通信發(fā)展史-數字通信

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(xiàn)代通信階段。2021/5/91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(xiàn)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2021/5/92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(xiàn)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2021/5/93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(xiàn)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2021/5/94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(xiàn)；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(xiàn)；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2021/5/95通信革命——

進入現(xiàn)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2021/5/96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。2021/5/97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(xiàn)差錯比較容易糾正。而數據傳輸中如果出現(xiàn)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(xiàn)數據通信時涉及的因素也比較復雜。2021/5/98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2021/5/99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(xiàn)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）2021/5/910一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2021/5/911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2021/5/9121982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(xiàn)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(GlobalStar)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2021/5/913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(xiàn)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2021/5/9145.4.1衛(wèi)星通信概述現(xiàn)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35800km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)。2021/5/915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2021/5/916衛(wèi)星通信概述衛(wèi)星通信的工作頻率微波頻段中0.3~10GHz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30GHz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”。2021/5/917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；2021/5/918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。2021/5/9195.4.2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。

2021/5/920衛(wèi)星通信系統(tǒng)圖5-10衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成返回2021/5/921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。2021/5/922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。2021/5/923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。2021/5/924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)。2021/5/925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?；鶐盘柕膹陀梅绞娇上鄳殖深l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。2021/5/9265.4.3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(xiàn)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)2021/5/927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)2021/5/928MEO

參考材料不同軌道的衛(wèi)星軌跡示意2021/5/929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2021/5/930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2021/5/93120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/TIAIS-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(xiàn)(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2021/5/932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)MacroCells

微小區(qū)MicroCells

皮可小區(qū)PicoCells

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2021/5/9334G手機網絡結構圖2021/5/9344G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(xiàn)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。2021/5/935

4G的技術標準

1．

LTE：LTE(LongTermEvolution,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IEEE802.16。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IEEE802.11m標準。2021/5/936

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2021/5/937多媒體通信傳媒信息量大適應現(xiàn)代社會許多應用需求，諸如可視電話電視會議虛擬現(xiàn)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2021/5/938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(PerceptionMedium)表示媒體(RepresentationMedium)顯示媒體(PresentationMedium)存儲媒體(StorageMedium)傳輸媒體(TansmissionMedium)參考材料多媒體通信2021/5/939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2021/5/940

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?；诠饫|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2021/5/941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)2021/5/942

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(xiàn)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(xiàn)，如出網/進網，儲存、交換等全光網2021/5/943ATM（異步傳送模式）IPPhone（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）10GEthernet（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2021/5/944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2021/5/945GSM-GlobalSystemforMobileCommunications全球移動通信系統(tǒng)AMPS