1、清華大學出版社清華大學出版社第第4章章 通信技術通信技術4.1 引言 信息技術的三個主要分支： 感測技術、計算技術和通信技術。 所謂通信，就是信息的傳遞。這里所說的“傳遞”，可以認為是一種信息傳輸的過程或方式。在這里，我們所討論的，是特指利用各種電信號和光信號作為通信信號的電通信與光通信。第第4章章 通信技術通信技術通信發展史上的10項重大通信技術:(1)莫爾斯發明有線電報。(2)馬克尼發明無線電報。(3)載波通信。 (4)電視。(5)電子計算機。 (6)集成電路。(7)光纖通信。 (8)衛星通信。 (9)蜂窩移動通信。 (10)因特網。第第4章章 通信技術通信技術4.2 通信系統4.2.1

2、概述 通信是從一地向另一地傳遞和交換信息。 實現信息傳遞所需的一切技術設備和傳輸媒質的總和稱為通信系統。 通信系統通常是指：由通信收、發雙方和信道組成的器件與設備的全體。通信系統是研究通信問題的基本概念。第第4章章 通信技術通信技術4.2.2 通信系統模型圖4.1通信系統的一般模型 第第4章章 通信技術通信技術 通信系統的發送端由信源和發送設備組成。 信源是消息的產生地，其作用是把各種消息轉換成原始電信號，稱之為消息信號或基帶信號。 發送設備的基本功能是將信源和信道匹配起來，即將信源產生的消息信號變換成適合在信道中傳輸的信號。 變換方式是多種多樣的，調制是最常見的變換方式。對數字通信系統來說，

3、發送設備常常還包括信源編碼、信道編碼和加密編碼。 第第4章章 通信技術通信技術 信道是指傳輸信號的物理通道。分為無線信道和有線信道。 噪聲源不是人為加入的，而是通信系統中各種設備以及信道中所固有的，分為內部噪聲和外部噪聲。 通信系統的接收端由接收設備和信宿組成。 接收設備的基本功能是完成發送設備的反變換，它的任務是從帶有干擾的接收信號中正確恢復出相應的原始基帶信號來。 信宿是信息傳輸的歸宿點，其作用是將復原的原始信號轉換成相應的消息。第第4章章 通信技術通信技術4.2.3 通信方式的分類 常用通信方式（1）同頻單工 同頻是指，通信的雙方，使用相同工作頻率。 單工是指，通信的雙方的操作采用“按講

4、”（PTT）方式。第第4章章 通信技術通信技術送 話 器T發 射 機AR接 收 機受 話 器TBRf1f1(f2)f1(f2)f1圖4.2 同頻單工方式示意圖 第第4章章 通信技術通信技術（2）半雙工制 半雙工制方式中，中心轉信臺（A）使用一組頻率，而移動臺（B）采用單工制，主要用于有中心轉信臺的無線調度系統。 TARTBRf1f2f2f1天 線 共 用 器送 話 器受 話 器發 射 機接 收 機第第4章章 通信技術通信技術（3）雙工制 雙工制是指通信的雙方，收發信機均同時工作，即任一方在發話的同時，也能收聽到對方的話音，無需按PTT開關，類同于平時打市話，使用自然，操作方便。TARTBRf1

5、f2f2f1天線共用器送話器受話器發射機接收機第第4章章 通信技術通信技術2. 2. 通信系統的分類通信系統的分類1、按信號特征分類（1）模擬通信系統。（2）數字通信系統。數字通信相對于模擬通信很多特點：1）抗干擾能力強。2）便于對信號加工與處理。3）可以控制傳輸中的誤碼。4）易于加密且保密性強。5）能夠傳輸話音、電視、數據等多種信息等。第第4章章 通信技術通信技術(2)按傳輸介質分類1）無線通信系統。2）有線通信系統。 隨著通信技術、計算機技術和網絡技術的飛速發展，單純的有線或無線通信系統越來越少，實際通信系統常常是有線與無線兩種方式結合起來使用。第第4章章 通信技術通信技術(3)按調制方式

6、分類1）基帶通信系統。2）調制通信系統。 基帶系統，傳輸的是基帶信號即沒有經過任何調制處理的信號，而調制通信傳輸的是已調信號。第第4章章 通信技術通信技術(4)按通信業務分類1）電話通信系統。2）電報通信系統。3）廣播通信系統。4）電視通信系統。5）數據通信系統。第第4章章 通信技術通信技術(5)按工作波段分類1）長波通信系統。2）中波通信系統。3）短波通信系統。4）微波通信系統。5）光通信系統等。 無論怎樣劃分通信系統，都只是在信號處理方式、傳輸方式或傳輸介質等外在特征上做文章，其通信的實質并沒改變，即大量地、快速地、準確地、廣泛地、方便地、經濟地、安全地傳送信息。第第4章章 通信技術通信技

7、術4.2.4 常用通信系統 微波中繼通信系統 微波通信是指用微波頻率作載波攜帶信息進行通信的方式。微波的傳播特性類似于光的傳播，沿直線傳播，繞射能力很弱，一般可以進行視距內的傳播。 所謂視距傳播，是指發射天線和接收天線處于相互能看見的視線距離內的傳播方式。地面通信、衛星通信、雷達等都可以采用這種傳播方式。第第4章章 通信技術通信技術2. 2. 衛星通信系統衛星通信系統（1）低軌道衛星通信系統（2）同步衛星通信系統 衛星通信的優點概括為：遠、多、好、活、省。第第4章章 通信技術通信技術3 散射通信系統 散射通信系統是利用散射波進行通信的。電波在低空對流層中遇到不均勻的“介質團”時，就會發生散射,

8、 散射波的一部分到達接收天線處，這種傳播方式稱為不均勻媒質的散射傳播。第第4章章 通信技術通信技術（1）對流層散射通信 對流層散射主要用于100 MHz以上頻段。對流層是大氣的最低層, 通常是指從地面算起至高達135千米的區域。（2）流星余跡通信 流星余跡通信系統也是一種散射通信系統。它利用流星余跡形成的不均勻媒質的散射傳播，實現通信。第第4章章 通信技術通信技術4. 4. 無線尋呼系統無線尋呼系統 無線尋呼系統是一種單向無線通信系統。無線尋呼系統的用戶設備是袖珍式接收機，稱作袖珍鈴，俗稱“BB機”。公用電話網無線電尋呼控制中心及主發射臺用戶回路發射臺發射臺圖4.6 無線電尋呼系統示意圖第第4

9、章章 通信技術通信技術5. 5. 無繩電話系統無繩電話系統 無繩電話系統是一種雙向無線通信系統。市話局用戶線座機普通話機圖4.7 無繩電話系統示意圖第第4章章 通信技術通信技術6. 6. 蜂窩移動通信系統蜂窩移動通信系統 蜂窩移動通信網絡，把整個服務區域劃分成若干個較小的區域(小區)，用小功率基站發射機覆蓋小區，許多小區組成蜂窩一樣的網絡，可以完整覆蓋任意形狀的服務區域。 把若干相鄰的小區按一定的數目劃組成區群,并把可供使用的無線頻道分成等于區群中的小區數的頻率組， 區群內各小區均使用不同的頻率組。第第4章章 通信技術通信技術4.3 衛星通信4.3.1 微波接力通信 微波接力通信，是指用微波頻

10、率作載波攜帶信息進行的接力通信。 所謂視距傳播，是指發射天線和接收天線處于相互能看見的視線距離內的傳播方式。地面通信、衛星通信以及雷達等都可以采用這種傳播方式。 對于長距離通信可采用接力的方式，這就是微波接力通信。第第4 4章章 通信技術通信技術 圖4.8 微波接力通信 第第4章章 通信技術通信技術 由于地球曲面的影響以及空間傳輸的損耗，每隔50公里左右，就需要設置中繼站，將電波放大轉發而延伸。 微波中繼站的設備包括天線、收發信機、調制器、多路復用設備以及電源設備、自動控制設備等。中繼站的作用是將信號進行再生、放大處理后，再轉發給下一個中繼站，以確保傳輸信號的質量。 為了把電波聚集起來成為波束

11、，送至遠方，一般都采用拋物面天線，其聚焦作用可大大增加傳送距離。第第4章章 通信技術通信技術4.3.2 衛星通信系統 1945年，克拉克提出三顆對地球同步的衛星可覆蓋全球的設想。第第4章章 通信技術通信技術1. 1. 衛星通信系統的組成衛星通信系統的組成圖4.10 衛星通信系統的組成示意圖第第4章章 通信技術通信技術衛星通信系統由以下部分組成：（1）衛星：作為空中的微波中繼站，進行信號轉發。（2）地球站：接收衛星的微波信號。2. 衛星通信的特點衛星通信的特點 衛星通信同現在常用的電纜通信、微波通信等相比，有較多的優點，基本可以概括為幾個字：遠、多、好、活、省。（1）遠：是指衛星通信的距離遠。（

12、2）多：指通信路數多、容量大。（3）好：指通信質量好、可靠性高。（4）活：指運用靈活、適應性強。（5）省：指成本低。第第4 4章章 通信技術通信技術第第4章章 通信技術通信技術衛星通信的優點：(1)通信范圍大，只要衛星發射的波束覆蓋進行的范圍均可進行通信。(2)不易受陸地災害影響。 (3)建設速度快。(4)易于實現廣播和多址通信。(5)電路和話務量可靈活調整。(6)同一信通可用于不同方向和不同區域。衛星通信的缺點：(1)由于兩地球站向電磁波傳播距離有72000Km，信號到達有延遲。(2)10GHz以上頻帶受降雨雪的影響。(3)天線受太陽噪聲的影響。第第4 4章章 通信技術通信技術第第4章章 通

13、信技術通信技術4.3.3 衛星通信的關鍵技術（1）微波技術。（2）天線技術。（3）衛星技術。（4）多址技術。（5）軌道技術。（6）地球站技術。第第4章章 通信技術通信技術4.3.4 常用衛星通信系統（1）同步衛星通信系統。（2）中軌道衛星通信系統。（3）低軌道衛星通信系統。（4）衛星移動通信系統。第第4章章 通信技術通信技術4.4 移動通信4.4.1 移動通信的概念 移動通信定義為，指移動用戶之間，或移動用戶與固定用戶之間進行的通信。同時，它也包括通信用戶的位置存在變化，但通信過程中用戶不處于運動狀態的情況。第第4章章 通信技術通信技術移動通信的特點：（1）電波傳播條件惡劣。（2）干擾嚴重。（

14、3）網絡結構復雜。（4）網絡管理比較復雜。第第4章章 通信技術通信技術4.4.2 移動通信系統的分類（1）按使用對象可分為：1）民用設備。 2）軍用設備。 （2）按使用環境可分為：1）陸地通信。 2）海上通信。 3）空中通信。 （3）按多址方式可分為：1）頻分多址(FDMA)。2）時分多址(TDMA)。3）碼分多址(CDMA) 。 （4）按覆蓋范圍可分為：1）廣域網。 2）城域網。 3）局域網。第第4章章 通信技術通信技術（5）按業務類型可分為：1）電話網。 2）數據網。 3）多媒體網。 （6）按工作方式可分為：1）同頻單工。 2）異頻單工。 3）異頻雙工。4）半雙工。 （7）按服務范圍可分為

15、：1）專用網。 2）公用網。 （8）按信號形式可分為：1）模擬網。 2）數字網。第第4章章 通信技術通信技術4.4.3 移動通信的關鍵技術（1）無線信道抗衰落技術。（2）抗干擾技術。（3）調制解調技術。（4）語音編碼技術。（5）糾錯編碼技術。（6）組網技術。（7）智能天線技術。（8）多輸入多輸出技術。（9）多用戶檢測技術。（10）軟件無線電技術。（11）認知無線電技術。（12）電磁兼容技術等。第第4章章 通信技術通信技術ACHLRVLRMSCBSMSMSCPSTN圖4.11 蜂窩移動通信系統的網絡結構 第第4章章 通信技術通信技術數字蜂窩移動通信系統的網絡結構：（1）移動交換中心(MSC)。（

16、2）基站分系統(BSS)(含基站控制器(BSC)。（3） 基站收發信臺(BTS)。（4）移動臺(MS)。（5）歸屬位置寄存器(HLR)。（6）訪問位置寄存器(VLR)。（7）設備標志寄存器(EIR)。（8）認證中心(AUC)。（9）操作維護中心(OMC)。第第4章章 通信技術通信技術 MSSmUm BSAbisAMSCHLREIRMSCVLRVLRCGBDFE圖4.12 蜂窩移動通信系統的網絡接口第第4章章 通信技術通信技術網絡的控制與管理： 網絡要為用戶呼叫配置所需的控制信道和業務信道， 指定和控制發射機的功率，進行設備和用戶的識別和鑒權，完成無線鏈路和地面線路的連接和交換，最終在主呼用戶和

17、被呼用戶之間建立起通信鏈路，提供通信服務。這一過程稱為呼叫接續過程， 提供移動通信系統的連接控制(或管理)功能。第第4章章 通信技術通信技術4.4.4 移動通信的應用（1）手機無人不有。（2）移動上網。（3）移動支付。（4）移動監控。（5）移動電視。（6）移動音樂。（7）移動計算。第第4章章 通信技術通信技術4.4.5 移動互聯網 隨著互聯網與移動通信的發展，人們不僅滿足于固定上網，還希望能夠在移動中上網。這就促成了移動接入技術與互聯網的結合，出現了移動互聯網。移動互聯網的特點是：（1）互聯網：構成網絡骨干。（2）移動接入網：實現移動上網。第第4章章 通信技術通信技術4.4.6 常用移動通信系

18、統 微波中繼通信系統 微波通信是指用微波頻率作載波攜帶信息進行通信的方式。對于長距離通信可采用接力的方式，即為微波中繼通信，或稱微波接力通信。也可利用對流層傳播進行通信，稱為對流層散射通信。或利用人造衛星進行轉發，即衛星通信。第第4章章 通信技術通信技術2. 移動衛星通信系統 移動衛星通信系統是地球上的微波通信站（地球站）利用人造地球衛星作為中繼站而進行的通信。3. 無線尋呼系統 無線尋呼系統是一種單向無線通信系統，其用戶設備是袖珍式接收機，稱作袖珍鈴，俗稱“BB機” 。4. 無繩電話系統 無繩電話系統是一種雙向無線通信系統。它把普通的電話單機分成座機和手機兩部分， 座機與有線電話網連接， 手

19、機與座機之間用無線電連接，這樣，允許攜帶手機的用戶可以在一定范圍內自由活動時進行通話。第第4章章 通信技術通信技術5. 小靈通系統 小靈通系統（PAS）是一種靈活、而功能強大的無線市話系統， PAS系統主要由局端設備(RT)、基站控制器(RPC)、 基站(RP)和機構漫游服務的空中話務控制器(ATC)組成。 6. 蜂窩移動通信系統 蜂窩移動通信網絡，把整個服務區域劃分成若干個較小的區域(小區)，用小功率基站發射機覆蓋小區，許多小區組成蜂窩一樣的網絡，可以完整覆蓋任意形狀的服務區域。第第4章章 通信技術通信技術7. 集群移動通信系統 集群移動通信系統采用的基本技術是頻率共用技術。其主要做法是：把

20、一些由各部門分散建立的專用通信網集中起來，統一建網和管理，并動態地利用分配給它們的有限個頻道，以容納數目更多的用戶； 改進頻道共用的方式，即移動用戶在通信的過程中，不是固定地占用某一個頻道，而是在按下其“按講開關”(PTT)時，才能占用一個頻道；一旦松開PTT， 頻道將被釋放，變成空閑頻道，并允許其它用戶占用該頻道。 第第4章章 通信技術通信技術4.5 光纖通信4.5.1 有線通信導體襯墊導體固定絕緣材料(a)(b)導體(c)(d)導體固定絕緣體編織物保護套中心導體環型間隔器外部導體(e)編織導體中心導體絕緣體保護外套(f )平面導體接地板PC絕緣材料b(g)(h)a第第4章章 通信技術通信技

21、術 有線通信是指：信道為有線的通信方式，常見有線信道包括：（1）明線電纜是雙線并行導體。（2）雙線電纜是另一種雙線平行導體傳輸線。（3）雙絞線電纜是由兩根絕緣的導體扭絞在一起而形成的。（4）屏蔽電纜對是在平行雙線導體傳輸線外包上導電的金屬編織物。（5）同軸電纜。（6）微帶線：是一個由絕緣體隔離的、與接地板分離的平面導體。（7）波導是一個空心導管，它們的內表面可以反射電磁波。第第4章章 通信技術通信技術4.5.2 光纖通信系統（1）在發信端，信息被轉換和處理成便于傳輸的電信號，電信號控制光源，使發出的光信號具有所要傳輸的信號的特點，從而實現信號的電一光轉換。（2）發信端發出的光信號通過光纖傳輸出

22、到遠方的收信端，經光電二極管等轉換成電信號，從而實現信號的光一電轉換。第第4章章 通信技術通信技術光纖通信最主要的優點是：(1) 容量大。(2) 衰減小。 (3) 體積小，重量輕。 (4) 防干擾性能好。(5) 節約有色金屬。(6) 成本低。第第4章章 通信技術通信技術4.5.3 光纖通信的關鍵技術光纖傳輸系統的主要組成部分：（1）光發送機。 （2）光接收機。（3）光纜傳輸線路。（4）光中繼器。（5）各種無源光器件構成。光纖通信的關鍵技術包括：（1）光信號源技術。（2）光傳輸技術。（3）光纖技術。 （4）光電測量技術。（5）光電轉換技術等等。第第4章章 通信技術通信技術4.5.4 光纖通信的應

23、用光纖通信與以往的電氣通信相比，主要區別在于：（1）它傳輸頻帶寬、通信容量大；（2）傳輸損耗低、中繼距離長；（3）線徑細、重量輕，絕緣、抗電磁干擾性能強；（4）具有抗腐蝕能力強、抗輻射能力強、可繞性好、無電火花、泄露小、保密性強等優點。第第4章章 通信技術通信技術光纖通信的應用領域：（1）特殊環境。（2）軍事通信。（3）市話中繼線。（4）長途干線通信。（5）全球通信網、各國的公共電信網。（6）高質量彩色的電視傳輸、工業生產現場監視和調度、交通監視控制指揮、城鎮有線電視網、共用天線（CATV）系統。（7）光纖局域網和其他如在飛機內、飛船內、艦艇內、礦井下、電力部門、軍事及有腐蝕和有輻射等中使用。

24、 第第4章章 通信技術通信技術4.6 量子通信4.6.1 信息安全 信息安全是現代通信系統的一個重要指標。在互聯網絡的大規模應用中，網絡信息安全發揮著越來越重要的作用。 從廣義來說，凡是涉及到網絡上信息的保密性、完整性、可用性、真實性和可控性的相關技術與原理， 都是信息安全所要研究的領域。第第4章章 通信技術通信技術4.6.2 保密通信 保密通信，就是通過對信息的變換或編碼，將機密的敏感消息變換成難以讀懂的亂碼型文字的一種通信方式。 信息加密的目的是保護網內的數據、文件、口令和控制信息， 保護網上傳輸的數據。網絡加密常用的方法有鏈路加密、端點加密和結點加密三種。 加密主要分為常規加密算法和公鑰

25、加密算法。第第4章章 通信技術通信技術4.6.3 量子通信的概念1、量子通信的含義 經典通信：電信號參數傳送信息。量子通信：由量子態攜帶信息。量子密碼通信提供了一種不可竊聽、不可破譯的絕對安全的密碼技術。 量子的特性：量子不可分割性：不能分流信號竊聽。量子力學不可克隆性：不能復制信號竊聽。量子力學非定域性：量子隱形傳態先傳量子態，后傳信息。第第4章章 通信技術通信技術2、量子通信的發展 1984年，C.H.Bennett和G. Brassard提出了第一個量子密鑰分發協議，史稱BB84協議。 1992年，C.H.Bennett提出量子信道傳送經典信息的可能性。 1993年，C.H.Bennett發表了量子測量、量子信息提取、量子信道、信道容量的開創性的研究成果。 2003年，Aspelmeyer 小組首次完成了自由空間的糾纏光子對分發實驗