地后，使用到达目的地后，使用解调器解调器把载波所携带把载波所携带的信号检测出来，恢的信号检测出来，恢复为原始信号的形式复为原始信号的形式经过调制后的载波经过调制后的载波信号，携带着被传信号，携带着被传输的信号在信道中输的信号在信道中进行长距离传输进行长距离传输12第1章 信
12、息技术概述怎样降低传输成本？怎样降低传输成本？n分析：分析：n通信系统中，传输线路的建设和维护成本占整个系统成本通信系统中，传输线路的建设和维护成本占整个系统成本的相当大的份额的相当大的份额n一条传输线路（铜线、光纤、无线电波）的容量通常远超一条传输线路（铜线、光纤、无线电波）的容量通常远超过传输过传输1路用户信号所需的能力路用户信号所需的能力n降低成本采用的技术降低成本采用的技术多路复用技术多路复用技术(Multiplexing)n多路信号使用同一条传输线同时进行传输多路信号使用同一条传输线同时进行传输n方法：方法：n时分多路复用时分多路复用(TDM)(主要应用在计算机网络系统中主要应用在计
13、算机网络系统中)n频分多路复用频分多路复用(FDM)(主要应用在电视广播系统中主要应用在电视广播系统中)n波分多路复用波分多路复用(WDM)(主要应用在光纤通信中主要应用在光纤通信中)13第1章 信息技术概述时分多路复用时分多路复用(Time Division Multiplexing,TDM)n思想：各通信终端思想：各通信终端（计算机、电话计算机、电话）以规定的顺序和时以规定的顺序和时间轮流使用同一传输线路进行数据传输间轮流使用同一传输线路进行数据传输n工作原理：工作原理：H F G E D C B A传输线路传输线路时间片时间片 G C终端终端 1终端终端 2终端终端 3终端终端 4 H
14、D F B E A多路复用器多路复用器 4 3 2 1 4 3 2 1数据数据tMultiplexer多路分路器多路分路器终端甲终端甲终端乙终端乙终端丙终端丙终端丁终端丁 E A F B G C H DDemultiplexern应用：主要使用在数字通信领域，如电话中继通信、应用：主要使用在数字通信领域，如电话中继通信、GSM手机、总线式以太网等手机、总线式以太网等14第1章 信息技术概述频分多路复用频分多路复用(Frequency Division Multiplexing,FDM)n思想：将每个通信终端发送的信号调制在不同频率的载波上，通思想：将每个通信终端发送的信号调制在不同频率的载波上
15、，通过频分多路复用器过频分多路复用器(MUX)将它们复合成为一个信号，然后在同一将它们复合成为一个信号，然后在同一传输线路上进行传输。抵达接收端之后，借助分路器传输线路上进行传输。抵达接收端之后，借助分路器(DEMUX)把把不同频率的载波分离出来，送到不同的接收设备不同频率的载波分离出来，送到不同的接收设备n工作原理：工作原理：DEMUX MUX 共享的传输信道共享的传输信道载波频率载波频率f1调制调制调制调制载波频率载波频率fn载波频率载波频率f1解调解调解调解调载波频率载波频率fnf将不同频率将不同频率的载波信号的载波信号合成在一起合成在一起使用一组滤波器使用一组滤波器分解出不同频率分解出
16、不同频率的载波信号的载波信号15第1章 信息技术概述频分多路复用举例频分多路复用举例1n广播电台节目的发送与接收广播电台节目的发送与接收频分多路复用频分多路复用分路器分路器(带通滤波器带通滤波器)信号信号发射发射信号信号接收接收n常见广播电台使用的载波频率常见广播电台使用的载波频率n中波中波 900 KHz(南京经济台南京经济台)中波中波1008 KHz(南京新闻台南京新闻台)n短波短波 15.28 MHz(英国英国BBC)短波短波 15.29 MHz(VOA美国之音美国之音)n调频调频104.3MHz(南京体育台南京体育台)调频调频105.8MHz(南京音乐台南京音乐台)16第1章 信息技术
17、概述频分多路复用举例频分多路复用举例2n电视节目的发送与接收电视节目的发送与接收频道频道 载波频率载波频率(MHz)(MHz)频道频道载波频率载波频率(MHz)(MHz)频道频道载波频率载波频率(MHz)(MHz)1 187.7587.755 5123.25123.259 9230.25230.252 295.7595.75 6 6206.25206.251010238.25238.253 3103.75103.757 7214.25214.251111246.25246.254 4115.25115.258 8222.25222.251212254.25254.25多多路路复复用用器器解调器
18、解调器在天空中传输的在天空中传输的电磁波器电磁波器电视信号电视信号发射器发射器电视信号电视信号接收器接收器电视节目电视节目调制器调制器载波载波1电视图像电视图像及其伴音及其伴音调制器调制器载波载波2电视图像电视图像及其伴音及其伴音调制器调制器载波载波n电视图像电视图像及其伴音及其伴音电电视视调调谐谐器器(分路器分路器)17第1章 信息技术概述小结小结:多路复用可以降低通信成本多路复用可以降低通信成本n通信系统的原理示意图通信系统的原理示意图复用复用（分路（分路信道信道信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器复用复用
19、（分路（分路信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器多路复用技术使得成千上多路复用技术使得成千上万路通信可以在同一条传万路通信可以在同一条传输线上同时进行，大大节输线上同时进行，大大节省了通信成本省了通信成本频分多路、时分多路和波频分多路、时分多路和波分多路等技术可以同时使分多路等技术可以同时使用，以提高复用效率用，以提高复用效率18第1章 信息技术概述1.3.2 模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信（1）模拟通信模拟通信（2）数字通信数字通信（3）数字通信系统数字通信系统19第1章 信息技术概述模拟通信模拟通信n
20、信源产生的模拟信号直接进行传输或者通过对载波调制信源产生的模拟信号直接进行传输或者通过对载波调制后进行传输的通信技术称为后进行传输的通信技术称为模拟通信技术模拟通信技术 n应用：应用：n(传统的传统的)有线载波电话有线载波电话n无线电广播无线电广播n电视（卫星电视、数字有线电视除外）电视（卫星电视、数字有线电视除外）n优点：历史长，技术成熟，结构简单，成本低优点：历史长，技术成熟，结构简单，成本低n缺点：在信号的调制和传输过程中易受噪声干扰，传输缺点：在信号的调制和传输过程中易受噪声干扰，传输质量不够稳定质量不够稳定n趋势：已经越来越多地被数字通信所取代趋势：已经越来越多地被数字通信所取代 2
21、0第1章 信息技术概述模拟通信技术应用举例（模拟通信技术应用举例（1）n传统的有线载波电话传统的有线载波电话 使用对称电缆或同轴电缆，前者使用对称电缆或同轴电缆，前者每一对线可传输每一对线可传输60路电话，后路电话，后者可提供成千上万个话路者可提供成千上万个话路多路复用多路复用(分路分路)器器 传输线路传输线路(中继线和长途线中继线和长途线)MODEM载波载波1MODEM载波载波2MODEM载波载波n多路复用多路复用(分路分路)器器MODEM载波载波1MODEM载波载波2MODEM载波载波n本地交换机本地交换机长途交换机长途交换机本地交换机本地交换机中继线中继线用户线用户线中继线中继线长途线长
22、途线长途交换机长途交换机用户线用户线电子开关电子开关2x2交换机原理交换机原理21第1章 信息技术概述模拟通信技术应用举例（模拟通信技术应用举例（2）n电话拨号上网电话拨号上网:利用模拟传输技术传输数字信号利用模拟传输技术传输数字信号22第1章 信息技术概述模拟通信技术应用举例（模拟通信技术应用举例（2）n家庭计算机用户通过电话拨号接入计算机网络家庭计算机用户通过电话拨号接入计算机网络调制解调器把计算机送出的调制解调器把计算机送出的数字信号数字信号,采用数字调制采用数字调制(频频移键控或相移键控移键控或相移键控)的方法的方法,调制成为适合于在用户电话调制成为适合于在用户电话线上传输的音频模拟信
23、号线上传输的音频模拟信号因特网服务提供商把因特网服务提供商把接收到的模拟信号，接收到的模拟信号，通过解调器恢复成数通过解调器恢复成数字信号送给计算机字信号送给计算机因特网服务提供商因特网服务提供商(ISP)(ISP)家庭用户家庭用户音频模拟信号在本音频模拟信号在本地电话网中，采用地电话网中，采用模拟传输技术进行模拟传输技术进行传输传输23第1章 信息技术概述什么是数字通信？什么是数字通信？n将信源产生的模拟信号转换为数字信号（或信源直接产将信源产生的模拟信号转换为数字信号（或信源直接产生数字信号）之后，直接进行传输或通过用数字信号对生数字信号）之后，直接进行传输或通过用数字信号对载波进行数字调
24、制来传输信息的技术称为载波进行数字调制来传输信息的技术称为数字通信数字通信n数字通信技术的优点：数字通信技术的优点：n抗干扰能力强，差错可控制，无噪声积累，传输质量高抗干扰能力强，差错可控制，无噪声积累，传输质量高n灵活性好，能适应多种应用需求，声音、图像、数据均可传输灵活性好，能适应多种应用需求，声音、图像、数据均可传输n传输的数字信号可以直接由计算机进行存储、管理和处理传输的数字信号可以直接由计算机进行存储、管理和处理n数字信号的加密比模拟信号容易，所以通信的安全性高数字信号的加密比模拟信号容易，所以通信的安全性高n数字电路容易用超大规模集成电路实现，有利于通信设备的小数字电路容易用超大规
25、模集成电路实现，有利于通信设备的小型化、微型化，也降低了功耗型化、微型化，也降低了功耗 24第1章 信息技术概述数字通信采用的技术数字通信采用的技术n数字调制数字调制/解调技术解调技术n调幅；调频；调相调幅；调频；调相n多路复用技术多路复用技术n时分多路；频分多路；波分多路时分多路；频分多路；波分多路n交换技术交换技术n电路交换；分组交换电路交换；分组交换n模模-数和数数和数-模转换技术；模转换技术；n数字编码和数据压缩技术数字编码和数据压缩技术25第1章 信息技术概述数字通信技术应用举例（数字通信技术应用举例（1）n当今长途电话系统的中继通信当今长途电话系统的中继通信 PCM编码器编码器PC
26、M解码器解码器PCM编码器编码器PCM解码器解码器多多 路路 复复 用用 器器分分 路路 器器光纤传输线路光纤传输线路(中继线和长途线中继线和长途线)（本地电话局）（本地电话局）（本地电话局）（本地电话局）（用户线）（用户线）（用户线）（用户线）数字传输技术数字传输技术模拟传输技术模拟传输技术模拟传输技术模拟传输技术模拟声音信号在需要进模拟声音信号在需要进行远距离传输之前，先行远距离传输之前，先使用使用PCM编码器变换编码器变换为数字信号形式（此过为数字信号形式（此过程称为程称为“数字化数字化”）接收方所在地区的交换接收方所在地区的交换局使用解码器把数字信局使用解码器把数字信号还原成模拟声音信
27、号号还原成模拟声音信号后，由用户线传输至接后，由用户线传输至接听方的电话机听方的电话机 数字信号经调制和复数字信号经调制和复用后，通过光纤传输用后，通过光纤传输到接收方所在地区的到接收方所在地区的交换局，再经解调和交换局，再经解调和分路处理，恢复为数分路处理，恢复为数字信号字信号 26第1章 信息技术概述数字通信技术应用举例（数字通信技术应用举例（2）n卫星电视数字传输：用数字传输技术传输模拟信号卫星电视数字传输：用数字传输技术传输模拟信号 数字传输技术数字传输技术数字数字调制调制数字数字解调解调编码器编码器解码器解码器在空中传输在空中传输的电磁波器的电磁波器电视信号电视信号发射器发射器电视信
28、号电视信号接收器接收器载波载波载波载波电视图像电视图像及其伴音及其伴音电视机电视机数字信号经调制和复数字信号经调制和复用后由天线发送至卫用后由天线发送至卫星，再由卫星进行转星，再由卫星进行转发，被卫星地面接收发，被卫星地面接收站所接收站所接收电视台的节目在发送到电视台的节目在发送到卫星去传输之前，先要卫星去传输之前，先要把图像和伴音信号进行把图像和伴音信号进行数字化，还要进行数据数字化，还要进行数据压缩压缩 地面站对接收到的信号地面站对接收到的信号进行解调、解码后恢复进行解调、解码后恢复为模拟信号，再经由有为模拟信号，再经由有线电视电缆送到用户电线电视电缆送到用户电视机上播放视机上播放27第1
29、章 信息技术概述小结：数字通信系统的模型小结：数字通信系统的模型发送端发送端接收端接收端信信 源源信道编码信道编码调制与复用调制与复用信信 道道压缩编码压缩编码解调与分路解调与分路信信 宿宿解解 密密信道解码信道解码解压缩解压缩加密编码加密编码噪声噪声信源编码信源编码信源解码信源解码为了进为了进行可靠行可靠的传输的传输为了高效率地为了高效率地进行远程传输进行远程传输28第1章 信息技术概述数字通信系统的主要性能指标数字通信系统的主要性能指标 n数据传输速率数据传输速率(简称数据速率简称数据速率,data rate)n指实际进行数据传输时单位时间内传送的二进位数目指实际进行数据传输时单位时间内传
30、送的二进位数目n计量单位：计量单位：“位位/秒秒”(bps)、“千位千位/秒秒”(kbps)、“兆位兆位/秒秒”(Mbps)或或“千兆位千兆位/秒秒”(Gbps)等等n信道带宽信道带宽(也称为信道容量也称为信道容量,bandwidth)n一个信道允许的最大一个信道允许的最大(高高)数据传输速率数据传输速率n信道带宽与采用的传输介质、传输距离、多路复用方法、调制解调方法信道带宽与采用的传输介质、传输距离、多路复用方法、调制解调方法等密切相关等密切相关n误码率误码率(error rate)n指数据传输中规定时间内出错数据占被传输数据总数的比例指数据传输中规定时间内出错数据占被传输数据总数的比例n端
31、端延迟端端延迟(end-end delay)n指数据从信源传送到信宿所花费的时间。指数据从信源传送到信宿所花费的时间。29第1章 信息技术概述1.3.3 光纤通信与无线通信光纤通信与无线通信（1）传输介质的类型与特点传输介质的类型与特点（2）光纤通信光纤通信（3）无线通信无线通信30第1章 信息技术概述传输介质的类型与特点传输介质的类型与特点介质介质类型类型特点特点应用应用金属金属导体导体双绞线双绞线成本低，易受外部高频电磁波成本低，易受外部高频电磁波干扰，误码率较高；传输距离干扰，误码率较高；传输距离有限有限固定电话本地回固定电话本地回路、计算机局域路、计算机局域网网同轴电缆同轴电缆 传输特
32、性和屏蔽特性良好，可传输特性和屏蔽特性良好，可作为传输干线长距离传输载波作为传输干线长距离传输载波信号，但成本较高信号，但成本较高固定电话中继线固定电话中继线路、有线电视接路、有线电视接入入光导光导纤维纤维光缆光缆传输损耗小，通讯距离长，容量传输损耗小，通讯距离长，容量大，大，屏蔽特性非常好，屏蔽特性非常好，不易被窃不易被窃听，重量轻，便于运输和铺设。听，重量轻，便于运输和铺设。缺点是精确连接两根光纤很困难缺点是精确连接两根光纤很困难电话、电视等通电话、电视等通信系统的远程干信系统的远程干线，计算机网络线，计算机网络的干线的干线无线电波无线电波微波微波红外线红外线激光激光建设费用低，抗灾能力强
33、，容量建设费用低，抗灾能力强，容量大，无线接入使得通信更加方便大，无线接入使得通信更加方便.但易被窃听、易受干扰但易被窃听、易受干扰广播，电视，移广播，电视，移动通信系统，计动通信系统，计算机无线局域网算机无线局域网31第1章 信息技术概述双绞线和同轴电缆双绞线和同轴电缆n原理：利用电流原理：利用电流(电压电压)传输信息传输信息n双绞线分类双绞线分类n3类线类线(10 Mb/s)；5类线类线(100Mb/s)；6类线类线(200Mb/s)n无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线(UTP)；屏蔽双绞线；屏蔽双绞线(STP)同轴电缆同轴电缆内层导线内层导线金属屏蔽金属屏蔽外绝缘层外绝缘层绝缘体绝缘体n同轴电缆分
34、类同轴电缆分类n基带同轴电缆（基带同轴电缆（5050）n传输数字信号传输数字信号n宽带同轴电缆（宽带同轴电缆（7575）n传输模拟信号传输模拟信号信号线信号线地线地线套管套管无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线32第1章 信息技术概述光纤与光缆光纤与光缆多根光纤多根光纤保护层保护层防止光泄漏的吸收外壳防止光泄漏的吸收外壳起保护作用的防护层起保护作用的防护层外绝缘层外绝缘层光线光线光波在光纤中的传播光波在光纤中的传播n光导纤维（光导纤维（光线的入射角足够大时，就会出现光线的入射角足够大时，就会出现全反射全反射，重复此过程，光就沿着光纤传播下去重复此过程，光就沿着光纤传播下去）纤芯纤芯 包层包层保护层保护层光
35、波光波n光缆光缆光光 纤纤保护层保护层33第1章 信息技术概述微波通信微波通信n微波：微波：300MHz300GHz范围内范围内的电磁波，波长为的电磁波，波长为1 m1mmn特点：特点：n直线传直线传播播，不能沿地不能沿地球表面传播（无绕射球表面传播（无绕射性），需要每隔性），需要每隔几十几十公里公里设立一个中继站设立一个中继站n容量大、可靠性高容量大、可靠性高n建设费用低建设费用低n抗灾能力强抗灾能力强n应用：应用：长途电话、蜂窝移长途电话、蜂窝移动电话、全数字高清晰度动电话、全数字高清晰度电视电视（HDTV）等等34第1章 信息技术概述卫星通信卫星通信n卫星通信卫星通信:中继站在人造地球卫
36、星上的中继站在人造地球卫星上的一种微波通信一种微波通信n优点：通信距离远、频带宽、容量大、优点：通信距离远、频带宽、容量大、抗干扰强、通信稳定抗干扰强、通信稳定n缺点：造价高、技术复杂、有较大延时、缺点：造价高、技术复杂、有较大延时、同步轨道卫星数目仅同步轨道卫星数目仅180180颗颗赤道上方高度为赤道上方高度为35800公里的地方为公里的地方为地球同地球同步轨道步轨道，卫星的运行周期与地球自转一圈的卫星的运行周期与地球自转一圈的周期相同周期相同，在地面上看这种卫星好似静止不，在地面上看这种卫星好似静止不动。一颗同步轨道卫星覆盖约动。一颗同步轨道卫星覆盖约120，3颗同颗同步定点轨道卫星步定点
37、轨道卫星可以覆盖地球的几乎全部面可以覆盖地球的几乎全部面积，进行二十四小时的全天候通信积，进行二十四小时的全天候通信35第1章 信息技术概述卫星通信的重要应用卫星通信的重要应用GPS n例例美国研制美国研制GPS系统系统n24颗卫星在颗卫星在1.2万公里高空以万公里高空以12小时的周期小时的周期绕地球运行绕地球运行n地面任意点在任何时刻都可同时观测到地面任意点在任何时刻都可同时观测到4颗颗以上卫星以上卫星n原理：原理：n由于卫星的位置是精确可知的，通过地面接由于卫星的位置是精确可知的，通过地面接收机可测得与卫星的距离，利用三维坐标中收机可测得与卫星的距离，利用三维坐标中的距离计算公式，就可以推
38、导出接收机的地的距离计算公式，就可以推导出接收机的地理位置理位置(经度、纬度和高程经度、纬度和高程)n定位精度：定位精度：n民用大约几十米民用大约几十米n军用可高得多军用可高得多36第1章 信息技术概述GPS卫星接收机卫星接收机n根据用途有：导航型、测地型、授时根据用途有：导航型、测地型、授时型等型等n产品形式：独立的产品形式：独立的GPS导航仪，也可导航仪，也可集成在电脑、手机、集成在电脑、手机、MP3(MP4)播放播放器、甚至手表中器、甚至手表中37第1章 信息技术概述1.3.4 移动通信移动通信（1）什么是移动通信什么是移动通信（2）移动通信原理移动通信原理（3）第第2代和第代和第3代移
39、动通信代移动通信38第1章 信息技术概述什么是移动通信？什么是移动通信？n处于移动状态的对象相互间的通信，如手机、无绳电话、寻呼系统等处于移动状态的对象相互间的通信，如手机、无绳电话、寻呼系统等n优点：克服通信终端位置对用户的限制，快速和及时地传递信息优点：克服通信终端位置对用户的限制，快速和及时地传递信息基站基站移动台移动台（手机）（手机）移动电移动电话交换话交换中心中心公用电话网公用电话网39第1章 信息技术概述蜂窝移动通信原理蜂窝移动通信原理n每每10km20km的区域称为单元（形似的区域称为单元（形似蜂窝），单元的中央建有一个蜂窝），单元的中央建有一个基站基站，该，该单元内所有手机都向
40、该基站发送信号并单元内所有手机都向该基站发送信号并接收基站发给的信号接收基站发给的信号n所有单元既相互分割，又彼此有所交叠，所有单元既相互分割，又彼此有所交叠，连成整个移动通信服务网连成整个移动通信服务网n所有基站都通过微波或电缆、光缆与移所有基站都通过微波或电缆、光缆与移动交换中心通信动交换中心通信n手机每个时刻都处于某个特定单元的基手机每个时刻都处于某个特定单元的基站控制之下，通话时使用两个频率（一站控制之下，通话时使用两个频率（一个上行频率，一个下行频率），同一单个上行频率，一个下行频率），同一单元内同一时刻的不同手机使用不同的频元内同一时刻的不同手机使用不同的频率进行通信，相互不影响率
41、进行通信，相互不影响n每个蜂窝单元中有每个蜂窝单元中有200多个信道多个信道(GSM)。n相邻单元不允许使用相相邻单元不允许使用相同的频率同的频率，不相邻单元不相邻单元的频率的频率允许允许重用重用移动移动交换交换中心中心电话交电话交换中心换中心40第1章 信息技术概述第二代第二代移动通信系统移动通信系统n传输的是数字化的语音传输的是数字化的语音/文字信号文字信号n使用频段：使用频段：900MHz/1800MHzn我国使用的我国使用的2种标准：种标准：nGSM（欧洲移动通信系统，也称全球通、全数字系统（欧洲移动通信系统，也称全球通、全数字系统)n中国电信的中国电信的GSM网已基本实现县以上城市的
42、覆盖网已基本实现县以上城市的覆盖,接入号有接入号有139135、130n采用频分多路复用技术采用频分多路复用技术(分为分为124个上下行信道个上下行信道)和时分多路复用和时分多路复用(每每个信道个信道8个连接个连接)，每个蜂窝理论上支持，每个蜂窝理论上支持992个连接，实际上可有个连接，实际上可有200多个多个nCDMA(码分多址接入，码分多址接入，Code Division Multiple Access)n所有手机都占用相同带宽和频率，在整个频段上进行信号传输所有手机都占用相同带宽和频率，在整个频段上进行信号传输,但它们分别采用不同的编码原理加以区分，即但它们分别采用不同的编码原理加以区分
43、，即CDMA给每一手给每一手机分配一个唯一的码序列（扩频码），并用它对承载信息的信机分配一个唯一的码序列（扩频码），并用它对承载信息的信号进行编码号进行编码n抗干扰能力强，系统容量大，接通率高，噪声小，抗干扰能力强，系统容量大，接通率高，噪声小，41第1章 信息技术概述第三代第三代数字移动通信系统数字移动通信系统n第第2代移动通信的不足：代移动通信的不足：（1）数据传输速率过低（）数据传输速率过低（9.6kb/s或或57kb/s）（2）容量有限，不能满足发达地区手机用户高度密集的要求。）容量有限，不能满足发达地区手机用户高度密集的要求。（3）不能实现覆盖全球的无缝连接）不能实现覆盖全球的无缝连
44、接n第第3代移动通信技术（简称代移动通信技术（简称3G）的目标：）的目标：（1）全球漫游）全球漫游（2）适应多种环境，地面移动通信与卫星移动通信相结合）适应多种环境，地面移动通信与卫星移动通信相结合（3）提供高质量的话音通信、数据通信和高分辨率图像通信）提供高质量的话音通信、数据通信和高分辨率图像通信（4）提供足够的系统容量，具有高保密性和优质的服务）提供足够的系统容量，具有高保密性和优质的服务n技术：技术：n频谱：频谱：1885 MHz 2025MHz，2110MHz2200MHz n传输速率：室内：传输速率：室内：2Mb/s，步行：，步行：384kb/s，快速移动：，快速移动：114kb/
45、sn标准：标准：WCDMA、CDMA2000和和TD-SCDMA(时分时分-同步码分多址接入同步码分多址接入)42第1章 信息技术概述国外国外3G的进展的进展n2007年底统计年底统计,40个国家共个国家共190个个 3G 网络已经投入运行，网络已经投入运行，71个国家的个国家的154 HSDPA 网络已投入运行网络已投入运行 n2007.6统计统计,全球全球3G用户数约用户数约2亿，占全球移动电话用亿，占全球移动电话用户总数户总数30亿的亿的6.7%，n日本（日本（W-CDMA）和韩国（）和韩国（CDMA2000）3G用户数超过用户数超过50（不兼容（不兼容2G）n欧洲：意大利、英国，超过欧
46、洲：意大利、英国，超过20（兼容（兼容2G）n北美、亚太、欧洲北美、亚太、欧洲(俄罗斯俄罗斯)、非洲等：、非洲等：CDMA200043第1章 信息技术概述我国我国3G通信的进展通信的进展n已初步形成了已初步形成了TD-SCDMA核心网、基站、终端以及各种芯片核心网、基站、终端以及各种芯片的配套产品体系，打造了一条完整的产业链。的配套产品体系，打造了一条完整的产业链。n中国移动从中国移动从2008年年4月月1日起正式在北京、上海、天津、沈阳、日起正式在北京、上海、天津、沈阳、广州、深圳、厦门和秦皇岛广州、深圳、厦门和秦皇岛8个城市启动个城市启动3G的社会化业务测试的社会化业务测试和试用，和试用，
47、3G手机正式放号手机正式放号n截至截至2008年年5月月30日，已经有日，已经有19家终端企业的家终端企业的29款款TD终端终端(包包括括TD-HSDPA数据卡数据卡)取得了工业和信息化部颁发的入网许可取得了工业和信息化部颁发的入网许可证，证，6家系统厂商取得了家系统厂商取得了TD-HSDPA全系列设备入网许可证全系列设备入网许可证 44第1章 信息技术概述2008中国电信业重组，力推中国电信业重组，力推3G组成组成业务业务用户规模用户规模新移动新移动中国移动中国铁中国移动中国铁通通TD-SCDMATD-SCDMA网络网络固网固网移动：移动：3.866亿亿(GSM)固话：原铁通固话：原铁通21
48、(百万百万)用户用户宽带：原铁通宽带：原铁通4(百万百万)用户用户新电信新电信中国电信中国电信CDMA网络网络CDMA2000CDMA网络网络固网固网移动：移动：4192.6万万(CDMA)固话：固话：2.26亿亿宽带：宽带：3817万万小灵通：约小灵通：约5400万万新联通新联通中国联通（中国联通（CDMA网）中国网）中国网通网通W-CDMAW-CDMA 网络网络固网固网移动：移动：1.20564亿亿(GSM)固话：固话：1.1878亿，其中无亿，其中无线市话线市话2868万万宽带：宽带：2266万万小灵通：约小灵通：约2400万万45第1章 信息技术概述附：现代电话通信网络附：现代电话通信网络地球站微波设备光传输终端设备数字多路设备长途交换设备市内交换设备移动交换设备基站基站地球站微波设备光传输终端设备数字多路设备长途交换设备市内交换设备移动交换设备基站基站通信卫星光再生中继设备(光放大器)长途网移动网本地网本地网用户
