1、第第1章章 微電子技術與通信技術微電子技術與通信技術信息技術三大信息技術三大基礎技術基礎技術1. 微電子微電子技術技術-集成電路集成電路2. 通信通信技術技術 -通信系統通信系統3. 計算機計算機技術技術-數字技術數字技術1.1 1.1 微電子技術微電子技術1.1.1 1.1.1 微電子技術與集成電路微電子技術與集成電路 基本概念：基本概念： 以以集成電路為核心集成電路為核心的微電子技術是在電子電的微電子技術是在電子電路和電子系統的路和電子系統的超小型化超小型化和和微型化微型化過程中逐漸形過程中逐漸形成和發展起來的。成和發展起來的。 電子電路使用的基礎電子電路使用的基礎元件元件的演變的演變:

2、:真空電子管真空電子管 晶體管晶體管 中小規模集成電路中小規模集成電路 大規模超大規模集成電路大規模超大規模集成電路電子電路使用的基礎元件的演變電子電路使用的基礎元件的演變 真空電子管真空電子管 在這個階段產生了廣播、電在這個階段產生了廣播、電視、無線電通信、儀器儀表、自視、無線電通信、儀器儀表、自動化技術和動化技術和第一代第一代電子計算機電子計算機 晶體管晶體管 1948年發明，再加上印制電年發明，再加上印制電路組裝技術的使用，使電子電路路組裝技術的使用，使電子電路在小型化方面前進了一大步，產在小型化方面前進了一大步，產生了生了第二代第二代計算機計算機電子電路使用的基礎元件的演變電子電路使用

3、的基礎元件的演變 集成電路集成電路(integrated circuit，簡稱簡稱ic)： 這是這是20世紀世紀50年代出現，以年代出現，以半導體單晶片半導體單晶片作為材料，經平面作為材料，經平面工藝加工制造，將工藝加工制造，將大量晶體管、大量晶體管、電阻電阻等元器件及互連線構成的電等元器件及互連線構成的電子線路集成在基片上，構成的一子線路集成在基片上，構成的一個個微型化的電路或系統微型化的電路或系統。 現代集成電路使用的半導體現代集成電路使用的半導體材料通常是材料通常是硅硅(si)，也可以是，也可以是化化合物半導體合物半導體如砷化如砷化鎵鎵(gaas)等。等。 集成電路的集成電路的特點特點是

4、：體積小，重是：體積小，重量輕，可靠性高。量輕，可靠性高。 超大規模集成電路超大規模集成電路小規模集成電路小規模集成電路電子電路使用的基礎元件的演變電子電路使用的基礎元件的演變-ic卡 1. 基本概念 ic 卡是“集成電路卡”的簡稱，把集成電路芯片密封在塑料卡基片內部，使其成為能存儲、處理和傳輸數據的載體。與磁卡相比，ic 卡不受磁場干擾，而且還能可靠地存儲數據。 2. ic 卡按集成電路芯片分類 存儲器卡主要用于數據的存儲，應用領域廣泛，如電話卡、公交卡、醫療卡、飯卡等。 cpu卡也叫智能卡，具有存儲、處理數據的功能，安全性能和智能化程度高。如 sim卡。 電子電路使用的基礎元件的演變電子電

5、路使用的基礎元件的演變-ic卡 3. ic 卡按使用方式分類 接觸式 ic 卡如電話卡，卡上通常含有一個金屬觸點，用于相應的讀寫系統進行操作。 非接觸式 ic卡采用電磁感應方式無線傳輸數據，方便、快捷。集成電路的規模集成電路的規模根據根據所包含的晶體管數目所包含的晶體管數目分為：分為：集成電路規模集成電路規模集成度（個電子元件）集成度（個電子元件）小小規模集成電路（規模集成電路（ssi）100中中規模集成電路（規模集成電路（msi）1003000大大規模集成電路（規模集成電路（lsi）300010萬萬超大超大規模集成電路（規模集成電路（vlsi）10萬萬100萬萬極大極大規模集成電路（規模集成

6、電路（ulsi）100萬萬集成電路分類集成電路分類根據根據所用晶體管結構、電路和工藝所用晶體管結構、電路和工藝分為：分為： 雙極型雙極型（bipolar）集成電路）集成電路 金屬金屬- -氧化物氧化物- -半導體半導體(mos) 集成電路集成電路 雙極金屬雙極金屬- -氧化物氧化物- -半導體半導體集成電路集成電路( (bi-mos)等等根據根據集成電路的功能集成電路的功能分為：分為： 數字數字集成電路集成電路(如邏輯電路、存儲器、微處理器、如邏輯電路、存儲器、微處理器、 微控制器、數字信號處理器等微控制器、數字信號處理器等) 模擬模擬集成電路集成電路(又稱為線性電路，如信號放大器、又稱為線性

7、電路，如信號放大器、 功率放大器等功率放大器等)根據根據用途用途分為：分為： 通用通用集成電路集成電路 專用專用集成電路集成電路（asic） 微電子技術與集成電路微電子技術與集成電路集成電路芯片集成電路芯片是微電子技術的結晶，它們是是微電子技術的結晶，它們是計算機的核心。計算機的核心。微電子技術與集成電路微電子技術與集成電路 集成電路集成電路是現代信息產業和信息社會的是現代信息產業和信息社會的基礎基礎 集成電路集成電路是改造和提升傳統產業的是改造和提升傳統產業的核心技術核心技術 2000年世界半導體產值達年世界半導體產值達2000億美元億美元 電子信息產品市場總額超過電子信息產品市場總額超過1

8、萬億美元萬億美元 據預測：未來十年內世界半導體的年平均增據預測：未來十年內世界半導體的年平均增長率將達長率將達15%以上，以上，2010年全世界半導體的年年全世界半導體的年銷售額可達到銷售額可達到60008000億美元，將支持億美元，將支持45萬億美元的電子裝備市場。萬億美元的電子裝備市場。集成電路的制造集成電路的制造集成電路的制造：集成電路的制造：400多道工序多道工序封裝封裝集成電路的發展趨勢集成電路的發展趨勢集成電路的工作速度集成電路的工作速度 主要取決于組成邏輯門電路的主要取決于組成邏輯門電路的晶體管的尺寸晶體管的尺寸，晶體管的尺寸越小，其極限工作頻率越高，門晶體管的尺寸越小，其極限工

9、作頻率越高，門電路的開關速度就越快。芯片上電路的開關速度就越快。芯片上電路元件的線電路元件的線條條越細，相同面積的晶片可容納的晶體管就越越細，相同面積的晶片可容納的晶體管就越多，功能就越強，速度也越快。多，功能就越強，速度也越快。集成電路的發展趨勢集成電路的發展趨勢 提高集成度提高集成度，關鍵在縮小門電路面積，關鍵在縮小門電路面積 集成電路特點：體積小、重量輕、可靠性高集成電路特點：體積小、重量輕、可靠性高 mooremoore定律定律單塊集成電路的集成度平均每單塊集成電路的集成度平均每1824個月個月翻一翻一番番( (由于集成度是有極限的，故此定律不可能永由于集成度是有極限的，故此定律不可能

10、永遠成立遠成立) ) 集成電路的發展趨勢集成電路的發展趨勢 intel公司公司30年來微處理器集成度的發展年來微處理器集成度的發展19701975198019851990199520001,00010,000100,0001,000,00010,000,000100,000,0004004800880808086802868038680486pentiumpentium iipentium iiipentium 4晶體管數晶體管數集成電路的發展趨勢集成電路的發展趨勢u光子計算機光子計算機光能夠像電一樣來傳遞光能夠像電一樣來傳遞信息，甚至效果更好。而信息，甚至效果更好。而且，更重要的一個特點在且

11、，更重要的一個特點在于它不會和周圍環境發生于它不會和周圍環境發生相互干擾的作用。因為當相互干擾的作用。因為當電子計算機芯片越來越趨電子計算機芯片越來越趨向于向于0.18m0.18m時，就會產生時，就會產生很多的問題很多的問題, ,而光子計算機而光子計算機就可以避免。就可以避免。集成電路的發展趨勢集成電路的發展趨勢u量子計算機量子計算機 這是運用這是運用量子力學量子力學來設計的，來設計的，它們的特點是其潛在的運算速度將它們的特點是其潛在的運算速度將更大于電子計算機。從理論上說，更大于電子計算機。從理論上說，它們的速度提高可以說是沒有止境它們的速度提高可以說是沒有止境的，因為量子計算技術可以在同一

12、的，因為量子計算技術可以在同一時間內執行各種操作，同時有足夠時間內執行各種操作，同時有足夠的能力來完成現在電子計算機還很的能力來完成現在電子計算機還很難完成的任務，比如說完成密碼的難完成的任務，比如說完成密碼的破譯和語音的識別等等。因此，歐破譯和語音的識別等等。因此，歐洲已經成立了量子計算機研究所，洲已經成立了量子計算機研究所，現在估計，量子計算機可能會在今現在估計，量子計算機可能會在今后的十五年左右出現。后的十五年左右出現。圖為一種可瞬間進圖為一種可瞬間進行圖像數據計算的行圖像數據計算的光電計算機光電計算機集成電路的發展趨勢集成電路的發展趨勢u分子計算機分子計算機現在已經開發出來一種能現在已

13、經開發出來一種能夠由氮氣和二氯化碳來開動和夠由氮氣和二氯化碳來開動和閉關的分子計算機，這種超高閉關的分子計算機，這種超高速的微型計算機離現實已經很速的微型計算機離現實已經很近了。這種技術將會導致只需近了。這種技術將會導致只需要利用立體和光線就能夠產生要利用立體和光線就能夠產生新的、甚至能夠思考的計算機新的、甚至能夠思考的計算機來解決目前晶體管的物理局限，來解決目前晶體管的物理局限，使得未來的計算機的功能大大使得未來的計算機的功能大大的增加，尺寸大大的縮小。的增加，尺寸大大的縮小。集成電路的發展趨勢集成電路的發展趨勢u生物計算機生物計算機 實際上就是隨著生物技術的發展，人們將模仿人的實際上就是隨

14、著生物技術的發展，人們將模仿人的大腦制造一種用大腦制造一種用基因學的機制基因學的機制來開發的新一代計算機。來開發的新一代計算機。 現在生物計算機的模型已經出來。以色列的科學家現在生物計算機的模型已經出來。以色列的科學家制造了一個有可能會比單個活細胞還要小的計算機的模制造了一個有可能會比單個活細胞還要小的計算機的模型。這么微小的計算機也可能將在我們的體內漫游，監型。這么微小的計算機也可能將在我們的體內漫游，監視我們視我們的健康。也許會糾正它所發的健康。也許會糾正它所發現人體內哪個地方脂肪的堆積，幫現人體內哪個地方脂肪的堆積，幫助解決問題。其實每一個細胞實際助解決問題。其實每一個細胞實際上都是一個

15、復雜的生物機件，一個上都是一個復雜的生物機件，一個系統。用這么一種仿生技術來制造系統。用這么一種仿生技術來制造生物計算機。生物計算機。練習題1.2 通信技術通信技術1.2.1概述概述從廣義角度來說，各種從廣義角度來說，各種信息的傳遞信息的傳遞均可稱之為均可稱之為通信通信。 現代通信現代通信則專指使用則專指使用電波或光波傳電波或光波傳遞信息的技遞信息的技術。如廣播、電視、電報、電話、傳真等。術。如廣播、電視、電報、電話、傳真等。 電信專指雙向通信電信專指雙向通信。如網絡、電話等。如網絡、電話等。 通信系統也稱電信網通信系統也稱電信網，它連接著大量用戶，由，它連接著大量用戶，由終端設備（例如：電話

16、機）、傳輸設備（例如：終端設備（例如：電話機）、傳輸設備（例如：電話線）、交換設備（例如：程控交換機）等電話線）、交換設備（例如：程控交換機）等組成。組成。 通信三要素：通信三要素： 信源信源（信息的發送者）（信息的發送者） 信宿信宿（信息的接收者）（信息的接收者） 信道信道（信息的載體與（信息的載體與 傳播媒介）傳播媒介） 通信系統模型通信系統模型信源信源（宿）（宿）編碼器編碼器（解碼器）（解碼器）復用復用（分路）（分路）信道信道復用復用（分路）（分路）編碼器編碼器（解碼器）（解碼器）信源信源（宿）（宿）產生和發送信產生和發送信息的一端息的一端信源信源信宿信宿通信線路通信線路 信道信道噪聲噪

17、聲外界的干擾外界的干擾接收信息接收信息的一端的一端 通信系統通信系統（也稱（也稱電信網電信網）組成：）組成： 終端設備（例如：電話機）終端設備（例如：電話機） 傳輸設備（例如：電話線）傳輸設備（例如：電話線） 交換設備（例如：程控交換機）交換設備（例如：程控交換機）通信系統（電信網）通信系統（電信網）分類分類 按按業務種類業務種類：電話網、電報網、數據通信網、：電話網、電報網、數據通信網、傳真通信網、圖像通信網等傳真通信網、圖像通信網等 按按服務區域范圍服務區域范圍：本地電信網、農村電信網、：本地電信網、農村電信網、長途電信網、移動通信網、國際電信網等長途電信網、移動通信網、國際電信網等 按按

18、信息信號形式信息信號形式：模擬通信網、數字通信網、：模擬通信網、數字通信網、數字模擬混合網等數字模擬混合網等 按按傳輸媒體傳輸媒體分類分類 按按傳輸媒體傳輸媒體分類：分類： 電纜通信網電纜通信網 光纜通信網光纜通信網 短波通信網短波通信網 微波通信網微波通信網 衛星通信網衛星通信網 低軌道衛星移動通信網低軌道衛星移動通信網 1.2 .2數據通信基本原理及有關的基本概念數據通信基本原理及有關的基本概念 信道信道 調制解調（編碼器：調制，解碼器：解調）調制解調（編碼器：調制，解碼器：解調） 多路復用（主干信道）多路復用（主干信道） 交換交換信源信源（宿）（宿）編碼器編碼器（解碼器）（解碼器）復用復

19、用（分路）（分路）信道信道復用復用（分路）（分路）編碼器編碼器（解碼器）（解碼器）信源信源（宿）（宿）信道信道的基本概念的基本概念 信道的定義信道的定義： 向某個方向傳輸信息的向某個方向傳輸信息的媒體媒體。 一條通信線路通常包含一個一條通信線路通常包含一個發送信道發送信道和和一個一個接收信道接收信道。信道的種類信道的種類 按按傳輸的信號類型傳輸的信號類型可將信道分為：可將信道分為： 模擬模擬信道：傳輸連續的模擬信號的信道（信道：傳輸連續的模擬信號的信道（p12）特點：頻帶窄，信道利用率高；受噪聲干擾大特點：頻帶窄，信道利用率高；受噪聲干擾大例如：傳輸語音信號的架空明線、雙絞線，傳輸廣例如：傳輸

20、語音信號的架空明線、雙絞線，傳輸廣播電視信號的寬帶同軸電纜播電視信號的寬帶同軸電纜 數字數字信道：傳輸離散的數字信號（信道：傳輸離散的數字信號（p12）特點：信號不失真，準確性高；數字設備可大規模特點：信號不失真，準確性高；數字設備可大規模集成，價格便宜；易于加密；要求頻帶寬，信道利集成，價格便宜；易于加密；要求頻帶寬，信道利用率低用率低例如：傳輸計算機通信所用的信號的基帶例如：傳輸計算機通信所用的信號的基帶 同軸電纜、光纜等同軸電纜、光纜等 按按信號的傳輸媒體信號的傳輸媒體分類：分類： 有線信道：電纜、光纜有線信道：電纜、光纜 無線信道：自由空間無線信道：自由空間2. 調制解調調制解調 調制

21、解調調制解調基本概念基本概念 調制調制（modulationmodulation） 將基帶數字信號的波形變換為適合于模擬信道傳將基帶數字信號的波形變換為適合于模擬信道傳輸的模擬信號波形。輸的模擬信號波形。( (將將數字數字信號轉換成信號轉換成模擬信號模擬信號) ) 解調解調（demodulationdemodulation） 將由調制器變換過的模擬信號波形恢復成原來的將由調制器變換過的模擬信號波形恢復成原來的基帶數字信號波形。基帶數字信號波形。( (將將模擬模擬信號轉換成信號轉換成數字數字信號信號) ) 基本調制方法：基本調制方法： 調幅，調頻，調相（調幅，調頻，調相（p13）3. 多路復用多

22、路復用 多路復用多路復用 為了提高線路利用率，總是設法在一條傳為了提高線路利用率，總是設法在一條傳輸線路上，傳輸多個模擬信號（例如，話路信息）輸線路上，傳輸多個模擬信號（例如，話路信息）或數字信號，這就是多路復用。或數字信號，這就是多路復用。 多路復用技術多路復用技術通常有：通常有： 頻分復用，時分復用，碼分復用頻分復用，時分復用，碼分復用，波分復用波分復用 信道信道多路復用器多路復用器多路復用器多路復用器終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端終端多路復用多路復用基本概念基本概念 頻分頻分多路復用多路復用 將傳輸線路的將傳輸線路的頻帶分成頻帶分成n部分部分，每，每一個部分

23、均可作為一個獨立的傳輸信道使用。一個部分均可作為一個獨立的傳輸信道使用。這樣在一對傳輸線路上可有這樣在一對傳輸線路上可有n對話路信息傳對話路信息傳送，而每一對話路所占用的只是其中的一個送，而每一對話路所占用的只是其中的一個頻段。頻段。 頻分制通信又稱頻分制通信又稱載波通信載波通信(p12)，它，它是模擬通信的主要手段是模擬通信的主要手段。時分多路復用時分多路復用 把一個傳輸通道進行把一個傳輸通道進行時間分割時間分割以傳送若干話以傳送若干話路的信息。把路的信息。把n個話路設備接到一條公共的通道個話路設備接到一條公共的通道上，按一定的次序輪流的給各個設備分配一段使上，按一定的次序輪流的給各個設備分

24、配一段使用通道的時間。當輪到某個設備時，這個設備與用通道的時間。當輪到某個設備時，這個設備與通道接通，執行操作。與此同時，其它設備與通通道接通，執行操作。與此同時，其它設備與通道的聯系均被切斷。待指定的使用時間間隔一到，道的聯系均被切斷。待指定的使用時間間隔一到，則通過時分多路轉換開關把通道聯接到下一個要則通過時分多路轉換開關把通道聯接到下一個要連接的設備上去。時分制通信也稱連接的設備上去。時分制通信也稱時間分割通信時間分割通信，它是數字電話多路通信的主要方法，因而它是數字電話多路通信的主要方法，因而pcm (脈沖編碼調制脈沖編碼調制)通信常稱為通信常稱為時分多路通信時分多路通信。 碼分多路復

25、用碼分多路復用 用于無線移動通信。所有移動站點（例如手用于無線移動通信。所有移動站點（例如手機）在整個頻段上進行傳輸，多路信號同時傳輸機）在整個頻段上進行傳輸，多路信號同時傳輸時采用時采用不同的編碼原理不同的編碼原理加以區分。加以區分。 例如，每個站點有一個唯一的例如，每個站點有一個唯一的m m位代碼位代碼（芯片序列），當需要發送比特（芯片序列），當需要發送比特1 1時，站點發送時，站點發送其芯片序列；當需要發送比特其芯片序列；當需要發送比特0 0時，站點發送其時，站點發送其芯片序列的補碼。芯片序列的補碼。信道使用的雞尾酒會原理信道使用的雞尾酒會原理 在一個大房間里（一個信道），有許多對人在交

26、談在一個大房間里（一個信道），有許多對人在交談（多路信號傳輸）：（多路信號傳輸）：時分復用時分復用 不同對的人輪流交談，一對交談結束后不同對的人輪流交談，一對交談結束后 另一對再接上。另一對再接上。頻分復用頻分復用 不同對的人分成不同的組，每組獨立占不同對的人分成不同的組，每組獨立占 用房間內的一小塊區域，各組人同時進用房間內的一小塊區域，各組人同時進 行自己的交談，互不干擾。行自己的交談，互不干擾。碼分復用碼分復用不同對的人分別用不同語言進行交談，不同對的人分別用不同語言進行交談， 其它語言只當作噪音不予理會。其它語言只當作噪音不予理會。 波分多路復用波分多路復用 在單一光纖內同步傳輸多個在

27、單一光纖內同步傳輸多個不同波長不同波長的光的光波，使得數據傳輸速度和容量獲得倍增波，使得數據傳輸速度和容量獲得倍增3. 交換技術交換技術交換：交換：在廣域網的情況下，網絡節點是部分連接，在廣域網的情況下，網絡節點是部分連接，沒有直接互聯的節點間的通信，必須經過沒有直接互聯的節點間的通信，必須經過中轉節中轉節點的轉換點的轉換才能實現。這種由中轉節點參與的通信才能實現。這種由中轉節點參與的通信和電話系統中兩個電話用戶間的通話必須經由電和電話系統中兩個電話用戶間的通話必須經由電話交換機的現象類似，也稱為話交換機的現象類似，也稱為交換交換。中轉的節點。中轉的節點稱為稱為交換節點交換節點。交換技術能為需

28、要通信的計算機建立一個交換技術能為需要通信的計算機建立一個臨臨時時的通信鏈路，通信結束后再拆除鏈路。的通信鏈路，通信結束后再拆除鏈路。交換技術有：電路交換與分組交換交換技術有：電路交換與分組交換電路交換電路交換（線路交換）（線路交換） 為發送端和接收端建立一條為發送端和接收端建立一條臨時的實際物理通臨時的實際物理通道道，供通信雙方使用，通信完畢后，交換機內的，供通信雙方使用，通信完畢后，交換機內的連線被拆除。連線被拆除。例如：例如：電話交換機電話交換機優點：交換方式簡單，適合遠距離成批數據傳輸，優點：交換方式簡單，適合遠距離成批數據傳輸，建立一次連接可傳送大量數據。建立一次連接可傳送大量數據。

29、缺點：線路利用率低，通信成本高缺點：線路利用率低，通信成本高分組交換分組交換（包交換包交換） 把需要傳輸的數據塊分割成若干小塊，然后為每個小把需要傳輸的數據塊分割成若干小塊，然后為每個小塊數據加上有關的地址信息及分組信息，組成一個塊數據加上有關的地址信息及分組信息，組成一個數據包數據包（也稱為（也稱為“分組分組”）。數據包的長度通常為幾十到幾百個）。數據包的長度通常為幾十到幾百個字節。這些數據包按照類似于流水線的方式在網絡中經過字節。這些數據包按照類似于流水線的方式在網絡中經過緩沖、轉發而到達目的地。通信網絡中每個結點為其相連緩沖、轉發而到達目的地。通信網絡中每個結點為其相連的每條鏈路準備了一

30、個緩沖區，每個數據包按照去向不同的每條鏈路準備了一個緩沖區，每個數據包按照去向不同送入各個緩沖區排隊，當某一條鏈路空閑時，就從相應的送入各個緩沖區排隊，當某一條鏈路空閑時，就從相應的緩沖區中取出一個數據包發送到下一結點，下一結點再進緩沖區中取出一個數據包發送到下一結點，下一結點再進行轉發，直至數據包到達接收端。接收端的計算機按照數行轉發，直至數據包到達接收端。接收端的計算機按照數據包的編號，將它們重新組裝成為原來形式的數據塊。據包的編號，將它們重新組裝成為原來形式的數據塊。 優點優點：線路利用率高；收發雙方不需同時工作，當接：線路利用率高；收發雙方不需同時工作，當接收方忙碌時，整個網絡都可以作

31、為它的緩沖；可以給數據收方忙碌時，整個網絡都可以作為它的緩沖；可以給數據包建立優先級，使得一些重要應用的數據包能優先傳遞。包建立優先級，使得一些重要應用的數據包能優先傳遞。 缺點缺點：延時長，不宜用于實時通信或交互通信。：延時長，不宜用于實時通信或交互通信。1.2.3幾種通信系統幾種通信系統 數字通信（數字通信（p14） 有線載波通信有線載波通信光纖通信光纖通信微波通信微波通信衛星通信衛星通信移動通信移動通信1.有線載波通信有線載波通信有線載波通信：有線載波通信：主要傳輸電話、電報、傳真、數主要傳輸電話、電報、傳真、數據，也可傳輸廣播、可視電話、電視節目據，也可傳輸廣播、可視電話、電視節目依據

32、依據所用的傳輸介質所用的傳輸介質，有線載波通信可分為：，有線載波通信可分為： 明線明線載波系統載波系統(常見應用常見應用: :電話系統電話系統, ,傳輸模擬信號傳輸模擬信號( (例如，話音例如，話音) ) （架空明線）（架空明線） 對稱電纜對稱電纜載波系統載波系統(常見應用常見應用:電話系統（模擬電話系統（模擬信號）與局域網（數字信號）信號）與局域網（數字信號）) （雙絞線（雙絞線p15-16） 同軸電纜同軸電纜載波系統載波系統(常見應用：有線電視系統常見應用：有線電視系統(模模擬信號擬信號)與局域網與局域網(數字信號數字信號) （同軸電纜）（同軸電纜）2.光纖通信光纖通信傳輸介質：光纖（光纜

33、）傳輸介質：光纖（光纜）傳輸的信號：光信號（數字信號，有光脈沖相傳輸的信號：光信號（數字信號，有光脈沖相當于當于1，無光脈沖相當于，無光脈沖相當于0）傳輸速率：傳輸速率：1 gb/s 以上以上光波在纖芯中的傳輸原理光波在纖芯中的傳輸原理 當光線的入射角足夠大時，當光線的入射角足夠大時，就會出現全反射，重復此過程，就會出現全反射，重復此過程，光就沿著光纖傳播下去。光就沿著光纖傳播下去。光纖種類（根據激光在光釬中的傳輸模式）光纖種類（根據激光在光釬中的傳輸模式） 多模多模：纖芯直徑為：纖芯直徑為 50 或或 62.5m ，可以存在許多，可以存在許多條入射角不同的光線，各自以不同的反射角全反射傳播條

34、入射角不同的光線，各自以不同的反射角全反射傳播下去（即：每一個光線有一個不同的模式）。下去（即：每一個光線有一個不同的模式）。p16 單模單模：纖芯直徑為：纖芯直徑為 810 m（一個光波波長），（一個光波波長），光線不出現反射，直接向前傳輸光線不出現反射，直接向前傳輸 。 衰耗小，在衰耗小，在 2.5 gb/s 的高速率下傳輸數十公里而不必采用中繼器。的高速率下傳輸數十公里而不必采用中繼器。p16 光纖通信系統光纖通信系統（p17）調制器調制器發信電路發信電路激勵電路激勵電路信息信息解調器解調器收信電路收信電路放大電路放大電路信息信息光纜光纜中繼中繼器器發信設發信設備備收信設收信設備備電光變

35、換器電光變換器光電變換器光電變換器 光纖通信優點光纖通信優點 傳輸頻帶非常寬，通信容量大傳輸頻帶非常寬，通信容量大 抗雷電和電磁干擾、抗輻射能力強抗雷電和電磁干擾、抗輻射能力強 無串音干擾，保密性強，不易被竊聽無串音干擾，保密性強，不易被竊聽或截取數據或截取數據傳輸損耗小，通訊距離長傳輸損耗小，通訊距離長數據速率為數據速率為420mbps、距離為距離為119km、無中繼器時，誤碼率為無中繼器時，誤碼率為10-8重量輕，便于運輸和鋪設重量輕，便于運輸和鋪設 光纖通信缺點光纖通信缺點精確連接兩根光纖比較困難精確連接兩根光纖比較困難 光纖通信的瓶頸之一是光信號的傳輸距離光纖通信的瓶頸之一是光信號的傳

36、輸距離。焦點在焦點在“信號放大信號放大”。普通光纖網絡中的信息在傳輸時每隔普通光纖網絡中的信息在傳輸時每隔200km200km500km500km間需加入間需加入電放大器，將光信號還原成電信號進行放大，然后再轉換成電放大器，將光信號還原成電信號進行放大，然后再轉換成光信號繼續傳輸。這不僅增加成本，還光信號繼續傳輸。這不僅增加成本，還使進一步提高使進一步提高帶寬變帶寬變得越來越困難，超高速傳輸所帶來的經濟效益將被昂貴的光得越來越困難，超高速傳輸所帶來的經濟效益將被昂貴的光/ /電和電電和電/ /光轉換所抵消光轉換所抵消。 全光網全光網（all optical networkall optical

37、 network）：光信息流在通信網絡中的傳輸及交換時始終以光的形式始終以光的形式存在，不需要經過光/電、電/光轉換。 全光網技術是光纖通訊領域的前沿技術，是21世紀真正的高速公路。7.2.4 無線通信系統無線通信系統無線通信原理無線通信原理 利用利用電磁波電磁波可以可以在空間自由傳播的特在空間自由傳播的特性，通過調節電磁波性，通過調節電磁波的振幅、頻率或相位的振幅、頻率或相位實現遠距離傳輸信息。實現遠距離傳輸信息。電磁波的種類與頻率范圍：電磁波的種類與頻率范圍：無線電波：無線電波：104 108 (hz)微波：微波： 108 1011 (hz) 紅外線：紅外線： 1011 1014 (hz)

38、可見光：可見光： 1014 (hz)紫外線：紫外線： 1014 1016 (hz)x射線：射線： 1016 1022 (hz)伽瑪射線伽瑪射線: 1022 1024 (hz)1.微波通信微波通信 無線電波無線電波按頻率按頻率( (或波長或波長) )可分成中波、短可分成中波、短波、超短波和微波。波、超短波和微波。 微波微波：一種具有：一種具有較高頻率較高頻率(300mhz(300mhz300ghz)300ghz)的電磁波。波長很短，通常為的電磁波。波長很短，通常為1 1米至米至1 1毫米。毫米。 微波通信是眾多無線通信形式中的一種。微波通信是眾多無線通信形式中的一種。 微波通信方式微波通信方式

39、(p18) 地面微波接力通信地面微波接力通信 衛星通信衛星通信 對流層散射通信對流層散射通信地面微波接力通信地面微波接力通信 如終端站如終端站 a，通過，通過地面中繼地面中繼站站c，d，e, f，.，與另一終端站與另一終端站 b 進行通進行通信。中繼站之間的距離大致與塔高平方成正比。信。中繼站之間的距離大致與塔高平方成正比。一般為一般為50公里左右。公里左右。衛星通信衛星通信 地球站地球站 g 經通信衛星（空中微波中經通信衛星（空中微波中繼站）與另一地球繼站）與另一地球站站 h 進行通信。是微波接進行通信。是微波接力通信向太空的延伸。力通信向太空的延伸。 對流層散射通信對流層散射通信 終端站終

40、端站x發出的微波信號經對發出的微波信號經對流層流層散射散射傳到另一終端傳到另一終端站站y進行通信進行通信。 微波通信優點微波通信優點 ： 容量大容量大 可靠性高可靠性高 建設費用低建設費用低 抗災能力抗災能力強強2.衛星通信衛星通信 利用利用人造地球衛星人造地球衛星作為中繼站轉發無線電作為中繼站轉發無線電信號，實現兩或多個地球站之間的通信。信號，實現兩或多個地球站之間的通信。 是微波接力通信技術與空間技術相結合的是微波接力通信技術與空間技術相結合的產物產物。 通信衛星工作原理通信衛星工作原理 從地面站從地面站1發出的無發出的無線電信號，被衛星通信線電信號，被衛星通信天線接收后，首先在通天線接收

41、后，首先在通信轉發器中進行信轉發器中進行放大放大、變頻變頻和功率放大，然后和功率放大，然后由衛星的通信天線把放由衛星的通信天線把放大后的信號重新發向地大后的信號重新發向地面站面站2，從而實現兩個地，從而實現兩個地面站或多個地面站的遠面站或多個地面站的遠距離通信。距離通信。 同步軌道同步軌道 衛星衛星(地球同步地球同步衛星衛星) 赤道上方高度為赤道上方高度為36 000公公里的地方，里的地方，衛星的運行周期與衛星的運行周期與地球自轉一圈的周期相同地球自轉一圈的周期相同，因，因此在地面上看這種衛星好似靜此在地面上看這種衛星好似靜止不動止不動 。三顆同步定點軌道三顆同步定點軌道 衛星就可以覆蓋地球的

42、幾乎全衛星就可以覆蓋地球的幾乎全部面積，可以進行二十四小時部面積，可以進行二十四小時的全天候通信。的全天候通信。 天空中最多天空中最多只能有只能有180180顆顆地球同步通信衛星。地球同步通信衛星。中、低軌道中、低軌道衛星衛星 運行周期小于運行周期小于相相對于地面是對于地面是運動運動的，衛星天線覆蓋的區域小，的，衛星天線覆蓋的區域小，地面天線必須隨時跟蹤衛星。地面天線必須隨時跟蹤衛星。 優點：高度僅是同步軌道的二十分之一至優點：高度僅是同步軌道的二十分之一至八十分之一，路徑損耗低，傳播時延時大大縮八十分之一，路徑損耗低，傳播時延時大大縮短，對于手執通信終端和話音通信非常有利。短，對于手執通信終

43、端和話音通信非常有利。 例如，摩托羅拉公司的一項計劃：發射例如，摩托羅拉公司的一項計劃：發射6666顆低軌道衛星（高度顆低軌道衛星（高度750km750km）覆蓋整個地球，利）覆蓋整個地球，利用直接與衛星通信的手持設備實現世界范圍內用直接與衛星通信的手持設備實現世界范圍內的電信服務。的電信服務。 衛星通信特點衛星通信特點 ： 優點：通信距離遠、頻帶寬、容量大、抗優點：通信距離遠、頻帶寬、容量大、抗干擾強、通信穩定。干擾強、通信穩定。 缺點：造價高（衛星本身，發射衛星的火缺點：造價高（衛星本身，發射衛星的火箭）、技術復雜、通信天線口徑大、有較大延箭）、技術復雜、通信天線口徑大、有較大延時、同步軌

44、道衛星數目有限。時、同步軌道衛星數目有限。7.3.5 移動通信移動通信移動通信移動通信 處于移動狀態的對象之間的通信，包括尋處于移動狀態的對象之間的通信，包括尋呼系統、蜂窩移動電話（俗稱手機）、集群呼系統、蜂窩移動電話（俗稱手機）、集群調度、無繩電話和衛星系統。調度、無繩電話和衛星系統。 蜂窩移動通信系統組成蜂窩移動通信系統組成: : 移動臺、基站、移動電話交換中心移動臺、基站、移動電話交換中心 移動臺移動臺：是移動的通信終端，它是接收無線信：是移動的通信終端，它是接收無線信號的接收機，包括手機，呼機，無繩電話等。號的接收機，包括手機，呼機，無繩電話等。 基站基站：是與移動臺聯系的一個固定收發

45、機，它：是與移動臺聯系的一個固定收發機，它接收移動臺的無線信號，每個基站負責與一個接收移動臺的無線信號，每個基站負責與一個特定區域（特定區域（10km 10km 20km20km的區域）的所有的移的區域）的所有的移動臺進行通信。動臺進行通信。 移動交換中心移動交換中心：與基站之間通過無線微波、電：與基站之間通過無線微波、電纜或光纜交換信息，移動交換中心再與公共電纜或光纜交換信息，移動交換中心再與公共電話網進行連接話網進行連接。 每個基站的有效區域既相互分割，又彼此有所每個基站的有效區域既相互分割，又彼此有所交疊，整個移動通信網就像是蜂窩，所以也稱交疊，整個移動通信網就像是蜂窩，所以也稱為為“蜂

46、窩式移動通信蜂窩式移動通信”。 地理上每地理上每10km 10km 20km20km的區域（單元的區域（單元, ,形形似蜂窩）內的中央有一個基站，該單元內所似蜂窩）內的中央有一個基站，該單元內所有移動電話都向其基站發送信號。所有基站有移動電話都向其基站發送信號。所有基站都通過微波或電纜、光纜與一個移動交換中都通過微波或電纜、光纜與一個移動交換中心通信。每個移動電話每一時刻處于一個特心通信。每個移動電話每一時刻處于一個特定單元，即在該單元的基站控制之下。定單元，即在該單元的基站控制之下。 每個單元使用一套信號傳送頻率每個單元使用一套信號傳送頻率，每個，每個通話使用兩個頻率（通話使用兩個頻率（雙向

47、傳輸雙向傳輸），不同的通），不同的通話使用不同的頻率。話使用不同的頻率。 相鄰單元不允許使用相同的頻率，但允許相鄰單元不允許使用相同的頻率，但允許重用附近（不相鄰）單元的頻率。因此，在重用附近（不相鄰）單元的頻率。因此，在100100個相鄰的個相鄰的10km10km單元的地域內，每個頻率上可以單元的地域內，每個頻率上可以有有5 51010個通話個通話。 蜂窩移動通信的發展蜂窩移動通信的發展第一代：傳輸第一代：傳輸模擬信號模擬信號，使用頻段，使用頻段800/900mhz800/900mhz第二代：傳輸第二代：傳輸數字信號數字信號，使用頻段，使用頻段900mhz900mhz1800mhz1800mhz標準如下：標準如下： gsmgsm（歐洲全數字移動通信系統，全球可移動（歐洲全數字移動通信系統，全球可移動通信系統通信系統, ,全球通全球通） is-54is-54（美國移動通信系統，數字系統并兼容（美國移動通信系統，數字系統并兼容模擬系統）模擬系統） jdcjdc（日本移動通信系統，數字系統并兼容模（日本移動通信系統，數字系統并兼容模擬系統）擬系統）第三