【大學課件】通信工程專業(yè)導論-第二講PPT-PPT精品文檔

1、通信工程專業(yè)導論1docin/sundae_meng提綱 關(guān)于通信：從認知開始 通信發(fā)展歷史及趨勢（續(xù)）：歷史照亮未來 科研機構(gòu)和學術(shù)團體：成就與責任同在2docin/sundae_meng衛(wèi)星通信 概念的產(chǎn)生時間1945年10月；人物英國物理學家、 空軍雷達軍官克拉克；克拉克設(shè)想把中繼站用火箭發(fā)射到赤道上空的靜止軌道上，每隔120度設(shè)一個靜止衛(wèi)星，這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離通信，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)全球通信。3docin/sundae_meng衛(wèi)星通信 克拉克設(shè)想，把中繼站用火箭發(fā)射到赤道上空的靜止軌道上，每隔120度設(shè)一個靜止衛(wèi)星，這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)遠距離通信，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)全球通信。4docin/s

2、undae_meng衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信原理示意圖5docin/sundae_meng衛(wèi)星通信 誕生：1957年人類第一顆人造衛(wèi)星上天。第一代：1965年第一顆地球同步衛(wèi)星“藍鳥1號”發(fā)射成功，開創(chuàng)了衛(wèi)星通信的新紀元。第二代：國際海事衛(wèi)星（七十年代）第三代：VSAT（八十年代）第四代：移動衛(wèi)星通信（九十年代）6docin/sundae_meng衛(wèi)星通信 1982年 國際海事通信組織開通由四顆地球同步 衛(wèi)星組成的INMARSAT系統(tǒng)，實現(xiàn)全球移 動通信。2019年 中、低軌道的衛(wèi)星系統(tǒng)得以研究成功并 陸續(xù)開通，其中有 美國Motorala公司的銥星(Iridium)系統(tǒng) 美國LORAL公司的全球星

3、(Global Star)系統(tǒng) 國際海事通信組織的ICO系統(tǒng)2019年 國際衛(wèi)星組織發(fā)射電視直播衛(wèi)星、應用 于高速信息公路。7docin/sundae_meng銥星系統(tǒng)是美國摩托羅拉公司設(shè)計的全球移動通信系統(tǒng)。它的天上部分是運行在7條軌道上的衛(wèi)星，每條軌道上均勻分布著11顆衛(wèi)星，組成一個完整的星座。它們就像化學元素銥(Ir)原子核外的77個電子圍繞其運轉(zhuǎn)一樣，因此被稱為銥星。后來經(jīng)過計算證實，6條軌道就夠了，于是，衛(wèi)星總數(shù)減少到66顆，但仍習慣稱為銥星。銥星計劃 8docin/sundae_meng銥星系統(tǒng)的兩大優(yōu)勢： 軌道低，傳輸速度快，信息損耗小，通信質(zhì)量大 大提高；不需要專門的地面接收站

4、，每部衛(wèi)星移動手持電話都可以與衛(wèi)星連接，這就使地球上人跡罕至的不毛之地、通信落后的邊遠地區(qū)、自然災害現(xiàn)場的通信都變得暢通無阻。銥星計劃 所以說，銥星移動通信系統(tǒng)計劃開始了個人衛(wèi)星通信的新時代！9docin/sundae_meng銥星隕落銥星計劃 2019年11月1日正式將銥星系統(tǒng)投入使用； 然而，由于由于無法形成穩(wěn)定的客戶群，使銥星公司 虧損巨大，連借款利息都償還不起，摩托羅拉公司不 得不將曾一度輝煌的銥星公司申請破產(chǎn)保護； 2019年3月18日，銥星公司正式宣布破產(chǎn)。從正式宣 布投入使用到終止使用不足半年時間。昨夜星光燦爛， 而今化做一道美麗的流星； 銥星在2019年接受新注資后起死回生，美

5、國軍方是他 主要客戶。10docin/sundae_meng我國衛(wèi)星通信的發(fā)展初次應用： 1972年，尼克松 訪華時租用國際 通信衛(wèi)星向全球 轉(zhuǎn)播。初次發(fā)射： 1970年4月24日（DFH1）第一顆實驗靜止衛(wèi)星： 1984年，我國第一顆實驗靜止衛(wèi)星發(fā) 射成功（DFH2）11docin/sundae_meng移動通信就是通信雙方至少有一方在運動狀態(tài)中進行信 息交換。它包括移動用戶之間的通信，固定用戶與移動 用戶的通信。衛(wèi)星宏蜂窩微蜂窩微微蜂窩移動通信 12docin/sundae_meng 現(xiàn)代移動通信技術(shù)的發(fā)展始于本世紀20年代，大致經(jīng)歷了五個發(fā)展階段。移動通信 13docin/sundae_

6、meng移動通信 第一階段從上世紀20年代至40年代，為早期發(fā)展階段。 美國底特律市警察使用的車載無線電系統(tǒng)。該系統(tǒng) 工作頻率為2MHz，到40年代提高到3040MHz。 特點是專用系統(tǒng)開發(fā)，工作頻率較低。 第二階段從40年代中期至60年代初期公用移動通信業(yè) 務開始問世。 根據(jù)美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)的計劃，貝爾系統(tǒng)在 圣路易斯城建立了世界上第一個公用汽車電話網(wǎng)，稱 為“城市系統(tǒng)”。 這一階段的特點是從專用移動網(wǎng)向公用移動網(wǎng)過渡， 接續(xù)方式為人工，網(wǎng)絡(luò)容量較小。14docin/sundae_meng第三階段從60年代中期至70年代中期。 美國推出了改進型移動電話系統(tǒng)(1MTS)，使用150

7、MHz 和450MHz頻段，采用大區(qū)制、中小容量，實現(xiàn)了無線 頻道自動選擇并能夠自動接續(xù)到公用電話網(wǎng)。移動通信 第四階段從70年代中期至80年代中期。 這是移動通信蓬勃發(fā)展時期。1978年底，美國貝爾實 驗室研制成功先進移動電話系統(tǒng)(AMPS)，建成了蜂窩 狀移動通信網(wǎng)。1983年，首次在芝加哥投入商用。 日本，英國，瑞典等國也各自開發(fā)了自己的系統(tǒng)。 這一階段的特點是蜂窩狀移動通信網(wǎng)成為實用系統(tǒng)， 并在世界各地迅速發(fā)展。15docin/sundae_meng第五階段從80年代中期開始。這是數(shù)字移動通信系統(tǒng)發(fā) 展和成熟時期。 模擬蜂窩網(wǎng)雖然取得了很大成功，但也暴露了一些問 題。例如，頻譜利用率低

8、，業(yè)務種類受限制等，最主 要的問題是其容量已不能滿足日益增長的用戶需求。 數(shù)字無線傳輸?shù)念l譜利用率高，可大大提高系統(tǒng)容量。 另外，數(shù)字網(wǎng)能提供語音、數(shù)據(jù)多種業(yè)務服務，并與 ISDN等兼容。 80年代中期，歐洲首先推出了泛歐數(shù)字移動通信網(wǎng) (GSM)的體系。隨后，美國和日本也制定了各自的數(shù)字 移動通信體制。泛歐網(wǎng)GSM已于1991年7月開始投入商 用，數(shù)字蜂窩移動通信已經(jīng)成為陸地公用移動通信的 主要系統(tǒng)。 移動通信 16docin/sundae_meng含義：每個用戶占用一個頻率用戶識別：頻道號特點：簡單，容易實現(xiàn)，適用于模擬和數(shù)字信號以頻率復用為基礎(chǔ)，以頻帶劃分各種小區(qū)需要嚴格的頻率規(guī)劃，是頻

9、率受限和干擾受限系統(tǒng)以頻道區(qū)分用戶地址，一個頻道傳輸一路模擬/數(shù)字話路對功控的要求不嚴，硬件設(shè)備取決于頻率規(guī)劃和頻道設(shè)置基站由多部不同載波頻率的發(fā)射機同時工作不適宜大容量系統(tǒng)使用應用：模擬/數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)17頻分多址（FDMA）技術(shù)PowerFrequencyTimeFDMAdocin/sundae_meng歷史回顧：1992年，第一個數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)歐洲的GSM（Global System for Mobile Communication）網(wǎng)絡(luò)在歐洲開始鋪設(shè)，由于其優(yōu)越的性能，在全球范圍內(nèi)以驚人的速度得以擴張，目前已是全球最大的蜂窩通信系統(tǒng)。1993年，中國的第一個全數(shù)字移動電話G

10、SM系統(tǒng)建成開通，之后中國電信和中國聯(lián)通都采用了GSM。主要特點：微蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu)數(shù)字化技術(shù)-語音信號數(shù)字化新的調(diào)制方式-GMSK、QPSK等FDMA/TDMA頻譜利用率高，系統(tǒng)容量大便于實現(xiàn)通信安全保密18第二代數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)-GSMdocin/sundae_meng19時分多址（TDMA）技術(shù)含義：每個用戶占用一個時隙用戶識別：時隙特點：以頻率復用為基礎(chǔ)，小區(qū)內(nèi)以時隙區(qū)分用戶每個時隙傳輸一路數(shù)字信號，軟件對時隙動態(tài)配置系統(tǒng)要求嚴格的系統(tǒng)定時同步對功控的要求不嚴是時隙受限和干擾受限系統(tǒng)TDD模式下，上下型信道信息可以共享應用：GSM系統(tǒng)FrequencyPowerTimeFDMA/TDM

11、Adocin/sundae_meng20碼分多址（CDMA）技術(shù)FrequencyCDMAPowerTime含義：每個用戶使用一個碼型，頻率/時間共享用戶識別：碼型特點：每個基站只需一個射頻系統(tǒng)每個碼傳輸一路數(shù)字信號每個用戶共享時間和頻率是一個多址干擾受限系統(tǒng)需要嚴格的功率控制需要定時同步軟容量、軟切換，系統(tǒng)容量大抗衰落、抗多徑能力強應用：IS-95 CDMA系統(tǒng)、cdma2000系統(tǒng)、WCDMA系統(tǒng)docin/sundae_meng移動通信 21docin/sundae_meng移動通信 22 A/D接入方式 典型代表第一代（1G）模擬蜂窩系統(tǒng) FDMA美國AMPS系統(tǒng)，歐洲TACS系統(tǒng)第二

12、代（2G）數(shù)字蜂窩系統(tǒng) TDMAGSM系統(tǒng) CDMAN-CDMA系統(tǒng) 目標典型代表過渡代（2.5G）高速傳輸GPRS, CDMA20001X系統(tǒng)第三代（3G）全球漫游，高質(zhì)量多媒體業(yè)務，系統(tǒng)容量、管理能力、保密性和服務質(zhì)量均有很大改善歐洲WCDMA系統(tǒng)，北美CDMA2000系統(tǒng)，中國TD-SCDMA系統(tǒng)第四代（4G）高速率，各種數(shù)據(jù)話音業(yè)務，全IP，多協(xié)議，新技術(shù)LTE-Adocin/sundae_meng第一代移動通信系統(tǒng)系統(tǒng)誕生：1978年以后，美國、日本、瑞典等國利用這一技術(shù)先后開通了大容量小區(qū)蜂窩移動電話試驗系統(tǒng)。復用技術(shù)：它們的工作頻段各不相同，最早的蜂窩移動通信是頻分復用多址技術(shù)F

13、DMA。主要缺點： 保密性差，頻率資源有些浪費，標準不統(tǒng)一而無法實現(xiàn)不同地區(qū)的漫游。23docin/sundae_mengGSM系統(tǒng)： Global System of Mobile，1990年復用方式： 時分多址復用TDMA；開放性標準： 沒有設(shè)立專利障礙； 100多個國家采用、能夠國際漫游。我國概況： 第一個GSM系統(tǒng)建于1993年第二代移動通信系統(tǒng)24docin/sundae_meng窄帶CDMA： 美國高通公司是將CDMA技術(shù)民用化的創(chuàng)始者。 由高通公司制訂的IS95窄帶CDMA被認定為國際上 第一個CDMA的使用標準。CDMA的優(yōu)點： 頻譜效率高（GSM的34倍）； 話音質(zhì)量好； 掉

14、話率低； 基站覆蓋面廣等優(yōu)點； 保密性好；第三代移動通信系統(tǒng)25docin/sundae_meng第三代移動通信3G： 數(shù)字信令，結(jié)合移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)； 業(yè)務具有全球性，可以實現(xiàn)全球無縫漫游； 支持高質(zhì)量的多媒體業(yè)務，支持服務等級； 以數(shù)據(jù)通信為主，兼容第二代； 傳輸速率：144Kb/s、384Kb/s、2Mb/s。第三代移動通信系統(tǒng)26docin/sundae_meng我國的3G發(fā)展概況 TD-SCDMA 中國移動 用戶4.5億WCDMA 中國聯(lián)通 用戶1.3億CDMA2000 中國電信 收購聯(lián)通C網(wǎng) 用戶2797萬 固網(wǎng)用戶 2.1億27docin/sundae_meng28Enhance

15、d 3GE3GShort Term Evolution：可以保持24年的競爭力3GPP R5：HSDPA、IP RANR6：HSUPA、MBMS、IMS、WiFi（UMA）R7：HSPA+、研究MIMO和OFDM3GPP2 EV-DO Release AEV-DO Release B 3X、6X、9X （多載波）Long Term Evolution：可以保持4年以上的競爭力3GPP LTE：革命！3GPP2 UMB：革命！docin/sundae_meng29TD-SCDMA后續(xù)發(fā)展與標準化293GIMT-Advanced4G1G2G低中高AMPSTACSGSMcdmaOneWCDMAcdm

16、a2000TD-SCDMAE3GLTEAIEWLAN數(shù)據(jù)速率200kbps300kbps-10Mbps10kbps100Mbps100M-1Gbps802.11/WiFiBWA802.16/WiMAX3G+HSDPAHSUPA1xEV-DO1xEV-DV移動性201920192019200020191985時間MBWA802.20docin/sundae_meng因特網(wǎng)的發(fā)展 1958年：艾森豪威爾總統(tǒng)意識到成立“美國國防部高級 研究計劃署”(ARPA)的必要性，以保持美國在 技術(shù)前沿位置1962年：克列因若克(Leonard Kleinrock)發(fā)明束交換技術(shù)1963年：先進研究工程局計算機

17、研究組組長利克萊德爾(JCR Licklider)提出全球網(wǎng)絡(luò)設(shè)想1967年：羅伯特(Larry Roberts)發(fā)表論文，提出建立ARPA 網(wǎng)的建議1968年：美國國防部開始開發(fā)ARPANET1969年：ARPANET在加州大學公諸于眾1972年：湯姆林森(Ray Tomlinson)推出電子郵件30docin/sundae_meng因特網(wǎng)的發(fā)展 列奧納德克萊因饒克（Leonard Kleinrock，1934-）勞瑞羅伯茨（Lawrence G. Roberts，1937-） 溫頓瑟夫（Vinton G. Cerf，1943-） 羅伯特卡恩（Robert E. Kahn，1938-） 四位

18、網(wǎng)絡(luò)之父31docin/sundae_meng因特網(wǎng)的發(fā)展 1988年：時為田納西州參議員的戈爾(Albert Gore)提出建立 國家科研與教育網(wǎng)，為科技界和學校提供高級計算 設(shè)施1991年：明尼蘇達大學推出“明州居民”文獻檢索系統(tǒng)1992年：全球萬維網(wǎng)(WWW)誕生，由迪姆伯奈斯李(Tim Berners Lee)推出，互聯(lián)網(wǎng)首次播出音頻和視頻1993年：互聯(lián)網(wǎng)瀏覽器MOSAIC由伊利諾斯大學的安德里森推出1994年：“真音頻”Real Audio進入互聯(lián)網(wǎng)，它使人能夠聽 到近乎實時的廣播。香港電臺(Radio HK)每天24 小時只在互聯(lián)網(wǎng)廣播的第一個無線電臺開始廣播2019年：2019年的電信條約取消了對數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)南拗?019年：互聯(lián)網(wǎng)擁有1.5億用戶，8億多個網(wǎng)頁可以訪問 32docin/sundae_meng通信技術(shù)的發(fā)展趨勢融合化是通信技術(shù)發(fā)展的主旋律寬帶化是通信技術(shù)發(fā)展大趨勢泛在化是通信技術(shù)發(fā)展重要方向綠色化是通信技術(shù)發(fā)展可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)33docin/sundae_meng通信技術(shù)的發(fā)展趨勢融合化 當前，信息與通信的融合已經(jīng)發(fā)生并將繼續(xù)快速發(fā)展，融合正成為信