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1、第1章数字通信系统概述本讲稿第一页，共三十七页第1章数字通信系统概述1)通信系统的基本组成与一般模型；2)信息与信号的基本概念；3)数字通信的特点；4)信道的概念；5)通信系统的主要性能指标；6)通信网络的拓扑结构；7)通信技术的发展趋势。1.1通信系统及其特征1.1.1通信系统的一般模型1.1.2模拟通信和数字通信系统模型1.2信息与信号的概念本讲稿第二页，共三十七页第1章数字通信系统概述1.2.1基带信号与频带信号1.2.2数字信号与模拟信号1.3数字通信1.3.1数字通信系统1.3.2数字通信的特点1.3.3数据通信1.4信道1.4.1有线信道1.4.2无线信道1.5通信系统的主要性能指
2、标1.6通信网简介本讲稿第三页，共三十七页第1章数字通信系统概述1.6.1通信网的组成1.6.2通信网的分类1.6.3通信网络的拓扑结构1.7通信技术的发展趋势1.7.1接入层将继续呈现多种技术共存1.7.2传送层将走向智能化和融合1.7.3控制层将实现业务与控制相分离1.7.4应用层的业务发展是关键1.7.5支撑层关键技术发展趋势1.7.6终端和用户卡发展趋势本讲稿第四页，共三十七页1.1通信系统及其特征图1-1通信系统的基本组成本讲稿第五页，共三十七页1.1通信系统及其特征图1-2通信网的组成本讲稿第六页，共三十七页1.1.1通信系统的一般模型图1-3电通信系统的一般模型(1)输入转换器主
3、要担负将输入消息变换为电信号的任务。(2)发送设备将基带信号变成适于信道传输特性的信号。(3)信道是信号传输的通道，又称传输媒质。(4)接收设备将信道传来的信号进行处理，以恢复出与发送端基带信号一致的信号。本讲稿第七页，共三十七页1.1.1通信系统的一般模型(5)输出转换器将接收设备输出的电信号变换成原来形式的消息。(6)干扰源作为一种分析问题的方法，我们将信号在传输过程中混入的噪声及由于干扰引起的信号失真集中在一起，作为信道中的干扰源来进行分析处理。本讲稿第八页，共三十七页1.1.2模拟通信和数字通信系统模型1.模拟通信系统2.数字通信系统模型图1-4数字通信系统模型本讲稿第九页，共三十七页
4、1.2信息与信号的概念图1-5语音信号波形及频谱本讲稿第十页，共三十七页1.2.1基带信号与频带信号基带信号即直接由信息转换得到的电信号。这种信号的频率都是比较低的，含有低频成分甚至直流成分，而且最高频率和最低频率比值很大，可以远大于1。基带信号不适于较长距离传输，更不能进行无线电发送。例如语音信号就是一种典型的基带信号，其频率在100Hz5kHz范围内，但主要能量集中在2003000Hz范围内。又如电视图像信号的频率在06MHz范围以内。计算机数据信号的频率范围与传输速率有关，也属于基带信号。本讲稿第十一页，共三十七页1.2.2数字信号与模拟信号1.模拟信号图1-6几种数字信号的例子本讲稿第
5、十二页，共三十七页1.2.2数字信号与模拟信号2.数字信号3.模拟信号与数字信号的区别本讲稿第十三页，共三十七页1.3数字通信通信系统中若按传送信号的形式可以分为模拟通信和数字通信。模拟通信系统传输模拟信号，数字通信系统则传输数字信号。应当指出，模拟通信与数字通信是按信道中所传递的信号差异来区分的，不是根据信源输出的信号来划分的。若信源发出的是模拟信号，经过发信设备变换成适合在信道中传输的电信号仍然是模拟信号，则称这种通信方式为模拟通信。若信源发出的是模拟信号，经过模/数（A/D）转换数字化处理后，以数字信号的形式在信道中传输一般称为模拟信号的数字传输，显然这是数字通信。本讲稿第十四页，共三十
6、七页1.3.1数字通信系统1)收发两端消息与电信号之间互换的过程、模拟信号的数字化及数字式基带信号的特性。2)抗干扰编码与解码，即差错控制编码问题。3)数字调制与解调原理。4)保密通信问题：当需要保密通信时，可对基带信号的“0”、“1”序列进行人为“搅乱”(即加上密码信号)，称为加密。5)信道与噪声的特性及其对信号传输的影响。6)同步问题：数字通信是一个一个码元传送的，接收端接收时必须与发送端节拍相同，否则会因收发步调不一致而造成混乱。本讲稿第十五页，共三十七页1.3.2数字通信的特点1)抗噪声性能好。2)差错可控。3)保密性强。4)便于与现代技术相结合。本讲稿第十六页，共三十七页1.3.3数
7、据通信若信源本身发出的就是数字形式的信号（电报、数据、指令等），那么不管用数字传输还是用模拟传输方式来传输，这种通信方式均称为数据通信。数据通信系统模型与图1KG*84所示的数字通信系统模型大同小异，只是因为信源本身发出的是数字信号，因而不需要信源编、解码器。一般来说，数据通信有三个特征：它是机器对机器或是机器对人的通信。它传输和处理离散的数字数据，而不是连续的模拟数据。它的通信速度很高，可以传输和处理大量的数据。本讲稿第十七页，共三十七页1.4信道本讲稿第十八页，共三十七页1.4.1有线信道1)架空明线的主要优点是架设比较容易，建设较快，传输损耗比较小。2)对称电缆的通信容量比架空明线大，因
8、而平均到每条电路投资比明线低，电气性能比较稳定，安全保密性好。3)同轴电缆是将电磁波封闭在同轴管内，工作频率较高，同轴电缆之间电磁波的相互干扰也较小，因此适用于高频段、大容量载波电话(电报)通信，我国现行300路、960路、1800路和4380路长途通信干线大部分采用同轴电缆构成。4)光缆。本讲稿第十九页，共三十七页1.4.2无线信道(1)中长波段工作频率为3003000kHz，电磁波主要沿地球表面传播，称为地波传播方式。(2)短波波段工作频率范围为330MHz，电磁波通过电离层反射的方式进行传播，称为天波传播方式，适用于中远距离通信(一次反射最远通信距离可达4000km)。(3)超短波波段工
9、作频率范围为30300MHz，电磁波传播方式为直线视距传播，称为空间波传播方式，多用于电视、雷达、移动电台通信。(4)微波波段工作频率范围为300MHz1000GHz。本讲稿第二十页，共三十七页1.5通信系统的主要性能指标1.模拟通信系统2.数字通信系统(1)码元速率RBN单位时间内传输的码元数，单位：B(波特)。(2)信息速率Rb单位时间内传输的信息量，或每秒传送的二元码的数目(规定一个二元码含有1bit的信息量)。(3)系统频带利用率在比较不同的数字通信系统的效率时，单看它们的信息传输速率是不够的，即使两个系统的信息传输速率相同，它们的效率也可能不同，还要看这种信息所占的信道频带的宽度。(
10、1)误码率Pe接收错误的码元数在传送总码元数中的比例，即码元在传输系统中被传错的概率。(2)误信率Peb本讲稿第二十一页，共三十七页1.6通信网简介如前所述,通信的基本形式是在信源与信宿之间建立一个传输信息的通道，从而实现信息的传输。通信过程的支持平台是通信网。而以终端设备、交换设备为点，以传输设备为线，点线相连就构成了完整的通信网。除了硬件设备外，为了保证网络能正确合理地运行，使用户间快速接续，并有效地相互交换信息，达到通信质量一致，满足运转可靠性的要求，还必须有管理网络运行的软件。这些软件包括标准、信令、协议等。本讲稿第二十二页，共三十七页1.6.1通信网的组成1.终端设备2.传输链路3.
11、交换设备本讲稿第二十三页，共三十七页1.6.2通信网的分类1.按运营方式分类2.按服务和使用范围分类3.按业务范围的不同分类(1)电话网电话网由客户楼群设备、交换系统和传输设备三部分组成。(2)数据通信网数据通信网又常称为计算机网。(3)无线电网络无线电网络有两类，即单中继网与多中继网。(4)卫星网络从本质上说，卫星网络就是只有一个中继的微波卫星系统，其中继就是外层空间的卫星转发器。(5)移动通信网无线通信可以解决各种移动体之间的通信问题，其方法就是建立移动通信网。本讲稿第二十四页，共三十七页1.6.2通信网的分类(6)有线电视网络有线电视网络又称CATV网络，是指用电缆、光纤作为主要传输媒介
12、，向用户传送本地、远地及自办节目的通信系统。4.三网融合本讲稿第二十五页，共三十七页1.6.3通信网络的拓扑结构图1-7网络的拓扑结构本讲稿第二十六页，共三十七页1.6.3通信网络的拓扑结构1.星形网2.树形网3.分布式网络4.环形网5.总线网6.复合型网络本讲稿第二十七页，共三十七页1.7通信技术的发展趋势本讲稿第二十八页，共三十七页1.7.1接入层将继续呈现多种技术共存1.移动通信接入技术2.宽带无线接入技术3.UWB等短距离无线技术4.xDSL技术5.宽带PON(无源光纤网络)技术本讲稿第二十九页，共三十七页1.7.2传送层将走向智能化和融合1.自动交换光网络技术2.城域网技术3.波分复
13、用技术4.IP网技术5.IPv6技术6.MPLS技术7.QoS技术8.IP电信网本讲稿第三十页，共三十七页1.7.3控制层将实现业务与控制相分离1.软交换技术(1)BICC协议在软交换应用中，BICC(与承载无关的呼叫控制)协议处于分层体系结构中的呼叫控制层，提供不同软交换之间呼叫接续的支持。(2)SIPSIP(会话初始协议)可用于软交换网络和IMS中多媒体会话的建立以及各种会话控制。2.用户数据集中管理技术解决用户和业务融合的关键在于，用户在任一网络中接入，都可以即时得到该用户的签约数据，从而使当前网络可为用户提供相应的业务和服务。目前解决该问题有以下几种方式。(1)分布式解决方案各网络有各
14、自的用户数据存储实体。本讲稿第三十一页，共三十七页1.7.3控制层将实现业务与控制相分离(2)综合智能网/综合业务平台方案在原有智能网的基础上引入综合业务控制点和综合业务交换点，为多个网络(PSTN/GSM/WCDMA)的用户提供综合、统一的业务。(3)综合HLR方案在融合网络中需要类似移动HLR的功能实体，以提供用户位置的寄存和访问能力，同时提供漫游用户的签约信息和业务信息，供网络判断该用户呼叫的下一步处理和接续方式。3.IMS技术本讲稿第三十二页，共三十七页1.7.4应用层的业务发展是关键1.OSA业务体系架构2.P2P(Point3.通用移动性本讲稿第三十三页，共三十七页1.7.5支撑层
15、关键技术发展趋势1.网管系统2.计费系统1)随着内容增值服务对运营商日益重要，内容计费领域渐成热点。2)采用具有分散采集预处理体系结构平台，以减少业务综合性带来的计费信息采集和处理的数据量。3)电信营业账务系统向综合业务平台方向发展，以适应电信业务的集成化和多关联性特点。4)借鉴移动预付费语音业务的成功，将后付费模式引入到数据业务中。本讲稿第三十四页，共三十七页1.7.6终端和用户卡发展趋势1.通信系统是由完成通信任务的各种技术设备和传输媒质构成的总体。2.在通信系统中，信源发出的消息是语音和图像。3.数字通信系统与模拟通信系统的不同在于增加了信源编解码电路与信道编解码电路以及同步系统。4.语
16、音、文字、图像或数据等统称为消息，消息的表现形式称为信号。5.经过各种正弦调制后，基带信号的频谱被搬移到比较高的频率范围，这种信号称为频带信号。6.凡信号的某一参量(如连续波的振幅、频率、相位和脉冲波的振幅、宽度、位置等)可以取无限多个数值，且直接与消息相对应，称为模拟信号。本讲稿第三十五页，共三十七页1.7.6终端和用户卡发展趋势7.模拟信号比较适合于传输，数字信号则比较适合于处理。8.数字通信的特点主要有：抗噪声性能好、通信的质量高、保密性强、便于与现代技术相结合、占用带宽较宽。9.传输信号的通道称信道。10.数字通信系统的有效性主要有三个指标，即码元速率、信息速率和系统频带利用率。11.通信网的基本要素有终端设备、传输链路和交换设备，没有通信网就无法实现现代通信。12.通信网按运营方式分，有公用网和专用网；按服务和使用范围分，有本地网、市内网、长途网、国际网；按业务范围可分为电话网、数据通信网、无线电网络、卫星网络、移动通信网和有线电视网络等。本讲稿第三十六页，共三十七页1.7.6终端和用户卡发展趋势13.通信网络的拓扑结构基本有六种：星形、树形、分布式、环形、总线、复合型。14.通信技术的发展趋势主要是3G、NGN和宽带技术的发展与应用。本讲稿第三十七页，共三十七页