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现代通信系统课件-第二章

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现代通信系统课件：现代通信基本概念

现代通信系统课件：现代通信基本概念

现代通信基本概念
• 1. 1. 4光通信的基础 - 光子技术
• 1964年，英籍华人高银博士首先提出利用玻璃纤维实现远距离通信。20世纪 70年 代，美国首先制成了实用的玻璃光导纤维 光纤．使光纤通信成为现实。 随着光子技术 的发展，出现了电子光子芯片。在这种芯片上，电子与光子 产生了复杂的相互作用，提供 了速率为几十到上百千兆比特的光波通信能 力，使光；光通信系统从PDH向SDH光传输系 统发展。光器件及光通信设备 的需求过去主要来自传统的电信运营商，但近年来随着云计 算及数据中心 的蓬勃发展．数据中心对于光器件的需求开始加速，统计表明2016年其需 求超过电信市场的一半，为光器件市场带来新的增量。
• 在20世纪60年代．为解决交换局内的中继线干扰等问题，出现了PCM（话音编码）技 术．接着数字程 控交换机投入使用，从此开始用数字信号（瞬时幅值离散的信号）来交换和传递信息，信息传递发生 了根本变革 - 数字通信。
现代通信基本概念
• 1. 1. 2现代通信技术的基础 - 微电子技术 • 电子学，特别是微电子学．是信息技术的关键，是现代通信产业的重要基础，
现代通信基本概念
图1.2 两类通信方式抗扰性能比较 （a）模拟信号；（b）数字信号
现代通信基本概念
1. 3 现代通信的特点及主要内容
• 1. 3. 1 综合化 • 综合化具有双重含义。其一是技术的综合化，即无论是传输、交
换还是通信处理功能 都采用数字技术，实现数字传输与数字交换 的综合，使网络技术．如电话网、数据网、电视 网一体化。其二 是业务的综合，即把来自各种信息源的通信业务（如电话、电报、 传真、数 据、文字、图像电视等）综合在同一网内传输和处 理．并可在不同的业务终端之间实现互 通。各种通信业务的综合， 是以技术综合为基础的。

现代通信系统课件-第二章

现代通信系统课件-第二章

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第二章 微波中继通信系统设计
4－干扰与噪声：
发信设备钟的噪声可包括相位噪声和交调干扰噪声 相位噪声产生于本机振荡器，它体现了振荡器瞬时频率稳定度的质量（表示微波振荡 器输出信号的频谱纯度）；交调干扰产生于本机振荡（倍频链式的振荡源－－现在很 少采用）、上变频器（属于非线性多频工作状态，有较大的交调干扰）和末级功放， 此外，还有微波部件之间的回波反射也产生干扰噪声。 直接中继和中频转接的中继方式中，各中继站的噪声可能造成叠加积累，因此必须对 各站的噪声功率加以限制 5－微波发射频谱框架： 12G以下的通信频段拥挤，特别是数字微波通信技术的广泛应用，使得频率资源显得 更为紧张。提高频谱利用率和避免邻近波道干扰是需要解决的重要问题。因此应该对 数字微波通信机的发送信号频谱加以限制，使他不占用过宽的频带，不至于对临近波 道产生过大干扰。对发送信号频谱的限制范围叫发送频谱框架。 FCC（美国联邦通信委员会）规定的发送频谱框架标准[可查相关文献]，eg：11GHz 可用带宽为40MHz的发送频谱框架。发送谱框架由基带滤波器或带通（中频或微波） 成型滤波器的滤波特性来保证。
与卫星、光纤一起被称为现代通信传输的三大支柱
第4页
第二章 微波中继通信系统设计
§2.2 数字微波通信系统的构成

§2.2.1 微波通信网组成
主干线 支 线
微波终端站
微波分路站
微波中继站
第5页
第二章 微波中继通信系统设计

数字微波中继通信系统连接方框图 见P9
数字微波中继网的组成：
用户终端 直接为用户所使用的终端设备：电话机，计算机，调度电话机 交换机

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第二章 微波中继通信系统设计

《现代通信系统原理》课件

《现代通信系统原理》课件
云计算与边缘计算的协同
人工智能和机器学习技术在通信系统中的应用将更加广泛，用于优化网络性能、提高数据传输效率和降低能耗。
人工智能与机器学习
量子通信技术以其高度安全性和抗干扰能力，将成为未来通信系统的重要发展方向。
量子通信技术
可见光通信技术以其高速、低成本、低能耗等优势，有望在室内通信等领域得到广泛应用。
现代通信系统原理
目录
CONTENTS
引言模拟通信系统数字通信系统现代通信系统原理通信系统的未来展望
引言
信息源
信道
目的地
产生信息的设备或物体。
传输信号的媒介。
接收信息的目的地或用户。
利用物理线路传输信号的系统，如电缆、光纤等。
有线通信系统
利用电磁波传输信号的系统，如手机、广播、电视等。
无线通信系统
解调
实现调制与解调，将计算机或终端设备与通信网络连接起来。
调制解调器的功能
现代通信系统原理
通信系统定义
通信系统是实现信息传输与交换的系统，由信源、信道和信宿组成。
调制解调技术
调制解调技术是实现模拟信号与数字信号相互转换的关键技术，常用的调制方式有调频、调相和调幅。
信道编码技术
信道编码技术通过在信息码元中加入冗余位元，实现差错控制和纠错功能，提高数据传输的可靠性。
可见光通信技术
工业4.0与智能制造
未来通信系统将广泛应用于工业4.0和智能制造领域，支持实时数据传输和处理，提升生产效率和产品质量。
智慧城市与智ห้องสมุดไป่ตู้交通
未来通信系统将助力智慧城市和智慧交通的建设，实现城市各领域的智能化管理和高效协同。
虚拟现实与增强现实
未来通信系统将为虚拟现实和增强现实技术的发展提供有力支持，推动娱乐、教育、医疗等领域的技术革新。

现代通信原理(乔延华)课件 (2)

现代通信原理(乔延华)课件 (2)

第2章 信号分析基础和信道
(2)短波电离层反射信道。 所谓短波,是指波长为 10~100 m(相 应 的 频 率 为 3~ 30MHz)的电磁波。它既可以沿地表面传播(称为地波传播), 也可以由电离层反射传播(称 为天波传播)。地波传播一般是 近距离的,限于几十千米范围;而天波传播借助于电离层的 一 次反射和多次反射可传输几千千米,乃至上万千米。当
第2章 信号分析基础和信道
1.有线介质 有线介质通常包括明线、对称电缆、同轴电缆和光纤等。 (1)明线:是指平行而相互绝缘的架空裸线线路。与电缆 相比,其传输损耗低,但易受 气候和天气的影响,并且对外界噪 声干扰较敏感,频带窄。 (2)对称电缆:也称双绞线电缆。双绞线电缆是由两根铜 线或铝线各自封装在彩色塑 料皮内相互扭绞而成的传输媒 质,传输损耗比明线大得多,但其传输特性比较稳定。
第2章 信号分析基础和信道
(3)对流层散射信道。对流层散射信道是一种超视距的 传播信道,其传播距离为100~ 500km,可工作在超短波和微波 波段。设计良好的对流层散射信道可提供12~240个频分 复 用(FDM)的话路,可靠性可达99.9%。
对流层是大气层的最底层,通常是指从地面算起 10~12km 的大气层。在对流层中, 由于大气湍流运动等原因 引起大气层的不均匀性,当电磁波射入对流层时,这种不均匀 性 就会引起电磁波的散射,一部分电磁波向接收端方向散射, 起到中继作用。
则称该信号为周期信号。若T 值不存在,则称该信号为非周 期信号。通信系统中常用于测 试的正(余)弦信号、雷达中的 矩形脉冲系列都是周期信号,而语音信号、开关的启或闭所 造成的瞬态则是非周期信号。
第2章 信号分析基础和信道
3.基带信号与频带信号 从信源发出的信号是原始的电波形,主要能量集中在低 频段,甚至含有丰富的直流分 量,没有经过任何调制(频谱搬 移),因此称为基带信号,如语音、视频信号等。它们均可由 低通滤波器取出或限定,故又称为低通型信号。

现代数字通信-第2章-AWGN信道下的最佳接收机

现代数字通信-第2章-AWGN信道下的最佳接收机
E [ n] = 0,
N0 σ = 2
2 n
∴
⎡ ( r − s )2 ⎤ 1 m ⎥ f ( r sm ) = exp ⎢ − N0 ⎥ ⎢ π N0 ⎣ ⎦
2009-09-24
8
匹配滤波器
滤波器输入： r ( t ) = s ( t ) + n ( t )
■
s ( t ) ⇔ S (ω )
r (t )
信号检测器的任务：根据接收矢量r对发送信号做出判 决，并使正确判决的概率最大.
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MAP准则(最大后验概率准则) ML准则(最大似然准则)
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最大后验概率(MAP)准则
先验概率(a priori probability)：事件未发生就预先知道的发生概率
P sm , m = 1,… , M
k =1
E ⎡ n ' ( t ) rk ⎤ = E ⎡ n ' ( t ) smk ⎤ + E ⎡ n ' ( t ) nk ⎤ = E ⎡ n ' ( t ) nk ⎤ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦ ⎣ ⎦
N ⎧⎡ ⎤ ⎫ ⎪ ⎪ = E ⎨ ⎢ n ( t ) − ∑ n jφ j ( t ) ⎥ nk ⎬ = j =1 ⎪ ⎪ ⎦ ⎭ ⎩⎣ N N = 0 φk ( t ) − 0 φk ( t ) = 0 2 2
φ1 ( t ) = 2 T , 0 ≤ t ≤ T 2
φ2 ( t ) = 2 T , T 2 ≤ t ≤ T
s1 ( t ) * h1 ( t )
s1 ( t ) * h2 ( t )
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匹配滤波器型解调器
y1 s ( t ) = s1 ( t ) * h1 ( t ) =

现代通信系统(第2版)_CodePub

现代通信系统(第2版)_CodePub

入交换网络。此时，在一条物理电路上顺
序传送着多路话音信号，每路信号占用一 个时隙。所以说，在数字交换网络中对话 音电路的交换实际上是对时隙的交换。
时隙交换
时隙交换的过程可以分成两步。 第一步是在一条电路的任意两个时隙 之间进行的交换，称为时分交换，由T型接 线器完成； 第二步是在两条电路上的相同时隙之 间进行的交换，称为空分交换，由S型接线 器完成。
2.1 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“用通信线路（包
括通信设备）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”，以实现
硬件、软件和信息资源共享。
数据与话音的区别
• 通信对象不同
• 对可靠性的要求不同
• 通信的持续时间不同
络互联协议”（TCP/IP）。
路由器工作原理
用户A 网络2 203.0.5.0 路由器1 路由选择表 C 203.0.5.0 1 C 198.1.2.0 2 R 202.56.5.0 3.0.5.2 2
分组交换方式
• 数据报方式
• 虚电路方式
虚电路的连接
虚电路可以是永久连接,也可以是临时连接。
永久连接的称为“永久虚电路”,用户在向网络预
约了该项服务之后,就在两个用户之间建立起永久
的虚连接,用户之间的通信直接进入数据的传输阶
段,就好象具有一条专线一样,可随时传送数据。
临时连接的称为“交换虚电路”,用户终端在通信
R——振铃
S——监视
T——测试
用户电路的整体结构
用户机柜
用户电路一般
由两块专用集成电
路组件组成，一块

现代通信PPT课件

电话通信网。
电话机由手持机和座机组成。
手持机由拾音器和扬声器组成。
座机包括二/四线变换电路，拨号电路和 键盘，音频滤波和放大电路。
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9
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② 拨号方式1——脉冲拨号：
脉冲（Pulse）拨号：用电脉冲的个数代表 0~9十个阿拉伯数字。
1
2 3 …
0
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幅度调制
AM sAM(t) = [Ac m(t)]cosct
DSB sDSB(t) = m(t) cosct
SSB sSSB (t) = m(t) cosct mˆ (t) sinct VSB sVSB (t) = m(t) cosct Q [m(t)]sinct
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35
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（3）DSB信号的产生与解调：
sDSB(t) = m(t) cosct
m(t)
cosct
sDSB (t )
低通滤波器
cosct
1 m(t) 2
sDSB(t)
cosct
=
m(t )
cos2ct
1 2
m(t )
1 2
m(t )
cos 2c t
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A[m(t )]
[m(t )]
同相调制分量： sI (t) A[m(t)]cos [m(t)] 正交调制分量： sQ (t) A[m(t)]sin [m(t)]
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模拟通信中的调制类型：
连续波模拟调制
幅度调制

现代通信原理课件课件

物联网通信的关键技术 物联网通信的关键技术包括无线 传感器网络技术、RFID技术、 ZigBee技术等。
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光纤通信的应用包括骨干网、城域网和接 入网的建设，以及光纤到户工程等。
物联网通信技术
物联网通信概述 物联网是指通过信息传感设备采 集物体信息并与互联网连接起来， 实现物体信息智能化识别和管理 的一种网络。
物联网通信的应用 物联网通信的应用包括智能家居、 智能交通、智能农业等领域。
物联网通信系统组成 物联网通信系统主要由感知层、 网络层和应用层组成。
数字移动通信的关键技术
数字移动通信的关键技术包括信源编 码、信道编码、调制解调、扩频通信 和多址接入等。
数字移动通信系统组成
数字移动通信系统主要由移动台、基 站、移动交换局和与公众交换电话网 相连的接口组成。
数字移动通信的应用
数字移动通信的应用非常广泛，包括 手机通话、短信、上网、定位服务等。
卫星通信
系统的分类与特性
总结词
系统的分类与特性包括线性时不变系 统、线性时变系统、非线性系统和离 散时间系统等。
详细描述
系统可以根据其特性和性质进行分类， 如线性时不变系统、线性时变系统、 非线性系统和离散时间系统等。这些 分类和特性对于理解系统的属性和处 理方法具有重要意义。
03 模拟通信原理
模拟信号的调制与解调
时域分析是通信系统中最基本的一种分析方法，通过对信号在时间域上的表现进行分析， 可以了解信号的基本特征，如幅度、频率、相位等参数。这些参数对于信号的传输和处
理具有重要影响。
信号的频域分析
总结词
频域分析是指将信号从时间域转换到频率域进行分析，通过分析信号的频谱特 征来了解信号的属性和特性。
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现代通信系统
56学时/3.5
华中科技大学电子与信息工程系 郭磊 guolei@
第二章 微波中继通信系统设计
§2.1 概述
什么是微波？什么是微波通信？什么是数字微波？

微波的发展是与无线通信的发展分不开的 ：1901年马可尼使用 800KHz的中波信号进行了从英国到北美纽芬兰的世界上第一次横跨 大西洋的无线电波的通信试验。无线通信初期。人们使用长波以及中 波来通信。20世纪20年代初人们发现了短波通信，直到20世纪60年代 卫星通信的兴起 无线电波可以按照频率或波长来分类和命名 ：频率高于300Mhz的电 磁波称为微波 。 各波段的传播特性各异，因此可以用于不同的通信系统 ：中波主要沿 地面传播，绕射能力强，适用于广播和海上通信，而短波具有较强的 电离层反射能力，适用于环球通信。超短波和微波的绕射能力较差， 可作为视距或超视距中继通信

第 11 页
第二章 微波中继通信系统设计

增量调制ΔM（Delta Modulation DM）
增量调制是一种预测编码技术，是PCM编码的一种变形 。PCM是对每个采样信号的整个幅度进行量化编码，因 此它具有对任意波形进行编码的能力；DM是对实际的采 样信号与预测的采样信号之差的极性进行编码，将极性变 成“0”和“1”这两种可能的取值之一。如果实际的采样信 号与预测的采样信号之差的极性为“正”，则用“1”表示 ；相反则用“0”表示。由于DM编码只须用1位对信号进行 编码，所以DM编码系统又称位“1位系统”

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第二章 微波中继通信系统设计

主要性能指标参数 (一) 1G~40GHz，越高，通频带和通信容量越大，同时天线设备的方向性要求越高，且体 积重量越小，但是频率高时，雾、雨或雪的吸收显著，传播损耗、衰落和接收设备噪 声也愈高——12G以上必须考虑大气中水蒸气的吸收问题（22GHz，即水蒸气分子的 谐振频率，是大气中传播衰减峰值）。

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第二章 微波中继通信系统设计

“编码器”是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输 出。国际标准化的PCM码组（电话话音）是八位码组代 表一个抽样值。 从通信中的调制概念来看，可以认为PCM编码过程是模 拟信号调制一个二进制脉冲序列，载波是脉冲序列，调制 改变脉冲序列的有无或“1”、“0”，所以PCM称为脉冲编 码调制。
外差中继（中频转接）
基带中继（群频转接/再生转接）
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第二章 微波中继通信系统设计

直接中继（或称射频转接、微波转接）：
将接收到的微波信号用微波放大器直接放大，无需经过微波－中频－微波的上、下变 频过程，因而信号传输失真较小。当然，为了避免中继站收、发同频干扰，需要对接 收信号进行移频；为了克服传播衰落引起的电平波动，还需要在微波频率上（微波功 放）采取自动增益控制措施。总的说来，这种方式的优点：设备量少、电源功耗低， 适于不需要上、下话路的低功耗无人值守中继站
第2页

第二章 微波中继通信系统设计
微波通信的发展：


微波通信是二十世纪50年代的产物
20世纪40年代到50年代产生了传输频带较宽，性能较稳定 的微波通信 80年代至90年代发展起来的一整套高速多状态的自适应编 码调制解调技术与信号处理及信号检测技术的迅速发展， 对现今的卫星通信，移动通信，全数字HDTV传输，通用 高速有线/无线的接入等诸多领域的信号设计和信号的处理 应用，起到了重要的作用 国外发达国家的微波中继通信在长途通信网中所占的比例 高达50％以上。据统计美国为66％，日本为50％，法国为 54％
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第二章 微波中继通信系统设计

DM波形编码的原理如下图所示。纵坐标表示“模拟信号输入幅度”，横坐 标表示“编码输出”。用i表示采样点的位置，x[i]表示在点i的编码输出。输 入信号的实际值用yi表示，输入信号的预测值用 表示。
从图中可以看到，在开始阶段增量调制器的输出不能保持跟踪输入信号的快速变化，这种现象就 称为增量调制器的“斜率过载”(slope overload)。一般来说，当输入信号的变化速度超过反馈回 路输出信号的最大变化速度时，就会出现斜率过载。之所以会出现这种现象，主要是反馈回路输 出信号的最大变化速率受到量化阶大小的限制，因为量化阶的大小是固定的 。
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第二章 微波中继通信系统设计
不同的中继站形式有不同的发信设备组成方案。为了便于讨论，以中频转接型的微波发信 设备为典型进行介绍

数字微波发信设备
中频振荡器 中频调制器 功率 中放 上变频器 微波功放 微波滤波
码型变换
微波本振 微波发射单元
中频调制单元

来自数字终端机的信号经码型变换后，在中频调制器中对中频载频进行调制，获得 中频调制信号，然后经过功率中放，把这个已调信号放大到上变频器要求的功率电 平，上变频器将它变换为微波调制信号，再经微波功率放大器放大到所需的输出功 率电平，最后经微波滤波器输出馈送到天线，由发送天线将此信号送出。 中频调制发射机的构成方案与一般调频的模拟微波机相似，只要更换调制、解调单 元，就可以利用现有的模拟微波信道传输数字信息。因此中频调制可以获得较好的 设备兼容性（如模拟与数字微波机的兼容）。
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第二章 微波中继通信系统设计

微波站
功能：传输数字信息
分类（按工作性质分）：数字微波终端站，数字微波中继站，数字微 波分路站
设备：数字微波发信设备，数字微波收信设备，天线，馈线，铁塔， 监测控制设备和电源设备

一些习惯叫法：


x < 10Mbps ：小容量数字微波系统
10Mbps< x < 100Mbps ：中容量数字微波系统 > 100Mbps ：大容量数字微波系统

基带中继（群频转接/再生转接）：微波接收－中频－解调再生－调制－中频－微波发 射 基带中继除了要进行上、下变频过程以外，还要进行调制和解调过程。尽管增加了一 些设备，但对于一些必须上、下话路的中继站，这是唯一能采用的中继方式。特别对 于数字微波来说，由于每个中继站的数字信息都经过再生，就可以避免噪声和传输畸 变的积累，从而提高了传输质量。再生中继的这种优点是前两种非再生中继所无法比 拟的。因此，基带中继是数字微波中继通信的主要中继方式。
设备：增量调制（ΔM）数字电话终端机 或 脉冲编码调制（PCM，Pulse Code
Modulation）数字电话终端机，二次群和高次群复接器，保密机以及其他数字接口设 备 PCM的多路数字电话的群路等级：CCITT（现在的ITU）规定了两种标准：西欧的30 路标准和美日的24路标准，我国的标准仿西欧见P10。

外差中继（中频转接）：微波接收－中频－中频放大－微波发射 将接收到的微波信号通过混频器下变换为中频，在中频进行放大，然后经过上变频器 变回到微波频率再发送到下一站。这种方式由于省去了调制和解调过程，设备比较简 单，电源功耗较少，是一种常用的中继站形式。中频转接也不能上、下话路，实际上 只起到增加通信跨距的作用。

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第二章 微波中继通信系统设计
§2.2.2 数字微波通信的传输设备
建立一个数字微波通信系统所需使用的技术设备很多， 我们仅对设置在微波站的数字微波收、发信设备的组成 方案以及中继方式作简要介绍。 在介绍数字微波发信设备策组成之前，先简单说明一下 微波中继通信的三种中继方式：

直接中继（或称射频转接、微波2GHz是主要工作频段。我国多用2、4、6、7、8、 11GHz，其中2、4、6G主要用户干线微波中继；2、7、8、11G主要用于支线或专用 网
2－输出功率：微波中继站所需的发射功率与很多因素有关 与通信话路数目，带宽有关和通信质量要求有关（通信话路愈多、频带愈宽，为保持 同样的通信质量，必须有更大发射功率），另外也与站址选择，抗多径衰落和分集接 收技术的采用有关。 数字通信比模拟信号有更好的抗干扰能力，为了保持同等通信质量，数字微波通信所 需输出功率较小；如数字微波发射机输出功率有时只需几十毫瓦到几百毫瓦，只有长 距离才需要几瓦量级。
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第二章 微波中继通信系统设计

从图中还可以看到，在输入信号缓慢变化部分，即输入信号与预 测信号的差值接近零的区域，增量调制器的输出出现随机交变的 “0”和“1”。这种现象称为增量调制器的粒状噪声(granular noise)，这种噪声是不可能消除的。 在输入信号变化快的区域，斜率过载是关心的焦点，而在输入信 号变化慢的区域，关心的焦点是粒状噪声。为了尽可能避免出现 斜率过载，就要加大量化阶Δ，但这样做又会加大粒状噪声；相反 ，如果要减小粒状噪声，就要减小量化阶Δ，这又会使斜率过载更 加严重。这就促进了对自适应增量调制(adaptive delta modulation，ADM)的研究。
与卫星、光纤一起被称为现代通信传输的三大支柱
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第二章 微波中继通信系统设计
§2.2 数字微波通信系统的构成

§2.2.1 微波通信网组成
主干线 支 线
微波终端站
微波分路站
微波中继站
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第二章 微波中继通信系统设计

数字微波中继通信系统连接方框图 见P9
数字微波中继网的组成：
用户终端 直接为用户所使用的终端设备：电话机，计算机，调度电话机 交换机
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第二章 微波中继通信系统设计
数字微波通信 ：


在微波频段通过地面视距传播进行数字信息传输的一种无线通信手段 ，既包括点对点数字微波，也包括点对多点数字微波
特点： 传输容量大 可与程控数字交换机直接接口 与光缆、光纤、卫星通信相比，投资省，见效快，机动性好，抗自然 灾害能力强
抗干扰能力强，保密性强，设备可靠稳定
PCM脉冲编码调制
模拟信号输入 防失真滤 波器