通信前沿技术

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第一章绪论

电信学院蒋玉莲21.1 通信的基本概念1.2 现代通信的发展历史1.3 未来全球电信业的战略发展方向

1.1通信的基本概念

通信：信息的有效传递，就是把信息从一地传送到另一地。

¾通信传递的具体对象是消息。

¾消息是信息的表现形式(如：语言、文字、图象等）。

¾信息可理解为消息中包含的有意义的内容。

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1.2 现代通信的发展历史¾远古通信方式：

¾烽火台，击鼓，信鸽，旗语，驿站乃至航行用的信号灯、消息树等工具。

¾在较远的距离之间及时地完成消息的传递。

•烽火戏诸侯

•公元前1184年，特诺伊失陷时，希腊军队使用火炬通过8个哨所中转将信息送过爱琴海。

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¾电通信方式：从电报、电话和广播的发明开始

¾“电通信”简称“电信”，是利用电信号驮载待传输的信息进行传输和交换的通信方式。¾由于电的方式可以使信息几乎在任意距离上实现迅速、有效、准确、可靠的传递，因此，现代通信越来越依赖“电”来传递信息，以致于“通信”一词几乎变成了“电通信”（电信）的代名词。

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世界电信发展历史回顾

1、理论发展

¾1831年法拉第提出“电磁感应原理”，预示了

发电机的诞生（学徒出身，化学家戴维认

为：我最伟大的发现是一个人）。

¾1873年麦克斯韦提出电磁波辐射原理，奠定

了用无线电波进行通信的理论基础。

¾1930年调制理论，复用理论问世，在理论上

为模拟通信准备了条件。

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¾1948年shannon（香农）提出了信息论，

在理论上为数字通信准备了条件。

¾通信统计理论开始建立，且解决了如何精确地传送通信符号的基本技术问题。

¾“通信的基本问题就是在一点重新准确地或近似地再现另一点所选择的消息”——《通信的数学理论》

¾1962年

¾1969年数字传输理论问世，在理论上为数字通信准备了条件。分组交换理论问世。

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2、技术发展

¾1838年

¾1876年

¾1877年

¾1879年

¾1895年莫尔斯发明有线电报，标志着人类从此进入了电通信时代贝尔发明电话在波士顿架设了第一条电话线路。爱迪生利用电磁效应，制成炭精送话器，使送话效果显著提高。爱迪生炭精话筒的原理及其器件一直沿用至今。马克尼(意大利)，波波夫（俄国）

发明无线电报。

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¾1918年调幅无线电广播、超外差接收机相继问

世。

¾1925年载波电话系统问世，实现了在同一物理

介质上传送多路电话信号（开辟了模拟通信的新纪元）

¾1940~1945年微波通信系统的发展（二次大战

刺激了雷达和微波通信系统的发展）

¾1948年美国贝尔电话研究所研制成功晶体管

（肖克利、巴布、布拉顿，1956诺贝尔奖），导致小型化。

¾1950年时分多路复用电话系统问世。

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¾1956年

¾1957年

¾1961年

¾1963年

¾70年代铺设越洋电缆。原苏联发射第一颗人造卫星。集成电路问世，使得数字通信得到进一步发展，对电子产品的发展、更新起非常重要的作用。美国发射第一颗同步通信卫星，开辟了空间通信的新纪元。大规模集成电路(LSI) ，程控数字交

换机，光纤通信系统，微处理机等

迅速发展。

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¾80年代

¾90年代

¾21世纪超大规模VLSI集成电路迅速发展,综合业务数字网（ISDN）崛起，蜂窝移动通信系统进入实用阶段(电子产品的更新，开辟了数字通信的新纪元）Windows95出现，间接推动了互联网的大发展。多媒体通信。

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1.3 未来全球电信业的战略发展方向•IT：Information Technology,信息技术,是指创造、存储处理数据的技术，包括硬件（计算机网络、服务器、存储设备与桌面计算机）、系统软件（操作系统、程序语言工具）以及应用软件等。•ICT：Information Communication Technology信息通信技术,由硬件、软件、网络以及收集、存储、加工、传输和发布信息（包括声音、数据、文本和图象）的媒介构成。

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•信息时代的支柱技术

–微电子技术

–计算机技术

–电子通信技术

•表1.1.1 微处理器与存储器的改进

•图1.1.1PC机的价格与销售

•互联网的4个发展阶段

–自发阶段

–商业化阶段

–制度化阶段

–巩固阶段

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未来全球电信业发展战略

•电信业：发展快、利润大、变化多

•新型的数据业务向传统的语音业务挑战

–1999年美国新兴电信公司GlobalCrossing收购了百年老店Frontier，实质上是光纤通信网络收购了普通通话业务，是传统行业向新兴行业的积极转变。

–2006年阿尔卡特与朗讯的合并

•三网（电信、计算机、电视网络）合并势在必行

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未来十年最有前景的十大通信技术•纳米技术：一种利用单个原子、分子制造物质的技术。

–纳米材料：具有优越性能，比如断裂应力提高、更加坚固等等。

–纳米尺度上的光能转换，为今后设计微器件找到了潜在能源。

–MEMS微电子机械系统，在无线终端领域、射频技术、可调光学元件等方面有极大应用价值。

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•MPLS（多协议标签交换技术）

–Multi-Protocol Label Switching

–IP与ATM的技术结合，是下一代广域网传输技术

–可支持虚拟专网VPN服务

–由MPLS衍生出的GMPLS（通用多协议标记交换）技术将IP与光传输技术结合，可能更为重要。

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软交换技术

–是下一代网络(NGN)网络控制层面的核心技术

–其主要设计思想是业务/控制、传送/接入分离，以便在网络上更加灵活地提供业务

–NOKIA、MOTOROLA、中兴等都在激烈地竞争软交换产品市场

–新兴运营商可以将其作为进入话音时常的技术手段，传统的电路交换运营商也可通过它

完成向分组化网络的过渡，前景看好。

–中国电信是国内最早开始对软交换技术进行实验的运营商。

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•PON（无源光网络技术）

–Passive Optical Network

–一种新兴的覆盖最后一公里的宽带接入光纤技术–在光分支点处不需要节点设备，只需安装一个简单的光分支器即可

–具有节省光缆资源、带宽资源共享、节省机房投资、设备安全性高、建网速度快成本低等优点

–包括APON（基于ATM的PON）和EPON（基于Ethernet的PON），两种技术之争实质上是ATM和IP在接入网中之争。

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•光交换技术

–对光纤传送的信号直接进行交换

–通信网交换技术未来的发展方向

–可打破容量瓶颈，还可节省建网和网络升级成本

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•Free Space Optics

–FSO技术，自由空间光通信或称无线光通信技术,具有“虚拟光纤”的美誉

–是光通信和无线通信结合的产物，是用小功率红外激光束在大气中传送光信号的通信系统，也可以理解为是以大气为介质的激光通信系统。–作为一种宽带接入方式，传输速度和距离在理论上没有上限

–在军事方面极具优势，自20世纪70年代以来，国外及台湾地区等对其都陆续进行研究和试验–以前更多是作为一种宽带接入的补充方式，在城市密集区的短距离连接方面有很大优势，且已得到了广泛应用，如：FSO在局域网连接中的应用，在城域网及边缘网中的应用等

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–在国外，FSO已被多家电信运营商用于商业服务，比较典型的有Terabeam和Airfiber公司。在悉尼奥运会上，Terabeam公司成功地使用

FSO设备进行图像传送，并在西雅图的四季饭

店成功地实现了利用FSO设备向客户提供

100Mb/s的数据连接。

–3G的升温使FSO行业欣喜不已，因为FSO可用

于蜂窝式基站的建设，3G需要密集的基站布

置。

–在国内，电信、移动、网通和联通也都有少

量的应用。

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•Wi-Fi（无线保真技术）

–Wireless Fidelity

–最先形成的是802.11b标准，而后又产生了802.11a 和802.11g标准（速率可达到54Mbit/s）

–其连网成本仅仅是有线技术的四分之一

–Wi-Fi网络最大的缺点是网络应用范围不能超过基站一定的距离。

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•UWB（超宽带技术）

–Ultra Wide Band，是一种使用数赫兹到数G赫兹的超宽带、通过微弱的脉冲信号进行通信的无线技术

–高速率、低成本、低耗电量

–UWB与Wi-Fi互为补充，其更多地应用于10米左右距离的室内，与蓝牙（Blue Teeth)技术成为竞争。

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•Software Radio（软件无线电技术）

–其基本原理是把硬件作为无线通信的基本平台，而把尽可能多的无线及个人通信功能用软件实现。

–无线电的功能全部由软件来定义，而不直接依赖于硬件特性；系统的升级基于软件，代价小，且不同系统容易兼容与互联。

–它是3G未来基站的发展趋势，有望解决3G的空中接口标准不统一的情况。在一个完全可以编程的硬件平台上，注入不同的软件就可形成不同标准的移动用户终端和基站，保证各种移动设备间的无缝集成

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Wireless Mesh（无线网状网络技术）

–网络中的每个节点都具备路由功能，每个节点只和临近节点通信，是一种自组织和自管

理的网络。

–节能、自动配置、扩容方便。

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第二章

通信基础

一、通信系统：

通信系统：完成信息传递所需的一切通信设备和传输媒介的端到端信息传送系统。

通信系统的基本模型图26

第二章通信基础

•信息源：产生信息的源。

•发送设备：把信源发出的信息变成适合于信道传输的信号的设备。

•信道：信号传输的通路。

•信宿：信息的接收者，它是信息到达的目的地。•接收设备：将从信道上接收来的信号再恢复成受信者可以接收的信息。

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•噪声源：是指系统内各种干扰影响的等效结果，分成三类：

–第一类：通信系统的外部噪声

z人为：各种电器开关通断时产生的短促脉冲，荧光灯闪烁产生的脉冲串等

非人为：雷电干扰、宇宙辐射等。z

–第二类：通信系统的内部噪声

•起伏噪声或白噪声；

•由电子热运动引起的噪声，是通信系统中的主要噪声，–第三类：信道的特性不理想所引起的噪声•有线信道中，多对传输线间产生的不必要的耦合。•无线信道中，如，电离层和对流层的随机变化引起信号的随机变化，而构成对信号的干扰。

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通信系统的分类

•按信道中所传信号的不同分：

数字通信系统和模拟通信系统

•按传输媒质分：

有线通信系统和无线通信系统

•按工作频段分：

长波通信、中波通信、短波通信、微波通信、光波（如红外线）通信等系统•按收信者是否运动分为：

移动通信和固定通信

•按工作方式分为：

单工、半双工、全双工通信　29

二、计算机网络：

●计算机网络是指独立自治、相互连接的计算机。–独立自治，意味着每台连网的计算机是一个完整的计算机系统，可以独立运行用户程序；–相互连接意味着两台计算机之间能够交换信息。●按照网络覆盖范围，计算机网络分为：

-广域网：WAN（wide area network)，50公里以

上。

-城域网：MAN（metropolitanarea network) ，5-

50公里。

-局域网：LAN（local area network) ，1公里。31

•计算机网络的发展经历了3个主要阶段：面向终端的网络、计算机—计算机网络、开放式标准化网络。

•网络协议及体系结构

–网络协议(Network protocol):也叫做通信协议

(Communication protocol),指计算机网络中用于规定信息的格式以及如何收发信息的规则。

–计算机网络体系结构是指计算机网络各层次及其协议的集合。

–OSI体系结构（开放系统互联参考模型）：7层结构——物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层。

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第二章通信基础

–TCP/IP参考模型：包含四层——主机至网络层、互联网层、传输层、应用层。

•互联网层定义了分组格式和协议，即IP协议（internet protocol)

•传输层定义了端到端的协议，即

TCP(transmission control protocol，传输控制协议）和DUP(user datagramprotocol，用户数据报协议)

•OSI是先写标准后投入，但从未真正被接受使用。•TCP/IP是在应用中产生的，不可避免存在缺陷。

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