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项目一：交通信息数据传输系统综述任务一、认识交通信息数据传输系统组成一、任务内容（一）认识交通信息数据传输系统组成图1-1-1交通信息数据传输系统组成示例移动通信系统移动通信，是指通信双方至少有一方是在运动中进行信息交换的。近十年来，在微电子技术和计算机技术的推动下，移动通信从过去简单的无线对讲或广播方式发展成为把有线、无线融为一体，固定、移动相互连接的全国规模、全球范围的通信系统。我国从20世纪90年代中期开始发展移动通信，经历了第一代TACS制式模拟移动通信系统、GSM制式第二代数字移动通信系统和CDMA制式第三代移动通信系统的发展历程。在今后的发展过程中，它必然朝着数字化、微型化、个人化、智能化和标准化等方面发展，随着新理论、新技术和新产品的不断涌现，移动通信将更加可靠、方便、快速、灵活，并全方位地满足人们对通信的需求。（二）认识各通信系统无线局域网无线局域网是指以无线信道作传输媒介的计算机局域网络（WirelessLocalAreaNetwork，简称WLAN），是在有线网的基础上发展起来的，使网上的计算机具有可移动性，能快速、方便地解决有线方式不易实现的网络信道的连通问题。GPS全球定位系统GPS是全球定位系统（GlobalPositioningSystem）的英文缩写，它可以用来实现连续的实时三维导航。是20世纪70年代由美国国防部研制的新一代卫星导航定位系统，向全球范围内的用户全天候提供高精度的导航、定位和授时服务。目前，GPS已在地形测量、交通管理、导航、野外勘探等领域得到了广泛的应用。光纤通信系统光纤通信，是以光波为载频、以光纤为传输媒介的新型通信方式，其应用规模之大、范围之广、涉及学科之多，是以往任何一种通信方式所未有的。与电缆通信相比，每芯光纤通话路数高达百万路，中继距离达到100km。现在，光纤通信的新技术仍在不断涌现，诸如频分复用系统、光放大器、相干光通信、光孤子通信等，其中主要以单模长波光纤通信、大容量数字传输技术以及相干光通信为主流，这些技术预示着光纤通信技术的强大生命力和广阔的应用前景。它将对未来的信息社会发挥巨大的作用，产生深远的影响。任务一、认识交通信息数据传输系统组成二、相关知识通信系统的一般模型如图所示图1-1-2通信系统模型（一）通信系统的模型噪声源信宿接收设备信道发送设备信源信息源是信息或信息序列的产生源，它泛指一切发信者，可以是人也可以是机器设备，能够产生诸如声音、数据、文字、图像、代码等电信号。信息源发出信息的形式可以是连续的，也可以是离散的。发送设备把信息源发出的信息变换成便于传输的形式，使之适应于信道传输特性的要求并送入信道的各种设备。发送设备是一个整体概念，可能包括许多的电路、器件与系统，比如把声音转换为电信号的麦克风，把基带信号转换成频带信号的调制器等。信道是指传输信号的通道。根据传输媒质的不同，可分为有线信道（明线、电缆、光纤等）和无线信道（微波、卫星等）。明线和电缆可用来传输速率低的数字信号，其他信道均要进行调制。只经信道编码而不经调制就可直接送到明线或电缆中去传输的数字信号称为数字基带信号，经调制后的信号称为频带信号。信道噪声，可能是进入信道的各种外部噪声，也可能是通信系统中各种电路、器件或设备自身产生的内部噪声。接收设备接收从信道传输过来的信息，并转换成信息宿便于接收的形式，其功能与发送设备的功能刚好相反。接收设备也是一个整体概念，可能包括许多的电路、器件与系统，比如把频带信号转换为基带信号的解调器，把数字信号转换为模拟信号的数/模转换器等。信息宿是接收发送端信息的对象，它可以是人，也可以是机器设备。对于数字通信系统其通信系统模型如图所示。图中，信源是信息变换成原始电信号的设备或电路。信源编码的主要功能是把人的话音以及机器产生的如文字、图表及图像等模拟信号变换成数字信号，即所谓的模/数（A/D）变换。在数字系统中，信源编码一般包括模拟信号的数字化和压缩编码两个范畴，压缩编码对数字信号进行处理，去除或减少信号的冗余度。信道编码是将数字信号变换成与调制方式和传输信道匹配的形式，从而降低传输误码率，提高传输的可靠性。根据信道媒质特性，对编码后的数字信号还要经调制后再送入信道中，如光纤信道中的光调制，无线信道中的调频、调相、调幅等。解调、信道解码和信源解码分别是调制、信道编码和信源解码的逆过程。数据是运送信息的实体，而信号则是数据的电气的或电磁的表现。无论数据或信号，都既可以是模拟的也可以是数字的。所谓模拟的就是连续变化的，而数字的就表示取值仅允许为有限的几个离散数值。（二）模拟信号与数字信号1．模拟信号（AnalogueSignal）如果信号的幅度值是连续（连续的含义是在某一取值范围内可以取无限多个数值）的而不是离散的，则这样的信号称为模拟信号。图（a）是话音信号的电压波形，它模拟了语声声强的大小，其幅度是连续变化的，因此它是模拟信号。图（b）是对图（a）按一定的时间间隔T抽样后的抽样信号，在时间上是离散的，但幅度取值仍然连续，所以图（b）仍然是模拟信号。例如：收音机接收的调幅、调频信号，普通电话机发送、接收的信号，模拟电视机接收的信号等都是模拟信号。tてTsu(t)u(t)too2．数字信号（DigitalSignal）如图是数字信号的两个波形。图（a）是二进制码，每一个码元只取两个状态（0、1）之一。图（b）是四电平码，每个码元只能取四个状态（3、1、-1、-3）中的一个。数字信号的特点是：其幅度值被限制在有限个数值之内，它不是连续的而是离散的。例如：计算机处理的信号，电报传送的信号，手机收、发处理的信号，网络传输的数据信号等均属于数字信号。1．抗干扰能力强，无噪声积累。2．灵活性强，能适应各种业务要求。3．便于与计算机连接。4．便于加密处理。5．设备便于集成化、小型化。6．占用频带宽。（三）数字通信的特点任务一、认识交通信息数据传输系统组成三、复习与思考1.试画出数字通信系统组成框图，并说明各部分的作用。2.结合交通信息数据传输系统，举例说明现代通信的几种方式。3.模拟信号与数字信号的主要区别是什么？4.简述数字通信系统的特点。任务二：熟悉交通信息数据传输系统基础知识一、任务内容通信系统中的信道是物理信道，是指信号发送设备与信号接收设备之间传送信号的通道。传输介质是指可以传输电信号（或光信号）的物质，分为有线介质和无线介质。从通信的双方信息交互的方式看，可以有三种基本方式。（一）认识信道与传输介质1）单工通信单工通信只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道，无线电广播、电视广播就属于这种类型。2）半双工通信半双工通信即通信的双方都可以发送信息，但不能同时发送。3）全双工通信全双工通信即通信的双方可以同时发送和接收信息，通常需要两条信道。1.信道工作方式常见的传输介质包括双绞线、同轴电缆、光缆、无线传输等。2.传输介质双绞线UTPSTP图1-2-1双绞线同轴电缆图1-2-2同轴电缆光缆光缆是由一组光导纤维组成的用来传播光束的、细小而柔韧的传输介质。光纤的基本结构由纤芯和包层组成。应用光学原理，由光发送机产生光束，将电信号变为光信号，再把光信号导入光纤，在另一端由光接收机接收光纤上传来的光信号，并把它变为电信号，经解码后再处理。与其它传输介质比较，光纤的电磁绝缘性能好、信号衰小、频带宽、传输速度快、传输距离大。主要用于要求传输距离较长、布线条件特殊的主干网连接。目前光纤到户也已逐步开始。无线传输在无线传输中，信号的传输是利用电磁波在空间的传播来实现的。无线传输介质指可以传播电磁波（包括光波）的空间或大气，主要由无线电波和光波作为传输载体。由于无线电波传输距离远，能够穿过建筑物，既可全方向传播，也可定位传播，因此绝大多数无线通信都采用无线电波作为信号传输的载体。无线传输信道中的信息主要通过自由空间进行传输，但还必须通过发射机系统、发射天线系统、接收天线系统和接收机系统，才能使携带信息的信号正常传输，从而组成一条无线传输信道。无线传输包括卫星通信、微波通信和移动通信三类。1、按照范围分类狭义信道：传输信号的具体媒介。如电缆、光缆等。广义信道：不仅包含具体的物理介质，而且还包含了终端（收/发端）的部分设备在内的那段信号通路。如编码信道、调制信道等。3.信道的分类2、按照传输的信号类型分类模拟信道：传输的是在幅度和时间上都连续变化的模拟信号。如电话线就是一个模拟信道。数字信道：在信道上只能传输数字信号的信道。如数字电话信道、计算机组成的局域网等。3、按照信道的使用方式分类专用信道：两点或多点之间的线路是固定不变的。如民航系统、金融系统内部自己组建的网络等。公用信道：通过公用网络为广大用户提供服务的信道。如公用电话网、数字数据网等。4、按照传输媒质分类有线信道：由固体媒体(如铜线或光纤)传输的导向媒体。无线信道：在自由空间传输的非导向媒体如短波、微波）。为了提高传输效率，需要采用压缩编码技术，在保证一定信号质量的前提下，尽可能地去除或降低信号中的冗余信息，从而减小传输所用带宽。针对信源发送信息所进行的压缩编码，一般称为信源编码。（二）认识信源编码数字化目的使模拟信号能在数字信道中传输数字化方法抽样：信号自变量的离散化量化：信号幅值的离散化编码图1-2-3模拟信号的数字化过程示意图1.模拟信号数字化数字信号···01001011···抽样量化编码模拟信号pulsemodulation抽样过程理论上：抽样过程=周期冲激序列×模拟信号实际上：抽样过程=周期性窄脉冲×模拟信号ttts(t)δT(t)sk(t)s(t)c(t)sk(t)tttsampling图1-2-4抽样过程示意图抽样信号恢复的波形tsk(t))(ˆtstinterpolation图1-2-5抽样信号恢复的波形量化的基本概念量化是模拟信号数字化的第二个步骤对信号幅度进行离散化处理的过程称为量化量化过程必然会引入误差，称为量化误差基本原理脉冲编码调制(PCM)模拟信号输入LPF抽样量化编码PCM信号数字信道解码重建滤波模拟信号输出PCM编码器PCM解码器pulsecodemodulation(PCM)图1-2-7PCM原理框图2.语音编码技术语音编码一般分为三大类型：波形编码、信源编码（参数编码或声码器）和混合编码。波形编码：用于较高的码率，并且具有高质量的语音。声码器：用于甚低码率，语音质量不太好，类似合成语音，在任何码率下都无法给出自然语音。混合编码：综合采用波形编码和信源编码技术，在中等码率下具有较好的语音质量。图像编码是信源编码的一个重要方面。图像编码种类很多，图像数据压缩算法也很多，根据应用的不同而产生了众多的编码方法。图像是二维的，表述的数学方法多种多样。以存储为目的和以传输为目的图像编码方法不同，静止图像与运动图像的编码方法也不同。3.图像编码技术（三）信道复用技术DEMUX复用器解复用器共享信道MUX复用——多个信息源共享一个公共信道为何要复用？线路成本图1-2-8多路复用多路复用技术就是将多路信号组合在一条物理信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将各路信号分离开来。这样使一条物理信道资源被多路信号共享。多路复用技术包括:频分多路复用(FDM)时分多路复用(TDM)码分多址(CDMA)多路复用技术频分多路复用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）当传输介质的可用带宽超过各路给定信号所需带宽的总和时，可以把多个信号调制在不同的载波频率上，从而在同一介质上实现同时传送多路信号，这就是频分多路复用。1.频分多路复用(FDM)频分多路复用带宽分配例fFDM多路复用过程例FDM多适用于模拟信号传输FDM解多路复用过程例FDM中的移频与叠加（频谱）FDM多路复用与解复用全过程例时分多路复用TDM（TimeDivisionMultiplexing）：当传输介质所能达到的数据传输速率超过各路信号的数据传输速率的总和时，可
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