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1.信息是客户事物的属性和相互联系特性的表现,它反映了客观事物的存在形式或运动状态。
2.数据是信息的载体,是信息的表现形式。
3.信号是数据在传输过程的具体物理表示形式,具有确定的物理描述。
4.通信系统主要由5个基本系统元件构成:信源、转换器、信道、反转换器、信宿。源系统将信源发出的信息转换成适合在传输系统中传输的信号形式,通过信道传输到目的系统,目的系统再将信号反变换为具体的信息。
5.通过系统的传输的信号一般有模拟信号和数字信号两种表达方式:模拟信号是一个连续变化的物理量,即在时间特性上幅度(信号强度)的取值是连续的,一般用连续变化的电压表示。数字信号是离散的,即在时间特性上幅度的取值是有限的离散值,一般用脉冲序列来表示。
6.数据通信的技术指标:(1)信道带宽:是描述信道传输能力的技术指标,它的大小是由信道的物理特性决定的。 信道能够传送电磁波的有效频率范围就是该信道的带度。(2)数据传输速率:称为比特率,是指信道每秒钟所能传输的二进制比特数,记为bps,常见的单位有Kbps、Mpbs、Gbps等,数据传输速率的高低,由每位数据所占的时间决定,一位数据所占用的时间宽度越小,则传输速率越高。(3)信道的传输能力是有一定限制的,信道传输数据的速率的上限,称为信道容量,一般表示单位时间内*多可传输的二进制数据的位数。(4)波特率: 是传输的信号值每秒钟变化的次数,如果被传输的信号周期为T,则波特率Rb=1/T。Rb称为波形速率或调制速率。(5)信道延迟=计算机的发送和接收处理时间+传输介质的延迟时间+发送设备和接收设备的响应时间+通信设备的转发和等待时间。(6)误码率:是指接收的错误码元数占传送总码元数的比例,即码元在传输系统中被传错的概率。
7.数据的传输方式有串行通信和并行通信两种,并行通信用于较低距离的数据传输,串行通信用于较远距离的数据传输。
8.通信线路的连接方式:点对点连接方式、多点连接方式。
9.信道的通信方式:单工通信、半双工通信、全双工通信。
10.信号的传输方式:基带传输、频带传输和宽带传输。
11.常用的同步技术有两种:异步传输方式和同步传输方式。
12.通信系统的模型组成:信息源、发送设备、信道、接收设备、受信者和噪声源。
13.信息源(简称信源)的作用是把各种消息转换成原始电信号。
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一、电场基本理论
1.电荷守恒定律:在任何物理过程中,各个物体的电荷可以改变,但参于这一物理过程的所有物体电荷的代数总和是守恒的,也就是说:电荷既不能创造,也不能被消灭,它们只能从一个物体转移到另一个物体,或者从物体的一部分转移到另一部分。
2.库仑定律:
库伦经过实验发现,真空中两个静止点电荷(q1, q2)之间的作用力与他们所带电荷的电量成正比,与他们之间的距离r平方成反比,作用的方向沿他们之间的连线,同性电荷为斥力,异性电荷为引力。ε0为真空介电常数,一般取其近似值ε0=8.85×10-12C•N-1•m-2
。ε0的值随试验检测手段的进步不断**,目前**到小数点后9位(估计值为11位)。库仑反比定律也由越来越**的实验得到验证。目前δ< 10-16。库仑反比定律的适用范围(10-15m(原子核大小的数量级)~103m)。
3.电场强度:
真空中电荷与电荷之间相互以电场相互发生作用。 若试探电荷q0在电场r处受电场力为F0(r), 则电场强度为E(r)。
4.静电场的高斯定理:
由于静电场的电力线起始于正电荷,终止于负电荷,不会相交也不会形成封闭曲线,这就决定通过静电场内某一封闭曲面S的电通量为此封闭曲面所包围的电荷的1/ε0。表明电场是个有源场。
5.静电场的环路定理:由于电荷的电力线或呈辐射状,或呈会聚状,不会出现具有涡旋形状的闭合曲线,表明静电场是个无旋场,既。此处L为静电场内任一闭合曲线。静电场的环路定理又可以写成微分形式:∇*E=0 。表面电场是个无旋场。
6.静电场与物质的相互作用:由于各种物质内原子对电子的束缚各不相同,根据束缚强弱的不同可分为导体,绝缘体和半导体。在静电场中的导体在达到静电平衡时内部电场强度处处为零(应用于电屏蔽),而绝缘体(既所谓电介质)内部的电场强度为外加的1/ε倍。此处ε为电介质的相对介电常数。电位移矢量D=εE,起始于正电荷,终止于负电荷,不受极化电荷影响。
7.边界条件:
在介电常数为ε1和ε2的分界面上,由于极化电荷的出现,电场会发生突变。
a. 介质分界面两侧的电场强度的切向分量连续。
b. 当介质分界面上有面密度为60
自由电荷时,介质分界面两侧的电位移矢量的法向分量发生σ0的突变;当介质分界面上无自由电荷时,介质分界面两侧的电位移矢量的法向分量连续,且此处,θ1和θ2分别为介质分界面两侧的电场强度与法线的夹角。
二、磁场基本理论
1.稳恒磁场与安培定律:
安培认为组成磁铁的每个分子都具有一个小的环形分子电流,且都定向规则排列,从而在磁铁表面形成类似螺线管电流的一圈一圈的环形电流,从而磁铁对外显示出与螺线管一样的磁性。这表明一切磁现象和磁相互作用,实际上是电流显示出的磁效应和电流之间的相互作用,磁是运动电荷的一种属性。电流之间的相互作用力其实就是磁力。安培对电流的磁效应进行了大量实验研究,在1821~1825年之间,设计并完成了四个关于电流相互作用的精巧实验,得到了电流相互作用力公式,称为Ampere定律,即两稳恒电流L1和L2之间的磁力的大小与电流I1,I2的大小成正比,与相对距离r的平方成反比,安培将其总结为 :2.磁场的高斯定理:
由于磁场的磁感应曲线都是闭合曲线,或者是从无穷远来到无穷远去,因此对于闭合曲面S来说,通过其的磁感应曲线总数为零。即。由高等数学的高斯定理,稳恒磁场的高斯定理又可以写成∇·B=0。表明稳恒磁场是个无源场。 磁感应通量的单位为韦伯(T/m2),是为纪念德国科学家韦伯。
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1.路由技术:路由器作为广域网,尤其是IP网络中必不可少的网络组件,其性能好坏直接影响到数据通信网络的性能。高性能路由器将第二层的交换功能和第三层的智能路由功能融为一体,提供高千兆位的端口速率、服务质量和多点广播能力,不断满足多媒体通信网络的需要。路由器正朝速度更快、服务质量更好、管理更加智能的方向发展。IP路由器速度的急剧提高主要得益于硬件体系结构和ASIC技术的进展。目前,高速IP路由器的硬件体系结构采用交叉方式,以实现各端口之间的线速无阻塞互连。出于成本和性能的**,ASIC的应用越来越广泛(做包转发或查路由),使路由器速度极大提高。
2.宽带IP网络是以IP为核心的高速网络。在网络层以上所有的应用都是为IP而优化,建立在IP的基础上。在网络层之下,无论是ATM还是新一代的光纤传输网络,都是为了使得IP包能够高速、高质量、实时地传输。宽带IP网络发展目标如下:(1)提供统一的网络服务:用户在一条对外的网络连接上,可同时获得语音、数据、视频等服务,使真正的多媒体应用成为可能;(2)*大灵活性的接入方式:用户可任意选择各种高速接入方式(xDSL、HFC、光纤、卫星或**);(3)可靠的质量:不仅提供可靠的服务质量,而且不同级别、不同种类的应用所享受到的服务质量也不同;(4)低成本:使得无论个人用户还是企业用户对网络的使用和管理费用都大为降低。
3.宽带广域骨干网技术是宽带IP网络中讨论*多的,也是*关键的技术。
4.光交换技术的定义:指不经过任何光或电转换,在光域直接将输入光信号交换到不同的输出端。光交换系统主要由输入接口、光交换矩阵、输出接口和控制单元四部分组成。
5.光交换技术的分类:(1)光时分交换技术,时分复用是通信网中普遍采用的一种复用方式,时分光交换就是在时间轴上将复用的光信号的时间位置t1转换成另一个时间位置t2 ;(2) 光波分交换技术,是指光信号在网络节点中不经过光/电转换,直接将所携带的信息从一个波长转移到另一个波长上;(3)光空分交换技术,即根据需要在两个或多个点之间建立物理通道,这个通道可以是光波导也可以是自由空间的波束,信息交换通过改变传输路径来完成 ;(4)光码分交换技术,光码分复用(OCDMA)是一种扩频通信技术,不同户的信号用互成正交的不同码序列填充,接受时只要用与发送方相同的法序列进行相关接受,可恢复原用户信息。光码分交换的原理就是将某个正交码上的光信号交换到另一个正交码上,实现不同码子之间的交换。
6.组成光交换系统的核心器件:(1)光开关器件 光开关是构成OXC、OADM的主要器件,目前制作光开关的技术主要有:阵列波导光栅(AWG)、半导体光放(SOA)开关、LiNbO3声光开关(AOTS)和电光开关、微光开关(MEMS)、液晶光开关、喷墨气泡;(2)光缓存器:光缓存时光分组交换的关键技术,目前还没有全光的随机存储器,只能通过无源的光纤延时线(FDL)或有源的光纤环路来模拟光缓存功能。常见的光缓存结构有:可编程的并联FDL阵列、串联FDL阵列和有源光纤环路;(3)光逻辑器件:该类器件由光信号控制它的状态,用来完成各类布尔逻辑运算。目前光逻辑器件的功能还较简单,比较成熟的技术有对称型自电光效应(S-SEED)器件、基于多量子阱DFB的光学双稳器件和基于非线性光学的与门等;(4)波长变换器:全光波长转换器是波分复用光网络及全光交换网络中的关键部件。波长转换器有多种结构和机制,目前研究较为成熟的是以半导体光放大器(SOA)为基础的波长转换器 ,包括交叉增益饱和调制型 (XGM SOA)、交叉相位调制型 (XPM SOA)以及四波混频型波长转换器 (FWM SOA)等。
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1.光纤接入技术:光纤通信具有通信容量大、质量高、性能稳定、防电磁干扰、保密性强等优点。在干线通信中,光纤扮演着重要角色,在接入网中,光纤接入也将成为发展的重点。光纤接入网指的是接入网中的传输媒质为光纤的接入网。光纤接入网从技术上可分为两大类:即有源光网络(AON)和无源光网络(PON)。有源光网络又可分为基于SDH的AON和基于PDH的AON。
2.光纤接入网的拓扑结构,是指传输线路和节点的几何排列图形,它表示了网络中各节点的相互位置与相互连接的布局情况。网络的拓扑结构对网络功能、造价及可靠性等具有重要影响。其三种基本的拓扑结构是: 总线形、环形和星形,由此又可派生出总线-星形、双星形、双环形、总线-总线形等多种组合应用形式,各有特点、相互补充。
3.光纤接入方式可分为如下几种: FTTB(光纤到大楼);FTTC(光纤到路边);FTTZ(光纤到小区);FTTH(光纤到用户);FTTO(光纤到办公室);FTTF(光纤到楼层);FTTP(光纤到电杆);FTTN(光纤到邻里);FTTD(光纤到门);FTTR(光纤到远端单元)。
4.混合光纤/同轴电缆(HFC)接入网传输介质采用光纤和同轴电缆混合组成的接入网。目前,HFC接入网可以有HFC方式、交换型数字视像(SDV)方式和综合数字通信和视像(IDV)方式。基本原理:局端把视像信号和电信业务综合一起,从前端通过光载波在光纤馈线网上传送至用户的光节点上,光信号经过光网络单元(ONU)恢复为原来的电信号,然后用同轴电缆分别送往各个住户的网络接口单元(NIU)。每个NIU服务于一个家庭,其作用是将整个电信号分解为电话、数据、视像信号后,再送达各个相应的终端设备。对于模拟视像信号来说,用户可以利用现有的电视机而无需外加机顶盒就可以接收模拟电视信号了。
5.宽带**接入网技术:(1)MMDS接入技术:MMDS多路微波分配系统已成为有线电视系统的重要组成部分,MMDS是以传送电视节目为目的,模拟MMDS只能传8套节目,随着数字图像/声音技术和对高速数据的社会需求的出现,模拟MMDS正在向数字MMDS过渡。美国的数字MMDS由于有31个频点,可以传送MPEG-2压缩的上百套电视节目和声音广播节目。它还可以在此基础上增加单向或双向的高速英特网业务。(2)LMDS接入技术 本地多点分配业务LMDS工作在20-40GHz频带上,传输容量可与光纤比拟,同时又兼有**通信经济和易于实施等优点。(3)卫星通信接入技术:在我国复杂的地理条件下,采用卫星通信技术是一种有效方案。在广播电视领域中,直播卫星电视是利用工作在专用卫星广播频段的广播卫星,将广播电视节目或声音广播直接送到家庭的一种广播方式。(4)不可见光纤**系统:是一种采用连续点串接网络结构组成自愈环工作的宽带**接入系统,兼有SDH自愈环的高可用性能和**接入的灵活配置特性,可应用于28GHz、29GHz、31GHz和38GHz等毫米波段。系统通路带宽为50MHz,前向纠错采用RS和格栅码调制。当通路调制采用32QAM时,可以提供155Mb/s全双工SDH信号接口,用户之间通过标准155Mb/s, 1310nm单模光纤接口互连;当通路调制采用8psk时,可以提供两个100Mb/s全双工快速以太网信号接口,用户之间通过标准100Mb/s,1310nm多模光纤接口互连。
6.**接入技术(也称空中接口)是**通信的关键问题。它是指通过**介质将用户终端与网络节点连接起来,以实现用户与网络间的信息传递。**信道传输的信号应遵循一定的协议,这些协议即构成**接入技术的主要内容。**接入技术与有线接入技术的一个重要区别在于可以向用户提供移动接入业务。**接入系统可分以4种技术类型:1.模拟调频技术;2.数字直接扩频技术;3.数字无绳电话技术;4.蜂窝通信技术:利用模拟蜂窝移动通信技术。
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1.数字传输基本原理是:将模拟信号按一定的频率采集后,再量化,得到数字信号。按照采样定理只要采样频率是原始模拟信号频率的2倍以上就可以从所得到的数字信号中恢复出模拟信号。模拟信号转换为数字信号后是会有精度的衰减,这是由于量化过程造成的。数字信号是有0 和1 组成的一连串的信号,在电路中是用高低电平来表示,比如 0V就表示0 5V就表示1。用1连串的010101 就可以表示各种不同的信息。串口通信中 8个BIT 也就是8个0或者1为1字节就可以表示成1个字符。8个0或者1 可以表示255种不同的组合然后按照ASCII编码就可以对应的翻译为我们认识的字母和字符。
2.光纤传输,即以光导纤维为介质进行的数据、信号传输。光导纤维,不仅可用来传输模拟信号和数字信号,而且可以满足视频传输的需求。光纤传输一般使用光缆进行,单根光导纤维的数据传输速率能达几Gbps,在不使用中继器的情况下,传输距离能达几十公里。
3.光纤传输系统技术是光传输技术的一种,光纤传输优点是频段高:10G Hz.理论上能大容量,抗干扰性能好。
4.**传输分为:数字微波传输和模拟微波传输。
5.数字微波传输就是先把视频编码压缩(HD-6001D),然后通过数字微波(HD-9500)信道调制,再通过天线发射出去,接收端则相反,天线接收信号,微波解扩,视频解压缩,*后还原模拟的视频信号,也可微波解扩后通过电脑安装相应的解码软件,用电脑软解压视频,而且电脑还**录像,回放,管理,云镜控制,报警控制等功能。
6.模拟微波传输就是把视频信号直接调制在微波的信道上(微波发射机,HD-630),通过天线(HD-1300LXB)发射出去,监控中心通过天线接收微波信号,然后再通过微波接收机(Microsat 600AM)解调出原来的视频信号。
7.移动视频图像传输,广泛用于公安指挥车、交通事故勘探车、消防武警现场指挥车和海关、油田、矿山、水利、电力、金融、海事,以及其它的紧急、应急指挥系统,主要作用是将现场的实时图像传输回指挥中心,使指挥中心的指挥决策人员如身临其境,提高决策的准确性和及时性,提高工作效率。富士达就移动视频图像传输采用公网和专用技术两种情况作相关介绍。
8.电话网基础知识:(1)电话网是传递电话信息的电信网,是可以进行交互型话音通信、开放电话业务的电信网。电话网包括本地电话网、长途电话网、国际电话网等多种类型。是业务量*大、服务面*广的电信网。
(2)电话网是开放电话精力为广大用户服务的通信网络。*早的电话通信形式只是两部电话机中间用导线连接起来便可通话;
(3)电话网经历了由模拟电话网向综合数字电话网的演变。除了电话业务,还可以兼容许多非电话业务。因此电话网可以说是电信网的基础。
9.电话网优势:数字电话网与模拟电话网相比,在通信质量、业务种类、为非话业务提供服务、实现维护、运行和管理自动化等方面都更具优越性。现在电话网正在向综合业务数字网、宽带综合业务数字网以及个人通信网的方向发展。届时电话网将不仅能提供电话通信、还能按照用户的要求,同时提供数据、图像等多种多样的服务。在发展到个人通信网时,还可以向用户提供在任何地点、任何时间与任何个人进行通信的服务。
10.电话网设备:电话网从设备上讲是交换机、传输电路(用户线和局间中继电路)和用户终端设备(即电话机)三分部组成的。
11.传输网络规划:在日常的组网及规划中,网络结构的划分、分层受光缆及其他资源限制,导致网络结构相互纠结,层次不太清晰;同时,在环网命名时有一定的随意性,造成网络的维护及故障处理时的困难。因此,加强传输网络层次的划分有益于日常的维护及管理。灵活、合理的"约束"对传输网络拓扑结构进行划分,其目的是使网络形态化繁为简,业务局向由复杂到清晰。
拓扑划分过程中应按照以下三点划分:其一,确定需要分析的网络内容,如是否对接入层的网络分析,是否对骨干汇聚层的网络分析,还是全网都进行分析;在确定的过程中需要参考网络的实际大小,如果网络较大,尽量不考虑接入层的网络,而网络较小时,可以适当考虑接入层的网络,尽量使拓扑划分后的拓扑节点数量适中,能够恰好适合进行网络分析。其二,根据前面确定的网络分析内容,来确定拓扑节点和保护子网的层级关系,由此,网络的基本拓扑形态就大致确定了。其三,进行拓扑划分和节点收缩,在进行划分的过程中,要特别注意划分原则,如对完整保护子网形态的保留,对网络业务分布的保留,要做到划分后的拓扑形态具备原有网络的代表意义。至此,网络的拓扑划分基本完成,此时可以对划分后的拓扑进行检查,检查拓扑节点数量是否合适,是否具备较好的网络分析价值,是否有利于后续的网络的分析。
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1.信号和系统分析的*基本的任务是获得信号的特点和系统的特性。系统的分析和描述借助于建立系统输入信号和输出信号之间关系,因此信号分析和系统分析是密切相关的。
2.离散信号通常来自于对连续信号的抽样,并且经常是等间隔抽样。
3.连续信号可分为非奇异信号和奇异信号。当信号和信号的各阶导数在整个时间区间都是连续时,称为非奇异信号;当信号或信号的某阶导数存在不连续点(跳变点)时,称为奇异信号
4.动态系统与即时系统:系统在任意时刻的输出只取决于同时刻的系统输入,和系统过去的状态无关,则称为即时系统。如果系统的输出不仅取决于同时刻的系统输入,还取决于系统过去的状态,则称为动态系统。
即时系统不包含记忆元件。例如,对于电路系统,电感和电容能够储能,属于记忆元件,电阻则属于非记忆元件。因此,一个只包含电源和电阻的系统是即时系统,而包含了电感或电容的系统称为动态系统。动态系统用微分方程或差分方程描述,即时系统用代数方程描述。
5.拉普拉斯变换是工程数学中常用的一种积分变换,又名拉氏转换。拉氏变换是一个线性变换,可将一个有引数实数t(t ≥ 0)的函数转换为一个引数为复数s的函数。拉普拉斯变换的这种运算步骤对于求解线性微分方程尤为有效,它可把微分方程化为容易求解的代数方程来处理,从而使计算简化。在经典控制理论中,对控制系统的分析和综合,都是建立在拉普拉斯变换的基础上的。引入拉普拉斯变换的一个主要优点,是可采用传递函数代替常系数微分方程来描述系统的特性。这就为采用直观和简便的图解方法来确定控制系统的整个特性、分析控制系统的运动过程,以及提供控制系统调整的可能性。
6.时不变系统和时变系统:如果系统元件的参数不随时间变化,则称为时不变系统;如果系统元件的参数随时间变化,则称为时变系统。对于时不变系统,如果系统激励为e(t)时的系统响应是r(t),那么当系统激励延时为e(t-τ)时,系统响应也应是r(t)的相同时间的延时,即r(t-τ)。
线性系统的时不变特性对应于系统方程(微分方程或差分方程)的常系数。
7.连续时间系统和离散时间系统:当系统的输入(激励)信号和输出(响应)信号都是连续信号时,称为连续时间系统。我们所熟悉的电路系统即为连续时间系统。连续时间系统通常用微分方程或微分方程组来描述。
当系统的输入信号和输出信号都是离散信号时,称为离散时间系统。离散时间系统可以通过一个软件程序来实现,在数字信号处理中大量使用。例如,在数字电度表中,首先对电压和电流进行抽样,得离散电压和离散电流信号,然后则通过实时的数字计算,获得离散的功率信号和电量信号,还可以分析谐波,计算谐波功率和电量。离散系统通常用差分方程或差分方程组来描述。
8.信号的分类:连续时间信号和离散时间信号;周期信号和非周期信号;典型连续非奇异信号。
9.线性系统和非线性系统:线性系统需要满足叠加性和均匀性。所谓叠加性,即多个激励信号作用于系统时所产生的响应等于每个激励单独作用时所产生的响应的叠加。所谓均匀性,即激励信号变化某个倍数时,响应也变化相同的倍数。
当系统为动态系统时,系统的响应不仅取决于激励,还取决于系统的储能,即系统的初始状态,系统的响应和激励之间不可能满足叠加性和均匀性。因此,严格意义上的线性系统不可能是动态系统,只能是即时系统。
10.系统的分类:连续时间系统和离散时间系统;动态系统与即时系统;线性系统和非线性系统;时不变系统和时变系统。
11.因果系统和非因果系统:如果系统在任意时刻的响应只和当前和过去的激励有关,和未来的激励无关,则是因果系统。如果系统的响应和未来的激励有关,则是非因果系统。实际的物理可实现系统,如电路系统、机械系统等,必然是因果系统,非因果系统是物理不可实现的,因此因果系统也称为物理可实现系统。
12.信号与系统的时域和频域特征
时域是描述数学函数或物理信号对时间的关系。例如一个信号的时域波形可以表达信号随着时间的变化。 若考虑离散时间,时域中的函数或信号,在各个离散时间点的数值均为已知。若考虑连续时间,则函数或信号在任意时间的数值均为已知。 在研究时域的信号时,常会用示波器将信号转换为其时域的波形。
频域是描述信号在频率方面特性时用到的一种坐标系。对任何一个事物的描述都需要从多个方面进行,每一方面的描述仅为我们认识这个事物提供部分的信息。例如,眼前有一辆汽车,我可以这样描述它方面1:颜色,长度,高度。方面2:排量,品牌,价格。而对于一个信号来说,它也有很多方面的特性。如信号强度随时间的变化规律(时域特性),信号是由哪些单一频率的信号合成的(频域特性)。
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