現代通信技術概論第1章緒論通信是人類文明發展史中永恒的話題，它是把消息從信源傳送到信宿的一個過程。本章將在簡要回顧國內外通信發展史的基礎上，對與通信系統技術相關的一些經典的基礎知識進行介紹。主要內容包括通信信號、系統模型與指標、系統的分類、系統傳輸方式、信道特性和調制解調等基本概念。通過本章的學習，將在整體上初步建立起關于通信的一些基本概念。2第1章緒論1.1通信發展簡史1.2信號與通信1.3通信系統的模型與指標1.4通信系統的分類1.5通信系統的傳輸方式1.6通信信道1.7調制與解調31.1.1國際通信發展簡史19世紀中葉以后，由于電報、電話的發明以及電磁波的發現，人類的通信手段發生了根本性的變革，開創了電氣通信新時代。隨著科技水平的不斷提高，相繼出現了無線電、固定電話、移動電話、互聯網等各種通信手段，真正讓神話傳說中的“千里眼”、“順風耳”變成了現實。5電、電報、電話機的發明1831年，法拉第發現了磁生電現象。1837年，莫爾斯發明了電報機。1864年，麥克斯韋預言電磁波的存在。1875年，貝爾發明電話機。6計算機、光通信和互聯網的發明

1946年，世界上第一臺電子計算機誕生。1947年，貝爾實驗室發明蜂窩移動通信。1966年，英籍華人高錕提出光通信的設想。1969年，ARPA網形成互聯網雛形。1993年，美國政府提出了建設國家“信息高速公路”的建設計劃，從此進入互聯網時代。光通信、移動電話、互聯網是現代通信的重要標志，計算機技術在通信領域的廣泛應用使得二者密不可分。7鼓勵引進、消化與吸收1982年，福州開通了第一套萬門程控交換機。1984年，東方紅二號同步通信衛星發射成功。1986年，國家對通信技術設備進口減免10年關稅。1991年，以大唐、中興、華為等為代表的民族通信制造業實現了群體突破。1993年，公用分組交換網（CHINAPAC）開通。1994年，廣東開通GSM數字蜂窩移動電話網。1998年，TD－SCDMA標準成為第一個具有自主知識產權的無線通信國際標準9形成良性競爭，爭取自有知識產權2002年，中國移動邁入2.5G時代。2006年，TD－SCDMA成為國家通信行業標準。2009年初，3G牌照正式發放，標志3G普及階段到來。目前我國通信行業已形成中國移動、聯通、電信等幾大運營商互相競爭互相合作的格局。中國移動用戶總數世界第一，移動和固話用戶總數合計接近10億?；ヂ摼W用戶總數超過3億，我國成為世界上名副其實的通信大國。101.2信號與通信

通信系統傳送的是消息，而消息只有附著在某種物理形式的“載體”上才能夠得以傳送。這類物理形式的“載體”，通常表現為電信號或光信號的形式。

通信過程可以理解為變化的消息信號對“載體”信號施加“影響”并讓接收端能夠“感知到”這個影響，從而檢測并獲得消息。11模擬信號幅度在某一范圍內可以連續取值的信號，稱為模擬信號。典型的模擬信號如下：

13數字信號幅度僅能夠取有限個離散值的信號稱為數字信號。典型的數字信號如下：141.2.2信號的時域和頻域特性信號的時域特性和頻域特性是分別從時間和頻率兩個角度對同一個信號的描述。15周期脈沖信號周期脈沖數字信號是一種幅度為A、周期為T、寬度為τ的重復出現的矩形波。17信號的時域特性時域特性表達的是信號幅度和相位隨時間變化的規律，簡稱為幅時特性。18信號的頻域特性信號的頻域特性表達的是信號幅度和相位隨頻率變化的規律。191.2.3信號的帶寬

把一個信號所包含諧波的最高頻率fh與最低頻率fl之差，即該信號所擁有的頻率范圍，定義為該信號的帶寬。

例如，單一頻率的正弦波帶寬為0，而周期脈沖方波帶寬是最高次諧波與最低次諧波之差。數字通信傳輸近似周期方波信號，因此分析其帶寬具有重要現實意義。21周期脈沖方波信號頻譜x=nπτ/T=nπτf22周期脈沖方波帶寬分析1）頻譜是離散的n次諧波分量的疊加，譜線間隔為Ω；2）各次諧波分量正比于A和τ，反比于T，受包絡線sinx/x的限制；3）當x→∞時，譜線擺動于正負值之間0；4）隨諧波次數的增高，幅度越來越小，可近似認為信號絕大部分能量都集中在第一個過零點f=1/τ（x=π）左側的頻率范圍內。231.2.4信號的衰耗與增益信號在傳輸過程中若輸出端功率小于輸入端功率，則稱信號受到了衰耗（減）；若輸出端功率大于輸入端功率，則稱信號得到了增益，定義為：例如，把10mW功率信號加到輸入端并在輸出端測得功率5mW，得衰耗約為3dB。（分貝）251.2.5噪聲與失真疊加在有用信號之上并對其產生有害影響的成分，稱為噪聲。

經過傳輸后的信號，由于受到各種因素的影響可能會發生畸變，稱為信號失真。

未導致系統產生新的諧波頻率的失真稱為線性失真，否則稱為非線性失真。26噪聲疊加導致信號幅度失真27通信系統的指標一個通信系統質量如何，通常由兩個指標來衡量，即系統的有效性和可靠性。

有效性指的是單位時間內系統能夠傳輸消息量的多少，以信道帶寬（Hz）或傳輸速率（bit/s）為單位。在相同條件下，帶寬或傳輸速率越高越好。

可靠性指的是消息傳輸的準確程度，以不出差錯或差錯越少越好。29模擬通信系統的指標在模擬通信系統中，系統的頻帶越寬其有效性越高，而其可靠性常用信噪比來衡量，信噪比越大其可靠性越高。通信系統中某點的信噪比定義為該點的信號功率Ps與噪聲功率PN之比的對數：30數字通信系統的指標傳輸速率（衡量系統的有效性）

碼元速率B（調制速率或符號速率）

比特速率R（數據傳輸速率或信息傳輸速率）

R=Blog2N

（bit/s），N進制

差錯率（衡量系統的可靠性）

頻帶利用率（衡量系統的利用率）311.4通信系統的分類從不同的角度出發，可以把通信系統進行不同的分類。321.4.1按照傳輸媒介分有線通信系統：利用傳導體對信號進行導向性傳輸，有較強的封閉性和安全性，信號傳輸質量好，容量可以無限制地增大。但敷設、維護成本較高。無線通信系統：利用非導向性傳輸媒體在自由空間傳播信號，具有優良的可移動性和低廉的擴張成本，但易受到外界的干擾，頻率資源有限，傳輸速率也受限。331.4.2按照傳輸信號的特性分模擬通信系統：優點是簡單直觀；缺點是抗干擾能力弱，噪聲積累無法徹底消除。數字通信系統：抗干擾能力強：可消除噪聲累積現象，適于遠距離傳輸；易加密：對數字信號加密容易處理；便于集成化、智能化：采用計算機技術占用較寬頻帶：4kHzVS64kHz技術較復雜341.4.3按照業務功能分電話通信電報通信傳真通信數據通信衛星通信微波通信移動通信圖像通信多媒體通信351.5通信系統的傳輸方式通信系統的傳輸方式是指通信雙方所共同遵守的傳輸規則。從不同的角度觀察，可以有不同傳輸方式。361.5.1單工與雙工傳輸方式單工：半雙工：全雙工：ABABAB371.5.2串行與并行傳輸方式381.5.3同步與異步傳輸方式異步傳輸方式：收發雙方的時鐘節拍各自獨立并允許有一定的誤差。為了達到雙方同步目的，需要在每個字符的頭、尾各附加一個比特的起始位和終止位，用來指示一個字符的開始和結束。同步傳輸方式：要求雙方時鐘嚴格一致。為求一致，發送方的編碼中隱含著供接收方提取的同步時鐘頻率。收發以數據幀為單位，幀頭包含幀同步碼，中間是信息碼，幀尾是幀結束碼。391.6通信信道信道是信號傳輸的通路，其傳輸特性描述的是不同頻率的信號通過信道后能量幅度和相位變化的情況。信道帶寬用以衡量一個信道的傳輸能力，帶寬越大表明傳輸能力越強。

信道容量則是用來衡量信道所能達到的最大傳輸能力的一個重要指標。信道復用是利用同一傳輸媒介同時傳送多路信號且相互之間不產生干擾的通信技術。401.6.1傳輸特性與帶寬信道的傳輸特性即信道的頻率響應特性，包括幅頻特性和相頻特性。41信號帶寬與信道帶寬的匹配為了不失真地實現通信信號傳輸，信號的有效帶寬必須和信道帶寬相匹配。兩者匹配最主要考慮的是頻率范圍（或頻帶）的匹配。信號與信道的關系等價于車與馬路的關系。421.6.2傳輸媒介有線傳輸媒介：43光纖通信介質的三個可用窗口44無線傳輸媒介表1-3無線電不同頻段的劃分及用途頻段頻率范圍波長范圍主要用途主要傳播方式極低頻（ELF）極長波30-3000Hz0.1-1000km遠程通信、海上潛艇遠程導航地波甚低頻（TLF）超長波3-30KHz1000-10km低頻（LF）長波30-300KHz10-1km中遠程、地下通信、無線導航地波或天波中頻（MF）中波300-3MHz1000-100m中波廣播、業余無線電地波或天波高頻（HF）短波3-30MHz100-10m短波通信、短波電臺、航海通信天波甚高頻（VHF）超短波30-300MHz10-1m電視、調頻廣播、電離層下散射視距波、散射波特高頻（UHF）分米波0.3-3GHz10-1dm移動通信、遙測、雷達導航、藍牙視距波、散射波超高頻（SHF）厘米波3-30GHz10-1cm微波、衛星通信、雷達探測視距波極高頻（EHF）毫米波30-300GHz10-1nm雷達、微波、射電天文通信視距波光波（近紅外線）105-107GHz0.3-3×10-6cm光纖通信光導纖維451.6.3信道容量信道容量是指信息在信道中無差錯傳輸的最大速率。在信號平均功率受限的高斯白噪聲信道中，用香農公式計算信道容量

（比特/秒）

其中，B為信道帶寬，S為信號平均功率，N為噪聲平均功率，C是該信道理論最大傳輸速率。46香農公式的意義香農公式表明：當信號與信道加性高斯白噪聲的平均功率S與N給定時，在具有一定頻帶寬度B的信道上，單位時間內可傳輸的信息量C是有限的。

當且僅當傳輸速率≤C時，總可以找到一種信道編碼方式，實現無差錯傳輸。換句話說，在允許存在一定的差錯率前提下，實際傳輸速率可以大于信道容量C，但此時不能保證無差錯傳輸。47香農公式與擴頻通信按照香濃公式：1）B一定時，S↗或N↘可令C↗，即通過提高信噪比可提高信道容量；2）S/N一定時，若B↗則C↗。結論：C、B和S/N可以通過相互提升或降低取得平衡。在擴頻通信技術中，令B∞（很大），S、/N可以很小。

例如，信道帶寬3KHz，最大信息速率為10000bit/s。為了保證這些信息能夠無誤傳輸，要求至少S/N≈9。若10000bit/s不變，但信道帶寬變為10kHz，信噪比S/N就可降低為1左右。。481.6.4信道的復用在發送端將若干個獨立無關的分支信號合并為一個復合信號，然后送入同一個信道內傳輸，接收端再將復合信號分解開來，恢復原來的各分支信號，稱為多路復用。

多路復用目的是提高線路利用率。常用的多路復用技術：頻分（FDM）時分（TDM）碼分（CDM）49多路復用原理示意圖50FDM原理示意圖51TDM原理示意圖521.7調制與解調調制解調是通信技術最重要的概念之一。

“攜帶”消息的信號稱為載波信號，而被“攜帶”的消息稱為調制信號，調制就是讓消息被載波信號“攜帶”，解調就是從載波信號中檢測出消息。正弦周期信號和脈沖周期信號常被用作載波信號。531.7.1調制的目的

把消息信號調制成適合在信道中傳輸的信號例如，話音頻率是300~3400Hz，而信道頻帶在10kHz~100kHz之間，利用頻率為11kHz的載波調制到11.3kHz~14.4kHz之間，就可通過信道進行傳輸。信道的多路復用

例如，信道在10kHz~100kHz之間，帶寬是90kHz，按每路話音信號4000Hz計算至少可以同時傳輸22路話音信號。541.7.3模擬信號調制正弦波用模擬信號對正弦載波信號進行調制稱為模擬調制。根據調制參數的不同分別有模擬振幅調制（AM）、頻率調制（FM）和相位調制（PM）三種形式，后兩種形式又稱為角度調制。56模擬振幅調制載波信號幅度隨調制信號變化的調制稱為振幅調制，簡稱調幅。調制與解調示意圖如下：57模擬頻率調制（調頻）載波頻率fc隨調制信號的瞬時幅值呈線性變化。調頻與解調示意圖58模擬相位調制（調相）載波瞬時相位θ(t)隨調制信號瞬時幅值呈線性變化。

把平面化的正弦載波立體化，即在三維空間中觀察其變化過程。當一個振幅為A，頻率為fc，初始相位為φ的正弦載波Asin(2πfct+φ)隨時間變化時，其x軸代表時間，y軸代表幅度，z軸代表的就是相位。載波信號的幅度和相位隨時都在變化，利用每一個周期的初始相位不同可以實現對相位的調制。591.7.4數字信號調制正弦波用數字信號調制正弦載波信號稱為載波鍵控，包括幅移鍵控、頻移鍵控和相移鍵控。

60二進制幅移鍵控（2ASK）利用二進制數字信號來控制載波振幅61二進制頻移鍵控（2FSK）利用二進制數字信號來控制載波頻率62二進制相移鍵控（2PSK）利用二進制數字信號來控制載波相位63數字調制的相干解調用本地載波與接收到的載波鍵控信號相乘，得到基帶信號；然后用低通濾波器過濾掉高頻信號；最后對過濾后的基帶信號進行采樣和判決還原出原始數字信號。64數字調頻的相干解調示例例如，接收到cosω1t

（“1”）或cosω2t（“0”），與本地載波cosω1t

和cosω2t同時分別相乘，可得如下三種結果之一：cosω1tcosω1t=cos2ω1t+cos0=cos2ω1t+1=1cosω2tcosω2t=cos2ω2t+cos0=cos2ω2t+1=1cosω1tcosω2t=cos（ω1+ω2）t+cos（ω1-ω2）t<1其中高頻分量2ω1、2ω2以及ω1+ω2都被濾掉。抽樣判決比較兩個低通濾波輸出電平的大小，上大判為1下大則判為0。65本章小結和知識點 國內外通信發展簡史通信信號的性質與特征通信系統的一般模型可靠性與傳輸效率通信系統的傳輸方式信道的頻率響應特性信道的容量調制與解調66現代通信技術概論第2章數字通信系統2.1數字通信概述2.2模擬信號數字化2.3數字信號的基帶傳輸2.4數字信號的頻帶傳輸2.5數字同步與復接技術2.6數字傳輸的差錯控制682.1數字通信概述傳輸數字信號的通信系統稱為數字通信系統。數字通信以其抗干擾能力強、無噪聲累積、便于計算處理、便于加密、易于小型化、集成化等優勢，成為當代通信領域的主流技術。

本章將介紹關于數字通信的基本知識，包括數字通信系統的組成及特點、模擬信號數字化方法、數字信號的基帶傳輸和頻帶傳輸、數字復接與同步技術、差錯控制技術等。692.1.1數字通信系統的組成數字通信系統組成框圖如下:70數字通信系統各部分的作用信源編碼與解碼：A/D變換+D/A變換。數字復接與分接：提高信道利用率。難點是碼速

同步問題。信道編碼與解碼：即抗干擾編碼，目的是提高傳

輸的可靠性。調制與解調：頻帶傳輸時需要。再生中繼：放大整形并完全恢復原始數字信號。信道噪聲：導致誤碼，難以避免。712.1.2數字通信系統的特點與模擬通信系統相比數字通信系統有下列一些特點：抗干擾能力強，無噪聲累積數據形式統一，便于計算處理易于集成化，小型化易于加密處理占用較大的傳輸帶寬技術上較復雜722.2模擬信號數字化數字通信系統的典型特征就是信源和信宿都是模擬信號，因此需要進行模擬/數字（A/D）變換，把模擬信號轉換成數字信號再行傳輸。

模擬信號的數字化需經過抽樣、量化、編碼三個階段。常用的技術包括脈沖編碼調制（PCM）、差值脈沖編碼（DPCM）和增量調制（DM）等。732.2.1模數（A/D）變換抽樣量化編碼二進制數字序列：抽樣：在時間上將模擬信號離散化。量化：在幅度上將抽樣信號離散化。編碼：把量化幅度值用二進制數值來表示。整個過程稱為脈沖編碼調制（PCM）。74抽樣抽樣定理：如果一個連續信號f(t)所含有的最高頻率不超過fh，則當抽樣頻率fs≥2fh時，抽樣后得到的離散信號就包含了原信號的全部信息。75量化量化就是進行“舍零取整”處理。將抽樣信號在某個抽樣時間點的瞬時幅度值近似為最接近該點幅值的某個固定整數電平值上就完成了量化。均勻量化示意圖76非均勻量化─13折線A律非均勻量化能夠讓小信號放大，而大信號得到壓縮，目的是降低小信號時的量化信噪比。13折線A律示意圖粒度粗細的調整77編碼量化后的離散抽樣幅值以二進制數值來表示。最多需要log2N位二進制數，N是量化級數。量化段號極性碼數值范圍（△）段落碼段落起始值（△）量化間隔△i（△）段內碼權值（△）a7a6a5a4a3a2a1a010/10~1600001842120/116~31001161842130/132~630103221684240/164~12701164432168450/1128~2551001288643216860/1256~5111012561612864321670/1512~102311051232256128643280/11024~20471111024645122561286413折線A律二進制編碼值（256級，8比特）782.2.2數模（D/A）變換數模變換是模數變換的反過程。接收端通過數模變換把收到的二進制數字信號序列還原成相應幅度的模擬信號。792.2.3PCM30/32路數字電話系統國際上有兩種標準化制式的多路數字電話通信系統，即PCM30/32路制式（E體系）和PCM24路制式（T體系），我國和歐洲采用E體系。

下面以PCM30/32多路數字電話通信系統為例，具體說明模擬話音數字化傳輸過程。80E體系各項關鍵指標數據PCM30/32路系統稱為基群或一次群，簡稱E1指標名稱指標值話音頻帶（Hz）300-3400抽樣頻率（Hz）8000量化級數256量化壓縮律A律（A=87.6）樣值編碼位數8單路數碼率（kbit/s）64幀長（μs）125時隙數/幀32話路數/幀30一次群復用速率（kbit/s）204881E1體系的幀結構82每話路64kbit/s的計算為了正確地傳送一路話音信號，每秒必須傳送抽樣值8000次。按照每個抽樣值8bit編碼，則每話路要求傳輸8000次×8bit=64kbit/s。

現在每幀中包含32個話路，每話路占其中8bit，必須傳送8000幀/秒（500個復幀）。于是，32路PCM基群傳輸速率是8000(幀/秒)×32(時隙/幀)×8(bit/時隙)=2.048Mbit/s。高次群以4倍速率增長，即8.448（比8.192略多）Mbit/s…83PCM30/32路數字電話系統終端框圖842.2.4模擬信號數字化的其它方法利用相鄰抽樣幅值的相對變化特性，對抽樣信號進行編碼也是一類較常用的模數轉換方法。常見的有差值脈沖編碼（DPCM）、自適應差值脈沖編碼（ADPCM）、增量調制（DM）和自適應增量調制（ADM）等。851.差值脈沖編碼調制(DPCM)僅對兩個相鄰抽樣幅值的差值進行編碼，則由于差值信號變化較小，可大大地減少量化級數，從而減少編碼的位數。這樣，在相同傳輸速率下，可以成倍地提高信道的傳輸容量。86DPCM舉例對模擬話音信號按照8000Hz/s抽樣，話音信號的變化范圍是±3v，若采用8位二進制數PCM編碼，量化為256級，每級約23.4mv。

假定相鄰抽樣差值變化范圍是±0.1v，把其化分為16個均勻量化級，每級為12.5mv，然后使用4位二進制數進行編碼。編碼后的數據發送速率僅需要4bit×8000=32Kb/s，比采用PCM編碼的64Kb/s速率降低一半，效率提高一倍。87DPCM抽樣差值圖示882.脈沖增量調制(△M或DM)僅對當前抽樣值與其前一個抽樣值的符號進行編碼，而不對差值的大小編碼。

如果兩個前后抽樣差值為正就編為“1”碼；差值為負就編為“0”碼。因此，“1”和“0”代表的是信號相對于前一時刻的增減，不代表信號的絕對值。89DM波形及編碼結果示意圖902.3數字信號的基帶傳輸模數變換后的數字信號頻譜，往往是含有直流、基波、高次諧波等不同頻率分量的信號，稱為基帶數字序列信號，簡稱基帶信號。

把基帶數字序列信號經適當碼型變換后直接送入信道傳輸，稱為基帶數字序列信號傳輸，簡稱基帶傳輸。912.3.1基帶傳輸系統模型碼型變換：基帶信號適應信道特性。波形形成網絡：形成無碼間干擾的波形。922.3.2數字基帶傳輸的碼型根據信道頻域特性和基帶數字信號頻域特性匹配的原則，對基帶信號進行適當碼型變換，使之適合于給定信道的頻域特性，有利于延長傳輸距離、提高可靠性。931.數字基帶傳輸碼型選擇原則直流或低頻信號衰減快，信號傳輸一定距離后嚴重畸變，所以不應含直流或低頻頻率分量。高頻分量越大，對鄰近信道產生的干擾就越嚴重，所以高頻分量應盡量少。為方便從接收到的基帶信號中提取位同步信息，應包含定時頻率分量。便于增加冗余碼，使碼型帶有規律性。碼型變換過程與信源的統計特性無關，即對信源消息類型無任何限制并具有透明性。942.常用基帶數字傳輸碼型952.3.3無碼間干擾的基帶數字傳輸基帶傳輸信道（即波形形成網絡）可以等效為一個理想低通濾波器，其傳輸特性及單位沖擊響應如下圖：96Nyquist準則如果波形形成網絡具有圖示理想低通濾波器傳輸特性，則該系統傳輸的碼元速率為2fN（碼元周期T=1/2fN）時，系統輸出波形在峰值點（即判決抽樣點）上不會產生前后碼元間的干擾，這一條件稱為奈奎斯特準則。97無碼間干擾的接收波形只要按照Nyquist準則傳輸，當處于某個碼元的幅度峰值時，恰好其它碼元幅值是過零點。98具有滾降特性的波形形成網絡具有滾降特性的波形形成網絡，從技術上實現起來比理想低通容易，而且也滿足Nyquist條件。992.4數字信號的頻帶傳輸當基帶數字信號頻率范圍與信道不相匹配時，把基帶數字信號進行調制后再行傳輸，即數字信號的頻帶傳輸。本節將在第1章二進制數字調制基礎上介紹多進制數字調制和復合調制概念。1002.4.1多進制數字調制

多進制數字調制是利用多進制數字信號調制載波信號的幅度、頻率或相位。

與二進制數字調制相比，多進制數字調制可提高比特率或可靠性，但因為需要多電平來表示信號，因而抗噪聲性能較低，實現起來也較復雜。1011.多進制數字調幅(MASK)四進制MASK

1022.多進制數字調頻（MFSK）k=log2M位碼元為一組對應地轉換成有M種狀態的多進制碼。1033.多進制數字調相（MPSK）利用載波的多種不同相位狀態來表征數字信息。與二進制數字相位調制相同，多進制數字相位調制也有絕對相位調制（MPSK）和相對相位調制（MDPSK）。104矢量圖表示的MPSK（A和B方式）105QPSK調制與解調框圖兩個相互正交的相干載波cosωct和sinωct分別檢測出兩個分量a和b。1062.4.2復合調制與多級調制對同一載波信號的兩個參數同時進行調制稱為復合調制，目的是進一步提升信道利用率。例如，數字微波通信中采用的圖示復合調制，數字調相用于傳送數字信號，模擬調頻用于話音通信。107調相加調幅實現16進制復合調制108多級調制多級調制是指把同一基帶信號實施兩次或更多次的調制過程。1092.5數字同步與復接技術數字同步是指數字通信系統中各關鍵節點位置的動作頻率保持一致。數字復接是把若干個低速率分支數字碼流匯接成一路高速數字碼流的過程。為促進數字通信標準化，ITU-T早期推薦準同步數字體系（PDH）；后期推薦同步數字體系（SDH）1102.5.1數字同步技術兩種同步方式：位同步和幀同步位同步：收發兩端以比特為單位嚴格對齊必要條件：雙方時鐘頻率完全同頻同相（多采用主從同步方式）幀同步：收發兩端以幀為單位嚴格對齊。必要條件：利用幀同步碼1112.5.2數字復接技術數字復接是把支路低次群按時分復用方式合并成一個單一的高次群，其設備由定時、碼速調整和復接單元組成；分接器的功能是把高次群數字信號分解成原來的低次群數字信號，它由同步、定時、分接和碼速恢復等單元組成。1121.數字復接系統框圖1132.數字復接方法按位、按字、按幀復接，下圖是按位和按字復接：1143.碼速調整被復接的各支路數字信號彼此之間必須同步并與復接器的定時信號同步，否則需要做出適當的碼速調整，以實現對復接后的高速數據碼流的傳輸同步定時控制。通常，碼速調整后速率高于調整前的結果，稱為正碼速調整。1152.5.3準同步數字體系ITU-T早期推薦了兩類從基群到五次群復接等級的數字速率系列。一類以1.544Mb/s為基群速率，另一類以2.048Mb/s為基群速率。因這兩類各次群比特率相對于其標準值有一個規定的容差，而且是異源的，各節點時鐘允許存在少量的頻率漂移誤差，因此這是一種準同步復接方式，統稱為準同步數字體系（PDH）。1161.兩類PDH系列標準表2-4PDH兩類標準數字速率系列和復接等級群號2M系列1.5M系列速率（Mb/s）話路數速率（Mb/s）話路數基群2.048301.54424二次群8.44830×4=1206.31224×4=96三次群34.368120×4=48032.06496×5=480四次群139.264480×4=192097.728480×3=1440五次群564.9921920×4=7680397.2001440×4=57601172.PDH系列的不足兩種數字系列互不兼容，導致國際之間電信網的建立及營運管理比較復雜和困難；

高、低速率信號的復接和分接都需要逐級進行，復接-分接設備復雜，上下話路價格昂貴；幀結構中管理維護用的比特位較少，難以適應網絡管理靈活、動態、智能化的日益增長需求。主要適用于中、低速率點對點傳輸。1182.5.4同步數字體系（SDH）鑒于PDH的不足，國際上迫切需要建立統一的全新體制的數字通信網。為此ITU-T經充分討論和協商，于上世紀80年代末，接受了美國貝爾通信研究所提出的同步光網絡（SONET:SynchronousOpticalNetwork）數字體系標準并進行了適當修改，命名為同步數字體系（SDH）119SDH的特點1）由一系列的SDH網元組成，可在光纖網中實現同步信息傳輸、復用、分插或交叉連接；2）塊狀幀結構中安排了豐富的管理比特，大大增強了網絡管理能力；3）網絡能在極短的時間內從失效的故障狀態自動恢復業務而無需人為干涉；4）有標準化的信息結構等級規范，稱為同步傳輸模塊STM-N。不同廠家的設備只要符合規范就可以在光路上互聯，真正實現橫向兼容；5）具有兼容PDH甚至B-ISDN的能力，所以有廣泛的適用性。1202.6數字傳輸的差錯控制噪聲是導致數字通信傳輸中出現差錯（誤碼）的主要原因。

差錯控制的作用就是要檢測出數據碼元在傳輸過程中可能發生的誤碼，并且采取適當的方法加以糾正。

差錯控制通過差錯控制編碼（信道編碼）實現，通常有檢錯編碼和糾錯編碼兩種形式。121差錯控制編碼的基本原理原始數據碼元序列本來不帶規律性，但通過差錯控制編碼讓其產生規律性并發送出去，接收端根據這一規律性對碼元序列進行檢測，一旦出現違規情況，就認為出現了傳輸錯誤。1222.6.1噪聲的分類

根據噪聲和信號之間的混合迭加關系可分為加性噪聲和乘性噪聲；根據噪聲來源的不同，可分為自然噪聲、人為噪聲和內部噪聲；根據噪聲的表現形式可分為單頻噪聲、起伏噪聲和脈沖噪聲。1232.6.2檢錯編碼檢錯編碼只能判斷出所收到的數據是否有錯，但不能判斷出哪些是錯誤碼元，最常用的兩種檢錯編碼方式是奇偶校驗編碼和循環冗余校驗編碼。通常采用反饋重傳(ARQ)技術來糾錯。1241.奇偶校驗位字符校驗碼字abcdefghijW1W2W3W4W5W6W7W8校驗碼字0101010101000110011001000011110010000000011111111111111111111111110000000000101101001100水平垂直偶校驗1252.循環冗余校驗g(x)=x4+x3+x2+1（多項式系數是11101），信息碼是110，產生的CRC碼是10010，發送的碼元是110,10010。11011101|110000001110110011011101余數10010126循環冗余校驗用產生的CRC碼110,10010進行反運算，得到的應該是110，即原始信息碼元：11011101|110100101110110111111101余數100101272.6.2糾錯編碼糾錯編碼能夠判斷出錯碼元的準確位置并加以自我改正，糾錯編碼需要比檢錯編碼增加更多的冗余碼元。128本章小結和知識點 數字通信的特點模擬信號的數字化過程：抽樣、量化、編碼差值脈沖編碼（DPCM）和增量調制（DM）基帶傳輸與頻帶傳輸數字復接PDH與SDH標準差錯控制

129現代通信技術概論第3章程控數字電話交換系統3.1程控數字電話概述 3.2程控數字電話交換系統 3.3軟交換及軟交換系統1313.1電話交換系統概述

電話交換系統從早期人工式、機械式、電子式交換階段，發展成為如今以計算機程序控制為主的程控數字交換階段，不僅實現了數字語音通信，還能實現傳真、數據、圖像通信，構成了綜合業務數字通信網。

本章將首先給出電話交換的概念模型、功能模型以及程控數字交換機的基本組成，然后就程控數字電話交換系統的基本工作原理從硬件和軟件兩個方面進行說明。1323.1.1電話交換的概念模型交換機能夠實現多用戶之間“兩兩連線構通回路”的設想，同時也節省了連接線路。1333.1.2電話交換技術發展史交換機類型接續方式控制方式接線器供電方式交換信息年代磁石式人工鈴流*塞繩自備模擬話音1878共電式人工環路電流**塞繩交換機提供模擬話音1891步進制自動撥號脈沖步進接線器交換機提供模擬話音1891縱橫制自動布線邏輯縱橫接線器交換機提供模擬話音1919模擬程控自動存儲程序干簧接線器交換機提供模擬話音1965程控數字自動存儲程序電子接線器交換機提供數字話音等1970*鈴流：接線員聽到主叫振鈴后，人工完成接線**用戶摘機后接線員看到燈閃，人工完成接線表3-1各類交換機及其主要特點1343.1.3電話交換的功能模型終端接口模塊：與外部設備（本地用戶設備和中繼線）連接。接續模塊：任意兩用戶之間連接矩陣網絡?？刂颇K：控制建立或拆除接續。1353.1.4電話交換機的基本組成信令設備產生各種標準的信令信號，如振鈴信號、撥號音、忙音等，其他與功能模型等效。1363.2程控數字電話交換系統程控數字電話交換系統實際上完全是由計算機控制的電話交換系統，由硬件和軟件兩大部分組成。本節將重點說明其中數字交換的基本工作原理。1373.2.1硬件的基本組成分話路和控制兩大部分：1381.話路部分話路部分的主要任務是根據用戶撥號狀況，實現用戶之間數字通路的接續：數字交換網絡：為參與交換的數字信號提供接續通路。用戶電路：與用戶線之間的接口電路，用于完成A/D和D/A變換，同時為用戶提供饋電、過壓保護、振鈴、監視、二/四線轉換等輔助功能。中繼電路：與中繼線的接口電路，具有碼型變換、時鐘提取、幀同步等功能。1391.話路部分掃描器：收集用戶的狀態信息，如摘機、掛機等動作。交換網驅動器：在控制部分控制下具體執行數字交換網絡中通路的建立和釋放。信令設備產生控制信號，主要包括信號音發生器（產生撥號音、忙音、回鈴音等）、話機雙音頻(DTMF)號碼接收器、局間多頻互控信號發生器和接收器（用于交換機之間的“對話”）以及完成CCITTNo.7號共路信令的部件。1402.控制部分控制部分的主要任務是根據外部用戶與內部維護管理的要求，執行控制程序，以控制相應硬件實現交換及管理功能：中央處理器：普通計算機或交換專用計算機，用于控制、管理、監測和維護交換系統的運行。程序和數據存儲器：分別存儲交換系統的控制程序和執行過程中用到的數據。維護終端：包括鍵盤、顯示器、打印機等設備。遠端接口：分散控制方式下實現遠程控制連接。1413.2.2軟件的基本功能與組成基本功能：程控數字交換機將各種控制功能預先編寫成功能模塊存入存儲器，并根據對交換機外部狀態作周期掃描所取得的數據，通過中斷方式調用相應的功能模塊對交換機實施控制，協調運行交換系統的工作。142軟件的組成1433.2.3時隙交換與復用線交換為了說明數字交換網的交換原理，先要了解時隙交換和復用線交換兩個重要的數字交換概念。而時分接線器和空分接線器則分別用來實現這兩種交換。1441.時隙交換時隙交換實現同一條復用線上兩個用戶之間話音信息的交換。TSi←→TSj（i≠j）145T型時分接線器146讀出控制方式又稱為時鐘（順序）寫入，控制（地址）讀出。首先在定時脈沖控制下按照TS0~TSM的順序把輸入復用線上的M個時隙的話音數據寫入到SM單元，與此同時，把每一個時隙要交換去的單元地址寫入到CM單元。當從SM讀出話音時隙時，按照CM中地址順序讀出。147寫入控制方式與讀出控制方式不同，向SM寫入話音時隙時，按照CM單元指定的順序寫，SM讀出則在定時脈沖的控制下從上到下順序完成。

以上兩種方式的時隙交換路由是由聯機程序根據用戶撥號號碼通過用戶忙閑表，查出被叫空閑鏈路而得到的。1482.復用線交換

復用線交換完成兩條復用線之間話音信息的交換，可以實現擴大交換容量的目的。149S型空分接線器

S型接線器能夠把任一復用線上的任一時隙信息交換至另一復用線上任一時隙。交叉矩陣是由復用線交叉點陣組成的，交叉點陣中的每一個交叉點就是一個高速電子開關。這些高速電子開關受CM中存儲數據的控制，用于實現交叉點的接通和斷開。150S型空分接線器（輸出控制方式）151輸出控制方式說明按照輸出復用線來配置CM，每一條輸出復用線都要設置一個固定的CM，圖中共有n條輸出復用線需要n個CM。每個話路時隙對應一個CM存儲單元。

CM存儲單元中存儲的內容是需要接通的輸入復用線的編號，因此，用二進制表示輸入復用線編號時CM要保持足夠的位數。152S型空分接線器（輸入控制方式）153輸入控制方式說明每一條入線都設置一個固定的CM，圖中共有n條入線，也就需要n

個CMCM存儲單元數量與復用線話路時隙數相同。CM存儲單元中存儲的內容是需要接通的輸出復用線編號。154兩種接線器的不足T型接線器只能完成同一條復用線交換；S型接線器只能完成或者入線指定時隙或者出線指定時隙情況下復用線之間的交換，而不能完成入線和出線同時指定時隙的交換；對于大規模的交換網絡，必須既能實現同一復用線不同時隙之間的交換又能實現不同復用線之間的時隙交換。因此，兩種接線器結合組成復合型交換網絡，才能實現這一要求。1553.2.4TST型數字交換網絡T-S-T數字交換網交換過程示意圖156舉例說明一次AB的交換過程把PCM0TS205時隙的話音信號交換到PCM15TS35時隙中去：假設選中了TS58，則處理機分別在輸入側T級的CMA0的第205號單元寫入“58”，在S級CMS15的第58號單元寫入“0”（0號復用線），在輸出側T級的CMB15的第35號單元寫入“58”，于是各CM分別控制各級動作。首先，當PCM0的TS205時隙信息來到時，由CMA0控制寫入SMA0的第58號單元；當TS58時隙到來時，該信息被順序讀出到S級的輸入端的0號入線，并由CMS15控制交叉開關點0入/15出閉合接通至輸出側T級的第15個T接線器的入線端，同時寫入到SMB15的第58號單元；最后當TS35到來時，再由CMB15控制從SMB15的第58號單元讀出至接收端B的解碼接收電路中去。1573.2.5程控交換機主要性能指標系統容量：用戶線數和中繼線數呼損率：呼叫未通量與呼叫總量之比接續時延：400ms~1000ms之間話務負荷能力：愛爾蘭（Erl）呼叫處理能力：最大忙時試呼叫次數可靠性和可用性：不中斷，故障少主要業務：基本業務（通話）和補充業務（呼叫轉移、呼叫等待、免打擾等）1583.3軟交換及軟交換系統軟交換是互聯網進化過程中因特網與電話交換網絡充分融合的一種新興技術，將成為下一代網絡（NGN）一種最基本的技術。1593.3.1軟交換的概念軟交換可以理解為利用因特網實現ISDN的功能。1603.3.2軟交換系統組成框圖161軟交換系統各部分的功能信令網關：IP網與交換機之間信令中繼轉換處理媒體網關：兩種網絡之間媒體數據格式的轉換（包括中繼媒體網關和接入媒體網關）IP媒體服務器：媒體資源的生成、控制和管理應用服務器：提供業務執行環境網管中心：網絡的整體控制管理。1623.3.3軟交換系統的應用目前軟交換的應用主要集中在如下幾個方面：分組中繼：在分組中繼網中，通過媒體網關直接提供高速的分組數據接口分組本地接入：實現話音的本地分組接入，淘汰掉電話終端局多媒體業務支持3G網：適用于3G網呼叫控制與媒體承載分離163本章小結和知識點 電話交換的概念模型與功能模型電話交換機的基本組成單條復用線上時隙交換：時分接線器多條復用線之間時隙交換：空分接線器程控數字電話交換系統的硬件組成程控數字電話交換系統的軟件組成TST數字交換網軟交換的概念

164現代通信技術概論第4章光纖通信系統4.1光纖通信概述

4.2光纖與光纜4.3光纖通信系統4.4光纖通信新技術1664.1光纖通信概述光纖通信是以光波作為載體，以光導纖維作為傳輸媒介的一種通信技術。光纖通信以其寬帶、大容量、低損耗、長中繼、抗電磁干擾、體積小、重量輕、便于敷設等優點，成為當代長途通信最主要手段。本章首先對光纖通信的發展歷史做出回顧，然后對光纖通信的特點進行說明，重點闡述光纖的結構、分類、光波傳輸機理以及光纖通信系統各組成部分的工作原理。最后，簡要介紹了一些光纖通信新技術。1674.1.1光纖通信發展簡史1960年，美國加州休斯實驗室第一臺固體紅寶石激光器1961年，美國貝爾實驗室氦-氫氣體激光器1966年，高錕提出帶有包層材料的石英玻璃光纖1970年，美國康寧玻璃公司首次制成了損耗僅為20dB/km的低損耗光纖1970年，美國貝爾實驗室砷化鎵鋁半導體激光器168光纖通信發展簡史（續）1974年，美國貝爾實驗室制造出1dB/km損耗的低損耗光纖。至此制約光纖通信的兩個關鍵問題，光源和傳輸媒介問題完全得到解決。光纖通信的普及和推廣獲得了高速發展的基本條件。1977年美國芝加哥率先開通了第一條45Mb/s的商用光纖通信系統。目前，國際國內長途通信傳輸網的光纖化比例已經超過90%1694.1.2光纖通信的特點傳輸損耗小，中繼距離長：1.55μm波長附近約0.2-0.3dB/km，中繼跨度百公里。傳輸頻帶寬，通信容量大：單模光纖的潛在帶寬可達幾十太赫茲（1012Hz）抗電磁干擾，保密效果好體積小、重量輕、便于運輸和敷設原材料豐富、節約有色金屬、有利于環保不足：光纖質地脆弱易斷，敷設時的彎曲半徑不宜太小1704.2光纖與光纜光纖與光纜的結構、分類以及光纖的導光原理。1714.2.1光纖的結構與分類光纖是多層同軸圓柱體，自內向外為纖芯、包層、涂覆層，稱為裸纖。包層外面涂覆一層硅酮樹脂或聚氨基甲酸乙酯（30~150μm），然后增加保護套加以保護。

纖芯和包層是高純度石英材料，包層折射率略低于纖芯，與纖芯一起形成光的全反射通道，使光波的傳輸局限于纖芯內。1721.光纖的結構1733.光纖的折射率徑向分布圖1754.2.2光纖的導光原理在光學理論中，當傳輸媒介的幾何尺寸遠大于光波波長時，可以把光表示成其傳播方向上的一條幾何線，稱為光射線。用光射線來分析光傳播特性的方法，稱為射線法。下面通過射線法來分析光在階躍型光纖中的導光原理。1761.光的反射與折射定律

θ入=θ反當θ折>900時，折射光線會反射回到纖芯進行傳播，這種現象稱為全反射。1772.光纖中的全反射傳輸調整入射角θ，使得θ折2>90度而發生全反射：1784.2.3光纖的傳輸特性

光纖的傳輸特性描述的是光纖的傳輸損耗、色散和非線性效應。1791.傳輸損耗

光纖傳輸損耗表現為隨著傳輸距離的增加光功率逐漸下降，主要原因是吸收和散射造成再加光纖結構不完善導致。式中λ是光波波長，L是光纖長度（km），Po與Pi分別是光纖輸出和輸入端的光功率.1802.色散理想光源應是頻率單一的單色光，但現實光源信號不純，含有不同的波長成分，在折射率為n1的光纖介質中傳輸速度不同，從而導致光信號分量產生不同延遲，這種現象稱為光纖的色散。

具體表現為當光脈沖沿著光纖傳輸一定距離后脈沖寬度展寬，嚴重時前后脈沖相互重疊，難以分辨。

有三個參數色散系數、最大時延差△τ、光纖帶寬系數可以分別從不同的角度來描述光纖色散的程度。181光纖色散的類型模式色散：在多模光纖中，因同一波長分量的各種傳導模式的相位不同、群速度不同而導致光脈沖展寬的現象，稱為模式色散（或模間色散）。材料色散：由光纖材料自身特性造成的。波導色散：由光纖中的光波導結構引起的。多模光纖主要考慮模式色散，單模光纖主要考慮材料色散和波導色散。182單模光纖中的色散系數與波長關系1833.非線性效應非線性效應在波分復用信道間產生串話和功率降低代價，限制光纖通信的傳輸容量和最大傳輸距離，影響系統的設計參數。

光纖中的非線性效應分為兩類:非彈性過程和彈性過程。1844.2.4光纜分類方法

光纜種類按用途長途光纜、短途中繼光纜、室內光纜、混合光纜按敷設方式直埋光纜、管道光纜、架空光纜、水底光纜按傳輸模式單模光纜、多模光纜（階躍型、漸變型）按結構層絞式、骨架式、大束管式、帶式、單元式

按外護套結構

無鎧裝、鋼帶鎧裝、鋼絲鎧裝

按光纜中有無金屬

有金屬光纜、無金屬光纜

按維護方式

充油光纜、充氣光纜

光纜的分類185幾種光纜的結構1864.3光纖通信系統光纖通信系統是以光為載波，以光導纖維為傳輸媒介來傳輸消息的通信系統。光纖通信系統主要由電端機、光端機、光中繼器和光纜組成。1871.電發送端機把信源消息轉換成電數字信號。1882.光發送端機光源的調制有直接調制或外調制兩種方式：1893.光端機的調制方式直接調制（強-直調制）：利用電信號調制光波的幅度，驅動電路輸出“0”、“1”脈沖信號直接控制光源的發光強度。適用于低速的半導體發光二極管（LED）。外腔調制（相干光調制）：把激光送入到外腔調制器，然后用電數字信號控制調制器，適用于高速激光器（LD）調制。外調制可選擇調制光波的頻率或相位。190例子：一種直接調制的共發射極驅動電路1914.光中繼器光-電-光中繼方式正在被光放大器取代，例如，摻鉺光纖放大器（EDFA:Erbium-DopedFiberAmplifier）可以放大1.55μm波長附近的光信號，適用于長途越洋光通信系統。1925.光接收端機將光纖傳輸過來的微弱光信號，經光檢測器轉變為電信號，然后再經放大電路放大到足夠的電平，送到電接收端機去。電信號1936.電接收端機電接收端機接收判決器輸出的再生碼元數據流，并還原為信宿可接收的形式。1944.4光纖通信新技術超大容量、超長距離、超高速傳輸一直光纖通信新技術的發展目標。拓展光纖可用“窗口”的波長范圍可以提高光纖帶寬；

降低損耗系數α(λ)可以增加光纖中繼距離；

光波分復用或光時分復用可以增大系統容量；

相干光通信和光孤子通信也是研發熱點。

本節將對其中的一些內容進行概要介紹。1954.4.1光波分復用與光時分復用采用光波分復用（WDM）或光時分復用（OTDM）技術可以在不增加線路投資的情況下，擴大系統容量。1961.光波分復用光波分復用：利用不同波長的光信號作為載波來傳輸多路光信號。1972.光波分復用的類型根據光波分復用時波長間隔的大小可以將波分復用系統分為三種類型：密集波分復用（DWDM）：波長間隔1~10nm稀疏波分復用（CWDM）：波長間隔10~100nm光頻分復用（OFDM）：波長間隔<1nm

（未獲實用）1983.光時分復用類似電脈沖信號的時分復用，光時分復用是把低速的光脈沖信號復合在一起，形成超高速光脈沖信號的一種技術。實現OTDM的基本技術主要包括超短光脈沖（10ps以下）發生技術、全光時分復用/去復用技術、超高速光定時提取技術等。1994.4.2相干光通信本振光源的頻率與相位與發送光源要嚴格匹配，否則會產生中頻誤差，導致判斷出錯。2004.4.3光孤子通信光孤子是一種能在光纖中傳輸，并且長時間保持形態、幅度和速度不變的光脈沖。因為它很窄，所以可使鄰近光脈沖間隔很小而不至于發生重疊干擾，從而實現超長距離、超大容量光通信。2014.4.4光交換技術光交換是指不經過任何光/電轉換，把輸入端光信號直接交換到不同輸出端。采用光交換技術不但可以克服電子交換的容量瓶頸問題，實現網絡的高速率和協議透明性，而且可以提高網絡的重構靈活性和生存性，大量節省建網和網絡升級成本。2021.光交換系統的組成類似電交換，但交換的是光信號。2032.光交換的基本功能器件—光開關把光開關組成陣列，構成一個多級互聯受控網絡，就可以實現光信號交換。把輸入/輸出的光路接通或斷開把波長λ轉換為波長λ‘2044.4.5全光通信網全光通信網簡稱全光網，是指信號在網絡傳輸和交換的過程中始終以光的形式出現的一種通信網，消除“電光瓶頸”現象。全光網絡具有良好的透明性、開放性、兼容性、可靠性和可擴展性，并能提供巨大的帶寬、超大容量、極高的處理速度、較低的誤碼率，網絡結構簡單，組網非常靈活，可以隨時增加新節點而不需要電交換和處理設備。205本章小結和知識點 光纖通信的特點光纖光纜的結構與分類光在光纖中傳輸機理光纖的傳輸特性光纖通信系統的組成光纖通信新技術：光波分復用、相干光通信、光孤子通信、全光通信系統

206現代通信技術概論第5章數字微波通信系統5.1概述5.2微波的視距傳播特性5.3數字微波通信系統2085.1概述5.1.1基本概念5.1.2微波通信發展歷程5.1.3微波通信的特點5.1.4微波通信系統的分類5.1.5微波通信的應用2095.1.1基本概念微波是指波長在1nm~1m或頻率為300MHz-300GHz的電磁波。微波通信指的是以微波頻率作為載波，通過中繼接力方式實現的一種通信方式。2105.1.2微波通信的發展歷程19世紀30年代中期出現了工作在VHF頻段的第一個商用模擬無線通信系統。二戰期間出現了UHF頻段的軍用無線中繼通信系統。1951年，美國紐約到舊金山之間成功開通了商用的微波通信線路。在隨后的二三十年間，模擬微波通信系統迅速發展。我國從“七五”期間開始引入微波通信系統。

20世紀70年代末出現了采用簡單QPSK、8PSK等的商用數字微波通信系統。20世紀80年代，隨著數字信號處理技術和大規模集成電路的發展，微波通信系統得到迅速發展。20世紀90年代后出現了容量更大的數字微波通信系統2115.1.3微波通信的特點頻帶寬，傳輸容量大適于傳送寬頻帶信號天線增益高，方向性強外界干擾小，通信線路穩定可靠投資少，建設快，通信靈活性大中繼通信方式2125.1.4微波通信系統的分類模擬微波通信系統數字微波通信系統2135.1.5微波通信的應用作為干線光纖傳輸的備份和補充邊遠地區和專用通信網中為用戶提供基本業務市內的短距離支線連接無線寬帶業務接入2145.2微波的視距傳播特性5.2.1天線高度與傳播距離5.2.2自由空間傳播損耗5.2.3地面效應和大氣效應2155.2.1天線高度與傳播距離2165.2.2自由空間傳播損耗在半徑為d的球面上的功率（電通量）密度為

輻射源發出的總輻射功率傳播（或擴散）因子：2175.2.2自由空間傳播損耗實際微波通信中采用的天線均有方向性，對于發射天線而言，天線增益Gt表示天線在最大輻射方向上單位立體角的發射功率與無方向天線單位立體角的發射功率的比值。此時，與發射源相距d的單位面積所接收的功率為2185.2.2自由空間傳播損耗對于接收天線而言，天線增益Gr表示天線接收特定方向電波功率的能力。根據天線理論，天線的有效面積為若接收機與發射機的距離為d，接收天線的有效面積為A，發射天線的增益為Gt，接收天線的增益為Gr，則接收到的信號載波功率為2195.2.2自由空間傳播損耗若不考慮發射天線增益Gt和接收天線增益Gr，電波的自由空間損耗定義為發射功率與接收功率之比，即通常用分貝表示自由空間傳播損耗，即2205.2.2自由空間傳播損耗若考慮發射天線增益Gt和接收天線增益Gr，則將這種有方向性的傳播損耗稱為系統損耗，通常用L表示，其分貝形式為2215.2.3地面效應和大氣效應地面效應傳播路徑上障礙物的阻擋或部分阻擋引起的損耗電波在平滑地面（如水面、沙漠、草原等）的反射引起的多徑傳播，進而產生接收信號的干涉衰落。

地面反射電波在比較平滑的地表面上傳播時會產生強烈的鏡面反射，形成多徑傳播。大氣效應大氣對微波傳輸所產生的影響主要有大氣損耗、雨雪天氣引起的損耗以及大氣折射引起的損耗。

2225.3數字微波通信系統5.3.1中繼通信線路與設備組成5.3.2微波波道及其頻率配置5.3.3發信設備5.3.4收信設備5.3.5天饋線系統2235.3.1中繼通信線路與設備組成數字微波通信線路2245.3.1中繼通信線路與設備組成數字微波通信系統組成用戶終端；交換機；數字終端機；微波站2255.3.1中繼通信線路與設備組成用戶終端直接為用戶所使用的終端設備。如電話機、傳真機、計算機、調度電話機等。交換機用戶可通過交換機進行呼叫連接，建立暫時的通信信道或電路。這種交換可以是模擬交換，也可以是數字交換。目前，大容量干線絕大部分采用數字程控交換機。數字終端機實際上是一個數字電話終端復用/分接設備，其基本功能是把來自交換機的多路信號進行復接，復接信號送往數字微波傳輸信道。同時把來自微波終端站的復接信號進行分接，分接信號送往交換機。2265.3.1中繼通信線路與設備組成微波站數字微波終端站數字微波中繼站數字微波分路站數字微波樞紐站

2275.3.1中繼通信線路與設備組成數字微波終端站數字微波終端站指的是位于線路兩端或分支線路終點的微波站。在SDH微波終端站設備中包括發信端和收信端兩大部分。SDH微波終端站的發信端主要負責完成主信號的發信基帶處理（包括CMI/NRZ變換、SDH開銷的插入與提取、微波幀開銷的插入和旁路業務的提取等）、調制（包括糾錯編碼、擾碼和差分編碼等）、發信混頻和發信功率方法等。SDH微波終端站的收信端主要負責完成主信號的低噪聲接收（根據需要可含分集接收和分集合成）、解調（含中頻頻域均衡、基帶或中頻時域均衡、收信差分譯碼、解擾碼和糾錯譯碼等）以及收信基帶處理（含旁路業務的提取、微波幀開銷的插入與提取、SDH開銷的插入與提取，以及NRZ/CMI變換等）。

2285.3.1中繼通信線路與設備組成數字微波中繼站數字微波中繼站指的是位于線路中間的微波站。根據對信號的處理方式不同，又可將中繼站分為中間站和再生中繼站，再生中繼站又包括上下話路和不上下話路兩種結構。

數字微波中繼站的中繼方式基帶中繼（再生轉接）外差中繼（中頻轉接）直接中繼（射頻轉接）

2295.3.1中繼通信線路與設備組成基帶中繼（再生轉接）方式2305.3.1中繼通信線路與設備組成外差中繼（中頻轉接）方式2315.3.1中繼通信線路與設備組成直接中繼（射頻轉接）

方式2325.3.1中繼通信線路與設備組成數字微波分路站數字微波分路站指的是位于線路中間的微波站，既可以上、下某收、發信波道的部分支路，也可以溝通干線上兩個方向之間的通信。由于在此站上能夠完成部分波道信號的再生，因此該站應配備有SDH微波傳輸設備和SDH分插復用設備（ADM）。

2335.3.1中繼通信線路與設備組成數字微波樞紐站數字微波樞紐站指的是位于干線上的、需要完成多個方向通信任務的微波站。在系統多波道工作的情況下，此類站應能完成對某些波道STM-4信號或部分支路的轉接和話路的上、下功能，同時也能完成對某些波道STM-4信號的復接和分接操作，如果需要，還能對某些波道的信號進行再生處理后的再繼續傳播。

2345.3.2微波波道及其頻率配置微波通信頻率配置的基本原則是使整個微波傳輸系統中的相互干擾最小，頻率利用率最高。頻率配置時應考慮的因素整個頻率的安排要緊湊，使得每個頻段盡可能獲得充分利用。在同一中繼站中，一個單向傳輸信號的接收和發射必須使用不同的頻率，以避免自調干擾。在多路微波信號傳輸頻率之間必須留有足夠的頻率間隔以避免不同信道間的相互干擾。因微波天線和天線塔建設費用很高，多波道系統要設法共用天線，因此選用的頻率配置方案應有利于天線共用，達到既能使天線建設費用低又能滿足技術指標的目的。避免某一傳輸信道采用超外差式接收機的鏡像頻率傳輸信號。2355.3.2微波波道及其頻率配置單波道的頻率配置二頻制頻率分配

四頻制頻率分配

2365.3.2微波波道及其頻率配置二頻制頻率分配

2375.3.2微波波道及其頻率配置四頻制頻率分配

2385.3.2微波波道及其頻率配置越站干擾

2395.3.2微波波道及其頻率配置多波道的頻率配置收發頻率相間排列收發頻率集中排列2405.3.2微波波道及其頻率配置收發頻率相間排列:2415.3.2微波波道及其頻率配置收發頻率集中排列:2425.3.2微波波道及其頻率配置頻率再用頻率再用是一種提高頻道利用率的常用技術。由微波的極化特性可知，利用兩個相互正交信號的極化方式（如水平極化和垂直極化）可以減少它們之間的干擾，由此可以對微波波道實行頻率再用。在微波通信系統中，頻率再用就是在相同和相近的波道頻率位置，借助不同的極化方式來增加射頻波道數量。頻率再用方案同波道型頻率再用插入波道型頻率再用

2435.3.2微波波道及其頻率配置同波道型頻率再用2445.3.2微波波道及其頻率配置插入波道型頻率再用2455.3.3發信設備直接調制式發信機變頻式發信機

2465.3.3發信設備發信機的主要性能指標工作頻段輸出功率頻率穩定度2475.3.4收信設備收信設備的組成:2485.3.4收信設備收信機的主要性能指標工作頻段收信本振的頻率穩定度噪聲系數通頻帶選擇性收信機的最大增益自動增益控制范圍2495.3.5天饋線系統天饋線系統由饋線、雙工器和天線組成。微波通信中的饋線有同軸電纜和波導管兩種形式。一般在分米波段可以采用同軸電纜，而在厘米波段采用波導管可以降低饋線損耗。對天饋線系統的總體要求是：足夠的天線增益、良好的方向性、低傳輸損耗饋線系統、極小的電壓駐波比。整個天饋線系統應該具有較高的極化去耦度和足夠的機械強度。250本章小結及知識點微波通信的概念和特點微波通信系統的分類及應用微波的視距傳播特性數字微波通信系統的組成數字微波中繼站的中繼方式微波波道及其頻率配置數字微波收發信設備251本章習題解題指導概念部分主要給出對應的知識點，教學中可以指導學生在相關章節中自己歸納。252現代通信技術概論第6章衛星通信系統6.1概述6.2衛星運行軌道6.3衛星通信的多址方式6.4VSAT系統6.5衛星導航定位系統2546.1概述6.1.1衛星通信發展簡史6.1.2衛星通信的特點6.1.3衛星通信的工作頻段6.1.4衛星通信系統的組成6.1.5衛星通信系統的分類2556.1概述衛星通信是指設置在地球上（包括地面、水面和低層大氣中）的無線電通信站之間利用人造地球衛星作中繼站轉發或反射無線電波，在兩個或多個地球站之間進行的通信。衛星通信是在地面微波中繼通信和空間電子技術的基礎上發展起來的一種通信方式，它是宇宙無線通信的主要形式之一，也是微波通信發展的一種特殊形式。2566.1.1衛星通信發展簡史衛星通信的起源2576.1.1衛星通信發展簡史1957年10月，前蘇聯成功發射了世界上第一顆低軌人造地球衛星Sputnik。1958年，美國宇航局發射了“SCORE”衛星，并通過該衛星廣播了美國總統圣誕節祝詞。1962年，美國電話電報公司發射了“電星”，它可進行電話、電視、傳