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通信系統 部門 新產品品質部姓名 徐圓 1 我們為什麼要花時間來整理通信系统知识 因為TXC的产品客户有应用在WIFI WIMAX上面 那我們的產品到底應用在那裡呢 如果我們不知道具體的應用 怎麼開發呢 怎麼做品質管制和品質保證呢 2 NPQERoadmap 移动通信技术移动通信硬件设施 3 通信是从一地向另一地传递和交换信息 实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统 基于点与点之间的通信系统的模型可用图1 1来描述 图1 1通信系统的一般模型 移动通信的组成 4 1按通信业务和用途分类按通信业务和用途 通信系统可分为常规通信和控制通信 常规通信又分为话务通信和非话务通信 话务通信业务主要是电话信息服务业务 语音信箱业务和电话智能网业务 非话务通信主要是分组数据业务 计算机通信 数据库检索 电子信箱 电子数据交换 传真存储转发 可视图文及会议电视 图象通信等 控制通信则包括遥测 遥控 遥信和遥调等 2按调制方式分类根据是否采用调制 可将通信系统分为基带传输和频带 调制 传输 基带传输是将未经调制的信号直接传送 如音频市内电话 频带传输是对各种信号调制后传输的总称 3按传输信号的特征分类按照信道中所传输的是模拟信号还是数字信号 相应地把通信系统分成模拟通信系统和数字通信系统 4按通信方式分类按消息传递的方向和时间关系 通信方式可分为单工 半双工及全双工通信三种 移动通信的分类 5 5按传输媒质分类按传输媒质分 通信系统可以分为有线通信系统和无线通信系统两大类 有线通信是用导线 如架空明线 同轴电缆 光导纤维 波导等 作为传输媒质完成通信的 如明线 电缆 光缆信道等 无线通信是依靠电磁波在空间传播达到传递消息的目的 如短波电离层传播 微波视距传播 卫星中继等 6按传输信号的复用方式分类传输多路信号有三种复用方式 即频分复用 时分复用和码分复用 频分复用是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围 时分复用是用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间 码分复用是用正交的脉冲序列分别携带不同信号 传统的模拟通信中都采用频分复用 随着数字通信的发展 时分复用通信系统的应用愈来愈广泛 码分复用主要用于空间通信的扩频通信中 7按工作的波段分类可分为长波通信 中波通信 短波通信 红外线通信等 6 单工通信 消息只能单方向传输的工作方式 因此只占用一个信道 广播 遥测 遥控 无线寻呼等就是单工通信方式的例子 半双工通信 通信双方都能收发消息 但不能同时进行收和发的工作方式 例如 使用同一载频的对讲机 收发报机以及问询 检索 科学计算等数据通信都是半双工通信方式 全双工通信 通信双方可同时进行收发消息的工作方式 一般情况全双工通信的信道必须是双向信道 普通电话 手机都是最常见的全双工通信方式 计算机之间的高速数据通信也是这种方式 按通信方式分类 7 单工 半双工和全双工通信方式示意图 a 单工 b 半双工 c 全双工 按通信方式分类 8 传输多路信号有三种复用方式 1 频分复用 FDMA 频分复用是用频谱搬移的方法使不同信号占据不同的频率范围 2 时分复用 TDMA 时分复用是用脉冲调制的方法使不同信号占据不同的时间区间 3 码分复用 CDMA 用正交的脉冲序列分别携带不同信号 传统的模拟通信中都采用频分复用 随着数字通信的发展 时分复用通信系统的应用愈来愈广泛 码分复用主要用于空间通信的扩频通信中 按信号复用方式分类 9 ITU InternationalTelecommunicationsUnion国际电信联盟IEEE InstituteofElectricalandElectronicsEngineers美国电气和电子工程师协会IMT 2000 InternationalMobileTelecomSystem 2000国际移动电话系统 20003GPP The3rdGenerationPartnershipProject3G技术规范机构 FDMA TDMA CDMA需聯繫移動通信網 10 移動通信網彙整 11 移动通信网络的发展历程 1G 第一代模拟系统 1G 时间 20世纪80年代 90年代初功能 仅提供语音服务 不能传输数据技术 主要采用模拟语音调制技术和频分多址 FDMA 技术 不足 1G存在很多不足之处 如并存网络制式太多 互不兼容 通话质量不高 不能提供数据业务 它是一种区域性的移动通信系统 12 AMPS AdvancedMobilePhoneSystem AMPS 高级移动电话系统真正将AMPS从更早的0G系统中区分出来的是最后的呼叫建立功能 在AMPS中 信號中心可以根据信号强度灵活地分配信道给每个手持终端 允许相同的频率在完全不同的位置复用 并且不会有干扰 这使得在一个地区内 大数量的手持终端被同时支持成为可能 移动通信网络的发展历程 1G 13 第二代移动通信系统 2G 2 5G 时间 起源于90年代初期至现在功能 满足语音业务和初步的多媒体业务能力技术 主要采用数字的时分多址技术 TDMA 和码分多址技术 CDMA 关键词 GPRS EDGE CDMA2000不足 2G技术在发展中不断得到完善 但随着用户规模和网络规模的不断扩大 频率资源已接近枯竭 语音质量不能达到用户满意的标准 数据通信速率太低 无法在真正意义上满足移动多媒体业务的需要 按信号复用方式分类 14 GSM1 GSM系统全称为全球移动通信系统 GlobalSystemforMobileCommunication GSM 俗称 全球通 它依照欧洲通信标准化委员会 ETSI 制定的GSM规范研制而成 是第二代移动通信技术 2G 其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准 让用户使用一部手机就能行遍全球 具有广阔的发展前景 2 主要业务 语音通话 短信发送3 传输速率 9 6kbit s4 GSM系统频谱 包括GSM900 900MHz GSM1800 1800MHz及GSM1900 1900MHz等几个频段 第二代移动通信系统 2G 2 5G 15 GPRS1 GPRS是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务 GPRS可说是GSM的延续 GPRS和以往连续在频道传输的方式不同 是以封包 Packet 式来传输 因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算 并非使用其整个频道 理论上较为便宜 2 传输速率可提升至56甚至114Kbps 3 主要业务表现 MMS 彩信 邮件接收EDGEEDGE是一种介于现有的第二代移动网络与第三代移动网络之间的过渡技术 比 二代半 技术GPRS更加优良 因此也有人称它为 2 75代 技术传输速率是GPRS的三倍传输速率 传输速率最高可达384kbit s主要业务表现 邮件接收 视频 音乐下载 快速上网 第二代移动通信系统 2G 2 5G 16 第三代移动通信系统 3G 功能 引入大量增殖业务 手机上网 可视电话 视频共享 流媒体 POC对讲专网 短信交流和同化交流 技术 主流3G标准都采用CDMA技术关键词 WCDMACDMA2000TD SCDMA不足 3G缺乏全球统一标准理论下载速率WCDMA 7 2 14 4Mbps CDMA2000 3 1Mbps 单载波 TD SCDMA 2 8Mbps 单载波 17 国内3G业务 中国移动的TD SCDMA上网卡全称TimeDivision SynchronousCDMA 时分同步CDMA 在频谱利用率 对业务支持具有灵活性等独特优势 优势 中国自有3G技术 获政府支持中国联通的WCDMA上网卡全称为WidebandCDMA 也称为CDMADirectSpread 意为宽频分码多重存取是基于GSM网发展出来的3G技术规范 是欧洲提出的宽带CDMA技术 优势 有较高的扩频增益 发展空间较大 全球漫游能力最强 技术成熟性最佳中国电信的CDMA EVDO上网卡CDMA2000是由窄带CDMA CDMAIS95 技术发展而来的宽带CDMA技术同时也称为CDMAMulti Carrier 由美国高通公司为主导提出 优势 可以从原有的CDMA1X直接升级到3G 建设成本低廉 WCDMA是GSM 2G技术 的升级 演进是GSM GPRS EDGE WCDMA 电信3G业务使用的是CDMA20001xEV DORevA技术 指在一个无线信道传送高速数据报文数据的情况下 支持下行 向前链路 数据速率最高3 1Mbps 上行 反向链路 速率最高到1 8Mbps TD SCDMA空中接口采用了四种多址技术 TDMA CDMA FDMA SDMA 智能天线 综合利用四种技术资源分配时在不同角度上的自由度 得到可以动态调整的最优资源分配 18 CDMA2000与WCDMA TD SCDMA优劣势比较 19 CDMA2000与WCDMA TD SCDMA优劣势比较 备注 上行 移动终端给基站发送信息时的数据传输速率 比如手机 笔记本等无线终端给基站传输数据速率 下行 基站向移动终端发送信息时的传输速率 比如手机或笔记本等无线终端从基站或者网络下载数据的速率 20 基站覆盖范围比较 移動TD SCDMA TD SCDMA因为上行同步 其原理根据时隙和光速计算后 最大覆盖半径不能超过11 25Km 这还是不考虑风向的情况下 城区人群密集的地方基站距离一般不超过500米 联通WCDMA WCDMA的最理想覆盖密度 500 1000M一个基站 郊区在1 2公里左右 由于有呼吸效应 当地的基站的覆盖面积会随着当地用户数的增多而缩小 目前在中国联通应用中的覆盖密度 2Km 30Km一个基站 電信CDMA2000 理想覆盖密度在1 2公里左右 由于有呼吸效应 当地的基站的覆盖面积会随着当地用户数的增多而缩小 目前在城区尽量将覆盖半径控制在1 2公里左右 如覆盖过大 会造成污染 影响网络质量 21 速度比较 22 23 24 进一步提升系统性能LTE Advanced多频段层叠无线接入系统 100mhz频谱带宽 峰值速率 下行1Gbps 上行500MbpsIEEE802 16m是为用户站点和核心网络 如 公共电话网和Internet 间 提供通信路径而定义的WIMAX无线服务标准协议 4G手机 确切的说4G终端 其本质不是把手机做大 而是把电脑做小 第四代移动通信系统 4G 25 WiMax WorldwideInteroperabilityforMicrowaveAccess 即全球微波互联接入 Wimax是一项新兴的宽带无线接入技术 能提供面向互联网的高速连接 数据传输距离最远可达50km Wimax还具有QoS保障 传输速率高 业务丰富多样等优点 Wimax的技术起点较高 采用了代表未来通信技术发展方向OFDM OFDMA MIMO等先进技术 随着技术标准的发展 Wimax逐步实现宽带业务的移动化 而3G则实现移动业务的宽带化 两种网络的融合程度会越来越高 第四代移动通信系统 4G 26 Wimax又称为802 16无线城域网 是一种为企业和家庭用户提供 最后一英里 的宽带无线连接方案 相比Wifi Wimax能够达到更高的吞吐量 QoS服务以及增强的安全性能 并且整个网络具有良好的可扩展性 27 IEEE802无线标准系列 IEEE802标准委员会已发布或正在制定的无线标准系列有 802 11x 802 15x 802 16x 802 20 x 28 IEEE802无线标准系列 個人局域 PAN核心思想是 用无线电或红外线代替传统的有线电缆 实现个人信息终端的智能化互联 组建个人化的信息网络 从计算机网络的角度来看 PAN是一个局域网 从电信网络的角度来看 PAN是一个接入网 因此有人把PAN称为电信网络 最后一米 的解决方案 PAN定位在家庭与小型办公室的应用场合 其主要应用范围包括话音通信网关 数据通信网关 信息电器互联与信息自动交换等 局域 局域网 LoxalAreaNetwork LAN 是指范围在几百米到十几公里内办公楼群或校园内的计算机相互连接所构成的计算机网络 计算机局域网被广泛应用于连接校园 工厂以及机关的个人计算机或工作站 以利于个人计算机或工作站之间共享资源 如打印机 和数据通信 局域网的所有线路一般是属于个人 公司的 城域 城域网 MetropolitanAreaNetwork MAN 所采用的技术基本上与局域网相类似 只是规模上要大一些 城域网既可以覆盖相距不远的几栋办公楼 也可以覆盖一个城市 既可以是私人网 也可以是公用网 城域网既可以支持数据和话音传输 也可以与有线电视相连 城域网一般只包含一到两根电缆 没有交换设备 因而其设计就比较简单 而城域网的范围比较大 一般是本城市的电信公司的所有线路 是公有的 廣域 广域网 WidoAreaNetwork WAN 通常跨接很大的物理范围 如一个国家 广域网包含很多用来运行用户应用程序的机器集合 我们通常把这些机器叫做主机 host 把这些主机连接在一起的是通信子网 communicationsubnet 通信子网的任务是在主机之间传送报文 将计算机网络中的纯通信部分的子网与应用部分的主机分离开来 可以大大简化网络的设计 在大多数广域网中 通信子网一般都包括两部份 传输信道和转接设备 传输信道用于在机器间传送数据 转接设备是专用计算机 用来连接两条或多条传输线 广域网的范围更大 是一个统称是无数城域网的集合 29 IEEE802无线标准系列 30 IEEE802 16标准比较 31 IEEE802 16 2004与16e技术对比 32 WiMAX与WiFi的比较 33 WiMAX与3G的比较 34 在过去三四十年间 对数据传输需求的增长以及大规模集成电路的发展 促进了数字通信的发展 目前数字通信在卫星通信 光纤通信 移动通信 微波通信等领域有了新的进展 下面我们就从这几个方面来了解通信的现状和未来发展趋势 1 卫星通信系统 卫星通信系统是将通信卫星作为空中中继站 它能够将地球上某一地面站发射来的无线电信号转发到另一个地面站 从而实现两个或多个地域之间的通信 根据通信卫星与地面之间的位置关系 可以分为静止通信卫星 或同步通信卫星 和移动通信卫星 静止通信卫星是轨道在赤道平面上的卫星 它离地面高度为35780km 采用三个相差120 的静止通信卫星就可以覆盖地球的绝大部分地域 两极盲区除外 通信系統发展趋势 35 卫星通信系统由通信卫星 地球站 上行线路及下行线路组成 上行线路和下行线路是地球站至通信卫星及通信卫星至地球站的无线电传播路径 通信设备集中于地球站和通信卫星中 卫星通信的特点是 通信距离远 覆盖地域广 不受地理条件限制 通信容量大 可靠性高等 自从1957年10月第一颗卫星发射成功以来 卫星通信作为一种重要的通信手段被广泛用于国际 国内和区域通信 21世纪的卫星通信将向更高频段 更大容量方向发展 卫星间的通信将采用速度快 频带宽 保密性强的激光通信 预计到2010年前 星间激光通信的传输速率将达到40Gb s 地面终端设备将日益小型化 甚小天线卫星地球站 VSAT 将会继续发展 36 2 光纤通信系统 光纤通信是以光导纤维 简称光纤 作为传输媒质 以光波为运载工具 载波 的通信方式 光纤通信具有容量大 频带宽 传输损耗小 抗电磁干扰能力强 通信质量高等优点 且成本低 与同轴电缆相比可以大量节约有色金属和能源 自从1977年世界上第一个光纤通信系统投入运营以来 光纤通信发展迅速 已成为各种通信干线的主要传输手段 目前 单波长光通信系统速率已达10Gb s 其潜力已不大 采用密集波分复用 DWDM 技术来扩容是当前实现超大容量光传输的重要技术 近年来 DWDM技术取得了较大的进展 美国AT T实验室等机构已成功地完成了Tb s的传输实验 37 传送网是通信网未来的发展方向 它可以处理高速率的光信号 摆脱电子瓶颈 实现灵活 动态的光层联网 透明地支持各种格式的信号以及实现快速网络恢复 因此 世界上许多国家纷纷进行研究 试验 验证由波分复用 光交叉连接设备及色散位移光纤组成的高容量通信网今后的可行性 3 数字蜂窝移动通信系统数字蜂窝移动通信系统是将通信范围分为若干相距一定距离的小区 移动用户可以从一个小区运动到另一个小区 依靠终端对基站的跟踪 使通信不中断 移动用户还可以从一个城市漫游到另一个城市 甚至到另一个国家与原注册地的用户终端通话 38 数字蜂窝移动通信系统主要由三部分组成 控制交换中心 若干基地台 诸多移动终端 通过控制交换中心进入公用有线电话网 从而实现移动电话与固定电话 移动电话与移动电话之间的通信 目前广泛应用的是第二代移动通信系统 采用窄带时分多址 TDMA 和窄带码分多址 CDMA 数字接入技术 已形成的国家和地区标准有欧洲的GSM系统 美国的IS 95系统 日本的PDC系统 我国主要采用欧洲的GSM系统 第二代移动通信系统实现了区域内制式的统一 覆盖了大中小城市 为人们的信息交流提供了极大的便利 随着移动通信终端的普及 移动用户数量成倍地增长 第二代移动通信系统的缺陷也逐渐显现 如全球漫游问题 系统容量问题 频谱资源问题 支持宽带业务问题等 39 为此 从20世纪90年代中期开始 各国和世界组织又开展了对第三代移动通信系统的研究 它包括地面系统和卫星系统 移动终端既可以连接到地面的网络 也可以连接到卫星的网络 第三代移动通信系统工作在2000MHz频段 预期在2002年左右投入商用 为此国际电信联盟正式将其命名为IMT 2000 IMT 2000的目标和要求是 统一频段 统一标准 达到全球无缝隙覆盖 提供多媒体业务 传输速率最高应达到2Mb s 其中车载为144kb s 步行为384kb s 室内为2Mb s 频谱利用率高 服务质量高 保密性能好 易于向第二代系统过渡和演进 终端价格低 40 数字蜂窝移动通信系统 備註 移動台 在移动网络中 作为用户终端设备 如手机 车载台 的功能部件基站 主要運用到電纜 不涉及我們的產品應用市話局 信號的發射端 主要是信號傳輸移動電話交換局 主要運用到crystal 做主要介紹 41 通信系统网络传输 備註 基站发射信号 根據信號用途可以分為家用信號和工廠信號 42 控制交换中心 43 调度交换机 有线 无线综合智能数字调度交换系统 采用模块化结构设计 逐级分布式控制体系 系统容量和业务功能可根据用户需求灵活配置 可实现有线及无线终端的调度功能 并提供无线终端的实时定位 短信等功能 可配置调度键盘或触摸屏调度台 可在局域网覆盖的任何位置设置调度台 44 网络交换机 网络交换机类型 1 2 交换机除了能够连接同种类型的网络之外 还可以在不同类型的网络 如以太网和快速以太网 之间起到互连作用 如今许多交换机都能够提供支持快速以太网或FDDI等的高速连接