通信网概论讲义.pdf
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1、北京邮电大学培训中心http:/1北京邮电大学继续教育学院授课教师:张春红www.bupt-202.112.109.62通信网概论通信网概论通信网概论通信网概论北京邮电大学培训中心http:/2内容 第一章 通信基本概念 第二章 通信网基础 第三章 通信网中的传输技术 第四章 通信网中的交换技术北京邮电大学培训中心http:/3第一章第一章第一章第一章 通信基本概念通信基本概念通信基本概念通信基本概念北京邮电大学培训中心http:/4通信历史回顾 1837年Samuel Morse 发明电报 1876年Alexander Graham Bell 发明电话 1895年Guglielmo Marc
2、oni 发明无线电 1906年电子管的发明使模拟通信得到发展 1928年Nyquist取样定理和1948年shannon定理在理论上为数字通信奠定了基础北京邮电大学培训中心http:/5 20世纪50年代、60年代半导体和集成电路的发展使数字通信得到发展 1945年第一台电子计算机的问世到80年代计算机的飞速发展使数据通信成为可能 1963年第一次实现同步卫星通信 20世纪70年代光导纤维的发明实现了光纤通信 1974年美国Bell实验室提出蜂窝移动通信概念通信历史回顾(续)北京邮电大学培训中心http:/6通信的发展 60年代计算机化 70年代数字化,分组交换网的出现 80年代业务综合化IS
3、DN 90年代宽带化(光纤传输,Gb/s交换)智能化(IN,TMN)个人化(GSM,CDMA,第三代移动通信)开放性,标准化北京邮电大学培训中心http:/7通信系统 通信的定义 信息的传输与交换 电信 是以电信号载驮待传信息进行传输和交换的通信方式 通信系统的组成:信源,信道,信宿 通信系统分类 模拟通信系统 数字通信系统北京邮电大学培训中心http:/8通信系统一般模型北京邮电大学培训中心http:/9模拟信号与数字信号信号的分类 从数学角度来说,信号通常看成是时间的函数。在时域上可以划分为连续函数和离散函数。从通信角度而言,信号是传递消息的载体,常划分为模拟信号和数字信号。北京邮电大学培
4、训中心http:/10模拟信号 模拟信号:波形(函数值)随时间连续变化的信号,即载有消息的参数(如幅度,相位,频率等)随着时间连续变化的信号。模拟信号的特点:函数的取值为无限多个;传递的信息包含在波形中。北京邮电大学培训中心http:/11模拟信号北京邮电大学培训中心http:/12数字信号 数字信号:指不仅在时间上是离散的,而且在幅度上也是离散的,一般限制在有限个数值之内,如计算机的输出信号。数字信号的特点:函数的取值为有限多个;待传递的信息包含在码元的不同组合中北京邮电大学培训中心http:/13数字信号的表示开关010011011bit1bit北京邮电大学培训中心http:/14发送设备
5、和接收设备之间传输信号的传输媒介,称之为狭义信道。基于狭义的理解,架空明线、对称电缆或同轴电缆、光缆、自由空间、电离层、对流层等都可以被称为信道。在通信系统的研究中,为了简化系统模型和突出重点,往往根据研究的问题,把信道的范围适当扩大,除传输媒介外,还包括天线和馈线、功率放大器、混频器、调制解调器等有关部件和电路,把这种信道称为广义信道。许多时候就直称为信道。信道北京邮电大学培训中心http:/15信道对信号的影响通信媒体能够容纳一定频率范围的信号。所谓带宽带宽(Bandwidth)就是媒体能够传输的最高频率和最低频率的差值。信号通过信道传输时,频率在带宽以内的信号分量通过,在带宽以外的信号分
6、量丢失。信道对信号的影响:带宽限制,衰减,失真,噪声,干扰Signal StrengthFrequency300Hz3.4kHzSpeech Bandwidth(3.1kHz)北京邮电大学培训中心http:/16模拟通信系统利用模拟信号传递消息的系统,通常信源发出的是模拟信号,信道上传输的也是模拟信号,信宿收到的仍然是模拟信号。为了使模拟信号与模拟信道匹配,通常要采用调制的方法。信源 调制器信 道解调器信宿 噪 声模拟通信系统框图 北京邮电大学培训中心http:/17数字通信系统 利用数字信号传输信息的系统。数字通信系统的优点 抗干扰能力强,无噪声积累 灵活性高,能适应各种业务要求 便于计算机
7、处理 保密性强 设备便于集成化、微型化信 源 信源编码传输装置信 道信 宿 传输装置信源解码噪 声 数字通信系统框图 北京邮电大学培训中心http:/18通信系统的基本技术 数字调制技术 模拟信号的数字化 复用技术北京邮电大学培训中心http:/19数字调制技术 所谓基带信号,就是消息代码的电波形。实际通信中不少信道不能直接传送基带信号,必须用基带信号对载波波形的某些参量进行控制,使载波的这些参量随着基带信号的变化而变化,即所谓调制。大多数数字通信系统中,都选择正弦信号作为载波。数字调制技术 调频(Frequency Shift Keying,FSK或Frequency Modulation,
8、FM)调幅(Amplitude Shift Keying,ASK或Amplitude Modulation,AM)调相(Phase Shift Keying,PSK或Phase Modulation,PM)正交调制(Quadrature Amplitude Modulation,QAM)北京邮电大学培训中心http:/20(a)二进制信号(b)调幅(c)调频(d)调相北京邮电大学培训中心http:/21模拟信号的数字化 脉冲幅度调制(Pulse Amplitude Modulation,PAM):按一定的时间间隔对模拟信号进行采样,产生一个振幅等于采样信号的脉冲北京邮电大学培训中心http:/
9、22模拟信号的数字化(续)脉码调制(Pulse Code Modulation,PCM)取样:将时间上连续的信号变换成时间上离散的信号。量化:将幅度连续的信号变换成幅度离散的信号,即用某个特定的量化电平值代替原始信号幅度。编码:用一组特定的二进制代码来代表每个量化电平值。译码和滤波:在接收端进行与发送端相逆的处理,利用译码将接收到的数字编码信号转换成脉冲幅度,同时通过滤波器将高频分量滤除才能还原成原来的信号。北京邮电大学培训中心http:/23Samples of theanalogue signal125 s(1/8000 sec)Analogue Signal300-3400Hz8000
10、Samplesper second取样过程北京邮电大学培训中心http:/24Samples+4+3+2+1+0-0-1-2-3-4-2+127-127+4量化过程北京邮电大学培训中心http:/25QuantisationandEncoding1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 8 bitsrepresentingone samplefor channel 243218 bitsrepresentingone samplefor channel 18 bitsrepresentingone samplefor cha
11、nnel 3编码过程北京邮电大学培训中心http:/26复用技术 由于一条传输线路的能力远远超过传输一个用户信号所需的能力,为了提高线路利用率,经常让多个信号同时共用一条物理线路。实现在同一信道中传递多路信号的技术就是复用技术。目前常用的多路复用技术有:频分复用(Frequency Division Multiplexing,FDM)时分复用(Time Division Multiplexing,TDM)码分复用(Code Division Multiplexing,CDM)波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)北京邮电大学培训中心http:/27
12、频分复用(FDM)频分复用将传输媒介的频带资源划分为多个子频带,分别分配给不同的用户形成各自的传输子通路,各用户只能使用分配给他的子通路传送信息,即使某个用户不传送信息时,其他用户也不能使用该通路。北京邮电大学培训中心http:/28时分复用(TDM)时分复用:将传输媒介的使用时间轮流分配给不同的用户,各用户只有在分配的时间段(时隙)使用传输媒介传送信息。分为同步时分复用和异步时分复用。1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4TDM终端1终端2终端3终端4AAABBBCCCDDDTDM计算机A B C D A BCD A B C D北京邮电大学培训中心http:/29 码分复用(CDM)
13、依靠不同的地址码区分不同的用户,所有的用户使用相同的频率和相同的时间在同一地区通信。用户、信道和基站均靠码识别。波分复用(WDM)依靠不同的波长区分不同用户的信息。北京邮电大学培训中心http:/30第二章 通信网基础北京邮电大学培训中心http:/31通信网的构成 通信网的概念 将众多通信系统通过交换系统按照一定的拓扑结构组合在一起称为通信网。通信网提供话音、图像、数据业务。通信网的组成 用户终端设备 传输线路 交换系统 通信协议北京邮电大学培训中心http:/32SwitchTransmissionNetworkAccessNetworkSwitchSwitchSwitchAccessNe
14、tworkAccessNetwork通信网的基本形式北京邮电大学培训中心http:/33网络拓扑结构 网络拓朴结构是通信网络交换系统和传输线路所组成的几何形状。北京邮电大学培训中心http:/34通信网的协议 网络协议和标准 协议(Protocol):是通信网中通信实体共同遵守的有关通信规则约定的集合。标准化组织北京邮电大学培训中心http:/35标准化组织 ISO国际标准化组织(International Organization for Standardization)ITU国际电信联盟(International Telecommunications Union)其前身是国际电报电话咨询
15、委员会(CCITT)ITU-T负责电信 ITU-R负责无线通信 IETF因特网工程特别任务组(Internet Engineering Task Force)IEEE电气和电子工程师协会(Institute of Electrical and Electronic Engineers)北京邮电大学培训中心http:/36通信网分类 业务网 是用于向公众提供电信业务的网络,包括固定电话网、移动通信网、数据通信网、智能网、综合业务数字网等 传送网 用于数字信号的传送,包括骨干传送网和接入网 支撑网 包括NO.7信令网、数字同步网和电信管理网北京邮电大学培训中心http:/37业务网、传送网和支撑网
16、之间的关系业务网n业务网1支撑网接入网骨干传送网SN1SNn用户CPE/CPN传送网北京邮电大学培训中心http:/38业务网 电话网 移动通信网 数据通信网 智能网 综合业务数字网北京邮电大学培训中心http:/39电话网 为公众提供电话业务而建立和经营的电信网称为公众电话网(PSTN)。到目前为止,在我们国家电话网仍然是覆盖范围最广、业务量最大的网络。公众电话网包括本地电话网、长途电话网和国际电话网。PSTNPublic Switched Telephone Network北京邮电大学培训中心http:/40电话交换网络LocalSwitchTransit SwitchAccessNetw
17、orkAccessNetworkLocalSwitchOtherLicensedOperators(Mobile and Fixed)OtherLicensedOperators(Mobile and Fixed)CoreTransmissionNetworksTransit SwitchTransit SwitchTransit Switch北京邮电大学培训中心http:/41电话交换网络接入网接入网2Mbit/sDigitalExtensionsCustomersPremises用户专用小交换机用户专用小交换机PBX本地交换机本地交换机7号信令号信令中继交换机中继交换机北京邮电大学培训中心
18、http:/42海底电缆卫星海底电缆卫星地面站地面战地面站地面战海底分接复用器海底分接复用器国际交换机国际交换机国际交换机国际交换机中继交换机中继交换机中继交换机中继交换机电话交换网络北京邮电大学培训中心http:/43移动通信网 移动通信是指移动中的用户利用无线频段与静止或移动中的用户实时交换信息的通信方式。移动通信系统的发展 第一代 AMPS(Advanced Mobile Phone Systems)第二代 GSM(Global System for Mobile Communication)IS-95(CDMA)第三代 UMTS(Universal Mobile Telecommuni
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