第一章 现代通信系统概述

1、第一章现代通信系统概述现代通信发展的历史现代通信系统的案例现代无线通信系统未来通信系统发展趋势电信（Telecommunication)的新纪元l 通信（Communication)作为电信（Telecommunication) 是从19世纪30年度开始的。l 物理发现 通信技术发展l 1831年法拉第电磁感应 1837年莫尔斯发明电报l 1873年马克斯韦尔的电 1876年贝尔发明电话 磁场理论 1895年马可尼发明无线电电话的发明者贝尔电话的发明者贝尔l 贝尔（18xx1922）英国人 1868年 在伦敦工作 1871年 去波士顿工作 1873年 任波士顿大学教授 1875年 发明多路电报

2、 1876年 发明电话 一生曾获许多专利无线电的发明者马可尼无线电的发明者马可尼l 马可尼（18741937）意大利人 1894年 在父亲的庄园试验 1896年 去伦敦 1897年 建立无线电报公司 1899年 首次实现英法无线通信 1916年 实现短波无线电通信 1929年 建立世界性无线通信网l 曾获诺贝尔奖金l 曾参加法西斯党模拟通信的新纪元l 物理发现 通信技术发展l 1906年发明电子管 模拟通信得到发展 数字通信的新纪元l 1928年奈奎斯特准则和取样定理l 1948年仙农（定理)l 在理论上为数字通信准备了条件l 物理发现 通信技术发展 l 20世纪50年代 数字通信得到发展l

3、发明半导体l 20世纪60年代l 发明集成电路 空间通信的新纪元l 物理发现 通信技术发展 l20世纪50年代20世纪40年代提出静止卫航天技术星概念，但无法实现l1963年第一次实现同步卫星通信光纤通信的新纪元l 物理发现 通信技术发展 l 20世纪60年代 企图用于通信，未成功 发明激光l 20世纪70年代 光纤通信得到发展 发明光导纤维2000年 全国电话普及率16% 全国固定电话用户1.3亿户 移动电话用户7000万户 全国通电话的行政村为85%2014年底，全国电话用户总数达到15.3552亿户，其中固定电话和移动电话用户数分别达到2.4943亿户和12.86亿户，移动电话用户普及率

4、达94.5部/百人。互联网网民人数达到6.49亿。到2014年，我国信息通信产业总收入达到1.7万亿元，占GDP的比重为2.6%。通信发展历史的启示通信发展历史的启示l 通信传输始终是最活跃的技术领域，物理上的新进展都可能在通信上找到新用途，从而形成新的通信产业。l 通信传输的新要求又将推动物理和器件的进展，促使人们去研究发展新的物理机理来满足信息传输的需要。l 一个优秀的通信工程师和研究人员，必须对物理学和器件技术的新进展十分感兴趣，并善于抓住新方向、新突破口迎接通信技术的革命。通信的目标通信的目标 20世纪的概念：五个W，“任何人（Whoever）在任何地方（Wherever）任何时间（W

5、henever）可以同任何人（Whomever）进行任何形式（Whatever）的通信”。 21世纪的目标应该是实现“处处、时时、人人”（everywhere,all-the-time,everyone）的通信研究通信系统的基本出发点 在一定可靠性要求下，如何尽可能去提高系统的有效性 在一定的有效性要求下，如何最大限度的提高可靠性 即在一定的代价下，使系统优化 这种矛盾的相对统一，也是通信技术发展的基本动力 信 源发送设备信 道接收设备信 宿噪声源同步同步g(t) s(t) r(t) g(t) n(t) 无线通信 无线通信是依靠自由空间来传输电磁波的通信方式。 无线通信的挑战：信道的随机时变和

6、各种扩散（频率扩散、时间扩散、角扩散）造成的各种选择性衰落（时间选择性衰落、频率选择性衰落、空间选择性衰落）。 对抗上述衰落的有效手段是分集。无线通信的应用概况无线通信的应用概况l 短波/超短波通信 天波（电离层）：数据/电话、单边带 地波：小型接力机、单双工电台、对讲机l 微波通信 微波接力（模拟、数字）、散射、点对多点微波 电视、电话、数据l 卫星通信 高轨道（同步静止）、中轨道、低轨道 电视、电话、数据l 移动通信 蜂窝电话、无绳电话、无线数据、集群系统、寻呼系统 、卫星移动系统短波电离层通信 特点：超远距离、灵活机动；容量小、质量差 用途：海外使馆远洋船队边防哨所应急通信短波/超短波地

7、面通信短波/超短波地面通信 特点：绕射能力、灵活机动、隐蔽性好；容量较小、质量较差 用途：陆军电台对空电台特种通信(武警、公安)无绳电话微波通信微波接力 特点：容量大、质量好、视距传播条件 用途：中小容量微波SDH大容量微波扩频微波高频段微波点对多点微波 用途：无线集中器无线用户环散射微波通信 衰落时变信道，距离远，频带较窄，质量较差 用途军用民用卫星通信高轨道卫星通信 特点：同步轨道、静止卫星、容量大、质量好、功率受限信道 用途：国际长途海事卫星电视广播军事通信中低轨道卫星通信 特点：距离近、地面设备简单灵活，非静止轨道，要求跟踪 用途：非实时信息传送遥感侦测卫星移动通信移动通信蜂窝系统 无

8、线通信最成功的应用 第一代：模拟第二代：数字第三代：多媒体其它无线移动系统 集群系统 无绳电话系统 无线数据系统 无线ATM系统 无线IP系统2121世纪电信网的发展趋势世纪电信网的发展趋势 20世纪 21世纪 业务方式以音频为主的单媒体 以视频为主的多媒体 干线传输微波光纤 用户传输有线无线 复接方式PDHSDH 交换模式STM分组交换、软交换 网络方式三网鼎立三网合一一.宽带化1光纤通信长波长,低损耗,高速单模光纤理论带宽达30,000GHz1.55um光纤衰耗小于0.2dB/km实验室单波长传输速率已达40-100Gb/s波分复用WDM,DWDM可复用上百路信号,总速率可达1-5Tb/s

9、渗铒光放大器是90年代的一项重大成就越洋光缆已成为国际通信的主要手段光缆用户网FTTH,FTTC,FTTB,FDDI全光网络全光网络 全光网络中信号传输全部在光域内进行, 因此有以下优点： 对信号是完全是透明的,它通过波长选择器 件实现路由选择；提供巨大的带宽；避免光/电/光变换，交换速度快；误码低。 光交换/光路由是全光网络的关键技术,其主要工作是波长变换。 光交换技术可分为电路交换和包交换。 电路交换可分为空分、时分、波分/频分 包交换则有ATM交换我国八纵八横光缆八纵:哈尔滨-广州呼和浩特-北海齐齐哈尔-三亚呼和浩特-昆明北京-上海西宁-拉萨北京-广州成都-南宁八横:北京-兰州上海-重庆

10、青岛-银川杭州-成都上海-西安广州-南宁-昆明连云港-伊宁广州-北海-昆明2SDH/SONET 同步数字复接系列SDH是随着光纤通信而发展起来的STM-1155.52Mb/sSTM-4622.08Mb/sSTM-162488.32Mb/s3宽带交换,网络ATM异步转移模式千兆网帧中继4 卫星通信大容量新频段:Ka,V今后10年预计将发射1700颗卫星5 数字微波通信向SDH发展6 平流层通信二、综合化(多媒体通信)1 多媒体通信的业务种类 人与人之间进行交谈的通信业务 人机间交互式信息检索通信业务 多媒体采集业务 多媒体消息业务2 多媒体通信的技术支持 多媒体通信的网络交换技术 视频压缩技术J

11、PEG,MPEG-1,MPEG-2,MPEG-4,H.261,H.263 音频压缩G.711,G.721,G.726,G.728,G.729,G.723.GSM,CTIA,NSA 多媒体通信的用户接入网技术ModemISDN XDSL CableModem 无线接入1 地面蜂窝移动通信 第一代 模拟移动电话 第二代 数字移动电话TDMA,CDMA 第三代 宽带数字移动通信IMT-20002 卫星移动通信3 数据移动通信 GPRS,CDPD,EDGE,BLUETOOTH3、个人化(移动通信)4、网络化 信息高速公路 智能网 互联网Internet,Intranet,Extranet 接入网 三网

12、合一面向面向2121世纪通信的三大革命世纪通信的三大革命l 以干线（包括部分支线）传输光纤化为标志的光纤革命l 以SDH（同步数字传输系统）、ATM（异步传输模式 ）和IP为标志的数字革命l 以个人通信和无线接入为标志的无线革命面向面向2121世纪通信的两大通信平台世纪通信的两大通信平台光纤通信平台：无线通信平台： 超大容量、超长距离 宽带、移动 关键技术：波分复用、 关键技术：OFDM、智光纤放大器能天线、软件无线电、MIMO、空时信号处理 无线通信面临的挑战及发展机遇无线通信面临的挑战及发展机遇l 光纤通信对无线通信的巨大冲击 巨大带宽 超低损耗 较低成本 未来信息高速公路的主干道l 无线

13、通信的发展机遇 灵活性 抗灾性 移动性无线革命无线革命l 20世纪通信网的基本框架中继线 无线为主（微波、卫星） 天上包括部分有线（电缆）用户线 有线为主（市话电缆） 地下包括部分无线（无线电话）l 21世纪通信网的基本框架中继线 有线为主（光缆） 地下包括部分无线（微波、卫星）用户线 无线为主 天上 包括部分有线无线通信热点之一：个人通信 （1）l 1986年CCIR（国际无线电咨询委员会）制订FPLMTS(公用陆地移动电信系统，现称IMT-2000) ，以个人全球通信为目标，首次提出个人通信概念l 1986年CCITT讨论UPT（全球通用个人通信）l 1989年英国政府发放许可证建立双向个

14、人通信网，首次出现PCN名词l 90年代以来，美国提出个人通信业务（PCS），或个人通信系统（PCS） 但是，到底什么是个人通信？无线通信热点之一：个人通信 （2）l CCITT个人的移动性和终端移动性分开着重于个人的移动性，用户号码可以在任何终端上使用无线接入不是必要的条件l CCIR、欧洲PCN、美国PCS个人的移动性靠终端的移动性实现移动通信网作为个人通信网的底层网络结构无线接入是必要的条件l 以无线接入为基础的个人通信叫做无线个人通信WirelessPersonalCommunications无线通信热点之二：无线接入l 技术关键 多址有效性与可靠性 组网 蜂窝信令与空间接口l 高层无

15、线接入 特点：蜂窝范围大 复杂的信道处理（纠错、均衡、分集） 快速移动 无线交换 功率大 成本高 低速语音编码l 低层无线接入 特点：蜂窝范围小 简单的信道处理 慢速移动 有线交换 功率小 成本低 中速语音编码（32Kb/sADPCM）无线通信热点之三：无线IPl 无线IP的发展背景IP方式是未来通信网发展的必然趋势可移动多媒体业务的发展与普及无线频谱资源的更加合理利用l 无线IP的技术关键QOS抗误码技术按信源的信息量动态地分配带宽、统计复用l 无线IP的应用前景军事通信、多媒体通信3GPP/2AllIP无线通信热点之四：扩频技术l 扩频多址技术的缺点：非正交性 (Non-orthogona

16、lity)优点：坚韧性(Robustness)l 坚韧性体现在：抗多径 抗干扰 蜂窝分割的频率再用 扇区分割的频率再用l 前沿技术：时空联合处理、智能天线、多用户检测无线通信热点之五：软件无线电 （1）l 当前无线系统在硬件及软件上存在的问题：多种标准、多种制式、多种协议、多种方案困难:互连互通难设备更新难研制开发难l 能否搞成一个通用的无线系统：硬件是公用的，除了天线和RF前端外，其它都是DSP所有无线通信过程都用软件实现，而软件环境是开放的无线协议都遵循一个公共的WirelessOSI分层结构无线通信热点之五：软件无线电 （2）l 软件无线电的关键技术多频段天线及RF前端技术直接式数字上、

17、下变频技术高速DSP技术标准化无线协议及协议转换技术l 软件无线电的应用前景多模手机通用无线平台通用抗干扰军用电台无线通信热点之六：第四代移动通信（1） 第一代模拟话音NMT，AMPS，TACS 第二代数字话音低速数据（小于64Kbps)GSM,PDC，IS-95，IS-136（D-AMPS） 第三代多媒体业务（小于2Mbps）第二代业务无线通信热点之六：第四代移动通信（2）1、LTE技术标准2、LTE-Advanced技术标准（分为TD-SCDMA直接进化的TDD和WCDMA直接进化的FDD两种标准）3、WiMax技术标准4、HSPA+技术标准5、WirelessMAN-Advanced技术

18、标准在2005年10月的ITU-RWP8F第17次会议上，ITU给了4G技术一个正式的名称IMT-Advanced。按照ITU的定义，当前的WCDMA、HSDPA等技术统称为IMT-2000技术；未来新的空中接口技术，叫做IMT-Advanced技术。IMT-Advanced标准继续依赖3G标准组织已发展的多项新定标准加以延伸，如IP核心网、开放业务架构及IPv6。同时，其规划又必须满足整体系统架构能够由3G系统演进到未来4G架构的需求。无线通信热点之六：第四代移动通信（2）其实严格来讲，真正的4G是指LTEAdvanced，但是在商业宣传上，一般就把LTE，也就是LongTermEvolut

19、ion技术当作是4G。LTEAdvanced（长期演进技术升级版）：是LTE的增强，完全向后兼容LTE，通常通过在LTE上通过软件升级即可，升级过程类似于从WCDMA升级到HSPA。峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps。是第一批被国际电信联盟承认的4G标准，也是事实上的唯一主流4G标准。TD-LTE（时分长期演进技术，又称LTE-TDD）：即是属于LTE的一个分支增强。峰值速率：下行100Mbps，上行50Mbps。由上海贝尔、诺基亚西门子通信、大唐电信、华为技术、中兴通信、中国移动、高通、ST-Ericsson等业者共同开发。LTE-FDD(频分双工长期演进技术)：最早提出的LTE制

20、式，目前该技术最成熟，全球应用最广泛，终端种类最多。无线通信热点之六：第四代移动通信（3）WCDMAWCDMA作为3G的三大主流技术之一，是基于GSMMAP协议，通过引进CDMA技术演变而来的。这套系统能够架设在现有的GSM网络上，对于系统提供商而言可以较轻易地过渡 ，而GSM系统相当普及的亚洲对这套新技术的接受度预料会相当高。因此W-CDMA具 有先天的市场优势。 cdma2000美国提出，和IS-95兼容。可以从原有的CDMA One结构直接升 级到3G，建设成本低廉。但目前使用CDMA的地区只有日、韩和北美，所以CDMA200 0的支持者不如W-CDMA多。TD-SCDMA中国提出。该标

21、准将智能无线、同步CDMA和软件无线 电等当今国际领先技术融于其中，在频谱利用率、对业务支持具有灵活性、频率灵 活性及成本等方面的独特优势。无线通信热点之六：第四代移动通信（4） 主要技术指标 静止最高传信速率1Gbit/s 慢速移动最高传信速率 384Kbit/s 高速移动最高传信速率 100Mbit/s无线通信热点之七：无线局域网WLAN 1997年6月26日，IEEE正式通过了无线局域网的802.11标准; 802.11b是如今普及最广和应用最多的WLAN规格，802.11b工作在2.4GISM(工业、科研、医疗)频段内14个中心频道里的任何一个进行通信。 802.11a是对在北美使用的

22、WLNA中802.11b的升级，工作于5.7255.825MHzISM频段的100MHz频带内，抛弃了802.11b提供25Mbit/s54Mbit/s的带宽，可以支持以太网功能，用户主要面向企业。 802.11g标准于2003年6月12日由IEEE正式定案，在很大的程度上是对现有WLAN标准的一种提升。WiFi:WirelessFidelity WiFi:WirelessFidelity,合乎IEEE802.11b的设备，可交WirelessEthernetCompatibilityAlliance（WECA）鉴定产品的兼容性。达到（WirelessFidelity，Wi-Fi）指标的产品在

23、IEEE802.11b网絡使用时应具有百分之百互通兼容性。 IEEE802.11(b,g&a)WiFi无线通信热点之八：无线个人区域网络无线个人区域网络 无线个人区域网络（Wirelesspersonalareanetwork，WPAN）指占用个体或设备周围10米被称为个人运行空间（POS）的网络，IEEE802.15和HiperPan构成了PAN的无线接入标准。WPAN内的设备能相互发现并进行通信，基本属于一种无中心（adhoc）系统 适用范围：智能化家用设备、近距离工作者和小办公室家庭办公（SOHO） 主要标准： 蓝牙（Bluetooth） HomeRF 高性能无线电LAN（Hig

24、hPerformanceRadioLan，HiperLAN） UWBUWB(UltraWideBand) 美国FCC规定，民用UWB的工作频段范围从3.1GHz到10.6GHz,要求其发射功率低于美国放射噪音规定值41.3dBm/MHz 广义的UWB(UltraWideBand，超宽带)概念指以极窄脉冲方式进行无线发射和接收的特种技术。 在于完全摆脱了一般无线收发中必须采用载波调制的传统手段，成为在时域中直接操作的无线技术 能够同时获得宽带高速、低成本、低功耗的好处，这在传统无线技术中一直是只能折衷取舍的两难问题。无线通信热点之八：UWB(续) IEEE协会中负责制订短距离宽带无线标准的802

25、.15.3a工作组自2002年UWB解禁以来就确定了将它用于802.15.3标准的基础。 英特尔和TI为首的多频带OFDM联盟(MBOA)提出的多频带OFDM技术 Freescale(前摩托罗拉半导体部门)为首的集团提出的直接序列码分多址技术(DS-CDMA)无线通信热点之八：UWB(续2) 速度： UWB的脉冲宽度用于军事雷达系统时，最短在皮秒级水平，但在民用上，一般在纳秒级。目前，厂家演示的实验速度在100Mbps至480Mbps之间，但理论上有达到1Gbps以上的潜力。 距离：UWB在10米以下的短距离应用，发射距离过短并不是UWB本身的技术缺陷，而是FCC规定的低功率指标(1mW以下)

26、所限制的，其目的是避免对其它设备的干扰。 功耗：UWB无线链路的功耗可低至普通无线链路的1/100，采用芯片实现后的整体电路能耗目前在300mW左右。英特尔公司称短期内要将这一指标降至100mW以下。 成本：由于UWB不需要对载波信号的调制和解调，所以不需要混频器、过滤器、RF/IF转换器及本地振荡器等复杂元件，同时更容易集成到CMOS电路中。无线通信热点之八：UWB(续3) 电磁兼容性：理论上，由于UWB脉冲极窄，频带极宽，其带宽相当于1000个电视频道或3万个FM广播频道，因此单位频宽内的功率密度相当低，其功率密度甚至低于一般的噪声水平，比如低于一部笔记本电脑的辐射。因此UWB对其它设备的

27、影响微乎其微，实际上，标准的制订者们反过来担心的是其它设备对UWB设备以及多部UWB设备同时工作时相互间的干扰，这也是选择标准的重要指标之一。 应用： UWB可用于智能交通方面、智能家电领域，例如数字电视、投影机、摄录一体机、PC机、机顶盒之间传输可视文件和数据流，或者笔记本电脑和外围设备之间实现局部连接构成个人局域网。 蓝牙蓝牙（Bluetooth）“蓝牙”的英文名称为“Bluetooth”，是一种开放性短距离无线通信技术标准,其本质可以说它是一种代替线缆的技术,由于蓝牙标准支持点到点也支持点到多点的连接，因此一旦需要，就可以建立若干个微网（piconet），最多十个微网能组合成所谓的“散射

28、网”（Scatternet）的拓扑结构。蓝牙技术的主要性能指标有以下几个：工作频段：ISM频段，2.4GHz和5.8GHz速率：1Mb/s（2.4GHz），2Mb/s（5.8GHz）输出功率：1mW（0dBm）通信距离为10m，100mW为100m具有跳频功能：1600h/s标准：IEEE802.15.1蓝牙标准（开放标准）芯片价格：要求5美元HomeRF HomeRF无线标准是由HomeRF工作组开发的，旨在家庭范围内，使计算机与其他电子设备之间实现无线通信的开放性工业标准。 主要技术指标： 使用开放的2.4GHz频段； 采用跳频扩频（FHSS）技术，跳频速率为50跳/秒,共有75个带宽为1

29、MHz的跳频信道； 室内覆盖范围为45米； 调制方式为恒定包络的FSK调制，分为2FSK与4FSK两种，采用调频调制可以有效地抑制无线环境下的干扰和衰落； 2/4FSK方式下，最大数据的传输速率为1/2Mbps； HomeRF2.x标准中，采用了WBFH（WideBandFrequencyHopping，宽带调频）技术来增加跳频带宽，数据峰值达到10Mbps。 HighPerformanceRadioLan，HiperLAN HiperLAN是802.11标准的欧洲等价物，HiperLAN1发布于1996年，它工作于5GHz频带，采用的调制方式为高斯滤波最小移频键控(GMSK);HiperLA

30、N1提供的数据速率最高可达25Mbps。整体上HiperLAN1与802.11b是相当的; HiperLAN2是HiperLAN1的第二代版本，于2000年底通过ETSI批准成为标准。它对应于IEEE的802.11a，工作在5GHz频带，采用OFDM技术，并且具备动态频率选择(DFS)、发送功率控制(TPC)功能，支持最高数据速率为54Mbps。在MAC层，HiperLAN2采用预留TDMA多址方式，动态TDD双工方式。并且能够在高吞吐率下支持QoS，从而为视频流、话音等实时应用提供支持。 HiperLAN2也是一种面向连接的技术，这一点结合其QoS和带宽使其可应用在企业网络内，也提供了面向公

31、共网络的应用。无线通信热点之九：无线城域网 WMAN IEEE802.16无线MAN标准可支持1GHz到2GHz、10GHz，以及12GHz到66GHz等多个需要许可和无须许可的无线频段，可提供高达70Mbit/s的数据传输速率和多达50公里的覆盖范围，每一部不足2万美元的WMAN基站可在为60家企业用户提供T-1服务的同时，为家庭和小型商业用户256kbit/s或者384kbit/s的低端DSL服务（数字用户线路，DigitalSubscriberLine）。由于其设备成本高，标准的市场推广工作十分迟缓。为了在业已广泛使用的11GHz以下频带开发市场，IEEE于2003年1月29日推出了运行

32、于211GHz的扩展版本标准IEEE802.16a，即“广带固定无线接入系统的空中接口针对211GHz的MAC层调整及增加的物理层规范”。新标准适用于特许频段和2.4GHz、5.8GHz等免特许频段。WiMAX WiMAX（WorldwideinteroperabilityForMicrowaveAccess）全球微波接入互操作性联盟主要成员的Airspan网络、Alvarion网络、Aperto网络、Ensemble通信、富士通微电子、英特尔、诺基亚、Proxim和Wi-LAN公司等众多无线设备制造商，召开新闻发布会称，将共同支持基于IEEE802.16无线标准的WMAN产品的研制与开发，并

33、期望借此是WMAN服务接入成本降至与基于802.11b标准的WLAN接入相近的水平，进而推动WMAN技术市场的快速发展。 WiMAX的应用主要有蜂窝集成、802.11热点回程等，可以实现热点地区、小区的全无线覆盖，可以作为DSL、CableModem的补充部署社区宽带，在边远地区和山区等比较广域的地方，以及在跨越铁路、跨越桥梁的地方，WiMAX也可以得到充分应用。总的来说，WiMAX目前的应用以固定为主，今后WiMAX也可应用到终端领域，实现终端设备在城域网中的漫游。 无线通信热点之十：无线广域网 Wireless Wide Area Network（WWAN）IEEE 802.20工作组的目

34、标是制定一种适用于高速移动环境下的宽带无线接入系统的空中接口规范。在技术的制定时间上，IEEE 802.20远远晚于3G，因而可以充分发挥它的后发优势：在物理层技术上，以OFDM和MIMO为核心，充分挖掘时域、频域和空间域的资源，大大提高了系统的频谱效率；在设计理念上，基于分组数据的纯IP架构应对突发性数据业务的性能也优于现有的3G技术，与3.5G（HSDPA、EV-DO）性能相当；另外，在实现、部署成本上也有较大的优势。IEEE 802.20的主要技术特性如下：全面支持实时和非实时业务，在空中接口中不存在电路域和分组域的区分；能保持持续的连通性；频率统一，可复用；支持小区间和扇区间的无缝切换

35、，以及与其它无线技术（802.16、802.11等）间的切换；融入了对QoS的支持，与核心网级别的端到端QoS相一致；支持IPv4和IPv6等具有QoS保证的协议；支持内部状态快速转变的多种MAC协议状态；为上下行链路快速分配所需资源，并根据信道环境的变化自动选择最优的数据传输速率；提供终端与网络间的认证机制；与现有的蜂窝移动通信系统可以共存，降低网络部署成本；包含各个网络间的开放型接口。 is95GSMTDMA PDC 2G 9.6 - 14.4 kbpscdma1xGPRS 2.5G 64144 kbpsWLAN WPANB 3G?384 kbps - 20 MbpsAlways Best

36、 Connected EDGEWCDMAcdma20003G384 kbps - 2 Mbps4G100 Mbps?New air-interface?Ad hoc networksWMANVirtual RealityAlways Best Connected Optical Networking无线通信系统演进GlobalWirelessStandardsIEEE 802.15 BluetoothIEEE802.15.3aUWBWMAN20 kmWLAN100 mWPAN10 mETSI HiperPANIEEE 802.11 Wireless LANETSI HiperLANIEEE 8

37、02.16 WirelessMANETSI HiperMAN HIPERACCESSIEEE 802.20(proposed)3GPP, GSM/EDGEWCDMATD-SCDMA3GPP2CDMA20001xEV/DO/DVWirelessInterworkingTechnologiesWireless Personal Area NetworkWireless Local Area NetworkWireless Wide Area NetworkIEEE802.11Specs.(WiFi)802.11V.S.802.16Comparisons:3Gvs.WiFiComparisons:3

38、Gvs.Wi-MaxComparisons:3Gvs.Mobile-Fi移动通信面临的技术问题移动通信面临的技术问题移动通信解决终端移动性移动通信解决终端移动性 终端的移动性终端的移动性 手持机、车载台手持机、车载台 个人的移动性个人的移动性 SIM卡方式支持的业务卡方式支持的业务 业务的移动性业务的移动性 200号等业务号等业务 通信网的智能化和无线化使三者统一起来通信网的智能化和无线化使三者统一起来 个人通信网或个人通信业务个人通信网或个人通信业务移动通信面临的技术问题移动通信面临的技术问题无线传输的开放性导致信号的衰落与干扰无线传输的开放性导致信号的衰落与干扰BuildingRadio

39、TowerCellular stationVCnn?基台1基台4基台3基台2频道1频道1频道2频道3移动通信面临的技术问题移动通信面临的技术问题无线传输环境复杂没有准确的模型描述无线传输环境复杂没有准确的模型描述&传播损耗采用实验图表计算法传播损耗采用实验图表计算法TmmbbmfsTKfhHdhHdfALL),(),(),(自由空自由空间损耗间损耗中等起伏地区中等起伏地区基本衰耗中值基本衰耗中值基台天线基台天线高度因子高度因子移动台天线移动台天线高度因子高度因子地形地物地形地物修正因子修正因子f：载波频率；载波频率； hb：基台天线高度；基台天线高度；d：传输距离；传输距离； hm：移

40、动台天线高度。移动台天线高度。24d移动通信面临的技术问题移动通信面临的技术问题设备移动性引起传输环境的时变性设备移动性引起传输环境的时变性t0t1t1t1t0t2t2t2t0t3t3t3时延扩展频率扩展移动通信面临的技术问题移动通信面临的技术问题用户的移动性导致网络管理复杂用户的移动性导致网络管理复杂 网络提供归属位置寄存器（网络提供归属位置寄存器（HLR)和访问和访问位置寄存器位置寄存器(VLR)纪录用户的行踪纪录用户的行踪 提供相邻基站之间的越区切换提供相邻基站之间的越区切换 提供不同地区和不同运营者之间的漫游提供不同地区和不同运营者之间的漫游 用户安全与网络安全鉴权用户安全与网络安全鉴

41、权未来通信系统展望（1） Turbo码、TPC码(分组乘积Turbo码)和LDPC(低密度校验)码的卓越纠错性能，不仅让仙农（Shannon）信息论中的单入单出（SISOSingle-Input-Single-Output）的信道编码理论界成为现实，更重要的是Turbo码译码中的软入软出（SISOSoft-Input-Soft-Output）迭代处理（IterativeProcessing）思想在现代信号处理和其他学科中得以广泛推广，例如turbo均衡、Turbo接收等。 MIMO信息论指出：在保持各子信道信扰比不变的前提下，MIMO系统的频谱效率将随并行子信道的个数而呈线性增长。Bell实验

42、室提出的MIMO系统的理论容量和BLAST实验系统使得MIMO系统的研究成为一个热点。未来通信系统展望（2） MIMO理论与OFDM、空时编码技术、智能天线技术相结合，是国际研究的一个热点.目前国外和国内的B3G和4G研究项目,除了采用MIMO信道多天线传输,TURBO码,多用户检测等技术外,几乎都采用了OFDM技术。 根据多用户信息论，对信道容量的最佳共享(不是分配)方式应是“波形分割”多址方式，又称CDMA方式，因此CDMA与MIMO理论、空时编码技术等技术相结合将是B3G和4G移动通信系统的潜在的最佳解决方案。随着MIMO及广义MIMO理论研究的深入，频率域、时间域、空间域多维信号处理以

43、及时空频自适应信号处理是信号处理的研究热点。 未来通信系统展望（3） 信源编码理论和技术可以提高通信系统的有效性，因此低时延、低比特速率语音压缩编码理论、技术和高效的多媒体数据、图像数据压缩理论和技术也是未来通信系统的一个重要理论研究方向和关键技术。 从交换理论的角度来看，传统的电路交换已经不适应信息时代数字社会的要求。随着互联网的普及、IP电话技术的发展和数据业务需求日益增长，通信业内基本上达成了未来通信网络的核心将采用分组交换技术的共识，提出了软交换的概念和理论。软交换技术从提出、发展到完善和成熟，还需要经历技术的考验和市场的考验。软交换技术是新一代网络结构灵活可变前后向兼容的核心技术。未

44、来通信系统展望（4） 以高速光传输、宽带光接入、节点光交换和自动交换光联网等技术为核心并面向IP互联网的光波技术已构成了今天的光纤通信网络的研究热点。从发展趋势来看，WDM传输容量将朝着更多的信道数、更高的信道速率和更密的信道间隔的方向发展，光网络则朝着面向IP互联网、能融入更多业务、能进行灵活的资源配置和生存性更强的方向发展。 IP业务量本身的突发性、自相似性和非对称性，对网络带宽动态分配的要求也越来越迫切。因此，以光传送网OTN为基础的自动交换光网络ASON被提出。自动交换光网络（ASON）指的是在ASON信令网控制之下完成光传送网内光通道连接自动交换功能的新型网络，对网络资源是按需自动分

45、配，它已被认为是具有自动交换功能的新一代的光网络，代表未来网络技术的发展方向。未来通信系统展望（5） 未来的社会是信息社会，一个国家的国防、气象、金融、新闻、通讯、导航、科学实验和社会生活等各方面都高度依赖应用卫星；机载及星载信息装备在现今的国防建设中占有重要的地位，现代战争的作战空间已从传统的陆、海、空扩大至陆、海、空、天、电五维战场，因此星间链路及星间通信的研究也方兴未艾，也将是实现天、空、地一体化通信网络不可或缺的技术。 中国科学技术部和欧盟委员会正式签署伽利略计划技术合作协议，中国由此成为参加伽利略计划的第一个非欧盟成员国，并成为伽利略联合执行体中与欧盟成员国享有同等权利和义务的一员。

46、这标志着中国的卫星导航已走上国际合作的道路。未来通信系统展望（6） 中国“神舟”六号载人飞船的成功发射和来自1亿2000万公里外的美国宇航局(NASA)的“勇气号”火星探测车拍摄到的火星画面的星际通讯，使得我们有理由相信21世纪的深空探测、深空通信和星际网络通讯，无论从技术上还是经济上来说，都将是21世纪通信和航天航空领域富有活力和充满挑战的研究领域和方向。未来通信系统展望（7） 下一代网络的发展已成为目前的研究热点，ITU-T的NGN计划(NGN2004Project)将下一代网络看作是GII的具体实现；ETSI将NGN定义为是一种规范和布署网络的概念，通过使用分层、分面和开放接口的方式，给

47、业务提供者和运营者提供一个平台，借助这一平台逐步演进以生成、布署和管理新的业务；IETF重在发展增强的IP网(可扩展性、安全性、移动性等)；3GPP、3GPP2提出了ALL-IP核心网络等等。 下一代网络包含的内容非常广泛，从光传送层面的自动交换光网络(ASON)、数据网层面的下一代互联网(IPv6)、业务层面的基于软交换的体系到城域网层面的城域以太网、宽带无线接入网、有线与无线的融合、内容与网络的管理、业务(包括业务需求、模型等)、互操作性等等。随着技术与业务的发展，下一代网络的内涵还将不断扩大和改变。未来通信系统展望（8） 无线网络的安全性同有线网络一样，大致可以粗略地分为四个相互交织的部

48、分：保密、鉴别、抗否认和完整性控制。保密是指保护信息在存储和传输的过程中的机密性，防止未授权者访问；鉴别主要指在揭示敏感信息或进行事务处理前必须先确认对方的身份；抗否认性要求能够保证信息发送方不能否认已发送的信息，这与签名有关；完整性控制要求能够保证收到的信息的确是最初的原始数据，而没有被第三者篡改或伪造。 目前，国内外的一些组织和公司正在按照上述安全性的需求努力地研究和开发无线网络安全的技术，随着无线网络安全技术的日益发展和逐步成熟，WPKI（PublicKeyInfrastrcture）技术在无线网络安全领域得到了很多国家的高度重视，其应用也日趋广泛。未来通信系统展望（9） 从技术角度看，

49、网络在可扩展性(如体系结构、地址、性能等)、对实时业务的支持(如服务质量)、网络的安全性和可信性、对移动性的支持、业务支撑能力等方面均面临着严峻的挑战，需要发展新的技术来应对这些挑战。 从国家信息基础设施建设的角度看，经济全球化和社会信息化趋势将大大激发对信息网络基础设施建设的需求。网络在注重业务和应用需求的前提下，仍将向高速化、宽带化、智能化方向发展。统一、高效、先进、健壮的国家信息网络基础设施将为开展各类信息业务与应用提供强有力的支撑。B3G/4G 标准：ITU开始研究和制定下一代蜂窝数字移动通信系统（4G）的国际标准 主要技术指标： 数据传输速率(低速移动)达到 100Mbit/s 数据

50、传输速率(静止)达到 1000Mbit/sB3G/4G进展（1） 我国十五863计划中制定的4G发展的目标之一是要为实现从被动跟踪技术标准到引导技术标准的跨越式发展奠定基础。 国科学技术部已经在国家“863”计划中将B3G/4G的研究作为战略研究重点领域之一，称为FuTURE计划，瞄准2010年前后移动通信产业发展，研究未来无线通信通用环境技术(FuTURE)，在移动通信研究开发领域与国际同步发展，实现由跟踪研究到超前研究的跨越。 CWTS作为ITU-RSG8/WP8F的对口研究组一直组团积极参加ITU-R和ITU-T的超3G研究，并负责相应的对口研究。 欧洲，B3G研究活动是以欧盟的IST研

51、究计划为中心来进行的，第六框架计划（FP6）的有效期是从2003年到2006年，IST中，B3G移动和无线通信系统技术的研究项目获得了最先获得了9千万欧元的预支经费，占总预支经费的80。B3G/4G进展（2） 韩国电子通信研究院（ETRI）在2002年3月成立4G远景协会。并于同年4月在北京成立移动通信研究中心。 日本NTTDoCoMo公司已经表示，4G通信的试验网络已经部署在公司的横须贺研发园内，该网络集结了试验基站和移动终端，同时NTTDoCoMo公司还表示，4G通信服务将于2010年推出，网络的下载速度可以达到100Mbps，上载速度为20Mbps。 美国AT&T公司推出的4G通

52、信网络的试验，据说可以配合目前的EDGE进行无线上传，并通过OFDM技术达到快速下载的目的。美国AT&T公司声称大约还需要5年，这项技术才能发布；再有10年左右的时间，4G才能真正投入到商用阶段。B3G/4G进展（3）ITUWWRF 欧美5大通信设备制造商(法国阿尔卡特、瑞典爱立信、美国摩托罗拉、芬兰诺基亚、德国西门子)为中心成立的非营利团体“无线世界研究论坛(WWRF)”，以研究3G以后的发展方向。WWRF预计4G技术将在2010年开始投入应用。 / 国际电信联盟无线电通信部也已经达成共识，将把移动通信系统同其

53、他系统结合起来，2010年之前的研究目标是使数据传输速率达到100Mbps。 ITU-R的WP8F工作组的主要任务是负责3G未来发展和B3G的研究 /ITU-R/B3G/4G移动通信系统关键技术 MIMO 空时联合处理（例如空时编码） 智能天线 OFDM 广义并行传输 干扰抑制 联合发送/检测 迭代接收/检测网上资源：标准 /home/index.html http:/ / / /

54、/ /wireless/ / / /网上资源：文章、论文、图书 / http:/ http:/ http:/ http:/ / / / http:/www.jpo.go.jp/Thank You Seeyounextweek!名词解释 1、ATM：A

55、TM即异步传输模式（AsynchronousTransferMode），是一种面向连接的快速分组交换技术，建立在异步时分复用基础上，并使用固定长度的信元，支持包括数据、语音、图象在内的各种业务的传送。ATM技术特点：ATM真正具有电路交换和分组交换的双重性。PDH、SDH、SONET 在数字传输系统中，有两种数字传输系列，一种叫“准同步数字系列”（PlesiochronousDigitalHierarchy），简称PDH；另一种叫“同步数字系列”（SynchronousDigitalHierarchy），简称SDH。 采用准同步数字系列（PDH）的系统，是在数字通信网的每个节点上都分别设置高精

56、度的时钟，这些时钟的信号都具有统一的标准速率。尽管每个时钟的精度都很高，但总还是有一些微小的差别。为了保证通信的质量，要求这些时钟的差别不能超过规定的范围。因此，这种同步方式严格来说不是真正的同步，所以叫做“准同步”。在以往的电信网中，多使用PDH设备。这种系列对传统的点到点通信有较好的适应性。而随着数字通信的迅速发展，点到点的直接传输越来越少，而大部分数字传输都要经过转接，因而PDH系列便不能适合现代电信业务开发的需要，以及现代化电信网管理的需要。SDH就是适应这种新的需要而出现的传输体系。最早提出SDH概念的是美国贝尔通信研究所，称为光同步网络（SONET）。它是高速、大容量光纤传输技术和

57、高度灵活、又便于管理控制的智能网技术的有机结合。最初的目的是在光路上实现标准化，便于不同厂家的产品能在光路上互通，从而提高网络的灵活性。1988年，国际电报电话咨询委员会（CCITT）接受了SONET的概念，重新命名为“同步数字系列（SDH）”，使它不仅适用于光纤，也适用于微波和卫星传输的技术体制，并且使其网络管理功能大大增强。STM 同步传输模块，SDH网络中的一种速度分级标准. STM-1对应sonet网络中的oc-3.155.52mb/s STM-4 622.08mb/s STM-16 2488.32mb/sWDM,DWDM WDM（WavelengthDivisionMultiplex

58、ing，波分复用）是利用多个激光器在单条光纤上同时发送多束不同波长激光的技术。每个信号经过数据（文本、语音、视频等）调制后都在它独有的色带内传输。WDM能使电话公司和其他运营商的现有光纤基础设施容量大增。制造商已推出了WDM系统，也叫DWDM（密集波分复用）系统。DWDM可以支持150多束不同波长的光波同时传输，每束光波最高达到10Gb/s的数据传输率。这种系统能在一条比头发丝还细的光缆上提供超过1Tb/s的数据传输率。FTTH,FTTC,FTTB,FDDI FTTH(FiberToTheHome)，顾名思义就是一根光纤直接到家庭。具体说，FTTH是指将光网络单元(ONU)安装在住家用户或企业

59、用户处，是光接入系列中除FTTD(光纤到桌面)外最靠近用户的光接入网应用类型。FTTH的显著技术特点是不但提供更大的带宽，而且增强了网络对数据格式、速率、波长和协议的透明性，放宽了对环境条件和供电等要求，简化了维护和安装。 在光接入家族，还有FTTB(FiberToTheBuilding)光纤到大楼，FTTC(FiberToTheCurb)光纤到路边，FTTSA(FiberToTheServiceArea)光纤到服务区等等。 FDDI (Fiber Distributed Data Interface)光纤分布数据接口SONET SONET是光纤同步网的意思，现在成为了美国国家标准。它以51.840Mbit/s为基础。 对电信号来说，作为第一级同步传送信号，即STS-1；对光信号而言，则是第一级 光载波，即OC-1。 后来ITU-T在SONET的基础上经过修改制定了相应的国际标准SDH，就是同步数 字系列。它以155.520Mbit/s最为第一级同步转移模式。 SONET 是由美国国家标准化组织（ANSI）颁布的美国标准版本。 SDH 是由国际电信同盟（ITU）颁布的国际标准颁布。 ISDN ISDN是I