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现代通信技术的发展现状及发展方向

发布日期:2020-06-16 12:22 来源:未知 点击:

  现代通信技术的发展现状及发展方向_工学_高等教育_教育专区。现代通信技术的发展现状及发展方向介绍以及简要介绍移动通信标准的演进与关键技术

  1. 简要概述现代通信技术的发展现状及发展方向; 光纤通信技术(现阶段主流) : 光纤通信技术是以光信号作为信息载体、 以光纤作为传输介质的通信技术。 在光纤通信 系统中,因光波频率极高以及光纤介质损耗极低,故而光纤通信的容量极大,要比微波等通 信方式带宽大上几十倍。 光纤主要由纤芯、 包层和涂敷层构成。 纤芯由高度透明的材料制成, 一般为几十微米或几微米,比一根头发丝还细;外面层称为包层,它的折射率略小于纤芯, 包层的作用就是确保光纤它是电气绝缘体, 因而不需要担心接地回问题; 涂敷层的作用是 光线不受水气及机械擦伤,同时增加光线的柔韧性;在涂敷层外,往往加有塑料外 套。光纤的内芯非常细小,由多根纤芯组成光缆的直径也非常小,用光缆作为传输通道,可 以使传输系统占极小空间,解决目前地下管道空间不够的问题。 我国从1974年开始研究光纤通信技术,因光纤体积小、重量轻、传输频带极宽、传 输距离远、电磁干扰抗性强以及不易串音等优点,发展十分迅速。目前,光纤通信在邮电通 信系统等诸多领域发展迅猛,光纤通信优越的性能及强大的竞争力,很快代替了电缆通信, 成为电信网中重要的传输手段。 从总体趋势看, 光纤通信必将成为未来通信发展的主要方式。 量子通信技术(特殊需求必须) : 在量子通信网络中,主要有量子空分交换技术、量子时分交换技术、量子波分交换技术 等。 量子空分交换是通过改变光量子信号的物理传输通道来实现光量子信号的交换; 量子时 分交换是在时间同步的基础上对光量子信号进行时分复用而进行的交换; 量子波分交换是将 光量子信号经过波分解复用器、波长变换器、波长滤波器、波分复用器而进行的交换。量子 通信网络有三个功能层面:量子通信网络管理层、量子通信控制层和传输信道层。由量子通 信控制层进行呼叫连接处理、 信道资源管理和建立由, 进而控制光纤通道建立端到端量子 信道,管理层负责资源和链等的管理,控制层和管理层的功能由经典通信链完 2016 年底, 和上海之间将建成一条全长 2000 余公里的量子保密通信线“京 沪干线”,它是连接、上海的高可信、可扩展、军民融合的广域光纤量子通信网络,主 要开展远距离、大尺度量子保密通信关键验证、应用和示范。此干线可以实现远程高清量子 保密视频会议系统和其他多跨越互联应用, 也可以实现金融、 政务领域的远程或同城数 据灾备系统, 金融机构数据采集系统等应用。 2016 年 7 月份中国将发射全球首颗量子科学 实验通讯卫星, 这标志着我国通信技术的突破性发展, 标志着中国同时在军用通信领域站在 了世界的最前列, 之后会陆续发射的更多量子通讯卫星, 就可以建成全球性的量子通信网络。 正如潘建伟院士所说量子科学实验卫星的发射, 将表明中国正从经典信息技术的跟随者, 转 变成未来信息技术的并跑者、领跑者,量子通信将会尽快走进每个人的生活,就像计算机曾 经做到的一样,改变世界。量子通讯卫星和“京沪干线”的成功将意味着一个天地一体化的量 子通信网络的形成。 量子通信与传统的经典通信相比, 具有极高的安全性和保密性, 且时效性高传输速度快, 没有电磁辐射, 它的这些优点决定了其无法估量的应用前景。 通过光纤可以实现城域量子通 信网络,通过中继器连接实现城际量子网络,通过卫星中转实现远距离量子通信,最终构成 广域量子通信网络。未来数年内,量子通信将会实现大规模应用,经典通信的硬件设施并不 会被完全取代, 而是在现有设施的基础上进行融合。 在通信发送端和接收端安装单光子探测 器、量子网关等量子加密设备,即可在电话、传真、光纤网络等原有的通信网络中实现量子 通信, 这将大大地提升通信的安全性。 量子通信有望在 10 到 15 年之后成为继电子和光电 子之后的新一代通信技术,这种“无条件安全”的通信方式,将从根本上解决国防、金融、政 务、商业等领域的信息安全问题。 短距无线通信技术(局域辅助通信) : 蓝牙技术: 以近距离无线连接为基础, 为固定与移动设备通信建立一个特别连接的 短程无线电技术, 要建立通用的无线电空中接口及其控制软件的公开标准, 使通信和计算机 进一步结合,在没有电缆或者是电缆通过 1Mb/s 的速率进行数据的相互传递的同时,还能 够比较便捷地接入到互联网当中, 这是一种能够实现语音以及数据无线传输的规范, 是一种 成本低廉、功耗较低、具备一定的安全性的无线连接的新技术。 Wi-Fi:无线局域网能够实现 MOPS 的无线接入,这种技术的主要优势在于能够较完美 的解决无线局域网以及校园网当中的用户以及用户终端的无线接入, 其覆盖的范围大约能够 达到 100m, 而且传输的速度比较快,相对而言,成本也比较低下,大大的节省了网络布线 的费用,而且更加方面厂商的参与,尽管其数据的安全性会稍微逊色于蓝牙技术,但是其带 宽以及电波的覆盖面积与蓝牙相比具有非常明显的优势, 但是其较好的带宽也是以非常高的 功耗作为主要代价的,所以说,绝大部分的无线网络都需要具备较高的电能作为储备,这也 在一定程度上了无线网在工业场所的广泛使用。 ZigBee:ZigBee 是一种低速率、短距离的新兴无线组网通信技术。它主要用于近距离无 线连接, 是一种介于无线标记技术与蓝牙之间的技术提案。 ZigBee 技术具备自身的无线标准, 其主要借助于数以千计的微小的传感器相互之间的协调来达到通信的目的, 借助于无线电波, 这些传感器用类似接力的方法实现数据由同一个传感器向另外一个传感器的传送, 在此过程 当中,所需要使用的能量极其微小,因此,这种通信的效率相对而言是比较高的。 4G:4G 网络也就是 3G 网络和 WLAN 的结合体,其主要的优势为,能够更加清晰的进 行视频图像的传输,其图片的质量与电视的清晰质量几乎一致,4G 系统的下载速度也很理 想, 通常情况下, 能够达到 10MB 的速度, 与目前的拨号上网相比, 网速快了大概 200 倍, 上传的速度也非常快,基本上能够达到 5Mbps4,此外,其还能够充分的满足用户对其所提 出的要求,4G 网络还能够再 DSL 以及电视解调器还没有进行覆盖的地方部署,进而 逐渐扩展到全部的地区,显而易见,4G 网络所具有的优势目前的网络无法取代的。 WIMAX:和 3G 与 WiMAX、WLAN 等宽带无线技术而言,它们之间虽然存在着局部竞争, 但融合已是大势所趋。当前已经得到规模化商用的 3G 网络,不仅在产业化和规模化方面拥 有其他无线技术无法比拟的优势, 而且它还具有广域覆盖、 全球漫游、 电信级安全性等优势, 这使得 3G 当仁不让地成为多元融合的公共无线通信平台。 WiMAX 由于具有超高的数据传输 速率,可以构建一个完全覆盖城域的宽带无线网络,WLAN 则在局域网领域大有用武之地。 同时,以 3G 为代表的移动通信网络在向 B3G/4G 演进的过程中,网络带宽将得到全 面扩展;而 WiMAX 则在技术演进的过程中,致力于全面增强移动性和安全性。可以预见, 将来在无线城市、电子政务、企业应用以及教育等领域,3G 与 WiMAX、WLAN 的融合(移动 +宽带),将使得人们在不同的网络中,享受到更加灵活的、更加丰富多彩的应用服务。 2. 简要介绍移动通信标准的演进与关键技术; 1G: 1986 年,第一套移动通讯系统在美国诞生,采用模拟讯号传输,模拟式为代表在 无线传输采用模拟式的 FM 调制,将介于 300Hz 到 3400Hz 的语音转换到高频的载波频 率 MHz 上。此外,1G 只能应用在一般语音传输上,且语音品质低、讯号不稳定、涵盖 范围也不够全面。 1G 主要系统为 AMPS,另外还有 NMT 及 TACS,该制式在、南美、以及 亚太地区广泛采用,而国内在 80 年代初期移动通信产业还属于一片空白,直到 1987 年 的广东第六届全运会上蜂窝移动通信系统正式启动。在第 1 代行动通信系统在国内刚刚 建立的时候,我们很多人手中拿的还是大块头的摩托罗拉 8000X,俗称大哥大(一般人 可用不起哟! ) 。那个年代虽然没有现在的移动、联通和电信,却有着 A 网和 B 网之分, 而在这两个网背后就是模拟时代的爱立信和摩托罗拉。 模拟通信系统有着很多缺陷,经常出现串号、盗号等现象。1999 年 A 网和 B 网被 正式关闭,2G 时代也来到了我们身边。 2G: 2G 声 音 的 品 质 较 佳 , 比 1G 多 了 数 据 传 输 的 服 务 , 数 据 传 输 速 度 为 每 秒 9.6——14.4Kbit,最早的文字也从此开始。 GSM 在 1990 年由欧洲发展出来,另外还有 TDMA、CDMA、PDC 与 iDEN。 2G 时代也是移动通信标准争夺的开始, , GSM 脱颖而出成为最广泛采用的移动通信 制式。 早在 1989 年欧洲就以 GSM 为通信系统的统一标准并正式商业化, 同时在欧洲起 家的诺基亚和爱立信开始攻占美国和日本市场,仅仅 10 年功夫诺基亚就成为全球最大 的移动电话商。 GSM:全球移动通信系统(Global System for Mobile Communication) ,是当前应用最 为广泛的移动电话标准,较之以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式 的。GSM 是一个当前由 3GPP 开发的标准。 TDMA: 时分多址(Time Division Multiple Access), 是把时间分割成周期性的帧(Frame), 每一个帧再分割成若干个时隙向基站发送信号,在满足定时和同步的条件下,基站可以 分别在各时隙中接收到各移动终端的信号而不混扰。同时,基站发向多个移动终端的信 号都按顺序安排在预定的时隙中传输,各移动终端只要在指定的时隙内接收,就能在合 的信号中把发给它的信号区分并接收下来。 CDMA:码分多址(Code Division Multiple Access),是在数字技术的分支--扩频通信 技术上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术。 CDMA 技术的原理是基于扩频技术, 即将需传送的具有一定信号带宽信息数据,用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码 进行调制,使原数据信号的带宽被扩展,再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相 同的伪随机码,与接收的带宽信号作相关处理,把宽带信号换成原信息数据的窄带信号 即解扩,以实现信息通信。 3G: CDMA 大行其道随着人们对移动网络的需求不断加大,第 3 代移动通信网络必须在 新的频谱上制定出新的标准,享用更高的数据传输速率。在 3G 之下,有了高频宽和稳 定的传输,影像电话和大量数据的传送更为普遍,行动通讯有更多样化的应用,因此 3G 被视为是行动通讯新的重要关键。而支持 3G 网络的平板电脑也是在这个时候 出现,苹果,联想和华硕等都推出了一大批优秀的平板产品。中国于 2009 年的 1 月 7 日颁发了 3 张 3G 牌照,分别是中国移动的 TD-SCDMA,中国联通的 WCDMA 和中国电 信的 WCDMA2000。 分别是 WCDMA,CDMA2000,TD-SCDMA,WiMAX。 CDMA 是第三代移动通信系统 的技术基础。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。世界上主流的 3G 规格为 WCDMA 与 CDMA2000 系列, 另外还有中国移动主推的 TD-SCDMA。 美、 加、 澳、 韩以及日本 KDDI 采用 CDMA 2000 系列。 4G:无线G 是指无线蜂窝电线G 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。 2013 年 12 月,工信部 在其官网上宣布向中国移动、中国电信、中国联通颁发 “LTE/数字蜂窝移动通信业务 (TD-LTE)”经营许可,也就是 4G 牌照。至此,移动互联网的网速达到了一个全新的高度。如 今 4G 信号覆盖已非常广泛,支持 TD-LTE、FDD-LTE 的手机、平板产品越来越多,很多平板, 并成为标配,支持通话功能、网络的 Android、Win 系统平板也非常常见。 LTE 是基于 OFDMA 技术、由 3GPP 组织制定的全球通用标准,包括 TDD(时分双工) 和 FDD(频分双工)两种模式,二者相似度达 90%,差异较小。 TD-LTE:TDD 版本的 LTE 技术,分时长期演进(Time Division Long Term Evolution) ,由 3GPP 组织涵盖的全球各大企 业及运营商共同制定。 FDD-LTE:FDD 版本的 LTE 技术。由于无线技术的差异、使用频段的不 同以及各个厂家的利益等因素,FDD-LTE 的标准化与产业发展都领先于 TD-LTE,成为当前世 界上采用的国家及地区最广泛的,终端种类最丰富的一种 4G 标准。 5G:高可靠体验 5G,即第五代移动通信技术,国际电联将 5G 应用场景划分为移动互联网和物联网两大类。 5G 呈现出低时延、高可靠、低功耗的特点,已经不再是一个单一的无线接入技术,而是多 种新型无线接入技术和现有无线G 后向演进技术)集成后的解决方案总称。

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