现代通信技术的发展现状及发展方向

1 简要概述现代通信技术的发展现状及发展方向 简要概述现代通信技术的发展现状及发展方向 光纤通信技术 现阶段主流 光纤通信技术 现阶段主流 光纤通信技术是以光信号作为信息载体 以光纤作为传输介 质的通信技术 在光纤 通信系统中 因光波频率极高以及光纤介 质损耗极低 故而光纤通信的容量极大 要比微 波等通信方式带宽 大上几十倍 光纤主要由纤芯 包层和涂敷层构成 纤芯由高度透明 的材 料制成 一般为几十微米或几微米 比一根头发丝还细 外面层称 为包层 它的折 射率略小于纤芯 包层的作用就是确保光纤它是电 气绝缘体 因而不需要担心接地回路问 题 涂敷层的作用是保护光 线不受水气侵蚀及机械擦伤 同时增加光线的柔韧性 在涂敷 层 外 往往加有塑料外套 光纤的内芯非常细小 由多根纤芯组成光 缆的直径也非常小 用光缆作为传输通道 可以使传输系统占极小 空间 解决目前地下管道空间不够的问题 我国从 年开始研究光纤通信技 术 因光纤体积小 重量轻 传输频带极宽 传输距离远 电磁干扰抗性 强以及不易串音等优点 发展十分迅速 目前 光纤通信在 邮电通信 系统等诸多领域发展迅猛 光纤通信优越的性能及强大的竞争力 很 快代替了 电缆通信 成为电信网中重要的传输手段 从总体趋势看 光纤通信必将成为未来通信 发展的主要方式 量子通信技术 特殊需求必须 量子通信技术 特殊需求必须 在量子通信网络中 主要有量子空分交换技术 量子时分交换技术 量子波分交换技 术等 量子空分交换是通过改变光量子信号的 物理传输通道来实现光量子信号的交换 量 子 时分交换是在时间同步的基础上对光量子信号 进行时分复用而进行的交换 量子波分 交换是 将光量子信号经过波分解复用器 波长变换器 波长滤波器 波分复用器而进行 的交换 量子通信网络有三个功能层面 量子通 信网络管理层 量子通信控制层和传输 信道层 由量子通信控制层进行呼叫连接处理 信道资 源管理和建立路由 进而控制光 纤通道建立端 到端量子信道 管理层负责资源和链路等的管理 控制层和管理层的功能由 经典通信链路完 2016 年底 北京和上海之间将建成一条 全长 2000 余公里的量子保密通信骨干线路 京 沪干线 它是连接北京 上海的高可信 可扩展 军民融合的广域光纤量子通信网络 主 要开展远距离 大尺度量子保密通信关键验 证 应用和示范 此干线可以实现远程高 清 量子保密视频会议系统和其他多媒体跨越互联 应用 也可以实现金融 政务领域的远 程或同 城数据灾备系统 金融机构数据采集系统等应 用 2016 年 7 月份中国将发射全 球首颗量子 科学实验通讯卫星 这标志着我国通信技术的 突破性发展 标志着中国同时 在军用通信领域 站在了世界的最前列 之后会陆续发射的更多 量子通讯卫星 就可以建 成全球性的量子通信 网络 正如潘建伟院士所说量子科学实验卫星 的发射 将表明中国 正从经典信息技术的跟随 者 转变成未来信息技术的并跑者 领跑者 量子通信将会尽 快走进每个人的生活 就像计 算机曾经做到的一样 改变世界 量子通讯卫 星和 京沪干 线 的成功将意味着一个天地一 体化的量子通信网络的形成 量子通信与传统的经典通信相比 具有 极高的安全性和保密性 且时效性高传输速度 快 没有电磁辐射 它的这些优点决定了其无 法估量的应用前景 通过光纤可以实现城域 量 子通信网络 通过中继器连接实现城际量子网 络 通过卫星中转实现远距离量子通信 最终 构成广域量子通信网络 未来数年内 量子通 信将会实现大规模应用 经典通信的 硬件设施 并不会被完全取代 而是在现有设施的基础上 进行融合 在通信发送端和接收 端安装单光子 探测器 量子网关等量子加密设备 即可在电 话 传真 光纤网络等原有 的通信网络中实现 量子通信 这将大大地提升通信的安全性 量 子通信有望在 10 到 15 年之后成为继电子和光 电子之后的新一代通信技术 这种 无条件安 全 的通信方式 将 从根本上解决国防 金融 政务 商业等领域的信息安全问题 短距无线通信技术 局域辅助通信 短距无线通信技术 局域辅助通信 蓝牙技术蓝牙技术 以近距离无线连接为基础 为固定与移动设备通信环境建 立一个特别连 接的短程无线电技术 要建立通用的无线电空中 接口及其控制软件的公开标准 使通信 和计算机进一步结合 在没有电缆或者是电缆通过 1Mb s 的速率进行数据的相互传递 的同时 还能够比较便捷地接入到互联网当中 这是一种能够 实现语音以及数据无线传 输的规范 是一种成本低廉 功耗较 低 具备一定的安全性的无线连接的新技术 Wi Fi 无线局域网 能够实现 MOPS 的无线接入 这种技术的主要优势在于能 够较 完美的解决无线局域网以及校园网当中的用户以及用户终 端的无线接入 其覆盖的范围 大约能够达到 100m 而且传输的 速度比较快 相对而言 成本也比较低下 大大的 节省了网络 布线的费用 而且更加方面厂商的参与 尽管其数据的安全性 会稍微逊色 于蓝牙技术 但是其带宽以及电波的覆盖面积与蓝 牙相比具有非常明显的优势 但是其 较好的带宽也是以非常高 的功耗作为主要代价的 所以说 绝大部分的无线网络都需要 具备较高的电能作为储备 这也在一定程度上限制了无线网路 在工业场所的广泛使用 ZigBee ZigBee 是一种低速率 短距离的新兴无线组网通信技术 它主要用于近距离 无线连接 是一种介于无线标记技术与蓝牙 之间的技术提案 ZigBee 技术具备自身的无 线标准 其主要 借助于数以千计的微小的传感器相互之间的协调来达到通信的 目的 借助于无线电波 这些传感器用类似接力的方法实现数 据由同一个传感器向另外一个传 感器的传送 在此过程当中 所需要使用的能量极其微小 因此 这种通信的效率相 对而言 是比较高的 4G 4G 网络也就是 3G 网络和 WLAN 的结合体 其主要的优势为 能够更加清晰的 进行视频图像的传输 其图片的质量与电视的 清晰质量几乎一致 4G 系统的下载速度 也很理想 通常情况下 能够达到 10MB 的速度 与目前的拨号上网相比 网速快了 大 概 200 倍 上传的速度也非常快 基本上能够达到 5Mbps4 此外 其还能够充分的 满足用户对其所提出的要求 4G 网络还能够 再 DSL 以及有线电视解调器还没有进行覆 盖的地方部署 进而 逐渐扩展到全部的地区 显而易见 4G 网络所具有的优势目 前 的网络无法取代的 WIMAX 和 3G 与 WiMAX WLAN 等宽带无线技术而言 它们之间虽然存在着局部竞争 但融合已是大势 所趋 当前已经得到规模化商用的 3G 网络 不仅在 产业化和规模化方 面拥有其他无线技术无法比拟的 优势 而且它还具有广域覆盖 全球漫游 电信级安 全 性等优势 这使得 3G 当仁不让地成为多元融合的 公共无线通信平台 WiMAX 由于具有超 高的数据传 输速率 可以构建一个完全覆盖城域的宽带无线网 络 WLAN 则在局域网领 域大有用武之地 同时 以 3G 为代表的公众移动通信网络在向 B3G 4G 演进的 过程中 网络带宽将得到全面扩展 而 WiMAX 则在 技术演进的过程中 致力于全面增强移动性和 安全 性 可以预见 将来在无线城市 电子政务 企业应用 以及教育等领域 3G 与 WiMAX WLAN 的融合 移 动 宽带 将使得人们在不同的网络环境中 享受 到更加灵活 的 更加丰富多彩的应用服务 2 2 简要介绍移动通信标准的演进与关键技术 简要介绍移动通信标准的演进与关键技术 1G 1986 年 第一套移动通讯系统在美国芝加哥诞生 采用模拟讯号传输 模拟式为 代表在无线传输采 用模拟式的 FM 调制 将介于 300Hz 到 3400Hz 的语音转换到高频 的载波频率 MHz 上 此外 1G 只能 应用在一般语音传输上 且语音品质低 讯号不 稳定 涵盖范围也不够全面 1G 主要系统为 AMPS 另外还有 NMT 及 TACS 该制式在加拿大 南美 澳洲以 及亚太地区广泛采 用 而国内在 80 年代初期移动通信产业还属于一片空白 直到 1987 年的广东第六届全运会上蜂窝移 动通信系统正式启动 在第 1 代行动通信系统 在国内刚刚建立的时候 我们很多人手中拿的还是大块头的摩托罗拉 8000X 俗称大 哥大 一般人可用不起哟 那个年代虽然没有现在的移动 联通和电信 却有着 A 网和 B 网之分 而在这两个网背后就是主宰模拟时代的爱立信和摩托罗拉 模拟通信系统有着很多缺陷 经常出现串号 盗号等现象 1999 年 A 网和 B 网被 正式关闭 2G 时代 也来到了我们身边 2G 2G 声音的品质较佳 比 1G 多了数据传输的服务 数据传输速度为每秒 9 6 14 4Kbit 最早的文 字简讯也从此开始 GSM 在 1990 年由欧洲发展出来 另外还有 TDMA CDMA PDC 与 iDEN 2G 时代也是移动通信标准争夺的开始 GSM 脱颖而出成为最广泛采用的移动通 信制式 早在 1989 年欧洲就以 GSM 为通信系统的统一标准并正式商业化 同时在欧 洲起家的诺基亚和爱立信开始 攻占美国和日本市场 仅仅 10 年功夫诺基亚就成为全 球最大的移动电话商 GSM 全球移动通信系统 Global System for Mobile Communication 是当前应用 最为广泛 的移动电话标准 较之以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数 字式的 GSM 是一个当 前由 3GPP 开发的开放标准 TDMA 时分多址 Time Division Multiple Access 是把时间分割成周期性的帧 Frame 每一个 帧再分割成若干个时隙向基站发送信号 在满足定时和同步的条件下 基站可以分别在各时隙中接 收到各移动终端的信号而不混扰 同时 基站发向多个移 动终端的信号都按顺序安排在预定的时隙 中传输 各移动终端只要在指定的时隙内接 收 就能在合路的信号中把发给它的信号区分并接收下来 CDMA 码分多址 Code Division Multiple Access 是在数字技术的分支 扩频通信 技术上发展 起来的一种崭新而成熟的无线通信技术 CDMA 技术的原理是基于扩频技 术 即将需传送的具有一 定信号带宽信息数据 用一个带宽远大于信号带宽的高速伪 随机码进行调制 使原数据信号的带宽 被扩展 再经载波调制并发送出去 接收端使 用完全相同的伪随机码 与接收的带宽信号作相关处 理 把宽带信号换成原信息数据 的窄带信号即解扩 以实现信息通信 3G CDMA 大行其道 随着人们对移动网络的需求不断加大 第 3 代移动通信网络必须 在新的频谱上制定出新的标准 享用 更高的数据传输速率 在 3G 之下 有了高频宽 和稳定的传输 影像电话和大量数据的传送更为普遍 行动通讯有更多样化 的应用 因此 3G 被视为是开启行动通讯新纪元的重要关键 而支持 3G 网络的平板电脑也是在 这个时 候出现 苹果 联想和华硕等都推出了一大批优秀的平板产品 中国于 2009 年的 1 月 7 日颁发了 3 张 3G 牌照 分别是中国移动的 TD SCDMA 中国联通的 WCDMA 和中国电信的 WCDMA2000 分别是 WCDMA CDMA2000 TD SCDMA WiMAX CDMA 是第三代移动通信系 统的技术基础 CDMA 系统以其频率规划简单 系统容量大 频率复用 系数高 抗多 径能力强 通信质量好 软容量 软切换等特点显示出巨大的发展潜力 世界上主流 的 3G 规格为 WCDMA 与 CDMA2000 系列 另外还有中国移动主推的 TD SCDMA 美 加 澳 韩以及日本 KDDI 采用 CDMA 2000 系列 4G 无线蜂窝电话协议 4G 是指第四代无线蜂窝电话通讯协议 是集 3G 与 WLAN 于一体并能够传输高质量 视频图像以及图像 传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品 4G 系统能够以 100Mbps 的速度下载 比拨号上网快 2000 倍 上传的速度也能达到 20Mbps 2013 年 12 月 工信部在其官网上宣布向中国移动 中国电信 中国联通颁发 LTE 第四代数字蜂窝 移动通信业务 TD LTE 经营许可 也就是 4G 牌照 至此 移动互联网的网速达到了一个全 新的高 度 如今 4G 信号覆盖已非常广泛 支持 TD LTE FDD LTE 的手机 平板产品越来 越多 很多平板 并成 为标配 支持通话功能 网络的 Android Win 系统平板也非常常 见 LTE 是基于 OFDMA 技术 由 3GPP 组织制定的全球通用标准 包括 TDD 时分双工 和 FDD 频分 双工 两种模式 二者相似度达 90 差异较小 TD LTE TDD 版本的 LTE 技术 分时长期演进 Time Division Long Term Evolution 由 3G