《通信技术入门》PPT课件

按一下以編輯母片標題樣式,按一下以編輯母片,第二層,第三層,第四層,第五層,*,第,1,章 信息技术概述,4.0,通信技术入门,通信的基本原理,模拟通信与数字通信,光纤通信和无线通信,移动通信,4.0.1,通信的基本原理,（,1,）通信系统的基本模型,（,2,）调制与解调,（,3,）多路复用技术,什么是通信(communication)？,广而言之，通信就是,信息的,(,远距离,),传递,与交流,现代通信,使用,电波或光波传递信息,的技术，也称为电信（,telecommunication,），如电报、电话、传真、电子邮件、,BBS,、,QQ,等,通信系统的模型,通信的三要素：,信 道,信源,(,宿,),信宿,(,源,),信号,信号,举例,:,信道的任务是迅速、可靠而准确地将信号从信源传输到信宿,被传输的信息都必须以某种电,(,或光,),信号的形式才能进行传输,发送信息的设备,接收信息的设备,有线电话,移动电话,计算机通信,信源,/,信宿,电话座机,手机,计算机,信号形式,话音经电话机转换成为变化的电流信号,话音经电话机转换成为压缩编码后的数字信号,编码并打包后的数字信号,信道构成,电话线和中继器等传输设备,无线电波、基站等,双绞线、集线器、路由器、光纤等,模拟信号与数字信号,通信系统中被传输的信息必须转换成某种,电信号,(,或光信号,),才能进行传输,t,数字信号,信号,强度,模拟信号,信号,强度,t,电信号,(,或光信号,),有两种形式：,模拟信号,形式,:,通过连续变化的物理量（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经话筒,(,麦克风,),转换得到的电信号；,数字信号,形式,:,使用有限个状态,(,一般是,2,个状态,),来表示（编码）信息，例如电报机、传真机和计算机发出的信号都是数字信号,0 0 1 1 0,1 0,0,0,1,模拟信号如何传输？,近距离传输：,直接传输,(,如：,MP3,播放器,耳机；计算机输出信号,投影仪,),远距离传输：,通过,载波,来传输模拟信号,(,如：广播电台,收音机,),什么是,载波,？,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息的,载波，,把模拟信号放在,(,调制,在,),载波上传输，则可比直接传输远得多,模拟信号如何进行载波传输？,三种调制方法,调制后的,载波信号,传输,信号,调制器,载波信号,调制后的,载波信号,传输,信号,解调器,载波信号,调制信号,(,连续信号,),调幅,(AM),调频,(FM),调相,(PM),载波信号,(,高频正弦波,),实现信号调制与解调的设备分别称为“调制器”和“解调器”：,数字信号如何传输？,近距离传输方法,基带传输,近距离传输时：不加处理直接进行（如：,USB,连接）,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,不归零制,(NRZ),编码,0 0 1 1 0 1,双绞线,计算机,计算机,NRZ,码,曼彻斯特,编码,码型,变换器,码型,变换器,曼彻斯特,编码,NRZ,码,（网卡）,（网卡）,含有直流成分，不便于同步，不适合直接传输,平均直流电平为,0,，电平的变化可作为同步信号,二进位信号的,曼彻斯特编码,电平从低到高表示,0,从高到低表示,1,远距离传输方法,通过载波来传输数字信号,(,频带传输,),数字信号的三种调制方法,(,ASK,),幅移键控,(,FSK,),频移键控,0,0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,调制信号,(,两个状态,),(,PSK,),相移键控,载波信号,(,高频正弦波,),数字调制、解调器：,调制后的,载波信号,传输,信号,解调器,载波信号,调制后的,载波信号,传输,信号,调制器,载波信号,小结,1:,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器，它们通常做在一起，称为调制解调器,(MODEM),信 道,信源,(,宿,),信宿,(,源,),调制后,的载波,信号,调制后,的载波,信号,调制,(,解调,),器,(,调制,),解调器,载波,载波,信源信号通过,调制器,调整载波的某个参数,(,幅度、频率或相位,),到达目的地后，使用,解调器,把载波所携带的信号检测出来，恢复为原始信号的形式,经过调制后的载波信号，携带着被传输的信号在信道中进行长距离传输,怎样降低传输成本？（提高线路利用率）,分析：,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,一条传输线路（铜线、光纤、无线电波）的容量通常远超过传输,1,路用户信号所需的能力,降低成本采用的技术,多路复用技术,(Multiplexing),多路信号使用同一条传输线同时进行传输,方法：,频分多路复用,（,FDM,）,时分多路复用,（,TDM,）,波分多路复用（,WDM,）,频分多路复用,(Frequency Division Multiplexing,FDM),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，然后在同一传输线路上进行传输。抵达接收端之后，借助分路器,(DEMUX),把不同频率的载波分离出来，送到不同的接收设备,工作原理：,DEMUX,MUX,共享的传输信道,载波频率,f,1,调制,调制,载波频率,f,n,载波频率,f,1,解调,解调,载波频率,f,n,f,将不同频率的载波信号合成在一起,使用一组滤波器分解出不同频率的载波信号,频分多路复用举例1,广播电台节目的发送与接收,频分多路复用,分路器,(,带通滤波器,),信号发射,信号接收,常见广播电台使用的载波频率,中波,900 KHz(,南京经济台,),中波,1008 KHz(,南京新闻台,),短波,15.28 MHz(,英国,BBC),短波,15.29 MHz(VOA,美国之音,),调频,104.3MHz(,南京体育台,),调频,105.8MHz(,南京音乐台,),频分多路复用举例2,电视节目的发送与接收,频道,载波频率,(MHz),频道,载波频率,(MHz),频道,载波频率,(MHz),1,87.75,5,123.25,9,230.25,2,95.75,6,206.25,10,238.25,3,103.75,7,214.25,11,246.25,4,115.25,8,222.25,12,254.25,多路复用器,解调器,在天空中传输的电磁波器,电视信号,发射器,电视信号,接收器,电视节目,调制器,载波,1,电视图像及其伴音,调制器,载波,2,电视图像及其伴音,调制器,载波,n,电视图像及其伴音,电视调谐器,(,分路器,),时分多路复用,(Time Division Multiplexing,TDM),思想：各通信终端,（,计算机、电话,）,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,工作原理：,H,F,G,E,D,C,B,A,传输线路,时间片,G,C,终端,1,终端,2,终端,3,终端,4,H,D,F,B,E,A,多路复用器,4 3 2 1 4 3 2 1,数据,t,Multiplexer,多路分路器,终端甲,终端乙,终端丙,终端丁,E,A,F,B,G,C,H,D,Demultiplexer,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,同步和异步时分多路复用,A,B,C,D,待发数据,t,1,t,2,t,3,A,1,B,1,C,2,B,2,周期1,周期2,异步,TDM,节省带宽,A,1,B,1,C,1,D,1,C,2,D,2,A,2,B,2,周期1,周期2,同步,TDM,浪费,异步,TDM,的条件：发送信息中必须包含接收设备的地址！,小结2:多路复用可以降低通信成本,通信系统的原理示意图,复用,（分路,）,信道,信源,（宿）,调制解调器,信源,（宿）,调制解调器,信源,（宿）,调制解调器,复用,（分路,）,信源,（宿）,调制解调器,信源,（宿）,调制解调器,信源,（宿）,调制解调器,多路复用技术使得成千上万路通信可以在同一条传输线上同时进行，大大节省了通信成本,频分多路、时分多路和波分多路等技术可以同时使用，以提高复用效率,4.0.3,光纤通信与无线通信,（,1,）传输介质的类型与特点,（,2,）光纤通信,（,3,）无线通信,传输介质的类型与特点,介质类型,特点,应用,有线通信,双绞线,成本低，易受外部高频电磁波干扰，误码率较高；传输距离有限,固定电话本地回路、计算机局域网,同轴电缆,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信号，但成本较高,固定电话中继线路、有线电视接入,光缆,传输损耗小，通讯距离长，容量大，,屏蔽特性非常好，,不易被窃听，重量轻，便于运输和铺设。缺点是精确连接两根光纤很困难,电话、电视等通信系统的远程干线，计算机网络的干线,无线通信,自由空间,使用微波、红外线、激光等，,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,.,但易被窃听、易受干扰,广播，电视，移动通信系统，计算机无线局域网,双绞线和同轴电缆,原理：利用电流,(,电压,),传输信息,双绞线分类,3,类线,(10 Mb/s),；,5,类线,(,100,Mb/s),；,6,类线,(200Mb/s),无屏蔽双绞线,(UTP),；屏蔽双绞线,(STP),同轴电缆,内层导线,金属屏蔽,外绝缘层,绝缘体,同轴电缆分类,基带同轴电缆（,50,）,传输数字信号,宽带同轴电缆（,75,）,传输模拟信号,信号线,地线,套管,无屏蔽双绞线,光纤与光缆,多根光纤,保护层,防止光泄漏的吸收外壳,起保护作用的防护层,外绝缘层,光线,光波在光纤中的传播,光导纤维（,光线的入射角足够大时，就会出现全反射，重复此过程，光就沿着光纤传播下去,）,纤芯,包层,保护层,光波,光缆,光 纤,保护层,光纤通信原理,电信号,驱动,电路,光源,中继器,输出,电路,电信号,发送单元,(,电,/,光转换,),传输单元,接收单元,(,光,/,电转换,),光调制器,光纤,光纤,放大电路,光检测器,光纤主要用于传输数字信号，,0,信号或,1,信号直接对光进行调制,(,即控制激光的通或断,幅移键控,ASK),光波的频率为,10,14,10,15,Hz,，目前一束光每秒能携带,2.5G,或,10G,的二进位信号，通过波分多路复用（,WDM,）技术还可达到更大的通信容量,在发送端，由需要传输的数字信号（电信号）去驱动一个光源（半导体激光器或发光二极管），并对发出的光信号进行调制,在接收端，信号经放大后由光检测器（半导体光电管）进行检测、解调，转换成电信号之后输出,调制后的光信号通过光纤进行传输，为了补偿光纤线路的损耗，消除信号失真和噪声干扰，每隔一定的距离要接入中继器,波分多路复用,(Wave Division Multiplexing,WDM),为提高传输效率，,1,根光纤中可以同时传输几种不同波长的光波，每种光波各自传输自己所携带的信息，速率可达到,40G-100Gbit/s,原理：,光纤,发送端有,N,个发送单元，它们各自发出不同波长的光波,通过复用器（称为合波器）合并起来，进入同一根光纤进行传输,接收端用分路器,(,称为分波器,),将不同波长的光分开，分别送到各自的光电检测器恢复出原始信号,示意图,复合光,无线通信,原理：,模拟,信号或数字信号,使用电磁波,调制后进行,传输,10,4,10,5,10,6,10,7,10,8,10,9,10,10,10,11,10,12,10,13,10,14,10,15,10,16,Hz,双绞线,同轴电缆,AM,广播,FM,广播和,TV,卫星,地面微波,光纤,紫外线,红外线,可见光,微波,无线电波,超短波,中波,短波,电磁波的种类与频率范围,无线电波,:10,4,10,11,(Hz),中波：,0.3,3 (MHz),短波：,3,30 (MHz),超短波：,30,300 (MHz),微波：,0.3,300 (GHz),红外线：,10,11,10,14,