通信工程专业导论第二讲.ppt

通信工程专业导论 1 提纲 关于通信 从认知开始通信发展历史及趋势 续 历史照亮未来科研机构和学术团体 成就与责任同在 2 卫星通信 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 3 卫星通信 4 卫星通信 卫星通信原理示意图 5 卫星通信 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 6 卫星通信 1982年国际海事通信组织开通由四颗地球同步卫星组成的INMARSAT系统 实现全球移动通信 1998年中 低轨道的卫星系统得以研究成功并陆续开通 其中有美国Motorala公司的铱星 Iridium 系统美国LORAL公司的全球星 GlobalStar 系统国际海事通信组织的ICO系统1999年国际卫星组织发射电视直播卫星 应用于高速信息公路 7 铱星系统是美国摩托罗拉公司设计的全球移动通信系统 它的天上部分是运行在7条轨道上的卫星 每条轨道上均匀分布着11颗卫星 组成一个完整的星座 它们就像化学元素铱 Ir 原子核外的77个电子围绕其运转一样 因此被称为铱星 后来经过计算证实 6条轨道就够了 于是 卫星总数减少到66颗 但仍习惯称为铱星 铱星计划 8 铱星系统的两大优势 轨道低 传输速度快 信息损耗小 通信质量大大提高 不需要专门的地面接收站 每部卫星移动手持电话都可以与卫星连接 这就使地球上人迹罕至的不毛之地 通信落后的边远地区 自然灾害现场的通信都变得畅通无阻 铱星计划 所以说 铱星移动通信系统计划开始了个人卫星通信的新时代 9 铱星陨落 铱星计划 1998年11月1日正式将铱星系统投入使用 然而 由于由于无法形成稳定的客户群 使铱星公司亏损巨大 连借款利息都偿还不起 摩托罗拉公司不得不将曾一度辉煌的铱星公司申请破产保护 1999年3月18日 铱星公司正式宣布破产 从正式宣布投入使用到终止使用不足半年时间 昨夜星光灿烂 而今化做一道美丽的流星 铱星在2001年接受新注资后起死回生 美国军方是他主要客户 10 我国卫星通信的发展 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 11 移动通信就是通信双方至少有一方在运动状态中进行信息交换 它包括移动用户之间的通信 固定用户与移动用户的通信 卫星 宏蜂窝 微蜂窝 微微蜂窝 移动通信 12 现代移动通信技术的发展始于本世纪20年代 大致经历了五个发展阶段 移动通信 13 移动通信 第一阶段从上世纪20年代至40年代 为早期发展阶段 美国底特律市警察使用的车载无线电系统 该系统工作频率为2MHz 到40年代提高到30 40MHz 特点是专用系统开发 工作频率较低 第二阶段从40年代中期至60年代初期公用移动通信业务开始问世 根据美国联邦通信委员会 FCC 的计划 贝尔系统在圣路易斯城建立了世界上第一个公用汽车电话网 称为 城市系统 这一阶段的特点是从专用移动网向公用移动网过渡 接续方式为人工 网络容量较小 14 第三阶段从60年代中期至70年代中期 美国推出了改进型移动电话系统 1MTS 使用150MHz和450MHz频段 采用大区制 中小容量 实现了无线频道自动选择并能够自动接续到公用电话网 移动通信 第四阶段从70年代中期至80年代中期 这是移动通信蓬勃发展时期 1978年底 美国贝尔实验室研制成功先进移动电话系统 AMPS 建成了蜂窝状移动通信网 1983年 首次在芝加哥投入商用 日本 英国 瑞典等国也各自开发了自己的系统 这一阶段的特点是蜂窝状移动通信网成为实用系统 并在世界各地迅速发展 15 第五阶段从80年代中期开始 这是数字移动通信系统发展和成熟时期 模拟蜂窝网虽然取得了很大成功 但也暴露了一些问题 例如 频谱利用率低 业务种类受限制等 最主要的问题是其容量已不能满足日益增长的用户需求 数字无线传输的频谱利用率高 可大大提高系统容量 另外 数字网能提供语音 数据多种业务服务 并与ISDN等兼容 80年代中期 欧洲首先推出了泛欧数字移动通信网 GSM 的体系 随后 美国和日本也制定了各自的数字移动通信体制 泛欧网GSM已于1991年7月开始投入商用 数字蜂窝移动通信已经成为陆地公用移动通信的主要系统 移动通信 16 含义 每个用户占用一个频率用户识别 频道号特点 简单 容易实现 适用于模拟和数字信号以频率复用为基础 以频带划分各种小区需要严格的频率规划 是频率受限和干扰受限系统以频道区分用户地址 一个频道传输一路模拟 数字话路对功控的要求不严 硬件设备取决于频率规划和频道设置基站由多部不同载波频率的发射机同时工作不适宜大容量系统使用应用 模拟 数字蜂窝移动通信系统 17 频分多址 FDMA 技术 历史回顾 1992年 第一个数字蜂窝移动通信系统 欧洲的GSM GlobalSystemforMobileCommunication 网络在欧洲开始铺设 由于其优越的性能 在全球范围内以惊人的速度得以扩张 目前已是全球最大的蜂窝通信系统 1993年 中国的第一个全数字移动电话GSM系统建成开通 之后中国电信和中国联通都采用了GSM 主要特点 微蜂窝小区结构数字化技术 语音信号数字化新的调制方式 GMSK QPSK等FDMA TDMA频谱利用率高 系统容量大便于实现通信安全保密 18 第二代数字蜂窝移动通信系统 GSM 19 时分多址 TDMA 技术 含义 每个用户占用一个时隙用户识别 时隙特点 以频率复用为基础 小区内以时隙区分用户每个时隙传输一路数字信号 软件对时隙动态配置系统要求严格的系统定时同步对功控的要求不严是时隙受限和干扰受限系统TDD模式下 上下型信道信息可以共享应用 GSM系统 20 码分多址 CDMA 技术 含义 每个用户使用一个码型 频率 时间共享用户识别 码型特点 每个基站只需一个射频系统每个码传输一路数字信号每个用户共享时间和频率是一个多址干扰受限系统需要严格的功率控制需要定时同步软容量 软切换 系统容量大抗衰落 抗多径能力强应用 IS 95CDMA系统 cdma2000系统 WCDMA系统 移动通信 21 移动通信 22 第一代移动通信系统 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 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 23 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 我国概况 第一个GSM系统建于1993年 第二代移动通信系统 24 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 CDMA的优点 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 第三代移动通信系统 25 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 第三代移动通信系统 26 我国的3G发展概况 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 27 28 Enhanced3G E3G ShortTermEvolution 可以保持2 4年的竞争力3GPPR5 HSDPA IPRANR6 HSUPA MBMS IMS WiFi UMA R7 HSPA 研究MIMO和OFDM3GPP2EV DOReleaseAEV DOReleaseB3X 6X 9X 多载波 LongTermEvolution 可以保持4年以上的竞争力3GPPLTE 革命 3GPP2UMB 革命 29 TD SCDMA后续发展与标准化 29 3G IMT Advanced4G 1G 2G 低 中 高 AMPSTACS GSMcdmaOne WCDMAcdma2000TD SCDMA E3G LTEAIE WLAN 数据速率 200kbps 300kbps 10Mbps 10kbps 100Mbps 100M 1Gbps 802 11 WiFi BWA 802 16 WiMAX 3G HSDPAHSUPA1xEV DO1xEV DV 移动性 2015 2010 2005 2000 1995 1985 时间 MBWA 802 20 因特网的发展 1958年 艾森豪威尔总统意识到成立 美国国防部高级研究计划署 ARPA 的必要性 以保持美国在技术前沿位置1962年 克列因若克 LeonardKleinrock 发明束交换技术1963年 先进研究工程局计算机研究组组长利克莱德尔 JCRLicklider 提出全球网络设想1967年 罗伯特 LarryRoberts 发表论文 提出建立ARPA网的建议1968年 美国国防部开始开发ARPANET1969年 ARPANET在加州大学公诸于众1972年 汤姆林森 RayTomlinson 推出电子邮件 30 因特网的发展 列奥纳德 克莱因饶克 LeonardKleinrock 1934 劳瑞 罗伯茨 LawrenceG Roberts 1937 温顿 瑟夫 VintonG Cerf 1943 罗伯特 卡恩 RobertE Kahn 1938 四位网络之父 31 因特网的发展 1988年 时为田纳西州参议员的戈尔 AlbertGore 提出建立国家科研与教育网 为科技界和学校提供高级计算设施1991年 明尼苏达大学推出 明州居民 文献检索系统1992年 全球万维网 WWW 诞生 由迪姆 伯奈斯 李 TimBernersLee 推出 互联网首次播出音频和视频1993年 互联网浏览器MOSAIC由伊利诺斯大学的安德里森推出1994年 真音频 RealAudio进入互联网 它使人能够听到近乎实时的广播 香港电台 RadioHK 每天24小时只在互联网广播的第一个无线电台开始广播1996年 1996年的电信条约取消了对数据网络传输的限制1999年 互联网拥有1 5亿用户 8亿多个网页可以访问 32 通信技术的发展趋势 融合化是通信技术发展的主旋律宽带化是通信技术发展大趋势泛在化是通信技术发展重要方向绿色化是通信技术发展可持续发展的基础 33 通信技术的发展趋势 融合化 当前 信息与通