现代通信技术概述

1,现代通信技术,专题,2,1现代通信技术概述,1.1现代通信技术的基本概念1.2现代通信的主要技术1.3现代通信新技术的目标1.4课程内容安排1.5参考资料,3,1.1现代通信技术的基本概念,信息科学的三大支柱：通信技术、计算机技术和信号处理技术。现代通信技术的标志：通信技术和计算机技术、数字信号处理技术相结合。现代通信技术的基础：通信技术的数字化。现代通信技术发展的特点：数字化、综合化、宽带化、智能化、个人化和网络化。,4,1.2现代通信的主要技术,数字通信基础、分组通信、光纤通信、程控交换、蓝牙、软件无线电、多媒体通信、个人通信技术；计算机通信网络、无线接入网、互联网络、宽带综合业务数字网、无线智能网及网间互联；智能化仪器测试、移动通信、数字集群通信、移动卫星通信、智能化楼宇通信系统等。,5,1.2.1移动通信起源,6,迈克尔法拉第(MichaelFaraday)17911867,詹姆斯克拉克麦克斯韦(JamesClerkMaxwell)18311879,1.2.1移动通信起源,7,1.2.1移动通信起源,赫兹（HeinrichRudolfHertz）18571894,8,1.2.1移动通信起源,马可尼(GuglielmoMarconi)18741937,9,1.2.1移动通信起源,马丁.库珀,10,1.2.1移动通信发展概况,2003-2007年中国移动电话用户所占比重,11,1.2.1移动通信发展概况,2007年电信业务收入构成,12,1.2.1移动通信发展概况,第一代移动通信：采用模拟方式第二代移动通信：采用数字方式第三代移动通信：系统标准世界统一，数字方式第四代移动通信：系统指标更高，数字方式,13,技术优势：1）首次采用了小区制蜂窝体系；2）采用了复用技术和频分多址技术；3）具有越区切换和漫游的功能；,1.2.1移动通信第一代移动通信,技术缺陷：1）不能实现国际漫游；2）不能提供ISDN服务；3）设备价格高；4）系统容量小；,14,15,1.2.1移动通信第二代移动通信,在80年代开发，在90年代初陆续投入商用，从模拟方式发展到数字方式。北美D-AMPS；欧洲的全球移动通信系统（GSM）；日本的个人数字蜂窝（PDC）系统；码分多址（CDMA）移动系统；,16,GSM的技术革新与改造：HSCSD（HighSpeedCircuitSwitchedData）技术；GPRS（GeneralPacketRadioServices）技术；增强数据率GSM发展型(EDGE-EnhancedDataRatesforGSMEvolution）。,1.2.1移动通信第二代移动通信,CDMA的技术革新与改造：IS-95CDMA系统，已在1999年6月通过了IS-2000（cdma20001X，即1载波）标准，其容量比IS-95A高一倍。,17,IMT-2000的特点：工作在2000MHz频段；无缝全球漫游：实现全球通；高速传输：固定和步行用户达2Mbit/s,移动车辆用户达384Kbit/s无缝业务传递：可经固定、移动、卫星网传递。,1.2.1移动通信第三代移动通信,18,l组网技术l高速传输技术l多址技术l多媒体技术l调制解调技术l软件无线电技术l语音编码技术l全IP技术l交织技术l宽带传输技术l分集技术l智能天线技术l网络管理技术l自适应技术,1.2.1移动通信主要技术,19,1.2.2光纤通信*概念,光纤通信是指使用电磁波谱中可见光或近红外区域的高频电磁波（约100THz），通过光导纤维进行信息传输的方式。它具有传输速率高、传输损耗小、抗干扰能力强的特点。,20,1.2.2光纤通信*发展概况,1966年被称为世界光纤之父的华裔科学家高锟博士首次提出光纤可用于通信的预言:,高锟,21,1.2.2光纤通信*发展概况,1970年这一预言得到了证实，称为光纤通信的元年。一是美国康宁公司成功地拉制出了世界上第一根信号衰减水平为20dB/Km的光纤。二是美国贝尔实验室制作出可在室温下连续工作的铝嫁砷（AIGaAs）半导体激光器。,22,1.2.2光纤通信*发展概况,光纤的结构,50/125um：缓变型多模光纤；62.5/125um：缓变型多模光纤；8.3/125um：缓变型单模光纤,23,1.2.2光纤通信*发展概况,光纤的分类多模光纤单模光纤阶跃光纤渐变光纤,24,SC连接器,ST连接器,1.2.2光纤通信*发展概况,25,第一代光纤通信：其工作波长0=0.85m，属短波长波段，传输光纤用多模光纤。光源使用铝镓砷（AIGaAs）半导体激光器，光检测器采用硅（St）材料的半导体PIN光电二极管或半导体雪崩光电二极管（APD）。这一代光通信最高比特率为44.73Mbs。,1.2.2光纤通信*发展概况,26,第二代光纤通信：其工作波长0=1.3m，属长波长波段，传输光纤用多模光纤。是石英光纤的第二个低损耗窗口，有较低的损耗和最低的色散。相应的光源是长波长铟镓砷磷铟磷（InGaAsPInP）半导体激光器。光检测器采用锗（Ge）材料。,1.2.2光纤通信*发展概况,27,第三代光纤通信：1984年建立了波长0=1.3m的单模光纤通信系统。单模光纤较多模光纤色散低得多，损耗也更小。这代光纤通信广泛用于长途干线和跨洋通信中。80年代中后期又建立了波长0=1.55m的单模光纤通信系统。1.55m是石英光纤的最低损耗窗口。后来，工作波长为1.55m的掺铒光纤放大器问世，又使这一波长具有更重要的意义。,1.2.2光纤通信*发展概况,28,l光器件技术l光放大技术l光接入技术l光同步数字传输网技术l相干光通信技术l光波复用技术l全光通信技术,1.2.2光纤通信*主要新技术,29,1.2.3多媒体通信,国际电报电话咨询委员会（CCITT）对媒体进行了如下分类：感觉媒体（PerceptionMedium）;表示媒体（PresentationMedium）；显示媒体（DisplayMedium）；传输媒体（TransmissionMedium）；存储媒体（StorageMedium）;,30,1.2.3多媒体通信,多媒体通信是一种把通信、计算机和电视三种技术有机地结合在一起的新兴通信技术。可传输传统的语音与图像信号，而且能传输诸如文字、数据、文件等多种形式的信号。多媒体通信可以在人与人、人与机器、机器与机器之间相互进行。,31,1983年，美国无线电公司（RCA）的研究中心用标准光盘来存储声音、图片、活动图象、数据和文字。RCA把这种称为交互式数字视频(DVI)系统。1984年，美国Apple公司引人了位映射的概念对图形进行处理，并用了窗口（Windows）和图形符号作为用户接口，又增加了处理和传送各种信息的功能。处理的信息媒体包括声音、图象、文字和数据等。,1.2.3多媒体通信发展概况,32,1985年，美国Commodore个人计算机公司首先开发成世界上第一台多媒体计算机。1986年，荷兰Philips和日本Sony公司联合开发并推出了交互式紧凑光盘系统CDl。该系统把高质量的声音、图象、动画、图形和文字等各种多媒体信息以数字化形式存放在容量为650MB的5英寸只读光盘上。用户把它接到家用电视机上使用。,1.2.3多媒体通信发展概况,33,1991年，Intel和IBM公司共同开发并推出多媒体改进技术，第二代交互式数字视频(DVI)产品。DVI系统的最大优点是全数字化，它可以把各种多媒体信息数字化后存放在硬盘或只读光盘（CDROM）中，实时地播放全运动全屏幕的视频图象。90年代是多媒体进人初期应用和标准化阶段。90年10月，在微软公司多媒体开发工作者会议上提出了多媒体微机新标准，即MPC标准1。1993年，多媒体微机市场委员会发布了MPC标准2。,1.2.3多媒体通信发展概况,34,多媒体通信的应用体现在：可视电话（VPVideoPhone）电视会议（VCVideoConference）虚拟现实（VRVirtualReality）视频点播（VODVideoonDemand）语音邮件（VMVoiceMail）,视频邮件远程教学（MTMultimediaTeleteaching）,1.2.3多媒体通信发展概况,35,可视电话（VPVideoPhone）,1.2.3多媒体通信发展概况,36,电视会议（VCVideoConference）,1.2.3多媒体通信发展概况,37,虚拟现实（VRVirtualReality）,1.2.3多媒体通信发展概况,38,视频点播（VODVideoonDemand）,1.2.3多媒体通信发展概况,39,l音频数据压缩编码技术l视频数据压缩编码技术l宽带网络技术l信息差错控制技术l数据过滤技术l多媒体传输技术及应用系统技术,1.2.3多媒体通信主要技术,40,1.2.4Internet技术*,Internet是世界上最大的计算机互联网络，70年代末美国国防部高级研究计划局（ARPA）创建了Internet的前身ARPANET。ARPANET是一个广域网，其中包含若干采用卫星和无线电传输进行通信的网络。ARPA的计划是建立一种互联LAN和WAN的新方法，通常简称为Internet，并最终产生了网络标准协议，即传输控制协议网络互联协议（TCP/IP）。,41,1.2.4Internet技术*发展概况,1980年前后，ARPANET上的所有计算机开始了TCPIP协议转换工作，并以ARPANET为主干网建立了初期的Internet。ARPANET在技术上最大的贡献是TCPIP协议族的开发和应用。1985年，美国国家科学基金组织NSF采用TCPIP协议将分布在美国各地的6个为科研教育服务的超级计算机中心互联，形成NSFNET网络。1986年，NSFNET替代ARPANET成为了Internet的主干网。,42,1.2.4Internet技术*发展概况,1988年Internet开始对外开放，1991年6月商业用户超过了学术界用户，成为Internet发展史上的一个里程碑。1994年5月，中国作为第71个国家级网加入了Internet。以“中科院、北大、清华”为核心的国国家计算机网络设施（简称NCNFC）与Internet联通。目前，我国Internet用户通过中国公用互联网络（ChinaNet）或中国教育科研计算机网（CERNET）及其它网络都可与Internet联通。,43,2003-2007年中国网民数和互联网普及率,1.2.4Internet技术*发展概况,44,l计算机网络技术l网络互连技术l网络管理技术l寻址技术l网际协议及传输控制协议,1.2.4Internet技术*主要技术,45,1.2.5宽带综合业务数字网（BISDN）*,窄带ISDN的缺陷：1）用户/网络接口接入速率局限于1920kb/s或1536kb/s，特别是在264kb/s的2B+D信道下。2）窄带ISDN的基础是综合数字网络，所支持的业务是64kb/s电路交换业务，这种业务对技术发展适配性很差。3）窄带ISDN并没有在网络内部综合分组交换技术。4）窄带ISDN只是用于支持传统的话音和低速非话业务，所以并没有考虑不同传输要求的多媒体业务，网络的整个管理和控制是基于电路交换的，显得功能非常简单，无法适应宽带业务的要求。,46,1.2.5宽带综合业务数字网（BISDN）*,宽带综合业务数字网（BISDNBroadbandISDN）在提供综合业务的基本思想上与NISDN完全一致。不同的是NISDN支持速率低于2.048Mb/s的业务，传递方式和媒质主要是以准同步传递方式（PDH）和双绞线为基础。而BISDN支持速率高于1.5Mbs的业务，传递方式以异步转移模式（ATM）、同步数字系列（SDH）通过光缆媒质传输为基础。,47,1988年ITU正式确定ATM为BISDN的交换和多路复用技术，近年来得到迅速的发展。BISDN的目标是向用户提供电话、电视、数据和图像等综合业务服务。BISDN是由不同技术支持的网络。包括ATM交换技术和光纤、同步数字系列SDH传输系统等。,1.2.5宽带综合业务数字网发展概况,48,l帧中继技术l交换式多兆比特数字业务（SMDS）l异步转移模式（ATM）l光纤分布式数据接口（FDD）l分布式排队双总线（DQDB）l接入网技术,1.2.5宽带综合业务数字网主要技术,49,1.2.6智能网（IN）及无线智能网（WIN）定义,智能网（IntelligentNetwork）就是在传统的通信网络基础之上，为迅速快捷提供新业务而设置的一种附加网络结构。其目的是为电信营运者能经济有效地提供用户所需的各种各样的电信新业务，使用户对网络有更强的控制功能，并且能够方便灵活地获取各种所需的信息。,50,1981年，美国ATT公司将用户数据集中存放在网络控制点的数据库中，以支持被叫集中付费和记账卡呼叫业务，为智能网概念奠定了基础。1984年，Bellcore在其INl建议中提出了智能网一词，提出智能业务与基本业务控制相分离的概念。并制订了一系列计划，使得概念逐渐成熟。1992年3月，国际电联ITUT发布了关于智能网能力的第一套建议INCSl。采用了Bellcore关于智能网的许多思想，提出了智能网概念模型INCM。,1.2.6智能网及无线智能网发展概况,51,智能网能力标准1(INCSl)主要研究在PSTN上如何提供智能业务，该标准中列出了38种业务属性，25种业务。1997年国际电联又推出了INCS一2标准，该标准主要研究智能网的网间互连以及网间业务。又定义了16种新业务。主要是在网间如何实现INCSl所提出的一些业务。从而方便了用户在更广的范围内使用这些智能业务。INCS3和INCS4标准的主要研究内容包括移动网、宽带ISDN、INTERNET与智能网综合方面研究。,1.2.6智能网及无线智能网发展概况,52,CDMA网络发展到一定阶段，引入了无线智能网（WIN）的概念。WTN的发展也是第二代移动通信系统向第三代演化的过程。WIN分布功能平面上所定义的与移动性相关的功能实体与IMT-2000网络功能结构是一致的。,1.2.6智能网及无线智能网发展概况,53,l概念模型l应用协议l业务交换l业务控制l业务数据l业务管理l业务生成lIN与移动网l宽带综合业务数字网l因特网互联技术,1.2.6智能网及无线智能网主要技术,54,1.2.7无线接入网,无线接入是指从交换节点到用户终端之间的传输线路，部分或全部采用了无线传输方式。无线接入网是由业务节点（为交换机）接口和相关用户网络接口之间的系列传送实体所组成的，为传送电信业务提供所需传送承载能力的无线实施系统。无线接入网（WAN）实际上是用无线通信技术替代传统的用户线，所以无线接人网又称为无线本地环路（WLL）或无线用户系统（WSS）。,55,我国的无线接入网具有较大的用户市场，中国的通信四大巨头都有自己的产品，巨龙、大唐、中兴、华为等公司的无线接人网已在实用阶段。我国的无线接入网频率在2000年7月重新定为3400MHz-3530MHz,收发间隔为100MHz。原来使用的频率是1890MHz-1980MHz陆续停止使用（划给IMT-2000）。,1.2.7无线接入网发展概况,56,第一代系统：70年代即一点多址系统，初期是模拟制式，后采用TDMA数字制式；第二代系统：80年代即基于模拟的蜂窝系统；第三代系统：90年代即基于数字蜂窝的系统。应该说前三代都是属窄带范围，是电路交换；第四代系统：现在是宽带接入，是分组交换。,1.2.7无线接入网发展概况,57,1.2.7无线接入网发展概况,58,1.2.7无线接入网发展概况,59,l利用单信道点到点通信技术l利用微波技术实现一点多址固定无线接入网l利用卫星通信技术构成固定或移动无线接入网l利用大区制技术构成的固定或移动无线接入网l基于蜂窝技术构成固定或移动无线接入网l基于无绳技术的固定或移动无线接入网l基于集群技术构成固定接入网和移动接入网l宽带无线接入网,1.2.7无线接入网主要技术,60,1.2.8数字集群系统,数字集群系统是一种高级专用移动调度系统，是一种共享资源、分担费用、共享信道设备及多用途、高效能的无线调度通信系统。特点：1）频谱利用率高；2）信号抗衰落的能力提高；3）多种业务服务；4）保密性能好，为用户提供话音加密鉴权技术；5）网络管理和控制更加有效和灵活。,61,1998年3月，ITU制订了七个数字集群通信系统标准：APCO25、Tetrapol、EDACS、TETRA、DIMRS、IDRA、Geotek；目前欲进入我国市场的具有调度功能的数字移动通信系统有：欧洲的TETRA系统，MOTOROLA的IDEN系统，欧洲的GSM-R系统，以色列的FHMA系统。,1.2.8数字集群系统发展概况,62,目前在国际上较有影响力的有TETRA和iDEN两种系统iDEN和TETRA都充分考虑了商业共网建设和运营的需要，以其技术的先进性和良好的性价比而得到了广泛应用。TETRA方案已被世界上22个国家所选用，而iDEN用户数超过了千万，这些都充分证明了它们对于集群系统的应用价值。,1.2.8数字集群系统发展概况,63,TETRA是一个全公开国际标准，具有集群通信、非集群通信、直接通信工作模式等特点。提供的服务包括：话音、电路方式的数据、短数据报文及分组数据，当移动台超出移动网的覆盖区时，提供移动台与移动台间的直接通信。在集群通信方式下，采用4时隙25KHz的TDMA多址方式，其信息速率为19.2kbit/s，传输速率为36kbit/s。,1.2.8数字集群系统TETRA系统发展概况,64,FHMA是一个采用跳频和低速率数字语声处理技术的大容量集群系统。它具有灵活性、低成本和高频谱效率的特点。其容量是模拟系统的25-30倍。支持综合话音和数据业务，包括专用话音网、调度、移动电话、分组数据及车辆位置。采用3时隙/25KHz的TDMA多址方式。传输速率为39.6kbit/s。,1.2.8数字集群系统FHMA系统发展概况,65,IDEN是一个调度通信蜂窝电话的组合系统。提供的服务有：调度通信、双工电话通信、分组交换数据、电路数据、数字短信息等。调度通信中，可提供直接无线通信方式（同频单工对讲），调度通信具有蜂窝电话功能。采用6时隙/25KHz的TDMA多址方式电路交换数据的信息速率为4.8/9.6kbit/s，可为传真及个人电脑提供RS232接口。分组数据的速率为9.6kbit/s，采用标准传输协议TCP。,1.2.8数字集群系统IDEN系统发展概况,66,GSM-R系统是欧洲铁路专用移动通信系统。它是在GSM蜂窝系统上增加调度通信功能构成的一个综合专用移动通信系统。采用8时隙/200KHz的TDMA多址方式。它所增加的功能有：优先级和强插功能、话音组呼及广播功能、以满足铁路专用调度通信的要求。为了完成调度通信的功能，GSM-R系统与GSM不同的是在其结构中增加了组呼寄存器（GCR）。,1.2.8数字集群系统GSM-R系统发展概况,67,1.2.8数字集群系统四种体制对比,68,我国信息产业主管部门于1997年成立了中国数字集群联合体，它以中国通信工业协会为主体，联合部分大专院校、研究所、公司为核心成员。联合体从技术、经济、市场、标准开放等方面对国际上的各种集群体制进行了调研，并结合我国实际情况为我国数字集群系统的发展提出指导。2000年6月，信息产业部科技司成立以哈工大通信所为组长单位的数字集群系统总体组，正式开始了我国数字集群系统的研制和开发。,1.2.8数字集群系统中国发展概况,69,模拟系统在我国尚没有出台自己独立的技术标准，公安部制定了以MPT-1327信令为标准的“警用自动级（集群）信令规范”部标。数字集群系统TETRA和iDEN被信息产业部批准为我国的推荐性标准。据了解，全国拥有集群用户已超过千万户，其中数字集群用户近万户,但自己研制的系统产品被应用仍停留在模拟技术上，数字集群系统还处于研发阶段。,1.2.8数字集群系统中国发展概况,70,福建省集群无线电话公司于1998年开通国内第一个iDEN数字集群通信系统共网，并于1999年春季正式运营。上海联通国脉公司iDEN系统于2001年9月份建成，2002年3月升级为集群共网系统。联通国脉的iDEN数字商业网是我国第一个真正意义上的商业运营共网，诺基亚为天津提供的800MHzTETRAIP数字集群通信网络，是中国第一个TETRAIP网络,该网络于2003年下半年投入使用。,1.2.8数字集群系统中国发展概况,71,数字集群系统可广泛应用于制造、能源、交通、金融、保险、社会服务、教育、军队和广播事业等各个方面，在大中城市中可以具有相当规模的单位用户。根据99年信息产业部的调查，我国今后十年数字集群市场价值约500亿元，其中2005年前约80亿元。除了前面说的投入使用的系统以外，还有许多省、市的有关部门和运营公司也先后都表示了要在本地区建设数字集群通信共网。因此可以说，我国较大规模数字集群移动通信共网的建设即将逐步展开。,1.2.8数字集群系统中国发展概况,72,集群通信在专用移动通信系统占有主导地位，按其组网方式可分为“专网”和“共网”。共网与专网的不同点：共网是统一规划、集中投资，以企业为主体，市场化运营，在大范围内面向多个专网系统提供服务;整个频段的频率利用率高，以体现经济效益为主。专网是各自为政；是以建网单位为主体的专用系统，仅供本单位内部使用，有一定的特殊性要求；专网在同一地区内各系统独立工作，频段整体利用率不高；专网主要是体现社会效益。,1.2.8数字集群系统专网和共网,73,集群共网系统按其所依托的技术体制不同，可分为基于集群的专网系统和基于GSM或CDMA的公网系统：基于集群专用移动通信系统的集群共网：在专用移动通信系统实现公网的漫游及资源共用功能，主要服务对象是各个部门内使用的群体或个人。是以指挥调度通信为主要功能，它具有各种优先等级和以满足指挥调度需要的特殊功能。系统具有调度、无线电话、网上数传和短消息等功能。模块互连采用LAPD协议，采用E1接口或者DDN接口。,1.2.8数字集群系统共网,74,基于GSM或CDMA公众移动通信系统的集群共网是在公众移动通信系统中，是以满足个人移动通信为主，而实现的集群组呼等功能，是为网内公众用户相对少数群体需求提供的通话业务。如中