通信的发展历程

《通信原理》课程专题报告题目：通信的发展历程项目组成员：任课教师：成绩：1一、通信的起源通信一直陪伴着人类的发展。早在远古时期，人们就通过简单的语言、手势等方式进行信息的交换。“烽火狼烟，快马加鞭。”生动地描述了中国古代的通信技术，如：烽火，飞鸽传书，邮译通信等。通信在中国的古代也流传出了很多故事如：烽火传军情，烽火戏诸侯，一骑红尘妃子笑等等。在其他国家，通信的方式亦多彩多样，如长跑，灯塔，通信塔，旗语，信猴等等。不能忘记的是马拉松也是由通信的方式转变来的。在现代社会中，交通警的指挥手语、航海中的旗语等不过是古老通信方式进一步发展的结果。这些信息传递的基本方都是依靠人的视觉与听觉。二、通信技术的革新随着人类生活及社交圈的不断扩大，视觉和听觉上的信息交换以不能满足人类的需求。因此，革新出依赖于其他方式的通信方式成为了人类发展史的重要部分。在第二次工业革命期间，电话和电报的发明开启了人类通信的新纪元，这实现了利用金属导线来传递信息。后来人类创造出了通过电磁波来进行无线通信，使神话中的“顺风耳”、“千里眼”变成了现实。从此，人类的信息传递脱离了常规的视听觉方式，用电信号作为新的载体，与此同时也进行了一系列技术革新，开始了人类通信的新时代。1、有线通信的产生与发展（举例）在第二次工业革命期间，电话和电报的发明开启了人类通信的新纪元，这实现了利用金属导线来传递信息。（1）1837年，美国人塞缪乐.莫乐斯（SamuelMorse）成功地研制出世界上第一台电磁式电报机，实现了长途电报通信。图2.1（2）1875年，苏格兰青年亚历山大.贝尔（A.G.Bell）发明了世界上第一2台电话机。图2.2电话机的发展图2.3电报机的演变图2.42、无线通信的发展1864年，英国物理学家麦克斯韦（J.c.Maxwel）建立了一套电磁理论，预言了电磁波的存在。1888年，德国青年物理学家海因里斯.赫兹（H.R.Hertz）用电波环进行了一系列实验，发现了电磁波的存在，导致了无线电的诞生和电子技术的发展。31924年第一条短波通信线路在瑙恩和布宜诺斯艾利斯之间建立。1933年法国人克拉维尔建立了英法之间和第一第商用微波无线电线路，推动了无线电技术的进一步发展。从此以后无线通信不断发展，最终到了今天，让我们一起关注通信的发展。三、通信的发展1、第一代移动通信1.1概念第一代移动通信技术（1G）是指最初的模拟、仅限语音的蜂窝电话标准，制定于上世纪80年代。第一代移动通信系统的典型代表是美国的AMPS系统（先进移动电话系统）和后来的改进型系统TACS系统（全入网通信系统），以及瑞典，挪威和丹麦的NMT(北欧移动电话)和NTT(日本电信电话株式会社)等。1.2利用技术及特点第一代移动通信主要采用的是模拟技术和频分多址FDMA技术。FDMA是数据通信中的一种技术，即不同的用户分配在时隙相同而频率不同的信道上。按照这种技术，把在频分多路传输系统中集中控制的频段根据要求分配给用户。同固定分配系统相比，频分多址使通道容量可根据要求动态地进行交换。此系统是使用单个大功率的发射机和高塔，覆盖地区超过50km，仅能以半双工模式提供语音服务，使用120kHz带宽。由于模拟系统的系统容量小，还有FDMA技术在信道之间必须有警界波段来使站点之间相互分开，这样在警界波段就会成很大的带宽浪费。而且，模拟系统的安全性能很差，任何有全波段无线电接收机的人都可以收听到一个单元里的所有通话。另外，此技术对天线和基站的破坏也很严重。因此模拟系统主要以语音业务为主，基本上很难开展数据业务。1.3缺点众所周知,传输和处理模拟信号的系统称为模拟通信系统,而传输和处理数字信号的系统称为数字通信系统。目前,实际中应用的移动通信,大多属于数字通信。因为模拟移动通信系统投入运行以来,其用户虽迅速增长,但对经济发达国家和地区,存在很多不足之处,这主要表现在以下几点:4(1)模拟移动通信系统制式复杂,不易实现国际漫游。(2)模拟移动通信系统不能提供综合业务数字网(ISDN)业务,而通信网的发展趋势最终将向ISDN过渡。因此随着非话业务的发展,综合业务数字网逐步投入使用,对移动通信领域数字化要求越来越迫切。(3)模拟移动通信系统设备价钱高,手机体积大,电池充电后有效工作时间短,目前只能持续工作8小时,给用户带来不便。(4)模拟移动通信系统用户容量受限制,在人口密度很大的城市,系统扩容困难.图3.12、第二代移动通信2.1概念由于模拟移动通信所带来的局限性，从20世纪80年代中期到21世纪初，数字移动通信系统得到了大规模应用，其代表技术是欧洲的GSM，也就是通常所说的第二代移动通信技术（2G）。GSM是由欧洲电信标准组织ETSI制订的一个数字移动通信标准。它的空中接口采用时分多址技术.自90年代中期投入商用以来，被全球超过100个国家采用。GSM标准的设备占据当前全球蜂窝移动通信设备市场80%以上。2.2系统组成GSM被分成三个子系统：网络交换子系统；基站子系统；网络管理子系统。其中网络管理子系统又叫操作与维护中心。网络子系统NSS是整个GSM系统的核心。它对GSM移动用户之间及移动用户与其它通信网用户之间通信起着交换连接与管理的功能。基站子系统BSS是GSM系统中与无线蜂窝方面关系最直接的基本组成部分，它通过无线接口直接与移动台相连负责无线信息的发送接收，无线资源管理及功率控制等，同时它与NSS5相连实现移动用户间或移动用户与固定网络用户之间的通信连接，传送系统信息和用户信息等。网络管理子系统NMS负责NSS和BSS系统的维护管理工作。2.3GPRSGPRS是在第二代无线通信系统GSM基础上发展起来的，将GSM网络为数据流的传输增加了支持分组交换的网络系统设备，第三代无线通信系统将会在GPRS的基础上进行更进一步的技术进步与发展，为网络全面支持高速、宽带的多媒体数据传输。也就是说，GPRS是介于第二代和第三代之间的一种网络技术，也就是一般称为的2.5代。GPRS，通用无线分组业务，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。通俗地讲，GPRS是一项高速数据处理的技术，方法是以分组的形式传送资料到用户手上由于使用了分组的技术，用户上网可以免受断线的痛苦。此外，使用GPRS上网的方法与WAP并不同，用WAP上网就如在家中上网，先拨号连接，而上网后便不能同时使用该电话线，但GPRS就较为优越，下载资料和通话是可以同时进行的。从技术上来说，声音的传送(即通话)继续使用GSM，而数据的传送便可使用GPRS，这样的话，就把移动电话的应用提升到一个更高的层次。而且发展GPRS技术也十分经济，因为只须沿用现有的GSM网络来发展即可。GPRS的用途十分广泛，包括通过手机发送及接收电子邮件，在互联网上浏览等。图3.263、第三代移动通信系统3、1概念第三代移动通信技术，简称3G，中文含义就是指第三代数字通信。第三代与前两代的主要区别是在传输声音和数据的速度上的提升，它能够要能在全球范围内更好地实现无缝漫游，并处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务，同时也要考虑与已有第二代系统的良好兼容性。3、2技术及特点目前国际电联接受的3G标准主要有WCDMA（日本和欧洲）、CDMA2000（美国）与TD-SCDMA（中国）WiMAX四种。CDMA是第三代移动通信系统的技术基础。与1G、2G相比，CDMA系统以其频率规划简单、系统容量大、频率复用系数高、抗多径能力强、通信质量好、软容量、软切换等特点显示出巨大的发展潜力。3、3第三代移动通信的基本特征：（1）具有全球范围设计的，与固定网络业务及用户互连，无线接口的类型尽可能少和高度兼容性；（2）具有与固定通信网络相比拟的高话音质量和高安全性；（3）具有在本地采用2Mb/s高速率接入和在广域网采用384kb/s接入速率的数据率分段使用功能；（4）具有在2GHz左右的高效频谱利用率，且能最大程度地利用有限带宽；（5）移动终端可连接地面网和卫星网，可移动使用和固定使用，可与卫星业务共存和互连；（6）能够处理包括国际互联网和视频会议、高数据率通信和非对称数据传输的分组和电路交换业务；（7）支持分层小区结构，也支持包括用户向不同地点通信时浏览国际互联网的多种同步连接；3、3四个国际标准（1）W-CDMA7图3.3W-CDMA是基于GSM网发展出来的3G技术规范，是欧洲提出的宽带CDMA技术，它与日本提出的宽带CDMA技术基本相同，目前正在进一步融合。该标准提出了GSM（2G）—GPRS—EDGE—WCDMA（3G）的演进策略。GPRS与EDGE两种技术被称为2.5代移动通信技术。目前中国移动正在采用这一方案向3G过渡，并已将原有的GSM网络级为GPRS网络。（2）.CDMA2000图3.4CDMA2000是由窄带CDMA（CDMAIS95）技术发展而来的宽带CDMA技术，由美国主推，该标准提出了从CDMAIS95（2G）—CDMA20001x—CDMA20003x（3G）的演进策略。CDMA20001x被称为2.5代移动通信技术。CDMA20003x与CDMA20001x的主要区别在于应用了多路载波技术，通过采用三载波使带宽提高。目前中国联通正在采用这一方案向3G过渡，并已建成了CDMAIS95网络（3）.TD-SCDMA8图3.5TD-SCDMA是由我国大唐电信公司提出的3G标准，该标准提出不经过2.5代的中间环节，直接向3G过渡，非常适用于GSM系统向3G升级。但目前大唐电信公司还没有基于这一标准的可供商用的产品推出。（4）.WiMAX图3.6WiMax即全球微波互联接入。WiMAX也叫802·16无线城域网或802.16。WiMAX是一项新兴的宽带无线接入技术，能提供面向互联网的高速连接，数据传输距离最远可达50km。WiMAX还具有QoS保障、传输速率高、业务丰富多样等优点。4、LTE4.1概念LTE(长期演进)项目是3G的演进，始于2004年3GPP的多伦多会议。LTE并非人们普遍误解的4G技术，而是3G与4G技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准,它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络9演进的唯一标准。在20MHz频谱带宽下能够提供下行326Mbit/s与上行86Mbit/s的峰值速率。改善了小区边缘用户的性能，提高小区容量和降低系统延迟。4.2特点图3.7(1)通信速率有了提高，下行峰值速率为100Mbps、上行为50Mbps。(2)提高了频谱效率，下行链路5(bit/s)/Hz，(3--4倍于R6版本的HSDPA);上行链路2.5(bit/s)/Hz，是R6版本HSU-PA的2--3倍。(3)以分组域业务为主要目标，系统在整体架构上将基于分组交换。(4)QoS保证，通过系统设计和严格的QoS机制，保证实时业务(如VoIP)的服务质量。(5)系统部署灵活，能够支持1.25MHz-20MHz间的多种系统带宽，并支持“paired”和“unpaired”的频谱分配。保证了将来在系统部署上的灵活性。(6)降低无线网络时延：子帧长度0.5ms和0.675ms，解决了向下兼容的问题并降低了网络时延，时延可达U-plan5ms，C-plan100ms。5、第四代移动通信系统5、1概念：4G的概念可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mb/s的数据传输能力。它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。第四代移动通信标准比第三代标准具有更多的功能。第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。此外，第四代移动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽带接入IP系统。5、2特征：（一）通信速度更快由于人们研究4G通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问Internet的速率，因此4G通信的特征莫过于它