高速公路通信系统概论课件.ppt

1、信息工程学院通信工程系12023年1月23日星期一高速公路通信系统概论高速公路通信系统概论 课时：30H信息工程学院通信工程系22023年1月23日星期一教 材1.教教 材：材：高速公路通信收费监控系统构成与进展高速公路通信收费监控系统构成与进展 作 者：陈启美，金凌，王从侠 出版单位：国防工业出版社 2.参考教材：高速公路通信系统理论及应用 作 者：赵祥模，关可，靳引利 出版单位：电子工业出版社 3.参考教材：高速公路机电系统新技术及应用 作 者：张智勇，朱立伟 出版单位：人民交通出版社4.参考教材：高速公路通信 作 者：郭元术 出版单位：人民教育出版社信息工程学院通信工程系32023年1月

2、23日星期一课程的主要内容课程的主要内容第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 通信系统的基本理论通信系统的基本理论 第三章第三章 高速公路数据通信系统高速公路数据通信系统第四章第四章 信号的调制和解调信号的调制和解调第五章第五章 高速公路程控数字交换系统高速公路程控数字交换系统第六章第六章 高速公路数字光纤通信系统高速公路数字光纤通信系统 第七章第七章 高速公路特有的通信系统高速公路特有的通信系统 信息工程学院通信工程系42023年1月23日星期一第一章 绪论1.1 简介简介 1.2 高速公路中的通信系统高速公路中的通信系统1.3 高速公路中的收费系统高速公路中的收费系统1.4 高速公路中的监控

3、系统高速公路中的监控系统1.5 ITS框架及通信、收费和监控系统的地位框架及通信、收费和监控系统的地位信息工程学院通信工程系52023年1月23日星期一1.1 简介要致富、先修路！经济要腾飞，公路是先行！爱护村村致富路促进户户奔小康！几条标语：几个数字：1929-1923年 德国 科隆-波恩高速公路第一条高速公路 1937年 美国 第一条高速公路 加利福尼亚，目前 有9万公里1963年日本 第一条高速公路 名神高速公路1988年第一条高速公路 上海-嘉定高速公路 1999年突破1万公里，跃居世界第四位；2000年达到1.6万公里，跃居世界第三；2001年达到1.9万公里，跃居世界第二；2004

4、年8月底突破了3万公里，比世界第三的加拿大多出近一倍。信息工程学院通信工程系62023年1月23日星期一 高速公路是专供汽车分向、分车道行驶并全部控制出入、高速公路是专供汽车分向、分车道行驶并全部控制出入、全部采用立体交叉的公路全部采用立体交叉的公路的干线公路。的干线公路。它是国家经济和社会发展的产物，是衡量一个国家公路交通运输和汽车工业现代化水准的重要标志。公路交通运输是国民经济的基础性、服务性产业，是合理配置资源、提高经济运行质量和效率的重要基础。它具有“高速、高效、安全、舒适”等特点，主要表现在：1.1.行车速度快行车速度快 2.2.通行能力大通行能力大 3.3.运输效率高运输效率高 4

5、.4.行车安全舒适行车安全舒适 高速公路的特点信息工程学院通信工程系72023年1月23日星期一 鉴于以上特点，高速公路在各国国民经济发展中具有举足轻重的地位和作用：1.1.支撑经济化发展支撑经济化发展 2.2.推动社会进步，改善了人民生活质量，促进区域经济推动社会进步，改善了人民生活质量，促进区域经济协调发展协调发展 3.3.改善公共服务，增强了运输可靠性和安全性。改善公共服务，增强了运输可靠性和安全性。4.4.服务可持续发展，改善了运输效率和效益。降低了能服务可持续发展，改善了运输效率和效益。降低了能源消耗，加强了环境保护。源消耗，加强了环境保护。高速公路的作用信息工程学院通信工程系820

6、23年1月23日星期一通信系统收费系统监控系统隧道安全保障供配电系统机电系统机电系统高速公路的组成照明系统信息工程学院通信工程系92023年1月23日星期一1.2 高速公路中的通信系统 高速公路通信系统是高速公路现代化管理的重要支撑系统，它要准确及时的传输监控系统和收费系统的话音、数据和图像等信息，保持高速公路各管理部门之间业务联络通讯的畅通，并要为高速公路内部各部门和外界建立必要的联系；同时高速公路通信系统作为交通专用通信网的重要组成部分，是交通信息的主要传输载体，为各种网络服务及会议电视系统提供传输通道。随着计算机技术，网络技术和通信技术的迅速发展，高速公路通信技术也从简单的无线对讲系统发

7、展到800MHz无线集群系统，信息工程学院通信工程系102023年1月23日星期一从小容量微波通信发展到SDH系列数字光纤传输系统，从单纯的电话业务发展到包括话音、数据和图像等多种信息的综合通信，并从模拟通信向数字通信演变，开始组建先进的宽带综合业务数字(B-ISDN)通信系统。近年来，我国的高速公路发展非常迅速，高速公路网正在逐步形成。高速公路通信系统已开始从单条路的内部通信向路网环境的广域通信转变，高速公路各现场监控站有大量监测数据需要及时传送给监控中心；各个收费站也有大批数据文件要定时传送给收费中心，这些传输任务都由通信系统承担。因此为了保证通信的高可靠性，高速公路辟有专用的通信网络。信

8、息工程学院通信工程系112023年1月23日星期一1.3高速公路中的收费系统开放式封闭式收费方式收费方式收费中心管理系统收费站管理系统车道收费系统收费系统中心收费系统中心信息工程学院通信工程系122023年1月23日星期一1.4高速公路中的监控系统监控中心信息采集子系统信息提供子系统车辆检测器、气象检测器、紧急电话和巡逻车。交通标志、标线和信号等，是交通监控管理为汽车用户服务的主要形式。监控中心是高速公路全线路监控系统的最高层即控制中心，主要负责全线路范围内交通情况的监视和控制。数据传输信息工程学院通信工程系132023年1月23日星期一通信系统收费系统监控系统信息工程学院通信工程系14202

9、3年1月23日星期一ITS1.5 ITS框架及通信、收费和监控系统的地位 通信系统收费系统监控系统 ITS的核心和基础是交通信息化，ITS系统是通信、收费和监控系统在交通网络中的发展发展，而后者是前者的重要支撑支撑 智能交通系统（智能交通系统（ITS：Intelligent Transportation System）：）：是以先进的交通信息系统为基础，将信息采集技术、数据通信技术、自动控制技术以及计算机处理技术等有效的运用与整个运输管理体系，使人、车、路密切地配合、和谐地统一，从而建立起一种在大范围内全方位发挥作用的实时、准确和高效的运输综合管理系统。信息工程学院通信工程系152023年1月

10、23日星期一通信技术计算机网络技术图像语音压缩编码数据采集处理网络管理设计信息显示技术图像处理模式识别计算机软件设计技术交通控制技术数据加密信息安全电源技术防雷接地遥感遥测其他技术所涉及的技术领域通信、收费和监控系统所涉及的技术领域信息工程学院通信工程系162023年1月23日星期一第二章 通信系统的基本理论 2.1 2.1 通信系统概述通信系统概述2.2 2.2 通信系统的模型通信系统的模型2.3 2.3 通信系统分类与通信方式通信系统分类与通信方式信息工程学院通信工程系172023年1月23日星期一2.1 通信系统概述通信通信(Communication)：就是信息的传递，是指由一地向另一

11、地进行信息的传输与交换。古代，人们通过驿站、飞鸽传书、烽火报警、符号、身体语言、眼神、触碰等方式进行信息传递。今天，人们通过文字、书信、电报、电话、手机、广播、电视、邮件、聊天工具、互联网等来进行消息传递或信息交流。随着科学水平的飞速发展，相继出现了无线电、固定电话、移动电话、互联网甚至视频电话等各种通信方式。消息、信息、何信号之间的关系？信息工程学院通信工程系182023年1月23日星期一 因此，通信的在于传输含有信息的消息。“通信”也就是“信息传输”或“消息传输”。目前的通信越来越依赖利用“电”来传递消息的电通信方式。由于电通信迅速、准确、可靠且不受时间、地点、距离的限制，因而得到了迅速的

12、发展和广泛的应用。如今，在自然科学领域涉及“通信”这一术语时，一般是指“电通信”。信息工程学院通信工程系192023年1月23日星期一通信发展简史信息工程学院通信工程系202023年1月23日星期一信息工程学院通信工程系212023年1月23日星期一2.2 通信系统的模型不管通信媒体的构成情况如何，是简单的电话通信系统，或是复杂的其他信息网络系统，它们的目的均是为了通信，为了传送信息。理论上，为了将通信媒体系统带共性的问题进行一般化的讨论，可采用如图2.1所示的通信系统模型。信息源发送设备信道接收设备受信者噪声源发送端接收端信息工程学院通信工程系222023年1月23日星期一信源信源是消息的产

13、生地，其作用是把各种消息转换成原始电信号，称之为消息信号或基带信号。电话机、电视摄像机和电传机、计算机等各种数字终端设备就是信源。前者属于模拟信源，输出的是模拟信号；后者是数字信源，输出离散的数字信号。信息工程学院通信工程系232023年1月23日星期一发送设备发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的消息信号变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式。对数字通信系统来说，发送设备常常又可分为信源编码与信道编码。信道信道是指传输信号的物理媒质。在无线信道中，信道可以是大气（自由空间），在有线信道中，信道可以是明线、电缆或光纤。

14、有线和无线信道均有多种物理媒质。媒质的固有特性及引入的干扰与噪声直接关系到通信的质量。根据研究对象的不同，需要对实际的物理媒质建立不同的数学模型，以反映传输媒质对信号的影响。信息工程学院通信工程系242023年1月23日星期一噪声源噪声源不是人为加入的设备，而是通信系统中各种设备以及信道中所固有的，并且是人们所不希望的。噪声的来源是多样的，它可分为内部噪声和外部噪声，而且外部噪声往往是从信道引入的，因此，为了分析方便，把噪声源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。接收设备接收设备的基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始基

15、带信号来，对于多路复用信号，还包括解除多路复用，实现正确分路。信息工程学院通信工程系252023年1月23日星期一信宿信宿是传输信息的归宿点，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。根据研究的对象以及所关注的问题不同，图 2.1 模型中的各小方框的内容和作用将有所不同，因而相应有不同形式的更具体的通信模型。今后的讨论就是围绕着通信系统的模型而展开的。信息工程学院通信工程系262023年1月23日星期一2.3 通信系统分类与通信方式2.3.1 通信系统的分类通信系统的分类2.3.2 通信方式通信方式 信息工程学院通信工程系272023年1月23日星期一2.3.1 通信系统分类 1 按通信业务分

16、类按通信业务分类 按通信业务分，通信系统有话务通信有话务通信和非话务通信非话务通信。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，非话务通信主要是分组数据业务、计算机通信、数据库检索、电子信箱、电子数据交换、传真存储转发、可视图文及会议电视、图像通信等。由于电话通信最为发达，因而其他通信常常借助于公共的电话通信系统进行。未来的综合业务数字通信网中各种用途的消息都能在一个统一的通信网中传输。此外，还有遥测、遥控、遥信和遥调等控制通信业务。信息工程学院通信工程系282023年1月23日星期一2 按调制方式分类按调制方式分类 根据是否采用调制，可将通信系统分

17、为基带传输基带传输和频带（调制）频带（调制）传输传输。基带传输是将未经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传输的总称。调制方式很多，例如，用数据信号控制振荡波的振幅，就是“调幅”、控制振荡波的频率，就是“调频”，控制振荡波的相位，就是“调相”。被调制的振荡波，称为“载波信号”，或称“已调波信号”。3 按信号特征分类按信号特征分类 按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，相应地把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统。信息工程学院通信工程系292023年1月23日星期一图 2.2 模拟通信系统模型噪声干扰源已调信号输入显示媒体信源消息信道调制器模拟基带信号已调信号信宿

18、输出显示媒体解调器模拟基带信号消息信息工程学院通信工程系302023年1月23日星期一调制调制 调制是通信系统工作的核心，信号之所以载有消息是通过“调制”加工处理后而获得的。将与消息作相应变化的电压或电流，对发信机中的“被调制部件（例如，调制器）”电振荡或光振荡波的参数进行控制，就可以达到调制的目的，例如，控制振荡波的振幅，就是“调幅”、控制振荡波的频率，就是“调频”控制振荡波的相位，就是“调相”。被调制的振荡波，称为、“载波信号”，或称“已调波信号”。调制的主要作用是将经转换获得的电信号（例如，话音信号）的“频谱”在发信机中进行“搬移”，将它搬移到某个“载频（即载波的频率）”附近的频带内。这

19、样做，至少可以达到以下两个目的：信息工程学院通信工程系312023年1月23日星期一 （1）利用高载频率电磁波向大气空间“强”的辐射能力，以满足无线电通信的需要。根据电磁场理论的观点，低频（率）信号（例如，话音信号和视频信号），虽然可视为电磁波，但不具备强的辐射能力，它们通常只能在传输线（例如，电缆线、双线传输线）引导下传输。因此，低频信号要以无线电方式和以大气空间为传输媒体进行通信，必须对其进行调制处理，将它的频谱搬移到某个高载频附近的频率范围内。实际中，这需要根据传输的“波（频）段”而定。例如，给定传输波段是微波波段，就需要将低频信号的频谱搬移到微波频段上去。（2）可以实现频分复用FDM（

20、Frequency Division Multiplexing）以满足多路通信的要求。通常，送往通道传输的信号，其频带宽度（简称“带宽”）远小于信道可能提供的带宽。信息工程学院通信工程系322023年1月23日星期一 因此，如果不采用多路复用的方法，而仅将一个信号送往信道传输，将对信道带宽造成极大的浪费。以电话通信为例，每个用户的话音信号所占的带宽为0.33.4kHz，如果将这带宽不足4kHz的话音信号送往信道中传输，将对信道的带宽能力造成极大的浪费。例如，1970年同轴电缆的带宽能力就可以做到100MHZ，如果用如此宽的宽带信道传送带宽仅为3.1kHz的一个用户电话，简直浪费惊人。因此，为了

21、充分利用传输信道的带宽能力，必须采用多路复用。对于“模拟信号”通信而言，是将每个用户的话音信号频谱利用调制方法，将它们搬移到高低不同的载频附近，令载频按高低秩序排队，以组成多个用户的“多路信号”。这种复用方式，称为“频分复用（FDM）”。信息工程学院通信工程系332023年1月23日星期一图 2.3 数字通信系统模型数字通信系统模型.swf信息工程学院通信工程系342023年1月23日星期一i.信源编码与译码信源编码的作用之一是设法减少码元数目和降低码元速率，即通常所说的数据压缩。作用之二是，当信息源给出的是模拟语音信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。ii.信道编

22、码与译码数字信号在信道传输时，由于噪声、衰落以及人为干扰等，将会引起差错。为了减小差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分（监督元），接收端的信道译码器按一定规则进行解码，从解码过程中发现错误或纠正错误，从而提高通信系统抗干扰能力，实现可靠通信。信息工程学院通信工程系352023年1月23日星期一iii.加密与解密 在需要实现保密通信的场合，人为将被传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程叫加密。在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原来信息。iv.数字调制与解调 数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。信息

23、工程学院通信工程系362023年1月23日星期一v.同步与数字复接 同步是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的不可缺少的前提条件。同步是使收发两端的信号在时间上保持步调一致。数字复接就是依据时分复用基本原理把若干个低速数字信号合并成一个高速的数字信号，以扩大传输容量和提高传输效率。需要说明的是，图2.3 是数字通信系统的一般化模型，实际的数字通信系统不一定包括图2.3 中的所有环节，如在某些有线信道中，若传输距离不太远且通信容量不太大时，数字基带信号无需调制，可以直接传送，称之为数字信号的基带传输，其模型中就不包括调制与解调环节。信息工程学院通信工程系372023年1月23日星期一4 按传输

24、媒质分类按传输媒质分类 按传输媒质分，通信系统可分为有线通信系统和无线通信系统两大类。有线通信是用导线（如架空明线、同轴电缆、光导纤维、波导等）作为传输媒质完成通信的，如市内电话、有线电视、海底电缆通信等。无线通信是依靠电磁波在空间传播达到传递消息的目的的，如短波电离层传播、微波视距传播、卫星中继等。5 按工作波段分类按工作波段分类 按通信设备的工作频率不同可分为长波通信、中波通信、短波通信、远红外线通信等。信息工程学院通信工程系382023年1月23日星期一通信中工作频率和工作波长可互换：fC信息工程学院通信工程系392023年1月23日星期一信息工程学院通信工程系402023年1月23日星

25、期一6 按信号复用方式分类按信号复用方式分类 传输多路信号有三种复用方式，即频分复用、时分复用和码分复用。频分复用是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围；时分复用是用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间；码分复用是用正交的脉冲序列分别携带不同信号。传统的模拟通信中都采用频分复用，随着数字通信的发展，时分复用通信系统的应用愈来愈广泛，码分复用主要用于空间通信的扩频通信中。信息工程学院通信工程系412023年1月23日星期一 7.按收信者是否运动分按收信者是否运动分 通信还可按收信者是否运动分为移动通信和固定通信。移动通信是指通信双方至少有一方在运动中进行信息交换。由于移动通信具有建

26、网快、投资少、机动灵活，它使用户能随时随地快速可靠地进行信息传递，因此，移动通信已被列为现代通信中的三大新兴通信方式之一。另外，通信还有其它一些分类方法，如按用户类型可分为公用通信和专用通信等。信息工程学院通信工程系422023年1月23日星期一2.3.2 通信方式通信方式发端信 道收端发端信 道收端发端收端(a)(b)发端信 道收端发端收端信 道(c)图 2.4 单工、半双工和全双工通信方式示意图 (a)单工；(b)半双工；(c)全双工1 按消息传递的方向与时间关系分按消息传递的方向与时间关系分 对于点与点之间的通信，按消息传递的方向与时间关系，通信方式可分为单工、半双工及全双工通信三种。信

27、息工程学院通信工程系432023年1月23日星期一 单工通信单工通信，是指消息只能单方向传输的工作方式，因此只占用一个信道，如图 2.4(a)所示。广播、遥测、遥控、无线寻呼等就是单工通信方式的例子。半双工通信半双工通信，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，如图 2.4(b)所示。例如，使用同一载频的对讲机，收发报机以及问询、检索、科学计算等数据通信都是半双工通信方式。全双工通信全双工通信，是指通信双方可同时进行收发消息的工作方式。一般情况全双工通信的信道必须是双向信道，如图 2.4(c)所示。普通电话、手机都是最常见的全双工通信方式，计算机之间的高速数据通信也是这种方式

28、。信息工程学院通信工程系442023年1月23日星期一2 按数字信号排列顺序分按数字信号排列顺序分 在数字通信中，按数字信号代码排列的顺序可分为并行传输和串行传输。并行传输是将代表信息的数字序列以成组的方式在两条或两条以上的并行信道上同时传输，如图 2.5（a）所示。并行传输的优点是节省传输时间，但需要传输信道多，设备复杂，成本高，故较少采用，一般适用于计算机和其他高速数字系统，特别适用于设备之间的近距离通信。串行传输是数字序列以串行方式一个接一个地在一条信道上传输，如图 2.5(b)所示。通常，一般的远距离数字通信都采用这种传输方式。除了点与点之间的通信外，还有点与多点、多点与多点之间的通信

29、，多点间的通信属于网络通信。显然，网通信的基础仍是点与点的通信。信息工程学院通信工程系452023年1月23日星期一发送设备接收设备101(b)发送设备接收设备(a)图 2.5并行和串行通信方式示意图 (a)并行传输；(b)串行传输信息工程学院通信工程系462023年1月23日星期一3 按照串行数据的按照串行数据的时钟控制时钟控制方式方式 按照串行数据的时钟控制方式可以分为异步通信和同步通信。异步通信指的是以字符字符为单位的，字符与字符间的传送是完全异步的。异步通信的数据帧结构帧结构：启始位(一个低电平“0”位，宣布开始传送新的字符)数据位(一般为7-8位，所传送字符的代码)奇偶位(是为了检验

30、错误而增加的一个校验位。又有奇校验和偶校验)停止位(又称为空闲位，是一个高电平“1”。同步通信是面向一批字符块一批字符块或数据块数据块，同步传输是以固定的时钟节拍来发送数据信号的，因此在一个串行数据流中，各信号码元之间的相对位置是固定的(即同步)。信息工程学院通信工程系472023年1月23日星期一4 从一个通信实体到其他通信实体之间同时建立通信关系的情况分从一个通信实体到其他通信实体之间同时建立通信关系的情况分广播式(发送者将信号发送到通信群体中所以接收者所在的位置，并不理会接收者的情况。如电台、电视等。点-点通信(仅发生在两个通信实体之间,这是通信中最经常发生的情况，如两个人通电话，两台P

31、C之间交流信息。)点-多点通信(一个实体与多个实体同时进行通信，比较适合于协同工作，如视频会议等。)信息工程学院通信工程系482023年1月23日星期一5.按通信网络形式分按通信网络形式分 图 2.6 按网络形式划分的通信方式(a)两点间直通方式；(b)分支方式；(c)交换方式 图1-3终端A终端B终端C交换设备终端N(c)终端A终端B(a)转接站终端A终端B终端C(b)终端N信息工程学院通信工程系492023年1月23日星期一第三章 高速公路数据通信系统3.1 数据通信基础 3.2 数据通信系统的研究内容3.3 数据通信系统的主要技术指标 3.4 公路数据通信网的特点信息工程学院通信工程系5

32、02023年1月23日星期一 数据通信也称计算机通信，是现代信息技术中的一个重要组成部分。它是计算机科学与通信科学相结合的产物是把通信技术中的信息传输、交换同计算机技术中的数据处理、加工及存储有机结合而形成的一种通信方式。3.1.1 数据通信基础数据通信基础 计算机的输入和输出都是数据信号，因此数据通信是电子计算机和通信相结合而产生的一种通信方式。数据通信可定义为数据通信可定义为“用通信线路用通信线路(包括包括通信设备通信设备)将远地的数据终端设备与主计算机连接起来进行信息处理将远地的数据终端设备与主计算机连接起来进行信息处理”，以实现硬件、软件和信息资源共享。以实现硬件、软件和信息资源共享。

33、3.1 数据通信基础信息工程学院通信工程系512023年1月23日星期一3.1.2 数据通信系统的组成数据通信系统的组成 数据通信的基本构成如图3-1所示。按功能划分，数据通信系统由计算机中心、终端设备以及数据链路三个子系统组成。图3.1 数据通信系统的基本构成信息工程学院通信工程系522023年1月23日星期一1.计算机中心计算机中心 计算机中心子系统的主要功能是进行数据的收集与处理，其内部包括三部分。第一部分是通信控制器，其首要任务是使数据终端计算和处理数据的速率与通信链路传输数据的速率相匹配，同时完成数据信号的串/并或并/串转换。第二部分是中央处理装置，主要用于收集和处理由数据终端传来的

34、数据。第三部分是存储器，主存储器用于存放处理数据所需要的程序，辅助存储器(如磁带、磁盘等)则用于临时存储程序和数据。2.数据终端设备（数据终端设备（DTE：Data Terminal Equipment）数据终端设备的作用是将来自信道的电信号转换为数据信号，或者相反，根据数据通信业务的不同，有多种类型的终端设备。典型终端设备有键盘、打印机、传真机和显示器等。信息工程学院通信工程系532023年1月23日星期一3.数据链路数据链路 数据链路的功能是把多台数据终端设备与计算机中心连接起来进行数据传输，其组成包括传输信道和数据通信设备(DCE：Data Circuit-Terminating Equ

35、ipment或Data Communications Equipment)两部分。如果传输信道属于模拟信道，DCE的作用就是把DTE送来的数据信号变换为模拟信号再送往信道。或者反过来把信道送来的模拟信号变换成数据信号再送到DTE。如果信道是数字的，则DCE的作用就是实现信号码型与电平的变换、信道特性的均衡、定时供给等。信息工程学院通信工程系542023年1月23日星期一3.2 数据通信系统的研究内容3.2.1 信道信道3.2.2 通信接口技术通信接口技术3.2.3 数据传输信号数据传输信号3.2.4 差错控制差错控制3.2.5 数据交换和通信协议数据交换和通信协议3.2.6 ATM交换交换3.

36、2.7 多路复用技术多路复用技术3.2.8 同步数字传输网同步数字传输网3.2.9 同步同步3.2.10 接入网接入网3.2.11 IPIP交换技术交换技术3.2.12 综合业务数字网综合业务数字网信息工程学院通信工程系552023年1月23日星期一 信道（信道（ChannelChannel）：）：通俗通俗地说，是指以传输媒质为基地说，是指以传输媒质为基础的信号通路础的信号通路。狭义的讲，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路。信道的作用是传输信号，同时又给信号加以限制和损害。广义的讲，信道除包括传输媒质外，还包括有关的变换装置(如:发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等等）。它的

37、引入主要是从研究信息传输的角度出发。有线电信道光纤信道有线信道无线信道微波卫星信道广义 信道狭义信道调制信道编码信道恒参信道随参信道有记忆信道无记忆信道3.2.1 信道信息工程学院通信工程系562023年1月23日星期一调制器解调器收转换器发转换器媒质 调制信道编 码 信 道编码器输出译码器输入图 3.2 调制信道和编码信道调制信道和编码信道信息工程学院通信工程系572023年1月23日星期一 调制信道：调制器输出端到解调器输入端的部分。从调制和解调的角度来看，调制器输出端到解调器输入端的所有变换装置及传输媒质，不论其过程如何，只不过是对已调信号进行某种变换。调制信道是为研究调制与解调问题所建

38、立的一种广义信道，它所关心的是调制信道输入信号形式和已调信号通过调制信道后的最终结果，对于调制信道内部的变换过程并不关心。因此，调制信道可以用具有一定输入、输出关系的方框来表示。通过对调制信道进行大量的分析研究，发现它具有如下共性：调制信道调制信道信息工程学院通信工程系582023年1月23日星期一有一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端；绝大多数的信道都是线性的，即满足叠加原理；信号通过信道具有一定的迟延时间，而且它还会受到(固定的或时变的)损耗；即使没有信号输入，在信道的输出端仍有一定的功率输出。噪声噪声信息工程学院通信工程系592023年1月23日星期一线 性 时 变 网 络si(t

39、)so(t)根据以上几条性质，调制信道可以用一个二端口(或多端口)线性时变网络来表示，这个网络便称为调制信道模型，如图二端口的调制信道模型，其输出与输入的关系有：)()()(0tnteftei信息工程学院通信工程系602023年1月23日星期一 式中，ei(t)为输入的已调信号；eo(t)为调制信道对输入信号的响应输出波形；n(t)为加性噪声，与ei(t)相互独立。fei(t)反映了信道特性，fei(t)可以表示为信道单位冲激响应k(t)与输入信号的卷积，即 eo(t)=k(t)*i(t)+n(t)或 e()=k()i()其中，k()依赖于信道特性。对于信号来说，k()可看成是乘性干扰。如果我

40、们了解k(t)与n(t)的特性，就能知道信道对信号的具体影响。加性干扰乘性干扰信息工程学院通信工程系612023年1月23日星期一 通常信道特性k(t)是一个复杂的函数，它可能包括各种线性失真、非线性失真、衰落等。同时由于信道的迟延特性和损耗特性随时间作随机变化，故k(t)往往只能用随机过程来描述。根据信道传输函数k()的时变特性的不同，信道可以分为两大类：恒定参量信道恒定参量信道信道传输特性k()基本不随时间变化的信道，即信道对信号的影响是固定的或变化极为缓慢的。架空明线和电缆、中长波地波传播、超短波及微波视距传播、人造卫星中继、光导纤维以及光波视距传播等信道是恒参信道。恒参信道和随参信道信

41、息工程学院通信工程系622023年1月23日星期一随机参量信道随机参量信道信道传输特性k()随时间随机快变化的信道，这类信道称为随参信道。常见的随参信道有陆地移动信道、短波电离层反射信道、超短波流星余迹散射信道、超短波及微波对流层散射信道、超短波电离层散射以及超短波超视距绕射等信道。多径传播信息工程学院通信工程系632023年1月23日星期一 编码信道：编码信道：包括调制信道、调制器和解调器，它与调制信道模型有明显的不同，是一种数字信道或离散信道。编码信道输入是离散的时间信号，输出也是离散的时间信号，对信号的影响则是将输入数字序列变成另一种输出数字序列。由于信道噪声或其他因素的影响，将导致输出

42、数字序列发生错误。由于编码信道传输的是编码后的数字信号，所以我们关心的是数字信号经信道传输后的差错情况，即误码特性，所以编码信道的模型用数字转移概率来表示。编码信道信息工程学院通信工程系642023年1月23日星期一 分为有记忆编码信道和无记忆编码信道。假设解调器每个输出码元的差错发生是相互独立的，即一码元的差错与其前后码元是否发生差错无关，信道是无记忆的。P(0/0)01P(1/1)P(0)P(1)P(1/0)P(0/1)01二进制编码信道模型信息工程学院通信工程系652023年1月23日星期一P(0)、P(1)分别是发送“0”符号和“1”符号的先验概率。P(0/0)、P(1/1)正确转移概

43、率。P(1/0)、P(0/1)错误转移概率。与信道噪声有关输出的总的错误概率为 Pe=P(0)P(1/0)+P(1)P(0/1)在上图所示的编码信道模型中，由于信道噪声或其他因素影响导致输出数字序列发生错误是统计独立的，因此这种信道是无记忆编码信道。根据无记忆编码信道的性质可以得到信息工程学院通信工程系662023年1月23日星期一 P(0/0)+P(1/0)=1 P(1/1)+P(0/1)=1 由二进制无记忆编码信道模型，可以容易地推广到多进制无记忆编码信道模型。设编码信道输入M元符号，即 X=x0,x1,xM-1 编码信道输出N元符号为 Y=y0,y1,yN-1 如果信道是无记忆的，则表征

44、信道输入、输出特性的转移概率为x0 x1xM1y0y1yN1 X Y多进制无记忆编码信道模型信息工程学院通信工程系672023年1月23日星期一 P(yj/xi)=P(Y=yj/X=xi)上式表示发送xi条件下接收出现yj的概率，也即是将xi转移为yj的概率。如果编码信道是有记忆的，即信道噪声或其他因素影响导致输出数字序列发生错误是不独立的，则编码信道模型要比上图所示的模型复杂得多，信道转移概率表示式也将变得很复杂。信息工程学院通信工程系682023年1月23日星期一明线明线对称电缆（双绞线对称电缆（双绞线）同轴电缆同轴电缆有线电信道信息工程学院通信工程系692023年1月23日星期一光纤信道

45、以光导纤维(光纤)为传输媒质、光波为载波的光纤信道。基带电信号基带电信号（原始电信号）（原始电信号）光调制器光调制器基带处理基带处理光纤线路光纤线路光检测器光检测器光源光源基带处理基带处理基带电信号基带电信号（还原电信号）（还原电信号）载波信号载波信号 传输容量极大、损耗低、频带宽、线径细、重量轻、可弯曲半径小、不怕腐蚀、节省有色金属、不受电磁干扰等优点。信息工程学院通信工程系702023年1月23日星期一微波中继信道微波中继信道 定义：定义：工作频率在超短波和微波波段时，电磁波基本上沿视线传播，通信距离依靠中继方式延伸的无线电线路；相邻中继站间距离一般在4050km；适用场合：适用场合：长途

46、干线、移动通信网及某些数据收集(如水文、气象数据的测报)系统中；组成：组成：终端站、中继站及各站间的电波传播路径；特点特点：传输容量大、发射功率小、通信稳定可靠，以及和同轴电缆相比，可以节省有色金属等优点。信息工程学院通信工程系712023年1月23日星期一信息工程学院通信工程系722023年1月23日星期一卫星中继信道卫星中继信道 卫星中继信道是利用人造卫星作为中继站构成的通信信道，卫星中继信道与微波中继信道都是利用微波信号在自由空间直线传播的特点。微波中继信道是由地面建立的端站和中继站组成。卫星中继信道是以卫星转发器作为中继站与接收、发送地球站之间构成。若卫星运行轨道在赤道平面，离地面高度

47、为35780km时，绕地球运行一周的时间恰为24小时，与地球自转同步，这种卫星称为静止卫星。不在静止轨道运行的卫星称为移动卫星。若以静止卫星作为中继站，采用三个相差120的静止通信卫星就可以覆盖地球的绝大部分地域(两极盲区除外)，如下图所示。若采用中、低轨道移动卫星，则需要多颗卫星覆盖地球。所需卫星的个数与卫星轨道高度有关，轨道越低所需卫星数越多。信息工程学院通信工程系732023年1月23日星期一信息工程学院通信工程系742023年1月23日星期一 目前卫星中继信道主要工作频段有：L频段(1.5/1.6GHz)、C频段(4/6GHz)、Ku频段(12/14GHz)、Ka频段(20/30GHz

48、)。卫星中继信道的主要特点是卫星中继信道的主要特点是：覆盖区域大、通信容量大、传输质量稳定、传输距离远、通信成本与通信距离无关、地球站需要有大功率发射机、低噪声接收机和高增益天线；另外，由于卫星轨道离地面较远信号衰减大，电波往返所需要的时间较长。对于静止卫星，由地球站至通信卫星，再回到地球站的一次往返需要0.26s左右，传输话音信号时会感觉明显的延迟效应。目前卫星中继信道主要用来传输多路电话、电视和数据。信息工程学院通信工程系752023年1月23日星期一3.2.2 通信接口技术DTEDCEDTEDCE通信网DTE和DCE接口框图 DTE（Data Terminal Equipment）数据终

49、端设备，它们是数据的源或目的或既是源又是目的，例如数据输入输出设备、通信处理机或计算机。DTE具有根据协议控制数据通信的功能。DCE（Data Circuit-Terminating Equipment或Data Communications Equipment）数据电路终接设备或数据通信设备，是解决通信传输问题的通信设备，通常指调制解调器，多路复用器或数字设备。信息工程学院通信工程系762023年1月23日星期一 接口接口是DTE与DCE之间的界面，为了使不同厂家的产品能够互换或互连，DTE与DCE在插接方式、引线分配、电气特性及应答关系上均应符合统一的标准和规范，这一套标准规范就是DTE/

50、DCE的接口标准(或称接口协议)。互连的设备在接口的标准上必须一致。EIA(Electronic Industry Association)美国电子工业协会CCITT(Consultative Committee International on Telegraph and Telephone)国际电报电话咨询委员会ISO(International Standards Organization)国际标准化组织IEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)电气和电子工程师协会信息工程学院通信工程系772023年1月23日星期一接口