概论01：通信发展史

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,通 信 概 论,课程类别：公共选修,课程定位：通信科普,主 讲 人,:,林 国 钧,1,内容安排,第一讲、通信发展历史,第二讲、电话与通信网,第三讲、移动通信系统,第四讲、微波通信系统,第五讲、光纤通信系统,第六讲、分组交换系统,第七讲、卫星通信系统,第八讲、铱星系统思考,2,指导思想,授课角度：,侧重于系统描述，对主要功能讲述,通信技术的历史、现状与发展趋势,通信系统提出的背景、设计目标、工作方式、应用领域。,各个时期相关的历史人物和重大事件,课程定位：,通信科普方式（兼顾各类听众）；,3,4,教学目的,通过课程的学习，使大家获得通信历史及发展、现代通信的基本方式以及通信系统的基本组成等各方面的基础知识。并对具有影响力的发明家、科学家以及相关的重大事件、人物有所了解。拓宽知识面。,4,5,参考教材和考核方式,参考教材,通信技术基础（第二版）,每次上课的,PPT,课件；,结束时开卷考试，按百分制计算成绩。,5,引 言,1,、通信基本概念,2,、通信基本目标,3,、通信业务概况,4,、通信手段概况,5,、线路技术概况,6,、信息安全可靠,7,、通信网分层结构,6,1、通信基本概念,什么是通信？,借助技术手段实现人与人、人与终端、终端之间信息交流。,通信举例,程控电话、手机、,Internet,网等；,通信重要性,生活、工作、学习；,7,2、通信基本目标和要求,基本目标,满足任何时候、任何地点、任何人或者任何智能终端设备之间信息交互的需要。,基本要求,质量：语音清晰度、数据误码率；,速度：接入、连接速度、传输速度；,价格：经济上的合理性；,使用：系统的可用性和可靠性；,8,3、通信业务概况,传统通信业务,电报、电话、传真。,现代数据通信,数据通信、可视电话通信、图像通信、电视会议、语言广播、电视广播、电子邮件、信息检索和多媒体通信。,多种通信方式,点到点、组播和广播等应用方式；,9,4、通信手段概况,有线传输：,架空明线、同轴电缆、,光缆等传输系统；,无线传输：,短波、超短波和微波为主,的各种频带的地面传输系统，,卫星传输系统。,10,5、通信技术概况,复用技术：,FDM,、,TDM,、,CDM,、,DWDM,；,压缩技术：,语音编码、压缩编码；,调制技术：,调幅、调频，幅移键控调制,ASK,频移键控调制,FSK,交换技术：,电路交换、分组交换技术；,11,6、信息安全可靠,重要性,信息安全是信息传送的基本要求；,安全技术,语音编码、加密技术、密钥分配和管理、访问控制。,通信可靠,差错检测、前向纠错、自动请求重传。,12,7、通信网分层结构,应用层,业务网,传送网,支,撑,网,支持三个层面，保证网络有效正常的各种控制和管理能力：,信令,同步,电信网管,垂直观点的网络结构,视频、音频、数据、多媒体。,电话网、分组网、,智能网、移动网,传输媒体、,传输系统,13,7、电信网分层结构,核心网,接入网,用户网,水平观点的网络结构,14,第一讲、通信发展历史,一、古代通信发展史,二、十九世纪通信史,三、交换机发展历史,四、光纤通信发展史,五、微波通信发展史,六、卫星通信发展史,七、移动通信发展史,八、因特网络发展史,15,一、古代通信发展史,1,、原始的光通信方式,2,、原始的声音和其它方式,3,、原始通信,存在的问题,16,1、原始的光通信方式,我国古代：,烽火台传送边疆警报。,希腊古代：,火炬的位置表示字母符号，一站一站地传送信息。,17,2、原始的声音和其它方式,声音方式：,击鼓鸣金来报时或,传达作战命令；,其他方式：,信鸽,传递文字信息；,旗语,视距范围内交流信息；,驿站,一站一站接力传递；,18,3、存在的问题,范围小,速度低,可靠性差,有效性低,19,二、十九世纪通信发展史,1、有线电报通信,2、有线电话通信,3、无线电报通信,20,1,、有线电报通信,诞生,莫尔斯（,MORSE,）电码（,1837,）：,点、划、空表示字母和数字；,电报机（,1838,）：,能够传递莫尔斯电码；,电报系统：,1844,年,5,月,24,日，莫尔斯启用第一条电报线，由华盛顿特区至巴尔的摩。,21,22,1,、有线电报通信,诞生,22,1,、有线电报通信,应用,商业,刺激了跨国公司快速增长；,推动了州际铁路的发展；,军事,改变了战争的速度和规模；,新闻,大大繁荣了新闻业；,23,1,、有线电报通信,意义,快速准确,人类第一次以光速（,30,万公里,/,秒）传递信息，瞬间可将信息传到电报机的另一端。,电信息传输,开创电信号传输的新时代；,24,2,、有线电话,发明,电话的发明：,发明人：贝尔,地点：美国波士顿,时间：,1876,年,2,月,公开展示：,费城，建国百年博览会，通过一条几百英尺长的铜线电缆，在一个单方向上用电流传送了声音。,25,2,、有线电话,特点和意义,特点：,双向实时通信（全双工通信）；,意义：,对于商业界、政府和普通人来说，电话代表着效率上的一次飞跃。,人们不必再去写信、拍电报，然后等待回音,而实时地进行语音交流。,26,2,、有线电话,公司的成立,贝尔公司,贝尔及其伙伴于,1876,年,7,月成立了,自己的公司，美国西方电话电报公司,AT,T,的前身。,电话 取得了迅速的、无与伦比的、商业性的成功。,27,3,、无线电报,概念的形成,电磁波的预言,麦克斯韦方程组，表达了,法拉弟一系列的电磁实验,结果，并预言了电磁波的,存在。,科学家的贡献,牛顿,把天上和地上的运动规律统一起来，麦克斯韦把电、光统一起来。,1831-1879,28,29,3,、无线电报,概念的形成,无线电的发现,赫兹实验报告说明,存在,一种电波，以光速在空中运动。,马可尼的设想（,1894,年）,“,这种电磁波可以用来,传递信号，能越过很长,距离，而无需导线,”,。,无线通信意义,实现移动通信，航海、航空、航天；,29,3,、无线电报,产品发明,无线电报发明（,1896,年）,马可尼在英国取得了专利权。,无线电报发展（,1898,年）,成功地超越英吉利海峡。,无线电报发展（,1901,年）,成功地实现了由英国横越大西洋与纽芬兰的无线电通信，相距,2700,公里。,30,3,、无线电报,普及原因,原因一：,1909,年,1,月,23,日，在浓雾中,“,共和号,”,轮船与驶往美洲的意大利,“,佛罗里达号,”,相撞。,30,分钟后，,“,共和号,”,发出了无线电遇险信号。为航行在该海域的,“,波罗的号,”,所截获，,1700,人因此获救。,31,32,3,、无线电报,普及原因,原因二：,1912,年，,“,Titanic,号,”,沉没事件。,32,3,、无线电报,普及原因,事件原因：,虽然发出信号，但这时，如果离,“,泰坦尼克号,”,只有几英里的,“,加利福尼亚号,”,闻讯赶到，船上的人均可得救。可是，这条船上的报务员不值班，未能收到,“,泰坦尼克号,”,发来的求救信息。,直到黎明，,“,卡帕蒂阿号,”,赶到了出事地点，仅救出,705,条生命，其余的,1503,人皆葬身鱼腹。,33,3,、无线电报,普及程度,强制性安装：,1910,年到,1912,年，由美国、英国和其他靠海国家建立了指示性的,24,小时航船到岸的通信。,1914,年伦敦，签署,“,海上安全条约,”,，涉及船舶的构造、救生、消防及无线电通信设备。,普及程度（,1918,年）：,已经有,5700,艘航船有无线电报装置。,34,三、电话交换技术的发展,1、电话交换技术的发展,2、我国电话交换机的发展,3、其它交换技术的发展,35,1、电话交换技术的发展,人工交换：,由话务员用人工拔插方法实现的；,机电式：,步进制交换机和纵横制交换机等。,程控交换（,1965,）：,程序控制交换机，现代通信网中交换设备的主流产品。,36,2、我国程控交换机的发展,诞生时间：,80,年代未和,90,年代初诞生。,主要特点：,HJD04,机,性能可靠、价格便宜；,重要意义：,打破了国外公司垄断我国万门以上交换机市场的格局。以此为契机，各种国产的通信机相继诞生，为通信业民族品牌打开了局面。,37,3、其它交换技术的发展,数字程控交换机,窄带和宽带,ISDN,、智能网业务和,CTI,技术也应运而生，为数字程控交换机广泛应用和增值业务打开了大门。,ATM,宽带交换机,语音、视频、数据多种业务和高速数据。,38,四、光纤通信技术,1、光纤通信概念,2、光纤通信历史,3、光纤通信技术,4、密集波分复用,5、光纤传输定律,39,1、光纤通信概念,光纤通信设想,既然电可以沿着金属导线,传输，光也可以沿着导光,的玻璃纤维传输。,光纤通信预言,英籍华人高锟,“,只要能设法降低玻璃纤维的杂质，就有可能使光纤的损耗从每公里,1000,分贝降低到,20,分贝公里，从而有可能用于通信,”,。,40,通信光纤传输原理,只要入射角大于临界角，就满足全反射定律，光全部返回。,只要弯曲不十分厉害，光也不会折射到包层中去,41,2、光纤通信历史,第一根光纤,1970,年美国康宁公司，每公里损耗,20,分贝的光导纤维。,第一代光通信系统,1977,年，,0.85m,波长多模光纤，速率为,34Mb,s,，中继距离为,20km,。,第二代光通信系统,1981,年，,1.31m,波长多模光纤，速率为,140Mb/s,，中继距离为,20km,。,42,3、光纤通信技术,实用激光器,1960,年美国人梅曼研制成,功世界第一台红宝石激光器；,低损耗光纤,损耗非常低的二氧化硅光导纤维。,1550nm,波长的光纤损耗仅为,0.15db/km,43,4、密集波分复用,DWDM,技术（,90,年代）,多个波在同一根光纤中传输，传输能力提高了几百、几千倍。,传输容量描述：,80,年代末，一根光纤的带宽仅可达到,2.4G,。,90,年代末，用,1600,个不同的波，通信容量达到,10,12,bps,，相当于,1,秒内传输,1000,份,30,卷的百科全书。,44,5、光纤传输定律,主要意义,显示了,20,世纪最后,10,年通信与信息发展的速度。,摩尔定律,每,18,个月，集成电路处理速度提高,1,倍、体积和价格下降一半。,光纤传输定律,每,6,个月光纤传输能力就翻一番。,45,五、微波通信技术,1,、无线通信的发展,2,、电磁波的划分,3,、电磁波的传播特点,4,、微波通信产生与应用,5,、成功案例及目前地位,6,、,微波通信,之扩频通信,46,1、无线通信的发展,中波通信,1901,年马可尼使用,800KHz,中波信号进行了从英国,北美纽芬兰的无线电波的通信试验。,短波通信,1923,年发现了短波通信，直到,20,世纪,60,年代卫星通信的兴起，它一直是国际远距离通信的主要手段，并且对目前的应急和军事通信仍然很重要。,47,2、电磁波的划分,空间传输的电磁波，传播速度等于光速。,电磁波的划分（频率或波长）：,长波： 低于,300KHz,中波：,300KHz,3MHz,短波：,3,30MHz,超短波：,30,300MHz,微波：高于,300MHz,。,48,3、电磁波的传播特点,中 波：,沿地面传播，绕射能力强，适用于广播和海上通信。,短 波：,具有较强的电离层反射能力，适用于环球通信。,超短波和微波：,绕射能力较差，可作为视距或超视距中继通信。,49,4、微波通信产生与应用,微波通信（中继通信）：,1930,左右发明，,40,50,年代发展为传输频带较宽，性能较稳定的微波通信。,主要特点：,通信容量大、投资费用省、建设速度快，抗灾能力强；,主要应用：,长距离大容量地面干线无线传输；在光纤通信应用之前，国内长途电话、电视节目传送等方面微波通信都发挥了重要作用。,50,51,5、成功案例及目前地位,应用举例：,在,1976,年唐山地震中，在京津之间同轴电缆全部断裂的情况下，六个微波通道全部安然无恙。,1998,年特大洪灾、,2008,年雨雪冰冻灾害中，微波通信显示了它的巨大威力。,目前地位：,因为光纤通信的大容量、高速度，卫星通信的大范围，微波通信逐渐成为辅助、备份的角色。,51,6、微波通信之扩频通信,扩频通信：,传输信息的射频带宽远大于信息本身带宽的通信方式。（重大突破）,信道容量公式：,C=W * log,2,（,1+S/N,）,数字扩频技术：,直序扩频和跳频扩频,低功率、抗干扰性能高、,实现码分多址、抗多径干扰,52,6、微波通信之扩频通信,扩频通信：通信技术一次重大突破,具有抗多径干扰并可以隐藏在噪声中工作等优势，具备更为强大抗干扰能力和保密性。被广泛应用于军事、民用等各个方面。,53,六、卫星通信技术的发展,1、卫星通信基本概念,2、卫星通信发展历史,3、我国通信卫星历史,4、卫星通信高速发展,54,1、卫星通信概念的提出,概念的产生,时间,1945,年,10,月；,人物,英国物理学家、,空军雷达军官克拉克；,克拉克设想,把中继站用火箭发射到赤道上空的静止轨道上，每隔,120,度设一个静止卫星，这样不仅能够实现远距离通信，而且还能够实现全球通信。,55,克拉克设想，把中继站用火箭发射到赤道上空的静止轨道上，每隔,120,度设一个静止卫星，这样不仅能够实现远距离通信，而且还能够实现全球通信。,56,卫星通信原理示意图,57,2、卫星通信发展历史,诞生：,1957,年人类第一颗人造卫星上天。,第一代：,1965,年第一颗地球同步卫星,“,蓝鸟,1,号,”,发射成功，开创了卫星通信的新纪元。,第二代：国际海事卫星（七十年代）；,第三代：,VSAT,（八十年代）；,第四代：移动卫星通信（九十年代）；,58,3、我国通信卫星发展,初次应用：,1972,年，尼克松,访华时租用国际,通信卫星向全球,转播。,初次发射：,1970,年,4,月,24,日,（,DFH1,）,第一颗实验静止卫星,1984,年，我国第一颗实验静止卫星发射成功（,DFH2,）,59,4、卫星通信高速发展,移动卫星通信,国际移动（,INMARSAT,）,95,年开通汽车移动电话系统。,低轨道卫星：,90,年代初分别提出铱星、全球星计划；并在,90,年代末,2000,年初投入使用。,60,4、卫星通信高速发展,移动用户目标系统（,MUOS,）,下一代的军用卫星通信系统,移动用户目标系统，即,MUOS,。,对于越来越依赖移动性及网络化环境，部署在世界各地的美国士兵的很多人有可能即将会用上这种单兵系统，其将为美军提供全球通信能力，尤其是通信难以达到的地方，比如茂密的丛林、大峡谷、高原或海洋。,61,七、公众移动通信的发展,1,、公众移动通信诞生,2,、蜂窝移动通信思想,3,、模拟蜂窝移动通信系统,4,、,GSM,蜂窝移动通信系统,5,、,CDMA,技术的诞生,6,、,CDMA,技术的,特点,7,、第三代移动通信,62,1、公众移动通信诞生,第一个系统,1946,年美国在圣路易斯和密苏里首先开通了公众移动电话系统。,存在的问题,由于用户成千上万地增加，而在当时一个载频只能为一对讲话者使用，因此频率资源紧张成了发展移动通信系统的瓶颈。,63,2、蜂窝移动通信思想,把移动通信的区域按照蜂窝形状划分成若干小区，而两个小区之间只要相隔一定距离，无线载频就可以重复使用。,背景：频率资源紧缺，无法满足众多用户的需要！,多址复用技术： 频分,FDMA,、时分,TDMA,和码分,CDMA,贝尔实验室提出，蜂窝原理,64,3、模拟蜂窝移动通信系统,系统诞生：,1978,年以后，美国、日本、瑞典等国利用这一技术先后开通了大容量小区蜂窝移动电话试验系统。,复用技术：,它们的工作频段各不相同，最早的蜂窝移动通信是频分复用多址技术,FDMA,。,65,3、模拟蜂窝移动通信系统,商用系统：,1983,年美国,AMPS,， 频段,824,894MHz,；,1985,年欧洲,ETACS,，频率,900MHz,；,1988,年日本,JTACS,，频段,860,925MHz,。,主要缺点：,保密性差，频率资源有些浪费，标准不统一而无法实现不同地区的漫游。,66,4、GSM移动通信系统,GSM,系统,Global System of Mobile,，,1990,年,复用方式：,时分多址复用,TDMA,；,开放性标准：,没有设立专利障碍；,100,多个国家采用、能够国际漫游。,67,4、其他第二代系统,DAMPS,美国，采用,TDMA,的方式。,PDC,日本数字蜂窝；,我国概况,第一个模拟移动通信系统建于,1987,年,第一个,GSM,系统建于,1993,年,68,5、CDMA技术的诞生,窄带,CDMA,美国高通公司是将,CDMA,技术民用化的创始者；,由高通公司制订的,IS,95,窄带,CDMA,被认定为国际上第一个,CDMA,的使用标准。,应用举例,中国联通的,133,网。,69,6,、,CDMA,技术特点,CDMA,具有,频谱效率高（,GSM,的,3,4,倍）；,话音质量好；,掉话率低；,基站覆盖面广等优点；,保密性好；,70,7、第三代移动通信,第二代移动通信（缺点）：,以话音通信为主、通信速率低等缺点；,第三代移动通信,3G,：,数字信令，结合移动卫星通信系统；,业务具有全球性，可以实现全球无缝漫游；,支持高质量的多媒体业务，支持服务等级；,以数据通信为主，兼容第二代；,传输速率：,144Kb/s,、,384Kb/s,、,2Mb/s,。,71,3G的通信牌照的发放,发放时间：,2009,年,1,月,7,日,发放部门：中国工业和信息化部,中国移动获得,TD-SCDMA,牌照,中国联通获得,WCDMA,牌照,中国电信获得了,CDMA2000,牌照,72,3个标准的实施构想,TD-SCDMA,中国移动 用户,4.5,亿,WCDMA,中国联通 用户,1.3,亿,CDMA2000,中国电信,收购联通,C,网 用户,2797,万,固网用户,2.1,亿,73,八、Internet网络的发展,1,、,Internet,基本概念,2,、,Internet,产生背景,3,、集中式通信网缺陷,4,、阿帕网的基本构想,5,、阿帕网的快速发展,6,、互联网,“,退伍从商,”,7,、初期网络应用范围,8,、,Internet,快速发展,74,1、Internet基本概念,什么是,Internet,国际互联网络、因特网、交互网络、网际网等等。,发展状态,它正在向全世界各大洲延伸和扩散，不断增添吸收新的网络成员，已经成为世界上覆盖面最广、规模最大、信息资源最丰富的计算机信息网络。,75,2、因特网产生背景,前苏联卫星（,1957,年）,当时苏联在,1957,年,10,月、,11,月接连发射了两颗卫星，重量达到,500,公斤，还带了一只活狗做试验。,美国卫星,美国人把苏联的卫星看作是对自己技术落后的严重警告，当然要急起直追。,1958,年发射一颗仅仅,8,公斤的卫星。并成立了高级计划研究局（,ARPA,）。,76,3、集中式通信网缺陷,集中式网络,由于最初计算机价格昂贵，人们采用了一个主机接到若干终端，用分时的办法让每个终端分享主机,CPU,。,潜在危险,只要中心被摧毁整个网络就会瘫痪。,77,4、阿帕网的基本构想,设计目标,在美国第一次受到核武器打击后，仍然具有一定的生存和反击能力。,基本构想：,设计一种分散的指挥系统，它由一个个分散的指挥点组成，当部分指挥点被摧毁后，其它点仍能正常工作，并且这些点之间，能够绕过那些已被摧毁的指挥点而继续保持联系。,78,4、阿帕网的初期状况,主管者,1969,年，美国,DOD/DARPA,资助建立了一个名为,ARPANET,的网络。,网络结点,洛杉矶和圣芭芭拉的加州大学、斯坦福大学和犹它州立大学的计算机主机。,连接方法,采用分组交换技术，专门的通信交换机和通信线路。,79,5、阿帕网的发展,网络规模（,1972,年）,40,个网点；,通信功能,发送小文本文件（即,E-mail,）,发送大文件（即,FTP,）,终端仿真（即,Telnet,）,80,6,、互联网,“,退伍从商,”,服务对象,本意为军队服务，然而在运行过程中，人们发现，真正功能还是为科学家服务。,开放性特点,互联网一直是在大学的校园里培养起来的，校园开放性的风格对互联网产生了直接的影响。,81,7、初期应用范围局限性,初期应用范围,限于学校和研究机构，是非赢利性的。,公众开始关注,从,1988,年起，尽管互联网的数据传送速度还很慢，尽管大量用户还是通过几乎是难以忍受的电话线拨号联入互联网，迫不及待的人们已经开始涌入这个新的领域。,82,8、因特网的快速发展,1990,年,ARPANET,被,Internet,取代,里程碑,1,：,HTTP,（超文本传输协议）的创建和应用,使因特网上的信息从仅有数据、语音转而包括图像。,里程碑,2,：商界、工业界介入,使因特网变成了企业家的,“,聚宝盆,”,，电子商务、,IP,电话和,IP,传真应运而生。,83,84,结束语,为同学勾勒一个通信概念的框架,为后续的课程的讲解做一个铺垫,84,第一讲结束,谢谢大家！,85,