通信发展史_数字通信

通信历史的回顾 利用电磁波通信的历史可大致划分三个阶段 1837年电报开始的通信初级阶段 1948年香农提出信息论开始的近代通信阶段 80年代以后光纤通信应用 综合业务数字网崛起的现代通信阶段 通信发展简史 1 1837年 摩尔斯发明有线电报 开始了电通信阶段1843年 亚历山大 本取得电传打字电报的专利1864年 麦克斯韦创立了电磁辐射理论 并被当时的赫兹证明 促使了后来无线通信的出现1876年 贝尔利用电磁感应原理发明了电话1879年 第一个专用人工电话交换系统投入运行1880年 第一个付费电话系统运营1892年 加拿大政府开始规定电话速率1896年 马可尼发明无线电报 通信发展简史 2 1907年 电子管问世 通信进入电子信息时代1915年 横贯大陆电话开通 实现越洋语音连接1918年 调幅无线电广播 超外差式接收机问世1925年 开通三路明线载波电话 开始多路通信1936年 调频无线电广播开播1937年 雷沃斯发明脉冲编码调制 奠定了数字通信基础1938年 电视广播开播20世纪40年代二战期间 雷达与微波通信得到发展1946年 第一台数字电子计算机问世1947年 晶体管在贝尔实验室问世 为通信器件的进步创造了条件 通信发展简史 3 1948年 香农提出了信息论 建立了通信统计理论1950年 时分多路通信应用于电话系统1951年 直拨长途电话开通1956年 敷设越洋通信电缆1957年 发射第一颗人造地球卫星1958年 发射第一颗通信卫星1962年 发射第一颗同步通信卫星 开通国际卫星电话 脉冲编码调制进入实用阶段20世纪60年代 彩色电视问世 阿波罗宇宙飞船登月 数字传输理论与技术得到迅速发展 计算机网络开始出现1969年 电视电话业务开通20世纪70年代 商用卫星通信 程控数字交换机 光纤通信系统投入使用 一些公司制定计算机网络体系结构 通信发展简史 4 20世纪80年代 开通数字网络的公用业务 个人计算机和计算机局域网出现 网络体系结构国际标准陆续制定20世纪90年代 蜂窝电话系统开通 各种无线通信和数据移动通信技术不断涌现 光纤通信得到迅速普遍的应用 国际互联网和多媒体通信技术得到极大发展 1997年 68个国家签定国际协定 互相开放电信市场 通信革命 进入现代通信阶段 数据通信计算机科学技术与通信技术相结合的产物计算机以及各种数据设备之间经由数据通路 专线或通信网络 所进行的数据交换计算机通信指两台或多台 自治 的计算机之间的数据交换不能 自治 的各种数据设备之间的数据交换属于数据通信 但不是计算机通信数据 计算机通信的革命始于20世纪70 80年代90年代Internet普及与多媒体通信技术发展加速了变革数据通信与计算机通信逐渐融合通信产业与计算机产业日趋重合 数据通信的特点 1 通信对象的范围广在电报 电话通信中 涉及的是人与人之间的通信 而数据通信除了人与人之间的通信之外 更主要的是人通过终端与计算机之间的通信或者是计算机与计算机之间的通信 2 传输内容为二进制数据电话通信传输的是连续的语音信号 电报通信传输的是具有特定含义的报文 而数据通信传输的则是以二进制形式表示的数据 数据通信的特点 3 通信的可靠性高电话 电报在信息传输中若出现差错比较容易纠正 而数据传输中如果出现差错则较难纠正 为了保证传输质量 一般需要采用差错控制技术 因此数据传输的可靠性高 4 通信的复杂性高数据通信的影响因素比较多 传输的内容 方式也不同 对数据通信的要求也有很大差别 因而在实现数据通信时涉及的因素也比较复杂 计算机通信革命带来的变化 数据处理设备与数据通信设备之间不再有本质区别数据通信 话音通信和视频通信之间也无本质区别数据通信与计算机通信难以区分局域网 城域网和广域网之间日趋模糊 通信革命的演进与走势 由集团通信朝个人通信发展移动通信的出现与逐渐普及计算机通信网由专用网走向公用网再发展为互联网形成跨行业 跨地区的计算机互联网由单一通信网发展为综合业务数据通信网ISDN以及电信 电视 数据多网合一网络交换技术由电路交换发展为分组交换和信元交换WAN由X 25演进为FR ATM MAN LAN采用SMDS Ethernet和ATM Internet Intranet采用IP通信方式由简单到复杂 由单一到多用户和大信息由终端主机间通信发展为对等通信 再到客户服务器之间通信 包括浏览器与Web服务器之间的通信 一些热点通信领域 传统领域传统电信业务AM无线电FM立体声TV短波 全球 无线电 当代飞速发展的领域计算机通信多媒体通信Internet技术光纤传输卫星系统蜂窝移动电话扩频个人通信系统 PCS 高清晰度电视 HDTV 智能电信网用户接入 卫星通信移动通信多媒体通信用户接入全光网 当今通信热点举例 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 卫星通信 卫星通信 卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号 在两个或多个地面站之间进行的通信过程或方式 卫星通信属于宇宙无线电通信的一种形式 工作在微波频段 卫星通信是现代通信技术 航天技术 计算机技术相结合的重要成果 近30年来 卫星通信在国际通信 国内通信 军事通信 移动通信以及广播电视等领域 得到了广泛的应用 返回 5 4 1卫星通信概述 现代通信中广泛应用的是有源静止卫星 即同步卫星 静止卫星被发射到位于赤道上空35800km附近的圆形轨道上 其运动方向与地球自转方向一致 绕地球一周的时间恰好为24小时 与地球自转周期相同 以静止卫星作为中继站所组成的通信系统 称为静止卫星通信系统或同步卫星通信系统 卫星通信概述 卫星通信系统的分类按卫星的制式分类按通信覆盖范围分类按用户性质分类按业务范围分类按基带信号体制分类按多址方式分类按运行方式分类 卫星通信概述 卫星通信的工作频率微波频段中0 3 10GHz范围内大气损耗最小 较适合于电波穿出大气层的传播 电波可视为自由空间传播 只按直线传播 该频段称为 无线电窗口 在卫星通信中应用最多 在30GHz附近的大气损耗也相对较小 常称此频段为 半透明无线电窗口 卫星通信概述 卫星通信的特点覆盖区域大 通信距离远 通信成本与距离无关 以广播方式工作 具有多址连接能力 通信容量大 传送的业务种类多 采用先进的空间电子技术 如地球站的高增益天线 大功率发射机 低噪声接收设备 高灵敏度调制解调器等 卫星通信概述 需解决信号传播时延较大 因信号传输距离长而致 所造成的影响 需解决卫星的姿态控制问题 以适应复杂多变的空间环境 通信卫星的一次投资费用较高 且在运行中难以维修 要求卫星具备高可靠性和长使用寿命 需解决地面微波系统与卫星通信系统间的干扰问题 5 4 2卫星通信系统 同步卫星通信系统的组成同步卫星系统是利用定位在地球同步轨道上的卫星进行通信的系统 原则上只需要三颗同步卫星即可基本覆盖地球 同步卫星通信系统由地球站 通信卫星 控制与管理系统部分组成 如图所示 卫星通信系统 图5 10卫星通信系统的组成 返回 卫星通信系统 1 地球站地球站是卫星通信系统的地面部分 用户通过地球站接入卫星线路进行通信 一般包括天线 馈线设备 发射设备 接收设备 信道终端设备 天线跟踪伺服设备 电源设备等 卫星通信系统 2 通信卫星通信卫星的基本作用是无线电中继 主体是通信装置 星上系统 主要包括转发器和天线 通信卫星可以包括一个或多个转发器 每个转发器能够同时接收和转发多个地球站的信号 卫星通信系统 3 控制与管理系统该系统包括跟踪遥测及指令系统和监控管理系统 其任务是对卫星进行跟踪测量 控制其准确进入轨道上的指定位置 卫星通信系统 卫星通信体制通信体制是指通信系统中的信号形式 信号传输方式和信息交换方式 卫星通信采用的基带信号形式 基带复用方式 调制方式 多址方式 信道分配及交换方式各不相同 因此产生了不同形式的卫星通信系统 卫星通信系统 卫星通信中 模拟信号的调制方式常为调频 FM 数字信号的调制方式通常为相移键控 PSK 调制 基带信号的复用方式可相应分成频分复用 FDM 或时分复用 TDM 各地球站间的多址连接为FDMA TDMA CDMA SDMA等 信道的分配形式可分成预定分配 PA 按申请分配 DA 或随机占用等 5 4 3卫星移动通信 全球卫星移动通信系统的概念一颗同步卫星的有效覆盖区域约为地球表面的三分之一 3颗相隔120度的同步卫星就能基本上覆盖全球 除两极地区外 若在其有效覆盖区的重叠部分内分别设置3个地面中继站 用来转发来自卫星的信号 就能在全球范围内实现任何两个用户之间的通信 该系统称为全球卫星移动通信系统 卫星移动通信 卫星移动通信的分类 1 静止轨道卫星移动通信系统 2 低轨道卫星移动通信系统 3 中轨道卫星移动通信系统 MEO 参考材料 不同轨道的卫星轨迹示意 卫星移动通信 卫星移动通信的特点通信范围广通信容量大移动地面站小型化 卫星移动通信 卫星移动通信的应用大型远洋船舶的通信 导航和海难救助陆地移动通信和航空移动通信未来全球个人通信系统的一个重要组成部分 20世纪80年代 基于FDMA的第一代模拟系统 1G 北美AMPS N AMPS 英国TACS 日本JTAC 北欧NMT 20世纪90年代 基于TDMA和CDMA的第二代数字系统北美D AMPS EIA TIAIS 136 欧洲GSM 日本JDC 2G 欧洲GSM GPRS 基于CDMA的北美PCS IS 95 2G 基于WCDMA的数字第三代系统已经出现 3G 提供数据速率为2Mbps 静态环境 的多媒体业务 ITU T正在制定IMT 国际移动通信 建议标准 IMT2000参考建议有 欧洲根据GSM GPRS演进的UMTS建议 WCDMA 北美根据IS 95演进的cdma2000建议 北美根据IS 136演进的UWCC 136建议 TDMA 中国综合根据2G多种标准提出的TD SCDMA 移动通信 第一代单频模拟蜂窝系统仅用于语音通信覆盖区仅有宏小区商业用户 Continued 移动通信的演进 第二代双频双模式数字系统语音 低速数据通信宏小区MacroCells微小区MicroCells皮可小区PicoCells与固定电话网互补商业用户和消费者 第三代多频多模式数字系统多媒体通信多业务同固定电话结合在一起 与IP网 VPN等网络互补个人通信 参考材料 4G手机网络结构图 4G通信系统的关键技术 1 正交频分复用技术 OFDM 为技术核心 OFDM技术的特点是网络结构高度可扩展 具有良好的抗噪声性能和抗多信道干扰能力 可以提供无线数据技术质量更高 速率高 时延小 的服务和更好的性能价格比 2 软件无线电技术 软件无线电是将标准化 模块化的硬件功能单元经一通用硬件平台 利用软件加载方式来实现各类无线电通信系统的一种开放式结构的技术 3 智能天线技术 SA 智能天线具有抑制信号干扰 自动跟踪及数字波束调节等功能 被认为是未来移动通信的关键技术 智能天线成形波束可在空间域内抑制交互干扰 增强特殊范围内想要的信号 既能改善信号质量又能增加传输容量 4 多输入多输出技术 MIM0 多输入多输出是指在基站和移动终端都有多个天线 MIM0技术为系统提供空间复用增益和空间分集增益 4G的技术标准 1 LTE LTE LongTermEvolution 长期演进 项目是3G的演进 它改进并增强了3G的空中接入技术 采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准 2 LTE Advanced 它满足ITU R的IMT Advanced技术征集的需求 是3GPP形成欧洲IMT Advanced技术提案的一个重要来源 3 WiMax 全球微波互联接入 WiMAX的另一个名字是IEEE802 16 WiMAX的技术起点较高 WiMax所能提供的最高接入速度是70M 这个速度是3G所能提供的宽带速度的30倍 4 HSPA HSPA 是HSPA的衍生版 能够在HSPA网络上进行改造而升级到该网络 是一种经济而高效的4G网络 5 WirelessMAN Advanced WirelessMAN Advanced事实上就是WiMax的升级版 即IEEE802 11m标准 4G的主要优势 通信速度更快 智能性能更高 提供各种增值服务 网络频谱更宽 通信更加灵活 兼容性能更平滑 高质量多媒体通信 频率使用效率更高 通信费用更加便宜 多媒体通信传媒信息量大适应现代社会许多应用需求 诸如可视电话电视会议虚拟现实视频点播语音邮件多媒体检索远程教学远程医疗 多媒体通信 多媒体技术是利用计算机和网络来表示 存储 传输和处理各种感知媒体的技术 因此多媒体通信也是一种数据通信 媒体种类感觉媒体 PerceptionMedium 表示媒体 RepresentationMedium 显示媒体 PresentationMedium 存储媒体 StorageMedium 传输媒体 TansmissionMedium 参考材料 多媒体通信 多媒体通信的主要特点集成性实时性交互性同步性多媒体通信中涉及的技术领域多媒体通信终端技术支持多媒体业务的通信网络技术多媒体应用系统技术主要关键技术音频与图像媒体压缩技术宽带网络技术信号处理与识别技术 参考材料 多媒体通信 基于铜缆的接入技术例如 能传输2Mbps以上的数据 高比特率数字用户线 可把图像等视频信号引入用户家庭 基于光缆的接入技术光缆频带宽 容量大 干扰小 光纤同轴混合接入技术利用有线电视系统的方法 可以额外提供视频点播 交互式数据业务及电话业务 无线接入技术具有建设速度快 方便灵活 造价低廉等特点 用户数据接入 交换式 中继移动无线电 SMR TMR 无线寻呼网 BP 无绳电话与无线办公电信系统 WOTS 蜂窝无线电与蜂窝数据通信蜂窝数字分组数据 CDPD 通用分组无线业务 GPRS 无线数据网络 分组无线电无线局域网 WLAN 无线本地环路 WLL 本地多点分布业务 LMDS 多信道多点分布业务 MMDS 注册许可的微波系统个人通信业务 PCS 参考材料 各种无线通信系统 1995年美国和欧洲分别开始研究全光网全光网在服务质量 带宽需求 业务内容 网络的可重构性和可扩展性等方面 都是当今现有网络所远远不能比拟的在传输系统 包括交换机 中 全程不需要光 电和电 光的转换 完全靠光波沿光纤传输用户端机之间不少电信号的处理功能也由光技术实现 如出网 进网 储存 交换等 全光网 ATM 异步传送模式 IPPhone 网络电话 WDM 波分复用 ADM 光纤分插点复用器 IN 智能网 ASON 自动交换光纤网 MPLS 多协议标记交换 10GEthernet 万兆以太网 WLAN 无线局域网 IntServ 互联网综合业务 QoS 服务质量 信息安全 其它 展望数据与计算机通信 要达到目标是全球多媒体网络数据通信网络的发展趋势通信数字化业务综合化传输宽带化结构扁平化管理智能化服务个人化接入移动化信息安全化 GSM GlobalSystemforMobileCommunications全球移动通信系统AMPS AdvancedMo