现代通信理论与技术样本.doc
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1、第1章 当代通信理论与技术概述1.1 当代通信1.1.1 信息与通信*“信息”概念: 寻常生活中“信息”概念:消息,情报,知识,状况 信息科学中“信息”概念:对客观事物运动状态和主观思维活动状态或存在方式不拟定性描述。*信息某些特性:(1)信息体现媒体是携带信息载体,信息隐含于信息体现媒体中。数据,文字,符号,图像,语音,物理参量人们(或机器)通过记录和体现信息媒体获取信息、辨认信息、理解信息、使用信息。(2)信息体现媒体内容并不都是信息,信息量(以比特为单位)是对信息体现媒体新颖性,差别性,不拟定性限度量度。(3)信息是资源,是财富,具备可用性。*获取信息手段之一就是通信。*通信:把信息从一
2、种地方传送到另一种地方过程叫做通信;通信目是由一种地方向另一种地方传递信息,以实现人与人之间、人与机器之间或机器与机器之间信息互换。对“通信”概念阐明:(1)广义通信概念。(2)信息运载工具。(3)通信对象。1.1.2 当代通信(1)当代通信内涵:通信当代通信:A.电通信:用“电信号”运载信息通信方式。B.光通信:用“光信号”运载信息通信方式。(2)当代通信发展简史 :(3)信息体现媒体种类与通信方式 :(4)当代通信某些特性: 有线通信和无线通信、固定通信和移动通信高度有机结合在一起; 电通信与光通信高度有机结合在一起; 通信与计算机和微解决器高度有机结合,彻底变化了信息互换方式和通信设备功
3、能; 通信网络化,高度发达当代通信网; 信息表达、传播数字化 ; 多媒体通信,话音业务与非话音业务高度综合。 软件无线电技术与微电子技术和计算机技术结合使通信终端高度集成、并依托软件加载实现各种通信功能和智能。(5)支持21世纪通信重要技术:当代通信基本技术:微电子技术,光子技术,计算机技术,软件技术,终端技术通信领域中核心技术:下一代通信网络技术(NGN),光通信技术,将来无线与移动通信技术(3G/4G移动通信、卫星通信、个人通信技术)1.2 通信系统与通信网*通信系统概念:传递信息所需一切技术设备总和称为通信系统。1.2.1 通信系统普通模型(1)普通模型:(2)通信系统分类:1.2.2
4、模仿通信系统模仿通信系统构成及各某些功能。 模仿通信系统构成及各某些功能。模仿通信:将基带模仿信号直接送往信道传播或经载波调制之后再送往信道传播通信方式。模仿通信系统优缺陷。1.2.4 通信网通信网是一种按照通信原则和合同,使用互换设备和传播设备,将地理位置分散顾客终端设备互连起来,实现任意顾客之间信息传播与互换通信系统。1.3 当代通信理论与技术通信系统主线任务是有效和可靠地传播信息,而传播信息又总是以某种信号作为运载工具,因而信息传播重要体现为携带信息信号变换、解决、传播、互换和存储过程。通信系统中信息信号变换、解决、传播、互换和存储过程构成了所有通信理论与技术。1.3.1 通信研究基本问
5、题数字通信系统模型:1.3.2 数字通信中编码技术(1)信源编码:1)格式变换:目是信源消息数字化、比特化,以适应后续数据压缩、加密编码和信道编码等基于比特流数字信号解决。涉及:模仿信号数字化;数据格式变换。2 )数据压缩:目是提高通信有效性。用尽量少比特数表述信源输出信息,用比较简朴办法减少数码率,并且在信源译码器那里能精确地或以一定质量损失为容限再现信源信息。(2)加密编码:目是对信息进行保密,不让非授权者理解。(3)信道编码:信道编码重要任务:是差错控制编码,亦称检错纠错编码。信道编码目:是为了使接受端能对接受到码元序列进行检错和纠错,以减少错误率,提高通信可靠性。实现办法:在发送端运用
6、信道编码器,按照一定规则在信息码字中增长某些监督码元,接受端信道译码器运用监督码元和信息码元之间监督关系来检查接受到码字,以发现错误或纠正错误。差错控制编码提高通信可靠性是以减少通信有效性为代价。(3)信道编码:差错控制编码类型:检错码,纠错码1)检错重发:在这种方式中,发送端发送是具备一定检错能力检错码,接受端在接受码字中一旦检测出错误,就通过反馈信道告知发送端重发该码字,直到对的接受为止。2)前向纠错:又称自动纠错。在这种方式中,发送端发送是具备一定纠错能力纠错码,接受端对接受码字中不超过纠错能力范畴差错自动进行纠正。其长处是不需要反馈信道,但如果要纠正大量错误,必然规定编码时插入较多监督
7、码元,因而编码效率低,译码电路复杂。3)混合纠错:是检错重发与前向纠错结合。1.3.3 基带传播与调制传播(1)基带传播:基带传播是将未经调制基带信息信号直接送往信道传播信息传播方式(2)调制传播:调制传播是指用信息信号调制正弦载波或脉冲载波参数形成已调信号后再送往信道传播信息传播方式总称。*为什么要进行调制传播?调制是有效辐射电磁波唯一手段;无互相干扰地同步传送多路信号手段之一就是运用调制技术实现频分多路复用;选取恰当调制形式可以抑制不但愿信号影响,改进通信系统性能。*与调制关于术语:Carrier:在调制理论中,普通把不含信息高频信号,它也许是正弦波,也也许是脉冲序列,称之为载波;Modu
8、lating signal:携带信息并且需要传播基带信号(或低频信号)称之为调制信号;Modulation:按调制信号变化规律去变化载波某个或某些参数过程称之为调制;Modulated signal:用调制信号变化载波某个或某些参数所形成携带信息带通信号称之为已调信号,多数状况下已调信号是一种窄带带通信号;Demodulation:将携带信息带通信号变回到基带信息信号过程称为解调。*持续波调制:用正弦波作载波调制称为持续波调制。持续波调制类型:1.3.4 有线通信和无线通信(1)有线通信: 光纤通信; 电缆通信(2)无线通信: 无线光通信:用自由空间传播光波来传递信息通信方式。 无线电通信:用
9、自由空间传播电磁波来传递信息通信方式。(3)电波传播方式:地面波:接近地面传播, f 3MHz。天波:依托距地面100公里空间电离层反射完毕传播,3 f 30MHz。(4)无线电通信重要方式:微波中继通信:微波是指波长为1m1mm,或频率为300MHz300GHz范畴内电磁波。微波中继通信是运用微波波段电磁波在视距范畴内以微波接力形式传播信息通信方式,具备频带宽、容量大长处。 卫星通信:卫星通信是运用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号,在各种地球站之间进行通信。它实际是微波中继通信一种特殊形式,将中继站搬到人造地球卫星上。它特点是通信距离远,覆盖面积大,不受地形条件限制,传播容量大,可靠性高
10、。卫星通信涉及同步卫星通信、低轨道地球卫星移动通信和平流层天星通信。 移动通信:指通信双方至少有一方是在移动中进行信息互换通信方式。*移动通信组网技术研究内容:1)多址技术;2)区域覆盖技术;3)网络构造;4)移动性管理;5)网络控制*实现第三代移动通信三大主流技术原则: WCDMA 、cdma 、TD-SCDMA。中华人民共和国提出实现第三代移动通信技术原则:TD-SCDMA1.3.4 单向和双向、单工和双工通信按信息信号传送方向,通信工作方式可分为单向通信和双向通信。按信息信号传送时间,双向通信又分为单工、双工和半双工通信方式。(1)单向通信:在单向通信方式中,信息只能向一种方向传送,任何
11、时侯都不能变化传播方向。(2)单工通信:信息可以双向传送,但通信双方中任何一方都不能同步收发信息,两个方向传播只能交替进行工作方式。(3)双工通信:通信双方都能同步收发信息,进行双向传播工作方式。(4)半双工通信:普通指通信双方中有一方使用双工方式,另一方使用单工方式通信方式。(5)双工通信实现方式:双工通信实现方式有:频分双工(FDD);时分双工(TDD)。频分双工:用不同发送频率和接受频率实现双工通信工作方式。收发频率之差称为双工频率间隔。在FDMA系统中,收发频段是分开,所有移动台均使用相似接受和发送频段,因而移动台到移动台之间不能直接通信,必要通过基站中转。*网络融合,三网合一:电信网
12、,广播电视网,计算机网1.3.6.1 通信组网技术通信网网络构造:拓扑构造(物理连接),体系构造(通信功能逻辑分布构造),无线网区域覆盖方式1.3.6.2 多路复用和多址接入技术(1)多路复用:普通表达在一种信道上传播多路信号或数据流过程和技术。由于多路复用可以将各种低速信道整合到一种高速信道进行传播,从而有效地运用了高速信道。各种基带信息流顾客复用一种宽带信道。(2)多址接入:是指通信网络具备各种顾客通过公共信道接入到网络能力。 各种射频顾客复用一种射频信道(射频复用)。*无线多址通信和多路复用技术关系:多址通信和多路复用技术理论基本都是信号正交分割原理。但无线多址通信是指各种电台或通信站射
13、频信号在射屡屡道上复用,以达到各站、台之间同一时间、同一方向顾客间多边通信;多路复用通信是指一种站内多路低频信号在群频信道上复用,以达到两个台、站之间双边点对点多顾客通信。*选址通信方式 选址通信方式:(1)有线选址;(2)无线选址(3)多路复用与多址接入理论基本信号正交分割原理。(4)多路复用与多址接入实现:发送端进行信号正交化设计:多路信号复合:接受端进行信号正交化分离:(5)多路复用类型:宽带信道多路复用:(6)无线多址技术:多址方式重要有:频分多址(FDMA);时分多址(TDMA);码分多址(CDMA);空分多址(SDMA);极化分割多址(PDMA)。以及它们组合方式。 频分多址(FD
14、MA)频分多址是将给定频率资源划分为若干个等间隔频道供不同顾客使用。在FDMA中,信道指是频道。频分多址系统普通采用频分双工方式实现双工通信。 时分多址(TDMA)时分多址是把时间分割成互不重叠周期性帧,每一帧再分割成若干个互不重叠时隙,顾客在指定期隙内进行通信。在TDMA中,时隙就是信道。在TDMA系统中实现双工通信既可采用FDD方式,也可采用TDD方式。 码分多址(CDMA)码分多址以扩频技术为基本,运用不同码型实现不同顾客信息传播。在CDMA系统中,码型代表信道。CDMA系统中多址方式有FH-CDMA和DS-CDMA。*Walsh序列在IS-95 CDMA系统中应用:在IS-95 CDM
15、A系统中,基站至移动台下行链路中用64位Walsh码序列区别信道。64位Walsh码有64个正交序列,用W0, W1, W2, W63表达,这样就有64个逻辑信道。其中 W0用作导频信道, W32用作同步信道,W1 W7用作寻呼信道,别的55个信道用作业务信道。 空分多址(SDMA)空分多址是通过空间分割来区别不同顾客。在移动通信中,能实现空间分割基本技术就是采用自适应阵列天线,在不同顾客方向上形成不同波束,不同波束可采用相似频率和相似多址方式,也可采用不同频率和不同多址方式。在SDMA系统中,波束代表信道。 极化分割分多址(PDMA)1.3.6.3 数字互换技术(1)信息互换方式:信息互换指
16、信息在不同线路、终端或网路之间切换过程或分发过程。信息互换重要有电路互换、报文互换、分组互换、异步转移模式(ATM)、IP互换、MPLS等基本方式。(2)互换设备: 互换设备在通信网中地位:通信网由顾客终端设备、传播设备、互换设备和通信软件与合同构成。它由互换设备完毕接续,使网内任一顾客可与另一顾客进行通信。 互换设备发展方向:人工电话互换机步进制互换机纵横制互换机程控数字互换机?软互换?光互换机?(3)程控数字互换机:程控数字互换机就是用电子计算机存储程序控制、采用脉冲编码调制(绝大多数状况下)时分多路复用技术进行时隙互换全电子式自动互换机。在程控数字互换机中,互换控制方式是计算机存储程序控
17、制。预先编好程序存储在计算机内,时刻不断地监视收集互换对象企求动态,实时地作出响应,以存储程序指令实行智能控制,完毕通话接续、呼喊解决。此外,存储程序控制具备很高智能,能提供多样化顾客服务性能、互换机运转维护性能和电话网网路管理功能,增改性能也只需修改或输入新程序即可实现。(4) 光互换:当前尚未有一种普遍承认光互换技术,因而互相竞争技术种类繁多。光互换机、光交叉连接矩阵和光路由器等名词经常混用,但在业内人士看来自有差别。光互换是对链路中顾客信道之间光信号作实时通断和换接解决,涉及大量顾客信道且互换频繁;光交叉连接则实现通信网络中光信号在不同链路间建立连接或切换路由。全光互换是通信发展历程上必
18、由之路,但只能是一种逐渐演进过程,互换节点将长期保持半透明,而在网络边沿仍将采用电复用方案,或者说OXC和电域IP路由器相结合方案。1.3.6.4 通信同步技术(1)载波同步接受机中相干解调需要再生出一种与接受载波同频同相本地相干载波。(2)码位同步接受端复制出来码元序列与发送端发送码元序列在重复频率和相位上保持一致。(3)码字同步将接受端复制出来码元序列区别为码字,对时分多路复用来说,指能将接受到各路信息信号区别出来。(4)帧同步将接受端复制出来每个码字序号区别出来,多路通信中就是把第几路信号区别出来。(5)网同步在通信网中为了保证网内各顾客之间可靠通信,必要在网内建立起一种统一时间原则。1
19、.3.7 通信对抗与抗干扰技术通信对抗是当代电子战重要构成某些。它是在军事无线电通信中,对敌方无线电通信进行侦察,测定其技术参数,据此采用恰当无线电干扰手段,破坏和扰乱敌方无线电通信,从而破坏敌方指挥与控制系统一种手段。通信对抗涉及通信侦察和通信干扰两某些。通信对抗:(1)通信侦察通信侦察使用电子侦察测向设备,对敌无线电通信信号进行搜索截获,测量分析和测向定位,以获取信号频率、电平、通信方式、调制制式和电台位置等参数,对其截听鉴别,以拟定信号属性。通信侦察是通信干扰增援办法,用以保障通信干扰有效进行。普通涉及信号搜索截获、信号测向定位、信号测量分析、信号侦听、信号辨认判断等侦察过程。(2)通信
20、干扰通信干扰依照通信侦察获得敌方通信关于状况,运用电子干扰设备发射恰当干扰信号,破坏和扰乱敌方无线电通信。通信干扰可分为欺骗性干扰和破坏性干扰两类。欺骗性干扰干扰与敌方通信信号特性吻合,使通信接受方误以为干扰为信号。破坏性干扰在敌方通信时使用干扰发射机发出干扰电磁波破坏敌方通信联系,使其获得有用信息量减少,甚至全遭破坏而无法通信。按干扰频谱宽度,通信干扰可分为瞄准式干扰和阻塞式干扰。瞄准式干扰是压制敌方一种拟定信道通信干扰,干扰频谱宽度仅占一种信道频宽,精确地与信号频谱重叠,干扰能量可所有用于压制这一信道,干扰运用率高,且不影响己方通信和侦察。阻塞式干扰是压制敌方在某频段范畴内工作所有信道通信
21、干扰,干扰应有宽阔干扰频段、均匀干扰频谱和足够干扰功率。长处是只要在干扰频段内,敌方通信采用改频或跳频办法也无法避开干扰,但这也会影响己方在此频段内通信。*通信对抗:通信对抗系统由各种侦察、测向和干扰等电子设备合理组合成统一协调节体,能在通信信号密集环境下对敌方通信全面实行侦察、测向定位和干扰。1.3.8 信息安全与通信保密技术1.3.8.1 信息安全理论*信息安全: 信息安全管理体系规定原则(BS7799) 信息安全是使信息避免一系列威胁,保障商务持续性,最大限度地减少商务损失,最大限度地获取投资和商务回报。涉及是机密性、完整性、可用性。 教科书 信息安全就是对信息机密性、完整性、可用性保护
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