通信發(fā)展史-數字通信.ppt

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通信歷史的回顧,利用電磁波通信的歷史可大致劃分三個階段： 1837年電報開始的通信初級階段； 1948年香農提出信息論開始的近代通信階段； 80年代以后光纖通信應用、綜合業(yè)務數字網崛起的現代通信階段。,通信發(fā)展簡史(1),1837年，摩爾斯發(fā)明有線電報，開始了電通信階段 1843年，亞歷山大·本取得電傳打字電報的專利 1864年，麥克斯韋創(chuàng)立了電磁輻射理論,并被當時的赫茲證明，促使了后來無線通信的出現 1876年，貝爾利用電磁感應原理發(fā)明了電話 1879年，第一個專用人工電話交換系統(tǒng)投入運行 1880年，第一個付費電話系統(tǒng)運營 1892年，加拿大政府開始規(guī)定電話速率 1896年，馬可尼發(fā)明無線電報,通信發(fā)展簡史(2),1907年，電子管問世，通信進入電子信息時代 1915年，橫貫大陸電話開通; 實現越洋語音連接 1918年，調幅無線電廣播、超外差式接收機問世 1925年，開通三路明線載波電話，開始多路通信 1936年，調頻無線電廣播開播 1937年，雷沃斯發(fā)明脈沖編碼調制，奠定了數字通信基礎 1938年，電視廣播開播 20世紀40年代二戰(zhàn)期間，雷達與微波通信得到發(fā)展 1946年，第一臺數字電子計算機問世 1947年，晶體管在貝爾實驗室問世，為通信器件的進步創(chuàng)造了條件,通信發(fā)展簡史(3),1948年，香農提出了信息論，建立了通信統(tǒng)計理論 1950年，時分多路通信應用于電話系統(tǒng) 1951年，直撥長途電話開通 1956年，敷設越洋通信電纜 1957年，發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星 1958年，發(fā)射第一顆通信衛(wèi)星 1962年，發(fā)射第一顆同步通信衛(wèi)星，開通國際衛(wèi)星電話；脈沖編碼調制進入實用階段 20世紀60年代，彩色電視問世；阿波羅宇宙飛船登月；數字傳輸理論與技術得到迅速發(fā)展；計算機網絡開始出現 1969年，電視電話業(yè)務開通 20世紀70年代，商用衛(wèi)星通信、程控數字交換機、光纖通信系統(tǒng)投入使用；一些公司制定計算機網絡體系結構,通信發(fā)展簡史(4),20世紀80年代，開通數字網絡的公用業(yè)務；個人計算機和計算機局域網出現；網絡體系結構國際標準陸續(xù)制定 20世紀90年代，蜂窩電話系統(tǒng)開通，各種無線通信和數據移動通信技術不斷涌現；光纖通信得到迅速普遍的應用；國際互聯(lián)網和多媒體通信技術得到極大發(fā)展， 1997年，68個國家簽定國際協(xié)定，互相開放電信市場,通信革命 —— 進入現代通信階段,數據通信 計算機科學技術與通信技術相結合的產物 計算機以及各種數據設備之間經由數據通路（專線或通信網絡）所進行的數據交換 計算機通信 指兩臺或多臺“自治”的計算機之間的數據交換 不能“自治”的各種數據設備之間的數據交換屬于數據通信，但不是計算機通信 數據/計算機通信的革命 始于20世紀70/80年代 90年代Internet普及與多媒體通信技術發(fā)展加速了變革 數據通信與計算機通信逐漸融合 通信產業(yè)與計算機產業(yè)日趨重合,數據通信的特點,1.通信對象的范圍廣 在電報、電話通信中，涉及的是人與人之間的通信；而數據通信除了人與人之間的通信之外，更主要的是人通過終端與計算機之間的通信或者是計算機與計算機之間的通信。 2.傳輸內容為二進制數據 電話通信傳輸的是連續(xù)的語音信號，電報通信傳輸的是具有特定含義的報文；而數據通信傳輸的則是以二進制形式表示的數據。,數據通信的特點,3.通信的可靠性高 電話、電報在信息傳輸中若出現差錯比較容易糾正。而數據傳輸中如果出現差錯則較難糾正，為了保證傳輸質量，一般需要采用差錯控制技術，因此數據傳輸的可靠性高。 4.通信的復雜性高 數據通信的影響因素比較多，傳輸的內容、方式也不同，對數據通信的要求也有很大差別，因而在實現數據通信時涉及的因素也比較復雜。,計算機通信革命帶來的變化,數據處理設備與數據通信設備之間不再有本質區(qū)別 數據通信、話音通信和視頻通信之間也無本質區(qū)別 數據通信與計算機通信難以區(qū)分 局域網、城域網和廣域網之間日趨模糊,通信革命的演進與走勢,由集團通信朝個人通信發(fā)展 移動通信的出現與逐漸普及 計算機通信網由專用網走向公用網再發(fā)展為互聯(lián)網 形成跨行業(yè)、跨地區(qū)的計算機互聯(lián)網 由單一通信網發(fā)展為綜合業(yè)務數據通信網 ISDN以及電信、電視、數據多網合一 網絡交換技術由電路交換發(fā)展為分組交換和信元交換 WAN由X.25演進為FR、ATM，MAN/LAN采用SMDS、Ethernet和ATM，Internet/Intranet采用IP 通信方式由簡單到復雜、由單一到多用戶和大信息 由終端主機間通信發(fā)展為對等通信，再到客戶服務器之間通信（包括瀏覽器與Web服務器之間的通信）,一些熱點通信領域,傳統(tǒng)領域 傳統(tǒng)電信業(yè)務 AM無線電 FM立體聲 TV 短波(全球)無線電,當代飛速發(fā)展的領域 計算機通信 多媒體通信 Internet技術 光纖傳輸 衛(wèi)星系統(tǒng) 蜂窩移動電話 擴頻 個人通信系統(tǒng)(PCS) 高清晰度電視(HDTV) 智能電信網 用戶接入,衛(wèi)星通信 移動通信 多媒體通信 用戶接入 全光網,當今通信熱點舉例,1982年 國際海事通信組織開通由四顆地球同步衛(wèi)星 組成的INMARSAT系統(tǒng)，實現全球移動通信。 1998年 中、低軌道的衛(wèi)星系統(tǒng)得以研究成功并陸續(xù) 開通，其中有 美國Motorala公司的銥星(Iridium)系統(tǒng) 美國LORAL公司的全球星(Global Star)系統(tǒng) 國際海事通信組織的ICO系統(tǒng) 1999年 國際衛(wèi)星組織發(fā)射電視直播衛(wèi)星、應用于高 速信息公路。,衛(wèi)星通信,衛(wèi)星通信,衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉發(fā)無線電信號，在兩個或多個地面站之間進行的通信過程或方式。衛(wèi)星通信屬于宇宙無線電通信的一種形式，工作在微波頻段。衛(wèi)星通信是現代通信技術、航天技術、計算機技術相結合的重要成果。近30年來，衛(wèi)星通信在國際通信、國內通信、軍事通信、移動通信以及廣播電視等領域，得到了廣泛的應用。,返回,5.4.1 衛(wèi)星通信概述,現代通信中廣泛應用的是有源靜止衛(wèi)星（即同步衛(wèi)星）。 靜止衛(wèi)星被發(fā)射到位于赤道上空35 800 km 附近的圓形軌道上，其運動方向與地球自轉方向一致，繞地球一周的時間恰好為24小時 ，與地球自轉周期相同。以靜止衛(wèi)星作為中繼站所組成的通信系統(tǒng)，稱為靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)或同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)。,衛(wèi)星通信概述,衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類 按衛(wèi)星的制式分類 按通信覆蓋范圍分類 按用戶性質分類 按業(yè)務范圍分類 按基帶信號體制分類 按多址方式分類 按運行方式分類,衛(wèi)星通信概述,衛(wèi)星通信的工作頻率 微波頻段中0.3 ~ 10 GHz范圍內大氣損耗最小，較適合于電波穿出大氣層的傳播；電波可視為自由空間傳播（只按直線傳播），該頻段稱為“無線電窗口”，在衛(wèi)星通信中應用最多；在30 GHz附近的大氣損耗也相對較小，常稱此頻段為“半透明無線電窗口” 。,衛(wèi)星通信概述,衛(wèi)星通信的特點 覆蓋區(qū)域大，通信距離遠，通信成本與距離無關； 以廣播方式工作，具有多址連接能力； 通信容量大，傳送的業(yè)務種類多； 采用先進的空間電子技術，如地球站的高增益天線、大功率發(fā)射機、低噪聲接收設備、高靈敏度調制解調器等；,衛(wèi)星通信概述,需解決信號傳播時延較大（因信號傳輸距離長而致）所造成的影響； 需解決衛(wèi)星的姿態(tài)控制問題，以適應復雜多變的空間環(huán)境； 通信衛(wèi)星的一次投資費用較高，且在運行中難以維修，要求衛(wèi)星具備高可靠性和長使用壽命； 需解決地面微波系統(tǒng)與衛(wèi)星通信系統(tǒng)間的干擾問題。,5.4.2 衛(wèi)星通信系統(tǒng),同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成 同步衛(wèi)星系統(tǒng)是利用定位在地球同步軌道上的衛(wèi)星進行通信的系統(tǒng)，原則上只需要三顆同步衛(wèi)星即可基本覆蓋地球 。 同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)由地球站、通信衛(wèi)星、控制與管理系統(tǒng)部分組成，如圖所示。,衛(wèi)星通信系統(tǒng),圖5-10 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成,返回,衛(wèi)星通信系統(tǒng),（1）地球站 地球站是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的地面部分，用戶通過地球站接入衛(wèi)星線路進行通信，一般包括天線、饋線設備、發(fā)射設備、接收設備、信道終端設備、天線跟蹤伺服設備、電源設備等。,衛(wèi)星通信系統(tǒng),（2）通信衛(wèi)星 通信衛(wèi)星的基本作用是無線電中繼。主體是通信裝置（星上系統(tǒng)），主要包括轉發(fā)器和天線。通信衛(wèi)星可以包括一個或多個轉發(fā)器，每個轉發(fā)器能夠同時接收和轉發(fā)多個地球站的信號。,衛(wèi)星通信系統(tǒng),（3）控制與管理系統(tǒng) 該系統(tǒng)包括跟蹤遙測及指令系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)，其任務是對衛(wèi)星進行跟蹤測量，控制其準確進入軌道上的指定位置。,衛(wèi)星通信系統(tǒng),衛(wèi)星通信體制 通信體制是指通信系統(tǒng)中的信號形式、信號傳輸方式和信息交換方式。 衛(wèi)星通信采用的基帶信號形式、基帶復用方式、調制方式、多址方式、信道分配及交換方式各不相同，因此產生了不同形式的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。,衛(wèi)星通信系統(tǒng),衛(wèi)星通信中，模擬信號的調制方式常為調頻（FM），數字信號的調制方式通常為相移鍵控（PSK）調制。基帶信號的復用方式可相應分成頻分復用（FDM）或時分復用（TDM）。 各地球站間的多址連接為FDMA、TDMA、CDMA、SDMA等。信道的分配形式可分成預定分配（PA）、按申請分配（DA）或隨機占用等。,5.4.3 衛(wèi)星移動通信,全球衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的概念 一顆同步衛(wèi)星的有效覆蓋區(qū)域約為地球表面的三分之一。3顆相隔120度的同步衛(wèi)星就能基本上覆蓋全球（除兩極地區(qū)外），若在其有效覆蓋區(qū)的重疊部分內分別設置3個地面中繼站，用來轉發(fā)來自衛(wèi)星的信號，就能在全球范圍內實現任何兩個用戶之間的通信，該系統(tǒng)稱為全球衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),衛(wèi)星移動通信,衛(wèi)星移動通信的分類 （1）靜止軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng) （2）低軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng) （3）中軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),,MEO,,參考材料,不同軌道的衛(wèi)星軌跡示意,衛(wèi)星移動通信,衛(wèi)星移動通信的特點 通信范圍廣 通信容量大 移動地面站小型化,衛(wèi)星移動通信,衛(wèi)星移動通信的應用 大型遠洋船舶的通信、導航和海難救助 陸地移動通信和航空移動通信 未來全球個人通信系統(tǒng)的一個重要組成部分,20世紀80年代，基于FDMA的第一代模擬系統(tǒng) (1G) 北美AMPS、N-AMPS；英國TACS；日本JTAC；北歐NMT。 20世紀90年代，基于TDMA和CDMA的第二代數字系統(tǒng) 北美D-AMPS(EIA/TIA IS-136)；歐洲GSM；日本JDC。(2G) 歐洲GSM/GPRS;基于CDMA的北美PCS(IS-95)。 (2G+) 基于WCDMA的數字第三代系統(tǒng)已經出現 (3G) 提供數據速率為2Mbps(靜態(tài)環(huán)境)的多媒體業(yè)務。 ITU-T正在制定IMT(國際移動通信)建議標準，IMT2000參考建議有： 歐洲根據GSM/GPRS演進的UMTS建議（WCDMA）； 北美根據IS-95演進的cdma2000建議； 北美根據IS-136演進的UWCC-136建議(TDMA)； 中國綜合根據2G多種標準提出的TD-SCDMA。,移動通信,,,,第一代 單頻模擬蜂窩系統(tǒng) 僅用于語音通信 覆蓋區(qū)僅有宏小區(qū) 商業(yè)用戶,Continued.,移動通信的演進,第二代 雙頻雙模式數字系統(tǒng) 語音/低速數據通信 宏小區(qū) Macro Cells 微小區(qū) Micro Cells 皮可小區(qū) Pico Cells 與固定電話網互補 商業(yè)用戶和消費者,第三代 多頻多模式數字系統(tǒng) 多媒體通信多業(yè)務 同固定電話結合在一 起，與IP網、VPN等 網絡互補 個人通信,參考材料,4G手機網絡結構圖,,,4G通信系統(tǒng)的關鍵技術,,,1．正交頻分復用技術（OFDM）為技術核心。OFDM技術的特點是網絡結構高度可擴展，具有良好的抗噪聲性能和抗多信道干擾能力，可以提供無線數據技術質量更高（速率高、時延?。┑姆蘸透玫男阅軆r格比。 2．軟件無線電技術。 軟件無線電是將標準化、模塊化的硬件功能單元經一通用硬件平臺，利用軟件加載方式來實現各類無線電通信系統(tǒng)的一種開放式結構的技術。 3．智能天線技術（SA）。 智能天線具有抑制信號干擾、自動跟蹤及數字波束調節(jié)等功能，被認為是未來移動通信的關鍵技術。智能天線成形波束可在空間域內抑制交互干擾，增強特殊范圍內想要的信號，既能改善信號質量又能增加傳輸容量。 4．多輸入多輸出技術（MIM0） 。多輸入多輸出是指在基站和移動終端都有多個天線。MIM0技術為系統(tǒng)提供空間復用增益和空間分集增益。,4G的技術標準,,1． LTE：LTE(Long Term Evolution,長期演進)項目是3G的演進，它改進并增強了3G的空中接入技術，采用OFDM和MIMO作為其無線網絡演進的唯一標準。 2．LTE-Advanced：它滿足 ITU-R的IMT-Advanced技術征集的需求，是3GPP形成歐洲IMT-Advanced技術提案的一個重要來源。 3．WiMax：全球微波互聯(lián)接入，WiMAX的另一個名字是IEEE 802.16。WiMAX的技術起點較高，WiMax所能提供的最高接入速度是70M，這個速度是3G所能提供的寬帶速度的30倍。 4． HSPA+：HSPA+是HSPA的衍生版，能夠在HSPA網絡上進行改造而升級到該網絡，是一種經濟而高效的4G網絡。 5. WirelessMAN-Advanced：WirelessMAN- Advanced事實上就是WiMax的升級版，即IEEE 802.11m標準。,4G的主要優(yōu)勢,,,,,,,,,,,,通信速度更快,,,智能性能更高,提供各種增值服務,,網絡頻譜更寬,,通信更加靈活,,兼容性能更平滑,,高質量多媒體通信,,,頻率使用效率更高,,,通信費用更加便宜,多媒體通信傳媒信息量大 適應現代社會許多應用需求，諸如 可視電話 電視會議 虛擬現實 視頻點播 語音郵件 多媒體檢索 遠程教學 遠程醫(yī)療,多媒體通信,,,多媒體技術是利用計算機和網絡來表示、存儲、傳輸和處理各種感知媒體的技術，因此多媒體通信也是一種數據通信。 媒體種類 感覺媒體 (Perception Medium) 表示媒體 (Representation Medium) 顯示媒體 (Presentation Medium) 存儲媒體 (Storage Medium) 傳輸媒體 (Tansmission Medium),參考材料,多媒體通信,,,多媒體通信的主要特點 集成性 實時性 交互性 同步性 多媒體通信中涉及的技術領域 多媒體通信終端技術 支持多媒體業(yè)務的通信網絡技術 多媒體應用系統(tǒng)技術 主要關鍵技術 音頻與圖像媒體壓縮技術 寬帶網絡技術 信號處理與識別技術,參考材料,多媒體通信,,基于銅纜的接入技術 例如，能傳輸2Mbps以上的數據“高比特率數字用戶線”，可把圖像等視頻信號引入用戶家庭 。 基于光纜的接入技術 光纜頻帶寬、容量大、干擾小。 光纖同軸混合接入技術 利用有線電視系統(tǒng)的方法，可以額外提供視頻點播，交互式數據業(yè)務及電話業(yè)務。 無線接入技術 具有建設速度快，方便靈活、造價低廉等特點。,用戶數據接入,,,交換式/中繼移動無線電（SMR/TMR） 無線尋呼網（BP） 無繩電話與無線辦公電信系統(tǒng)（WOTS） 蜂窩無線電與蜂窩數據通信 蜂窩數字分組數據（CDPD） 通用分組無線業(yè)務（GPRS） 無線數據網絡：分組無線電 無線局域網（WLAN） 無線本地環(huán)路（WLL） 本地多點分布業(yè)務（LMDS） 多信道多點分布業(yè)務（MMDS） 注冊許可的微波系統(tǒng) 個人通信業(yè)務（PCS）,參考材料,各種無線通信系統(tǒng),,1995年美國和歐洲分別開始研究全光網 全光網在服務質量、帶寬需求、業(yè)務內容、網絡的可重構性和可擴展性等方面，都是當今現有網絡所遠遠不能比擬的 在傳輸系統(tǒng)（包括交換機）中，全程不需要光/電和電/光的轉換，完全靠光波沿光纖傳輸 用戶端機之間不少電信號的處理功能也由光技術實現，如出網/進網，儲存、交換等,全光網,ATM（異步傳送模式） IP Phone（網絡電話） WDM（波分復用） ADM（光纖分插點復用器） IN（智能網） ASON（自動交換光纖網） MPLS（多協(xié)議標記交換） 10G Ethernet（萬兆以太網） WLAN（無線局域網） IntServ（互聯(lián)網綜合業(yè)務） QoS（服務質量） 信息安全,其它,展望數據與計算機通信,要達到目標是全球多媒體網絡 數據通信網絡的發(fā)展趨勢 通信數字化 業(yè)務綜合化 傳輸寬帶化 結構扁平化 管理智能化 服務個人化 接入移動化 信息安全化,,GSM - Global System for Mobile Communications 全球移動通信系統(tǒng) AMPS - Advanced Mobile Phone System 高級移動電話系統(tǒng) N-AMPS - Narrowband AMPS 窄帶高級移動電話系統(tǒng) D-AMPS - Digital AMPS 數字高級移動電話系統(tǒng) TACS - Total Access Communication System 全向通信系統(tǒng) JTAC - Japan Total Access Communications 日本全向通信系統(tǒng) NMT - North-Europe Mobile Telephony 北歐移動電話 JDC/PDC - Japan/Personal Digital Cellular 日本(個人)數字蜂窩系統(tǒng) PCS - Pesonal Communication System 個人通信系統(tǒng) IMT - International Mobile Telecommunications 國際移動通信,參考材料,專用術語,標準化組織,國際標準化組織(The International Standards Organization, ISO) 國際電信聯(lián)盟（The International Telecommunications Union-Telecommunication Standards Sector, ITU-T, formerly the CCITT） 電氣與電子工程師協(xié)會（The Institute of Electrical and Electronics Engineers, IEEE）。 IEEE負責計算機、電氣電子等專業(yè)標準的制定。 電子工業(yè)協(xié)會（The Electronic Industries Association, EIA） 美國國家標準協(xié)會（The American National Standards Institute, ANSI） 無線通信長期演化標準 3G-PP2（LTE-A）,