通信系統(tǒng)現(xiàn)狀概述.doc

. 通信系統(tǒng)現(xiàn)狀概述學(xué)號：姓名：（一）通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)是指用電信號（或光信號）傳輸信息的系統(tǒng)，也稱電信系統(tǒng)。系統(tǒng)通常是由具有特定功能、相互作用和相互依賴的若干單元組成的、完成統(tǒng)一目標(biāo)的有機(jī)整體。最簡便的通信系統(tǒng)供兩點(diǎn)的用戶彼此發(fā)送和接收信息。在一般通信系統(tǒng)內(nèi)，用戶可通過交換設(shè)備與系統(tǒng)內(nèi)的其他用戶進(jìn)行通信。通信系統(tǒng)的分類一般有以下幾種。1、按照通信的業(yè)務(wù)和用途分類 根據(jù)通信的業(yè)務(wù)和用途分類，有常規(guī)通信、控制通信等。其中常規(guī)通信又分為話務(wù)通信和非話務(wù)通信。話務(wù)通信業(yè)務(wù)主要是電話服務(wù)為主，程控數(shù)字電話交換網(wǎng)絡(luò)的主要目標(biāo)就是為普通用戶提供電話通信服務(wù)。非話務(wù)通信主要是分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、計算機(jī)通信、傳真、視頻通信等等。在過去很長一段時期內(nèi)，由于電話通信網(wǎng)最為發(fā)達(dá)，因而其它通信方式往往需要借助于公共電話網(wǎng)進(jìn)行傳輸，但是隨著Internet網(wǎng)的迅速發(fā)展，這一狀況已經(jīng)發(fā)生了顯著的變化。控制通信主要包括遙測、遙控等等，如衛(wèi)星測控、導(dǎo)彈測控、遙控指令通信等等都是屬于控制通信的范圍。 話務(wù)通信和非話務(wù)通信有著各自的特點(diǎn)。話音業(yè)務(wù)傳輸具有三個特點(diǎn)，首先人耳對傳輸時延十分敏感，如果傳輸時延超過100ms，通信雙方會明顯感覺到對方反應(yīng)“遲鈍”，使人感到很不自然；第二要求通信傳輸時延抖動盡可能小，因為時延的抖動可能會造成話音音調(diào)的變化，使得接聽者感覺對方聲音“變調(diào)”，甚至不能通過聲音分辨出對方；話音傳輸?shù)牡谌齻€特點(diǎn)是對傳輸過程中出現(xiàn)的偶然差錯并不敏感，傳輸?shù)呐既徊铄e只會造成瞬間話 音的失真和出錯，但不會使接聽者對講話人語義的理解造成大的影響。 對于數(shù)據(jù)信息，通常情況下更關(guān)注傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，有時要求實(shí)時傳輸，有時又可能對實(shí)時性要求不高。對于視頻信息，對傳輸時延的要求與話務(wù)通信相當(dāng)，但是視頻信息的數(shù)據(jù)量要比話音要大得多，如語音信號PCM（Pulse Code Modulation）編碼的信息速率為64kbps，而MPEG-II（Motion Picture Experts Group）壓縮視頻的信息速率則在28Mbps之間。 目前（截止2006年底），話務(wù)通信在電信網(wǎng)中仍然占據(jù)著重要的地位，如現(xiàn)有的程控電話交換網(wǎng)絡(luò)、第二代數(shù)字移動通信網(wǎng)絡(luò)GSM（Global System of Mobile Communications）和IS-95 CDMA所提供的業(yè)務(wù)都是以話音業(yè)務(wù)為主，隨著Internet的迅猛發(fā)展，非話業(yè)務(wù)也有了長足的發(fā)展，在信息流量方面已經(jīng)超過了話音信息流量。2、按調(diào)制方式分類 根據(jù)是否采用調(diào)制，可以將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸和調(diào)制傳輸?；鶐鬏斒菍⑽唇?jīng)調(diào)制的信號直接傳送，如音頻市內(nèi)電話（用戶線上傳輸?shù)男盘枺?、Ethernet網(wǎng)中傳輸?shù)男盘柕?。調(diào)制的目的是使載波攜帶要發(fā)送的信息，對于正弦載波調(diào)制，可以用要發(fā)送的信息去控制或改變載波的幅度、頻率或相位。接收端通過解調(diào)就可以恢復(fù)出信息。在通信系統(tǒng)中，調(diào)制的目的主要有以下幾個方面：（1）便于信息的傳輸。調(diào)制過程可以將信號頻譜搬移到任何需要的頻率范圍，便于與信道傳輸特性相匹配。如無線傳輸時，必須要將信號調(diào)制到相應(yīng)的射頻上才能夠進(jìn)行無線電通信。 （2）改變信號占據(jù)的帶寬。調(diào)制后的信號頻譜通常被搬移到某個載頻附近的頻帶內(nèi)，其有效帶寬相對于載頻而言是一個窄帶信號，在此頻帶內(nèi)引入的噪聲就減小了，從而可以提高系統(tǒng)的抗干擾性。 （3）改善系統(tǒng)的性能。由信息論可知，有可能通過增加帶寬的方式來換取接收信噪比的提高，從而可以提高通信系統(tǒng)的可靠性，各種調(diào)制方式正是為了達(dá)到這些目的而發(fā)展起來的。3、按傳輸信號的特征分類 按照信道中所傳輸?shù)男盘柺悄M信號還是數(shù)字信號，可以相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分成兩類，即模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)在最近幾十年獲得了快速發(fā)展，數(shù)字通信系統(tǒng)也是目前商用通信系統(tǒng)的主流。4、按傳送信號的復(fù)用和多址方式分類 復(fù)用是指多路信號利用同一個信道進(jìn)行獨(dú)立傳輸。傳送多路信號目前有四種復(fù)用方式，即頻分復(fù)用FDM（Frequency Division Multiplexing）、時分復(fù)用TDM（Time Division Multiplexing）、碼分復(fù)用CDM（Code Division Multiplexing）和波分復(fù)用WDM（Wave Division Multiplexing）。 FDM是采用頻譜搬移的辦法使不同信號分別占據(jù)不同的頻帶進(jìn)行傳輸，時分復(fù)用是使不同信號分別占據(jù)不同的時間片斷進(jìn)行傳輸，碼分復(fù)用則是采用一組正交的脈沖序列分別攜帶不同的信號。波分復(fù)用使用在光纖通信中，可以在一條光纖內(nèi)同時傳輸多個波長的光信號，成倍提高光纖的傳輸容量。 多址是指在多用戶通信系統(tǒng)中區(qū)分多個用戶的方式。如在移動通信系統(tǒng)中，同時為多個移動用戶提供通信服務(wù)，需要采取某種方式區(qū)分各個通信用戶，多址方式主要有頻分多址FDMA（Frequency Division Multiple Access）、時分多址TDMA（Time Division Multiple Access）和碼分多址CDMA（Code Division Multiple Access）三種方式。移動通信系統(tǒng)是各種多址技術(shù)應(yīng)用的一個十分典型的例子。第一代移動通信系統(tǒng)，如TACS（Total Access Communications System）、AMPS（Advanced Mobile Phone System）都是FDMA的模擬通信系統(tǒng)，即同一基站下的無線通話用戶分別占據(jù)不同的頻帶傳輸信息。第二代（2G: 2nd Generation）移動通信系統(tǒng)則多是TDMA的數(shù)字通信系統(tǒng)，GSM是目前全球市場占有率最高的2G移動通信系統(tǒng)，是典型的TDMA的通信系統(tǒng)。2G移動通信標(biāo)準(zhǔn)中唯一的采用CDMA技術(shù)的是IS-95 CDMA通信系統(tǒng)。而第三代（3G: 3rd Generation）移動通信系統(tǒng)的三種主流通信標(biāo)準(zhǔn)W-CDMA、CDMA2000和TD-SCDMA則全部是基于CDMA的通信系統(tǒng)。5、按傳輸媒介分類通信系統(tǒng)可以分為有線（包括光纖）和無線通信兩大類，有線信道包括架空明線、雙絞線、同軸電纜、光纜等。使用架空明線傳輸媒介的通信系統(tǒng)主要有早期的載波電話系統(tǒng)，使用雙絞線傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)有電話系統(tǒng)、計算機(jī)局域網(wǎng)等等，同軸電纜在微波通信、程控交換等系統(tǒng)中以及設(shè)備內(nèi)部和天線饋線中使用。無線通信依靠電磁波在空間傳播達(dá)到傳遞消息的目的，如短波電離層傳播、微波視距傳輸?shù)取?、按工作波段分類按照通信設(shè)備的工作頻率或波長的不同，分為長波通信、中波通信、短波通信、微波通信等等。（二）通信技術(shù)隨著我國經(jīng)濟(jì)水平的逐漸提高，通信技術(shù)在人們生活中的應(yīng)用越來越普遍，通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不僅便捷了人們生活中的溝通，而且也促進(jìn)了通信技術(shù)的逐步更新?，F(xiàn)在常用的通信技術(shù)有光纖通信技術(shù)，量子通信技術(shù)；近距離的通信技術(shù)有：藍(lán)牙，Wi-Fi，ZigBee，4G網(wǎng)絡(luò)，WIMAX等。1、光纖通信光纖通信技術(shù)是以光信號作為信息載體、以光纖作為傳輸介質(zhì)的通信技術(shù)。在光纖通信系統(tǒng)中，因光波頻率極高以及光纖介質(zhì)損耗極低，故而光纖通信的容量極大，要比微波等通信方式帶寬大上幾十倍。光纖主要由纖芯、包層和涂敷層構(gòu)成。纖芯由高度透明的材料制成，一般為幾十微米或幾微米，比一根頭發(fā)絲還細(xì)；外面層稱為包層，它的折射率略小于纖芯，包層的作用就是確保光纖它是電氣絕緣體，因而不需要擔(dān)心接地回路問題；涂敷層的作用是保護(hù)光線不受水氣侵蝕及機(jī)械擦傷，同時增加光線的柔韌性；在涂敷層外，往往加有塑料外套。光纖的內(nèi)芯非常細(xì)小，由多根纖芯組成光纜的直徑也非常小，用光纜作為傳輸通道，可以使傳輸系統(tǒng)占極小空間，解決目前地下管道空間不夠的問題。我國從1974年開始研究光纖通信技術(shù)，因光纖體積小、重量輕、傳輸頻帶極寬、傳輸距離遠(yuǎn)、電磁干擾抗性強(qiáng)以及不易串音等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展十分迅速。目前，光纖通信在郵電通信系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域發(fā)展迅猛，光纖通信優(yōu)越的性能及強(qiáng)大的競爭力，很快代替了電纜通信，成為電信網(wǎng)中重要的傳輸手段。從總體趨勢看，光纖通信必將成為未來通信發(fā)展的主要方式。2、量子通信在量子通信網(wǎng)絡(luò)中，主要有量子空分交換技術(shù)、量子時分交換技術(shù)、量子波分交換技術(shù)等。量子空分交換是通過改變光量子信號的物理傳輸通道來實(shí)現(xiàn)光量子信號的交換；量子時分交換是在時間同步的基礎(chǔ)上對光量子信號進(jìn)行時分復(fù)用而進(jìn)行的交換；量子波分交換是將光量子信號經(jīng)過波分解復(fù)用器、波長變換器、波長濾波器、波分復(fù)用器而進(jìn)行的交換。量子通信網(wǎng)絡(luò)有三個功能層面：量子通信網(wǎng)絡(luò)管理層、量子通信控制層和傳輸信道層。由量子通信控制層進(jìn)行呼叫連接處理、信道資源管理和建立路由，進(jìn)而控制光纖通道建立端到端量子信道，管理層負(fù)責(zé)資源和鏈路等的管理，控制層和管理層的功能由經(jīng)典通信鏈路完2016年底，北京和上海之間將建成一條全長2000余公里的量子保密通信骨干線路“京滬干線”，它是連接北京、上海的高可信、可擴(kuò)展、軍民融合的廣域光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，主要開展遠(yuǎn)距離、大尺度量子保密通信關(guān)鍵驗證、應(yīng)用和示范。此干線可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程高清量子保密視頻會議系統(tǒng)和其他多媒體跨越互聯(lián)應(yīng)用，也可以實(shí)現(xiàn)金融、政務(wù)領(lǐng)域的遠(yuǎn)程或同城數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)，金融機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等應(yīng)用。2016年7月份中國將發(fā)射全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗通訊衛(wèi)星，這標(biāo)志著我國通信技術(shù)的突破性發(fā)展，標(biāo)志著中國同時在軍用通信領(lǐng)域站在了世界的最前列，之后會陸續(xù)發(fā)射的更多量子通訊衛(wèi)星，就可以建成全球性的量子通信網(wǎng)絡(luò)。正如潘建偉院士所說量子科學(xué)實(shí)驗衛(wèi)星的發(fā)射，將表明中國正從經(jīng)典信息技術(shù)的跟隨者，轉(zhuǎn)變成未來信息技術(shù)的并跑者、領(lǐng)跑者，量子通信將會盡快走進(jìn)每個人的生活，就像計算機(jī)曾經(jīng)做到的一樣，改變世界。量子通訊衛(wèi)星和“京滬干線”的成功將意味著一個天地一體化的量子通信網(wǎng)絡(luò)的形成。量子通信與傳統(tǒng)的經(jīng)典通信相比，具有極高的安全性和保密性，且時效性高傳輸速度快，沒有電磁輻射，它的這些優(yōu)點(diǎn)決定了其無法估量的應(yīng)用前景。通過光纖可以實(shí)現(xiàn)城域量子通信網(wǎng)絡(luò)，通過中繼器連接實(shí)現(xiàn)城際量子網(wǎng)絡(luò)，通過衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子通信，最終構(gòu)成廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。未來數(shù)年內(nèi)，量子通信將會實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，經(jīng)典通信的硬件設(shè)施并不會被完全取代，而是在現(xiàn)有設(shè)施的基礎(chǔ)上進(jìn)行融合。在通信發(fā)送端和接收端安裝單光子探測器、量子網(wǎng)關(guān)等量子加密設(shè)備，即可在電話、傳真、光纖網(wǎng)絡(luò)等原有的通信網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)量子通信，這將大大地提升通信的安全性。量子通信有望在10到15年之后成為繼電子和光電子之后的新一代通信技術(shù)，這種“無條件安全”的通信方式，將從根本上解決國防、金融、政務(wù)、商業(yè)等領(lǐng)域的信息安全問題。3、藍(lán)牙技術(shù)以近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個特別連接的短程無線電技術(shù)，要建立通用的無線電空中接口及其控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn)，使通信和計算機(jī)進(jìn)一步結(jié)合，在沒有電纜或者是電纜通過1Mb/s的速率進(jìn)行數(shù)據(jù)的相互傳遞的同時，還能夠比較便捷地接入到互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，這是一種能夠?qū)崿F(xiàn)語音以及數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)囊?guī)范，是一種成本低廉、功耗較低、具備一定的安全性的無線連接的新技術(shù)。4、Wi-Fi無線局域網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)MOPS的無線接入，這種技術(shù)的主要優(yōu)勢在于能夠較完美的解決無線局域網(wǎng)以及校園網(wǎng)當(dāng)中的用戶以及用戶終端的無線接入，其覆蓋的范圍大約能夠達(dá)到100m,而且傳輸?shù)乃俣缺容^快，相對而言，成本也比較低下，大大的節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)布線的費(fèi)用，而且更加方面廠商的參與，盡管其數(shù)據(jù)的安全性會稍微遜色于藍(lán)牙技術(shù)，但是其帶寬以及電波的覆蓋面積與藍(lán)牙相比具有非常明顯的優(yōu)勢，但是其較好的帶寬也是以非常高的功耗作為主要代價的，所以說，絕大部分的無線網(wǎng)絡(luò)都需要具備較高的電能作為儲備，這也在一定程度上限制了無線網(wǎng)路在工業(yè)場所的廣泛使用。5、ZigBeeZigBee是一種低速率、短距離的新興無線組網(wǎng)通信技術(shù)。它主要用于近距離無線連接，是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)與藍(lán)牙之間的技術(shù)提案。ZigBee技術(shù)具備自身的無線標(biāo)準(zhǔn)，其主要借助于數(shù)以千計的微小的傳感器相互之間的協(xié)調(diào)來達(dá)到通信的目的，借助于無線電波，這些傳感器用類似接力的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)由同一個傳感器向另外一個傳感器的傳送，在此過程當(dāng)中，所需要使用的能量極其微小，因此，這種通信的效率相對而言是比較高的。6、4G4G網(wǎng)絡(luò)也就是3G網(wǎng)絡(luò)和WLAN的結(jié)合體，其主要的優(yōu)勢為，能夠更加清晰的進(jìn)行視頻圖像的傳輸，其圖片的質(zhì)量與電視的清晰質(zhì)量幾乎一致，4G系統(tǒng)的下載速度也很理想，通常情況下，能夠達(dá)到10MB的速度，與目前的撥號上網(wǎng)相比，網(wǎng)速快了大概200倍，上傳的速度也非?？?，基本上能夠達(dá)到5Mbps4，此外，其還能夠充分的滿足用戶對其所提出的要求，4G網(wǎng)絡(luò)還能夠再DSL以及有線電視解調(diào)器還沒有進(jìn)行覆蓋的地方部署，進(jìn)而逐漸擴(kuò)展到全部的地區(qū)，顯而易見，4G網(wǎng)絡(luò)所具有的優(yōu)勢目前的網(wǎng)絡(luò)無法取代的。7、WIMAX和3G與WiMAX、WLAN等寬帶無線技術(shù)而言，它們之間雖然存在著局部競爭，但融合已是大勢所趨。當(dāng)前已經(jīng)得到規(guī)?；逃玫?G網(wǎng)絡(luò)，不僅在產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；矫鎿碛衅渌麩o線技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢，而且它還具有廣域覆蓋、全球漫游、電信級安全性等優(yōu)勢，這使得3G當(dāng)仁不讓地成為多元融合的公共無線通信平臺。WiMAX由于具有超高的數(shù)據(jù)傳輸速率，可