武漢大學通信原理課件

現(xiàn)代通信技術教材與參考書教材：

紀越峰等，現(xiàn)代通信技術（第2版），北京郵電大學出版社，2006年參考書：

趙宏波卜益民陳鳳娟編著，現(xiàn)代通信技術概論，北京郵電大學出版社，2007.8

樊昌信通信原理(第5版)國防工業(yè)出版社，2003年郭梯云等，移動通信（修訂版），西安電子科技大學出版社，2005年目錄第1章緒論第2章數(shù)字通信技術第3章光纖通信技術第4章微波通信技術第5章衛(wèi)星通信技術第6章無線通信技術第7章移動通信技術1.1基本概念通信：指信息的傳輸與交換。通信的目的：傳遞消息中所包含的信息。消息(message)：是物質(zhì)或精神狀態(tài)的一種反映，例如語音、文字、音樂、數(shù)據(jù)、圖片或活動圖像等。信息(information)：是消息中包含的有效內(nèi)容。實現(xiàn)通信的方式和手段：非電的：如旌旗、消息樹、烽火臺…電的：如電報、電話、廣播、電視、遙控、遙測、因特網(wǎng)和計算機通信等。

自19世紀初電通信技術問世以來，短短的100多年時間里，通信技術的發(fā)展可謂日新月異。“千里眼”、“順風耳”等古人的夢想不但得以實現(xiàn)，而且還出現(xiàn)了許多人們過去想都不曾想過的新技術。回顧通信技術的發(fā)展史有利于我們更好地了解與掌握這門科學知識。下面我們給出通信技術發(fā)展歷史。通信發(fā)展史

1844年，摩爾斯發(fā)明有線電報；

1864年，麥克斯韋爾提出電磁輻射方程；

1876年，貝爾發(fā)明電話；

1896年，馬可尼發(fā)明無線電報；

1906年，發(fā)明了真空管；

1918年，調(diào)幅無線電廣播開播；

1925年，開始采用三路明線載波電話、多路通信；

1936年，調(diào)頻無線電廣播開播；

1960年，發(fā)明激光；

1961年，發(fā)明集成電路；

1962年，發(fā)射第一顆同步通信衛(wèi)星，脈沖編碼調(diào)制進入實用階段；

1960-1970年，彩色電視問世；阿波羅宇宙飛船登月；數(shù)字傳輸?shù)睦碚摵图夹g得到了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)高速數(shù)字電子計算機；

1970-1980年，大規(guī)模集成電路、商用衛(wèi)星通信、程控數(shù)字交換機、光纖通信系統(tǒng)、微處理器等迅速發(fā)展；

1980年以后，超大規(guī)模集成電路、長波長光纖通信系統(tǒng)廣泛應用；綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)崛起。根據(jù)各種通信技術在通信發(fā)展史上的地位、作用以及對人類社會的影響，我們對過去的100多年通信技術的發(fā)展歷史進行了概括性的總結(jié)，認為有10項重大通信技術值得人們紀念：(1)摩爾斯發(fā)明有線電報。有線電報開創(chuàng)了人類信息交流的新紀元。(2)馬可尼發(fā)明無線電報。無線電報為人類通信技術開辟了一個嶄新的領域。(3)載波通信。載波通信的出現(xiàn)，改變了一條線路只能傳送一路電話的局面，使一個物理介質(zhì)上傳送多路音頻電話信號成為可能。(4)電視。電視極大地改變了人們的生活，使傳輸和交流信息從單一的聲音發(fā)展到實時圖像。(5)電子計算機。計算機被公認為是20世紀最偉大的發(fā)明，它加快了各類科學技術的發(fā)展進程。(6)集成電路。集成電路為各種電子設備提供了高速、微小、功能強大的“心”，使人類的信息傳輸能力和信息處理能力達到了一個新的高度。信息技術（InformationTechnology，簡稱IT）是以微電子和光電技術為基礎，以計算機和通信技術為支撐，以信息處理技術為主體的技術系統(tǒng)的總稱，是一門綜合性的技術。電子計算機和通信技術的緊密結(jié)合，標志著數(shù)字化信息時代的到來。信息技術本課程中，“通信”這一術語是指“電通信”，包括光通信，因為光也是一種電磁波。在電通信系統(tǒng)中，消息的傳遞是通過電信號來實現(xiàn)的。盡管在在各國通信網(wǎng)中，模擬通信依然存在，但無疑數(shù)字通信是目前和今后通信技術的發(fā)展方向。1.1.1通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的一般模型信息源（簡稱信源）：把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號，如麥克風。信源可分為模擬信源和數(shù)字信源。發(fā)送設備：產(chǎn)生適合于在信道中傳輸?shù)男盘枴Ｐ诺溃簩碜园l(fā)送設備的信號傳送到接收端的物理媒質(zhì)。分為有線信道和無線信道兩大類。噪聲源：集中表示分布于通信系統(tǒng)中各處的噪聲。通常，按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，相應地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。1.1.2模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型1.模擬信號模擬信號是指代表消息的電信號及其參數(shù)（幅度、頻率或相位）是隨消息連續(xù)變化的信號。其特點是幅度連續(xù)變化，而在時間上可以連續(xù)，也可以不連續(xù)；前者是連續(xù)的模擬信號，后者是離散的模擬信號。2.數(shù)字信號數(shù)字信號是一系列的電脈沖，時間上是離散的，信號參數(shù)（幅度）也不連續(xù)變化。數(shù)字信號是指在時間上和幅度上均取有限離散數(shù)值的電信號，這類電信號常用電壓或電流的脈沖代表。數(shù)字信號與模擬信號的不同點在于數(shù)字信號不直接與消息對應。4.數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)信源編碼與譯碼目的：提高信息傳輸?shù)挠行酝瓿赡?數(shù)轉(zhuǎn)換-信道編碼與譯碼目的：增強抗干擾能力加密與解密目的：保證所傳信息的安全數(shù)字調(diào)制與解調(diào)目的：形成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘柾侥康模菏故瞻l(fā)兩端的信號在時間上保持步調(diào)一致圖:數(shù)字通信系統(tǒng)模型5.數(shù)字通信的特點優(yōu)點抗干擾能力強，且噪聲不積累傳輸差錯可控便于處理、變換、存儲便于將來自不同信源的信號綜合到一起傳輸易于集成，使通信設備微型化，重量輕易于加密處理，且保密性好缺點：需要較大的傳輸帶寬對同步要求高1.1.3通信系統(tǒng)分類與通信方式通信系統(tǒng)的分類按通信業(yè)務分類：電報通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)……按調(diào)制方式分類：基帶傳輸系統(tǒng)和帶通（調(diào)制）傳輸系統(tǒng)。調(diào)制傳輸系統(tǒng)又分為多種調(diào)制，如AM、FM。按信號特征分類：模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)按傳輸媒介分類：有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)按工作波段分類：長波通信、中波通信、短波通信……按信號復用方式分類：頻分復用、時分復用、碼分復用并行傳輸和串行傳輸并行傳輸：將代表信息的數(shù)字信號碼元序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時傳輸

優(yōu)點：節(jié)省傳輸時間，速度快：不需要字符同步措施 缺點：需要n條通信線路，成本高串行傳輸：將數(shù)字信號碼元序列以串行方式一個碼元接一個碼元地在一條信道上傳輸

優(yōu)點：只需一條通信信道，節(jié)省線路； 缺點：速度慢，需要外加碼組或字符同步措施其他分類方式：同步通信和異步通信專線通信和網(wǎng)通信1.1.4通信系統(tǒng)主要性能指標通信系統(tǒng)的主要性能指標：有效性和可靠性有效性：指傳輸一定信息量時所占用的信道資源（頻帶寬度和時間間隔），或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}?？煽啃裕褐附邮招畔⒌臏蚀_程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。模擬通信系統(tǒng)：有效性：用有效傳輸頻帶來度量?？煽啃裕河媒邮斩俗罱K輸出信噪比來度量。碼元速率和信息速率的關系 或 對于二進制數(shù)字信號：M=2，碼元速率和信息速率在數(shù)量上相等。 對于多進制，例如在八進制（M=8）中，若碼元速率為1200B，，則信息速率為3600b/s。頻帶利用率：定義為單位帶寬（1赫茲）內(nèi)的傳輸速率，即 或可靠性：常用誤碼率和誤信率表示。誤碼率誤信率，又稱誤比特率 在二進制中有有效性與可靠性η越大，ηb越大，有效性越好；采用多進制可以提高ηb。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，接收機最終輸出的信號可能是數(shù)字信號也可能是模擬信號。接收機輸出信噪比只適于用來描述傳輸模擬信號的可靠性，傳輸數(shù)字信號的可靠性可用誤碼率來表示。接收機輸出的模擬信號是由數(shù)字信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換得到的，數(shù)字信號的誤碼率越小，所對應的模擬信號的信噪比越大。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，誤碼率越小，可靠性越高。

1.1.5

信息及其度量

(1)離散消息的信息量

某離散消息x發(fā)生的概率為P(x)，則它所攜帶的信息量為I=-logap(x) 當a=e時，信息量的單位為奈特(nit)；當a=2時，信息量的單位為比特(bit)。目前廣泛使用的單位為bit。(2)

離散信源的平均信息量

設信源輸出M個統(tǒng)計獨立的符號x1,x2,…,xM，它們出現(xiàn)的概率分別為P(x1),P(x2),…，P(xM)，則每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值即離散信源的平均信息量為H(x)=-(bit/符號)信源的平均信息量又被稱為信源熵。可以證明:最大信源熵發(fā)生在信源的每個符號等概獨立出現(xiàn)時，最大信源熵為Hmax(x)=log2M(bit/符號)

信道容量是指信道中信息無差錯傳輸?shù)淖畲笏俾?。在信道模型中，我們定義了兩種廣義信道：調(diào)制信道和編碼信道。調(diào)制信道是一種連續(xù)信道，可以用連續(xù)信道的信道容量來表征；編碼信道是一種離散信道，可以用離散信道的信道容量來表征。在此處，我們重點討論連續(xù)信道的信道容量。

(1)離散信道的信道容量根據(jù)奈奎斯特(Nyquist)準則，帶寬為Ｂ的信道，所能傳送的信號最高碼元速率為2B波特(Baud)。因此，無噪聲離散信道的信道容量為

C=2Blog2L(bit/s)

1.1.6信道容量(2)連續(xù)信道的信道容量---香農(nóng)公式帶寬限制在B(Hz)的連續(xù)信道，其輸入信號為x(t)，信道加性高斯白噪聲為n(t)，則信道輸出為y(t)=x(t)+n(t)式中，輸入信號x(t)的功率為S；信道噪聲n(t)的功率為N，n(t)的均值為零，方差為σn2，其一維概率密度函數(shù)為對于頻帶限制在B(Hz)的輸入信號，按照理想情況的抽樣速率2B對信號和噪聲進行抽樣，將連續(xù)信號變?yōu)殡x散信號。此時連續(xù)信道的信道容量為C=maxI(X,Y)RB=max［H(X)-H(X/Y)］·2B=max［H(Y)-H(Y/X)］·2B當x服從高斯分布，其均值為零，方差為σ2時，H(X)和H(Y)可獲得最大熵:連續(xù)信源的相對條件熵為因此連續(xù)信道的信道容量為

C=max［H(Y)-H(Y/X)］·2B上式就是著名的香農(nóng)(Shannon)信道容量公式，簡稱香農(nóng)公式。香農(nóng)公式表明的是當信號與信道加性高斯白噪聲的平均功率給定時，在具有一定頻帶寬度的信道上，理論上單位時間內(nèi)可能傳輸?shù)男畔⒘康臉O限數(shù)值。香農(nóng)公式成立的條件是：信號為高斯分布(此時信源熵最大)，噪聲為高斯白噪聲。

只要傳輸速率小于等于信道容量，則總可以找到一種信道編碼方式，實現(xiàn)無差錯傳輸；若傳輸速率大于信道容量，則不可能實現(xiàn)無差錯傳輸。若噪聲n(t)的單邊功率譜密度為n0，則在信道帶寬B內(nèi)的噪聲功率N=n0B。因此，香農(nóng)公式的另一形式為C=Blog2由香農(nóng)公式可得以下結(jié)論：增大信號功率S可以增加信道容量，若信號功率趨于無窮大，則信道容量也趨于無窮大，即

減小噪聲功率N(或減小噪聲功率譜密度n0)可以增加信道容量，若噪聲功率趨于零(或噪聲功率譜密度趨于零)，則信道容量趨于無窮大，即增大信道帶寬B可以增加信道容量，但不能使信道容量無限制增大。信道帶寬B趨于無窮大時，信道容量的極限值為香農(nóng)公式給出了通信系統(tǒng)所能達到的極限信息傳輸速率，達到極限信息速率的通信系統(tǒng)稱為理想通信系統(tǒng)。但是，香農(nóng)公式只證明了理想通信系統(tǒng)的“存在性”，卻沒有指出這種通信系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。因此，理想通信系統(tǒng)的實現(xiàn)還需要我們不斷努力。

香農(nóng)公式的應用由香農(nóng)公式可以看出：對于一定的信道容量C來說，信道帶寬B、信號噪聲功率比S/N及傳輸時間三者之間可以互相轉(zhuǎn)換。若增加信道帶寬，可以換來信號噪聲功率比的降低，反之亦然。如果信號噪聲功率比不變，那么增加信道帶寬可以換取傳輸時間的減少，等等。如果信道容量C給定，互換前的帶寬和信號噪聲功率比分別為B1和S1/N1，互換后的帶寬和信號噪聲功率比分別為B2和S2/N2，則有B1log2(1+S1/N1)=B2log2(1+S2/N2)由于信道的噪聲單邊功率譜密度n0往往是給定的，所以上式也可寫成

例如：設互換前信道帶寬B1=3kHz，希望傳輸?shù)男畔⑺俾蕿?04b/s。為了保證這些信息能夠無誤地通過信道，則要求信道容量至少要104b/s才行?；Q前，在3kHz帶寬情況下，使得信息傳輸速率達到104b/s，要求信噪比S1/N1≈9倍。如果將帶寬進行互換，設互換后的信道帶寬B2=10kHz。這時，信息傳輸速率仍為104b/s，則所需要的信噪比S2/N2=1倍。

可見，信道帶寬B的變化可使輸出信噪功率比也變化，而保持信息傳輸速率不變。這種信噪比和帶寬的互換性在通信工程中有很大的用處。

例如，在宇宙飛船與地面的通信中，飛船上的發(fā)射功率不可能做得很大，因此可用增大帶寬的方法來換取對信噪比要求的降低。相反，如果信道頻帶比較緊張，如有線載波電話信道，這時主要考慮頻帶利用率，可用提高信號功率來增加信噪比，或采用多進制的方法來換取較窄的頻帶。

前面我們討論的是帶寬和信噪比的互換。此外，帶寬或信噪比與傳輸時間也存在著互換關系。香農(nóng)公式得出的重要結(jié)論①C隨S/N增大而增大；②當n0→0時C→∞，即無干擾信道的信道容量為無窮大；③C隨著B的增大而增大，但不能無限增大，即當B→∞時，C→1.44（S/n0）④C一定時，B與(S/N)可以互換；⑤若信源信息速率Rb≤C，則理論上可以實現(xiàn)無差錯傳輸。若Rb>C，則不可能實現(xiàn)無差錯傳輸。通常，把實現(xiàn)了極限傳輸速率且無差錯(或差錯為任意小)的通信系統(tǒng)，稱為理想通信系統(tǒng)。例1：一個四進制無噪聲數(shù)字信道，帶寬為3000Hz，求該信道的信道容量。解：C=2Blog2L=2×3000×log24=12000bit/s例2：黑白電視圖像每幀含有3×105個像素，每個像素有16個等概出現(xiàn)的亮度等級。要求每秒鐘傳輸30幀圖像。若信道輸出S/N=30dB，計算傳輸該黑白電視圖像所要求的信道的最小帶寬。

解：每個像素攜帶的平均信息量為H(x)=(log216)bit/符號=4bit/符號一幀圖像的平均信息量為I=(4×3×105)bit=12×105bit每秒鐘傳輸30幀圖像時的信息速率為Rb=(12×105×30)bit/s=36Mbit/s令 Rb=C=Blog2（1+S/N）得

即傳輸該黑白電視圖像所要求的最小帶寬為3.61MHz。

1.1.7數(shù)字信號的基本形式和碼型最簡單的數(shù)字信號是二元碼(或稱二進制碼)，這種碼的幅度只取兩種不同的瞬時值。這種二進制碼分為單極性、雙極性和歸零、不歸零四種不同的基本形式。圖:二元碼的四種基本形式在二進制數(shù)字通信系統(tǒng)中，每個碼元或每個符號只能是“1”和“0”兩個狀態(tài)之一。實際通信中也可以有多信號電平系統(tǒng)即對應多進制碼。進制越高，級差越小，抗干擾能力越差。但是進制越高，每個符號所代表的信息量越大。在信息論中對符號所載荷的信息量有嚴格定義。在二進制數(shù)字傳輸中，若數(shù)字序列里1和0的概率各占1／2，并且前后碼元是相互獨立的，序列中每個二進制碼元所載荷的信息量就是1比特；而多進制每個符號所含的信息量將要增加，四電平的符號包含log24=2bit的信息量，八電平的符號包含log28=3bit的信息量。數(shù)字信號碼型

基帶信號的碼型有如下幾種：（1）二元碼：采用兩個電平編出來的碼型。主要有單極性不歸零碼、單極性歸零碼、雙極性歸零碼、雙極性非歸零碼、差分編碼、雙相脈沖編碼等。（2）三元碼：信號的幅度取值為+1、0、-1。如：傳號交替反轉(zhuǎn)碼、HDBn碼等。（3）偽雙極性碼。（4）mBnB碼（分組碼）：把輸入的信息碼流按m個比特為一組然后變換為n個比特。且n＞m。如在光纖通信中常用的5B6B碼。由于傳輸信道中有許多電感、電容原件，因其直流截止特性，對線路傳輸碼型的要求如下：頻譜中不存在直流成分；盡量減少碼型頻譜中的高頻分量；具有一定的抗干擾能力；便于時鐘信號的提??；具有較好的傳輸效率；碼型變換設備簡單，易于實現(xiàn)。1.1.8通信信道(1)通信媒體a.明線b.雙絞線(twistedpair)c.同軸電纜(coaxialcable)d.光纖e.微波通信f.衛(wèi)星通信g.陸地移動通信有線電信道a明線(即平行絕緣線)優(yōu)點：傳輸損耗低缺點：噪聲干擾敏感b對稱電纜

(擰成扭絞狀的電纜)優(yōu)點：較穩(wěn)定缺點：損耗較大c同軸電纜優(yōu)點：外導體接地、屏蔽干擾LAN用基帶：50Ω、93ΩCATV：75Ω圖：對稱電纜結(jié)構(gòu)圖

圖：同軸電纜結(jié)構(gòu)圖

表：幾種有線電纜的特性線路類型頻率范圍/MHz信號衰減電磁干擾UTP電纜(非屏蔽雙絞線

)1~100高一般STP電纜(屏蔽雙絞線

)1~150高小同軸電纜1~1000低小非屏蔽雙絞線(UTP)和屏蔽雙絞線(STP)兩大類：STP外面由一層金屬材料包裹，以減小輻射，防止信息被竊聽，同時具有較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，但價格較高，安裝也比較復雜;UTP無金屬屏蔽材料，只有一層絕緣膠皮包裹，價格相對便宜，組網(wǎng)靈活。除某些特殊場合(如受電磁輻射嚴重、對傳輸質(zhì)量要求較高等)在布線中使用STP外，一般情況下我們都采用UTP?，F(xiàn)在使用的UTP可分為3類、4類、五類和超五類四種。其中：3類UTP適應了以太網(wǎng)(10Mbps)對傳輸介質(zhì)的要求，是早期網(wǎng)絡中重要的傳輸介質(zhì);4類UTP因標準的推出比3類晚，而傳輸性能與3類UTP相比并沒有提高多少，所以一般較少使用;五類UTP因價廉質(zhì)優(yōu)而成為快速以太網(wǎng)(100Mbps)的首選介質(zhì);超五類UTP的用武之地是千兆位以太網(wǎng)(1000Mbps)。d.光纖信道

組成：調(diào)制電信號基帶電信號（原始電信號）基帶電信號（原始電信號）調(diào)制處理光源光調(diào)制器光纖線路光檢測器解調(diào)處理產(chǎn)生載波光調(diào)制電信號表：無線電波波段的劃分

表：微波頻段的劃分

電磁波的傳播速度與其頻率f、波長又有下列固定關系：若微波是在真空中傳播，則速度為：e.無線視距中繼信道——超短波、微波

例地面微波接力兩個地面站之間傳送距離：50-100km地球地面站之間的直視線路

微波傳送塔圖:微波中繼信道的構(gòu)成

微波中繼通信是利用微波作為載波并采用中繼（接力）方式在地面上進行的無線電通信。微波頻段的波長范圍為lm～1mm，頻率范圍為300MHz～300GHz，微波通信是在第二次世界大戰(zhàn)后期開始使用的無線電通信技術，經(jīng)過50年的發(fā)展已經(jīng)獲得廣泛的應用。微波通信分為模擬微波通信和數(shù)字微波通信兩類。模擬微波通信早已發(fā)展成熟，并逐漸被數(shù)字微波通信取代，數(shù)字微波通信已成為一種重要的傳輸手段，并與衛(wèi)星通信，光纖通信一起作為當今三大傳輸手段。圖:二頻制或四頻制頻率配置方式

微波中繼信道具有傳輸容量大、長途傳輸質(zhì)量穩(wěn)定、節(jié)約有色金屬、投資少、維護方便等優(yōu)點。因此，被廣泛用來傳輸多路電話及電視等。二頻制方案是每個中間站的兩個通信方向的收發(fā)頻率均相同，但收發(fā)頻率逐站更換一次。其優(yōu)點是占用頻帶窄(頻譜利用率高)，缺點是存在反向干擾和越站同頻干擾問題。采用四頻制方案時，沒有反向干擾問題，但仍然存在越站同頻干擾問題，且其占用頻帶比二頻制方案寬一倍。使用微波頻段使用轉(zhuǎn)發(fā)器接收和轉(zhuǎn)發(fā)地面站地球地面站f.衛(wèi)星中繼通信若以靜止衛(wèi)星作為中繼站，采用三個相差120°的靜止通信衛(wèi)星就可以覆蓋地球的絕大部分地域(兩極盲區(qū)除外)，如圖所示。若采用中、低軌道移動衛(wèi)星，則需要多顆衛(wèi)星覆蓋地球。所需衛(wèi)星的個數(shù)與衛(wèi)星軌道高度有關，軌道越低所需衛(wèi)星數(shù)越多。目前衛(wèi)星中繼信道主要工作頻段有：L頻段(1.5/1.6GHz)、C頻段(4/6GHz)、Ku頻段(12/14GHz)、Ka頻段(20/30GHz)。衛(wèi)星中繼信道的主要特點是通信容量大、傳輸質(zhì)量穩(wěn)定、傳輸距離遠、覆蓋區(qū)域廣等。另外，由于衛(wèi)星軌道離地面較遠信號衰減大，電波往返所需要的時間較長。對于靜止衛(wèi)星，由地球站至通信衛(wèi)星，再回到地球站的一次往返需要0.26s左右，傳輸話音信號時會感覺明顯的延遲效應。目前衛(wèi)星中繼信道主要用來傳輸多路電話、電視和數(shù)據(jù)。

g.陸地移動信道陸地移動通信工作頻段主要在VHF(甚高頻,30~300MHz)和UHF(特高頻,300MHz~3GHz)頻段，電波傳播特點是以直射波為主。但是，由于城市建筑群和其他地形地物的影響，電波在傳播過程中會產(chǎn)生反射波、散射波以及它們的合成波，電波傳輸環(huán)境較為復雜，因此移動信道是典型的隨參信道。

圖:移動信道的傳播路徑

(2)復用技術“復用”是一種將若干彼此獨立的信號合并為一個可在同一信道上傳輸?shù)膹秃闲盘柕姆椒?。為了使若干個這種信號能在同一信道上傳輸，可以使他們的頻譜調(diào)制到不同的頻段，合并在一起而不致相互影響，并能在接收端彼此分離開來。常見的信道復用采用按頻率區(qū)分，按碼序列區(qū)分或按時間區(qū)分信號。按頻率區(qū)分信號的方法稱為頻分復用(FDM)；按時間區(qū)分信號的方法稱為時分復用(TDM)；按碼序列區(qū)分的方法稱為碼分復用（CDM）。

頻分多路復用（FDM）

FDM的基本原理FDM是把一條公共信道上可用的傳輸頻段分割成多個較窄的頻帶，并使每個窄帶都變成為一個獨立信道的復用技術。即由將不同的信號由不同的頻段傳輸，使得數(shù)個信號能在同一時間由同一媒介傳輸。調(diào)制設備可將每一信號移動到它被允許使用的頻段。復用設備可將調(diào)制后的信號合并，再經(jīng)由同一媒介傳送。FDM的特點FDM的主要優(yōu)點是容易實現(xiàn)，技術成熟，能較充分地利用信道帶寬。但其缺點也是明顯的。因為，保護頻帶占用了一定的信道帶寬，從而大大降低了FDM的效率；信道的非線性失真改變了它的實際頻率特性，易造成串音和互調(diào)噪聲干擾；所需設備隨輸入路數(shù)增加而增多，不易小型化；FDM不提供差錯控制技術，不便于性能監(jiān)測。

頻分多路復用（FDM）

時分多路復用（TDM）

TDM的原理

TDM是一種按規(guī)定的時間間隔，并在時間上相互錯開，在一條公共信道上傳輸多路信號的復用技術。TDM的特點

TDM的主要優(yōu)點是：不存在保護頻帶，可有效地提高信息傳輸效率；信道占用頻帶窄，容量大。其主要缺點是：通信雙方時隙必須嚴格保持同步。碼分復用是指利用一組正交碼序列來區(qū)分各路信號，它們占用的頻帶和時間都可重疊。實現(xiàn)碼分復用的理論依據(jù)是利用自相關函數(shù)抑制互相關函數(shù)的特性來選取正交信號碼組中的所需信號，因此，碼分復用也稱為正交復用。信道的效率高，系統(tǒng)的容量大適合現(xiàn)代移動通信網(wǎng)所要求的大容量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務、軟切換等，正受到越來越多的運營商和用戶的青睞。

碼分多路復用（CDM）

通信網(wǎng)是指由一定數(shù)量的節(jié)點（包括終端設備和交換設備）和連接節(jié)點的傳輸鏈路相互有機的組合在一起，以實現(xiàn)兩個或多個規(guī)定點間信息傳輸?shù)耐ㄐ朋w系。1.1.9通信網(wǎng)(1)通信網(wǎng)的組成通信網(wǎng)組成的基本要素（硬件）是：終端設備、傳輸鏈路、轉(zhuǎn)接交換設備。終端設備是通信網(wǎng)中的源點和終點。其主要功能在于將輸入信息變換為易于在信道中傳送的信號，并參與控制通信工作。

不同的通信業(yè)務有不同的終端。一般有電話、數(shù)字、數(shù)據(jù)、圖像和多媒體終端。傳輸鏈路是網(wǎng)絡節(jié)點的鏈接媒體，也是信息與信號的傳輸通路。它由傳輸介質(zhì)和各種通信裝置組成。傳輸鏈路具有波形變換、調(diào)制解調(diào)、多路復用，收發(fā)信等功能。

傳輸介質(zhì)分為有線或無線傳輸線路，如明線、電纜、載波傳輸線路，PCM傳輸系統(tǒng)、數(shù)字微波傳輸系統(tǒng)、光纖傳輸系統(tǒng)和衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)等。交換設備是通信網(wǎng)的核心，其功能為交換、控制、管理及執(zhí)行等。(2)通信網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)①星形網(wǎng)：每一個終端均通過單一的傳輸鏈路與中心交換節(jié)點相連，②樹形網(wǎng)：是一種分層結(jié)構(gòu)，適用于分級控制的系統(tǒng)。③網(wǎng)狀網(wǎng)：點點相連，安全性高，鏈路數(shù)多。④環(huán)形網(wǎng)：三個以上的節(jié)點用閉合環(huán)路形式組成。⑤總線型網(wǎng)：通過總線把各節(jié)點連接起來，從而形成一條共享信道。結(jié)構(gòu)簡單、擴展方便。⑥復合型網(wǎng)：該網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)是現(xiàn)實中最常見的一種形式。其特點是將網(wǎng)狀網(wǎng)和星形網(wǎng)結(jié)合。通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)(a)通信網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)(b)網(wǎng)狀型網(wǎng)

如果一個網(wǎng)絡只連接幾臺設備,最簡單的方法是將它們都直接相連在一起，這種連接稱為點對點連接。用這種方式形成的網(wǎng)絡稱為全互連網(wǎng)絡(網(wǎng)狀型網(wǎng))，如下圖所示。圖中有6個設備，在全互連情況下，需要15條傳輸線路。如果要連的設備有n個，所需線路將達到n(n-1)/2條！顯而易見，這種方式只有在涉及地理范圍不大，設備數(shù)很少的條件下才有使用的可能。即使屬于這種環(huán)境,，在LAN技術中也不使用。這里所以給出這種拓撲結(jié)構(gòu)，是因為當需要通過互連設備(如路由器)互連多個LAN時,將有可能遇到這種廣域網(wǎng)(WAN)的互連技術。星型網(wǎng)

星型結(jié)構(gòu)是最古老的一種連接方式，大家每天都使用的電話都屬于這種結(jié)構(gòu)，如下圖所示。其中,圖(a)為電話網(wǎng)的星型結(jié)構(gòu),圖(b)為目前使用最普遍的以太網(wǎng)(Ethernet)星型結(jié)構(gòu),處于中心位置的網(wǎng)絡設備稱為集線器,英文名為Hub。

(a)電話網(wǎng)的星型結(jié)構(gòu)

圖(a)電話網(wǎng)的星型結(jié)構(gòu)圖(b)以Hub為中心的結(jié)構(gòu)(b)以Hub為中心的結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)便于集中控制,因為端用戶之間的通信必須經(jīng)過中心站。由于這一特點，也帶來了易于維護和安全等優(yōu)點。端用戶設備因為故障而停機時也不會影響其它端用戶間的通信。但這種結(jié)構(gòu)非常不利的一點是：中心系統(tǒng)必須具有極高的可靠性，因為中心系統(tǒng)一旦損壞，整個系統(tǒng)便趨于癱瘓。對此中心系統(tǒng)通常采用雙機熱備份，以提高系統(tǒng)的可靠性。

這種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的一種擴充便是星型樹：每個Hub與端用戶的連接仍為星型，Hub的級連而形成樹。然而，Hub級連的個數(shù)是有限制的,并隨廠商的不同而有變化。另外，以Hub構(gòu)成的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，雖然呈星型布局，但它使用的訪問媒體的機制卻仍是共享媒體的總線方式。環(huán)型網(wǎng)

環(huán)型結(jié)構(gòu)在LAN中使用較多。這種結(jié)構(gòu)中的傳輸媒體從一個端用戶到另一個端用戶,直到將所有端用戶連成環(huán)型,如圖所示。這種結(jié)構(gòu)消除了端用戶通信時對中心系統(tǒng)的依賴性。

環(huán)行結(jié)構(gòu)的特點是，每個端用戶都與兩個相臨的端用戶相連，因而存在著點到點鏈路，但總是以單向方式操作。于是,便有上游端用戶和下游端用戶之稱。例如上圖中,用戶N是用戶N+1的上游端用戶，N+1是N的下游端用戶。如果N+1端需將數(shù)據(jù)發(fā)送到N端，則幾乎要繞環(huán)一周才能到達N端。

環(huán)上傳輸?shù)娜魏螆笪亩急仨毚┻^所有端點，因此，如果環(huán)的某一點斷開，環(huán)上所有端間的通信便會終止。為克服這種網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的脆弱，每個端點除與一個環(huán)相連外，還連接到備用環(huán)上，當主環(huán)故障時，自動轉(zhuǎn)到備用環(huán)上。

總線型網(wǎng)

總線結(jié)構(gòu)是使用同一媒體或電纜連接所有端用戶的一種方式，也就是說，連接端用戶的物理媒體由所有設備共享，如下圖所示。

使用這種結(jié)構(gòu)必須解決的一個問題是確保端用戶使用媒體發(fā)送數(shù)據(jù)時不能出現(xiàn)沖突。在點到點鏈路配置時,這是相當簡單的。如果這條鏈路是半雙工操作，只需使用很簡單的機制便可保證兩個端用戶輪流工作。在一點到多點方式中，對線路的訪問依靠控制端的探詢來確定。然而，在LAN環(huán)境下,由于所有數(shù)據(jù)站都是平等的，不能采取上述機制。對此，研究了一種在總線共享型網(wǎng)絡使用的媒體訪問方法：帶有碰撞檢測的載波偵聽多址訪問,英文縮寫成CSMA/CD(CarrierSenseMultipleAccess/CollisionDetect)。CSMA/CD這種結(jié)構(gòu)具有費用低、數(shù)據(jù)端用戶入網(wǎng)靈活、站點或某個端用戶失效不影響其它站點或端用戶通信的優(yōu)點。缺點是一次僅能一個端用戶發(fā)送數(shù)據(jù)，其它端用戶必須等待到獲得發(fā)送權。媒體訪問獲取機制較復雜。盡管有上述一些缺點，但由于布線要求簡單，擴充容易，端用戶失效、增刪不影響全網(wǎng)工作，所以是網(wǎng)絡技術中使用最普遍的一種。

網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)舉例：某市社會保險基金管理局通信網(wǎng)作為醫(yī)療保險業(yè)務通信網(wǎng)的主干網(wǎng)絡，是一個以星型結(jié)構(gòu)為主的基于IP技術的通信網(wǎng)絡。該市社會保險基金管理局是網(wǎng)絡的中心匯聚節(jié)點，全市36個節(jié)點各通過2MMSTP/SDH數(shù)字電路與中心節(jié)點連接。來自各網(wǎng)點的電路，經(jīng)電信MSTP/SDH網(wǎng)絡匯聚成100M以太網(wǎng)口，接入該市社會保險基金管理局。組網(wǎng)方式如下圖所示：

MSTP（Multi-ServiceTransferPlatform）（基于SDH的多業(yè)務傳送平臺）是指，基于SDH平臺同時實現(xiàn)TDM、ATM、以太網(wǎng)等業(yè)務的接入、處理和傳送，提供統(tǒng)一網(wǎng)管的多業(yè)務節(jié)點。如上圖所示，該市社會保險基金管理局采用單星型網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)組建市醫(yī)療保險骨干通信網(wǎng)，在市社會保險基金管理局（中心點）設置核心層節(jié)點，36個醫(yī)療機構(gòu)作為邊緣層節(jié)點分別通過中國電信2MMSTP/SDH數(shù)字電路與數(shù)據(jù)中心相連。MSTP/SDH作為OSI七層模型中的第二層通信協(xié)議，為上層數(shù)據(jù)信息提供了透明的傳輸通道。IP層協(xié)議包括BGP、OSPF等路由協(xié)議，這些三、四層協(xié)議是構(gòu)建在二層的MSTP/SDH數(shù)字電路連接的基礎上，與二層的MSTP/SDH數(shù)字電路是相對獨立的。因此選擇MSTP/SDH數(shù)字電路組建骨干通信網(wǎng)，完全能夠支持上層路由協(xié)議的靈活選擇。①縱向分層的觀點②水平描述水平描述是基于用戶接入網(wǎng)絡實際的物理連接來劃分的，可分為核心網(wǎng)、接入網(wǎng)和用戶駐地網(wǎng)，或局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)等。圖:垂直觀點的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)(3)通信網(wǎng)的分層結(jié)構(gòu)1.1.10通信協(xié)議(1)協(xié)議概念和層次結(jié)構(gòu)協(xié)議是指系統(tǒng)間互換數(shù)據(jù)的一組規(guī)則，主要是關于相互交換信息的格式、涵義、節(jié)拍等。協(xié)議分層總括起來有以下好處：①各層之間是獨立的，任何一層不需知道下面一層是如何實現(xiàn)的，只需知道下一層所提供的服務和本層向上一層所提供的服務；②靈活性好，任何一層發(fā)生變化，只要接口關系保持不變，其他各層均不受影響；③結(jié)構(gòu)上可以隔開，各層都可采用最合適的技術來實現(xiàn)；④易于實現(xiàn)和維護。⑤促進標準化工作。每一層功能所提供的服務都有精確說明。①語法：信息與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式。②語義：需要發(fā)出何種控制信息、完成何種動作，以及做出何種應答。③同步：事件實現(xiàn)的