信息传输技术的最新进展与应用展望

信息传输技术的最新进展与应用展望测通所赵宗印2主要内容引言1发展背景2最新技术进展33应用展望443一、引言1.1信息传输的概念什么是信息？这是一个很难定义的概念。人人都知道，但却很难说清楚。其特征是：抽象出来的客观事物的属性，是一种客观存在，但不是物质也不是能量。能够被人的感觉器官直接或间接感知，并能被人的大脑记忆、理解和处理。信息的价值体现在由“不知道”变成“知道”后的结果上。具有多种呈现（表现）形式。声音、图像、文字、符号、数据等都是信息的呈现形式即信息载体或者说媒体。严格来说，这些都不是信息本身，但因信息本身难以捉摸，因此常将信息媒体作为信息分类的依据。4一、引言什么是信息传输？广义上的信息传输，泛指利用任意手段将信息从一个地方传送到另外一个地方或多个地方。比如古代的烽火台，战鼓等；一直延续到现在的信件邮寄。现代意义上的信息传输特指信息调制到电、光信号上，通过无线、有线信道，从一个地方传送到另外一个或多个地方。信息传输不包括信息呈现。包括信息呈现的信息传输就是通信。在信息数字化之前，信息传输很难和信息呈现相分离。数字化特别是分组化之后，信息传输和信息呈现逐渐分离，这使信息传输技术获得了独立发展的机会。5一、引言1.2信息传输在不同体系架构模型中的地位信息系统模型信息获取信息传输信息处理信息应用6一、引言开放系统互连七层参考模型（OSI-RM)开放系统：与外部实时交互信息的系统，如带网卡的计算机。信息传输=通信子网=物理层+数据链路层+网络层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层物理层数据链路层网络层传输层会话层表示层应用层100111010001101..帧头网络头数据网络头数据数据开放系统A开放系统B7一、引言通信系统模型信息传输=传送层+业务承载层IP网络光通信系统卫星通信系统微波通信系统……传送层业务承载层业务层8一、引言1.3信息传输所要解决的问题克服距离和使用条件的限制，快速、灵活、高效、可靠地传送信息是信息传输永恒的目标。传送层着力解决距离和使用条件的限制、快速和可靠问题，具体来讲就是传输距离、带宽、误码率等问题。业务承载层着力解决灵活、高效和可靠问题，具体来讲就是用户接入和访问的灵活性、链路资源高效利用、丢包率等问题。9二、发展背景NGN演进目前信息传输技术的发展是在电信网络向下一代网（NGN）演进的大背景和大趋势下展开的。至于NGN最终是一个什么样子，众说纷纭，没有统一的认识，但是，对于NGN应具有的一些特点却得到了广泛的认同，即（1）支持业务的多样化，包括话音、数据和多媒体；（2）分组传输与交换；（3）分层结构，实现业务提供与呼叫控制相分离，呼叫控制和承载连接相分离；（4）具有端到端的宽带传输能力；（5）业务与网络松耦合并提供开放的接口；（6）能与传统的网络配合；（7）支持终端的移动性等。10二、发展背景NGN演进电信网络的发展深刻影响着信息传输技术的发展。纵观电信网络的发展，目前和今后相当长一段时期有六大趋势值得关注，这六大趋势深刻影响着信息传输技术的发展。11二、发展背景NGN演进网络业务数据化趋势–数据业务增长网络的宽带化趋势–Web浏览、LAN互通、视频点播、文件传输网络的光纤化趋势–光纤到小区、到路边、到楼、到家…网络的分组化趋势–IP技术网络接入的无线化趋势–WiMAX、3G电话、数据和图像的三网融合趋势–电信网、互联网、广播电视网12二、发展背景NGN演进信息传输技术的发展必须适应上述电信网络的发展趋势，并对电信网络向NGN演进起到推动和支持作用，否则信息传输技术的发展就偏离了正确的轨道。这也是我们总装通信系统选择技术路线时应该坚持的一个标准。13三、最新技术进展1光通信技术2卫星通信技术3微波通信技术4IP网络技术143.1光通信技术光纤通信技术——1966，高锟——1970，美国康宁公司…——损耗低、频带宽、容量大、体积小、重量轻、抗电磁干扰、不易串音…——超高速、超大容量、智能全光网络的发展方向光通信技术自由空间激光通信技术——星地、地地、星间、水下、深空…——容量大、尺寸及功耗低、电磁干扰少、保密性强、通信频段不受限…——需要精确捕获、对准与跟踪；受天气影响大153.1.1光纤通信技术超大容量传输技术超长距离无中继传输技术自动交换光网络技术光纤接入技术光纤通信技术163.1.1光纤通信技术超大容量传输技术波分复用(WDM)•不同波长光信号在一根光纤传送•节约光纤和再生器•Tbit/s水平光时分复用(OTDM)•提高单光波信道传输速率•最高达640Gbit/slNl2l1lNl2l1lNl2l1光复用器光解复用器光纤放大器4x40Gb/sdelayedS1x160Gb/s电信号光信号173.1.1光纤通信技术超大容量传输技术WDM/OTDM系统•将多个OTDM信号进行波分复用4x40Gb/s4x40Gb/s4x40Gb/s160Gb/s160Gb/s160Gb/sOTDMmultiplexersWDMmultiplexerofAdd-DropWDMdemultiplexerofAdd-Drop160Gb/s160Gb/s40Gb/s40Gb/s4x40Gb/sOTDMadd-dropOTDMdemultiplexer160Gb/s160Gb/sregenerated183.1.1光纤通信技术超长距离无中继传输技术掺铒光纤放大器(EDFA)•掺入铒离子的光纤•高增益、高带宽、低噪声•覆盖1550nm波长•640km无中继传输拉曼光放大器•受激拉曼反射•噪声更低•2000km以上无中继传输193.1.1光纤通信技术自动交换光网络(ASON)技术概述•自第一代PDH、第二代SDH以来的第三代光网络。•在选路和信令控制之下完成自动交换功能的光网络。•结合了WDM为基础的光层组网技术和IP为基础的网络智能化技术。–全光交叉连接设备，全光分插复用设备；–GMPLS、OSPF等IP网络控制协议。•其最突出的特点是引入了控制平面，使光网络能够根据用户信令自动选择光路，即光拨号。ASON支持的连接•永久连接：又称定制连接，由网管系统或人工发起并完成。•交换连接：由用户发起、信令驱动的连接。•软永久连接：由网管系统发起，信令驱动的连接。203.1.1光纤通信技术体系结构•传送平面+控制平面+管理平面•连接控制接口（CCI)+A型网络管理接口（NMI-A)+T型网络管理接口（NMI-T)CCINMI-ANMI-T控制平面管理平面传送平面管理平面•管理传送平面和控制平面传送平面•提供子网连接的网元•具有各种粒度的交换和疏导结构•具有各种速率和多业务的物理接口•具有与控制平面交互的连接控制接口控制平面•实现对传送平面的灵活控制•基于通用标记交换协议（GMPLS）族•信令协议、路由协议和链路资源管理协议213.1.1光纤通信技术技术优势•统一的分布式控制\管理层面，与底层的物理实现技术无关，理论上支持各种带宽粒度的交换和管理。•快速的定制支持不同服务等级协定（SLA)的电路，不仅缩短了业务提供时间，提高了网络资源利用率，还可提供新的带宽业务。•支持端到端的连接建立、监控、保护和恢复。对各种网络拓扑结构，增强了网络的流量工程能力。目前存在的问题•标准有待完善：互联互通、网管、网管平面本身的健壮性。•测试设备还不成熟。•流量工程、保护/恢复等特色功能的有效性有待验证。•新业务的支持：对组播的支持。•综合网管：与其他网管的配合问题。223.1.1光纤通信技术光纤接入技术随着核心网带宽的不断增加，实现端到端宽带化的瓶颈越来越集中到了用户接入段，出现了所谓“最后一公里”的问题。为解决这一问题，出现了各种各样的宽带接入技术。其中极具优势的技术就是无源光网络（PON）技术。其最大特点是在局端和用户设备间没有有源设备。与ATM结合APON•基本停滞与SDH结合GPON•支持专线，技术复杂，成本较高。与以太网结合EPON•对专线业务的支持不够；发展方向。WDM-PON•下一代PON233.1.2自由空间激光通信技术概述自由空间激光通信是指利用激光束作为载体进行无线通信的技术。分为星地、地地、星间、水下及深空光通信等多种通信形式。优点•通信容量大；•系统尺寸、质量和功耗明显降低；•通信链路间电磁干扰小；保密性强；•通信频段使用不受限制。缺点•通信光束的发散角很窄，需要更精确的捕获、对准和跟踪。•受天气影响较大。243.1.2自由空间激光通信技术进展情况国际•日本–1995年7月在国际上首次成功地在日本工程试验卫星ETS-VI与地面光学站之间进行了星-地链路的光通信实验，数据率为2Mb/s。随后，利用该卫星，日本与美国合作多次完成卫星与两国光学地面站间的光通信实验。–2005年12月9日，由日本AerospaceExplorationAgency(JAXA)开发的低轨OICETS（卫星间光通信工程测试）卫星于首次成功地与欧洲ARTEMIS（GEO）卫星进行了双向激光通信实验。–2006年3月成功的进行了与日本地面光学站间的双向激光通信。–2006年6月7日，成功地与德国宇航中心DLR的移动式光学地面站（天线口径40cm）进行了下行激光链路通信实验。这次实验验证了地面移动光学站与卫星间建立光通信网络的可行性。253.1.2自由空间激光通信技术•欧洲–欧空局（ESA）在2001年11月22日首次在国际上完成低轨卫星（SPOT4）与同步轨道卫星（ARTEMIS）间的激光通信试验，采用直接检测非相干通信技术路线，数据率为50Mb/s，验证了星间激光通信的可行性。–德空局2007年6月15日发射TerraSAR-X雷达遥感卫星，星上载有相干激光通信终端，最高数据率可达5.5Gb/s。•美国–国家航空航天局（NASA）的光通信演示系统OCD(OpticalCommunicationDemonstrator)计划的目的是发展空间激光通信设备用于星地间通信。1994年，喷气推进实验室（JPL）进行了终端系统级装配与性能测试，对空间激光通信关键技术进行了实际论证。之后，利用OCD系统成熟的研究技术，为国际轨道空间站(ISS)工程研究和技术发展计划(ISSERT)研制了光通信演示和高速链路设备(OCDHRLF)。该系统的目的是在近地轨道(LEO)距离上实现国际轨道空间站与地面光学站的激光通信链路。其设计数据率为2.5Gbit/s。263.1.2自由空间激光通信技术•从国际发展现状看，卫星星间激光通信已经从试验阶段逐步转入大规模工程应用阶段，但是星地之间激光通信由于大气的影响，还存在较大的技术难度。国内•在卫星激光通信方面，国内的研究相对起步较晚，但是发展很快，主要研究机构有哈尔滨工业大学、长春理工大学、中科院下属研究机构等多家单位。我国将于天链二号卫星搭载激光卫星通信有效载荷，用于星地、星间大容量通信。•在地地无线激光通信方面，目前已开始工程应用，且通信速率和距离不断提高。•在激光水下通信研究领域，主要研究机构有桂林电子工程学院、华中科技大学以及中国船舶下属研究所等。273.1.2自由空间激光通信技术高精度捕获与跟踪、瞄准技术大功率、高灵敏度、高速率激光收发技术大气对激光通信影响特性研究光学天线技术抵消空间环境对激光通信终端影响的技术星地激光通信技术关键技术28三、最新技术进展1光通信技术2卫星通信技术3微波通信技术4IP网络技术293.2卫星通信技术概述1965年4月6日，世界上第一颗商用通信卫星“晨鸟”发射升空，标志着卫星通信进入了实用化阶段。此后，许多卫星通信系统纷纷建立并投入运营，上世纪70-80年代达到了鼎盛时期。80年代末、90年代以后，由于光纤通信和地面蜂窝移动通信的崛起，传统的国际、国内长途通信和陆地移动通信业务已不再属于卫星通信的主要领地。但卫星通信具有覆盖范围大和不受地形条件限制的优势，在很多场合下仍具有不可替代的作用。如应急通信，岸船通信等。303.2卫星通信技术卫星通信发展的主要趋势向高频段