现代数字调制技术最新进展

• 1984美国 AT&T分裂： 1) AT&T 长话公司及 23家 Bell营运公司(BOCs) 2-
电信技术发展历史
• 1984 国际标准化组织CCITT着手进行ISDN标 准的制定
• 1985 BellCore, the RBOCs 进行(SONET)标 准制定
• 80年代中期 565-Mbps光纤在公用交换网中换 网中运用 • 1986年低耗光纤损耗达到 0.154 dB/km, 接 近0.13 dB/km 的硅质极限 • 80年代未低速语音编码技术迅速发展
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电信技术发展历史
• 1993采用多音技术设计出ADSL传输路由 • 1994德国的E-Netz网络采用GSM技术在 1800MHz频段上以小蜂窝方式使用 • 1997无线局域网标准IEEE802.11制定
• 1998 Sprint Corp 宣布同时在电话线中支持话音、 数据、图像技术 • 1998 Ericsson, IBM, Intel, Nokia, and Toshiba宣布进行Bluetooth技术相关的设备开发
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电信技术发展历史
• 1927 第一个无线电报业务在英国与美国进行 • 1939 提出PCM，其是数字话音通信的奠基石
• 1940‘s 纵横制交换机在美国流行
• 1946 无线汽车电话在 St. Louis试用 • 1946通过FDM技术为在3对同轴电缆支持了 1800话路的 L1-载波系统开始运行
• 开始无线接入协议的研究WAP (Wireless Application Protocol)
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电信技术发展历史
• 2000年 GSM 开始提供高速数据：HSCSD offers up to 57,6kbit/s；GPRS试验开始传 输50 kbit/s的分组数据 • 2001开始 3G系统研究Cdma2000 in Korea, UMTS in Europe, Foma (almost UMTS) in Japan
4G – fourth generation: when and how?
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通信系统目前研究的主要领域
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三、数字调制技术的最新进展
数字调制技术的发展
• 数字调制技术发展历史 • 数字调制技术分类
• 设计目标
• 各种调制技术
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一、数字调制技术发展历史
• 50年代末出现了FSK与二相相移键控(BPSK)技术。 • 60年代为提高信道频带利用率，提出了四相相移键 控(QPSK)：在码元转点存在90度与180度的相位突 跳，使得频谱高频滚降性能差，带外辐射大；
• 1964 国际电信联盟ITU-T‘s提出全球电话编号 标准 E.163
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电信技术发展历史
• 1968 CCITT (现在的ITU-T)定义了第一个传真 机标准："Group 1"
• 1968 DARPANET委托BBN (Bolt, Beranak, and Newman)开发设计 ARPANET
199x: proprietary 1997: IEEE 802.11 1999: 802.11b, Bluetooth 2000: IEEE 802.11a
1994: DCS 1800
analogue digital
2000: GPRS
2001: IMT-2000 200?: Fourth Generation (Internet based)
• 1950‘s 第一个paging系统设立
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电信技术发展历史
• 1950‘s美国电话电报公司（AT&T）采用FSK技 术开发出 300-bps调制解调器 (Bell 103)和 1200-bps modem (Bell 202) • 1960‘s 开发出the Improved Mobile Telephone System (IMTS)，其具有双工功能， 同时容纳更多有用户，提供更大的功率
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电信技术发展历史
• 1878 Bell成立了Bell Telephone Company并在 New Haven成立了第一个交换局。
• 1878 Thomas Watson 申请了电话振铃器专利
• 1881 Bell公司一员工发明了二线本地环路 • 1887 Hertz用人工方法产生了电磁波 • 1887 Charles Vernon Boys 提出了通过玻璃纤 线传输光
电信技术发展历史
• 瑞典等北欧四国于1980年开发出NMT—450移 动通信网，频段为450MHz。 • 1983北美AMPS (Advanced Mobile Phone System, analog) 投入运营
• 1983 作为 ARPANET 网络的传输协议TCP/IP 提出 • 1984欧洲的CT-1无线电话开通
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电信技术发展历史
历史发展特点: • 交换网络技术促进了电信网的飞速发展
• 标准化工作为全球设备互连互通提供前提
• 光纤通信为信息化提供了高速路由 • 调制技术与语音编码技术的发展引发的移动通 信上的革命 • 数据网络技术飞速发展 • 信息处理技术水平获得极大提高
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二、需求选择了数据通信
现代通信系统对信息的处理方式
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电信技术发展历史
• 1890 具有本地二线有线用户＋端局交换＋长途传 输线路＋长话局的信网诞生
• 1892 Almon B. Strowger发明并安装了第一个自 动交换机 (原因：他的竞争对手的夫人是接线员)
• 1896 Guglielmo Marconi 开发出第一个无线电 报以系统 • 1926第一个纵横制交换机在设计完成
卫星通信
1982: InmarsatA
无绳电话
1980: CT0 1984: CT1 1987: CT1+ 1989: CT 2 1991: DECT
无线局域 网
1986: NMT 900
1988: InmarsatC
1992: GSM
1991: CDMA
1991: D-AMPS
1993: PDC
1992: Inmarsat-B Inmarsat-M 1998: Iridium
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一、数字调制技术发展历史
• 到60年代末提出交错正交相移键控 (OQPSK)：它克服了180度相位突跳的问 题，在码元转换点上仍可能有90度的相位 突跳；
• 70年代初提出的最小频移键控(MSK)：相 邻码元之间的相位变化不再有突变，而应 该在一个码元时间内逐渐累积末完成；
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一、数字调制技术发展历史
成本 环境适应性
功率有效性
带宽有效性
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各种调制技术
1、模拟调制方式：AM、FM
• 简单、在传输过程中具有噪声积累，多用 户复用性能差、不灵活。
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2、数字调制框图
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3、频移键控FSK
• 最简单、原始的调制方式。通过传号与空号 对应不同的频率来实现对码流信号的传输
• FSK信号检测简单，传输速率低。在数据通 信业务的初期在电话MODEM中、HF信道 中获得了广泛应用
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电信技术发展历史
• 1998开始制定GSM 下一代移动通信标准 UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) • 1999 提出了无线局域肉标准802.11b（ 2.42.5GHz, 11Mbit/s）
–蓝芽技术开始运用（2.4Ghz, <1Mbit/s）
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3、频移键控FSK
计算机 Digital data FSK modem (Originate) Dial up phone line f1 = 2225Hz f2 = 2025Hz
PSTN
计算机
FSK modem (Answer)
f1 = 1270Hz f2 = 1070Hz
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电信技术发展历史
• 1989 CCITT提出了 SONET 标准 G.707, G.708, G.709
• 1990 Motorola申请发射77颗 (后修改为66颗) 低轨卫星通信系统Iridium System
• 1991对DECT标准开始制定 • 1992 1百万主机接入Internet网 • 1992开始 GSM 移动网络的使用（900MHz, 124 channels） • 1993 Internet 传输协议版本4 (IPv4)提出
现代无线数字调制技术
报告人：陈建华 副 教 授
中国人民解放军理工大学通信工程学院 全 军 卫 星 重 点 实 验 室
报 告
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内 容
电信技术发展历史 需求选择了数据通信 数字调制技术的最新进展 现代数字调技术的发展展望
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一、电信技术发展历史
电信技术发展历史
• 1830‘s Gauss与Weber 共同开发出第一台小规 模的电报系统：telegraph system (tele=distant, graph=writing) • 1840 Samuel Morse设计出实用的电报系统 • 1844 Morse 设计出在 Washington, DC, 与 Baltimore之间达40-mile 电报线路 • 1876 Bell and Thomas A. Watson申请了电话 专利 telephone (tele=distant, phone=voice).
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电信技术发展历史
• 1948 Shannon发表了划时代意义的两篇学术论文， 其为数字压缩及信道编码提供了理论指导。
• 1950 支持2400电路的TD-2微波通信系统装机运 行
• 1956第一个穿越大西洋的电话电缆辅设完成 • 1950‘s 具有“push-to-talk”移动电话系统在 出租车、警察部门开始使用
信息贮存
信息表示
信息传输
信息加工
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无线数字通信系统的基本组成及其功能
信
源 信
信 源 编 码
信 源 译 码
加
密 解
信 道 编 码
信 道 译 码
数 字 调 制
数 字 解 调
发 送 设 备
接 收 设 备
信 道
噪声
宿
密
同步设备
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无线通信技术近代发展总结
蜂窝电话
1981: NMT 450 1983: AMPS
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二、数字调制的分类：按频带有效性分类
• 低频带利用率：ASK、FSK、BPSK • 中等频带利用率：QPSK、GMSK、 /4- DQPSK
• 高频带利用率：QAM、MC、MT、OFDM
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三、数字调制解调器设计的目标
• 在保证业务所要求的一定误码率和情况下：（1） 功率有效性；（2）频带有效性；（3）对环境 的适应性；（4）成本 • 不同的应用系统对这四方面要求不尽一致
• 1975年：SFSK、SFOQ； • 1977年：TFM
• 1979：GMSK、IJF—OQPSK、PR-ISF OQPSK、XPSK • 近20年：QAM、CDMA、OFDM、MCM 等调制技术
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二、数字调制的分类：按包络的特性分类
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二、数字调制的分类：按抗衰落性能分类
• 无抗衰落性能：ASK、BPSK、QPSK、QAM、 OQPSK • 具有一般性的抗衰落性能：FSK、DBPSK、DQPSK、 /4- DQPSK • 具有很强的抗衰落性能：DS／CDMA、FH／CDMA、 MC、MT、OFDM
• 1960‘s AT&T采用QPSK调制方式设计出能支持 2400-bps 有调制解调器 (Bell 201)
• 1962第一个通信卫星 Telstar发射入轨
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电信技术发展历史
• 1962半导体激光器发明 • 1963标准ASCII标准提出
• 1964 国际卫星组织(INTELSAT) 建立，并在 1965成功发射第一颗 Early Bird 静止通信卫星
• 1960年代后期采用8PSK技术设计的4800 bps 及采用QAM技术设计的9600 bps MODEM设 备问世
• 1970 低损耗光纤（20 dB/km）研制成功
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电信技术发展历史
• 1970‘s分组交换技术及 X.25 标准的出现 • 1976 Robert Metcalf 提出Ethernet技术及 1-Mbps to 10-Mbps的IEEE 802.3 标准的提 出 • 1977 Bell实验室采用蜂窝技术设计出模拟 AMPS移动通信系统 • 1978 通过10对同轴电缆支持132,000 电路的 L5E-载波系统投入运行 • 1979 NMT at 450MHz (Scandinavian countries) • 1982开始GSM标准的制定 2-