信息学科导论CNPPT优质课件.ppt
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1、信息学科导论信息学科导论CNCNIntroduction of Information Science and Technology1.2Fall in 2010n3.1 有线通信系统有线通信系统n3.2 光纤通信技术光纤通信技术n3.3 交换技术交换技术n3.4 多媒体通信多媒体通信n3.5 无线通信系统无线通信系统n3.6 通信电源技术通信电源技术n本讲义含书上第本讲义含书上第3章与第章与第6章的内容章的内容Introduction of Information Science and Technology1.3Fall in 2010n通信系统的基本概念及通信网的构成形式通信系统的基本概
2、念及通信网的构成形式l什么是通信系统?什么是通信系统?4由由信源信源、变换器变换器、信道信道、反变换器反变换器及及信宿信宿所构成的信所构成的信息传输系统叫通信系统。息传输系统叫通信系统。4它由哪几部分构成?如下图它由哪几部分构成?如下图3.1Introduction of Information Science and Technology1.4Fall in 2010n各部分的作用:各部分的作用:l信信 源源4信息源,产生要传递的信息,如语音、图像、数据、文字等。信息源,产生要传递的信息,如语音、图像、数据、文字等。l变换器变换器4原始的消息不能以电磁波来传送,所以需要通过变换器将原始原始的
3、消息不能以电磁波来传送,所以需要通过变换器将原始的非电消息变换成电信号,并再对这种电信号进一步转换,使的非电消息变换成电信号,并再对这种电信号进一步转换,使其变换成适合某种具体信道传输的电信号。其变换成适合某种具体信道传输的电信号。l信信 道道4完成由信源到目的地传输任务的传输通路。在有线通信中,其完成由信源到目的地传输任务的传输通路。在有线通信中,其物理信道主要是指通信线路,而通信线路又包括通信电缆,通物理信道主要是指通信线路,而通信线路又包括通信电缆,通信光缆等。信光缆等。l反变换器反变换器4将沿信道传输过来的信号还原成信源原来的信息,与变换器所将沿信道传输过来的信号还原成信源原来的信息,
4、与变换器所起的作用相反。起的作用相反。Introduction of Information Science and Technology1.5Fall in 2010n各部分的作用各部分的作用(续续):l中继设备或交换设备中继设备或交换设备4前者是指对经过一定长度线路传输后的信号进行放前者是指对经过一定长度线路传输后的信号进行放大、恢复的线路中间设备,如中继器、大、恢复的线路中间设备,如中继器、EDFA、FRA等;后者是指通信系统中选择接续用的中间设等;后者是指通信系统中选择接续用的中间设备备(如交换机如交换机),它的主要作用是根据用户要求,完,它的主要作用是根据用户要求,完成不同用户之间的
5、逻辑连接。成不同用户之间的逻辑连接。l噪声噪声4在信息的传递过程中,由于存在各种外界的或内部在信息的传递过程中,由于存在各种外界的或内部的因素,产生各种各样的干扰,我们统称为噪声。的因素,产生各种各样的干扰,我们统称为噪声。噪声是必须引起工程人员重视的一个问题,它可存噪声是必须引起工程人员重视的一个问题,它可存在于通信系统的任何部分并将直接影响通信质量。在于通信系统的任何部分并将直接影响通信质量。Introduction of Information Science and Technology1.6Fall in 2010n通信网的基本结构形式通信网的基本结构形式l什么是通信网?构成要素有哪
6、些?什么是通信网?构成要素有哪些?4由通信端点、节(结)点和传输链路相应的有机由通信端点、节(结)点和传输链路相应的有机地连接起来,以实现在两个或更多的规定通信端地连接起来,以实现在两个或更多的规定通信端点之间提供连接或非连接传输的通信体系。点之间提供连接或非连接传输的通信体系。4通信网的构成要素包括通信网的构成要素包括交换系统交换系统、传输系统传输系统、终终端设备端设备以及实现互连互通的信令协议,即一个完以及实现互连互通的信令协议,即一个完整的通信网包括硬件和软件两部分。整的通信网包括硬件和软件两部分。l长途网的构成形式长途网的构成形式4目前我国长途通信网是由以前的四级网结构逐步目前我国长途
7、通信网是由以前的四级网结构逐步 发展演变成现在的两级网的。发展演变成现在的两级网的。Introduction of Information Science and Technology1.7Fall in 2010Introduction of Information Science and Technology1.8Fall in 2010Introduction of Information Science and Technology1.9Fall in 2010n通信线路的发展过程通信线路的发展过程(1) 架空明线架空明线(2)对称电缆)对称电缆(3)同轴电缆)同轴电缆(4)全塑电缆)
8、全塑电缆1(6)光缆)光缆(5)全塑电缆)全塑电缆2图3.6 通信线路的发展过程 Introduction of Information Science and Technology1.10Fall in 2010n光纤通信的概念l光纤通信是指利用相干性和方向性极好的激光束作载波(称为光载波)来携带信息,并利用光纤来进行传输的通信方式.l光纤通信是利用半导体激光器(LD)或发光二极管(LED)作为光源器件,把电信号转换成光信号,耦合到石英光纤中进行传播,在接收端使用半导体检测器件(检波器),如雪崩光电二极管(APD)或光电二极管(PIN)等,将光信号再还原为电信号的一种通信方式Introduc
9、tion of Information Science and Technology1.11Fall in 2010光发送机PCM复用设备光中继器光接收机PCM解复用设备(光)(光)(电)(电)信息信息光纤通信系统的组成光纤通信系统的组成简图简图Introduction of Information Science and Technology1.12Fall in 2010n光有源器件l光源、光检测器和光放大器;l是光发射机、 光接收机和光中继器的关键器件,和光纤一起决定着基本光纤传输系统的水平。n光无源器件l主要有连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关和隔离器等l这些器件对光纤通信系统
10、的构成、功能的扩展和性能的提高都是不可缺少的。nWDM/DWDM器件l波分复用/解复用器件l波长分配器l波长变换器l光交叉联接器OXCIntroduction of Information Science and Technology1.13Fall in 2010n光纤分为纤芯、包层、涂覆层(材料为硅酮树脂等)、套塑等层n光纤按折射率分布来分l均匀光纤,非均匀光纤;阶跃型,渐变型n光纤按照传输模数的多少来分l单模光纤(SM):多摸光纤(MM):n光纤按组成份分l石英系列,多组份玻璃,氟化物,塑料,液芯n光纤按传输波长分l短波长0.85,长波长1.3,1.55,1.85,超长波长2.0n光纤按
11、涂覆方式分l紧套,松套n光纤按标准分lG.652.G.653.G.654.G.655.G.656Introduction of Information Science and Technology1.14Fall in 2010SM Single-ModeMM-SIMulti-ModeStep IndexMM-GIMulti-ModeGraded Index 2/1121arnrnIntroduction of Information Science and Technology1.15Fall in 2010n模拟信号数字传输:高质、安全、集成模拟信号数字传输:高质、安全、集成n光纤传输:宽
12、带、低损、无电磁干扰、价低光纤传输:宽带、低损、无电磁干扰、价低n光纤数字传输综合好处光纤数字传输综合好处PDH飞速发展飞速发展nPDH(准同步数字系列准同步数字系列)的组网缺点的组网缺点SDH(同步数字系同步数字系列列) :灵活的组网能力、强大的网管、带宽管理及自:灵活的组网能力、强大的网管、带宽管理及自愈保护愈保护nSDH与与PDH均为均为TDM(时分复用)电子电路限制高(时分复用)电子电路限制高速速SDH的发展的发展电子瓶颈电子瓶颈n波分复用(波分复用(WDM,DWDM)+EDFA 扩展传输容量扩展传输容量的新手段的新手段n全光通信网全光通信网信息高速公路的骨干网信息高速公路的骨干网In
13、troduction of Information Science and Technology1.16Fall in 2010E EM MU UX X电端机电端机再生再生中继中继再生再生中继中继E ED DM MU UX X电复用电复用电端机电端机同轴电缆、微波同轴电缆、微波电解复用电解复用图3.10 传统的电传输系统O/E/OO/E/O光缆光缆E EM MU UX X光发送光发送再生再生中继中继再生再生中继中继E ED DM MU UX X电复用电复用光接收光接收图3.11 光电混合型光纤传输系统电解复用电解复用光缆光缆光缆光缆O/E/OO/E/O图3.12 DWDM光纤传输系统O OM
14、MU UX XO OD DM MU UX XOAOAOAOAOAOA光发送光发送光发送光发送光发送光发送,光接收光接收光接收光接收光接收光接收Introduction of Information Science and Technology1.17Fall in 2010n20多年来光纤通信技术在发掘、利用光纤带宽资源,扩展光纤传输能力方面进展神速。(传输能力主要指:通信容量和传输距离)。l在光波长和光纤类型方面4多模光纤单模光纤4短波长800nm长波长1300nm(1310nm)、1550nm4一纤一波一纤多波lWDM使光纤通信系统的容量大大增加,是光纤通信技术的重大突破。l90年代中期,
15、美国AT&T和MCI公司首先建立了光波分复用WDM试验线路lMCI的试验线路,从San Luis到支加哥,365英里,容量为4x10Gbps,用于市民通信,有商业价值。lAT&T的实验线路全长2000公里,用于公司内部通信。由于密集波分复用和微电子技术的进步,使光纤通信传输系统的容量爆炸性的增长Introduction of Information Science and Technology1.18Fall in 2010TXEDFAEDFATXTXTXTXTXTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RP
16、TRTXTX40km40km40km40km40km40km40km40km40km1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RP
17、TR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTX1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTR1310RPTRTXTXTXTXTXTXTXTXTXTX120 km120 km120 kmWDM+EDFA WDM+EDFA 革新了光纤传输革新了光纤传输D DE EM MIntrodu
18、ction of Information Science and Technology1.19Fall in 2010n经济优势l频率资源丰富,通信容量极大4粗略地讲,一根光纤传输数字信号的码速容量在理论上可达40Tbit/s(T=1012)4最好的金属导线,可传输的数字信号的码速为400Mbit/s。差5个数量级。4 容量较微波通信可提高103104倍。l传输损耗低、无中继通信距离长4当光波长=1.55um时,衰减有最低点。可低达0.2dB/km,接近理论值。这样中继数量减少,成本低,通信质量高。 l节约铜(铝)和铅l抗干扰能力强,保密性能好(不受电磁、强电干扰)l光缆耐腐蚀,重量轻,体积小
19、(占用空间小,敷设方便)Introduction of Information Science and Technology1.20Fall in 2010n技术优势l与电信接续容量l安全性,可靠性提高;l在线监控容易实现l扩容方便l方便解决区间通信n光纤通信的缺点l质地脆,机械强度低l要有较好的切断、连接技术l要有较好的检测技术l分路、耦合比较麻烦。Introduction of Information Science and Technology1.21Fall in 2010n在60年代中期,最好的光学玻璃的传输损耗仍高达 1000dB/km。即,如果信号传输1公里后检测到一个波长为1m
20、的光子 (其能量h210-19焦耳),则在其输入端要输入的光的能量为21081焦耳。这将远超过太阳系自形成以來的,全部辐射能量的总和 n 1966年英籍华人高锟博士(原香港中文大学校长,北京大学名誉教授)和Hockham 指出:如果利用带有包层材料的石英玻璃光学纤维(光纤),玻璃中杂质的浓度精确地控制在0.1ppm以下),就可以制造出损耗低于20dB/km的光导纤维。镀银铜线单芯高频低损耗电缆衰减: 1GHz-0.47dB/m; 2GHz-0.53dB/m ;6GHz-0.96dB/m ;18GHz-1.74dB/m ;26.5GHz-2.16dB/m; 40GHz-2.74dB/m光193.
21、1THz=1.931105GhzIntroduction of Information Science and Technology1.22Fall in 2010l1970年 美国康宁* ( Corling )玻璃公司的卡普隆(Kapron)利用外部气相沈积法(Outside Vapor-phase Qxidation Deposition Method:OVD)作出损耗为20dB/km光纤,使光导纤维的发展得到突破。l1972年康宁玻璃公司研发出损耗为7dB/km的光纤l1974年 美国贝尔实验室*( Bell Laboratory )利用改良式化学气相沈积法(Modified Chemi
22、cal Phase Deposition Method:MCVD)成功地制造出损耗仅2.5dB/km的光纤 l1976年 日本电报电话公司* (NTT)制造出0.47dB/km 的低损耗光纤l1978年日本电报电话公司(NTT)将光纤损耗降为0.2dB/kml1986年日本住友电工*( Sumitomo)将光纤损耗降为0.154dB/kml2002年日本住友电工*( Sumitomo)将光纤损耗降为0.1484dB/kml直至1982年之後,单模光纤通信系统才开始使用。所用之光源为激光二极管,而所使用之光探测器是雪崩二极管 l目前商用光纤损耗在1.55m波段约为0.17dB/kmIntrodu
23、ction of Information Science and Technology1.23Fall in 2010n截至截至2004年底,我国骨干通信网总长度已达年底,我国骨干通信网总长度已达370万公里,这些光缆线路总投资超万公里,这些光缆线路总投资超过千亿元,但利用率却不足过千亿元,但利用率却不足20%,而城域网的利用率还不足,而城域网的利用率还不足30%,FLAGFiber Optic Link around the Globe架空光缆架空光缆直埋光缆直埋光缆北京北京上海上海至欧洲至欧洲至日本至日本FLAG至韩国至韩国至朝鲜至朝鲜至俄罗斯至俄罗斯我国光缆骨干网分布图我国光缆骨干网分布
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