电子科学及其技术与导论11

第四章信息与通信工程“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材《电子信息科学与技术导论》第三版

“信息与通信工程”是我国“工学”研究生培养设置的一级学科，以该学科为背景设置的大学（工科）本科专业有：通信工程、电子信息工程、信息工程、网络工程、电磁场与无线技术、广播电视工程和数字媒体技术等。

本科专业通常涉及多个学科领域，因而相关本科专业的教学计划也往往是建立在多个一级学科理论基础之上。

“信息与通信工程”是电子信息科学技术中渗透面很广的学科，而通信又是该学科中理论技术密集，发展迅速，应用普及，对社会影响较大的科学领域。

本章主要从通信技术、工程和通信网的角度来介绍“信息与通信工程”学科的发展、基本概念及主要内容，涉及固定电话、移动电话、通信网、QQ和微信、卫星通信、全球导航定位系统（GPS、北斗导航）等。前言第四章信息与通信工程4.1电话的发明4.2电话机与电话网4.3移动通信4.4即时通信4.5卫星通信4.6全球卫星导航定位系统4.7量子通信—通信新领域小结4.1电话的发明1753年，摩尔逊利用静电感应原理，用代表26个英文字母的26根导线通电传送文字。1，开启“电”通信时代1834年莫尔斯用“通”、“断”分别表示“1”、“0”数码，发明了电报。

1865年法、德、俄、意、奥等20个欧洲国家签订了《国际电报公约》，开启了通信的“电”时代。莫尔斯电报机贝尔电话构思模型最早期打电话情形，图中为贝尔最早使用的听筒2，1876年贝尔发明电话注：电话发明日的两种说法：美国波士顿法院路109号铜牌上面镌刻有:“1875年6月2日电话诞生在此”；另一种是1876年3月10日。前者只是制作出了一个可产生声音的装置，无法传连续语音。商用电话的诞生时间是后者。4.2.1电话机

1882年共电式电话机----没有手摇发电机和干电池，通话由交换机集中统一供电。1877年爱迪生发明磁石式电话机-----碳精式送话器+手柄+电铃+手摇发电机+干电池。1896年美国人爱立克森发明了旋转式电话拨号盘。4.2电话机与电话网

1920年美国人坎贝尔发明了消侧音电路（消除回音，改善了音质）。

60年代电子学飞速发展、70年代，采用集成电路，发明电子电话机（按键式电话机）。

80年代出现了数字电话机。1，电话机的改进(a)1878年手持电话(b)1880年贝尔电话(c)1885年木支架电话(d)1892年磁力电话

（e）1901年磁力电话(f)1914磁力发电机电话(g)1920号码盘电话(h)1930年号码盘电话

“磁石——共电——自动”电话机

1889年纽约曼哈顿街上的电话线

1892年纽约至芝加哥的电话线路开通，贝尔在开通现场。2，电话普及中国第一个电话局：1882年2月，丹麦大北电报公司在上海外滩扬于天路开办第一个电话局，用户25家。

1，为什么要交换机?Nx(N-1)/2用户数电缆数

5 1010 45100 49501000 50万4.2.2电话交换机的演进交换机节省用户间连线NText交换机

人工交换阶段：

磁石式电话机共电式电话机早期的人工交换2，人工交换（2）电子式自动交换阶段：（传送模拟语音）半电子交换机：接线采用机械接点，控制采用电子器件。全电子交换机：接线和控制均由电子器件实现（通过开关电路实现）。（1）机电式自动交换阶段：（传送模拟语音）

步进制交换机：由用户拨号，直接控制步进继电器接线（跳线）。

纵横制交换机：由用户拨号，控制接线器纵横行走。噪声小。（3）程控交换机阶段：（传送数字语音，由计算机控制语音数据交换）模拟程控交换机：1965年5月美国开通了第一个程控交换机。数字程控交换机：1970年法国开通了第一个数字程控交换机。

（4）IP交换：（传送数据包）

IP（InternetProtocol）交换机：采用“包”交换体制，通过互联网传送信息。

IP交换：效率高，可以将电话、视频都以数据“包”的形式在同一数据通道中传送，以实现三网融合。

3，交换机演进4.2.3数字程控交换机1，数字程控交换机的硬件组成数字程控交换机硬件组成方块图两大部分：话路系统，

中央控制系统。话路系统中央控制系统交换网络：完成用户话音数据的交换功能。在通信双方用户线之间建立数据连接，完成用户通话。交换网络有不同类型，目前只是一块集成电路芯片。用户电路:完成各用户的模拟语音信号的数字化（编码与解码）。各用户编码、解码独立进行。用户交换机的机架中安装的绝大部分是用户电路板，通常1000至2000用户电路装一个机架。局用交换机中没有用户电路或者只配置少量用户电路。交换机基本工作流程：主叫用户摘机：送出摘机信号，扫描器收到用户摘机信号之后，立即通知中央处理器，由中央处理器送出拨号音给用户，同时驱动收发码器准备接收用户的拨号；拨号：用户听到拨号音，拨号；拨号（脉冲或双音频）数码送入收号器，中央处理器同时分析号码，确定被叫属地，连接被叫交换机；振铃：被叫交换机分析号码若被叫空闲，则给主叫预占一条通话通路，同时给被叫振铃；被叫用户摘机：则预占的话路即与被叫接通，主、被叫进入通话。拆线：主叫或者被叫任何一方挂机，交换机将话路释放，通信终断。2，程控交换机的软件组成扫描监视程序：负责检测和识别用户线的状态变化，检测和识别用户线上的摘机/挂机信号和用户拨号。该软件模块总是运行优先，以保证通话建立时间尽可能短。号码分析：是在收到用户所拨号码后进行分析处理。收/发码器：可以从用户线上直接接收号码，也可以从中继线上接收它局传送来的号码。号码分析的目的是确定呼叫类型、被叫用户及地域（市话、长话、国际长途？）以及准备执行的下一步任务。交换机控制软件调度关系

软交换功能结构图

软交换是当前交换技术的主流！软交换技术的优点:将业务/控制与传送/接入分离，便于三网融合。3，软交换“软交换”由通用计算机平台实现交换机功能（含接口硬件+软件）。4.2.4固定电话网1，电话网的构成固定电话网的构成图

2，我国固定电话网的三级结构本地网为一级，长途网分为两级（又称两个平面），因而称之为三级结构。本地网中圆圈表示电话交换机，不同形式的圆圈表示交换机的功能有不同（如端局、汇接局）。我国的电话网结构本地网交换机无长途电话功能，用户打长途须通过上一级长途交换中心DC2转接。DC1可以直接和各省的长话局互连，DC2则不能。

一般不把长途干线包括在电话网中，而是将其划入传输网。

国际电话局：国际上有多种电话数据制式标准，我国的固定电话采用和欧洲相同的标准，日本采用和美国相同的标准；因而和欧洲通长途电话无需制式转换，和美国通电话则要将美国的来话转换成我国标准，我国的去话在美国的入口局转为美国标准。目前中国有三个国际电话局，分设在北京、上海、广州。程控交换机是通信技术发展的重要里程碑，它将语音数字化之后传输，使通信与计算机技术相结合，将传统交换技术推向了一个前所未有的新高度。由于移动通信比固定电话方便，可以随时随地进行通信。我国自2014年始，移动通信已进入4G时代，目前手机用户已大大超过固定电话用户，但作为固定电话中的程控交换机，预计还将使用一个相当长的时期。交换机评述调制解调器PC机数据传输网调制解调器数字比特流数字比特流调制信号调制信号输入字符显示字符PC机数据通信系统（1）基本模型（2）调制解调器背面电话机电话线计算机接口实现光纤到户之前，用户数据接入互联网的唯一选择是利用电话线。3，交换机电话线的数据接入功能4,调制解调器中数据和模拟话音信号复用作用：将话音、数据、视频等信号复用后通过同一条电话线传输。复用原理：将电话线的频带划分出话音通道和数据通道。电话线复用方式020KHz25KHz1.104MHz传送300~3400Hz频率的模拟语音信号上行信道：可传768Kb/s数据下行信道：可传6~8Mb/s数据调制：将数据变为高频己调信号；解调：从高频信号中还原出数据。话音通道数据通道注：媒质不同，复用方式可能不同。电话线是最常用的传输媒质。调制解调器的产品类型调制解调/路由器计算内置调制解调器调制解调器无线调制解调器USB无线调制解调器4.2.5IP交换与路由1，ATM传输模式ATM数据示意图程控电话（语音）-----采用同步传输（Synchronous）。综合数字业务网（ISDN）要求同时传送语音、图像和数据，由于数据格式不同，必然采用异步传输模式ATM（AsynchronousTransferMode）。-----将不同信息都编制成由53个比特组成的单元进行传送

路由器工作示意图

无线路由器2，路由器路由---由网络ID号操作、实现。交换---由用户ID号通过设备的MAC地址来识别设备，完成数据交换。

IP交换机简图3，IP交换机工作流程简图4，IP电话网VoIP是利用Internet技术或网络进行语音通信的新业务，是一项革命性的产品，它可以透过网际网络做实时的传输及双向的通话。电子信息处理技术互联网技术IP电话是通信和互联网相结合的语音通信体制。IP电话工作流程：5，

IP电话系统架构用户终端：个人电脑IP电话机手机固定电话机网络设备包括：IP电话网关、IP网、路由器和调制解调器（ADSL）等。注：IP电话网只共用话机至电话局之间的电话线，其它独立。IP电话的网络结构A市B市软交换计算机平台IP电话网设备配置图（1）IP电话优点：节省带宽。固定电话的带宽为64Kbit/s。而IP电话只需6～8Kbit/s（甚至低于2.4Kbit/s），在固定电话带宽内电话用户数可增加几十倍，从而节省了带宽，降低了成本。通话费用低，尤其是长途电话更经济。功能丰富，便于开通综合业务、智能网业务。IP电话网方便与计算机网的智能模块结合，可以灵活地控制信令和连接，有利于各种增值业务的开发。开放的体系结构。IP电话的协议体系是开放式的，有利于各个厂商产品的标准化和互相连通。多媒体业务的集成。IP电话网络同时支持语音、数据、图像的传输，为将来全面提供多媒体业务打下了基础

（2）IP电话缺点:(目前)通话质量较差和话音有延时。6，IP电话的优缺点4.2.6信令网信令:

“信令”是操作交换机的指令。用户利用电话网完成通话，必须操作交换机执行各种动作（硬件的、软件的），“信令”即操作指令。信令类型：按信令的工作区域分：用户线信令和局间信令。按信令的传递途径分：随路信令和公共信道信令。用户线信令：用户和交换机间的联络信号,在用户线上传送。包括：摘机信号、挂机信号，直流脉冲或双音多频信号，供电信号，拨号音、忙音、回铃音、振铃信号等。局间信令：电话局之间传送的信号,在局间中继线上传送。局间信令的传送已完全与话路独立，而构成了一个独立的专用的信令网。4.2.7网络中心设备

路由器

互联网中心交换机

数据中心交换机房

机架间光纤连线

机房监控室移动通信：任何人（Whoever），在任何地点（wherever）、任何时间（whenever），可与其他任何对象（whichever），进行任何方式（Whatever）的一种通信体制！4.3移动通信

移动通信系统是电子信息科学技术的集成，是推动现代电子信息科学技术发展进步的动力。移动通信将语音编码、图象压缩、信号调制理论、编码理论、分集接收、功率控制等通信理论技术推上了一个发展新高度。智能手机促进了集成电路的发展，推动互联网和通信网融合，推进了互联网的“移动化”，推进了信息化社会的实现。它既是高科技产品，也是人们生活、工作、交流的工具。地面移动通信系统卫星移动通信系统移动通信系统分：概述模拟蜂窝移动通信阶段

改进完善阶段初级发展阶段

早期发展阶段

数字蜂窝移动通信阶段

4.3.1地面移动通信的发展历程1，移动通信的兴起时期：20世纪20年代至40年代。频率:开始:2MHz;40年代:30～40MHz特点：专用系统，工作频率较低，数量少时期：40年代中期至60年代初期。频率:使用三个频道，间隔为120kHz，通信方式为单工特点：开始向公用移动通信网过渡，人工接续，网络容量较小时期：60年代中期至70年代中期。频率:150MHz和450MHz频段，自动选择无线频道，能自动接续到公用电话网。特点：大区制、中小容量，实现了自动选频与自动接续。模拟蜂窝时期：时期：70年代中期至80年代中期。代表:1978年底，美国贝尔试验室成功研制模拟移动电话系统（AMPS），建成了蜂窝状移动通信网，大大提高了系统容量。

1979年，日本推出800MHz汽车电话系统(HAMTS)。1980年，加拿大推出450MHz移动电话系统MTS。瑞典等北欧四国开

发出NMT—450移动通信网，并投入使用，频段为450MHz。1985年，英国在开发出全地址通信系统(TACS)，首先在伦敦投入使

用，以后覆盖了全国，频段为900MHz。特点：蜂窝网、小区制的蜂窝新体制，实现了频率再利用，有效地解决了公用移动通信系统要求大容量与频率资源有限的矛盾，大大提高了系统容量。

2，2G数字移动通信GSM:时期：GSM系统1991年7月开始投入商用。代表:欧洲推出的泛欧数字移动通信网(GSM)体制特点：频谱利用率高，可大大提高系统容量。CDMA:时期：

IS-95CDMA系统1995年投入运营。代表:美国高通公司设计特点：频谱利用率更高，系统容量更大。手机成为综合信息平台

更加普及

技术融合与网络融合

2010年全球用户达40亿智能移动电话不只是语音通信工具，还是移动信息收集、处理、办公与社交平台。移动互联网成为互联网+的重要组成部分。3，3G移动通信重大事件：2000年５月，我国提出的TD-SCDMA移动通信体制被国际电联确认为第三代移动通信三大国际标准之一。2009年我国全面启动3G运营。3G的三大标准：CDMA2000（在美国IS-95基础上发展而来）

WCDMA（在GSM基研上发展而来）TD-SCDMA（中国提出的新标准）

（续）中国新三大移动通信网络运营商：

中国电信集团公司，简称：中国电信集团，业务范围：CDMA移动通信网+固定电话网+CDMA20003G网。中国联合网络通信集团公司，简称：中国新联通集团，业务范围：GSM移动通信网+固定电话网+WCDMA3G网。中国移动通信有限公司，简称：中国移动通信

，业务范围：GSM移动通信网+固定电话网+TD-SCDMA3G网。2014年我国全面启动4G运营。4G的两大标准：TD-LTE（由我国TD-SCDMA演进而来）FDD-LTE（由CDMA2000和WCDMA演进而来）4G中的主要技术：以OFDM技术为基础，OFDM的子载波之间采用15KHz的子载波带宽，按照不同的子载波数目，可以支持1.4、3、5、10、15和20MHz各种不同的系统带宽。在LTE-Advanced中，还可通过载波聚合方式，聚合5个20MHz载波单元，实现100MHz的全系统带宽，这使4G有可能达到1Gbit/s的数据速率，并可在高速列车行进时正常通话。5G的发展：2020年投入运营。5G全球只一个标准。4，4G移动通信5，5G移动通信（1）特点：高数据速率、低延时、大系统容量、大规模设备互联。（2）主要技术指标4G5G

延迟10ms

小于1ms

峰值数据速率1Gb/s20Gb/s

工作频段600MHz至5.925GHz600MHz至28GHz（毫米波）信道带宽20MHz100MHz(600GHz以下)400MHz(600GHz以上)

表4-3-14G与5G主要指标（3）5G的应用支持多用户、高速大数据流智能应用，实现智能制造、智能交通、智慧城市、深度学习等功能，支持增强现实和虚拟现实功能，推进万物互联，加速人类迈入信息化社会步伐。4.3.2地面蜂窝移动通信系统1，移动通信系统的工作环境

（1）用户的移动性：移动性引起电平变化，位置变化。（2）电波是多径传播：移动台很少会处在电波的直射路径上，而是处在建筑物和障碍物之间、之后，移动台接收的电波往往是多条路径反射的叠加。（3）移动台运动会产生多普勒频移：移动速度越快频移越大。（4）多用户工作：在一个小区内通常会有数人或者数十人同时通话，会引起用户手机之间的相互干扰。多径传播是带来移动通信复杂性的主要根源，是对通信影响最大的干扰因素！2，移动通信系统的工作频段

2.6GHz/3.5GHz/4.9GHz/28GHz

（3）5G频段（新增4个频段）（1）2G、3G频段（5个频段）450MHz/800MHz/900MHz/1800MHz/2000MHz（2）4G频段（新增2个频段）2300MHz/2500MHz（注：依据向下兼容原则，5G手机应支持从2G到4G的所有工作频段。）（4）卫星移动通信系统频段

S波段（1980MHz---2200MHz）3，无线蜂窝结构至其他交换机服务区域交换机PSTN至其他PSTN移动通信系统基地台移动台移动交接中心为什么要划分成“蜂窝”？

一个蜂窝内放置一个基站，即放置一台收、发信机，工作在某一频道。以当前的技术条件，一个频道内最多可容纳约30个用户。

如果采用图（a）所示的大蜂窝，则在这一地区可以有30个用户接入。如果这一地区的人口密度特大，处在车站、机场等人流中心，那么就只有把蜂窝面积划小。每一个小蜂窝内都可以有30个人打电话，10个小蜂窝就可以增加至300人接入容量了，因而就将网络设计成图（b）所示的小蜂窝无线覆盖网络结构了。

人口越密，蜂窝越小，微微蜂窝的直径只有几十米。小区分裂:把一个小区分裂成若干个小区，可以提高系统用户容量。4，移动通信网络结构与功能

GSM数字蜂窝移动通信系统网络结构

基站子系统：含基站控制器（BSC）和基站（BTS）两个功能模块，负责与手机进行通信。由交换机（MSC）控制其工作。网络子系统：包括：移动交换机（MSC）、访问位置寄存器VLR、归属位置寄存器HLR、鉴权、用户识别、操作维护子系统等模块。完成交换、移动性管理、安全性管理等。移动通信要完成用户间的通信比固定通信要复杂得多。主要不同是它必须有两个数据库：访问位置寄存器（VLR）和归属位置寄存器（HLR）。所有处在交换机连接的各小区之内的手机用户，只要手机开机，手机就将定时发信号和网络联系，并会将手机参数记录在所在区域的VLR中；网络也会不断发信号告之手机：现在处在何小区、何服务区，及有关参数等。用户识别和鉴权是负责审查用户合法性的功能模块。HLR是属于某一地区的数据库，记录本地区所有开户的手机用户数据，例如在武汉开户的手机用户数据都记录在武汉地区的HLR中。HLR与各地交换机之间通过七号信令网不间断联系、交换数据，各移动台的即时位置均须报告HLR并记录在案。（1）网络功能：移动通信是电子信息先进技术的集成！（2）3G网络：3G是在GSM网络基础上升级的结果。3G网络有两个域：电路交换域和IP交换域。3GWCDMA的网络结构简图IP交换域实行包交换，包含两个模块：GPRS服务网关和GPRS支持网关，通过GPRS支持网关和IP网连接。可接入专用数字终端（如计算机、IP手机等），开启了移动通信与互联网的融合。IP交换域和电路交换域是彼此独立的。

移动通信网分级结构图（3）移动通信网的分级结构-----两手机之间完成通信，需传输网配合才能完成。无线信号仅存在于手机和基站之间。大功率（几十瓦）基站设备与天线基站收、发信设备基站定向天线基站全向天线（4）移动通信设备：（a）B拨出A的手机号码，号码由飞机场移动通信网络基站接收经基站控制器送机场交换机MSC1;（b）MSC1经号码分析确认该号码为武汉用户之后，经七号信令网查询武汉的HLR;（c）武汉的HLR告之A在北京天安门的位置（假设属北京MSC2服务区中的Q蜂窝小区），之后，MSC1经信令网通知MSC2，由MSC2经BSC向正在Q小区中的A发起呼叫;（d）A摘机，B、A便建立了一条数据链路：（天安门---北京机场），实现通话。微蜂窝一般采用固态基站，无人置守，太阳能供电，挂在电线杆上。（5）移动通信系统工作流程示例：假设武汉某用户A漫游在北京天安门，北京一移动用户B在飞机场呼叫A，其呼叫建立过程如下：4.3.3卫星移动通信

卫星移动通信有多种体制，可采用赤道同步卫星，也可以采用中低轨道的多颗星座卫星。卫星移动通信的早期代表是铱星系统。铱星系统：是美国摩托罗拉公司提出的完全依靠卫星提供联络的全球个人通信，它能突破现有基于地面的蜂窝无线通信的局限，通过太空向任何地区、任何人提供语音、数据、传真及寻呼信息。铱星系统是由66颗由无线链路相连的卫星（外加6颗备用卫星）组成的一个空间网络。（注：设计时原定发射77颗卫星，因铱原子外围有77个电子，故取名为铱卫星通信系统。）1，铱星系统铱星系统在技术上获得了非凡的成功，但在市场上它竞争不过地面GSM、CDMA系统（话费太贵）。铱星系统投入商业运行不到一年，1999年8月13日铱星公司向纽约联邦法院提出了破产保护。半年后的2000年3月18日，铱星公司正式破产。铱星手机铱星成了世界科技史上最了不起的、也是最可惜的科技项目之一！铱星后话：66颗卫星在天上自己飞了几年，于2001年被一家私募基金公司（PrivateEquity）以两千五百万美元的低价买下，不到铱星整个投资六十亿美元的1%。作为一个与摩托罗拉无关的私营公司，铱星居然起死回生，据报导2007年已实现近三亿美元的营业额和五千万的利润。技术先进不一定能赢得市场！2，中国的卫星移动通信系统---“天通一号”

性能：由三颗工作于地球同步轨道的卫星组成，覆盖全球。工作频率：S波段（1980MHz—2200MHz）。业务类型：全天候、全天时；支持语音、短讯和数据业务。用户：个人、车辆、舰船、飞机等。建设进程：2016年8月发射天通一号01星，启动“天通”卫星移动通信系统建设。2020年11月发射02星2021年1月发射03星，完成“天通一号”建设。天通一号01星天通一号终端机3，中国“鸿雁卫星星座”移动通信系统

4，正在建设中的中国低轨卫星移动通信系统

（1）组成：300颗低轨卫星+地面数据处理中心组成。（2）业务：数据采集---采集：海洋、气象、环保、交通、地质、防灾减灾等数据。服务对象---工程、企业、矿山、交通运输、资产监管、目标定位、应急救灾和通信服务等，包括船舶远程监控、航空器监测管理等。业务类型----报文、音频、图片、视频、多媒体的双向实时通信及移动广播功能等。（3）建设：2022年完成一期60颗卫星星座组网运营，2023年建成骨干星座系统。虹云星座---由156颗卫星组成，提供全球宽带移动通信服务。天启星座---由38颗卫星组成，主要服务于物联网业务。行云星座---由80颗卫星组成，提供窄带移动通信业务，服务物联网。注：上述系统己于2018年先后启动建设，计划于2030年先后建成。4.3.4集群移动通信

集群移动通信为大区制移动通信。由调度台、基站、移动台、控制中心组成。特点:

只有一个基站，天线高度为几十米至百余米，覆盖半径为30公里，发射机功率可高达200瓦。用户数约为几十至几百，最多可达数万。可以是车载台，也可以是手持台。手持机可以与基站通信，也可通过基站与其它移动台及市话用户通信，基站与市话通过有线网连接。4.3.5Wi-Fi（无线路由器）Wi-Fi---国际宽带无线网络规范标准的代号名称，是802.11a/b/c/d/e/f/g/h……标准系列的总称。工作频率----2.4~2.48GHz；5.180~5.825GHz，两个频段。商业Wi-Fi数据流量Wi-Fi----用户接入互联网的无线入口。1，Wi-Fi概述

Wi-Fi组网图Wi-Fi组网图2，Wi-Fi的应用

可制成独立设备，连接网关、光猫，也可制成网卡，插入计算机、电视机等电子设备中。

（A）家用WiFi（B）大功率WiFi（C）室外WiFi天线WiFi产品图片Wi-Fi的通信距离：家用˂100米；室外通信距离可达几公里。3，Wi-Fi设备

4.3.6智能手机手机是通信技术最密集、最活跃的领域，手机是一个大产业，手机是技术进步和市场竞争的焦点。智能手机=掌上电脑＋手机智能手机是实现信息化社会的重要工具。手机产品

(多核)

CPURAM/ROM/SD卡外存卡操作系统显示屏无线信道电路交换IP交换BDS/GPS

模块智能控制拾音重力传感器激光测距电子罗盘扬声器陀螺仪图像录取摄像头麦克风2G/3G/4G/5G

接口软件应用软件库天线蓝牙WiFi手写汉字识别

智能手机的功能组成示意图智能手机功能示意图1，手机CPU

2，手机操作系统3，手机无线信道模块手机CPU和电脑CPU的区别：结构不同：电脑CPU多用冯.诺依曼体系结构；手机CPU多用哈佛结构（特点：多总线，适于并行计算）----计算机一章有介绍。

核心功能不同：手机中的多核（CPU），各CPU通常处理不同的任务；电脑中的CPU通常是多核并行处理同一任务。

电路集成不同：手机CPU和GPU（图形处理器）通常集成在一块SoC芯片中，计算机图形处理等功能往往由独立显卡等完成。三大操作系统：安卓（Android）；苹果（iOS）。鸿蒙（HarmonyOS）中国华为无线部分：无线信号的接收、发送和对无线接收信号的多种处理（分集）等。信道部分：视频信号的编码、解码等。5，手机中的信号处理6，手机中的传感器技术4，手机中的智能控制越区切换控制、手机工作频率（频道）切换控制、手机发送信号强弱控制，手机电路参数（如放大增益）控制等。语音编码、解码，图像编码、解码，指纹处理，字符处理，信号抗衰落分集接收等。重力传感、光强感知、激光测距、电子罗盘等。

智能手机既是通信工具，也是掌上计算机，还是照像机、摄像机，其功能还在增强，技术还在进步。通信技术会进步到何种程度？只有由时间来回答！4.3移动通信

移动通信小结移动通信经历了从1G-2G-3G-4G到5G的发展时期。移动通信与互联网结合，发展出了“移动互联网”，5G+移动互联网正推进世界进入万物互联的新时代。智能手机是电子信息产业中，技术更新最快，技术最密集，市场竞争最剧烈的产品，也是数字化产业的重要领域。移动通信的发展，加速了人类文明的进程，方便了人们的生活；移动互联网+5G，将改变工业、农业的生产方式及未来战争的形态。4.4即时通信（IM）用户

A用户

BUDP（仅视频通话）TCPTCP微信服务器

微信系统示意图4.4.1何谓即时通信？何谓即时通信？----在线用户通过互联网交换信息（语音、文字、图像或视频）的一类通信方式。QQ和微信是即时通信的代表。（由微信服务器为微信用户提供服务。）

微信服务器用户B用户A（UDP协议）P2PC/S

微信原理示意图即时通信与传统通信方式的不同：固定电话、移动通信----由用户信令，操作系统设备，接通用户，建立通信链路，实现通信。即时通信----没有独立的信令通道。用户终端上需安装相同的即时通信软件。由即时通信服务器为用户建立连接，传送的信息。4.4.2即时通信的兴起4.4.3QQ和微信4.4.4国外即时通信软件简介随互联网而产生：1996年以色列四位年轻人推出ICQ---谐音Iseekyou软件。2000年腾讯推出QQ，2011年腾讯推出WeChat（微信）QQ是为PC机设计的，多适应PC机的运行环境；微信是为手机设计的，多考虑移动终端运行环境。当前---QQ有手机版本，微信有PC版本，它们的操作和功能大同小异，各有特点。可各取所长。美国----Facebook（脸谱）；欧洲----WhatsApp;韩国----LINE（连我）。感语QQ和微信成就了腾讯，使之成为当今中国和世界有名的互联网企业！启示：创新是企业发展的灵魂！卫星通信：利用人造地球卫星作为中继站来转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间进行通信的技术。4.5卫星通信4.5.1卫星通信概述卫星通信系统示意图同步静止卫星配置的几何关系地面监控管理和跟踪遥测机房

卫星通信的优点1，卫星通信的优点通信距离远，覆盖范围大

频带宽、容量大，业务类型多

可自发自收，利于监测

便于实现多址联接

机动灵活，不受地理条件限制

线路较稳定、通信质量好

2，卫星通信的缺点卫星通信的缺点卫星通信完全依赖于卫星的高可靠

静止卫星的发射与控制技术比较复杂

地球高纬度地区通信效果不好，且两极为通信盲区

存在日凌中断和星蚀现象

电波的传播时延较大并存在回波干扰

1，卫星通信的发展历史

1946年,人们就想利用某种天体的电话交换来转播无线电信号,美国科学家提出用月球来充当电话交换器。1957年10月4日,苏联把第一颗人造地球卫星“斯普特尼克-1号”送入了轨道。1960年8月12日,美国发射了第一颗无源通信卫星，“回声-1号”。1962年7月10日，美国又发射了具有转发和放大信号功能的民用低轨道通信卫星“电星-1号”。1965年，美国开创了同步通信卫星的新时代，发射了第一颗第二代通信卫星-“晨鸟号”。

之后若干年，这些国际通信卫星担负着大陆与大陆之间的一半电话和许多电视节目的转播工作。

4.5.2卫星通信发展概况2，国际卫星通信系统

INTELSAT系统：INTELSAT(简称IS)是一个全球性的商业卫星通信组织，成立于1965年11月，总部设在美国的华盛顿。该组织负责全球的商用卫星通信系统空间部分的设计、研究、建造和维护使用。自1965年4月发射第一代国际通信卫星“IS-I”以来已历经8代更新(IS-I～IS-VIII)，共发射了40多颗卫星，构成了庞大的国际商业卫星通信系统，承担了大部分国际通信业务和全球性电视广播业务。国际海事卫星电话（INMARSAT）：海事卫星电话通过国际公用电话网和海事卫星网连通实现。海事卫星网络由海事卫星、海事卫星地球站、船站以及终端设备组成。1，中国卫星通信发展概况

（1）发展历程：

1970年4月24日我国成功地发射了第一颗自行研制的东方红一号人造地球实验卫星。1984年4月成功发射了东方红二号地球静止轨道通信卫星，开通通信、广播业务。

1997年5月成功发射东方红三号，星上设24个C波段转发器，标志我国通信卫星发展到了新高度。

2020年1月我国发射了东方红五号通信卫星，卫星重10吨，有120个多波段卫星转发器，卫星实现全国产化，自主可控，标志我国卫星水平己进入世界先进行列。我国己先后发射东方红通信卫星20余颗，覆盖S、C、Ku、Ka多个波段。四、

卫星通信当前我国通信卫星技术已进入国际先进行列。4.5.3中国的卫星通信2，卫星通信的应用3，我国的中继卫星通信系统---“天链一号”

军事侦察、数据共享、抢险救灾、应急通信；油气、采矿、电力、林业临时通信；给船舶、飞机、偏远地区、无光缆地区、无基站覆盖地区提供2G/3G/4G服务、电视转播、家庭宽带、远程教育、视频会议、新闻采访、企业联网等。服务“村村通”、“户户通”工程。服务我国航天测控(a)天链系统功能模型（b）天宫站照片（c）舫天员出舱照注：照片由“天链一号”拍摄。4.6GPS全球卫星导航定位系统

4.6.2GPS系统组成

GPS系统组成地面控制部分卫星星座GPS信号接收机GPS（GlobalPositioningSystem）全球定位系统4.6.1GPS定位原理

已知空间的三颗以上卫星的位置，采用空间距离交会法，计算出地面待定点（接收机）的位置。

1，GPS卫星星座（美国）在用GPS信号导航定位解算时，地面接收机为了计算三维坐标，必须观测4颗以上的GPS卫星，才能获得定位精度。

GPS卫星星座由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成，记作（21+3）GPS星座。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面内（每个轨道面4颗），此外,还有4颗有源备份卫星在轨运行。

卫星星座结构分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4颗以上的卫星，并能保持良好定位解算精度的几何座标图形，从而可提供：时间连续的全球导航能力。2，地面控制部分

地面控制部分：含一个主控站，5个全球监测站和3个地面控制站。监测站：装有精密的铯原子钟和能够连续测量到所有可见卫星的接受机。监测站将取得的卫星观测数据，包括电离层和气象数据，经初步处理后，传送到主控站。主控站：设在范登堡空军基地。主控站从各监测站收集跟踪数据，计算出卫星的轨道和时钟参数，然后将结果送到3个地面控制站。地面控制站：在每颗卫星运行至上空时，把这些导航数据及主控站指令注入到卫星。这种注入对每颗GPS卫星每天一次。如果某地面站发生故障，卫星将依据预存的导航信息维持工作，但导航精度会逐渐降低。

3，GPS信号接收机

主要功能:接收机跟踪、捕获卫星信号后，测量出接收天线至卫星的伪距离和距离的变化率，解调出卫星轨道参数等数据。根据这些数据，由接收机中的微处理计算机按定位解算方程进行定位计算，可计算出用户所在地理位置的经纬度、高度、速度、时间等接收机位置信息。

美国士兵使用的

GPS定位仪4.6.3GPS系统参数与应用

1，特点23541定位精度高

功能多观测时间短

可提供三维坐标

操作简便

全天候

作业

2，应用

GPS系统的应用授时校频GPS时间系统导航

高精度位置参数测量

4.6.4中国的北斗导航系统1，北斗一号：1994年国家正式批准立项，命名为“北斗卫星定位导航系统”。仅服务中国及周边地区，不提供全球服务。2000年发射了第一颗导航试验卫星，2003年又发射了两颗导航试验卫星，完成“北斗”一号工程。2，北斗二号：2007年第一颗卫星升空，2009年5月最后一颗卫星发射成功，完成了北斗二号建设。北斗二号由5颗同步轨道卫星、5颗地球倾斜同步轨道+4颗中园轨道，外加6颗备份卫星，共20颗卫星组成。有覆盖亚太大部分地区的导航能力。

3，北斗三号：由30颗组网卫星+5颗备份卫星，共35颗卫星组成。北斗三号覆盖全球，提供开放服务和授权服务。全球定位优于10米（亚太地区5米）、授时精度20ns、测速精度0.2米/s。工作频段：1575.42MHz、1268.52MHz、1176.45MHz等。北斗三号，2017年11月第一颗卫星升空，2020年6月完成最后一颗卫星发射，并组网运行，标志着北斗三号建设完成。（a）“北斗一代”手持机

（b）北斗卫星星座图

（c）北斗手持机（之一）2020年7月31日，国家宣布：中国北斗三号建成，并向全球提供服务。（a）（b）（c）4.6.5其他卫星定位系统

1，欧洲伽利略全球卫星定位导航系统

性能比较伽利略GPS和美国GPS的比较3个波段分别传送

27+3颗卫星为地面用户提供3种信号

27+3颗卫星为地面用户提供3种信号应用于军事、民用

兼容其他GPS

伽利略GPS1个波段分别传送

28颗卫星

为地面用户提供1种信号

应用于军事非兼容其他GPS美国GPS2，俄罗斯的GLONASS系统

卫星星座24颗卫星3个近圆形轨道8颗卫星/轨道轨道高度19100公里

轨道倾角64.8°

多址方式频分多址波段两种L波段载波频率1575.42MHz载波频率1227.6MHz定位精度水平方向16m