概论01：通信发展史.ppt

通信概论 1 课程类别 公共选修课程定位 通信科普主讲人 林国钧 内容安排 第一讲 通信发展历史第二讲 电话与通信网第三讲 移动通信系统第四讲 微波通信系统第五讲 光纤通信系统第六讲 分组交换系统第七讲 卫星通信系统第八讲 铱星系统思考 2 指导思想 授课角度 侧重于系统描述 对主要功能讲述通信技术的历史 现状与发展趋势通信系统提出的背景 设计目标 工作方式 应用领域 各个时期相关的历史人物和重大事件课程定位 通信科普方式 兼顾各类听众 3 4 教学目的 通过课程的学习 使大家获得通信历史及发展 现代通信的基本方式以及通信系统的基本组成等各方面的基础知识 并对具有影响力的发明家 科学家以及相关的重大事件 人物有所了解 拓宽知识面 5 参考教材和考核方式 参考教材 通信技术基础 第二版 每次上课的PPT课件 结束时开卷考试 按百分制计算成绩 引言 1 通信基本概念2 通信基本目标3 通信业务概况4 通信手段概况5 线路技术概况6 信息安全可靠7 通信网分层结构 6 1 通信基本概念 什么是通信 借助技术手段实现人与人 人与终端 终端之间信息交流 通信举例程控电话 手机 Internet网等 通信重要性生活 工作 学习 7 2 通信基本目标和要求 基本目标满足任何时候 任何地点 任何人或者任何智能终端设备之间信息交互的需要 基本要求质量 语音清晰度 数据误码率 速度 接入 连接速度 传输速度 价格 经济上的合理性 使用 系统的可用性和可靠性 8 3 通信业务概况 传统通信业务电报 电话 传真 现代数据通信数据通信 可视电话通信 图像通信 电视会议 语言广播 电视广播 电子邮件 信息检索和多媒体通信 多种通信方式点到点 组播和广播等应用方式 9 4 通信手段概况 有线传输 架空明线 同轴电缆 光缆等传输系统 无线传输 短波 超短波和微波为主的各种频带的地面传输系统 卫星传输系统 10 5 通信技术概况 复用技术 FDM TDM CDM DWDM 压缩技术 语音编码 压缩编码 调制技术 调幅 调频 幅移键控调制ASK频移键控调制FSK交换技术 电路交换 分组交换技术 11 6 信息安全可靠 重要性信息安全是信息传送的基本要求 安全技术语音编码 加密技术 密钥分配和管理 访问控制 通信可靠差错检测 前向纠错 自动请求重传 12 7 通信网分层结构 13 应用层 业务网 传送网 支撑网 支持三个层面 保证网络有效正常的各种控制和管理能力 信令同步电信网管 垂直观点的网络结构 视频 音频 数据 多媒体 电话网 分组网 智能网 移动网 传输媒体 传输系统 7 电信网分层结构 14 核心网 接入网 用户网 水平观点的网络结构 第一讲 通信发展历史 一 古代通信发展史二 十九世纪通信史三 交换机发展历史四 光纤通信发展史五 微波通信发展史六 卫星通信发展史七 移动通信发展史八 因特网络发展史 15 一 古代通信发展史 1 原始的光通信方式2 原始的声音和其它方式3 原始通信 存在的问题 16 1 原始的光通信方式 我国古代 烽火台传送边疆警报 希腊古代 火炬的位置表示字母符号 一站一站地传送信息 17 2 原始的声音和其它方式 声音方式 击鼓鸣金来报时或传达作战命令 其他方式 信鸽 传递文字信息 旗语 视距范围内交流信息 驿站 一站一站接力传递 18 3 存在的问题 范围小速度低可靠性差有效性低 19 二 十九世纪通信发展史 1 有线电报通信2 有线电话通信3 无线电报通信 20 1 有线电报通信 诞生 莫尔斯 MORSE 电码 1837 点 划 空表示字母和数字 电报机 1838 能够传递莫尔斯电码 电报系统 1844年5月24日 莫尔斯启用第一条电报线 由华盛顿特区至巴尔的摩 21 22 1 有线电报通信 诞生 1 有线电报通信 应用 商业刺激了跨国公司快速增长 推动了州际铁路的发展 军事改变了战争的速度和规模 新闻大大繁荣了新闻业 23 1 有线电报通信 意义 快速准确人类第一次以光速 30万公里 秒 传递信息 瞬间可将信息传到电报机的另一端 电信息传输开创电信号传输的新时代 24 2 有线电话 发明 电话的发明 发明人 贝尔地点 美国波士顿时间 1876年2月公开展示 费城 建国百年博览会 通过一条几百英尺长的铜线电缆 在一个单方向上用电流传送了声音 25 2 有线电话 特点和意义 特点 双向实时通信 全双工通信 意义 对于商业界 政府和普通人来说 电话代表着效率上的一次飞跃 人们不必再去写信 拍电报 然后等待回音 而实时地进行语音交流 26 2 有线电话 公司的成立 贝尔公司贝尔及其伙伴于1876年7月成立了自己的公司 美国西方电话电报公司 AT T的前身 电话取得了迅速的 无与伦比的 商业性的成功 27 3 无线电报 概念的形成 电磁波的预言麦克斯韦方程组 表达了法拉弟一系列的电磁实验结果 并预言了电磁波的存在 科学家的贡献牛顿把天上和地上的运动规律统一起来 麦克斯韦把电 光统一起来 28 1831 1879 29 3 无线电报 概念的形成 无线电的发现赫兹实验报告说明 存在一种电波 以光速在空中运动 马可尼的设想 1894年 这种电磁波可以用来传递信号 能越过很长距离 而无需导线 无线通信意义实现移动通信 航海 航空 航天 3 无线电报 产品发明 无线电报发明 1896年 马可尼在英国取得了专利权 无线电报发展 1898年 成功地超越英吉利海峡 无线电报发展 1901年 成功地实现了由英国横越大西洋与纽芬兰的无线电通信 相距2700公里 30 3 无线电报 普及原因 原因一 1909年1月23日 在浓雾中 共和号 轮船与驶往美洲的意大利 佛罗里达号 相撞 30分钟后 共和号 发出了无线电遇险信号 为航行在该海域的 波罗的号 所截获 1700人因此获救 31 32 3 无线电报 普及原因 原因二 1912年 Titanic号 沉没事件 3 无线电报 普及原因 事件原因 虽然发出信号 但这时 如果离 泰坦尼克号 只有几英里的 加利福尼亚号 闻讯赶到 船上的人均可得救 可是 这条船上的报务员不值班 未能收到 泰坦尼克号 发来的求救信息 直到黎明 卡帕蒂阿号 赶到了出事地点 仅救出705条生命 其余的1503人皆葬身鱼腹 33 3 无线电报 普及程度 强制性安装 1910年到1912年 由美国 英国和其他靠海国家建立了指示性的24小时航船到岸的通信 1914年伦敦 签署 海上安全条约 涉及船舶的构造 救生 消防及无线电通信设备 普及程度 1918年 已经有5700艘航船有无线电报装置 34 三 电话交换技术的发展 1 电话交换技术的发展2 我国电话交换机的发展3 其它交换技术的发展 35 1 电话交换技术的发展 人工交换 由话务员用人工拔插方法实现的 机电式 步进制交换机和纵横制交换机等 程控交换 1965 程序控制交换机 现代通信网中交换设备的主流产品 36 2 我国程控交换机的发展 诞生时间 80年代未和90年代初诞生 主要特点 HJD04机 性能可靠 价格便宜 重要意义 打破了国外公司垄断我国万门以上交换机市场的格局 以此为契机 各种国产的通信机相继诞生 为通信业民族品牌打开了局面 37 3 其它交换技术的发展 数字程控交换机窄带和宽带ISDN 智能网业务和CTI技术也应运而生 为数字程控交换机广泛应用和增值业务打开了大门 ATM宽带交换机语音 视频 数据多种业务和高速数据 38 四 光纤通信技术 1 光纤通信概念2 光纤通信历史3 光纤通信技术4 密集波分复用5 光纤传输定律 39 1 光纤通信概念 光纤通信设想既然电可以沿着金属导线传输 光也可以沿着导光的玻璃纤维传输 光纤通信预言 英籍华人高锟 只要能设法降低玻璃纤维的杂质 就有可能使光纤的损耗从每公里1000分贝降低到20分贝 公里 从而有可能用于通信 40 通信光纤 传输原理 41 只要入射角大于临界角 就满足全反射定律 光全部返回 只要弯曲不十分厉害 光也不会折射到包层中去 2 光纤通信历史 第一根光纤1970年美国康宁公司 每公里损耗20分贝的光导纤维 第一代光通信系统1977年 0 85 m波长多模光纤 速率为34Mb s 中继距离为20km 第二代光通信系统1981年 1 31 m波长多模光纤 速率为140Mb s 中继距离为20km 42 3 光纤通信技术 实用激光器1960年美国人梅曼研制成功世界第一台红宝石激光器 低损耗光纤损耗非常低的二氧化硅光导纤维 1550nm波长的光纤损耗仅为0 15db km 43 4 密集波分复用 DWDM技术 90年代 多个波在同一根光纤中传输 传输能力提高了几百 几千倍 传输容量描述 80年代末 一根光纤的带宽仅可达到2 4G 90年代末 用1600个不同的波 通信容量达到1012bps 相当于1秒内传输1000份30卷的百科全书 44 5 光纤传输定律 主要意义显示了20世纪最后10年通信与信息发展的速度 摩尔定律每18个月 集成电路处理速度提高1倍 体积和价格下降一半 光纤传输定律每6个月光纤传输能力就翻一番 45 五 微波通信技术 1 无线通信的发展2 电磁波的划分3 电磁波的传播特点4 微波通信产生与应用5 成功案例及目前地位6 微波通信之扩频通信 46 1 无线通信的发展 中波通信1901年马可尼使用800KHz中波信号进行了从英国 北美纽芬兰的无线电波的通信试验 短波通信1923年发现了短波通信 直到20世纪60年代卫星通信的兴起 它一直是国际远距离通信的主要手段 并且对目前的应急和军事通信仍然很重要 47 2 电磁波的划分 空间传输的电磁波 传播速度等于光速 电磁波的划分 频率或波长 长波 低于300KHz中波 300KHz 3MHz短波 3 30MHz超短波 30 300MHz微波 高于300MHz 48 3 电磁波的传播特点 中波 沿地面传播 绕射能力强 适用于广播和海上通信 短波 具有较强的电离层反射能力 适用于环球通信 超短波和微波 绕射能力较差 可作为视距或超视距中继通信 49 4 微波通信产生与应用 微波通信 中继通信 1930左右发明 40 50年代发展为传输频带较宽 性能较稳定的微波通信 主要特点 通信容量大 投资费用省 建设速度快 抗灾能力强 主要应用 长距离大容量地面干线无线传输 在光纤通信应用之前 国内长途电话 电视节目传送等方面微波通信都发挥了重要作用 50 51 5 成功案例及目前地位 应用举例 在1976年唐山地震中 在京津之间同轴电缆全部断裂的情况下 六个微波通道全部安然无恙 1998年特大洪灾 2008年雨雪冰冻灾害中 微波通信显示了它的巨大威力 目前地位 因为光纤通信的大容量 高速度 卫星通信的大范围 微波通信逐渐成为辅助 备份的角色 6 微波通信之扩频通信 扩频通信 传输信息的射频带宽远大于信息本身带宽的通信方式 重大突破 信道容量公式 C W log2 1 S N 数字扩频技术 直序扩频和跳频扩频低功率 抗干扰性能高 实现码分多址 抗多径干扰 52 6 微波通信之扩频通信 扩频通信 通信技术一次重大突破具有抗多径干扰并可以隐藏在噪声中工作等优势 具备更为强大抗干扰能力和保密性 被广泛应用于军事 民用等各个方面 53 六 卫星通信技术的发展 1 卫星通信基本概念2 卫星通信发展历史3 我国通信卫星历史4 卫星通信高速发展 54 1 卫星通信概念的提出 概念的产生时间 1945年10月 人物 英国物理学家 空军雷达军官克拉克 克拉克设想把中继站用火箭发射到赤道上空的静止轨道上 每隔120度设一个静止卫星 这样不仅能够实现远距离通信 而且还能够实现全球通信 55 56 57 卫星通信原理示意图 2 卫星通信发展历史 诞生 1957年人类第一颗人造卫星上天 第一代 1965年第一颗地球同步卫星 蓝鸟1号 发射成功 开创了卫星通信的新纪元 第二代 国际海事卫星 七十年代 第三代 VSAT 八十年代 第四代 移动卫星通信 九十年代 58 3 我国通信卫星发展 初次应用 1972年 尼克松访华时租用国际通信卫星向全球转播 初次发射 1970年4月24日 DFH1 第一颗实验静止卫星1984年 我国第一颗实验静止卫星发射成功 DFH2 59 4 卫星通信高速发展 移动卫星通信国际移动 INMARSAT 95年开通汽车移动电话系统 低轨道卫星 90年代初分别提出铱星 全球星计划 并在90年代末2000年初投入使用 60 4 卫星通信高速发展 移动用户目标系统 MUOS 下一代的军用卫星通信系统 移动用户目标系统 即MUOS 对于越来越依赖移动性及网络化环境 部署在世界各地的美国士兵的很多人有可能即将会用上这种单兵系统 其将为美军提供全球通信能力 尤其是通信难以达到的地方 比如茂密的丛林 大峡谷 高原或海洋 61 七 公众移动通信的发展 1 公众移动通信诞生2 蜂窝移动通信思想3 模拟蜂窝移动通信系统4 GSM蜂窝移动通信系统5 CDMA技术的诞生6 CDMA技术的特点7 第三代移动通信 62 1 公众移动通信诞生 第一个系统1946年美国在圣路易斯和密苏里首先开通了公众移动电话系统 存在的问题由于用户成千上万地增加 而在当时一个载频只能为一对讲话者使用 因此频率资源紧张成了发展移动通信系统的瓶颈 63 2 蜂窝移动通信思想 64 把移动通信的区域按照蜂窝形状划分成若干小区 而两个小区之间只要相隔一定距离 无线载频就可以重复使用 背景 频率资源紧缺 无法满足众多用户的需要 多址复用技术 频分FDMA 时分TDMA和码分CDMA 贝尔实验室提出 蜂窝原理 3 模拟蜂窝移动通信系统 系统诞生 1978年以后 美国 日本 瑞典等国利用这一技术先后开通了大容量小区蜂窝移动电话试验系统 复用技术 它们的工作频段各不相同 最早的蜂窝移动通信是频分复用多址技术FDMA 65 3 模拟蜂窝移动通信系统 商用系统 1983年美国AMPS 频段824 894MHz 1985年欧洲ETACS 频率900MHz 1988年日本JTACS 频段860 925MHz 主要缺点 保密性差 频率资源有些浪费 标准不统一而无法实现不同地区的漫游 66 4 GSM移动通信系统 GSM系统GlobalSystemofMobile 1990年复用方式 时分多址复用TDMA 开放性标准 没有设立专利障碍 100多个国家采用 能够国际漫游 67 4 其他第二代系统 DAMPS美国 采用TDMA的方式 PDC日本数字蜂窝 我国概况第一个模拟移动通信系统建于1987年第一个GSM系统建于1993年 68 5 CDMA技术的诞生 窄带CDMA美国高通公司是将CDMA技术民用化的创始者 由高通公司制订的IS 95窄带CDMA被认定为国际上第一个CDMA的使用标准 应用举例中国联通的133网 69 6 CDMA 技术特点 CDMA具有频谱效率高 GSM的3 4倍 话音质量好 掉话率低 基站覆盖面广等优点 保密性好 70 7 第三代移动通信 第二代移动通信 缺点 以话音通信为主 通信速率低等缺点 第三代移动通信3G 数字信令 结合移动卫星通信系统 业务具有全球性 可以实现全球无缝漫游 支持高质量的多媒体业务 支持服务等级 以数据通信为主 兼容第二代 传输速率 144Kb s 384Kb s 2Mb s 71 3G的通信牌照的发放 发放时间 2009年1月7日发放部门 中国工业和信息化部中国移动获得TD SCDMA牌照中国联通获得WCDMA牌照中国电信获得了CDMA2000牌照 3个标准的实施构想 TD SCDMA中国移动用户4 5亿WCDMA中国联通用户1 3亿CDMA2000中国电信收购联通C网用户2797万固网用户2 1亿 八 Internet网络的发展 1 Internet基本概念2 Internet产生背景3 集中式通信网缺陷4 阿帕网的基本构想5 阿帕网的快速发展6 互联网 退伍从商 7 初期网络应用范围8 Internet快速发展 74 1 Internet基本概念 什么是Internet国际互联网络 因特网 交互网络 网际网等等 发展状态它正在向全世界各大洲延伸和扩散 不断增添吸收新的网络成员 已经成为世界上覆盖面最广 规模最大 信息资源最丰富的计算机信息网络 75 2 因特网产生背景 前苏联卫星 1957年 当时苏联在1957年10月 11月接连发射了两颗卫星 重量达到500公斤 还带了一只活狗做试验 美国卫星美国人把苏联的卫星看作是对自己技术落后的严重警告 当然要急起直追 1958年发射一颗仅仅8公斤的卫星 并成立了高级计划研究局 ARPA 76 3 集中式通信网缺陷 集中式网络由于最初计算机价格昂贵 人们采用