1、初中物理校本課程教案現(xiàn)代數(shù)字通信技術教材簡析：現(xiàn)代數(shù)字通信技術是初中九年級物理校本課程中的第二個課題內容，主要由“現(xiàn)代數(shù)字通信技術概述”、“電纜通信與微波中繼通信”、“光纖通信 ”、“衛(wèi)星通信”、“ 程控交換機”以及“IP電話”這六個方面的相關文字及插圖所組成。學情分析：作為初中的學生，已經(jīng)廣泛地接觸到了各種通信方式，但是并不等于他們已掌握了現(xiàn)代通信方式的特點及用途，尤其是現(xiàn)代數(shù)字通信技術，他們更不甚了解，同時也不了解數(shù)字通信方式是如何發(fā)展變化的，因此，讓學生了解現(xiàn)代數(shù)字通信技術的變化與發(fā)展，感受科技的進步是教學重點。教學目標：1.知識目標：比較完整地了解數(shù)字通信技術的變化和發(fā)展以及各種數(shù)字通

2、信方式各自的特點。2.能力目標：學會根據(jù)實際情況，正確選擇、使用相應的數(shù)字通信方式來解決各種問題。3.情感目標：感受現(xiàn)代數(shù)學通信技術在日常生活中的應用，感受科技的進步給人們生活帶來的無限便捷。教學重點：感受現(xiàn)代數(shù)字通信技術的發(fā)展讓我們的生活更美好。教學難點：了解現(xiàn)代數(shù)字通信的方式和特點，學會正確選擇數(shù)字通信方式來解決問題。教學過程：一、現(xiàn)代數(shù)字通信技術概述通信實際上是由一地向另一地傳送含有信息的消息。通信中所傳遞的消息，有各種不同的形式，如符號、文字、語言、數(shù)據(jù)等，因而根據(jù)所傳遞消息的類別，在通信業(yè)務上中分為電報、電話、數(shù)據(jù)傳輸及可視電話等。通信系統(tǒng)的一般框圖 （一）通信系統(tǒng)的分類 1、按照傳

3、輸媒質分類（1）有線通信 消息的傳輸是用“導線”作為傳輸媒質來進行通信的。有線通信系統(tǒng)的示意圖 （2）無線通信 無線通信不需要架設線路而用無線電波在空間傳播來傳遞消息。 無線通信系統(tǒng)的示意圖話筒的聲電轉換器把語音變成電信號，需經(jīng)電臺用高頻（射頻）振蕩信號“運載”低頻語音信號，然后再輻射出去。這一過程稱為調制。高頻振蕩波稱為載波。在接收端收到已調制的高頻信號時，要將有用的低頻語音信號分離出來（解調），再經(jīng)揚聲器的聲電轉換恢復為原始語音信號。由于信號較弱，在兩端均有放大環(huán)節(jié)。調制方式分類： （a）調幅方式 調幅方式是將低頻信號“加”到高頻載波信號的幅度上。（b）調頻方式低頻信號將導致高頻載波瞬時頻

4、率的變化。無線通信中頻段的劃分:不同頻段的電波傳播方式也不同。2、按照傳輸信號分類（1）數(shù)字通信系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng) 信源編碼:盡可能壓縮冗余信息，使要發(fā)送的信息量減少。信道編碼:針對信道的干擾和噪聲，對要傳輸?shù)男畔⑦M行編碼，提高信息傳輸?shù)目煽啃?。信道解碼:負責按照編碼規(guī)則進行檢查和糾正錯誤。 信源解碼:負責恢復原始信息。（2）模擬通信系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng) 與數(shù)字系統(tǒng)相比，模擬系統(tǒng)的主要優(yōu)點是頻帶利用率高，缺點是抗干擾能力差，不易保密，設備不易大規(guī)模集成，不適應飛速發(fā)展的計算機通信要求等。二、電纜通信與微波中繼通信 電纜通信是較早發(fā)展起來的通信手段，用于長途通信已有60年歷史，在有線通信中占有突出

5、地位。 微波中繼通信是 20 世紀 60 年代發(fā)展的,它彌補了電纜通信的缺點。微波通信系統(tǒng)示意圖微波中繼通信分為模擬微波中繼通信和數(shù)字微波中繼通信兩類，模擬微波中繼通信雖然出現(xiàn)早、技術成熟，但正逐漸被數(shù)字微波中繼通信所取代。目前數(shù)字微波中繼通信已成為通信領域中一種重要的傳輸手段，并與衛(wèi)星通信、光纖通信一起成為當今三大通信傳輸技術。三、光纖通信 光纖通信與電纜通信相比具有容量大、傳輸距離長、抗電磁干擾性能好，并可以大量節(jié)省有色金屬。光纖的全稱是光導纖維，是用石英玻璃制成的纖維絲(直徑約0.1mm) 在實際應用上是幾條或幾百條光線絞合成光纜其結構如圖所示。光纜的一般結構圖光纖的結構示意圖光纖通信系

6、統(tǒng)示意圖再生站：為了彌補光波在傳輸過程中的損耗，系統(tǒng)設有再生站，即光中繼站。光纖通信的優(yōu)點：（1）傳輸頻帶寬、通信容量大 載波頻率越高，通信容量越大。目前使用的光波頻率比微波頻率高出百倍，通信容量可增加103104倍。光纖通信適合于高速、寬帶信息的傳輸。（2）損耗低、中繼距離遠 目前制造的石英玻璃纖維絲純凈度極高, 故其損耗極低。從而在通信線路中可以減少中繼站數(shù)量, 可以達到100km以上的無中繼傳輸距離。同樣速率的同軸電纜通信，無中繼站距離僅為1.6km左右。（3）抗干擾能力強、無串話 光纖是非導體、無電感，不受電磁干擾。因而在光纖通信中就不存在串話現(xiàn)象。（4）保密性強 光纖內傳播的光波基本

7、不輻射，難以竊聽，所以光纖通信和其它通信方式相比有更好的保密性。（5）線徑細、重量輕光纖直徑很小,制成光纜比電纜細而輕,便于敷設。四、衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信的特點是通信距離遠，覆蓋面大，不受地形條件限制，傳輸容量大，可靠性高。衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一個以衛(wèi)星為中繼站, 實現(xiàn)各個地面站間通信的系統(tǒng)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)示意圖衛(wèi)星通信系統(tǒng)根據(jù)軌道的不同可分為同步軌道和中、低軌道系統(tǒng)，但系統(tǒng)基本結構相同。衛(wèi)星通信系統(tǒng)結構示意圖同步軌道是衛(wèi)星處于地球赤道上空 35860 km處的圓形軌道,衛(wèi)星在這個軌道上繞地球一周的時間恰好為24h，衛(wèi)星與地球處于相對靜止狀態(tài)，兩者同步運行，這種衛(wèi)星也稱為地球同步衛(wèi)星。 三顆同步衛(wèi)星可把

8、地球表面除極地以外的地區(qū)覆蓋，實現(xiàn)全球通信。覆蓋區(qū)域如圖：同步衛(wèi)星建立全球通信示意圖每兩顆相鄰衛(wèi)星都有一定的重疊覆蓋區(qū)，但南、北兩極地區(qū)則為盲區(qū)。目前正在使用的國際通信衛(wèi)星系統(tǒng)就是按這個原理建立的, 其衛(wèi)星分別位于大西洋、印度洋和太平洋上空。其中，印度洋衛(wèi)星能覆蓋我國的全部領土，太平洋衛(wèi)星覆蓋我國的東部地區(qū)，即我國東部地區(qū)處在印度洋衛(wèi)星和太平洋衛(wèi)星的重疊覆蓋區(qū)中。移動通信移動通信是的現(xiàn)代通信中發(fā)展最為迅速的一種通信手段，它是固定通信的延伸，也是實現(xiàn)人類理想通信必不可少的手段。 一、無線電尋呼系統(tǒng)無線尋呼系統(tǒng)(Radio Paging System)是一種單向傳輸指令的選擇呼叫系統(tǒng)，屬于一種費用

9、低廉，使用方便，易于普及的個人移動通信業(yè)務系統(tǒng)。1、無線電尋呼系統(tǒng)無線電尋呼系統(tǒng)結構示意圖尋呼中心與市公用電話網(wǎng)相連，市話用戶要尋找外出用戶時，通過尋呼中心發(fā)出被呼用戶的號碼，用戶的接收機就顯示呼叫用戶的電話號碼,以及簡單的內容。2、公用移動電話系統(tǒng)（1）公用移動電話系統(tǒng)的組成公用移動電話系統(tǒng)結構示意圖（2）移動通信網(wǎng)的區(qū)域覆蓋移動通信網(wǎng)的覆蓋方式一般分為小容量的大區(qū)制和大容量的小區(qū)制兩類。大區(qū)制:是指一個基站覆蓋整個服務區(qū)。 小區(qū)制:將整個服務區(qū)劃分為若干個小區(qū)，每一小區(qū)設一基站，負責與小區(qū)內所有移動用戶臺無線通信。 （3）GSM移動通信系統(tǒng) 當前GSM通信系統(tǒng)應用廣泛，它主要采用了時分多址

10、(TDMA)技術。TDMA的基本想法是系統(tǒng)中各移動臺占用同一頻道，但占用不同的時隙。各移動臺只在規(guī)定的時隙內發(fā)送信號，這些信號通過基站的控制在時間上依次排列，互不重疊；同樣，各移動站只要在指定的時隙內接收信號，就能從各路信號中把發(fā)給它的信號分出來。 GSM頻段分配與頻道劃分（4）第三代（3G）移動通信系統(tǒng)隨著用戶對移動通信的不斷需求，它不斷發(fā)展，第三代移動通信系統(tǒng)已被提出，它將取代目前的GSMh或窄帶CDMA系統(tǒng)。3G系統(tǒng)網(wǎng)絡劃分為核心網(wǎng)和接入網(wǎng)。接入網(wǎng)負責將用戶通過無線通信手段接入核心網(wǎng)，核心網(wǎng)負責提供業(yè)務、鑒權等服務。 3G網(wǎng)絡有以下特點： （1）第二代移動通信系統(tǒng)一般為區(qū)域或國家標準，而

11、第三代移動通信系統(tǒng)將是一個在全球范圍覆蓋和使用的系統(tǒng)。（2）具有支持多媒體業(yè)務能力，特別是支持internet業(yè)務。（3）快速移動環(huán)境，最高速率達144kbit/s；步行環(huán)境，最高速率可達384kbit/s-2Mbit/s。（4）便于過渡、演進。（5）高頻譜效率。（6）高服務質量，低成本，高保密性。3、集群系統(tǒng) 集群系統(tǒng)是集群移動通信系統(tǒng)的簡稱，屬于調度性專用網(wǎng)。集群包含兩個方面：一是將各單位或各部門所需的基站及控制設備，集中建站、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一使用，各單位只需建立各自的調度臺、調度終端；二是多信道共用，采取動態(tài)分配空閑信道的方式，充分利用頻率資源和信道設備。4、無繩電話系統(tǒng)普通電話機不能隨便

12、移動，利用無繩電話可以使打電話的人在一定范圍內自由的移動進行通話。無繩電話系統(tǒng)結構示意圖五、程控交換機所謂程控，就是“存儲程序控制”,設計者預先把電話交換功能編制成相應的程序。存儲在存儲器中，當進行電話接續(xù)時由程序的自動執(zhí)行來控制交換機的操作，已完成電話的接續(xù)任務。這種交換機成為程控交換機。（一）電話交換網(wǎng)電話交換網(wǎng)由電話終端設備、傳輸鏈路和電話機交換設備三個基本部分組成。電話終端設備即為電話機，是電話網(wǎng)的源點和終點。終端設備的主要功能是把傳送的話音信息和在信道上傳送的電信號相互轉換，此外還能發(fā)出和接收控制信息。傳輸鏈路是網(wǎng)絡節(jié)點的連接媒介，是信號與信息的傳輸通路；電話交換設備是電話網(wǎng)中的核心

13、，它的基本功能是完成話音信息匯集、轉接續(xù)和分配。電話網(wǎng)絡的一般結構（二）程控交換機交換機可分為局用交換機和用戶交換機兩類。局用交換機用于所轄區(qū)域內用戶電話的交換和局間電話的交換一般的端局和匯接局內采用的都是局用交換機。用戶交換機也稱小交換機，用于單位內的電話交換以及內部電話與公用電話網(wǎng)的連接。1、程控交換機基本結構程控交換機實質上是通過計算機的 “存儲程序控制” 來實現(xiàn)各種接口的電路接續(xù)、信息交換及其它的控制、維護管理功能?；窘Y構如圖：程控交換機的基本結構（1）外圍接口單元外圍接口單元包括模擬用戶線電路(ALC)、數(shù)字用戶線電路(DLC)、模擬中繼線單元(ATU)、數(shù)字中繼線單元(DTU)及

14、各種其它接口單元。用戶線接口電路(簡稱用戶電路)的作用是實現(xiàn)各種用戶線與交換網(wǎng)絡直間的連接。中繼線接口，通過局間的中繼線與其它交換機聯(lián)結所傳送的信號一般為多路復用信號，即頻帶信號。（2）交換網(wǎng)絡交換網(wǎng)絡的作用為話音信號提供接續(xù)通路并完成交換過程。（3）控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)的作用是對呼叫進行處理，并對交換機的運行進行管理、監(jiān)測和維護。控制系統(tǒng)包括中央處理器(CPU)、掃描器、存儲器和輸入/輸出設備等。程控交換機可分為集中控制、分級控制和全分散控制三種方式。（a）集中控制方式：整個程控交換機的控制功能有一對處理器來完成，雖便于控制，但一般要配備大型處理器。（b）分級控制方式：在程控交換機里配備若干個處

15、理器作為區(qū)域處理器來完成如監(jiān)視用戶摘、掛機等比較簡單重復的工作，減輕中央處理器的大量處理工作。（c）全分散控制方式：信號控制是終端設備的任務，交換網(wǎng)絡的作用可在網(wǎng)絡內設置。2、用戶電路的功能(BORSCHT)（1）饋電(B,Battery feed)。交換機通過用戶線向共電式話機直流饋電，我國規(guī)定饋電電壓為-48V，容差為(+6，-4)V。 （2）過壓保護(O,Overvoltage protection)。提供保護措施，防止用戶線上的電壓沖擊或過壓、過流而損壞交換機。（3）振鈴(R,Ring)。向被叫用戶話機提供鈴流信號。我國采用90V+15V(有效值)、25Hz交流電壓作為鈴流信號。（4）

16、監(jiān)視(S,Superivision)。借助掃描器監(jiān)視用戶線通斷狀態(tài)，以監(jiān)測話機的摘機、掛機與撥號脈沖等用戶線信號并轉送給控制設備，以表示用戶忙閑情況，并利用脈沖收號器進行撥號號碼識別，確定其接續(xù)要求。（5）編譯碼(C,Code)。用戶講話時，模擬話音信號不能直接通過交換機的數(shù)字交換網(wǎng)絡。因此，在用戶電路中設置編譯碼電路。如是發(fā)送方，則通過編碼完成A/D變換，如是接收方，則通過譯碼完成D/A 變換，并經(jīng)相應得濾波器濾除50Hz的電源干擾，而后與程控交換機的數(shù)字交換網(wǎng)絡接口。（6）混合(H, Hybrid)。用戶線上的模擬話音信號是二線雙向傳送，而數(shù)字交換是四線單向交換。因此，要在用戶電路中設置2

17、/4線轉換器。（7）測試(T, Test)。提供測試端口，通過測試繼電器或電子開關、交換機測試程序，對用戶電路進行自動測試，其結果可在交換機維護終端上加以顯示。3、程控交換機的服務功能（1）縮位撥號縮位撥號就是主叫用戶在呼叫經(jīng)常聯(lián)系的被叫用戶時，用12位的縮位號碼來代替原來的多為被叫號碼。（2）轉移呼叫轉移呼叫也叫隨我來。當某用戶離開辦公室去他處時，可事先向電話局登記臨時去處的電話號碼。此后，如有用戶呼叫他原來的電話號碼，就可自動轉移到他的臨時去處。（3）熱線服務熱線服務也叫“不撥號就接通”，即用戶摘機后不需要撥號就可以和事先被指定的被叫用戶接通。（4） 呼叫等待（5）自動回叫（6）自動叫醒服

18、務（7）免打擾服務（8）遇忙轉移或無應答轉移（9）截接服務（10）限制呼出或呼入（11）詢問第三者（12）會議電話六、IP電話IP電話就是利用計算機互聯(lián)網(wǎng)(IP網(wǎng))進行的一種語音傳輸業(yè)務，也互聯(lián)網(wǎng)與公共電話網(wǎng)(PSTN)相結合的產(chǎn)物，也可稱為網(wǎng)絡電話。其最大的特點是比普通電話收費便宜。（一）IP電話的工作過程IP電話的工作過程可分為5個步驟。1、 語音信號數(shù)字化2、 信號壓縮3、 信號分組4、 解包與解壓縮5、 語音恢復（二）IP電話的網(wǎng)絡結構IP電話系統(tǒng)一般由終端和網(wǎng)絡組成，它由電話網(wǎng)絡和計算機共同發(fā)展而成，其結構方式有以下幾種。1、電話到電話電話到電話的結構方式網(wǎng)關：是IP電話網(wǎng)絡系統(tǒng)中重要的組成部分之一，是實現(xiàn)IP電話的關鍵，它把公共電話網(wǎng)(PSTN)和IP網(wǎng)聯(lián)接起來。工作原理：用戶的語音信號經(jīng)過PSTN送到網(wǎng)關，網(wǎng)關對它進行壓縮、分組和一些保證質量的處理, 將IP語音信號分組發(fā)送到IP網(wǎng)上傳送, 到達對方所在地的網(wǎng)關后，對語音信號