通信工程專業(yè)導論-第一講

通信工程專業(yè)導論1提綱關于通信：從認知開始通信發(fā)展歷史及趨勢：歷史照亮未來科研機構和學術團體：成就與責任同在2CellularPhones

EverythingWirelessinOneDevice一.關于通信

通信的基本概念通信的基本目標和要求通信業(yè)務概況通信手段概況通信方式概況通信技術概況通信系統(tǒng)的類型通信系統(tǒng)的組成4通信的基本概念什么是通信用任何方法，通過任何傳輸媒質(zhì)完成信息傳均可稱為通信（廣義）通信舉例電報，傳真，電話，因特網(wǎng)等通信的重要性生活，工作，學習5通信的基本目標和要求通信的基本目標滿足任何時候、任何地點、任何人或者任何智能終端設備之間信息交互的需要。通信的基本要求質(zhì)量：語音清晰度、數(shù)據(jù)誤碼率速度：接入速度、傳輸速度價格：經(jīng)濟上的合理性可靠：系統(tǒng)的可靠性和可用性6通信業(yè)務概況傳統(tǒng)通信業(yè)務電報、電話、傳真現(xiàn)代數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信、可視電話通信、圖像通信、

電視會議、語言廣播、電視廣播、電

子郵件、信息檢索和多媒體通信多種通信方式點到點、組播和廣播等應用方式78TextPicturese-mailWAPTextHiQvideoVideostreamingMusicStreamingPicturese-mailWAPText1kb/s10kb/s100kb/s1Mb/s1G2G/2.5G3G用戶數(shù)據(jù)速率Introduction無線通信業(yè)務概況100M-1000Mb/s

？4G通信手段概況雙絞線架空線光纖有線傳輸同軸電纜9通信手段概況無線傳輸衛(wèi)星通信移動通信微波通信10通信方式概況通信方式單工通信半雙工通信全雙工通信11通信技術概況復用技術：FDM、TDM、CDM、DWDM壓縮技術：語音編碼、壓縮編碼調(diào)制技術：調(diào)幅、調(diào)頻，幅移鍵控調(diào)制

ASK

頻移鍵控調(diào)制FSK交換技術：電路交換、分組交換技術12通信系統(tǒng)的類型按傳輸媒介分類

有線通信系統(tǒng)，無線通信系統(tǒng)按通信業(yè)務分類電話通信系統(tǒng)，計算機（數(shù)據(jù)）通信系統(tǒng)

和多媒體通信系統(tǒng)等按傳輸信號分類模擬通信系統(tǒng)，數(shù)字通信系統(tǒng)13通信系統(tǒng)的組成通信系統(tǒng)的組成包括：信源、發(fā)信機、信道、

噪聲源、收信機及信宿6個部分通信系統(tǒng)一般模型14從115kbps，到100Mbps（1Gbps）

15此項技術當時國際上僅有少數(shù)國家掌握，而且均為點對點系統(tǒng)北郵Gbps項目組于2009年開發(fā)完成了點對多點Gbps試驗系統(tǒng)15群小區(qū)室外場景演示(CoMP)2006.4-1016世界上第一個TDD試驗系統(tǒng)，第一個支持IPV6的4G移動互聯(lián)網(wǎng)“創(chuàng)新性突出”“國際領先”“科研真正走到了產(chǎn)業(yè)前面”CoMP試驗網(wǎng)絡在世界上首次出現(xiàn)（第二個CoMP試驗網(wǎng)絡EASY-C于2009年出現(xiàn)在歐洲)打破了以前西方學者認為TDD系統(tǒng)無法獨立組網(wǎng)的論調(diào)17室內(nèi)演示場景多路視頻點播

清晰的流媒體畫質(zhì)無線FTP下載高速的數(shù)據(jù)傳輸上網(wǎng)、即時通信可靠的Internet接入VoIP語音業(yè)務話音清晰、無時延可同時承載的業(yè)務(移動互聯(lián)網(wǎng))無線環(huán)境系統(tǒng)峰值速率可達100Mbps誤塊率低于0.5%，誤碼率低于1.0e-6鏈路性能APMTMIMO美國1996年OFDM美國20世紀60年代LDPC美國1962年Turbo法國1993年Relay美國1979年基于群小區(qū)架構的CoMP技術中國2001年1818184G關鍵技術全世界的國際標準大約20000余項，中國參與制定的標準不足千分之二。GbpsTDD無線傳輸試驗系統(tǒng)Gbps無線試驗系統(tǒng)（2009）獲2011年教育部技術發(fā)明獎一等獎獲2010年高等學校十大科技進展提綱關于通信：從認知開始通信發(fā)展歷史及趨勢：歷史照亮未來科研機構和學術團體：成就與責任同在20二.通信發(fā)展歷史及趨勢古代通信有線電報通信有線電話通信無線電報通信微波通信光纖通信衛(wèi)星通信移動通信因特網(wǎng)的發(fā)展21古代通信聲音：擊鼓、鳴鑼、禮炮動物：鴿子器械：風箏人力：著名馬拉松比賽源于一位為傳遞馬拉

松捷報的信使長跑42.195公里后犧牲烽火臺、狼煙驛郵22古代通信存在的問題范圍小速度低可靠性差有效性低23電通信的發(fā)展歷史初級階段：1838年德國人莫爾斯發(fā)明了電報開始至第二次世界大戰(zhàn)結束。電報、電話、無線電、廣播、電視、雷達以及移動通信等等；近代階段：1948年香農(nóng)提出了信息論至上個世紀七十年代末。微波、衛(wèi)星、程控交換技術、光纖通信和移動通信有了長足進步；現(xiàn)代階段：1980年以后以光纖通信和寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)的建立為標志。光纖通信、數(shù)字移動通信、衛(wèi)星通信、程控交換技術、寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)、多媒體通信、Internet網(wǎng)、個人通信、智能通信、微波通信、公共電話交換網(wǎng)、圖像通信等。24電話進展時序表251900年紐約電話公司的卡爾迪(JohnJ.Carty)裝配載荷線圈，擴大電話傳輸范圍和減少通話交叉干擾。載荷線圈是普賓(MichaelPupin)發(fā)明的1904年弗來明爵士發(fā)明真空管和二極管1906年福瑞斯特發(fā)明三極管1914年地下電纜連接波士頓、紐約與華盛頓1915年真空管放大器首次用于東西海岸間電話線路1920年AT&T公司推出時域多路通信概念1930年AT&T公司推出高質(zhì)量絕緣導線1935年首次環(huán)球通話1939年西聯(lián)公司(WesternUnion)推出東西海岸間傳真業(yè)務1945年AT&T公司鋪設2000英里的同軸電纜第一個點接觸晶體管電話進展時序表261945年科幻作家克拉克(ArthurC.Clarke)提出通信衛(wèi)星一詞1946年Telcos實施全國性的編碼計劃1946年貝爾公司發(fā)明鎘點接觸晶體管1949年美國電報與電話公司推出著名的黑色回轉500型電話1950年共用電話線路占總線路的75%1955年克雷奇默(KenKrechmer)、莫爾坦(A.W.Morten)和沃恩(H.E.Vaughn)首次闡述調(diào)制解調(diào)器Modem1958年美國AT&T公司推出直接數(shù)據(jù)器(調(diào)制解調(diào)器組)1958年德克薩斯儀器公司推出硅基晶體管1959年美國AT&T公司推出TH-1型1860信道微波系統(tǒng)1960年美國AT&T公司第一臺電子交換系統(tǒng)電話進展時序表271961年貝爾電話實驗室向西電公司(WesternElectric)轉讓按鈕撥號

設計技術權1962年美國電報與電話公司在伊利諾斯州斯克基(Skokie)推出

T-1多路通信業(yè)務1962年電話電纜開始使用塑料絕緣1962年拜倫(PaulBaron)介紹分配式束交換網(wǎng)絡的概念1970年美國電報與電話公司推出ESS#2型電子交換機1970年貝爾實驗室向西電公司轉讓模塊電話線與插孔設計技術權1975年最后一臺手工telco交換機在緬因州退役1975年光纖開始在美國和歐洲試驗1980年美國電報與電話公司推出“數(shù)據(jù)速度40”，這是具有數(shù)據(jù)處理能力

的“靈活終端設備”1981年貝爾實驗室設計驗明個人身份號碼(PINs)的網(wǎng)絡嵌入式數(shù)據(jù)庫……有線電報通信莫爾斯（MORSE）電碼（1837年）點、劃、空表示字母和數(shù)字電報機（1838年）能夠傳遞莫爾斯電碼電報系統(tǒng)1844年5月24日，莫爾斯啟用第一條電報線，由華盛頓特區(qū)至巴爾的摩莫爾斯28有線電報通信29有線電報通信—意義快速準確人類第一次以光速（30萬公里/秒）傳遞信息，瞬間可將信息傳到電報機的另一端電信息傳輸開創(chuàng)電信號傳輸?shù)男聲r代30有線電話通信A.G.貝爾電話的發(fā)明：

發(fā)明人：A.G.貝爾地點：美國波士頓時間：1876年2月公開展示：費城，建國百年博覽會，通過一條幾百英尺長的銅線電纜，在一個單方向上用電流傳送了聲音。31有線電話通信在1876年費城世博會上，貝爾向公眾展示他發(fā)明的電話（左圖）。1877年，也就是貝爾發(fā)明電話后的第二年，在波士頓和紐約架設的第一條電話線路開通了，兩地相距300公里。一年之內(nèi)，貝爾共安裝了230部電話，建立了貝爾電話公司。貝爾電話驚現(xiàn)費城世博會32特點：雙向?qū)崟r通信（全雙工通信）貝爾公司貝爾及其伙伴于1877年成立了自己的公司，那就是當代著名的美國西方電話電報公司（AT&T）的前身。電信業(yè)務發(fā)展電話取得了迅速的、無與倫比的、商業(yè)性的成功。有線電話通信33無線電報通信無線電的發(fā)現(xiàn)赫茲實驗報告說明——存

在一種電波，以光速在空中運動。馬可尼的設想（1894年）“這種電磁波可以用來傳遞信號，能越過很長距離，而無需導線”馬可尼海因里希·魯?shù)婪颉ず掌?4無線電報通信無線電報發(fā)明（1896年）馬可尼在英國取得了專利權。無線電報發(fā)展（1898年）成功地超越英吉利海峽。無線電報發(fā)展（1901年）成功地實現(xiàn)了由英國橫越大西洋與紐芬蘭的無線電通信，相距2700公里。35微波通信電磁波的劃分（頻率或波長）：長波：低于300KHz中波：300KHz～3MHz短波：3～30MHz超短波：30～300MHz微波：高于300MHz。36微波通信電磁波的傳播特點中波：沿地面?zhèn)鞑?，繞射能力強，適用于廣播

和海上通信。短波：具有較強的電離層反射能力，適用于環(huán)

球通信。超短波和微波：繞射能力較差，可作為視距或超視距中

繼通信。37微波通信微波通信（中繼通信）：1930左右發(fā)明，40～50年代發(fā)展為傳輸頻帶較寬，性能較穩(wěn)定的微波通信。主要特點：通信容量大、投資費用省、建設速度快，抗災能力強。38主要應用：長距離大容量地面干線無線傳輸；在光纖通信應用之前，國內(nèi)長途電話、電視節(jié)目傳送等方面微波通信都發(fā)揮了重要作用。目前地位：因為光纖通信的大容量、高速度，衛(wèi)星通信的大范圍，微波通信逐漸成為輔助、備份的角色。微波通信39微波通信應用舉例：在1976年唐山地震中，在京津之間同軸電纜全部斷裂的情況下，六個微波通道全部安然無恙。1998年特大洪災、2008年雨雪冰凍災害中，微波通信顯示了它的巨大威力。40光纖通信光纖通信設想既然電可以沿著金屬導線傳輸，光也可以沿著導光的玻璃纖維傳輸。光纖通信預言—高錕“只要能設法降低玻璃纖維的雜質(zhì)，就有可能使光纖的損耗從每公里1000分貝降低到20分貝／公里，從而有可能用于通信”?！肮饫w通信之父”--高錕411998年在英國接受IEE授予的獎章光纖通信2009年，獲得諾貝爾物理學獎42光纖通信第一根光纖1970年美國康寧公司，每公里損耗20分貝的光導纖維。第一代光通信系統(tǒng)1977年，0.85μm波長多模光纖，速率為34Mb／s，中繼距離為20km。第二代光通信系統(tǒng)1981年，1.31μm波長多模光纖，速率為140Mb/s，中繼距離為20km。43光纖通信光纖通信的優(yōu)點：頻帶寬,傳輸容量大損耗低,中繼距離長重量輕、體積小抗電磁干擾性能好泄漏小,保密性能好節(jié)約金屬材料,有利于資源合理使用44光纖通信主要意義顯示了20世紀最后10年通信與信息發(fā)展的速度。摩爾定律每18個月，集成電路處理速度提高1倍、體積和價格下降一半。光纖傳輸定律每6個月光纖傳輸能力就翻一番。45激光和光纖發(fā)展歷程461917年愛因斯坦(AlbertEinstein)確定激發(fā)射線1957年吐溫(C.Towens)，戈登(J.Gordon)和宰澤(H.Zeizer)首次制造了

激光器1958年斯查路(ArthurSchawlow)闡述激光器的工作原理1958年斯查路(Schawlow)和吐溫(Towens)發(fā)表關于激光器的論文1960年馬曼(TheodoreMaiman)制造了首個應用固體紅寶石的激光器1961年霍爾(RobertHall)制造了首個半導體激光器1960年高(CharlesK.