《現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展》課件

現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展本課件旨在全面介紹現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展歷程、關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用場(chǎng)景以及未來趨勢(shì)。通過本課程的學(xué)習(xí)，您將對(duì)現(xiàn)代通信技術(shù)有一個(gè)系統(tǒng)而深入的了解，為未來的學(xué)習(xí)和工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。課程介紹課程目標(biāo)了解通信技術(shù)的發(fā)展歷程，掌握現(xiàn)代通信的關(guān)鍵技術(shù)，熟悉各種通信技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景，展望未來通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。課程內(nèi)容通信技術(shù)簡(jiǎn)史、移動(dòng)通信的演進(jìn)、光纖通信、衛(wèi)星通信、無線局域網(wǎng)、藍(lán)牙技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算與大數(shù)據(jù)、人工智能、網(wǎng)絡(luò)安全、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、量子通信、未來通信技術(shù)展望。通信技術(shù)簡(jiǎn)史1古代通信烽火狼煙、驛站、信鴿等，傳遞信息的方式非常原始，效率低下。2近代通信電報(bào)、電話的出現(xiàn)，極大地提高了通信效率，改變了人們的生活方式。3現(xiàn)代通信無線通信、光纖通信、衛(wèi)星通信等，實(shí)現(xiàn)了全球范圍內(nèi)的快速、高效通信。從烽火狼煙到電報(bào)電話烽火狼煙古代戰(zhàn)爭(zhēng)中傳遞軍情的重要手段，通過點(diǎn)燃烽火臺(tái)上的柴草，利用煙霧傳遞信息。簡(jiǎn)單、直接，但傳遞的信息有限。驛站古代傳遞官方文件和信息的機(jī)構(gòu)，通過快馬傳遞信息。速度較快，但成本較高，且受地理環(huán)境限制。電報(bào)利用電信號(hào)傳遞信息的通信方式，通過電報(bào)機(jī)發(fā)送和接收電碼。傳遞速度快，但需要專業(yè)的電報(bào)員操作。無線電通信的崛起無線電的發(fā)現(xiàn)19世紀(jì)末，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了無線電波的存在，為無線電通信奠定了基礎(chǔ)。無線電通信的誕生馬可尼發(fā)明了無線電telegraph，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離的無線通信。無線電的應(yīng)用無線電通信迅速應(yīng)用于軍事、航海、廣播等領(lǐng)域，極大地改變了人們的生活。信息論的誕生與發(fā)展1信息論的誕生香農(nóng)于1948年發(fā)表《通信的數(shù)學(xué)理論》，標(biāo)志著信息論的誕生。信息論為通信技術(shù)的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。2信息熵信息論中用于度量信息不確定性的概念，信息熵越大，信息的不確定性越高。3信道容量信道能夠可靠傳輸?shù)淖畲笮畔⑺俾剩呛饬啃诺纻鬏斈芰Φ闹匾笜?biāo)。數(shù)字通信時(shí)代的到來模擬通信的局限易受噪聲干擾、保密性差、難以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能。數(shù)字通信的優(yōu)勢(shì)抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、易于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能、易于集成。數(shù)字通信的應(yīng)用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。移動(dòng)通信的演進(jìn)：1G到5G1G模擬移動(dòng)通信12G數(shù)字移動(dòng)通信23G高速數(shù)據(jù)傳輸34G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代45G萬物互聯(lián)51G：模擬移動(dòng)通信1技術(shù)特點(diǎn)采用模擬調(diào)制技術(shù)，語音信號(hào)直接調(diào)制到無線信道上傳輸。2典型標(biāo)準(zhǔn)AMPS（美國(guó)）、TACS（歐洲）、NMT（北歐）3局限性容量小、易受干擾、保密性差2G：數(shù)字移動(dòng)通信1技術(shù)特點(diǎn)采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，語音信號(hào)經(jīng)過數(shù)字化處理后傳輸。2典型標(biāo)準(zhǔn)GSM（全球移動(dòng)通信系統(tǒng)）、CDMA（碼分多址）3優(yōu)勢(shì)容量大、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好3G：高速數(shù)據(jù)傳輸4G：移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代高速上網(wǎng)4G網(wǎng)絡(luò)提供更快的上網(wǎng)速度，用戶可以流暢地觀看視頻、玩游戲、瀏覽網(wǎng)頁(yè)。移動(dòng)視頻4G網(wǎng)絡(luò)支持高清視頻的流暢播放，用戶可以隨時(shí)隨地觀看自己喜歡的視頻內(nèi)容。移動(dòng)游戲4G網(wǎng)絡(luò)提供更低的網(wǎng)絡(luò)延遲，用戶可以暢玩各種在線游戲。5G：萬物互聯(lián)高速率5G網(wǎng)絡(luò)提供更高的傳輸速率，理論峰值速率可達(dá)10Gbps以上。低時(shí)延5G網(wǎng)絡(luò)具有更低的網(wǎng)絡(luò)延遲，可滿足自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療等對(duì)實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用場(chǎng)景。大連接5G網(wǎng)絡(luò)支持更多的設(shè)備連接，可實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)。光纖通信的原理與優(yōu)勢(shì)1原理利用光在光纖中進(jìn)行傳輸，通過光信號(hào)傳遞信息。2優(yōu)勢(shì)傳輸容量大、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、成本低。光纖通信的關(guān)鍵技術(shù)光纖光纖是光纖通信的傳輸介質(zhì)，主要由纖芯和包層組成。光發(fā)射機(jī)將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，常用的光發(fā)射機(jī)包括激光器和發(fā)光二極管。光接收機(jī)將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，常用的光接收機(jī)包括光電二極管和光電三極管。波分復(fù)用（WDM）原理將不同波長(zhǎng)的光信號(hào)在同一根光纖中傳輸，從而提高光纖的傳輸容量。分類WDM可分為粗波分復(fù)用（CWDM）和密集波分復(fù)用（DWDM）。優(yōu)勢(shì)極大地提高了光纖的傳輸容量，降低了通信成本。光放大器1作用對(duì)光信號(hào)進(jìn)行放大，以延長(zhǎng)光纖通信的傳輸距離。2類型摻鉺光纖放大器（EDFA）、半導(dǎo)體光放大器（SOA）、拉曼放大器。3應(yīng)用長(zhǎng)途光纖通信系統(tǒng)、光纖接入網(wǎng)。相干光通信原理利用光的振幅、相位、頻率等信息進(jìn)行調(diào)制和解調(diào)，提高光纖通信的傳輸性能。優(yōu)勢(shì)靈敏度高、抗干擾能力強(qiáng)、頻譜效率高。應(yīng)用超長(zhǎng)距離、超高速光纖通信系統(tǒng)。衛(wèi)星通信的組成與特點(diǎn)組成衛(wèi)星、地面站、通信鏈路。1特點(diǎn)覆蓋范圍廣、通信距離遠(yuǎn)、靈活性強(qiáng)、成本高。2衛(wèi)星通信的類型1地球同步衛(wèi)星軌道高度約36000公里，覆蓋范圍廣，但傳輸時(shí)延大。2低軌道衛(wèi)星軌道高度較低，傳輸時(shí)延小，但覆蓋范圍小，需要多顆衛(wèi)星組網(wǎng)。地球同步衛(wèi)星1軌道高度約36000公里2覆蓋范圍覆蓋地球表面約三分之一的區(qū)域3應(yīng)用電視廣播、通信、氣象觀測(cè)低軌道衛(wèi)星衛(wèi)星通信的應(yīng)用電視廣播通過衛(wèi)星將電視節(jié)目傳輸?shù)饺蚋鞯亍Ｍㄐ艦槠h(yuǎn)地區(qū)提供通信服務(wù)。導(dǎo)航為車輛、船舶、飛機(jī)等提供導(dǎo)航服務(wù)。無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)原理利用無線電波在一定范圍內(nèi)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。特點(diǎn)靈活性高、易于部署、成本低。應(yīng)用家庭、辦公室、學(xué)校、公共場(chǎng)所。Wi-Fi的發(fā)展歷程1IEEE802.111997年，IEEE發(fā)布了第一個(gè)WLAN標(biāo)準(zhǔn)，即IEEE802.11。2IEEE802.11b1999年，IEEE發(fā)布了IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率達(dá)到11Mbps。3IEEE802.11g2003年，IEEE發(fā)布了IEEE802.11g標(biāo)準(zhǔn)，傳輸速率達(dá)到54Mbps。IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)802.11a工作頻率：5GHz，最大速率：54Mbps802.11b工作頻率：2.4GHz，最大速率：11Mbps802.11g工作頻率：2.4GHz，最大速率：54Mbps無線Mesh網(wǎng)絡(luò)原理由多個(gè)無線節(jié)點(diǎn)組成，節(jié)點(diǎn)之間通過無線連接形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。特點(diǎn)自組織、自愈合、覆蓋范圍廣、可靠性高。應(yīng)用城市無線網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)急通信、物聯(lián)網(wǎng)。藍(lán)牙技術(shù)原理一種短距離無線通信技術(shù)，用于實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的無線連接。特點(diǎn)低功耗、低成本、易于使用。應(yīng)用無線耳機(jī)、無線鼠標(biāo)、智能家居。藍(lán)牙的演進(jìn)藍(lán)牙1.01藍(lán)牙2.02藍(lán)牙3.03藍(lán)牙4.04藍(lán)牙5.05藍(lán)牙的應(yīng)用場(chǎng)景1無線耳機(jī)實(shí)現(xiàn)無線音頻傳輸。2無線鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。3智能家居實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)1概念將各種物理設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通。2特點(diǎn)智能化、自動(dòng)化、互聯(lián)互通。3應(yīng)用智能家居、智能交通、智能醫(yī)療。物聯(lián)網(wǎng)的概念與架構(gòu)感知層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層傳感器技術(shù)溫度傳感器用于測(cè)量溫度。壓力傳感器用于測(cè)量壓力。濕度傳感器用于測(cè)量濕度。無線傳感網(wǎng)絡(luò)原理由大量微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無線通信技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。特點(diǎn)低功耗、低成本、自組織、自愈合。應(yīng)用環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能農(nóng)業(yè)、智能醫(yī)療。數(shù)據(jù)傳輸與處理1數(shù)據(jù)采集通過傳感器采集各種數(shù)據(jù)。2數(shù)據(jù)傳輸通過無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。3數(shù)據(jù)處理對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、分析、挖掘。云計(jì)算與大數(shù)據(jù)在通信中的應(yīng)用云計(jì)算提供彈性計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源，為通信應(yīng)用提供強(qiáng)大的支撐。大數(shù)據(jù)對(duì)海量通信數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，挖掘有價(jià)值的信息，為決策提供支持。云計(jì)算的優(yōu)勢(shì)彈性擴(kuò)展根據(jù)業(yè)務(wù)需求，靈活調(diào)整計(jì)算、存儲(chǔ)資源。降低成本無需購(gòu)買、維護(hù)昂貴的硬件設(shè)備。高可靠性提供數(shù)據(jù)備份、容災(zāi)等機(jī)制，保障業(yè)務(wù)的穩(wěn)定運(yùn)行。大數(shù)據(jù)分析用戶行為分析了解用戶的偏好、習(xí)慣，為用戶提供個(gè)性化的服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)流量分析了解網(wǎng)絡(luò)流量的分布、趨勢(shì)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源分配。故障診斷快速定位網(wǎng)絡(luò)故障，提高網(wǎng)絡(luò)維護(hù)效率。人工智能在通信中的應(yīng)用智能客服提供7x24小時(shí)在線服務(wù)。1智能網(wǎng)絡(luò)管理實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化管理。2智能資源分配優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源分配，提高網(wǎng)絡(luò)利用率。3智能網(wǎng)絡(luò)管理1自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化配置、監(jiān)控、維護(hù)。2智能化利用人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能化管理。智能資源分配1動(dòng)態(tài)分配根據(jù)業(yè)務(wù)需求，動(dòng)態(tài)分配網(wǎng)絡(luò)資源。2優(yōu)化利用提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率。網(wǎng)絡(luò)安全網(wǎng)絡(luò)安全的重要性數(shù)據(jù)安全保護(hù)用戶的數(shù)據(jù)不被竊取、篡改、泄露。業(yè)務(wù)連續(xù)性保障業(yè)務(wù)的穩(wěn)定運(yùn)行，避免因網(wǎng)絡(luò)攻擊導(dǎo)致業(yè)務(wù)中斷。聲譽(yù)維護(hù)企業(yè)的聲譽(yù)，避免因網(wǎng)絡(luò)安全事件導(dǎo)致聲譽(yù)受損。常見的網(wǎng)絡(luò)攻擊惡意軟件病毒、蠕蟲、木馬等，通過感染計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，竊取數(shù)據(jù)、破壞系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)釣魚通過偽造電子郵件、網(wǎng)站等，誘騙用戶提供敏感信息。DDoS攻擊通過大量請(qǐng)求擁塞服務(wù)器，導(dǎo)致服務(wù)器無法正常提供服務(wù)。防火墻技術(shù)1原理通過設(shè)置訪問控制規(guī)則，限制網(wǎng)絡(luò)流量的進(jìn)出，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。2類型硬件防火墻、軟件防火墻。3作用保護(hù)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的安全。入侵檢測(cè)系統(tǒng)原理通過監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)流量，檢測(cè)是否存在惡意行為。類型基于簽名的入侵檢測(cè)系統(tǒng)、基于異常的入侵檢測(cè)系統(tǒng)。作用及時(shí)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)攻擊，并采取相應(yīng)的防御措施。虛擬專用網(wǎng)絡(luò)（VPN）原理通過加密技術(shù)，在公共網(wǎng)絡(luò)上建立一條安全的通道，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸。作用保護(hù)用戶的隱私，防止數(shù)據(jù)被竊取。軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）概念將網(wǎng)絡(luò)的控制平面與數(shù)據(jù)平面分離，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的集中控制和管理。優(yōu)勢(shì)靈活性高、可編程性強(qiáng)、易于管理。應(yīng)用數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。SDN的概念與架構(gòu)控制平面負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的控制和管理，包括路由、策略等。1數(shù)據(jù)平面負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，包括交換機(jī)、路由器等。2API提供northboundAPI和southboundAPI，實(shí)現(xiàn)控制平面和數(shù)據(jù)平面之間的交互。3SDN的優(yōu)勢(shì)1靈活性可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求，靈活調(diào)整網(wǎng)絡(luò)配置。2可編程性可以通過編程方式控制網(wǎng)絡(luò)行為。3易于管理實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的集中控制和管理，降低運(yùn)維成本。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）1概念將網(wǎng)絡(luò)功能（如防火墻、負(fù)載均衡等）虛擬化，運(yùn)行在通用的硬件平臺(tái)上。2優(yōu)勢(shì)降低成本、提高靈活性、縮短業(yè)務(wù)上線時(shí)間。量子通信技術(shù)量子通信的原理量子糾纏兩個(gè)粒子之間存在一種特殊的關(guān)聯(lián)，無論距離多遠(yuǎn)，一個(gè)粒子的狀態(tài)發(fā)生變化，另一個(gè)粒子也會(huì)立即發(fā)生變化。量子疊加一個(gè)量子系統(tǒng)可以同時(shí)處于多個(gè)狀態(tài)的疊加，直到被測(cè)量時(shí)才會(huì)確定為某個(gè)狀態(tài)。量子密鑰分發(fā)原理利用量子力學(xué)的原理，在通信雙方之間安全地分發(fā)密鑰，用于加密通信。優(yōu)勢(shì)安全性高，可以抵御任何竊聽攻擊。應(yīng)用政府、金融、軍事等對(duì)安全性要求高的領(lǐng)域。未來通信技術(shù)展望16G更高的傳輸速率、更低的時(shí)延、更大的連接數(shù)。2太赫茲通信利用太赫茲波進(jìn)行通信，傳輸速率可達(dá)Tbps級(jí)別。3可見光通信利用可見光進(jìn)行通信，具有安全、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。6G愿景更高的傳輸速率理論峰值速率可達(dá)1Tbps以上。更低的時(shí)延端到端時(shí)延小于1ms。更大的連接數(shù)每平方公里支持1000萬個(gè)設(shè)備連接。太赫茲通信原理利用太赫茲波進(jìn)行通信，太赫茲波的頻率范圍為0.1THz~10THz。優(yōu)勢(shì)帶寬大、傳輸速率高。應(yīng)用高速無線通信、雷達(dá)、成像?？?/p>