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现代通信的发展动态甘良才武汉大学电子信息学院2006年10月27日提 要一概 述二现代通信系统的任务和要求三通信技术发展的历史四国内外通信系统的现状五现代通信系统的发展趋势六现代通信系统中的关键技术七、思考与对策一概 述1基本概念（1）通信是指带有信息的信号从一点传到另一点的过程。但随着通信技术的发展，现代通信可以这样来定义：信息的信号从一点（或多点）传送到另一点（或多点）的过程；或者可以这样来定义：现代通信是指在任何时间、任何空间、任何地点、任何对象之间以任何方式进行信息交换的过程。例如人与人、人与机器之间信息的交换。（2）信息信号的形式：语言、文字、数据、图像等。（3）信道：传输或交换信息信号所用的媒介（或媒质）即通信的信道。（4）信道的分类：1）有线信道（明线、电缆、光纤）2）无线信道（空间）。（5）通信的任务：它是克服信息源与收信者之间的地理（距离）上的障碍，经济、迅速、可靠而准确地传送信息。（6）通信系统：传递信息所需地一切技术、设备和信道的总称。即信息源的时空点向另一信宿的时空点(用户)传递信息所需的一切技术、设备、信道的总和。2通信系统的组成图11 通信系统的组成框图模拟源：电话机、电报、电视、摄像机数字源：电传机、计算机（1）通信系统的分类：1）按信息的物理特征分：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图象通信系统。2）按调制方式分：基带传输通信系统不经调制的信号直接在信道上传输的系统。即音频市内电话、数字信号的基带传输的通信系统。 调制传输通信系统对各种信号变换方式后进行传输的总称。调制的目的：a将信息信号变换成便于在信道上传送的形式。如无线传输时，必须将信息信号载在高频上才能在自由空间发射出去。b提高通信的性能（可靠性和有效性），尤其是抗干扰的能力。c有效地利用频带。3）按传输信号的特征分连续波模拟通信系统：AM、DSB、SSB、VSB、FM、PM，连续波数字通信系统：ASK、OOK、FSK、PSK、DPSK，脉冲波模拟调制通信系统：PDM、PAM、PPM，脉冲波数字调制通信系统：PCM、M。4）按传输信号的复用方式分：频分复用：用频谱搬移的方法，使不同信号占据不同的频率范围。时分复用：用脉冲调制的方法，使不同信号占据不同的时间区间。码分复用：用一组正交的脉冲序列分别携带不同的信号。5）按传输媒介分：有线通信系统（明线、电缆、光纤），无线通信系统（空间）。6）按传输手段分：电缆通信系统、微波（中继）通信系统、光纤通信系统、卫星通信系统、移动通信系统、计算机通信系统、扩频通信系统。7）按传输频段分：长波通信系统、短波通信系统、中波通信系统、激光通信系统、红外波通信系统。（2）现代通信系统：以先进的通信手段、技术、设备组成的通信系统。如光纤通信系统、卫星通信系统、移动通信系统、扩频通信系统、个人通信系统等。二现代通信系统的任务和要求1主要任务将愈来愈多的信息，通过经济的手段从某一地点传输到所需的任何地点（包括人类物质文明所能达到的，甚至远离地球的地点）。2主要要求随着人类精神文明和物质文明的日益进步，人们对通信的要求越来越高，尤其是随着大规模和超大规模集成电路（LSI、VLSI）的迅猛发展及计算机技术的不断更新和广泛应用，原有的多种通信手段，如短波通信、模拟微波中继通信、同轴电缆载波通信、机电式市内电话交换机及移动调频台均逐步表现出不能适应现代化通信的要求，需要不断地对其进行改造或淘汰。其具体要求：1）要求任何通信系统应能对大量的信息进行处理（包括变换）、传递和复现。在远距离传输信息（无线）时，要求限制在一定带宽和功率范围内（即在频带受限、功率受陷的条件下）能有效可靠地进行远距离的信息传输。2）要求任何现代通信系统，应能在任何复杂的电磁环境中（尤其是强电磁环境），信息复现时失真最小，即保证信息不受任何干扰能进行有效地、可靠地传输。3）要求现代通讯系统，应不受地理地形环境的限制，及时地、有效地、可靠地传输信息。尤其应使任何国与国之间的通信满足“及时、迅速、保密、可靠”的要求。应使国内各族人民，不论城市、农村均能享受到现代通信对时空感觉带来的变化。4）要求现代通信系统，应能使信息社会中的生活、办公、科研、生产、文教、卫生等活动形成一个生动活泼的整体，高效率高质量地提供经济、可靠的通信手段。5）要求现代通信系统能将电话、电视（TV）、图像和文字、数据等多种通信业务有机地结合起来，实现综合业务通信。如现在正在兴起和发展的综合业务数据网（ISDN），尤其是宽带综合业务数字网（B-ISDN）。三通信技术发展的历史通信技术发展史上的重要事件如下：1837年莫尔斯发明有线电报，至1844年已能传送40英里。1858年大西洋海底电缆第一次解决了越洋通信，但原始的电缆带宽极窄，90个字的电报需要67分钟。1864年麦克斯韦尔提出了著名的电磁辐射方程。1876年贝尔发明电话。1887年德国赫兹以卓越的实验证明了电磁波的存在。1895年马可尼发明了无线电报，并于1901年首次完成了横跨大西洋的无线电通信。1904年弗莱明发明了真空二极管，1907年李·德·福尔斯特发明了真空三极管，1918年FM无线广播、超外差接收机相继问世，1925年开始采用了三路载波电话、多路通信。1936年调频无线广播开播，1937年发明了PCM原理，1938年电视（TV）广播开播。（19401945）年第二次世界大战刺激了雷达和微波通信系统的发展。1948年发明了晶体管，仙农提出了信息论，通信统计理论开始建立。1950年时分多路应用于电话。1956年建设了越洋电缆。1957年前苏联发射了第一颗人造地球卫星。1958年美国发射了第一颗通信卫星，1960年发明了激光，1961年发明了集成电路，1962年发射了第一颗同步通信卫星，PCM进入实用阶段。（19601970）年彩电问世，阿波罗宇宙飞船登月，数字传输理论和技术得到了迅速发展，出现了高速数字计算机。（19701980）年大规模集成电路出现和发展，国际商用卫星通信建立，程控交换机进入实用阶段，第一条光纤通信系统投入运用，微处理机在通信领域的应用迅速发展。1980年以后，用VLSI制成了长波长光通信系统广泛应用，综合业务数字网ISDN崛起。 作为现代无线通信应用发展的标志是蜂窝无线和个人通信系统的建立和发展：70年后期为第一代无线通信系统（模拟，FDMA），80年代为第二代窄带数字系统的广泛应用（TDMA、CDMA），目前即将进入实用的第三代移动通信系统为采用智能信号处理技术的宽带数字系统（CDMA），第四代移动通信系统是多功能集成的宽带移动通信系统(CDMA、OFDM)，现在处在概念阶段，可提供的最大带宽为100Mbps。第四代移动通信将以宽带（超宽带）、接入因特网、具有多种综合功能的系统形态出现，很可能到2010年就会出现相关的实验系统和手机模型。四国内外通信系统的现状 数字化、大容量、远距离、高效率、多信源及保密性、可靠性、智能化等成为现代通信系统的特点。1、有线通信系统（架空明线、对称电缆、中小同轴电缆和海缆）：它是各国国内长途干线的主要通信手段。国内，目前的有线通信系统主要是以光缆（光纤）通信为主导，无论是长途干线或市内局间均己用光缆更换（或取代）。国内近几年来也在迅速发展光纤通信系统。目前已建成各种光纤通信线路数千公里。并在研制各种类型的大容量光纤通信系统和光纤局域网。2、微波中继通信系统在国内、外均是一种重要的通信手段。目前国外在数字化、大容量、更高频段（接近毫米波）和无人管理方面均已取得很大的进展，实现了在40MHz的标准频道间隔内，可传送（19207680）路PCM数字电话，实现了在40MHz带宽内传输4×140Mbit/s多路通信。而国内：已新建了不少微波中继专用通信网，我国5万多公里的微波中继通信线路，其中3/5用于通信，2/5用于广播TV传送，至2000年前国内已新建了10多万公里的微波中继线路。但我国数字微波通信系统目前仍比较落后，现在正在大力发展。3、光纤通信系统具有通信容量大、成本低，而且抗干扰能力强，与同轴电缆相比可以节省大量的有色金属和能源。自1997年世界第一个光纤通信系统在芝加哥投入使用以来，光纤通信发展极为迅速，世界各国广泛采用光纤通信系统，大西洋、太平洋的海底光纤通信系统已经开通使用。目前，某些发达国家长途电话及市话中继系统的光纤通信网已基本建成。今后将集中发展用户光纤通信网（即个人通信网）。至今我国光纤通信系统累计光缆长度已近达10万多公里。目前除了扩充、改造原有的同轴电缆载波线路，以充分发挥其作用外，已不再敷设同轴电缆，全部采用光纤通信的新技术，预计未来十年内光缆还将增加10万公里。光纤通信的发展方向：大力开发单模、长波长、大容量数字传输光缆通信和相干光通信。4、卫星通信系统自1965年第一颗国际通信卫星投入商用以来，卫星通信获得了迅速的发展。现在第七代国际通信卫星（ISVII）即将投入使用，卫星通信的使用范围已遍布全球。仅国际卫星通信组织拥有数十万条话路，80%的洲际通信业务和100的远距离TV传输，均采用卫星通信，它已成为国际通信的主要传输手段，同时，卫星通信已进入国内通信领域，许多发达国家和发展中国家均拥有国内卫星通信系统。我国自70年代起，开始将卫星通信用于国际通信，从1985年开始发展国内卫星通信，至今已发射了7颗同步通信卫星，连同租借的国际卫星转发器，已拥有30多个转发器，与182个国家和地区开通了国际通信业务，并初步组织了国内公用卫星通信网及若干专用网。目前卫星通信大量使用的模拟调制及频分多路和频分多址。部分使用数字及时分多址和码分多址。5、移动通信系统它是现代通信系统中发展最为迅速的一种通信手段。它是随着汽车、飞机、轮船、火车等交通工具的发展而同时发展起来的。近十年来，在微电子技术和计算技术的推动下，移动通信从过去简单的无线对讲或广播方式发展成为一个有线、无线融为一体，固定移动相互连通的全国规模的通信系统。在电信工业中，移动通信所占比例名列前三，仅次于电话、数据通信。目前，欧美各国蜂窝式公用移动通信系统的用户已有数百万，专用调度系统的移动用户亦有数百万。我国公用移动通信系统处于发展初期，专用移动通信系统及无线寻呼在近几年也发展迅速。目前广泛用于政府、军事、外交、气象等部门，尤其是军事部门。6、计算机通信系统（网）计算机与通信的结合是通信网发展的一个新阶段。目前国外计算机通信网已相当发达，组成了全国性的大型计算机网，使信息得到充分的利用。国内也已开始建设数字网和计算机网。7、扩频通信系统扩频通信是70年代中期迅速发展起来的一种新型的通信系统，它抗干扰能力、抗衰落能力、抗多径的能力是上述其它通信系统无与伦比的。目前国外扩频通信系统发展相当迅速，尤其是中、长波和超短波已相当成熟，已生产出各种类型的扩频通信系统，并广泛地用于多个领域，尤其是资源探测，交通管理部门（如GPS系统）和军事部门，（如海湾战争）均用到这种通信系统。短波跳频通信目前国外主要用在军事上。我国自80年代以来亦开展了扩频通信系统的研制工作，在中波和超短波的扩频通信也已有产品用于军事通信上，而短波跳频通信正处于理论探讨和实验阶段。估计不久也会有这类产品问世。五现代通信系统的发展趋势现代通信系统主要是朝着宽频带、大容量、远距离、多用户、高保密性、高效率、高可靠性、高灵活性的数字化、智能化、综合化的方向发展。具体而言：1）数字通信系统是一个必然趋势，尤其是大容量的数字微波中继通信系统将成为近年来干线通信系统的发展方向。2）卫星通信系统可以实现多址通信，它是最理想的通信手段。而数字卫星通信系统将是今后卫星通信系统的重要发展方向,其主要技术发展和应用方向有：卫星电视直播成为卫星应用产业的支柱产业卫星通信网与互联网和陆基电信网的相互融合正在扩展卫星通信的新领域。卫星互联网内容传送和宽带接入服务等数据传递业务成为推动市场繁荣的新动力，使卫星通信应用向综合化方向发展。卫星数字音频广播是即将崛起的新兴产业。卫星宽带数据接入将出现重大发展，政府和企业市场是主体。静止轨道频段卫星将得到发展，与混合网络是近期成功的关键。全球卫星移动通信目前正在恢复活力。3）由于信息量的不断膨胀，尤其是信息源的种类不断增加，这就要求宽频带、大容量，而光纤的频带极宽，一根头发丝那样细的光纤可以同时传输十亿路电话或1千万套TV，这决不是只能传输几百路电话而用很粗的电缆所能比拟的，且成本低可以节省大量宝贵的金属，因此，光纤通信系统将用于未来的干线通信和多种有线通信这是必然的发展趋势。以高速光传输技术、宽带光接入技术、节点光交换技术、智能光联网技术为核心，并面向IP互联网应用的光波技术已构成了今天的光纤通信研究热点，在未来的一段时间里，人们将继续研究和建设各种先进的光网络，并在验证有关新概念和新方案的同时，对下一代光传送网的关键技术进行更全面、更深入地研究。从技术发展趋势角度来看， WDM技术将朝着更多的信道数、更高的信道速率和更密的信道间隔的方向发展。从应用角度看，光网络则朝着面向 IP互联网、能融入更多业务、能进行灵活的资源配置和生存性更强的方向发展，尤其是为了与近期需求相适应，光通信技术在基本实现了超高速、长距离、大容量的传送功能的基础上，将朝着智能化的传送功能发展。4）由于移动通信具有灵活性、机动性，又可以实现多址及便于组网，故移动通信系统尤其是数字移动通信系统，其主要发展方向为：移动网增加数据业务:1xEV-DO、HSDPA（CDMA2000标准系列中专门提供高速分组数据业务的无线标准通信技术）等技术的出现使移动网的数据速率逐渐增加，在原来的移动网上叠加，覆盖可以连续;另外，WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access全球微波接入互操作）的出现加速了新的3G增强型技术的发展;固定数据业务增加移动性:WLAN等技术的出现使数据速率提高，固网的覆盖范围逐渐扩大，移动性逐渐增加;移动通信、宽带业务和WiFi（Wireless Fidelity，无线保真）的成功，促成802.16/WiMAX等多种宽带无线接入技术的诞生。5）为了实现多点对多点之间的网络通信，以数据传输为主的计算机通信网，将成为通信自动化的一种重要手段。从而使基于这一重要手段的综合；业务数字网（N-ISDN或B-ISDN）成为今后新型综合通信系统的重要发展方向。 6）除上述多种现代通信系统之外，还有一种抗干扰能力极强，能充分利用有限的无线电频谱资源，军用战术通信的最主要手段，在民用通信中亦有发展前途的扩频通信系统，也将是今后的重要发展方向。 7）与扩频通信系统同等重要的，为实时和窄带的数据无线提供迅速而可靠的通信手段，非常适于军事指挥，工业控制及生产调度的一种最新型的通信方式分组无线网，也将是今后要着力发展的重要方向。 8）在上述通信系统或通信方式的基础上，正在迅速崛起，可以真正实现在任何时间、任何空间、任何地点、任何对象以任何方式进行信息交换的个人通信系统，也是现代通信系统的重要发展方向。六现代通信系统中的关键技术现代通信的主要要求可以归纳为如下特点：大容量、远距离、多用户、抗干扰、安全保密等。根据这些要求，在现代通信系统中必须解决如下各种关键技术问题：1）信道编码技术从信道传输质量来看，希望在噪声干扰的情况下，编码的信息在传输过程中差错愈小愈好。为此，就要求传输码有检错和纠错的能力，欲使检错（纠错）能力愈强，就要求信道的冗余度大，从而使信道的利用率降低了，同时信道传输的速率与信息码速率一般是不等的，有时相差很大，这是我们在设计通信系统时必须注意的问题。；尤其是带限情况下要认真考虑的。（a） 当码元速率相同时 （二进制） （多进制） （b） 当信息速率相同时： 欲提高信道利用率，就要求采用性能优良的纠错码。如RS码纠错能力强。2）现代调制解调技术有效利用频谱是无线通信发展到一定阶段时，所必须解决的问题，况且随着大容量和远距离数字通信的发展，尤其是卫星通信和数字微波中继通信，其信道是带限的和非线性的，这使传统的数字调制解调技术面临着新的挑战，这就需要进一步研究一种或多种新的调制解调方式来充分节省频谱和高效率地利用有限的频带，如现代的恒包络数字调制解调技术、扩展频谱调制解调技术。3）信道复用技术欲在同一信道内传输千百条话路就需要利用信道复用技术。所谓信道复用就是将输入的众多不同信息源来的信号，在发信端进行合并后，在信道上传输，当它到达收信端又将它们分开，恢复为原多路信号的过程称之为复接和分接，简称复用。理论上只要使多路信号分量之间相互正交，就能实现信道复用。常用的复用方式主要有频分复用(FDM)、时分复用(TDM)、码分复用(CDM)和空分复用(SDM)等四种。数字通信中实现复用的关键需要解决多种多样的同步问题。4）多址技术目前现代通信是多点间的通信，即多用户之间的相互通信方式时，除了传统的交换方式外，人们需要在任何地点、任何时间，能够与任意对象交换信息，往往采用多址方式来予以实现。例如卫星通信就是通过通信卫星与地球上任一个或多个地球站进行通信，而不需要专门的交换机的多址方式。多址方式有：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）扩频通信就是这种多址方式、空分多址（SDMA）等。5）通信协议在当今的信息社会里，现代通信不仅仅是国内范围内的通信，而且是超越国界的。因此，在国内通信中需要规定统一的多种标准，以避免在通信过程中造成相互间的干扰或因通信线路（系统）的接口不同，而无法进行通信。在国际上成立了专门的机构国际电报电话咨询委员会（CCITT）现已更名为国际电信联盟（ITU）和国际无线电咨询委员会（CCIR），这两个机构开展工作几十年来，分别制定了一系列各国必须遵守的国际通信标准，并制定了为世界各国通信工作者所公认的众多的协议和建议，随着目前通信体制日新月异的发展，仍然还有许多新开发的领域需要制定新的标准，例如ISDN和多种网路的协议等。在设计各种通信系统时，这是我们必须注意的关键问题。6）其他技术在设计一个通信系统时，除了上述一些关键技术外，还有一些对通信质量关系重大的技术，如纠错编码技术、交换技术、多媒体技术、网络监控和管理技术。随着现代通信事业的迅猛发展，尤其是在当前通信正从系统向网络过渡的发展时期，新技术更是层出不穷，有待我们加强学习、研究和不断开发。七、思考与对策目前的高等教育要面向我国国民经济的主战场，为了促进我国科学技术发展和提高我国科学技术研究整体水平，信息科学技术可以说是当今科学技术发展的火车头和必须优先发展的学科。在信息科学技术中，通信技术是当今我国重点发展的学科之一，为此要求我们高等学校从事信息学科的广大教师和科技工作者必须重视这一领域的发展，必须积极开展通信技术的研究工作。欲使通信技术研究工作能够迅速有序的开展起来，除了要求我们具备坚实的理论基础之外，我个人认为必须从如下方面作好工作：1）结合目前通信领域的发展趋势，广泛浏览国内外目前在该领域的前沿动态和研究现状，加强理论学习，并了解各种通信技术之间的关联，作好理论和思想上的准备；2）结合本身的理论基础和所在单位的科研条件，经常性地开展相关的某个通信领域的研究工作，在相关的科技刊物上发表相关工作的学术简报和学术论文，为向省、市与企业等科技部门申报相关研究课题打下良好的工作基础；3）在获得省、市与企业等科技部门相关课题的资金支持下，认真作好所获课题的研究工作，并在国内外权威刊物上发表相关的学术论文，从而为了向国家自然科学基金委和国防科学基金委申报更前沿的课题打下坚实的工作基础。4）为了顺利开展上述的研究工作，必须不断的创造良好的工作条件，其中常用的和先进的科学测量仪器是开展科研工作的必备工具，那么就要求高等学校电子信息类学科相关老师和科技工作者必须重视实验室的建设，不断充实和更新教学、科研所需的测量仪器与设备，如：射频无线系统、DDS信号源、FPGA频率源以及各种先进的频谱分析仪。目前国内一些著名的生产厂家与公司均分别推出了供无线通信技术所用的各种测量仪器与设备。本人作为教育部中南地区电子信息类基础课程研究会的理事长，我将积极的推荐和引导中南地区的高等学校有意识的购置相关测量仪器与设备，为促进中南地区高等学校电子信息类学科的实验室建设与教学改革作出应有的贡献。- 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