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1、,第13章 现代通信新技术,13.1 个人通信系统 13.2 ATM技术 13.3 卫星通信技术 13.4 软件无线电技术 13.5 光纤通信技术 13.6 无线局域网 13.7 超宽带通信UWB 13.8 3G/4G 13.9 紫外光通信技术 习题,13.1 个人通信系统 21世纪通信的发展目标是实现个人通信系统(PCN)。所谓个人通信(PC)，是指任何人在任何时间、任何地点与另一个人以任何形式的通信，即无论任何人(Whoever)在任何时候(Whenever)在任何地方(Wherever)与另一个人(Whomever)进行任何类型(Whatever)(5 W)的通信。,个人通信系统(PCN
2、)是通信领域的新的挑战，因为“任何时间”要求支持移动中通信，无线通信是其实现的前提；“任何人”要求系统支持巨大的用户量， 用户量受限的因素主要是无线频谱资源有限；“任何地点”要求通信网络无缝覆盖， 传输能力有限；“任何形式”要求支持多媒体， 而目前网络的处理能力有限。 21世纪电信网的发展趋势是以光纤为主干网、以无线移动通信为终端通信网的两大通信平台，其主要技术特点如表13.1所示。,面向21世纪通信的三大革命是： (1) 以干线(包括部分支线)传输光纤化为标志的光纤革命； (2) 以SDH、ATM和IP为标志的数字革命； (3) 以个人通信(PC)和无线接入为标志的无线革命。 21世纪电信网
3、的发展趋势是：无线通信将成为热点，主要包括个人通信系统、无线ATM、无线接入、扩频技术、软件无线电、第三代移动通信系统(3G)。,13.2 ATM技术 13.2.1 ATM技术的基本原理 (1) ATM网中不进行逐段链路的差错控制和流量控制。由于光纤线路的可靠性很高，所以没有必要对逐段链路进行差错控制。ATM网络采用端到端的差错控制和流量控制。当ATM节点上流量太大时，应尽量减少信元的丢失率，可采取以下措施： 合理地进行资源分配并设计队列容量，使队列溢出的概率很低，信元的丢失率低于10-10； 在呼叫建立时，审查用户申请的带宽，网络有足够的资源时接受呼叫，若网络资源不足或流入速率超过允许值则拒
4、绝用户接入。,(2) ATM以面向连接的方式工作。为了提高处理速度，ATM以面向连接的方式工作。通信开始时，先建立虚电路，包括虚通路(VC)和虚通道(VP)。用户将虚电路的标识写入信头VCIVPI中，网络根据虚电路标识将信息送往目的地。 (3) 信息域的长度减小。长度小而固定的信元使网络传输和交换速度加快，从而减小交换节点内部缓冲器的容量，使信元的排队时延和时延抖动降低。其端到端的时延小于24毫秒，时延抖动小于几百微秒。所以，ATM可以很好地应用于话音、活动图像等实时性业务。,(4) ATM网络以语义透明和时间透明的传输方式工作。所谓语义透明，是要求网络在传送信息时不产生错误，或者错误概率非常
5、低，使业务能够接受，不改变业务信息的语义。所谓时间透明，是要求网络以最短的时间将信息从发源地送到目的地。ATM兼具电路交换与高速分组交换技术的优点，而克服 了它们的缺点。 (5) ATM采用固定长度的信元，提供一个简化的网络结构。,13.2.2 ATM技术的基本要素 ATM技术的基本要素为：ATM信元、ATM交换机、ATM虚连接。 1. ATM信元 ATM在本质上是一种高速分组传输模式。传输时，首先需将待传送的话音、数据、图像等各种数字化的信息统一分成定长的数据块，加上信头就构成了ATM网中传送的基本信息单位信元(Cel1)，其结构如图13.1所示。,图13.1 ATM信元结构,2. ATM交
6、换机 ATM交换机是ATM网络的核心，是一个多端口网络设备，它根据接收信元的VPIVGI信息将其切换输出到相应的端口。 3. ATM虚连接 ATM可以接纳变速率的、不变速率的、面向连接的和非面向连接的等多种业务，接收以后将这些业务数据都转化成特定的格式。由于采用了这些技术措施，使得通信网络与它所承载的业务独立开来，这就是综合业务网的概念。,13.2.3 ATM技术在军事通信中的应用 ATM技术是现代通信系统常用的信息传输技术，是以高速光纤传输为基础，包含传输、组网、多路复用和交换等技术内容，并将X.25、帧中继、交换型多兆比特数据业务(SMDS)、IP和其他高层协议及业务综合到一个统一网络结构
7、中的新型高速通信技术。它具有很大的灵活性，能够适应不同速率、不同突发度的实时和非实时业务的要求，可以实现多种业务在同一个网络中传输和交换。,13.3 卫星通信技术 13.3.1 卫星通信的特点 卫星通信是个人通信网的组成部分，是地面通信网的补充。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。卫星通信主要包括：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。,大气对不同频率电波传播的吸收损耗的差异很大，形成星-地传输的频率窗口。吸收损耗在22 GHz和60 GHz时有峰值。 目前常用的卫星通信频段有L
8、、S、C、Ku、Ka。 L频段：12 GHz，一般记为1.6/1.5 G(上行/下行) ，用于MSS、GEO卫星测控。 S频段：24 GHz，用于MSS、GEO卫星测控。 C频段：47 GHz，用于FSS和MSS的馈电链路。 Ku频段：1218 GHz，用于FSS、BSS。 Ka频段：2040 GHz， 用于FSS、MSS。,此外，VHF、UHF用于低轨小卫星通信。VHF频段：0.10.3 GHz，用于移动、导航业务；UHF频段：0.31.0 GHz,用于移动、导航业务的更高频段；Q频段：33.050.0 GHz；V频段：50.075.0 GHz。,卫星通信的特点如下： (1) 服务范围宽：一
9、颗GEO卫星覆盖全球表面的42 %，在稀业务区建地面网不经济。 (2) 可用频段宽：从150 MHz到30 GHz(Ka波段)，目前已开始开发Q、V波段(4050 GHz)。 (3) 网络路由简捷：旁路复杂的地面“网络云” 。 (4) 网络建设速度快，成本低：除建站外，无需地面施工，运行维护费用低。 (5) 系统均匀服务，易引入新业务：统一的业务提供商，利于系统为各地区提供均匀的服务。,13.3.2 卫星通信系统的工作原理 静止卫星是指卫星的运行轨道在赤道平面内。其轨道离地面高度约为35 800 km。静止卫星通信系统的工作原理如图13.2所示。 目前国际卫星通信组织负责建立的国际卫星通信系统
10、(INTELSAT，简称IS)，就是利用静止卫星来实现全球通信的。三颗同步卫星分别位于太平洋、印度洋和大西洋上空，它们构成的全球通信网承担着大约80%的国际通信业务和全部国际电视转播业务，如图13.3所示。,图13.2 静止卫星通信系统的工作原理,图13.3 国际卫星通信系统,13.3.3 卫星通信系统的组成 通常卫星通信系统是由地球站、通信卫星、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统4大部分组成的，如图13.4所示。,图13.4 卫星通信系统的组成,卫星通信系统可分为两大部分：监控中心和通信地球站分系统。监控管理分系统和跟踪遥测及指令分系统构成卫星通信系统的监控中心；两地球站通过通信卫星进行通
11、信的卫星通信线路构成了卫星通信系统的地球站分系统。 监控中心的作用是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。监控管理分系统对在轨卫星的通信性能及参数进行业务开通前的监测和业务开通后的例行监测及控制，以保证通信卫星的正常运行和工作；跟踪遥测及指令分系统对卫星进行跟踪测量，控制其准确进入静止轨道上的指定位置，并对在轨卫星的轨道、位置及姿态进行监视和校正。,地球站分系统可分为：用户段各种用户终端；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。两个地球站通过通信卫星进行通信的卫星通信线路的组成如图13.5所示。,图13.5 卫
12、星通信线路的组成,13.3.4 卫星的应用 卫星可以应用到通信、广播、中继、卫星导航、卫星遥感(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、远程医疗等领域。下面介绍一些卫星应用实例。 (1) 卫星视频广播业务。 (2) 数据通信和Internet业务。 (3) 移动通信业务。 (4) 舰船卫星通信。 (5) 卫星转发蓝绿激光对潜艇通信。,13.4 软件无线电技术 所谓软件无线电通信技术，是指具有用软件来实现具有各种功能的无线电通信设备，其无线电通信功能是由软件设计来完成的，是一种完全可编程能力的实现。软件无线电技术包括可变革
13、信道接入方式、信道调制方式与纠错算法等，完全摆脱了传统的面向用途的设计思想。易通话多频段多模式无线电系统的工作频率范围为1.5200 MHz，是一种采用软件无线电技术的模块化硬件平台，在高技术现代战场环境下可以实现各军种之间的话音、数据、图像通信，也可以和现有的无线电设备兼容通信。,软件无线电技术作为一种新型的无线电通信技术，打破了传统的通信技术模式，通过强大的DSP数字信号处理功能，可以实现网络控制器、数据调制解调器、保密机等多种通信设备的一体化，以及甚低频/中频/高频/甚高频/特高频(VLF/MF/HF /VHF/UHF)多频段信道设备的一体化。因此，该技术在海军舰艇通信系统中的应用前景非
14、常大。,13.5 光纤通信技术 由于光纤传输相对普通导线传输而言具有传输频带宽、通信容量大、误码率低、抗电磁干扰能力和抗辐射能力强、重量轻、尺寸小以及可以较好地支持系统升级或改造的要求等显著优点，因此在舰艇通信系统中使用具有较多优势并得到了广泛应用。,光纤局域网可以实现舰内信息采集、交换、传输并支持信息传输处理的高度自动化。作为海军在舰艇上大规模使用光纤技术的开始，美国海军海洋司令部早在1981年开始研制AEGIS舰载光纤通信系统，其目的是在CC-47AEGIS巡洋舰上建立光纤通信系统。该系统包括三个部分，即舱室间光纤业务系统、综合话音通信系统数据总线以及光纤损伤控制管理系统。为了解决舰艇通信
15、存在的严重电磁干扰、射频干扰和电磁泄漏等问题，使舰艇通信系统适合未来战争的需求，美国海军曾提出了一个“舰载高级光纤敷设网络(SAFENET)”计划，拟在全部航空母舰、巡洋舰、驱逐舰和潜艇上普遍采用标准的SAFENET光纤通信网。,13.6 无线局域网 随着Internet的飞速发展，通信网络从传统的布线网络发展到了无线网络。无线局域网(WLAN，Wireless Local Area Network)是计算机网络与无线通信技术相结合的产物。无线局域网WLAN可在不采用传统电缆线的同时，提供传统有线局域网的所有功能。无线局域网的基础还是传统的有线局域网，是有线局域网的扩展和替换。它只是在有线局域
16、网的基础上通过无线HUB、无线访问节点(AP)、无线网桥、无线网卡等设备使无线通信得以实现。与有线网络一样，无线局域网同样也需要传送介质，传送介质是红外线(IR)或者无线电波(RF)。,WLAN 技术发展至今，主要分为两大协议体系：IEEE802.11 协议标准体系和欧洲CEPT 制定的HIPERLAN 协议标准体系。无线接入技术区别于有线接入的特点之一是标准不统一，不同的标准有不同的应用。由于WLAN基于计算机网络与无线通信技术，在计算机网络结构中，逻辑链路控制(LLC)层及其之上的应用层对不同物理层的要求可以是相同的，也可以是不同的，因此，WLAN标准主要针对物理层和媒质访问控制层(MAC)，涉及无线频率范围、空中接口通信协议等技术规范与技术标准。无线技术包括了无线局域网技术和以GPRS/3G为代表的无线上网技术，这些标准和技术发展到今天，已经出现了包括IEEE802.11连接
