现代通信新技术ppt课件.ppt
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1、2022/11/12,1,第十三章 现代通信新技术,2022/11/12,2,21世纪通信技术的发展趋势,面向21世纪通信的两大通信平台 光纤通信平台:无线通信平台: 超大容量、超长距离 宽带、移动 关键技术:波分复用、关键技术:CDMA、智 光纤放大器能天线、软件无线电,IP over ?,2022/11/12,3,21世纪电信网的发展趋势无线通信热点之一:个人通信,1986年 CCIR制订 FPLMTS,以个人全球通信为目标,首次提出个人通信概念1986年 CCITT讨论 UPT(全球通用个人通信)1989年 英国政府发放许可证建立双向个人通信网,首次出现 PCN名词90年代以来,美国提出
2、个人通信业务( PCS),或个人通信系统 (PCS) 但是,到底什么是个人通信?,CCITT个人的移动性和终端移动性分开着重于个人的移动性,用户号码可以在任何终端上使用无线接入不是必要的条件CCIR、欧洲 PCN、美国 PCS 个人的移动性靠终端的移动性实现 移动通信网作为个人通信网的底层网络结构 无线接入是必要的条件以无线接入为基础的个人通信叫做无线个人通信 Wireless Personal Communications,2022/11/12,4,通信的发展目标-个人通信,目标是实现:个人通信系统 (PCN) 无论任何人 (Whoever) 在任何时候 (Whenever) 在任何地方 (
3、Wherever) 与另一个人 (Whomever) 进行任何类型 (Whatever),2022/11/12,5,个人通信是新的挑战,个人通信(PC):任何人在任何时间与任何地点以任何形式的通信 “任何时间” 要求支持动中通: 无线通信是前提 “任何人” 要求支持巨大用户量: 频谱资源有限 “任何地点” 要求无缝覆盖: 传输能力有限 “任何形式” 要求多媒体: 处理能力有限,2022/11/12,6,个人通信的发展基础,新一代集成电路,新一代信息处理,新一代卫星通信,新一代移动通信,新一代广播电视,新一代无线接入,新一代信息网络与服务,新一代光纤通信,2022/11/12,7,信息社会的PC
4、时代,第一个PC时代1980年2000年Personal Computer第二个PC时代20012020年Personal Communication第三个PC时代20202040Power Chip (?),2022/11/12,8,卫星通信,高轨道卫星通信特点:同步轨道、静止卫星、容量大、质量好、功率受限信道用途:国际长途海事卫星电视广播军事通信,中低轨道卫星通信特点:距离近、地面设备简单灵活,非静止轨道,要求跟踪用途:非实时信息传送遥感侦测卫星移动通信,2022/11/12,9,卫星通信导航和定位,四大卫星导航系统中国的北斗导航系统和美国GPS、俄罗斯格罗纳斯、欧盟伽利略系统并称为全球四
5、大卫星导航系统。目前,联合国已将这4个系统一起确认为全球卫星导航系统核心供应商。,北斗卫星定位导统系北斗卫星定位导统系由四颗(两颗工作卫星、两颗备用卫星)北斗定位卫星、地面控制中心、北斗用户终端三部分组成。,2022/11/12,10,移动卫星通信系统,卫星通信的概念 卫星通信是指地球站(也可能是手持终端)之间或地球站与航天器之间利用通信卫星转发器实现的无线电通信。 主要包括: 卫星固定通信(FSS) 卫星移动通信(MSS) 卫星直接广播(BSS) 卫星中继通信,2022/11/12,11,卫星通信系统组成,空间段:转发无线电信号,要求放大,且尽量无失真,无噪声;地面段:放大、发射、接收信号等
6、;监控中心:保证通信卫星正常运转,通信网络正常工作,对地球站的方向图、功率和频率进行监测。,2022/11/12,12,空间段,2022/11/12,13,地面段,2022/11/12,14,用户段,2022/11/12,15,卫星通信系统工作方式,A)双星双跳: 用于国际通信,两个地球站看不到同一颗卫星,传输时延大;B)单星双跳:用于星形网,平时不通信,需要时进行通信,不允许国内话音通信,用于数据通信。,2022/11/12,16,卫星通信的业务类型,ITU (International Telecommunication Union)定义三种业务类型:固定卫星业务FSS (Fixed sa
7、tellite service) 移动卫星业务MSS (Mobile satellite service)广播卫星业务BSS (Broadcasting satellite service),2022/11/12,17,世界卫星通信的发展,1997年世界卫星市场销售额512亿美圆,预计2007年达到1900亿美圆截止1999年底,全球300颗同步卫星提供60%的州际通信和100%国际电视转播全球在轨转发器4467个,正在建造的转发器1793个发展经历了:从模拟数字 ;从窄带话音宽带综合业务 ;从FSSMSS ;从C波段Ku、Ka波段。,2022/11/12,18,世界通信卫星的发展-亚洲区,2
8、022/11/12,19,移动卫星通信系统,早期:同步卫星 (国际海事卫星组织IMASSAT-A、B、C、M) 卫星信号弱,主要为船载或车载终端。近期:中、低轨道卫星“铱”(Iridium)星系统(Motorola) 77(66)颗卫星组成,50亿美圆 全球用户5.5万(中国900个) 终端:$3500,通话费,7$/分 1998投入使用,2000.3.18停止服务“全球星”(Globalstar)系统 48颗卫星组成,17亿美圆 终端:¥1,5800,通话费,10¥/分,2022/11/12,20,卫星导航系统,四大卫星导航系统中国的北斗导航系统和美国GPS、俄罗斯格罗纳斯、欧盟伽利略系统并
9、称为全球四大卫星导航系统。目前,联合国已将这4个系统一起确认为全球卫星导航系统核心供应商。,北斗卫星定位导航系统北斗卫星定位导航系统由四颗(两颗工作卫星、两颗备用卫星)北斗定位卫星、地面控制中心、北斗用户终端三部分组成。,2022/11/12,21,四大卫星导航系统,中国的北斗导航系统和美国GPS、俄罗斯格罗纳斯、欧盟伽利略系统并称为全球四大卫星导航系统。目前,联合国已将这4个系统一起确认为全球卫星导航系统核心供应商。,美国的第二代GPS卫星导航系统,欧盟的伽利略卫星导航系统,俄罗斯的“格洛纳斯”导航系统,北斗二号导航卫星导航系统,2022/11/12,22,中国卫星通信的发展,中国第一颗试验
10、卫星“东方红一号”于1970年4月24日发射成功,重37Kg,运转周期110分钟,绕地球一周,以旋极化的全球波束向全球广播“东方红乐曲”。1972年我国邮电部租用国际第四代卫星(IS-IV),引进国外设备,在北京和上海建立了四座大型地球站(30m),首次开展了商业性的国际卫星通信业务。1975年后建成了北京,南京,乌鲁木齐,昆明,拉萨等地球站。先后利用法国,德国提供的交响乐卫星和国际IS-V卫星成功地进行了各种通信业务的传输试验。证明研制的地球站主要技术性能达到国际标准。1984年4月8日成功发射第一颗同步轨道试验通信卫星“东方红二-1”定位在125E,重433Kg,携带2个8W的C频段转发器
11、,以全球波束辐射,中心波束为23.4dBW,工作在C(6/4GHz)频段。通过这颗卫星开通了北京至乌鲁木齐,昆明,拉萨三个方向的数字电话,中央人民广播电台和中央电视台对新疆、西藏、云南等边远地区传送了广播和电视节目。,2022/11/12,23,中国卫星发展史(续),1986年2月1日“东方红二号-2”成功定位在103E,携带2个C频转发器,以区域椭圆波束(中国地形)辐射传送,重 433Kg,中心波束为34.5dBW。携带2个8W的C频段转发器,以全球波束辐射,中心波束为 23.4dBW。通过这颗卫星开通了电视,广播,数字电话,电报,传真等各项国内卫星通信业务。标志着我国的卫星通信从试验、试用
12、阶段进入实用阶段。1988年3月7日“东方红二号甲-1“简称“东二甲-1”,对外称“中卫一号“定位在87.5E,波束中心指向101.7E,34.11N,中心波束为36dBW。4个C频段转发器,二个8W,二个10W,以区域椭圆波束辐射传送。卫星重441Kg,寿命7年。1988年12月22日,在110.5E发射了相同的一颗卫星。这两颗卫星的定位精度,通信容量和工作寿命都有所提高。1990年2月4日“东方红二号甲3“简称“东二甲3“,对外称“中卫三号“定位在98E,波束中心指向103.23E,33.84N,中心波束36dBW。4个C频段转发器以区域椭圆波束辐射传送。卫星重441Kg。1991年12月
13、28日“东方红三号”发射但卫星定位失败。1993年7月“中星五号”卫星启用,定位115.5o,播出8个省级节目。,2022/11/12,24,中国卫星发展史(续),1996年7月3日亚太一A在西昌发射中心成功发射,本卫星和亚太一号相同为C频段双极星, 定位于东经134E,台湾地区信号覆盖强度为37dBm,接收容易。1997年5月11日新的“东方红三号”又称为“中卫6号”发射成功,它是新型大功率的卫星,携带24个C频段转发器,定位125E。1998年5月30日新的“中卫一号”发射成功。它是第一颗携带Ku频段的新型大功率的卫星,携带18个 C频段转发器,定位在87.5E。1998年7月18日“鑫诺
14、一号”发射成功。携带14个Ku频段转发器和24个C频段转发器和一对C-Ku频段互联转发器,定位在 110.5 E。 2003年5月23日 “北斗一号”第三颗卫星发射成功,预计用户30万。 2003年10月21日11时16分,太原卫星发射中心用“长征”四号乙运载火箭成功地将中国与巴西联合研制的第二颗“资源一号”卫星和中国科学院研制的“创新一号”小卫星送入太空。火箭发射13分钟后,“资源一号”卫星进入太阳同步轨道。火箭继续飞行约40秒后,“创新一号”卫星与火箭分离,进入预定轨道。2009年4月15日 “北斗二号”卫星发射成功,2022/11/12,25,中国卫星发展史(续),2003年,我国已建成
15、:(1)国际卫星通信地面站二十座;(2)国际双向电路万余条;(3)国内卫星地球站四十多座;(4)国内双向电路30000条;(5)通信使用的转发器36个;(6)卫星专用通信网近百个;(7)VSAT地球站万余个;(8)广播电视节目四十余套;(9)与通信合计使用约80个转发器。,台湾:“中华一号”,“中华二号”和“中华三号”“中华一号”: 1999年12月由雅典娜一型火箭运载的“中华一号”卫星在佛州卡纳维拉尔角46号发射场发射升空,并顺利进入任务轨道。该卫星用于科学研究“中华二号”:对地观测,2004年6月发射“中华三号”:军事应用,2022/11/12,26,卫星应用,通信广播中继卫星导航卫星遥感
16、(对空和对地遥感)气象观测地球资源勘探、海洋监视侦察(包括照相侦察和电子侦察)、预警支持载人航天远程教育、远程医疗,2022/11/12,27,卫星应用实例,卫星视频广播业务 (1)点对多点的TV节目分配 (2) 点到点的传输 (3) 点对多点的直接到户(DTH)广播方式电话等交互式业务 在地面网无法覆盖的地区使用。信号传输时延长。必须有回波抑制器。 发展方向:支持高数据传输速率;支持多路电话信道;支持电视会议和可视电话;可传输图像;提供语音/数据/视频综合业务。数据通信和Internet业务 采用分组交换的模式。典型例子为VSAT系统用于主站和小站之间的数据通信。卫星链路差错率高,采用FEC
17、和数据交织。 移动通信业务 具有大范围的无缝覆盖能力,为“唯星用户”服务,发展中国家的基本通信。,2022/11/12,28,移动通信,蜂窝系统无线通信最成功的应用第一代:模拟第二代:数字第三代:多媒体 寻呼系统无线通信最大众化的应用,其它无线移动系统集群系统无绳电话系统无线数据系统无线ATM系统无线IP系统,2022/11/12,29,移动通信系统,-以蜂窝移动通信系统为例,2022/11/12,30,21世纪电信网的发展趋势,20世纪 21世纪业务方式以音频为主的单媒体以视频为主的多媒体干线传输微波光纤用户传输有线无线复接方式PDHSDH交换模式STMATM网络方式三网鼎立三网合一,202
18、2/11/12,31,21世纪电信网的发展趋势,面向21世纪通信的三大革命以干线(包括部分支线)传输光纤化为标志的光纤革命以SDH、ATM和IP为标志的数字革命以个人通信和无线接入为标志的无线革命,2022/11/12,32,21世纪电信网的发展趋势,面向21世纪通信的两大通信平台 光纤通信平台:无线通信平台: 超大容量、超长距离 宽带、移动 关键技术:波分复用、关键技术:CDMA、智 光纤放大器能天线、软件无线电,IP over ?,2022/11/12,33,21世纪电信网的发展趋势个人通信,1986年 CCIR制订 FPLMTS,以个人全球通信为目标,首次提出个人通信概念1986年 CC
19、ITT讨论 UPT(全球通用个人通信)1989年 英国政府发放许可证建立双向个人通信网,首次出现 PCN名词90年代以来,美国提出个人通信业务( PCS),或个人通信系统 (PCS) 但是,到底什么是个人通信?,CCITT个人的移动性和终端移动性分开着重于个人的移动性,用户号码可以在任何终端上使用无线接入不是必要的条件CCIR、欧洲 PCN、美国 PCS 个人的移动性靠终端的移动性实现 移动通信网作为个人通信网的底层网络结构 无线接入是必要的条件以无线接入为基础的个人通信叫做无线个人通信 Wireless Personal Communications,2022/11/12,34,21世纪电信
20、网的发展趋势无线接入,技术关键 多址有效性与可靠性 组网 蜂窝信令与空间接口高层无线接入 特点:蜂窝范围大 复杂的信道处理(纠错、均衡、分集) 快速移动 无线交换 功率大 成本高 低速语音编码低层无线接入 特点:蜂窝范围小 简单的信道处理 慢速移动 有线交换 功率小 成本低 中速语音编码(32Kb/s ADPCM),2022/11/12,35,21世纪电信网的发展趋势无线ATM,无线 ATM 的发展背景 ATM方式是未来通信网发展的必然趋势 可移动多媒体业务的发展与普及 无线频谱资源的更加合理利用无线 ATM 的技术关键 窄带化技术(低到几 Mb/s) 抗误码技术 按信源的信息量动态地分配带宽
21、无线 ATM 的应用前景 军事通信、多媒体通信,2022/11/12,36,21世纪电信网的发展趋势扩频技术,扩频多址技术的缺点:非正交性 ( Non-orthogonality) 优点:坚韧性 (Robustness) 坚韧性体现在:抗多径 抗干扰 蜂窝分割的频率再用 扇区分割的频率再用 前沿技术:时空联合处理、智能天线、多用户检测,2022/11/12,37,21世纪电信网的发展趋势软件无线电,当前无线系统在硬件及软件上存在的问题: 多种标准、多种制式、多种协议、多种方案 困难: 互连互通难 设备更新难 研制开发难能否搞成一个通用的无线系统:硬件是公用的,除了天线和 RF 前端外,其它都是
22、 DSP 所有无线通信过程都用软件实现,而软件环境是开放的 无线协议都遵循一个公共的 Wireless OSI 分层结构,软件无线电的关键技术 多频段天线及 RF前端技术 直接式数字上、下变频技术 高速 DSP 技术 标准化无线协议及协议转换技术软件无线电的应用前景多模手机 通用无线平台 通用抗干扰军用电台,2022/11/12,38,21世纪电信网的发展趋势第三代移动通信,第一代模拟话音NMT,AMPS,TACS第二代数字话音低速数据(小于64Kbps)GSM,PDC,IS-95,IS-136(D-AMPS)第三代多媒体业务(小于2Mbps) 第二代业务UMTS / IMT-2000, IM
23、T2000简介 1985年国际电联就开始研究FPLMTS,1996年正式更名为IMT2000 国际移动通信系统,工作频段2000MHz,使用日期2000年 IMT2000特点 全球性 综合性 兼容性 灵活性,2022/11/12,39,21世纪电信网的发展趋势第三代移动通信,RTT标准的主要建议WCDMA欧洲把二个标准溶合成TDD /FDD,得到日本、美国、韩 国支持,将会成为主流cdma2000美国提出,和IS-95兼容TD-SCDMA中国提出,关于市场定向电话?多媒体?视频业务?Internet ?关于体制标准全球一个标准?还是一个标准族?关于上下兼容要和第二代兼容。关于知识产权各国都希望
24、国际标准中涉及的技术必须是开放的。,2022/11/12,40,WLAN标准IEEE802.11 (97年,草案,1/2Mbps)IEEE802.11a (99年,54Mbps,正交频分复用)IEEE802.11b(99年,11Mbps,主要标准)IEEE802.11g(20Mbps)无线传输媒体访问技术:CSMA/CA适应环境:小范围慢速移动、不宜布线的场合应用场合:有线LAN的扩展;建筑物之间的互连,特殊的网络应用(无线对等网络 ),无线局域网WLAN,2022/11/12,41,无线局域网WLAN,2022/11/12,42,传输技术 红外线(定向光束、全方位发 射、漫反射)扩频(直扩D
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