现代通信技术引论

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远古通信手段
➢击鼓
➢公元前684年,长勺之战,曹刿:“夫战,勇气也! 一鼓作气,再而衰,三而竭。”
➢烽火台 ➢信鸽 ➢旗语 ➢驿站 ➢航行用的信号灯等工具。
人类历史上最早的通信手段
最早的远距离通信手段和现在一样是“无线” 的,如以火光传递信息的烽火台,通常大家 认为这是最早传递消息的方式了。
事实上不是,在我国和非洲古代,击鼓传信 是最早最方便的办法,非洲人用圆木特制的 大鼓可传声至三四公里远,再通过“鼓声接 力”和专门的“击鼓语言”,可在很短的时 间内把消息准确地传到50公里以外的另一个 部落
现代通信的流程:
➢为把用户非电形式的消息传送到远方,现代通信 技术:
用户终端设备将信源的消息转换成电信号,然后设法 经信道传送到远方的接收端,
接收端用户终端设备再从所接收信号中还原出受信消 息(信宿)
➢必要的通信流程:
消息信号处理传输信号还原消息
电通信的特点
快速 有效(信息量多) 准确(失真小) 可靠(抗干扰能力强) 能传送语言、图像、数
历经三代的移动通信系统(3)
第三代: 即3G系统 以提供数据业务(特别是互联网业务)为主 采用分组交换技术,极大提高了系统容量和速率 典型代表: 美国:CDMA2000 欧洲:WCDMA 中国:TD-SDMA + WCDMA + CDMA2000 TDD技术 FDD技术
3G与2G最大的区别: 无线空中数据速率大大提高,一般都可以达到2M以 上,最高可达十几兆,可以提供即时视频业务
通信的一般概念
通信的定义
①信息或其表示方式(表示媒体)的时/空转移。 ②用任何方法,通过任何媒介,由一地向另一地传递消息。
现代通信研究内容
如何将信息快速可靠地通过信道传递到接收者那里。
现代通信手段:电通信
用电信号携带所要传递的消息,经各种电信道进行传输。
通信系统的基本概念和模型
通信系统实例
实际通信系统实例 通信网实例 一次电话通信过程实例
声器” 1889年,天津电报局试办电话
天津:正宗“民族电话业”发源地
1900年,八国联军入侵重创天津电话业 1900年,南京电报局开办市内电话,只有16部电话 1924年,中国境内装设第一部自动电话交换机 1936年,中国出现载波电话 1949年,中国电话普及率仅0.05%,电话用户只有26万
WiMAX:
(Worldwide Interoperability for Microwave Access 全 球微波互联接入,IEEE802.16),主要用于宽带无线连接
两种标准在不同历史背景下开发
UMB:
CDMA2000系列标准的演进升级版本
物联网
物联网:
把任何物品与互联网相连接,进行信息交换和通信,以实现智能化识别 定位、跟踪、监控和管理的一种网络概念 是各类传感器和互联网相互衔接的一种新技术。
莫尔斯拍发的第一份电报: 上帝创造了何等奇迹!(What hath god wrought)
➢ 1899年,人们首次用莫尔斯电码报道了英吉利海峡的一次海难。 ➢ 1909年,SOS第一次使用:的的的、嗒嗒嗒、的的的 ➢ 1912年4月15日,泰坦尼克号沉入海底 ,“SOS”此后被广泛使用。
莫尔斯
莫尔斯发第一封电报的设备
3G三大标准各自的优势
WCDMA:产品终端最成熟
CDMA2000:从2G升级到3G最平滑
TD-SCDMA:智能天线
TD采用智能天线波束赋形技术,利用空间隔离进行资源复 用,为空分多址接入(SDMA,Spatial Divided Multiple Access)技术开辟了新的局面;采用SDMA接入的多个用户 可以使用完全相同的频率、时隙和码道资源,因而有效提 升了系统容量。
蜂窝网结构
•蜂窝的概念 由许多正六边形小区作为基本几 何图形覆盖整个服务区。 每个小区设置一个基站,负责 本小区移动通信的联络和控制。
LTE:
3.9G的全球标准, 3G等蜂窝技术的后继者
改进并增强了3G的空中接入技术 采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准
TD-LTE 与 FD-LTE
第一代有很多不足之处: 容量有限、制式互不兼容、保密性差、 通话质量不高、不能提供数据业务
历经三代的移动通信系统(2)
第二代:数字移动通信系统 以传输语音和低速数据为主
典型代表: 美国:CDMA 欧洲:GSM 中国:GSM+CDMA
软切换与硬切换
不足之处: 核心网是基于电路交换技术 (GPRS只是增加了一与之平行的分组交换网络) 核心业务仍然是语音业务, GSM与CDMA互不兼容 难以提供全球漫游化和移动多媒体业务
➢谁能跑得又快又远呢? ➢“电“
➢远古通信:
➢目视光通信方式:在较远的距离之间较及时地完 成信息的传递。
➢现代通信:
➢ 电信方式:
➢电信:利用电信号携带信息进行传输和交换 的通信方式。
➢通信(communication)作为电信 (Telecomunication)是从19世纪30年代开 始的。
现代通信手段
无线传感器网络:
重要性可与因特网相媲美 将极大地扩展人们与现实世界进行远程交互的能力 美国商业周刊: 21世纪最有影响的21项技术之一 MIT技术评论: 改变世界的10大技术之一
现代通信发展历史回顾
1895年 马克尼(意大利),波波 夫(俄国)发明无线电报
➢ 为人类通信技术开辟了一个 崭新的领域
➢ 马可尼(1874—1937),意大利人。 ➢ 1894年 在父亲的庄园试验 ➢ 1895年 去伦敦 ➢ 1897年 建立无线电报公司 ➢ 1899年 首次实现美法无线通信 ➢ 1939年 建立世界性无线通信网 ➢ 曾获诺贝尔奖金 ➢ 曾参加法西斯党
20世纪通信技术高速发展:
➢双绞线-同轴电缆-微波-光纤-卫星 ➢长波-中波-短波-超短波-微波-毫米波
21世纪 通信与信息 融入生活 改变生活 不可缺少
通信的发展方向:
综合化、宽带化、自动化和智能化
目标:
全球通信网络化 通信服务个人化
我国通信的发展历程
1871年,电报通信进入中国 1887年,中国自主建设第一条海底电缆 1881年,英国人在上海创设华洋德律风公司 1889年,彭名保自行设计制造出“争气电话”,取名“传
我国通信的发展历程
1978年,全国电话容量359万门,用户214万,普及率0.43% 1985年,程控交换机在上海批量组装应用 1987年, 广州开通我国第一移动电话局,首批用户700名 1989年,珠江三角洲开通移动电话自动漫游 1993年,我国第一个数字移动网在浙江嘉兴开通
此后我国电话通信进入高速发展时期 2002年,中国联通“新时空”CDMA网络开通 2002年,中国移动GPRS投入商用,中国真正迈进2.5G时代 2003年, WAPI与WiFi的战争 2009年1月7日,工信部为中国移动、中国电信和中国联通发放3张3G牌
(Wireless LAN Authentication and Privacy Infrastructure,无线局 域网鉴别和保密基础结构),中国无线局域网安全强制性标准。
无线联网技术标准之争
2003年11月,中国宣布在境内的无线局域网产品将必须采 用WAPI标准
英特尔、博通等美国公司强烈抵制,并威胁将停止在中国开 展无线业务
照,中国正式进入3G时代。
TD-SCDMA,CDMA2000,WCDMA
2010年,LTE(Long Term Evolution,长期演进) 2010年,物联网热潮席卷中国
无线联网技术标准之争
WiFi
(WirelessFidelity,无线相容性认证),正式名称:IEEE802.11b
WAPI
远古通信手段-烽火台
图1摩洛哥于国际电 信联盟成立100周年 发行的纪念邮票
图2纪念1975年世界电信日 的纪念邮票
远古通信手段-驿站
邮票上的驿站通信:
➢ 1979年5月12日希腊发行的欧罗巴邮政专题首日封
➢ 中国古代驿站
远古通信方式的弊端
➢不论是击鼓、烽火、旗语(通过各色旗子的舞动) 还是……,要实现消息的远距离传送,都需要中 继站的层层传递,消息才能到达目的地。但是, 远距离传递消息的速度和距离都很不如人意,迫 切的需要一种新的传输手段
国标准IEEE802.11i
无线联网技术标准之争
2008年4月,在ISO日内瓦会议上,中国第二次启动WAPI提案 2008年7月,在关于WAPI的特别会议上,美国改变立场,达
成了WAPI可作为独立标准推进的共识 2009年4月,中国宣布今后国内所有2G和3G手机都可以使
用WAPI技术 2009年6月,东京会议上,美国等10余个国家成员一致同意,
电报 电话 寻呼 移动电话 有线广播、无线广播 有线电视、无线电视 因特网
现代通信发展历史回顾
低级→高级 简单→复杂 数字→模拟→数字
现代通信发展历史回顾
(1)理论发展 ➢1948年,香农信息论(shannon),在理论上
为数字通信准备了条件
➢ “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》
仙童公司与TI公司间隔数月分别 发明了集成电路
1964年
Intel摩尔提出摩尔定律:预测
晶体管集成度将会每18个月增 加1倍(揭示了信息技术进步的 速度)
现代通信发展历史回顾
1969年
因特网(Internet)的前身 ARPAnet出现
70~80年代 程控数字交换机、光纤通信系统
等迅速发展
80年代后 数字通信进入全盛时期
现代通信发展历史回顾
1906年 发明电子管,进入了电子时代,
开辟了模拟通信的新纪元
二战时期 雷达出现,微波通信系统开始迅
速发展
1948年
发明晶体管,是20世纪的一项重大 发明,是微电子革命的先声
现代通信发展历史回顾
1950年 1958年
1958年
时分多路通信应用于电话
发射第一颗人造卫星,太空通 信时代到来
➢ 用数理统计的方法来研究通信系统,影响深远的信息论 ➢ 解决如何精确地传送通信符号的基本技术问题。
1937年,脉冲编码调制原理(PCM) 1969年 “分组交换”理论问世(ARPAnet)
现代通信发展历史回顾
(2)技术发展 1838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
➢ 有线电报开创了人类信息交流的新纪元。 ➢ 大西洋邮轮上思想的火花 ➢ 1843年开始,三万美金,建成了华盛顿—巴尔的摩电报线路
将WAPI推进为国际标准,从而获得打破IEEE垄断的希望
WAPI胜利? WIFI变相解禁?
历经三代的移动通信系统
第一代:模拟移动通信系统 采用FDMA技术(频分多址) 使用蜂窝网结构,是通信的一次革命, 大大提供 了系统容量 典型代表:
美国:AMPS(先进移动电话系统),使用800MHZ频段 欧洲:TACS(全向入网通信系统),使用900MHZ频段 中国:使用欧洲制式
据,……等多种多样的 消息
•狭义电信:电报、电话…… 广义电信:广播、电视系统、雷达、电 力系统的远动、光通信……
通信发展历史回顾
➢历史故事 ➢远古通信手段 ➢现代通信手段
历史故事
➢原始的通信历史故事:
➢ “烽火戏诸侯” 良夜颐宫奏管簧,无端烽火烛穹苍。 可怜列国奔驰苦,止博褒妃笑一场! ➢马拉松(Marathon)故事
现代通信发展历史回顾
1876年 贝尔发明电话(电磁感应原理
制作的送话器)
➢ 贝尔(1847-1922)
➢ 出生在苏格兰的爱丁堡
➢ 1868年 在伦敦工作
➢ 1871年 去波士顿工作
➢ 1873年 任波士顿大学
声音生理学教授
➢ 1875年 发明多路电报
➢ 1876年 发明电话
现代通信发展史的回顾 (贝尔与电话)
2004年3月,美国务卿、商务部长、贸易代表联名致信, 要求中国放弃WAPI标准,称这一标准是国际贸易的壁垒
2004年4月,中国被迫宣布延期实施WAPI标准 2004年7月,中国向ISO提交了WAPI提案,试图推进其成为
国际标准,但遭到美国方面的强烈阻挠 2006年3月,在ISO的投票中,WAPI以悬殊的得票率负于美
电报传送的是符号。人类最希望传递的是声 音
发送一份电报,得先将报文译成电码,再用 电报机发送出去;在收报一方,要经过相反的 过程,即将收到的电码译成报文,然后,送 到收报人的手里。这不仅手续麻烦,而且也 不能进行及时双向信息交流。
因此,人们开始探索一种能直接传送人类声 音的通信方式,这就是现在无人不晓的“电 话”。
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