现代通信原理（李白萍）.pdf

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书资料大小：7.51M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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前言 21 世纪人类已经进入了信息时代，信息技术迅猛发展，影响着全球经济社会生活中的各个方面。现代通信系统是现代通信技术的集成，是信息技术的重要组成部分，特别是新时代的大学生，在今后从事工程技术、工程管理等工作时，是离不开信息技术的。现在，工科院校几乎所有专业都开设了计算机技术类课程，然而对通信类课程了解甚少。对于非通信专业的其他电子信息类学生，应该学习和具备有关通信技术的一些基本知识，了解传输信息的现代通信系统的发展。编写本书正是基于此目的。本书共分 8 章。第 1 章通信系统与现代通信。介绍了通信系统的基本概念，系统的基本组成和性能指标，以及现代通信的基本特征和特点。第 2 章数字电话通信系统。介绍了信源编码技术、数字传输技术、数字交换技术和数字复接技术。第 3 章数字微波通信系统。介绍了微波通信的基本概念，微波传输信道，数字微波通信系统的组成和关键技术。第 4 章卫星通信系统。介绍了卫星通信系统的基本概念，信道分配技术，各种多址技术的工作原理及应用和卫星通信系统的组成、设计与计算。第 5 章光纤通信系统。介绍了光纤通信的基本概念和光纤通信系统的组成及设计。第 6 章数字移动通信系统。介绍了移动通信的基本概念，GSM 移动通信系统，CDMA 移动通信系统和新一代移动通信系统的组成、原理及应用。第 7 章现代通信网。介绍现代通信网的概念、结构、组成，分类及发展。第 8 章现代通信系统仿真实验。以数字电话通信系统为例，用 MATLAB 进行了几个有代表性的仿真实验。本书由西安科技大学、南京工程学院、陕西科技大学和西安工程大学等院校几位长期从事信息与通信工程学科专业教学工作的一线教师编写。第 1，7，8 章由西安科技大学李白萍教授编写；第 2 章由西安科技大学殷晓虎编写；第 3，4 章由陕西科技大学李慧贞和西安科技大学毛昕蓉编写；第 5 章由南京工程学院王志明副教授编写；第 6 章由西安工程大学李晓东编写；全书由李白萍教授统稿。在此次编写中，我们参考和引用了前人的研究成果、著作和论文，在此谨向这些文献的著作者表示敬意和感谢。同时对吴延海、吴冬梅、姚军老师所提出的宝贵意见和硕士研究生张晓天、马康平、魏宝琴、闫莹所做的大量辅助性工作表示感谢。由于本书涉及通信中众多实际通信系统技术和设备，限于编者的理论水平和教学经验，书中难免存在疏漏和不足之处，敬请读者批评指正。编者 2007 年 10 月

21 世纪全国应用型本科电子通信系列实用规划教材现代通信系统主编李白萍王志明副主编李慧贞毛昕蓉孙英伟殷晓虎李晓东参编李转芳孙英伟蒋然熊华波主审李源生张建军

内容简介本书介绍了现代通信的基本概念，系统地阐述了目前广泛使用的各种数字通信系统，并叙述了它们的组成、工作原理、关键技术以及最新技术发展情况。内容包括通信系统与现代通信、数字电话通信系统、数字微波通信系统、卫星通信系统、光纤通信系统及数字移动通信系统。本书以各个通信系统为基础介绍了现代通信网，最后以现代通信系统中的一些关键技术为例，用 MATLAB 进行了几个有代表性的仿真实验。本书可作为高等院校非通信类专业的学生学习现代通信技术的教材和参考书，也可作为从事信息产业有关技术工作人员的培训用书。图书在版编目(CIP)数据现代通信系统/李白萍，王志明主编. —北京：北京大学出版社，2007.11 (21 世纪全国应用型本科电子通信系列实用规划教材) ISBN 978-7-301-12177-1 Ⅰ. 现… Ⅱ. ①李… ②王… Ⅲ. 通信系统—高等学校—教材 Ⅳ. TN914 中国版本图书馆 CIP 数据核字(2007)第 074914 号书名：现代通信系统著作责任者：李白萍王志明主编策划编辑：徐凡责任编辑：徐凡李娉婷标准书号：ISBN 978-7-301-12177-1/TN·0024 出版者：北京大学出版社地址：北京市海淀区成府路 205 号 100871 网址：http://www.pup.cn http://www.pup6.com 电话：邮购部 62752015 发行部 62750672 编辑部 62750667 出版部 62754962 电子邮箱：pup_6@163.com 印刷者：发行者：北京大学出版社经销者：新华书店 787 毫米×1092 毫米 16 开本 17.75 印张 411 千字 2007 年 11 月第 1 版 2007 年 11 月第 1 次印刷定价：27.00 元未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究举报电话：010-62752024 电子邮箱：fd@pup. pku. edu. cn

目录第 1 章通信系统与现代通信 ..................................................................................................................... 1 1.1 通信的基本概念及发展........................................................................................................................ 1 1.2 通信系统 ............................................................................................................................................... 2 1.2.1 通信系统的定义........................................................................................................................ 2 1.2.2 通信系统的组成........................................................................................................................ 4 1.2.3 数字通信的主要质量指标........................................................................................................ 5 1.2.4 通信系统的分类........................................................................................................................ 7 1.3 现代通信 ............................................................................................................................................... 8 1.3.1 现代通信的基本概念................................................................................................................ 8 1.3.2 现代通信的特点........................................................................................................................ 9 1.4 小结 ..................................................................................................................................................... 10 1.5 习题 ..................................................................................................................................................... 11 第 2 章数字电话通信系统........................................................................................................................ 12 2.1 数字电话通信系统概述...................................................................................................................... 12 2.2 信源编码技术 ..................................................................................................................................... 13 2.2.1 抽样、量化、编码.................................................................................................................. 13 2.2.2 多路复用 ................................................................................................................................. 19 2.3 数字传输技术 ..................................................................................................................................... 23 2.3.1 数字基带传输.......................................................................................................................... 24 2.3.2 数字频带传输.......................................................................................................................... 32 2.4 数字交换技术 ..................................................................................................................................... 42 2.4.1 电话交换简介.......................................................................................................................... 42 2.4.2 交换单元和数字交换网络...................................................................................................... 46 2.4.3 数字程控交换机硬件、软件、信令系统 .............................................................................. 51 2.5 数字复接技术 ..................................................................................................................................... 69 2.5.1 PCM 复用与数字复接 ............................................................................................................ 70 2.5.2 数字复接设备及复接等级...................................................................................................... 72 2.5.3 PCM 二次群异步复接 ............................................................................................................ 73 2.5.4 同步数字系列(SDH)简介 ....................................................................................................... 76 2.6 小结 ..................................................................................................................................................... 79 2.7 习题 ..................................................................................................................................................... 79

·VI· 现代通信系统第 3 章数字微波通信系统........................................................................................................................ 81 3.1 微波通信概述 ..................................................................................................................................... 81 3.1.1 微波通信的频段及特点.......................................................................................................... 81 3.1.2 数字微波通信系统的组成及发展.......................................................................................... 84 3.2 微波传输信道 ..................................................................................................................................... 85 3.2.1 微波传播特性.......................................................................................................................... 85 3.2.2 大气及地面效应...................................................................................................................... 87 3.2.3 衰落特性 ................................................................................................................................. 90 3.3 数字微波通信系统 ............................................................................................................................. 93 3.3.1 数字微波通信线路的构成...................................................................................................... 93 3.3.2 数字微波通信系统的设备...................................................................................................... 95 3.3.3 波道及射频频率的配置.......................................................................................................... 98 3.3.4 关键技术 ............................................................................................................................... 102 3.4 数字微波通信新技术........................................................................................................................ 107 3.4.1 SDH 技术的应用特点........................................................................................................... 107 3.4.2 主要技术 ............................................................................................................................... 107 3.5 小结 ................................................................................................................................................... 108 3.6 习题 ................................................................................................................................................... 109 第 4 章卫星通信系统 ............................................................................................................................... 110 4.1 概述 ................................................................................................................................................... 110 4.1.1 卫星通信的基本概念............................................................................................................ 110 4.1.2 卫星通信系统的特点............................................................................................................ 111 4.2 卫星通信的通信体制........................................................................................................................ 113 4.2.1 信道分配技术........................................................................................................................ 114 4.2.2 多址连接方式........................................................................................................................ 115 4.3 卫星通信系统 ................................................................................................................................... 118 4.3.1 卫星通信系统的组成及工作过程........................................................................................ 119 4.3.2 通信卫星 ............................................................................................................................... 121 4.3.3 卫星地面站 ........................................................................................................................... 126 4.3.4 工作频段 ............................................................................................................................... 128 4.4 卫星通信系统设计与线路计算........................................................................................................ 129 4.4.1 性能参数 ............................................................................................................................... 130 4.4.2 功率计算 ............................................................................................................................... 132 4.4.3 卫星通信系统设计................................................................................................................ 134 4.5 卫星通信的新技术 ........................................................................................................................... 135 4.5.1 VSAT 卫星通信系统 ............................................................................................................ 135 4.5.2 卫星移动通信系统................................................................................................................ 142 4.5.3 宽带多媒体卫星移动通信系统............................................................................................ 146 ·VI·

目录 ·VII· 4.6 小结 ................................................................................................................................................... 147 4.7 习题 ................................................................................................................................................... 147 第 5 章光纤通信系统 ............................................................................................................................... 149 5.1 概述 ................................................................................................................................................... 149 5.1.1 光纤通信系统的基本概念、组成及分类 ............................................................................ 149 5.1.2 光纤通信的特点.................................................................................................................... 151 5.2 光纤与光缆 ....................................................................................................................................... 152 5.2.1 光纤的结构和分类................................................................................................................ 152 5.2.2 光纤的导光原理.................................................................................................................... 154 5.2.3 光纤的传输特性.................................................................................................................... 157 5.2.4 光缆的结构和分类................................................................................................................ 160 5.3 光纤通信系统 ................................................................................................................................... 161 5.3.1 光纤通信系统的基本组成.................................................................................................... 161 5.3.2 光发送机 ............................................................................................................................... 161 5.3.3 光接收机 ............................................................................................................................... 166 5.4 光纤通信系统设计 ........................................................................................................................... 172 5.4.1 光纤通信系统设计概述........................................................................................................ 172 5.4.2 损耗受限系统设计................................................................................................................ 176 5.4.3 色散受限系统设计................................................................................................................ 177 5.5 光纤通信的新技术及发展................................................................................................................ 180 5.6 小结 ................................................................................................................................................... 181 5.7 习题 ................................................................................................................................................... 181 第 6 章数字移动通信系统...................................................................................................................... 183 6.1 移动通信概述 ................................................................................................................................... 183 6.1.1 移动通信的特点.................................................................................................................... 183 6.1.2 移动通信的分类及工作方式................................................................................................ 184 6.1.3 几种典型的移动通信系统.................................................................................................... 186 6.1.4 蜂窝移动通信系统的发展概况............................................................................................ 188 6.1.5 移动通信系统的组成............................................................................................................ 189 6.1.6 数字移动通信的基本技术.................................................................................................... 190 6.2 GSM 数字蜂窝移动通信系统 .......................................................................................................... 196 6.2.1 GSM 系统简介...................................................................................................................... 196 6.2.2 GSM 系统结构...................................................................................................................... 196 6.2.3 GSM 系统的传输方式 .......................................................................................................... 198 6.2.4 GSM 体制的特点.................................................................................................................. 200 6.3 CDMA 移动通信系统....................................................................................................................... 202 6.3.1 CDMA 系统简介................................................................................................................... 202 6.3.2 CDMA 系统工作原理........................................................................................................... 202 ·VII·

·VIII· 现代通信系统 6.3.3 CDMA 系统组成................................................................................................................... 206 6.3.4 CDMA 系统参数................................................................................................................... 207 6.3.5 CDMA 系统的无线传输....................................................................................................... 208 6.3.6 CDMA 系统功率控制........................................................................................................... 211 6.4 新一代移动通信系统........................................................................................................................ 213 6.4.1 个人通信概述........................................................................................................................ 213 6.4.2 第三代移动通信系统(3G) .................................................................................................... 214 6.4.3 第三代移动通信的新技术.................................................................................................... 219 6.5 小结 ................................................................................................................................................... 223 6.6 习题 ................................................................................................................................................... 224 第 7 章现代通信网.................................................................................................................................... 225 7.1 通信网 ............................................................................................................................................... 225 7.1.1 通信网的基本概念................................................................................................................ 225 7.1.2 通信网的物理拓扑结构........................................................................................................ 226 7.1.3 通信网的质量要求................................................................................................................ 228 7.2 现代通信网 ....................................................................................................................................... 229 7.2.1 现代通信网的构成与分类.................................................................................................... 229 7.2.2 业务网 ................................................................................................................................... 230 7.2.3 支撑网 ................................................................................................................................... 240 7.2.4 接入网 ................................................................................................................................... 243 7.2.5 智能网 ................................................................................................................................... 246 7.3 现代通信网的发展 ........................................................................................................................... 247 7.4 小结 ................................................................................................................................................... 248 7.5 习题 ................................................................................................................................................... 248 第 8 章现代通信系统仿真实验............................................................................................................. 249 8.1 概述 ................................................................................................................................................... 249 8.1.1 仿真分类 ............................................................................................................................... 249 8.1.2 仿真工具简介........................................................................................................................ 249 8.2 仿真实验 ........................................................................................................................................... 251 8.2.1 数字电话通信系统中脉冲编码调制.................................................................................... 251 8.2.2 数字基带传输系统................................................................................................................ 258 8.2.3 数字频带传输系统................................................................................................................ 262 8.2.4 扩频通信系统........................................................................................................................ 265 8.3 小结 ................................................................................................................................................... 270 8.4 习题 ................................................................................................................................................... 270 参考文献........................................................................................................................................................... 271 ·VIII·

第 1 章通信系统与现代通信教学提示：当今世界已进入信息时代，通信已渗透到社会各个领域，通信产品随处可见。通信系统已成为现代文明的标志之一，是现代社会必不可少的组成元素，对人们日常生活、社会活动及发展将起到更加重要的作用。通信系统正变得越来越复杂。学习通信系统和现代通信的基本概念，是掌握复杂通信系统的基础。教学要求：本章要求学生掌握通信系统的基本概念、基本组成、分类及性能指标；了解现代通信的基本特征。 1.1 通信的基本概念及发展自从有了人类活动，就产生了通信。在人类的活动过程中需要相互传递信息，也就是将带有信息的信号通过某种方式由发送者传送给接收者，这种信息的传送过程就是通信。因此，所谓通信，就是由一个地方向另一个地方传递和交换信息。自古以来，人们已经创造出了很多的通信方式。例如，古代的烽火台、旌旗；近代的灯光信号、旗语；现代的电报、电话、传真、电视等。所有通信都是将消息变成与之对应的信号来传递的，信号实际上就是消息的运载者。显然，现代通信以电信号传递消息是最好的，它既传得快又准确可靠，而且几乎不受时间、地点、距离等方面的限制，因而获得了飞速的发展和广泛的应用。如今在自然科学中，“通信”一词几乎是“电通信”的同义词，我们一般所讲的通信就是指电通信。当今世界已进入“信息时代”，信息已经成为现代社会，特别是 21 世纪最重要的战略资源。信息技术是当今社会及未来社会生产力的基本要素，是发展最活跃、应用最广泛的领域。信息产业已成为国民经济的支柱产业，在国民经济生产总值中占有越来越大的比例。为此，世界各国均将通信和信息技术及产业放在优先发展的地位，给予了大规模的投资，而且在增长率、普及程度和产值等方面都达到了空前的水平。进入 20 世纪 90 年代，许多发达国家为保持其在 21 世纪科技、经济上的领先地位，大力发展信息技术和信息产业。1993 年美国克林顿政府提出了“信息高速公路”建设计划 (National Information Infrastructure，NII)，实际是一种能够为广大用户提供大量信息的，由通信网与计算机、数据库及日用电子产品构成的“完备”网络，投资达数千亿美元。各国也广为响应，各自制定自己的发展战略与策略，增加投资，并紧锣密鼓地付诸实施。如日本的“全国超高速信息网”，实现“从物质、能源时代，向信息、知识时代转变”。我国改革开放以来，对此也极为重视，在国家规划中将信息、材料与能源列为国民经济的三大基础产业，并已进入了规模投入、规模发展阶段。信息技术和通信系统无论在研制、开发，还是生产、建设与应用方面，均取得了惊人的成就和飞速的发展。近些年，为适应 NII 的发展潮流，我国也根据自己的国情和现状制定规划，积极稳妥地进行各种通信

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