通信发展史.docx

1、通信发展史通信技术发展史系部：计算机工程系班级：通信13-1班姓名：邝鑫鑫日期：2015年5月23日 三、移动通信发展阶段.9四、典型的通信系统.185六、通信技术发展趋势.301一、古代通信利用自然界的基本规律和人的基础感官（视觉，听觉等）可达性建立通信系统，是人类基于需求的最原始通信方式。广为人知的“烽火传讯（2700多年前的周朝）”、“信鸽传书”、“击鼓传声”、“风筝传讯（2000多年前的春秋时期，公输班和墨子为代表）”、“天灯（代表是三国时期的孔明灯的使用，发展到后期热气球成为其延伸）”、“旗语”以及随之发展依托于文字的“信件（周朝已经有驿站出现，传递公文）”都是古代传讯的方式，而信件

2、在较长的历史时期内，都成为人们主要传递信息的方式。这些通信方式，或者是广播式，或者是可视化的、没有连接的，但是都满足现代通信信息传递的要求，或者一对一，或者一对多、多对一。 图1-1 图1-2而这种通信方式，随着人类科技的发展，有的消散在历史的潮流中，有的依然在使用，可以说，其时间是从4000年前到现在；1840年5月6日，英国发行了世界上第一枚邮票“一便士黑票”； 1661年英国亨利比绍普创制和使用第一个有日期的邮戳；二、近现代通信 以电磁技术为起始，是电磁通信和数字时代的开始。19世纪中叶以后，随着电报、电话的发有，电磁波的发现，人类通信领域产生了根本性的巨大变革，从此，人类的信息传递可以

3、脱离常规的视听觉方式，用电信号作为新的载体，同此带来了一系列铁技术革新，开始了人类通信的新时代。利用电和磁的技术，来实现通信的目的，是近代通信起始的标志，代表性事件如下：1835年，美国雕塑家、画家、科学爱好者塞缪乐.莫尔斯（Samuel Morse）成功地研制出世界上第一台电磁式（有线）电报机。他发明的莫尔斯电码，利用“点”、“划”和“间隔”，可将信息转换成一串或长或短的电脉冲传向目的地，再转换为原来的信息。1844年5月24日，莫乐斯在国会大厦联邦最高法院会议厅进行了“用莫尔斯电码”发出了人类历史上的第一份电报，从而实现了长途电报通信。 图 1-4图 1-41843年，美国物理学家亚历山大

4、贝思（Alexander Bain ）根据钟摆原理发明了传真。 图 1-5 图 1-61878年，美国在纽黑文开通了世界上最早的磁石式电话总机（也称交换机），预示磁石电话和人工电话交换机诞生；1880年，供电式电话机诞生，通过二线制模拟用户线与本地交换机接通；1885年，发明步进式交换机；1892年由美国人.史端乔(Almon 发明世界上第一部自动交换机，这是一台步进式IPM电话交换机；电报和电话开启了近代通信历史，但是都是小范围的应用，更大规模，更快速度的应用在第一次世界大战后，得到迅猛发展。1901年，意大利工程师马可尼发明火花隙无线电发报机，成功发射穿越大 图 1-7西洋的长波无线电线号

5、；1906年，美国物理学家费森登成功地研究出无线电广播。1922年16岁的美国中学生菲罗.法恩斯沃斯设计出第一幅电视传真原理图，1929年申请了发明专利，被裁定为发明电视机的第一人。1924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。1928年美国西屋电器公司的兹沃尔金发明了光电显像管，并同工程师范瓦斯合作，实现了电子扫描方式的电视发送和传输。1930年，发明超短波通信；1931年利用超短波跨越英吉利海峡通话得到成功。1934年在英国和意大利开始利用超短波频段进行多路（67路）通信。1940

6、年德国首先应用超短波中继通信。中国于1946年开始用超短波中继电路，开通4路电话。20世纪30年代，信息论、调制论、预测论、统计论等都获得一系列的突破。1935年，发明频分复用技术；1947年，发明大容量微波接力通信；1956年，建设欧美长途海底电话电缆传输系统；1957年，发明电话线数据传输；1959年美国的基尔比和诺伊斯发明了集成电路，从此微电子技术诞生了。 图 1-8 第一块集成电路 20世纪50年代以后，元件、光纤、收音机、电视机、计算机、广播电视、数字通信业都有极大发展；1962年，地球同步卫星发射成功； 图 1-91964年，美国Tand公司Baran提出无连接操作寻址技术，目的是

7、在战争残存的通信网中，不考虑实验限制，尽可能可靠的传递数据报；1967年大规模集成电路诞生了，一块米粒般大小的硅晶片上可以集成1千多个晶体管的线路。1969年，美军ARPAnet问世； 图 2-1 1972年，发明光纤；1972年以前，只存在一种基本网络形态，这就是基于模拟传输，采用确定服用，有链接操作寻址和同步转移模式（STM）的工种交换电话网（PSTN）网络形态。这种技术体系和网络形态一直沿用到现在。中国的电信网是从电话网开始的，1880年，由丹麦人在上海创办了第一个电话局，开创了中国通信历史的重要一页。1946年，美国宾夕法尼亚大学的埃克特和莫希里研制出世界上第一台电子计算机ENIAC。

8、高速计算能力成为现实，二进制的广泛应用出发了更高级别的通信机制“数字通信”，加速了通信技术的发展和应用。 图 2-21972年，光纤和CCTIT（ITU的前身）通过建议书（话音频率的脉冲编码调制PCM）和建议书（PCM信道音频四线接口见的性能特征），电信网络开始进入数字化发展历程。1973年，美国摩托罗拉公司的马丁?库帕博士发明第一台便携式蜂窝电话，也就是我们所说的“大哥大”。一直到1985年，才诞生出第一台现代意义上的、真正可以移动的电话，即“肩背电话”。 图 2-3 第一个蜂窝移动电话 图 2-4丘吉尔使用大哥大1972年-1980年的这8年间，国际电信界集中研究电信设备数字化，这一进程，

9、提高了电信设备性能，降低了电信设备成本，并改善了电信业务质量。最终，在模拟PSTN形态基础上，形成了综合数字网（IDN）网络形态，在此过程中有一系列成就知道我们关注：统一了话音信号数字编码标准；用数字传输系统代替模拟传输系统；用数字复用器代替载波机；用数字电子交换机代替模拟机电交换机；发明了分组交换机；1977年美国、日本科学家制成超大规模集成电路，30平方毫米的硅晶片上集成了13万个晶体管。1979年，发明局域网；中国命运在这个时期开始发生转折，开始改革开放。同时，也让中国开始追赶世界通信发展，并逐渐拉近差距。与其它现代技术的发展一样，移动通信技术的发展也呈现加快趋势，目前，当数字蜂窝网刚刚

10、进入实用阶段，正方兴末艾之时，关于未来移动通信的讨论已如火如菜地展开。各种方案纷纷出台，其中最热门的是所谓个人移动通信网。关于这种系统的概念和结构，各家解释并末一致。但有一点是肯定的，即未来移动通信系统将提供全球性优质服务，真正实现在任何时间、任何地点、向任何人提供通信服务这一移动通信的最高目标。 三、移动通信发展阶段移动通信技术可以说从无线电通信发明之日就产生了。1897年，MG马可尼所完成的无线通信试验就是在固定站与一艘拖船之间进行的，距离为18海哩。而现代移动通信技术的发展始于上世纪20年代，大致经历了五个发展阶段。35年前，谁也无法想象有一天每个人身上都有一部电话，被连接到这个世界。如

11、今，人们可以通过手机进行通讯，智能手机更如同一款随身携带的小型计算机，通过3G等移动通讯网络实现无线网络接入后，可以方便的实现个人信息管理及查阅股票、新闻、天气、交通、商品信息、应用程序下载、音乐图片下载等。下让我们来回顾一下移动通信网络技术的发展简史。第一阶段从上世纪20年代至40年代，为早期发展阶段。在这期间，首先在短波几个频段上开发出专用移动通信系统，其代表是美国底特律市警察使用的 车载无线电系统。该系统工作频率为2MHz，到40年代提高到3040MHz,可以认为这个阶段是现代移动通信的起步阶段，特点是专用系统开发，工作频 率较低。 图 2-5 1946年10月贝尔电话公司启动车载无线电

12、话服务第二阶段从上世纪40年代中期至60年代初期。在此期间内，公用移动通信业务开始问世。1946年，根据美国联邦通信委员会(FCC)的计划，贝尔系统 在圣路易斯城建立了世界上第一个公用汽车电话网，称为“城市系统”。当时使用三个频道，间隔为120kHz，通信方式为单工，随后，西德(1950年)、 法国(1956年)、英国(1959年)等国相继研制了公用移动电话系统。美国贝尔实验室完成了人工交换系统的接续问题。这一阶段的特点是从专用移动网向 公用移动网过渡，接续方式为人工，网的容量较小。图 2-6 人工交换台第三阶段从上世纪60年代中期至70年代中期。在此期间，美国推出了改进型移动电话系统(IMT

13、S)，使用150MHz和450MHz频段，采用大区 制、中小容量，实现了无线频道自动选择并能够自动接续到公用电话网。德国也推出了具有相同技术水准的B网。可以说，这一阶段是移动通信系统改进与完善的阶 段，其特点是采用大区制、中小容量，使用450MHz频段，实现了自动选频与自动接续。第四阶段从上世纪70年代中期至80年代中期。这是移动通信蓬勃发展时期。1978年底，美国贝尔试验室研制成功先进的移动电话系统(AMPS)，建成了蜂窝状移动通信网，大大提高了系统容量。该阶段称为1G（第一代移动通讯技术），主要采用的是模拟技术和频分多址(FDMA)技术。Nordic移动电话（NMT）就是这样一种标准，应用

14、于Nordic国家、东欧以及俄罗斯。其它还包括美国的高级移动电话系统（AMPS），英国的总访问通信系统（TACS）以及日本的JTAGS，西德的 C-Netz，法国的Radiocom 2000和意大利的RTMI。这一阶段的特点是蜂窝状移动通信网成为实用系统，并在世界各地迅速发展。移动通信大发展的原因，除了用户要求迅猛增加这一主要推动力之外，还有几 方面技术进展所提供的条件。首先，微电子技术在这一时期得到长足发展，这使得通信设备的小型化、微型化有了可能性，各种轻便电台被不断地推出。其次，提出并形成了移动通信新体制。随着用户数量增加，大区制所能提供的容量很快饱和，这就必须探索新体制。在这方面最重要的

15、突破是贝尔试验室在70年代提出的蜂窝网的概念，解决了公用移动通信系统要求容量大与频率资源有限的矛盾。第三方面进展是随着大规模集成电路的发展而出现的微处理器技术日趋成熟以及计算机技术的迅猛发展，从而为大型通信网的管理与控制提供了技术手段。以AMPS和TACS为代表的第一代移动通信模拟蜂窝网虽然取得了很大成功，但也暴露了一些问题，比如容量有限、制式太多、互不兼容、话音质量不高、不能提供数据业务、不能提供自动漫游、频谱利用率低、移动设备复杂、费用较贵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。图 2-8 第一代移动电话图 2-7 世界上第一台手机摩托罗拉DynaTAC

16、8000X重2磅，通话时间半小时，销售价格为3,995美元，是名副其实的最贵重的砖头。第五阶段从上世纪80年代中期开始。这是数码移动通信系统发展和成熟时期。 该阶段可以再分为2G、3G、4G等。2G：2G是第二代手机通信技术规格的简称，一般定义为以数码语音传输技术为核心，无法直接传送如电子邮件、软件等信息；只具有通话和一些如时间日期等传送的手机通信技术规格。不过手机短信SMS（Short message service）在2G的某些规格中能够被执行。主要采用的是数码的时分多址(TDMA)技术和码分多址(CDMA)技术，与之对应的是全球主要有GSM和CDMA两种体制。图 2-9 经典的2G手机：

17、是从2G迈向3G的衔接性技术，由于3G是个相当浩大的工程，所 手机牵扯的层面多且复杂，要从目前的2G迈向3G不可能一下就衔接得上，因此出现了介于2G和3G之间的。HSCSD、WAP、EDGE、蓝牙（Bluetooth）、EPOC等技术都是技术。功能通常与GPRS技术有关，GPRS技术是在GSM的基础上的一种过渡技术。GPRS的推出标志着人们在GSM的发展史上迈出了意义最重大的一步，GPRS在移动用户和数据网络之间提供一种连接，给移动用户提供高速无线IP和分组数据接入服务。较2G服务，无线技术可以提供更高的速率和更多的功能。图 2-10 传统的手机3G3G是英文3rd?Generation的缩写

18、，是指支持高速数据传输的第三代移动通信技术。与从前以模拟技术为代表的第一代和目前正在使用的第二代移动通信技术相比，3G将有更宽的带宽，其传输速度最低为384K，最高为2M，带宽可达5MHz以上。不仅能传输话音，还能传输数据，从而提供快捷、方便的无线应用，如无线接入Internet。能够实现高速数据传输和宽带多媒体服务是第三代移动通信的另一个主要特点。目前3G存在四种标准：CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。第三代移动通信网络能将高速移动接入和基于互联网协议的服务结合起来，提高无线频率利用效率。提供包括卫星在内的全球覆盖并实现有线和无线以及不同无线网络之间业务的无缝连接。

19、满足多媒体业务的要求，从而为用户提供更经济、内容更丰富的无线通信服务。图 3-1 3G智能手机相对第一代模拟制式手机（1G）和第二代GSM、TDMA等数字手机（2G），第三代手机一般而言，是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移动通信系统。是基于移动互联网技术的终端设备，3G手机完全是通信业和计算器工业相融合的产物，和此前的手机相比差别实在是太大了，因此越来越多的人开始称呼这类新的移 动通信产品为“个人通信终端”。即使是对通信业最外行的人也可从外形上轻易地判断出一台手机是否是“第三代”：第三代手机都有一个超大的彩色显示屏，往往还是触摸式的。3G手机除了能完成高质量的日常通信外，还能

20、进行多媒体通信。用户可以在3G手机的触摸显示屏上直接写字、绘图，并将其传送给另一台手机，而所需时间可能不到一秒。当然，也可以将这些信息传送给一台计算机，或从计算机中下载某些信息；用户可以用3G手机直接上网，查看电子邮件或浏览网页；将有不少型号的3G手机自带摄像头，这将使用户可以利用手机进行计算机会议，甚至替代数码相机。4G4G是第四代移动通信及其技术的简称，是集3G与WLAN于一体并能够传输高质量视频图像以及图像传输质量与高清晰度电视不相上下的技术产品。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在

21、用户最为关注的价格方面，4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。 很明显，4G有着不可比拟的优越性。图 3-2使用LTE网络播放高清流媒体效果正当LTE(Long Term Evolution,长期演进)和WiMax在全球电信业大力推进时，前者（LTE）也是最强大的4G移动通讯主导技术IBM数据显示，67%运营商正考虑使用LTE，因为这是他们未来市场的主要来源。上述消息也证实了IBM的这一说法。而只有8%的运营商考虑使用WiMAX。尽管WiMax

22、 可以给其客户提供市场上传输速度最快的网络，但仍然不是LTE技术的竞争对手。LTE(Long Term Evolution,长期演进)项目是3G的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准。主要特点是 在20MHz频谱带宽下能够提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率，相对于3G网络大大的提高了小区的容量，同时将网络延迟大大降低：内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到启动状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到启动状态的迁移时间小于100ms。4G是集3G与WLAN于一体，并能够传输高质量视频图像，它的图像传输质量与高清

23、晰度电视不相上下。4G系统能够以100Mbps的速度下载，比目前的拨号上网快2000倍，上传的速度也能达到20Mbps，并能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求。而在用户最为关注的价格方面，4G与固定宽带网络在价格方面不相上下，而且计费方式更加灵活机动，用户完全可以根据自身的需求确定所需的服务。此外，4G可以在DSL和有线电视调制解调器没有覆盖的地方部署，然后再扩展到整个地区。很明显，4G有着不可比拟的优越性。4G系统网络结构及其关键技术4G移动系统网络结构可分为三层：物理网络层、中间环境层、应用网络层。物理网络层提供接入和路由选择功能，它们由无线和核心网的结合格式完成。中间环境层的功能有Qo

24、S映像、地址变换和完全性管理等。物理网络层与中间环境层及其应用环境之间的接口是开放的，它使发展和提供新的应用及服务变得更为容易，提供无缝高数据率的无线服务，并运行于多个频带。这一服务能自适应多个无线标准及多模终端能力，跨越多个运营者和服务，提供大范围服务。移动通信系统的关键技术包括信道传输；抗干扰性强的高速接入技术、调制和信息传输技术；高性能、小型化和低成本的自适应数组智能天线；大容量、低成本的无线接口和光接口；系统管理资源；软件无线电、网络结构协议等。移动通信系统主要是以正交频分复用（OFDM）为技术核心。OFDM技术的特点是网络结构高度可扩展，具有良好的抗噪声性能和抗多信道干扰能力，可以提

25、供比目前无线数据技术质量更高（速率高、时延小）的服务和更好的性能价格比，能为4G无线网提供更好的方案。例如无线区域环路（WLL）、数码音讯广播（DAB）等，都将采用OFDM技术。4G移动通信对加速增长的广带无线连接的要求提供技术上的响应，对跨越公众的和专用的、室内和室外的多种无线系统和网络保证提供无缝的服务。通过对最适合的可用网络提供用户所需求的最佳服务，能应付基于网际网络通信所期望的增长，增添新的频段，使频谱资源大扩展，提供不同类型的通信接口，运用路由技术为主的网络架构，以傅利叶变换来发展硬件架构实现网络架构。移动通信将向资料化，高速化、宽带化、频段更高化方向发展，移动资料、移动IP将成为未

26、来移动网的主流业务。四、典型的通信系统1、语音通信系统在长途交换机之间，需要增加若干个增音机或中继设备，以增大传输距离。2、高频（载波）通信系统使用频分复用的方法在一条线路上传输多路信号。A、明线高频通信带宽200khz以下，一般用到150khz；为了防止多条明线间的串音干扰，要采取频谱倒置、频谱搬移等措施。B、对称电缆高频通信系统带宽500khz以上，可以复用至120路；特点：可理入地下，外界影响小，通信安全性好；可加屏蔽层，抗干扰性好；线路衰减大，需要更多的增音机；3、同轴电缆高频通信系统 同轴电缆比明线和对称电缆具有更宽的带宽和更高的抗干扰性，也具有更好的保密性；同轴电缆通信系统也有如下

27、一些缺点：建设难度大；线路衰减大，需要更多的增音设备，系统复杂；复用的话路多，出故障时影响较大。几种通信系统的比较：线路类型工作频率khz复用话路平均增音长度km每路成本%架空明线61501210075对称电缆1225260182012同轴电缆608100180065图 3-5 4、长途电话网a、长途电信网的构成长途电信网有两类连接方法：一是各地的长途电信局直接两两相联；另一种是在一定范围内设立中心局，各长途局通过中心局相联接。我国目前有四类中心局：省间中心局、省中心局、县间中心局和县中心局。b、高频电话通路的联接中心局设立转接站对高频电话信号进行转接，在转接站中，实现对音频信号的恢复和重新调

28、制。5、微波通信系统微波传播是无线传输方式中的一种，卫星通信是微波通信方式中的一种。1）微波传播的特点：a、直线传播b、频带宽，容量大c、定向性好，保密性强d、抗干扰性好，传输质量稳定e、需要采用中继接力方式传播2）微波网与中继方式：微波网由终端站、中间站、主站、分路站等微波站构成，可接成环路方式和分支方式等。终端站：可进行基带信号调制和解调的站；中间站：只进行中频转换，不解调出基带信号的站；主站：可加入话路或分出话路，能进行超群调制或解调的站；分路站：能分支解调出话路、或对话路进行调制后并入系统的站。微波中继的中继方法有直接中继、基带中继和外差中继等。直接中继：接到微波信号直接变频为发信微波

29、转发；基带中继：接到信号后解调出基带信号，然后从新调制发送；外差中继：接到微波信号后将其变换为中频信号，放大后重发。微波的波段配置：微波站可以使用两频制或四频制工作方式。a、同一微波站，收发信要使用不同的频率；b、使用多个波段时，波段间要留有足够的间隔。6、光纤通信体系光纤由高纯度的石英玻璃在高温下拉制而成，芯径一般为微为级。光纤可分为单模光纤和多模光纤两种，单模光纤传输距离比多模光纤要远。光纤怕弯易碎，必须加以保护，常见的光纤及光缆如下图所示： 光通信中的码型变换在光通信中使用的编码要符合下列要求：a、码流中避免出现多个连续的0或1；b、便于误码监测；c、能降低对系统带宽的要求及减小信号基线

30、漂移。常用的编码有以下三类：伪双极性码、mBnB码、插入比特码。AMI码：为了减少信号中的直流分量，通信中常使用三电平码，在这种编码中，0保持不变，而1交替使用正负电平来表示。伪双极码：在光传输中，无法实现负信号，因此，用两位信号表示原码中的一位信号，原码中的1交替变换，形成伪双极码。AMICMIDMI111100101后10后0000二进制CMIDMIM1M2M1M200101011000110011图 3-9mBnB码：把原始码按m位一组划分，再把每组编成n位码，nm。在这种编码方法中，用n位码表示m位码，产生了一定的码组冗余，从而使得编码效率降低，但同时代码具有了一定的检纠错能力。伪双极码可视为1B2B码。插入比特码：把原始码分为m位一组，然后在每组后插入适当的比特位。常见的有奇偶校验码、C码、线性分组码等。光纤通信系统中的复用体系主要有两个：准同步数字体系PDH和同步数字体系SDH，PDH正逐步被SDH所取代。光纤通信中的复用方法：A、波分复用图 4-1根据相邻