信息传输技术的最新进展与运用展望

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1、信息传输技术的最新进展与应用展望 测通所赵宗印 2 主要内容 引言 1 3 一 引言 1 1信息传输的概念什么是信息 这是一个很难定义的概念 人人都知道 但却很难说清楚 其特征是 抽象出来的客观事物的属性 是一种客观存在 但不是物质也不是能量 能够被人的感觉器官直接或间接感知 并能被人的大脑记忆 理解和处理 信息的价值体现在由 不知道 变成 知道 后的结果上 具有多种呈现 表现 形式 声音 图像 文字 符号 数据等都是信息的呈现形式即信息载体或者说媒体 严格来说 这些都不是信息本身 但因信息本身难以捉摸 因此常将信息媒体作为信息分类的依据 4 一 引言 什么是信息传输 广义上的信息传输 泛指利

2、用任意手段将信息从一个地方传送到另外一个地方或多个地方 比如古代的烽火台 战鼓等 一直延续到现在的信件邮寄 现代意义上的信息传输特指信息调制到电 光信号上 通过无线 有线信道 从一个地方传送到另外一个或多个地方 信息传输不包括信息呈现 包括信息呈现的信息传输就是通信 在信息数字化之前 信息传输很难和信息呈现相分离 数字化特别是分组化之后 信息传输和信息呈现逐渐分离 这使信息传输技术获得了独立发展的机会 5 一 引言 1 2信息传输在不同体系架构模型中的地位信息系统模型 6 一 引言 开放系统互连七层参考模型 OSI RM 开放系统 与外部实时交互信息的系统 如带网卡的计算机 信息传输 通信子网

3、 物理层 数据链路层 网络层 7 一 引言 通信系统模型信息传输 传送层 业务承载层 8 一 引言 1 3信息传输所要解决的问题克服距离和使用条件的限制 快速 灵活 高效 可靠地传送信息是信息传输永恒的目标 传送层着力解决距离和使用条件的限制 快速和可靠问题 具体来讲就是传输距离 带宽 误码率等问题 业务承载层着力解决灵活 高效和可靠问题 具体来讲就是用户接入和访问的灵活性 链路资源高效利用 丢包率等问题 9 二 发展背景 目前信息传输技术的发展是在电信网络向下一代网 NGN 演进的大背景和大趋势下展开的 至于NGN最终是一个什么样子 众说纷纭 没有统一的认识 但是 对于NGN应具有的一些特点

4、却得到了广泛的认同 即 1 支持业务的多样化 包括话音 数据和多媒体 2 分组传输与交换 3 分层结构 实现业务提供与呼叫控制相分离 呼叫控制和承载连接相分离 4 具有端到端的宽带传输能力 5 业务与网络松耦合并提供开放的接口 6 能与传统的网络配合 7 支持终端的移动性等 10 二 发展背景 NGN演进 电信网络的发展深刻影响着信息传输技术的发展 纵观电信网络的发展 目前和今后相当长一段时期有六大趋势值得关注 这六大趋势深刻影响着信息传输技术的发展 11 二 发展背景 NGN演进 网络业务数据化趋势数据业务增长网络的宽带化趋势Web浏览 LAN互通 视频点播 文件传输网络的光纤化趋势光纤到小

5、区 到路边 到楼 到家 网络的分组化趋势IP技术网络接入的无线化趋势WiMAX 3G电话 数据和图像的三网融合趋势电信网 互联网 广播电视网 12 二 发展背景 NGN演进 信息传输技术的发展必须适应上述电信网络的发展趋势 并对电信网络向NGN演进起到推动和支持作用 否则信息传输技术的发展就偏离了正确的轨道 这也是我们总装通信系统选择技术路线时应该坚持的一个标准 13 三 最新技术进展 1 光通信技术 2 卫星通信技术 3 微波通信技术 4 IP网络技术 14 3 1光通信技术 光纤通信技术 1966 高锟 1970 美国康宁公司 损耗低 频带宽 容量大 体积小 重量轻 抗电磁干扰 不易串音

6、超高速 超大容量 智能全光网络的发展方向 光通信技术 自由空间激光通信技术 星地 地地 星间 水下 深空 容量大 尺寸及功耗低 电磁干扰少 保密性强 通信频段不受限 需要精确捕获 对准与跟踪 受天气影响大 15 3 1 1光纤通信技术 超大容量传输技术 超长距离无中继传输技术 自动交换光网络技术 光纤接入技术 光纤通信技术 16 3 1 1光纤通信技术 超大容量传输技术波分复用 WDM 不同波长光信号在一根光纤传送节约光纤和再生器Tbit s水平光时分复用 OTDM 提高单光波信道传输速率最高达640Gbit s 电信号 光信号 17 3 1 1光纤通信技术 超大容量传输技术WDM OTDM系

7、统将多个OTDM信号进行波分复用 18 3 1 1光纤通信技术 超长距离无中继传输技术掺铒光纤放大器 EDFA 掺入铒离子的光纤高增益 高带宽 低噪声覆盖1550nm波长640km无中继传输拉曼光放大器受激拉曼反射噪声更低2000km以上无中继传输 19 3 1 1光纤通信技术 自动交换光网络 ASON 技术概述自第一代PDH 第二代SDH以来的第三代光网络 在选路和信令控制之下完成自动交换功能的光网络 结合了WDM为基础的光层组网技术和IP为基础的网络智能化技术 全光交叉连接设备 全光分插复用设备 GMPLS OSPF等IP网络控制协议 其最突出的特点是引入了控制平面 使光网络能够根据用户信

8、令自动选择光路 即光拨号 ASON支持的连接永久连接 又称定制连接 由网管系统或人工发起并完成 交换连接 由用户发起 信令驱动的连接 软永久连接 由网管系统发起 信令驱动的连接 20 3 1 1光纤通信技术 体系结构传送平面 控制平面 管理平面连接控制接口 CCI A型网络管理接口 NMI A T型网络管理接口 NMI T CCI NMI A NMI T 控制平面 管理平面 传送平面 管理平面管理传送平面和控制平面 传送平面提供子网连接的网元具有各种粒度的交换和疏导结构具有各种速率和多业务的物理接口具有与控制平面交互的连接控制接口 控制平面实现对传送平面的灵活控制基于通用标记交换协议 GMPL

9、S 族信令协议 路由协议和链路资源管理协议 21 3 1 1光纤通信技术 技术优势统一的分布式控制 管理层面 与底层的物理实现技术无关 理论上支持各种带宽粒度的交换和管理 快速的定制支持不同服务等级协定 SLA 的电路 不仅缩短了业务提供时间 提高了网络资源利用率 还可提供新的带宽业务 支持端到端的连接建立 监控 保护和恢复 对各种网络拓扑结构 增强了网络的流量工程能力 目前存在的问题标准有待完善 互联互通 网管 网管平面本身的健壮性 测试设备还不成熟 流量工程 保护 恢复等特色功能的有效性有待验证 新业务的支持 对组播的支持 综合网管 与其他网管的配合问题 22 3 1 1光纤通信技术 光纤

10、接入技术随着核心网带宽的不断增加 实现端到端宽带化的瓶颈越来越集中到了用户接入段 出现了所谓 最后一公里 的问题 为解决这一问题 出现了各种各样的宽带接入技术 其中极具优势的技术就是无源光网络 PON 技术 其最大特点是在局端和用户设备间没有有源设备 与ATM结合APON基本停滞与SDH结合GPON支持专线 技术复杂 成本较高 与以太网结合EPON对专线业务的支持不够 发展方向 WDM PON下一代PON 23 3 1 2自由空间激光通信技术 概述自由空间激光通信是指利用激光束作为载体进行无线通信的技术 分为星地 地地 星间 水下及深空光通信等多种通信形式 优点通信容量大 系统尺寸 质量和功耗

11、明显降低 通信链路间电磁干扰小 保密性强 通信频段使用不受限制 缺点通信光束的发散角很窄 需要更精确的捕获 对准和跟踪 受天气影响较大 24 3 1 2自由空间激光通信技术 进展情况国际日本1995年7月在国际上首次成功地在日本工程试验卫星ETS VI与地面光学站之间进行了星 地链路的光通信实验 数据率为2Mb s 随后 利用该卫星 日本与美国合作多次完成卫星与两国光学地面站间的光通信实验 2005年12月9日 由日本AerospaceExplorationAgency JAXA 开发的低轨OICETS 卫星间光通信工程测试 卫星于首次成功地与欧洲ARTEMIS GEO 卫星进行了双向激光通信

12、实验 2006年3月成功的进行了与日本地面光学站间的双向激光通信 2006年6月7日 成功地与德国宇航中心DLR的移动式光学地面站 天线口径40cm 进行了下行激光链路通信实验 这次实验验证了地面移动光学站与卫星间建立光通信网络的可行性 25 3 1 2自由空间激光通信技术 欧洲欧空局 ESA 在2001年11月22日首次在国际上完成低轨卫星 SPOT4 与同步轨道卫星 ARTEMIS 间的激光通信试验 采用直接检测非相干通信技术路线 数据率为50Mb s 验证了星间激光通信的可行性 德空局2007年6月15日发射TerraSAR X雷达遥感卫星 星上载有相干激光通信终端 最高数据率可达5 5

13、Gb s 美国国家航空航天局 NASA 的光通信演示系统OCD OpticalCommunicationDemonstrator 计划的目的是发展空间激光通信设备用于星地间通信 1994年 喷气推进实验室 JPL 进行了终端系统级装配与性能测试 对空间激光通信关键技术进行了实际论证 之后 利用OCD系统成熟的研究技术 为国际轨道空间站 ISS 工程研究和技术发展计划 ISSERT 研制了光通信演示和高速链路设备 OCDHRLF 该系统的目的是在近地轨道 LEO 距离上实现国际轨道空间站与地面光学站的激光通信链路 其设计数据率为2 5Gbit s 26 3 1 2自由空间激光通信技术 从国际发展

14、现状看 卫星星间激光通信已经从试验阶段逐步转入大规模工程应用阶段 但是星地之间激光通信由于大气的影响 还存在较大的技术难度 国内在卫星激光通信方面 国内的研究相对起步较晚 但是发展很快 主要研究机构有哈尔滨工业大学 长春理工大学 中科院下属研究机构等多家单位 我国将于天链二号卫星搭载激光卫星通信有效载荷 用于星地 星间大容量通信 在地地无线激光通信方面 目前已开始工程应用 且通信速率和距离不断提高 在激光水下通信研究领域 主要研究机构有桂林电子工程学院 华中科技大学以及中国船舶下属研究所等 27 3 1 2自由空间激光通信技术 高精度捕获与跟踪 瞄准技术 大功率 高灵敏度 高速率激光收发技术

15、大气对激光通信影响特性研究 光学天线技术 抵消空间环境对激光通信终端影响的技术 星地激光通信技术 关键技术 28 三 最新技术进展 1 光通信技术 2 卫星通信技术 3 微波通信技术 4 IP网络技术 29 3 2卫星通信技术 概述1965年4月6日 世界上第一颗商用通信卫星 晨鸟 发射升空 标志着卫星通信进入了实用化阶段 此后 许多卫星通信系统纷纷建立并投入运营 上世纪70 80年代达到了鼎盛时期 80年代末 90年代以后 由于光纤通信和地面蜂窝移动通信的崛起 传统的国际 国内长途通信和陆地移动通信业务已不再属于卫星通信的主要领地 但卫星通信具有覆盖范围大和不受地形条件限制的优势 在很多场合

16、下仍具有不可替代的作用 如应急通信 岸船通信等 30 3 2卫星通信技术 卫星通信发展的主要趋势向高频段发展 C X Ku Ka V 激光 体制向高效化发展 节省带宽和功率 提高信号传输质量和可靠性 采用组网应用模式 地球站向小型化方向发展 随着用户终端的小型化 卫星固定通信 卫星移动通信和广播通信的业务将逐步走向融合 卫星向增强处理能力方向发展 星上再生 解扩 解跳 交换等 与地面网络互相融合 31 3 2卫星通信技术 Ka频段卫星通信技术 卫星移动通信技术 高阶调制高效编码技术 相控阵天线技术 卫星通信技术 星载交换技术 32 3 2卫星通信技术 Ka频段卫星通信技术特点波长短 具有更强的方向性 频带宽 上行27 5GHz 31GHz 下行17 7GHz 21 2GHz 满足大容量信息传输需求 点波束覆盖 实现高密度空间分割和频率复用 相同传输条件下设备体积更小 与地面微波系统干扰较小 空间环境对传输质量影响较大 关键技术Ka频段雨衰计算及抗雨衰技术 分集 功控 自适应调制编码 Ka频段天线技术 馈源 高精度捕获跟踪 Ka频段射频技术 33 3 2卫星通信技术 卫星移动通信技术分类