通信历史的回顾,利用电磁波通信的历史可大致划分三个阶段：1837年电报开始的通信初级阶段；1948年香农提出信息论开始的近代通信阶段；80年代以后光纤通信应用、综合业务数字网崛起的现代通信阶段。,无线通信的起源,通信的目的是传输信息，最早的无线通信出现在前工业化时期，这些系统使用狼烟、火炬、闪光镜、信号弹或者旗语，在视距内传输信息。为了能传输更复杂的消息，人们又精心设计出了用这些原始信号组成的复杂信号。为了能传得更远，人们在山顶道路旁建立了一些接力观测站。,通信初级阶段,1837年，摩尔斯发明有线电报，开始了电通信阶段 这一发明使通过一根铜线上的电脉冲来传递信息成为可能。报文的每一字符被转换为一串或长或短的电脉冲(通俗地讲，就是点和划) 传输出去(Morse Code),通信初级阶段,1864年，麦克斯韦创立了电磁辐射理论,从理论上证明了电磁波的存在，赫兹以实验证明了电磁波可以传播能量，并在自由空间中以光速传播，能产生反射，折射，驻波等与光波性质相同的现象，为无线通信奠定了理论基础，科学家开始研究如何利用电磁波传播信息，促使了后来无线通信的出现。,1876年，贝尔利用电磁感应原理发明了电话,通信初级阶段,将声音信号转换成电信号，电信号应该包含声音信号的各种频率分量，各不同频率分量的振幅比例和相位关系，必须与原来声音信号中各不同频率分量的振幅比例和相位关系完全相同，才能保证声音信号的传输不失真（电信号的时域波形和原始声音信号的时域波形完全相同），用话筒将声音信号转换成音频电流信号，利用导线传输，在接收端用听筒将音频电流信号转换成声音信号。,1907年，电子管问世，通信进入电子信息时代 1918年，调幅无线电广播、超外差式接收机问世 1925年，开通三路明线载波电话，开始多路通信 1936年，调频无线电广播开播 1937年，雷沃斯发明脉冲编码调制，奠定了数字通信基础 1938年，电视广播开播 1947年，晶体管在贝尔实验室问世，为通信器件的进步创造了条件,通信初级阶段,1948年，香农提出了信息论，建立了通信统计理论香农公式：C=B*log2（1+S/N),近代通信阶段,C表示在加性高斯白噪声信道下，最大的信息传输速率， B表示信道带宽，S表示信号的功率，N表示噪声的功率。,信道容量与信道带宽成正比，同时还取决于系统信噪比以及编码技术种类有关，如果信息源的信息速率R小于或者等于信道容量C，那么，在理论上存在一种方法可使信息源的输出能够以任意小的差错概率通过信道传输该定理还指出：如果RC，则没有任何办法传递这样的信息，或者说传递这样的二进制信息的差错率为1/2。,近代通信阶段,调制解调器传输速率的计算：典型的音频电话线带宽为1KHz ，一般链路典型的信噪比为30dB，C=3000log2（1000+1）=30Kbps 综合业务数字网（ISDN）出现取消了音频带宽3 KHz的限制，使双绞线带宽得到充分利用，传输数据速率达到144 Kbps。ADSL（非对称数字用户线环路）,ADSL采用频分复用技术，在保留了传统电话带宽（04KHz）的同时，另外开辟了10-130 KHz和1301100 KHz两个频带分别用于上下行数据传输，ADSL还采用全新的数字调制解调技术，传输带宽的扩展和调制技术的革命，使其上行可达1Mb/s速率，下行速率更可高达8Mb/s。,近代通信阶段,近代通信阶段,中波调幅广播不论是在音质上，还是在抗干扰性、抗衰落性等方面都远不级 调频广播，原因在于两者所传输得信号本身是一样的（可以理解为信源信息速率C一样），但调频广播所占用的信号带宽却远大于调幅广播（即BFMBAM）因此调频广播信噪比要明显优于调幅广播。 问题：双绞线和平行线的传输带宽哪个更大？,在信道带宽C不变的情况下，带宽B和信噪比S/N可以互换，理论上完全有可能在极低的信噪比条件下，采用提高信号带宽（B）的方法来维持或提高通信的性能，甚至于可以使信号的功率低于噪声基底。可以用扩频方法以宽带传输信息来换取信噪比要求的下降，这就是扩频通信的基本思想和理论依据。,近代通信阶段,近代通信阶段,扩频通信系统原理图,扩频通信的基本特征就是扩展频谱，具体做法是在发射端，使用比发送的基带信息数据速率高许多倍的伪随机码（扩频码）把基带数据信号的频谱进行扩展，形成宽带低功率谱密度的信号来通信，这个过程称为扩频处理，经扩频处理后原数据信息能量被扩散到一个很宽的频带内。在接收端相应链路中移去扩频码，恢复数据，此过程称为解扩。显然，收发两端需要预先知道扩频码。,扩频通信的特点：1.抗阻塞，抗干扰，交叉抑制特性2. 保密性3.抗多径干扰被广泛采用于卫星定位系统(GPS)、3G移动通信系统、无线局域网802.11a/b/g和蓝牙等通信系统。,近代通信阶段,1948年，香农提出了信息论，建立了通信统计理论 1950年，时分多路通信应用于电话系统 1951年，直拨长途电话开通 1956年，敷设越洋通信电缆 1957年，发射第一颗人造地球卫星 1958年，发射第一颗通信卫星 1962年，发射第一颗同步通信卫星，开通国际卫星电话；脉冲编码调制进入实用阶段 1969年，电视电话业务开通 20世纪70年代，商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信系统投入使用；一些公司制定计算机网络体系结构,近代通信发展简史,近代通信发展简史,20世纪80年代，开通数字网络的公用业务；个人计算机和计算机局域网出现；网络体系结构国际标准陆续制定 20世纪90年代，蜂窝电话系统开通，各种无线通信和数据移动通信技术不断涌现；光纤通信得到迅速普遍的应用；国际互联网和多媒体通信技术得到极大发展， 1997年，68个国家签定国际协定，互相开放电信市场,近代通信的发展,数据通信 计算机以及各种数据设备之间经由数据通路（专线或通信网络）所进行的数据交换 计算机通信 指两台或多台“自治”的计算机之间的数据交换 数据/计算机通信的革命 始于20世纪70/80年代 90年代Internet普及与多媒体通信技术发展加速了变革 数据通信与计算机通信逐渐融合 通信产业与计算机产业日趋重合,数据通信的特点,1.通信对象的范围广在电报、电话通信中，涉及的是人与人之间的通信；而数据通信除了人与人之间的通信之外，更主要的是人通过终端与计算机之间的通信或者是计算机与计算机之间的通信。 2.传输内容为二进制数据电话通信传输的是连续的语音信号，电报通信传输的是具有特定含义的报文；而数据通信传输的则是以二进制形式表示的数据。,数据通信的特点,3.通信的可靠性高电话、电报在信息传输中若出现差错比较容易纠正。而数据传输中如果出现差错则较难纠正，为了保证传输质量，一般需要采用差错控制技术，因此数据传输的可靠性高。 4.通信的复杂性高数据通信的影响因素比较多，传输的内容、方式也不同，对数据通信的要求也有很大差别，因而在实现数据通信时涉及的因素也比较复杂。,近代通信热点领域,传统领域 传统电信业务 AM无线电 FM立体声 TV 短波(全球)无线电,当代飞速发展的领域 计算机通信 多媒体通信 Internet技术 光纤传输 卫星系统 蜂窝移动电话 扩频 个人通信系统(PCS) 高清晰度电视(HDTV) 智能电信网 用户接入,移动通信 多媒体通信 用户接入 全光网 卫星通信,近代通信热点领域,移动通信的发展,蜂窝网系统蜂窝系统把整个服务区域划分成若干个较小的区域（Cell，在蜂窝系统中称为小区），各小区均用小功率的发射机（即基站发射机）进行覆盖，许多小区像蜂窝一样能布满（即覆盖）任意形状的服务地区，如下图所示。,蜂窝电话系统示意图,移动通信的发展,蜂窝系统的基本原理是频率复用，它利用信号功率随传播距离增大而减小的特性，把两个用户在空间上分隔足够远的距离，就能使他们之间的干扰非常小，于是这两个用户就可以使用相同的频率进行各自的通信，从而使频率被充分利用，系统所能承载的用户数也因此而大量增加。蜂窝系统将覆盖区域划分成许多小区，每个小区使用一组信道。同一组信道可被一定距离以外的另一小区重复使用。,移动通信的发展,城市地区现今的蜂窝系统大多采用很小的小区，促使这种演进的原因有两个：一是高密度地区需要有更大的容量，二是基站的体积和成本减小了。从系统的角度看：任意大小的小区可支持的用户数仅与频带能划分的子信道有关与覆盖大小无关，因此对于给定的覆盖范围，采用大量微小区时，单位面积上可支持的容量要显著高于只采用少量宏小区的情形。但是的微小区结构也使网络设计变得更加复杂，移动台在微小区滞留的时间较短，因此需要快速处理切换。微小区使位置管理也变得更复杂，因为用户所在地可能被多个微小区覆盖。,移动通信的发展,频分多址（FDMA）把整个系统的带宽分割成若干个频率不同的信道。时分多址（TDMA）则将时间进行分割，每一信道在指定的时隙内占用了整个频段。TDMA要求用户在时间保持同步所以实现起来要比FDMA困难一些。但TDMA易于支持多速率，只需给一个用户分配多个时隙即可。码分多址（CDMA）系统通常采用直序扩频或者跳频扩频方式，用不同的码区分不同的用户。,三种多址技术 示意图,20世纪80年代，基于FDMA的第一代模拟系统（1G）基带数据速率最高 2.4Kbps采用模拟蜂窝网结构缺点：只能传输语音信号，频谱利用率低，容量有限、制式太多、互不兼容，移动设备复杂，费用较贵，不能漫游，业务种类受限制以及通话易被窃听等，最主要的问题是其容量已不能满足日益增长的移动用户需求。 北美AMPS ；N-AMPS；英国TACS；日本JTAC；北欧NMT,移动通信的发展,20世纪90年代，基于TDMA和CDMA的第二代数字通信系统(2G)载波频率900MHz,1.8GHz,1.9GHz调制技术 TDMA（时分多址）,CDMA（码分多址）我国采用GSM（全球移动通信系统）和CDMA（ 2G CDMA）,移动通信的发展,基带数据速率最高 28.8Kbps,采用数字蜂窝网结构,优点：可实现数据业务，频谱利用率高，能漫游，保密性增强，制式统一， 成本下降。缺点：数据传输速率较低，只能支持有限的Internet浏览和发送简短消息 的功能。 无法实现高速移动的多媒体业务。,人们在已有2G的基础上提出了新的以数据为中心的标准。简称2.5G技术， 它对2G技术进行了修改和增加。增加了基站，支持网页浏览、邮件、手机商务、移动定位业务，并提供更高速的数据传输，同时更新了用户单元的软件。2.5G也支持一种流行的新型网页浏览语言，这就是无线应用协议（WAP），该标准使得原有标准的网页能够通过一种压缩的形式在便携式无线设备上呈现出来。,移动通信的发展,2.5G提供GPRS或EDGE业务的系统。GPRS（General Packet Radio Service）是为GSM移动用户提供的以包交换为基础的移动数据服务，为用户提供从56Kbps到114Kbps速率的分组数据业务。EDGE（Enhanced Data rates for GSM Evolution）也称为EGPRS（Enhanced GPRS），GSM用户可以容易地升级到EDGE。EDGE是GPRS的扩展集，并向下兼容GPRS。EDGE可以将GSM中每时隙的总速率从22.8Kbps提高到69.2Kbps。,移动通信的发展,基带数据速率最高 114.4Kbps,基带数据速率最高 69.2Kbps,2000年左右，提出基于CDMA技术的第三代数字通信系统(3G),移动通信的发展,IMT（国际电信联盟）提出 IMT-2000技术 3G标准包括：UMTS（W-CDMA）、CDMA2000、TD-SCDMA、GAN/UMA、WiMax。其中，由中国提交的TD-SCDMA标准，虽然在ITU的标准征集阶段是后来者，却凭借其独特的技术优势最终胜出。同时，作为三个主流标准中惟一一个TDD标准。,移动通信的发展,TD-SCDMA的历史,移动通信的发展,载波频率在2GHz附近，提供2个频带，1885-2025MHz，2110-2200MHz， 数据传输速率，在室内环境下，下行最高2Mbps，在室外环境下，下行最高384Kbps，在移动环境下，下行最高144 Kbps。 支持图像、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等多媒体业务，基带信号的传输速率大大提高。保密性强，抗多径干扰，,