通信工程专业导论第二讲

1、通信工程专业导论通信工程专业导论1提纲提纲一. 关于通信：从认知开始二. 通信发展历史及趋势（续）：历史照亮未来三. 科研机构和学术团体：成就与责任同在2卫星通信卫星通信 v概念的产生概念的产生时间1945年10月；人物英国物理学家、 空军雷达军官克拉克；v克拉克设想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卫星通信卫星通信 克拉克设想，把中继克拉克设想，把中继站用火箭发射到赤道站用火箭发射到赤道上空的静止轨道上，上空的静止轨道上，每隔每隔120120度设一个静止度设一个静止卫星，这样不仅能够卫星，这样

2、不仅能够实现远距离通信，而实现远距离通信，而且还能够实现全球通且还能够实现全球通信。信。4卫星通信卫星通信 v 卫星通信原理示意图卫星通信原理示意图5卫星通信卫星通信 v诞生：诞生：1957年人类第一颗人造卫星上天。v第一代：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。v第二代：第二代：国际海事卫星（七十年代）v第三代：第三代：VSAT（八十年代）v第四代：第四代：移动卫星通信（九十年代）6卫星通信卫星通信 v19821982年年 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。v19981998年年 中、低轨道的卫

3、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(Global Star)系统 国际海事通信组织的ICO系统v19991999年年 国际卫星组织发射电视直播卫星、应用 于高速信息公路。7v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。铱星计划铱星计划 8v铱星系统的两大优势：

4、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。铱星计划铱星计划 所以说，铱星移动通信系统计划开始了所以说，铱星移动通信系统计划开始了个人卫星通信的新时代个人卫星通信的新时代！9v铱星陨落铱星陨落铱星计划铱星计划 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

5、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我国卫星通信的发展v初次应用：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。v初次发射：初次发射： 1970年4月24日（DFH1）v第一颗实验静止卫星：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）11v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。卫星卫星宏蜂窝宏蜂窝微蜂窝微蜂窝微微蜂

6、窝微微蜂窝移动通信移动通信 12 现代移动通信技术的发展始于本现代移动通信技术的发展始于本世纪世纪2020年代，大致经历了五个发展阶段。年代，大致经历了五个发展阶段。移动通信移动通信 13移动通信移动通信 v第一阶段从上世纪第一阶段从上世纪2020年代至年代至4040年代，为早期发展阶段。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3040MHz。 特点是专用系统开发，工作频率较低。 v第二阶段从第二阶段从4040年代中期至年代中期至6060年代初期公用移动通信业年代初期公用移动通信业 务开始问世。务开始问世。 根据美国联邦通信委员

7、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。14v第三阶段从第三阶段从6060年代中期至年代中期至7070年代中期。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。移动通信移动通信 v第四阶段从第四阶段从7070年代中期至年代中期至8080年代中期。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(AMP

8、S)，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。15v第五阶段从第五阶段从8080年代中期开始。这是数字移动通信系统发年代中期开始。这是数字移动通信系统发 展和成熟时期。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

9、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。 移动通信移动通信 16含义含义：每个用户占用一个频率用户识别用户识别：频道号特点特点：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：应用：模拟/数字蜂窝移动通信系统1

10、7PowerFrequencyTimeFDMA历史回顾历史回顾：1992年，第一个数字蜂窝移动通信系统欧洲的GSM（Global System for Mobile Communication）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

11、，系统容量大 便于实现通信安全保密1819含义含义：每个用户占用一个时隙用户识别用户识别：时隙特点特点：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：应用：GSM系统FrequencyPowerTimeFDMA/TDMA20FrequencyCDMAPowerTime含义含义：每个用户使用一个码型，频率/时间共享用户识别用户识别：码型特点特点：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

12、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：应用：IS-95 CDMA系统、cdma2000系统、WCDMA系统移动通信移动通信 21移动通信移动通信 22 A/D接入方式 典型代表第一代（1G）模拟蜂窝系统 FDMA美国AMPS系统，欧洲TACS系统第二代（2G）数字蜂窝系统 TDMAGSM系统 CDMAN-CDMA系统 目标典型代表过渡代（2.5G）高速传输GPRS, CDMA20001X系统第三代（3G）全球漫游，高质量多媒体业务，系统容量、管理能力、保密性和服务质量均有很大改善欧洲WCDMA系统，北美CDMA2000系统，中国TD-SCDMA系统第四代（4G）高速率，

13、各种数据话音业务，全IP，多协议，新技术LTE-A第一代移动通信系统第一代移动通信系统v系统诞生：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。v复用技术：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。v主要缺点：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。23vGSMGSM系统：系统： Global System of Mobile，1990年v复用方式：复用方式： 时分多址复用TDMA；v开放性标准：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。

14、v我国概况：我国概况： 第一个GSM系统建于1993年第二代移动通信系统第二代移动通信系统24v窄带窄带CDMACDMA： 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IS95窄带CDMA被认定为国际上 第一个CDMA的使用标准。vCDMACDMA的优点：的优点： 频谱效率高（GSM的34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第三代移动通信系统25v第三代移动通信第三代移动通信3G3G： 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；

15、传输速率：144Kb/s、384Kb/s、2Mb/s。第三代移动通信系统第三代移动通信系统26我国的我国的3G3G发展概况发展概况 vTD-SCDMA TD-SCDMA 中国移动 用户4.5亿vWCDMA WCDMA 中国联通 用户1.3亿vCDMA2000CDMA2000 中国电信 收购联通C网 用户2797万 固网用户 2.1亿2728Enhanced 3GE3GShort Term Evolution：可以保持：可以保持24年的竞争力年的竞争力3GPP R5：HSDPA、IP RANR6：HSUPA、MBMS、IMS、WiFi（UMA）R7：HSPA+、研究MIMO和OFDM3GPP2

16、EV-DO Release AEV-DO Release B 3X、6X、9X （多载波）Long Term Evolution：可以保持：可以保持4年以上的竞争力年以上的竞争力3GPP LTE：革命！3GPP2 UMB：革命！29TD-SCDMA后续发展与标准化后续发展与标准化293GIMT-Advanced4G1G2G低低中中高高AMPSTACSGSMcdmaOneWCDMAcdma2000TD-SCDMAE3GLTEAIEWLAN数据速率数据速率200kbps300kbps-10Mbps10kbps100Mbps100M-1Gbps802.11/WiFiBWA802.16/WiMAX3G

17、+HSDPAHSUPA1xEV-DO1xEV-DV移动性移动性201520102005200019951985时间时间MBWA802.20因特网的发展因特网的发展 v19581958年：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v19621962年：年：克列因若克(Leonard Kleinrock)发明束交换技术v19631963年：年：先进研究工程局计算机研究组组长利克莱德尔(JCR Licklider)提出全球网络设想v19671967年：年：罗伯特(Larry Roberts)发表论文，提出建立ARPA 网的建议v1968

18、1968年：年：美国国防部开始开发ARPANETv19691969年：年：ARPANET在加州大学公诸于众v19721972年：年：汤姆林森(Ray Tomlinson)推出电子邮件30因特网的发展因特网的发展 列奥纳德列奥纳德克莱因饶克（克莱因饶克（Leonard Kleinrock，1934-）劳瑞劳瑞罗伯茨（罗伯茨（Lawrence G. Roberts，1937-） 温顿温顿瑟夫（瑟夫（Vinton G. Cerf，1943-） 罗伯特罗伯特卡恩（卡恩（Robert E. Kahn，1938-） 四位网络之父四位网络之父31因特网的发展因特网的发展 v19881988年：年：时为田纳西州参议员的戈尔(Albert Gore)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v19911991年：年：明尼苏达大学推出“明州居民”文献检索系统v19921992年：年：全球万维网(WWW)诞生，由迪姆伯奈斯李(Tim Berners Lee)推出，互联网首次播出音频和视频v19931993年：年：互联网浏览器MOSAIC由伊利诺斯大学的安德里森推出v1