通信的发展历程

1、通信原理课程专题报告题目：通信的发展历程项目组成员：_任课教师：成绩：、通信的起源通信一直陪伴着人类的发展。早在远古时期，人们就通过简单的语言、手势 等方式进行信息的交换。“烽火狼烟，快马加鞭。”生动地描述了中国古代的通 信技术，如：烽火，飞鸽传书，邮译通信等。通信在中国的古代也流传出了很多 故事如：烽火传军情，烽火戏诸侯，一骑红尘妃子笑等等。在其他国家，通信的 方式亦多彩多样，如长跑，灯塔，通信塔，旗语，信猴等等。不能忘记的是马拉 松也是由通信的方式转变来的。在现代社会中，交通警的指挥手语、航海中的旗 语等不过是古老通信方式进一步发展的结果。这些信息传递的基本方都是依靠人 的视觉与听觉。二、

2、通信技术的革新随着人类生活及社交圈的不断扩大，视觉和听觉上的信息交换以不能满足人 类的需求。因此，革新出依赖于其他方式的通信方式成为了人类发展史的重要部 分。在第二次工业革命期间，电话和电报的发明开启了人类通信的新纪元，这实现了利用金属导线来传递信息。后来人类创造出了通过电磁波来进行无线通信， 使神话中的“顺风耳”、“千里眼”变成了现实。从此，人类的信息传递脱离了 常规的视听觉方式，用电信号作为新的载体，与此同时也进行了一系列技术革新， 开始了人类通信的新时代。1、 有线通信的产生与发展(举例)在第二次工业革命期间，电话和电报的发明开启了人类通信的新纪元，这实现了利用金属导线来传递信息。（1）

3、 1837年，美国人塞缪乐.莫乐斯(Samuel Morse)成功地研制出世界上第一台电磁式电报机，实现了长途电报通信图（2） 1875年，苏格兰青年亚历山大.贝尔（）发明了世界上第一台电话机。图电话机的发展图电报机的演变图2、无线通信的发展1864年，英国物理学家麦克斯韦（）建立了一套电磁理论，预言了电磁波的存在。1888年，德国青年物理学家海因里斯.赫兹（）用电波环进行了一系列实验，发现了电磁波的存在，导致了无线电的诞生和电子技术的发展。1924年第一条短波通信线路在瑙恩和布宜诺斯艾利斯之间建立。1933年法国人克拉维尔建立了英法之间和第一第商用微波无线电线路，推动了无线电技术的进步发展。

4、从此以后无线通信不断发展，最终到了今天，让我们一起关注通信的发展。三、通信的发展1、第一代移动通信概念第一代移动通信技术（1G是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准， 制定于上世纪80年代。第一代移动通信系统的典型代表是美国的 AMP系统（先 进移动电话系统）和后来的改进型系统TAC繇统（全入网通信系统）,以及瑞典， 挪威和丹麦的NMT（|匕欧移动电话）和NTT（日本电信电tS株式会社）等。利用技术及特点第一代移动通信主要采用的是模拟技术和频分多址FDM徽术。FDMA数据通信中的一种技术，即不同的用户分配在时隙相同而频率不同的信道上。按照这种技术，把在频分多路传输系统中集中控制的频段根据要求分

5、配给用户。同固定分配系统相比，频分多址使通道容量可根据要求动态地进行交换。此系统是使用单个大功率的发射机和高塔，覆盖地区超过50k项仅能以半双工模式提供语 音服务，使用120kHz带宽。由于模拟系统的系统容量小，还有FDM啦术在信道之间必须有警界波段来 使站点之间相互分开，这样在警界波段就会成很大的带宽浪费。 而且，模拟系统 的安全性能很差，任何有全波段无线电接收机的人都可以收听到一个单元里的所 有通话。另外，此技术对天线和基站的破坏也很严重。 因此模拟系统主要以语音 业务为主，基本上很难开展数据业务。缺点众所周知，传输和处理模拟信号的系统称为模拟通信系统，而传输和处理数 字信号的系统称为数字

6、通信系统。目前，实际中应用的移动通信，大多属于数字通 信。因为模拟移动通信系统投入运行以来，其用户虽迅速增长，但对经济发达国家 和地区，存在很多不足之处，这主要表现在以下几点：(1)模拟移动通信系统制式复杂，不易实现国际漫游。(2)模拟移动通信系统不能提供综合业务数字网 (ISDN)业务,而通信网的发 展趋势最终将向ISDN过渡。因此随着非话业务的发展，综合业务数字网逐步投入 使用，对移动通信领域数字化要求越来越迫切。(3)模拟移动通信系统设备价钱高，手机体积大，电池充电后有效工作时间 短，目前只能持续工作8小时，给用户带来不便。(4)模拟移动通信系统用户容量受限制，在人口密度很大的城市，系统

7、扩容 困难.图2、第二代移动通信概念由于模拟移动通信所带来的局限性，从 20世纪80年代中期到21世纪初, 数字移动通信系统得到了大规模应用，其代表技术是欧洲的 GSM也就是通常所 说的第二代移动通信技术(20。它的空中GSM 是由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准接口采用时分多址技术.自90年代中期投入商用以来，被全球超过 100个国家采用。GSMS准的设备占据当前全球虫I窝移动通信设备市场 80犯上。系统组成GSMK分成三个子系统：网络交换子系统；基站子系统；网络管理子系统。其中网络管理子系统又叫操作与维护中心。网络子系统NSS是整个GSM（统的核心。它对GSW动用户之间及

8、移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换连接与管理的功能。基站子系统BSS是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分， 它通过无线接口直接与移动台相连负责无线信息的发送接收，无线资源管理及功率控制等，同时它与NSS相连实现移动用户间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等。网络管理子系统 NM颌责NSS?口 BSS系统的维护管理工作。GPRS是在第二代无线通信系统GSMS础上发展起来的，将GSMR络为数据流的传输增加了支持分组交换的网络系统设备，第三代无线通信系统将会在GPRS（勺基础上进行更进一步的技术进步与发展，为网络全面支持高速、宽带的多媒体数据传输。也

9、就是说，GPR段介于第二代和第三代之间的一种网络技术， 也就是一般称为的代。GPRS ,通用无线分组业务，是一种基于 GSMS统的无线分组交换技术，提 供端到端的、广域的无线IP连接。通俗地讲，GPR*一项高速数据处理的技术， 方法是以“分组”的形式传送资料到用户手上由于使用了 “分组”的技术，用户上网可以免受断线的痛苦。止匕外，使用GPRS 上网的方法与 WA所不同，用WAPt网就如在家中上网，先“拨号连接"，而上网 后便不能同时使用该电话线，但 GPR硼较为优越,下载资料和通话是可以同时 进行的。从技术上来说，声音的传送（即通话）继续使用GSM而数据的传送便可 使用GPRS这样的

10、话，就把移动电话的应用提升到一个更高的层次。而且发展 GPR敦术也十分"经济"，因为只须沿用现有的GSM络来发展即可。GPRS勺用 途十分广泛，包括通过手机发送及接收电子邮件，在互联网上浏览等。图3、第三代移动通信系统3、1概念第三代移动通信技术，简称 3G中文含义就是指第三代数字通信。第三代 与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够要能在全球范 围内更好地实现无缝漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包 括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务，同时也要考虑与已有第二代 系统的良好兼容性。3、2技术及特点目前国际电联接受的3G标准主要有

11、WCDMA本和欧洲）、CDMA2000I国） 与TD-SCDMA中国）WiMM种。CDMA1第三代移动通信系统的技术基础。与 1 G 2G相比，CDMAI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3、3第三代移动通信的基本特征：(1)具有全球范围设计的，与固定网络业务及用户互连，无线接口的类型 尽可能少和高度兼容性；(2)具有与固定通信网络相比拟的高话音质量和高安全性；(3)具有在本地采用2Mb/s高速率接入和在广域网采用 384kb/s接入速率 的数据率分段使用功能；(4)具有在2GHm右的高效频谱利用率，且能最大程度

12、地利用有限带宽；(5)移动终端可连接地面网和卫星网，可移动使用和固定使用，可与卫星 业务共存和互连；(6)能够处理包括国际互联网和视频会议、高数据率通信和非对称数据传 输的分组和电路交换业务；(7)支持分层小区结构，也支持包括用户向不同地点通信时浏览国际互联 网的多种同步连接；3、3四个国际标准(1) W-CDMA图W-CDMA是基于GSMR发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDM腋术, 它与日本提出的宽带CDMAfc术基本相同，目前正在进一步融合。该标准提出了GSM2G) GPRSEDGEWCDMA30 的演进策略。GPRSf EDGE®种技术被称为代移动通信技术。目前中国移

13、动正在采用这一方案向3G过渡，并已将原有的GSM络级为GPRS络。(2) .CDMA2000图CDMA2000 是由窄带CDMA CDMA IS95技术发展而来的宽带 CDM被术， 由美国主推，该标准提出了从 CDMAS95 (2G) CDMA20001xCDMA20003K30 的演进策略。CDMA20001破称为代移动通信技术。CDMA20003M CDMA20001x 的主要区别在于应用了多路载波技术， 通过采用三载波使带宽提高。目前中国联 通正在采用这一方案向3G过渡，并已建成了 CDMA IS95网络(3) .TD-SCDMA图TD-SCDMA是由我国大唐电信公司提出的 3G标准，该

14、标准提出不经过代的 中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSMS统向3G升级。但目前大唐电信公 司还没有基于这一标准的可供商用的产品推出。(4) .WiMAX图WiMax即全球微波互联接入。 WiMAM叫802 16无线城域网或。WiMA)是一项 新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可 达50knr WiMAXS具有QoS保障、传输速率高、业务丰富多样等优点。4、LTE概念LTE(长期演进)项目是3G的演进，始于2004年3GPP的多伦多会议。LTE 并非人们普遍误解的4G技术，而是3G与4G技术之间的一个过渡，是的全球标 准，它改进并增强了 3G的空中接入技术

15、，采用OFDMD MIMO乍为其无线网络演进 的唯一标准。在20MH颜谱带宽下能够提供下行 326Mbit/s与上行86Mbit/s的 峰值速率。改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。特点图(1)通信速率有了提高，下行峰值速率为 100Mbps上彳亍为50Mbps(2)提高了频谱效率，下行链路5(bit/s)/Hz , (3-4倍于R6版本的HSDPA)上行链路(bit/s)/Hz ,是R6版本HSU-PA勺2-3倍。(3)以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。(4)QoS保证，通过系统设计和严格的 QoS机制，保证实时业务(如VoIP)的服务 质量。系统部署

16、灵活，能够支持间的多种系统带宽，并支持“paired”和 “unpaired ”的频谱分配。保证了将来在系统部署上的灵活性。(6)降低无线网络时延：子帧长度和，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，时延可达 U-plan<5ms, C-plan<100ms。5、第四代移动通信系统5、1概念：4G的概念可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网 络。第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能。第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接

17、入互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据 采集、远程控制等综合功能。止匕外，第四代移动通信系统是集成多功能的宽带移 动通信系统，是宽带接入IP系统。5、2特征：（一）通信速度更快由于人们研究4G通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问Internet的速率，因此4G通信的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。（二）网络频谱更宽要想使4G通信达到100MHt/s的传输速度，通信运营商必须在3G通信网络 的基础上对其进行大幅度的改造，以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的带宽 高出许多。（三）多种业务的完整融合个人通信、信息系统、广播、娱乐等业务无缝连接为一个整体，满

18、足用户的 各种需求。（四）智能性能更高第四代移动通信的智能性更高，表现在 4G通信的终端设备的设计和操作具 有智能化。（五）兼容性能更平滑要使4G通信尽快地被人们接受，还应该考虑到让更多的用户在投资最少的 情况下轻易地过渡到4G通信。因此，从这个角度来看，4G通信系统应当具备全 球漫游、接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从2G 3G平稳过渡等特点。（六）实现更高质量的多媒体通信4G通信提供的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等，大量信 息透过宽频的信道传送出去，为此 4G也称为“多媒体移动通信”。5、3第四代移动通信系统的关键技术：1 . OFDK术。图它实际上是多载波调制 M

19、CM勺一种.其主要原理是：将待传输的高速用行数据经用/并变换，变成在 N个子信道上并行传输的低速数据流，再 用N个相互正交的载波进行调制，然后叠加一起发送。接收端用相干载 波进行相干接收，再经并/用变换恢复为原高速数据。2 .多输入多输出（MIMO放术。图多输入多输出（MIMO泯术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破。该技术能在不增加带宽的情况下成倍地提高通信系统的容量和频谱利用率，是下一代移动通信系统的核心技术之一。3 .切换技术图切换技术能够实现移动终端在不同小区之间跨越和在不同频率之间通信以及 在信号质量降低时如何选择信道。它是未来移动终端在众多通信系统、移动小区 之间建立可靠通信的

20、基础。主要划分为硬切换、软切换和更软切换.硬切换发生 在不同频率的基站或不同系统之间。4 .软件无线电技术。图软件无线电是将标准化、模块化的硬件功能单元经过一个通用硬件平台，利 用软件加载方式来实现各种类型的无线电通信系统的一种具有开放式结构的新 技术。通过下载不同的软件程序，在硬件平台上可实现不同功能，用以实现在不 同系统中利用单一的终端进行漫游，它是解决移动终端在不同系统中工作的关键 技术。5、4第四代通信技术的应用1 .实时移动视频图现在很多手机都配有能摄像的高级摄像头，这样的话把视频应用引入移动网络就不足为奇了。在初期大家可能只是简单的用Apple的iPhone或者使用基于Google

21、 Android系统的设备上传自家宝宝的一段视频。但也有专业 的应用提供者，如Qi-K,提供支持手机到互联网的在线视频流服务，理论上可以把任何带着智能手机的人立刻变成现场新闻记者。2、在线游戏图我们认为游戏玩家们会对4G服务的速度和移动性有强烈的热情。 长期来看， 在线玩家可能是 4G Wi-Fi路由器的最大用户群，像是 SprintOverdrive 和 Clearwire的Clear Spot就是通过使用小型 Wi-Fi网络快速接收4G信号然后将 其转到游戏终端。3、基于云计算的应用图使用扩容的4G网络将使得云计算-用于在线存储的数据和应用-比今天更加吸 引人，尤其是对企业里的专业人员来说

22、他们需要接入网上交易繁忙的应用，如的CRMF台和很多实时合作平台。如果从云到移动设备的宽带传输的管道变大 10 倍，云服务对于移动用户来说在可靠性，功能性和安全性方面都会有显著的改善。4、应用增强现实技术导航图有了 4G网络中更好的带宽，导航应用的提供商们已经开始探索“现实技术” 这个想法了，用了这个技术设备就可以使用电话的实时摄像头提供实时的视频数 据和它的位置或GPSJ息。终端用户获益范围从适度（比如有可以用你的手机看到最近的星巴克在那儿）到极强。四、光纤通信1、早期的光纤通信光无处不在，在人类发展的早期已经开始使用光传递信息，比如打手势、烽火台等。这些早期的通信方式都有一个显著地缺点，就

23、是它们能够传输的容量极 其有限。近代历史上，早在1880年，美国的贝尔(Bell )发明了 “光电话”，这 是人们从最普通原始的利用光的方式到现代光通信的一个里程碑式的革新.但由于种种原因，光电话并未能在人们生活中得到实际的使用。虽然光电话并未实际使用，也并未将光通信真正意义上的带到现代化科技， 但是这一思想和技术的应用却打开了今后光通信现代化科技发展的大门。2、现代光通信科技随着深灰发展和人们生活水平的提高， 人与人之间的信息交换量也在与日俱 增，且是急剧增长。通信方式从中波、短波发展到微波、毫米波，这实际上就是通过提高通通信载波频率来扩大通信容量的。继续提高频率，就达到光波波段，光波是人们

24、最熟悉的电磁波，其波长在微米级，而频率则为1410Hz数量级， 这比常用的微波频率高410510倍。如此看来，用光波作为载波进行通信，通 信容量将大大超过传统通信方式。现代光通信的发展最开始是寻找合适的光源和传输介质。1960年，美国的梅曼发明了红宝石激光器，它可以产生单色相干光，使高速信息的光调制成为可能。 和普通光相比，激光具有波谱宽度窄，方向性极好，亮度极高，以及频率和相位 较一致的良好特性。激光是一种高度相干光，它的特性和无线电波相似，是一种 理想的光载波。但是，红宝石激光器发出的光束不容易耦合进光纤中传输，其耦合效率是极低的，因此需要研制小型化的激光光源。美国贝尔实验室、日本电气公司

25、和前苏联先后突破了半导体激光器在低温(-200 C )或脉冲激励条件下工作的限制，研制成功室温下连续工作的钱铝 神（GaAlAs）双异质结半导体激光器（短波长）。虽然寿命只有几个小时，但其意义是重大的，它为半导体激光器的发展奠定了基础。1973年，半导体激光器寿命达到10万小时，外推寿命达到100万小时，完全满足实用化的要求。在这 个期间，1976年日本电报电话公司研制成功发射波长为m的钿钱神磷激光器，1979年美国电报电话公司和日本电报电话公司研制成功发射波长为的连续振荡半导体激光器。激光器的发明和应用，使沉睡了 80年的光通信进入一个崭新的阶段。1966年，美籍华人高银和霍克哈姆发表了关于

26、传输介质新概念的论文，奠定了光纤通信的基础。1970年，美国康宁公司研制成功损耗 20dB/km的石英光纤。 因此，光纤通信开始可以和同轴电缆通信竞争。1973年，美国贝尔实验室研制的光纤损耗降低到km= 1974年降到了 km= 1980年，原材料提纯和光纤制备工艺 得到不断完善，1981年以后，世界各发达国家将光纤通信技术大规模地推入商 用。光通信已经经历过四代的技术革新，目前，人们已经涉足第五代光纤通信系 统的研究和开发，称之为光孤子通信系统。光孤子通信系统具有超长距离的传输 能力，其应用潜力是巨大的。但是光孤子通信系统目前尚处于研究开发阶段，要真正进入实用化还需要解决一系列实际应用问题

27、。图五、发展趋势随着科技的进步，通信技术得到了飞速的发展，移动通信系统的异构性更加充分。在移动通信网络朝着高速化、宽带化、泛在化发展的过程中，出现了多种多样的通信技术，而未来移动通信的发展趋势则是实现移动通信网络的融合， 在 业务环境上以多个系统的融合和发展为基础，更好地为用户服务，为用户提供全 接入的信息服务，实现以用户为中心的移动通信系统。1、从4G走向5G图移动通信经历了 1G和2G完成了从模拟技术向数字技术的过渡，3G的成熟 和现代初步完成的带宽更宽的无线系统 4G,容量更大、速率更高、功能更强， 把移动通信从窄带推向宽带，以在移动环境中支持高清晰度视像和其它宽带多媒 体业务与应用。如

28、今，5G的发展已经成为一种必然的发展趋势，其频谱利用率高，通信系 统性能有很大提高，同时设计理念先进，能耗和运营成本也会大大降低。 对于未 来5G通信网络技术的研究，将更为注重用户体验，交互式游戏、 3D虚拟实现、 传输延时、网络的平均吞吐速度和效率等指标将成为考量5G网络系统性能的关键指标。5G 移动通信技术，作为最新一代的移动通信技术，其应用必将大大提高频 谱利用效率及其能效，在资源利用和传输速度效率方面较 4G移动通信技术能提 高至少一个等级，在系统安全、传输时延、用户体验、无线覆盖的性能等各个方 面也将得到显著的提升。5G移动通信技术结合其他无线通信技术后，将构成新 一代高效、完美的移

29、动信息网络，可以满足未来十年的移动信息网络的发展需求。不久的将来，5G移动通信系统一定程度上还将具备较大的灵活性，实现自我调 整、网络自感知等智能化功能，可以有充分的准备应对未来移动网络信息社会的 不可预测的飞速发展。2、5G移动通信技术发展的趋势图5G移动通信技术，已经成为移动通信领域的全球性研究热点。随着科学技术 的深入发展，5G移动通信系统的关键支撑技术会得以明确，在未来几年，该技 术会进入实质性的发展阶段，即标准化的研究与制定阶段。同时，5G移动通信系统的容量也会大大提升，其途径主要是进一步提高频谱效率、变革网络结构、 开发并利用新的频谱资源等。2013 年初，欧盟等国家的第7框架计划中启动了关于5G的研发项目，共有29个参加方，我国的华为公司也参与其中。随着该项目的启动，各种5G移动通信技术的研发组织应运而生，如韩国成立的5G技术论坛，中国成立的 IMT-2020(5G)推进组等。目前，世界各个国家正积极的就 5G