导图社区 通信导论思维导图
- 180
- 3
- 1
- 举报
通信导论思维导图
通信原理，通信基础知识，交换技术，光纤通信，数字复接技术，复用技术知识点总结。 框架清晰，内容丰富，希望对小伙伴有所帮助~
编辑于2022-10-24 18:05:09 北京市- 通信原理
- 光纤通信
- 通信导论
- 相似推荐
- 大纲
通信原理 通信2201 刁明轩
通信基础知识
消息，信息，信号
消息：通信系统传输的对象，信息的载体
离散消息：文字，数据，符号等
连续消息：语音，温度，活动图片等
信息：消息中包含的有效内容
信息及其度量
信息量I：传输信息的多少
a=2，单位为比特(b)
a=e，单位为奈特(nat)
a=10，单位为哈特莱(Hartley)
平均信息量：H(信息源的熵)
每个符号等概率出现时H取到最大值
单位：(b/符号)
音频信息
音频信息主要是指由自然界中各种音源发出的可闻声和由计算机通过专门设备合成的语音或音乐
音频信号是随时间变化的连续媒体，对音频信号的处理要求有较强的时序性，较小的延时和延时抖动。
视频信息
视频信息即活动或运动的图像信息，它由一系列周期呈现的画面组成，每幅画面称为一帧，帧是构成视频信息的最基本单元
信号：消息的传输载体
模拟信号：载荷消息的信号参量取值是连续的(不可数，无穷多)
离散信号：载荷消息的信号参量取值只有有限个取值
模拟信号数字化
抽样
抽样频率必须选得大于信号频谱最高频率的两倍
量化
按预先规定的有限个电平来表示模拟信号抽样值的过程
编码
将离散值变成二进制码流的过程
通信系统的基本模型
信源
把各种信号转换成原始电信号
发送设备
产生适合于在信道中传输的信号
信道
物理媒介，将来自发送设备的信号传输到接收端
噪声源
分散在通信系统各处的噪声的集中表示
接收设备
将信号放大与反变换
信宿
把原始电信号还原成相应的消息
模拟通信系统
调制器
基带信号 to 带通信号(已调信号)
解调器
带通信号(已调信号) to 基带信号
信源
连续消息 to 原始电信号(基带信号)
音频信息按照表示媒体的不同分类
语音
音乐声
效果声
信宿
原始电信号(带通信号) to 连续消息
数字通信系统
信源编码
提高信息传输的有效性
通过某种压缩编码技术设法减少码元数目以降低码元速率
完成模/数转换(A/D转换)
将模拟信号转变为数字信号
信道编码
提高信息传输的可靠性
对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分(监督码元)
加密
保证所传信息的安全
人为扰乱传输的数字序列
数字调制
基带信号 to 带通信号
优缺点
优点
抗干扰能力强，噪声不积累
具有较好的保密性和可靠性
便于进行信息加工和处理
能够传输话音，电视等多种信息
增加了通信系统的灵活性与通用性
缺点
频带利用率低
通信方式
单工，半双工，全双工
单工
消息只能单方向传输
半双工
通信双方都可以收发消息，但不能同时进行收和发
全双工
通信双方可同时收发消息
并行，串行
串行传输
将数字码元序列以串行方式一个码元一个码元地在一条信道上传输 多用于远距离传输
优点：需要的线路铺设费用低
缺点：速度慢，需要外加同步措施以解决收、发双方码组或字符的同步问题
异步传输
字符前后加入“起”“止”信号
容易实现，不需要收发双方时钟信号同步
对每个字符都要加入“起”“止”码元，传输效率降低
同步传输
用固定的时钟节拍来发送信号
帧同步
字符同步
并行传输
将代表信息的数字码元序列以成组的方式在两条及以上的并行道上同时传输 多用于设备之间的近距离传输
优点：节省传输时间，速度快
缺点：成本较高
通信系统的分类
通信系统的性能指标
模拟通信系统的性能
有效性
有效带宽
可靠性
输出信噪比
数字通信系统的性能指标
传输速率
码元传输速率
码元是携带信息的数字单元
一个码元脉冲代表的比特信息量为(M为进制数)
单位时间内信道所传输的码元数目
(T为码元宽度)
信息传输速率
单位时间内系统传输的信息量
传输差错率
误码率
系统传错的码元数n与传输的总码元数N的比值
误比特率
系统传错信息的比特数与传输的总信息比特数的比值
信噪比
衡量系统抗噪声干扰能力的重要指标
输出信号的平均功率与输出噪声平均功率的比值
系统的频带利用率
反映了通信系统对频带资源的利用水平和有效程度
真正衡量了通信系统的有效性
通信网
通信网的基本概念
通信网是指由一定数量的节点（包括终端设备和交换设备）和连接节点的传输链路相互有机地组合在一起，以实现两个或多个规定点间信息传输的通信体系。
通信网的功能：适应用户呼叫的需要，以用户满意的程度传输网内任意两个或多个用户之间的信息。
通信网的构成要素
终端设备
用户与通信网之间的接口设备
功能
将待传送的信息和传输链路上传送的信号进行相互转换，在发送端将信源产生的信息转换成适合于传输链路上传送的信号，在接收端则完成相反的变换；
对信号进行处理，使其与传输链路相匹配，由信号处理设备完成；
完成信令的产生和识别，即用来产生和识别网内所需的信令，以完成一系列控制作用。
分类
音频通信终端
模拟电话机，录音电话机，投币电话机，磁卡电话机，IC卡电话机，数字电话机，手机
图形图像通信终端
传真机，扫描仪+多媒体计算机+打印机
视频通信终端
电视摄像头，摄像头，电视接收机，视频监视器，计算机显示器
数据通信终端
ISDN路由器，ISDN小交换机，ISDN终端适配器，ISDN数字电话机
多媒体通信终端
多媒体计算机终端，机顶盒，可视电话终端
传输链路
网络节点的连接媒体，也是信号和信息的传输通路，除了主要对应通信系统模型中的信道部分之外，还包括一部分变换和反变换装置（线路接口设备、传输媒介、交叉连接设备等）。一个主要的设计目标就是提高物理线路的使用效率，因此通常传输系统都采用多路复用技术，如 FDM 、 TDM 、 WDM 等。
交换设备
负责集中、转发终端节点产生的用户信息，但它自己并不产生和使用这些信息
通信网的基本组网结构
网状型
网内任何两个节点之间均有直达线路相连
如果有N个节点，传输链路数为
优缺电
优点
稳定性好
缺点
冗余度较大，线路利用率不高，经济性较差
适用于局间业务量较大或分局量较少的情况
网孔型
网状型的一种变型
一小部分节点可能没有线路直接相连
可适当节省一些线路，提升线路利用率
经济型提高，稳定性降低
星型
将一个节点作为辐射点，该点与其他节点均有线路相连
辐射点就是转接交换中心
N个节点的星型网至少需要N-1条传输链路
优缺点
优点
传输链路少，线路利用率高，经济性较好
缺点
稳定性低，交换设备一旦故障，对可靠性影响很大
复合型
由网状型和星型网复合而成
以星型网为基础，在业务量较大的转接交换中心区采用网状型
兼顾经济型和可靠性
总线型
所有节点都连接在1条公共传输通道上
优缺点
缺点
某一时刻只能有1个通信设备发送信息，稳定性较差，网络范围受限制
优点
需要的传输链路少，增减节点方便
环型
首尾相连的网络结构
结构简单，易于实现，可采取自愈环对网络进行自动保护，稳定性较高
线型
首尾不相连的网络结构
常用于SDH(同步数字体系)传输网
树型
星型网拓扑结构的扩展，节点按层次进行连接
用于用户接入网或用户线路网
通信网的质量要求
接通的任意性与快速性
最基本的要求
网内的一个用户可以快速地接通网内任一其他用户
影响因素
通信网的拓扑结构
通信网的网络资源
通信网的可靠性
信号传输的透明性与传输质量的一致性
透明性：在规定业务范围内的信息都可以在网内传输，对用户不加任何限制。
一致性：网内任何两个用户通信时，应具有相同或相似的传输质量，而与用户之间的距离无关
网络的可靠性与经济合理性
可靠性
绝对可靠的网是不存在的
所谓可靠是指在概率意义上，使平均故障间隔时间（两个相邻故障间隔时间的平均值）达到要求。
经济合理性
两者必须根据实际情况折中和平衡
通信业务
通信业务通信业务是最直接面向用户的——通信的目的是为用户提供所需的各类通信业务，满足用户对不同业务服务质量的需求。
通信业务分类
模拟与数字视音频业务（如普通电话业务、智能网业务、IP 电话业务、广播电视业务等）
数据通信业务（如网络商务、电子邮件）
多媒体通信业务（如分配型业务和交互型业务）
通信协议
基本概念
系统之间互换数据的一组规则，主要关于交换信息的格式，含义，节拍
协议三要素
语法
“如何讲”，数据和控制信息的格式，编码和信号等级(电平的高低)等
语义
“讲什么”，数据的内容，含义以及用于协调和差错处理的控制信息
定时
速率匹配和排序等
分层结构
设计原则
网络中各个节点具有相同的层次，而相同的层次具有相同的功能
低层对高层要具有透明性
各个层次间的差别要明显，层间交互作用尽可能少
在需要的地方可以设置子层，在不需要某层时允许数据穿越子层
在同一节点相邻层间设置接口通信，不同节点的对等层间的通信采用相同的协议
层次不能太多
作用
每一层相对独立
对等层完成相应功能
下一层为上一层提供服务
开放系统互连OSI参考模型
应用层
提供各种应用——文件传输、电子邮件、万维网等
表示层
数据转换、压缩与解压缩、加密与解密
会话层
建立传输规则，传输内容
传输层
流量控制、查错与错误处理
网络层
确定传送地址、选择传输路径
数据链路层
信号同步、差错校验、流向控制
物理层
传输信息的介质、将数据以实体呈现并传输的规格、接插件的规格
常用设备
网卡
工作在物理层，数据链路层
集线器
多端口的局域网设备
工作在物理层
交换机
工作在数据链路层
路由器
多端口设备
工作在网络层
连接方式：计算机->集线器->交换机->路由器->Internet
标准化组织
国际标准化组织ISO
国际电信联盟ITU
电信标准化部门TSS
无线电通信部门RS
电信发展部门TDS
美国电气电子工程师学会IEEE
互联网工程任务组IETF
美国联邦通信委员会FCC
交换技术
概念
交换设备：完成任意两个用户之间的交换信息的任务
基本功能
能正确接收和分析来自 UNI 或 NNI 的呼叫信令、地址信令
能按目的地址正确地进行路由选择，并通过 NNI 转发信号
能控制连接的建立与拆除
在连接交换设备上的任意的入线和出线之间建立连接，或者说是将入线上的信息分发到出线上去
分类
电路交换
面向连接（物理连接）
一般用于电话交换，也可用于数据交换
优缺点
优点：实时性好，只要允许建立连接，就可保证通信质量
缺点：固定分配带宽，资源利用率低，灵活性差
当节点使用电路交换技术时，可构成 PSTN 、移动通信网
适用于传输信息量大、通信对象比较确定的用户
储存——转发交换
报文交换
属于“存储-转发”交换方式，不需要提供通信双方的物理连接
原理：当用户的报文到达交换机时，先将接收的报文暂时存储在交换机的存储器（内存或外存）中，当所需要的输出电路有空闲时再将该报文发向接收交换机或用户终端
以报文为单位进行信息的接收、存储和转发
报头或标题：包括源地址、目的地址和其他辅助的控制信息等
报文正文：传输用户信息
报尾：表示报文的结束标志，若报文长度有规定则可省去此标志
分组交换
把要传送的数据信息分割成若干个比较短的、规格化的数据段，这些数据段称为“分组”（或称包），然后加上分组头；在接收端，将这些“分组”按顺序进行组合，还原成原数据信息
由于分组的长度较短，具有统一的格式，便于在交换机中存储和处理，“分组”进入交换机后只在主存储器中停留很短的时间进行排队和处理，一旦确定了新的路由，就很快传输到下一个交换机或用户终端
分组由分组头和其后的用户数据部分组成的，分组头含有接收地址和控制信息
分组交换与报文交换的比较
优缺点
优点
传输质量高，分组交换机具有差错控制、流量控制等功能
可靠性高，报文中的每个分组可以自由选择传输途径，即使网中发生故障，也不会造成通信中断
为不同类型的终端相互通信提供方便
传输时延较小，能满足通信实时性要求
可实现分组多路通信
经济性好
缺点
分组传输时需要加入头部信息，降低了传输效率
要求交换机具有较高的处理能力
传输方式
数据报方式
无连接方式；不需要建立连接，各分组按分组头中的地址信息自由选择路由到达终端
虚电路方式
面向连接方式；但与电路交换不同，它建立的是逻辑信道，利用虚电路标识号传送分组
比较
帧方式——快速分组交换
帧交换
差错控制，流量控制
帧中继
差错检测
在ISO参考模型的第2层（即数据链路层上）使用简化的方式传送和交换数据单元的一种方式。由于数据链路层的数据单元一般称作帧，故称这种方式为帧方式
比较
ATM交换——宽带交换
软交换
光交换
光纤通信
光纤通信的概念
概念
以光波为载频，以光导纤维为传输媒质的一种通信方式
光源
激光器
激光好
单色性好
发散角小
相干性好
方向性强
汇聚性好
亮度集中
普通光不好
非相干光
谱线很宽
空间发散
方向性差
难以汇聚
强度不高
光纤
光导纤维
纤芯
由高度透明的材料构成
包层
其折射率略小于纤芯，从而可以形成光波导效应，使大部分光被束缚在纤芯中传播
涂敷层
增强光纤的柔韧性
光纤的导光原理
光纤的传输特性
损耗
光波在光纤中传输时，随着传输距离的增加，光功率会不断下降，光纤对光波产生的衰减作用称为光纤的损耗
对于评价光纤质量和确定光纤通信系统的中继距离有决定性的作用
损耗类型
吸收损耗
散射损耗
附加损耗
波导损耗
由于光纤结构的不完善造成的损耗
瑞利损耗
由于材料密度不均匀造成的损耗
吸收损耗
材料共振(红外/紫外吸收)或者杂质吸收造成的损耗
非线性损耗
由于光纤非线性拉曼散射和非线性布里渊散射过程中引起的损耗
传播损耗的度量
光纤衰减系数
用于描述光在介质波导传播过程中光强随传输距离变化关系的物理量，定义为单位长度光纤引起的光功率衰减
色散
衡量光纤通信线路传输质量好坏
光纤色散是指由于光纤所传输的信号是由不同频率成分和不同模式成分所携带的，由于不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同，从而导致信号畸变的一种物理现象
在数字光纤通信系统中，色散使光脉冲发生展宽。随着传输距离的增加，光纤色散会引起码间串扰，增加误码率，减小信号传输的带宽，从而限制了系统的通信容量和传输距离
非线性效应
光纤的非线性效应是指发生在光纤内部的各种非线性光学过程
发生的条件
传光功率强
有效面积小
光纤距离长
光纤距离长光纤中的非线性效应对光纤通信系统的作用
引起传输信号的附加损耗
WDN 系统中信道之间的串扰
信号載波的移动
非线性和色散相互作用可以形成光孤子
可被利用来开发放大器、调制器等新型器件
光纤通信的工作波长
光纤通信的3个低损耗窗口
光纤通信
短波长波段：
长波长波段
光纤通信系统的组成
数字复接技术
概念
解决PCM信号由低次群到高次群，把PCM数字信号由低次群逐级合成为高次群以适于在高速线路中传播
把2个或2个以上的分支数字信号按时分复用方式汇接成单一的复合数字信号
将几个低次群在时间空隙上迭加合成高次群
几路经PCM复用后的数字信号再进行时分复用，形成更多路的数字通信系统
经过数字复接后的信号的数码率提高了，但是每一个基群编码速度没有提高，实现起来容易
本质上与时分复用相同，所不同的是，对于数字复接设备，要求参与处理和处理后的信号都是数字信号，而时分复用设备没有此要求
按位复接
按字复接
同步复接与异步复接
同步复接
用一个高稳定的主时钟来控制被复接的几个低次群，使它们的数码率统一在主时钟的频率上，这样就能达到系统同步的目的
异步复接
各低次群使用各自的时钟，这就使得各低次群的时钟速率不一定相等，因此先要进行码速调整，使各低次群同步后再实施同步复接。
两者均需要进行码速调整
同步复接的码速调整与恢复
插入一定数量的附加码
帧同步码
对端警告码
邻站检测和勤务联系等业务码
异步复接的码速调整与恢复
正脉冲调整
正/负码速调整
正/零/负码速调整
脉冲插入同步法的基本做法是人为地再各支路信号插入一些脉冲，通过控制插入脉冲的多少来使各个支路信号的瞬时数码率达到一致
准同步数字体系与同步数字体系
PDH
高次群的速率不是低次群的速率的整数倍
三种地区标准，难以国际互通
光接口不规范，无法横向兼容
人工连接配置，监控开销不足
采取异步复用方式，导致低速信号再高速信号帧结构中的位置无规律，固定，即无法预知，故不能从高速信号中直接分离低速信号
SDH
一套可进行同步信息传输，复用，分插和交叉连接的标准化数字信号的结构等级
帧结构
帧结构的功能区域
SDH的基本复用映射结构
基本单元+处理步骤
映射
在SDH网络边界处把支路信号适配装入相应虚容器的过程
定位
将帧偏移信息收入支路或管理单元
复用
把多个低阶通道层信号适配进高阶通道层或者把高阶通道层信号适配进复用段层的过程
指针
一种指示符，其值定义为虚容器相对于支持它的传送实体的帧参考点的帧偏移
作用
当网络处于同步工作状态时，指针用来进行同步信号间的相位校准
当网络失去同步时，指针用作频率和相位校准；当网络处于异步工作时，指针用作频率跟踪校准
容纳网络中的频率抖动和谋移
分类
AU-4
TU-3
TU-12
H4
表示TU-12复帧位置的指示字节
SDH复用映射结构
通用
中国
规定以2.048Mbit/s为基础的PDH系列作为SDH的有效负荷，选用AU-4复用路线
主要优点
系列标准规范，接口统一兼容
复用映射结构，同步透明灵活
开销信息丰富，网管能力强大
指针定位调整，支持自愈组网
不足
频带利用率低
抖动性能恶劣
软件权限过大
无法实现定时信息的传送
IP业务对SDH网络结构的影响
核心特点
同步复用
强大的网络管理能力
统一的光接口和复用标准
复用技术
概念
复用就是把多个信号组合起来在一条物理信道上传输，其目的是为了提高信道的利用率，使多个信号沿同一条信道传输而互不干扰
频分复用(FDM)
频分复用(FDM)
将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频道(子信道)，每个子信道传输一路信号
传输媒介的可用带宽必须超过各路信号所需带宽总和
正交频分复用(OFDM)
把一串高速数据流分解为若干个速率低得多的子数据流
频域划分为多个相互重叠且正交的子信道，将子数据流放置在对应的子载波上
将多个子载波合成，一起并行传输
时分复用(TDM)
PCM30/32路系统
帧 路时隙 位时隙
帧
抽样时各路信号每轮一次抽样的总时间内的全部信号构成的图案称为一帧
位时隙
合成的PAM信号每个样值编码所允许占用的时间间隔
路时隙
1比特占用的时间
整个系统共分为32个路时隙，其中30个时隙用来传送30路话音信号，1个路时隙用来传送帧同步码，1个路时隙用来传送业务信令码
帧同步时隙：
奇数帧
*1A11111
*供国际通信用
1用以区别偶数帧的0
A用做远端告警
正常状态下为0
告警状态下为1
11111
维护，性能检测等其他作用
偶数帧
*0011011
*供国际通信用
话路时隙：
信令码和复帧同步时隙：
各路信号在同一个信道上占用不同的时隙进行通信
同步
保持双方旋转速度完全相同
保证旋转开关起始位置一致
位同步
帧同步
接收端的装置
同步码识别装置
识别接受的PCM信号序列中的同步标志码的位置
调整装置
当收发两端同步标志码位置不对应时，需对接收端进行调整，使二者的位置相对应
异步时分复用
同步时分复用时，会出现某个时隙无人使用而浪费的情况
信道上的信息与它在时间轴上的位置(时隙)没有必然联系
将子信道合成为一个信道用的复用器称为统计复用器
对统计时分复用信号的交换实际上是按照每个分组信息前的路由标记将其分发到初线
码分复用(CDM)
一种基于码型的分割信道的方法，即每个用户分配一个地址码
各用户可在相同时间使用相同的频带进行通信，各用户使用相互正交的码序列，因此彼此不会造成干扰
用相互正交的地址码去调制各路信号，在接收端利用码型的正交性，通过地址码可分离混合信号
空分复用(SDM)
利用天线波束空间指向的差异来区分不同的用户
波分复用(WDM)
在一根光纤中同时传输多个光载波信号
基本原理
在发送端将不同波长的信号组合起来（复用）,送入到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开（解复用），并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端，因此将此项技术称为光波长分割复用，简称光波分复用技术