概论01通信发展史

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1、通 信 概 论 课程类别：公共选修课程类别：公共选修 课程定位：通信科普课程定位：通信科普 主主 讲讲 人人: : 林林 国国 钧钧1内容安排第一讲、通信发展历史第二讲、电话与通信网第三讲、移动通信系统第四讲、微波通信系统第五讲、光纤通信系统第六讲、分组交换系统第七讲、卫星通信系统第八讲、铱星系统思考2指导思想授课角度：侧重于系统描述，对主要功能讲述通信技术的历史、现状与发展趋势通信系统提出的背景、设计目标、工作方式、应用领域。各个时期相关的历史人物和重大事件课程定位：通信科普方式（兼顾各类听众）；34教学目的 通过课程的学习，使大家获得通信历史及发展、现代通信的基本方式以及通信系统的基本组成

2、等各方面的基础知识。并对具有影响力的发明家、科学家以及相关的重大事件、人物有所了解。拓宽知识面。45参考教材和考核方式 参考教材通信技术基础（第二版）每次上课的PPT课件；结束时开卷考试，按百分制计算成绩。5引 言1、通信基本概念2、通信基本目标3、通信业务概况4、通信手段概况5、线路技术概况6、信息安全可靠7、通信网分层结构61、通信基本概念什么是通信？借助技术手段实现人与人、人与终端、终端之间信息交流。通信举例程控电话、手机、Internet网等；通信重要性生活、工作、学习；72、通信基本目标和要求基本目标满足任何时候、任何地点、任何人或者任何智能终端设备之间信息交互的需要。 基本要求质量

3、：语音清晰度、数据误码率；速度：接入、连接速度、传输速度；价格：经济上的合理性；使用：系统的可用性和可靠性； 83、通信业务概况传统通信业务 电报、电话、传真。现代数据通信数据通信、可视电话通信、图像通信、电视会议、语言广播、电视广播、电子邮件、信息检索和多媒体通信。多种通信方式点到点、组播和广播等应用方式；94、通信手段概况有线传输：架空明线、同轴电缆、光缆等传输系统；无线传输：短波、超短波和微波为主的各种频带的地面传输系统，卫星传输系统。105、通信技术概况复用技术：FDM、TDM、CDM、DWDM；压缩技术：语音编码、压缩编码；调制技术：调幅、调频，幅移键控调制 ASK 频移键控调制 F

4、SK交换技术：电路交换、分组交换技术；116、信息安全可靠重要性 信息安全是信息传送的基本要求；安全技术语音编码、加密技术、密钥分配和管理、访问控制。通信可靠差错检测、前向纠错、自动请求重传。127、通信网分层结构应用层应用层应用层应用层业务网业务网业务网业务网传送网传送网传送网传送网支支支支撑撑撑撑网网网网支持三个层面，支持三个层面，支持三个层面，支持三个层面，保证网络有效保证网络有效保证网络有效保证网络有效正常的各种控正常的各种控正常的各种控正常的各种控制和管理能力：制和管理能力：制和管理能力：制和管理能力： 信令信令信令信令 同步同步同步同步 电信网管电信网管电信网管电信网管垂直观点的网

5、络结构垂直观点的网络结构垂直观点的网络结构垂直观点的网络结构视频、音视频、音视频、音视频、音频、数据、频、数据、频、数据、频、数据、多媒体。多媒体。多媒体。多媒体。电话网、电话网、电话网、电话网、分组网、分组网、分组网、分组网、智能网、智能网、智能网、智能网、移动网移动网移动网移动网传输媒体、传输媒体、传输媒体、传输媒体、传输系统传输系统传输系统传输系统137、电信网分层结构核心网核心网核心网核心网接入网接入网接入网接入网用户网用户网用户网用户网水平观点的网络结构水平观点的网络结构水平观点的网络结构水平观点的网络结构14第一讲、通信发展历史一、古代通信发展史二、十九世纪通信史三、交换机发展历史

6、四、光纤通信发展史五、微波通信发展史六、卫星通信发展史七、移动通信发展史八、因特网络发展史15一、古代通信发展史1、原始的光通信方式2、原始的声音和其它方式3、原始通信存在的问题161、原始的光通信方式我国古代：烽火台传送边疆警报。希腊古代：火炬的位置表示字母符号，一站一站地传送信息。172、原始的声音和其它方式声音方式：击鼓鸣金来报时或 传达作战命令；其他方式：信鸽传递文字信息；旗语视距范围内交流信息；驿站一站一站接力传递；183、存在的问题范围小速度低可靠性差有效性低19二、十九世纪通信发展史1、有线电报通信2、有线电话通信3、无线电报通信201、有线电报通信诞生莫尔斯（MORSE）电码（

7、1837）：点、划、空表示字母和数字；电报机（1838）：能够传递莫尔斯电码；电报系统：1844年5月24日，莫尔斯启用第一条电报线，由华盛顿特区至巴尔的摩。21221、有线电报通信诞生221、有线电报通信应用商业刺激了跨国公司快速增长；刺激了跨国公司快速增长；推动了州际铁路的发展；推动了州际铁路的发展；军事改变了战争的速度和规模；改变了战争的速度和规模；新闻大大繁荣了新闻业；大大繁荣了新闻业；231、有线电报通信意义快速准确人类第一次以光速（30万公里/秒）传递信息，瞬间可将信息传到电报机的另一端。电信息传输 开创电信号传输的新时代；242、有线电话发明电话的发明：发明人：贝尔地点：美国波士

8、顿时间：1876年2月公开展示：费城，建国百年博览会，通过一条几百英尺长的铜线电缆，在一个单方向上用电流传送了声音。252、有线电话特点和意义特点：双向实时通信（全双工通信）；意义：对于商业界、政府和普通人来说，电话代表着效率上的一次飞跃。人们不必再去写信、拍电报，然后等待回音,而实时地进行语音交流。262、有线电话公司的成立贝尔公司贝尔及其伙伴于1876年7月成立了 自己的公司，美国西方电话电报公司,ATT的前身。电话 取得了迅速的、无与伦比的、商业性的成功。273、无线电报概念的形成电磁波的预言麦克斯韦方程组，表达了 法拉弟一系列的电磁实验 结果，并预言了电磁波的 存在。科学家的贡献牛顿把

9、天上和地上的运动规律统一起来，麦克斯韦把电、光统一起来。 1831-187928293、无线电报概念的形成无线电的发现赫兹实验报告说明存在 一种电波，以光速在空中运动。马可尼的设想（1894年） “这种电磁波可以用来传递信号，能越过很长 距离，而无需导线”。无线通信意义实现移动通信，航海、航空、航天；293、无线电报产品发明无线电报发明（1896年）马可尼在英国取得了专利权。无线电报发展（1898年）成功地超越英吉利海峡。无线电报发展（1901年）成功地实现了由英国横越大西洋与纽芬兰的无线电通信，相距2700公里。303、无线电报普及原因原因一：1909年1月23日，在浓雾中“共和号”轮船与驶

10、往美洲的意大利“佛罗里达号”相撞。30分钟后，“共和号”发出了无线电遇险信号。为航行在该海域的“波罗的号”所截获，1700人因此获救。31323、无线电报普及原因原因二：1912年， “Titanic号”沉没事件。323、无线电报普及原因事件原因：虽然发出信号，但这时，如果离“泰坦尼克号”只有几英里的“加利福尼亚号”闻讯赶到，船上的人均可得救。可是，这条船上的报务员不值班，未能收到“泰坦尼克号”发来的求救信息。直到黎明，“卡帕蒂阿号”赶到了出事地点，仅救出705条生命，其余的1503人皆葬身鱼腹。333、无线电报普及程度强制性安装：1910年到1912年，由美国、英国和其他靠海国家建立了指示性

11、的24小时航船到岸的通信。1914年伦敦，签署“海上安全条约”，涉及船舶的构造、救生、消防及无线电通信设备。普及程度（1918年）：已经有5700艘航船有无线电报装置。34三、电话交换技术的发展1、电话交换技术的发展2、我国电话交换机的发展3、其它交换技术的发展351、电话交换技术的发展人工交换：由话务员用人工拔插方法实现的；机电式：步进制交换机和纵横制交换机等。程控交换（1965）：程序控制交换机，现代通信网中交换设备的主流产品。362、我国程控交换机的发展诞生时间：80年代未和90年代初诞生。主要特点：HJD04机性能可靠、价格便宜；重要意义：打破了国外公司垄断我国万门以上交换机市场的格局

12、。以此为契机，各种国产的通信机相继诞生，为通信业民族品牌打开了局面。373、其它交换技术的发展数字程控交换机窄带和宽带ISDN、智能网业务和CTI技术也应运而生，为数字程控交换机广泛应用和增值业务打开了大门。ATM宽带交换机语音、视频、数据多种业务和高速数据。38四、光纤通信技术1、光纤通信概念2、光纤通信历史3、光纤通信技术4、密集波分复用5、光纤传输定律391、光纤通信概念光纤通信设想既然电可以沿着金属导线 传输，光也可以沿着导光 的玻璃纤维传输。光纤通信预言英籍华人高锟“只要能设法降低玻璃纤维的杂质，就有可能使光纤的损耗从每公里1000分贝降低到20分贝公里，从而有可能用于通信”。40通

13、信光纤传输原理只要入射角大于临界角，只要入射角大于临界角，只要入射角大于临界角，只要入射角大于临界角，就满足全反射定律，光全就满足全反射定律，光全就满足全反射定律，光全就满足全反射定律，光全部返回。部返回。部返回。部返回。只要弯曲不十分厉害，光只要弯曲不十分厉害，光只要弯曲不十分厉害，光只要弯曲不十分厉害，光也不会折射到包层中去也不会折射到包层中去也不会折射到包层中去也不会折射到包层中去412、光纤通信历史第一根光纤1970年美国康宁公司，每公里损耗20分贝的光导纤维。第一代光通信系统1977年，0.85m波长多模光纤，速率为34Mbs，中继距离为20km。 第二代光通信系统1981年，1.3

14、1m波长多模光纤，速率为140Mb/s，中继距离为20km。 423、光纤通信技术实用激光器1960年美国人梅曼研制成功世界第一台红宝石激光器；低损耗光纤损耗非常低的二氧化硅光导纤维。1550nm波长的光纤损耗仅为0.15db/km434、密集波分复用DWDM技术（90年代） 多个波在同一根光纤中传输，传输能力提高了几百、几千倍。传输容量描述：80年代末，一根光纤的带宽仅可达到2.4G。90年代末，用1600个不同的波，通信容量达到1012 bps，相当于1秒内传输1000份30卷的百科全书。445、光纤传输定律主要意义显示了20世纪最后10年通信与信息发展的速度。摩尔定律每18个月，集成电路

15、处理速度提高1倍、体积和价格下降一半。光纤传输定律每6个月光纤传输能力就翻一番。45五、微波通信技术1、无线通信的发展2、电磁波的划分3、电磁波的传播特点4、微波通信产生与应用5、成功案例及目前地位6、微波通信之扩频通信461、无线通信的发展中波通信1901年马可尼使用800KHz中波信号进行了从英国北美纽芬兰的无线电波的通信试验。短波通信1923年发现了短波通信，直到20世纪60年代卫星通信的兴起，它一直是国际远距离通信的主要手段，并且对目前的应急和军事通信仍然很重要。472、电磁波的划分空间传输的电磁波，传播速度等于光速。电磁波的划分（频率或波长）：长波： 低于300KHz中波：300KH

16、z3MHz短波： 330MHz超短波：30300MHz微波：高于300MHz。483、电磁波的传播特点中 波：沿地面传播，绕射能力强，适用于广播和海上通信。短 波：具有较强的电离层反射能力，适用于环球通信。超短波和微波：绕射能力较差，可作为视距或超视距中继通信。494、微波通信产生与应用微波通信（中继通信）：1930左右发明，4050年代发展为传输频带较宽，性能较稳定的微波通信。主要特点：通信容量大、投资费用省、建设速度快，抗灾能力强；主要应用：长距离大容量地面干线无线传输；在光纤通信应用之前，国内长途电话、电视节目传送等方面微波通信都发挥了重要作用。50515、成功案例及目前地位应用举例：在

17、1976年唐山地震中，在京津之间同轴电缆全部断裂的情况下，六个微波通道全部安然无恙。1998年特大洪灾、2008年雨雪冰冻灾害中，微波通信显示了它的巨大威力。目前地位：因为光纤通信的大容量、高速度，卫星通信的大范围，微波通信逐渐成为辅助、备份的角色。 516、微波通信之扩频通信扩频通信： 传输信息的射频带宽远大于信息本身带宽的通信方式。（重大突破）信道容量公式： C=W * log2（1+S/N）数字扩频技术：直序扩频和跳频扩频 低功率、抗干扰性能高、 实现码分多址、抗多径干扰526、微波通信之扩频通信扩频通信：通信技术一次重大突破 具有抗多径干扰并可以隐藏在噪声中工作等优势，具备更为强大抗干

18、扰能力和保密性。被广泛应用于军事、民用等各个方面。53六、卫星通信技术的发展1、卫星通信基本概念2、卫星通信发展历史3、我国通信卫星历史4、卫星通信高速发展541、卫星通信概念的提出概念的产生时间1945年10月；人物英国物理学家、 空军雷达军官克拉克；克拉克设想把中继站用火箭发射到赤道上空的静止轨道上，每隔120度设一个静止卫星，这样不仅能够实现远距离通信，而且还能够实现全球通信。55克拉克设想，把中继克拉克设想，把中继克拉克设想，把中继克拉克设想，把中继站用火箭发射到赤道站用火箭发射到赤道站用火箭发射到赤道站用火箭发射到赤道上空的静止轨道上，上空的静止轨道上，上空的静止轨道上，上空的静止轨

19、道上，每隔每隔每隔每隔120120120120度设一个静度设一个静度设一个静度设一个静止卫星，这样不仅能止卫星，这样不仅能止卫星，这样不仅能止卫星，这样不仅能够实现远距离通信，够实现远距离通信，够实现远距离通信，够实现远距离通信，而且还能够实现全球而且还能够实现全球而且还能够实现全球而且还能够实现全球通信。通信。通信。通信。56卫卫星星通通信信原原理理示示意意图图572、卫星通信发展历史诞生：1957年人类第一颗人造卫星上天。第一代：1965年第一颗地球同步卫星“蓝鸟1号”发射成功，开创了卫星通信的新纪元。第二代：国际海事卫星（七十年代）；第三代：VSAT（八十年代）；第四代：移动卫星通信（九

20、十年代）；583、我国通信卫星发展初次应用：1972年，尼克松 访华时租用国际 通信卫星向全球 转播。 初次发射： 1970年4月24日（DFH1）第一颗实验静止卫星 1984年，我国第一颗实验静止卫星发射成功（DFH2）594、卫星通信高速发展移动卫星通信国际移动（INMARSAT）95年开通汽车移动电话系统。低轨道卫星：90年代初分别提出铱星、全球星计划；并在90年代末2000年初投入使用。 604、卫星通信高速发展移动用户目标系统（MUOS） 下一代的军用卫星通信系统移动用户目标系统，即MUOS。 对于越来越依赖移动性及网络化环境，部署在世界各地的美国士兵的很多人有可能即将会用上这种单兵

21、系统，其将为美军提供全球通信能力，尤其是通信难以达到的地方，比如茂密的丛林、大峡谷、高原或海洋。 61七、公众移动通信的发展1、公众移动通信诞生2、蜂窝移动通信思想3、模拟蜂窝移动通信系统4、GSM 蜂窝移动通信系统5、CDMA技术的诞生6、CDMA技术的特点7、第三代移动通信621、公众移动通信诞生第一个系统1946年美国在圣路易斯和密苏里首先开通了公众移动电话系统。存在的问题由于用户成千上万地增加，而在当时一个载频只能为一对讲话者使用，因此频率资源紧张成了发展移动通信系统的瓶颈。632、蜂窝移动通信思想把移动通信的区域按把移动通信的区域按把移动通信的区域按把移动通信的区域按照蜂窝形状划分成

22、若照蜂窝形状划分成若照蜂窝形状划分成若照蜂窝形状划分成若干小区，而两个小区干小区，而两个小区干小区，而两个小区干小区，而两个小区之间只要相隔一定距之间只要相隔一定距之间只要相隔一定距之间只要相隔一定距离，无线载频就可以离，无线载频就可以离，无线载频就可以离，无线载频就可以重复使用。重复使用。重复使用。重复使用。背景：频率资源背景：频率资源背景：频率资源背景：频率资源紧缺，无法满足紧缺，无法满足紧缺，无法满足紧缺，无法满足众多用户的需要！众多用户的需要！众多用户的需要！众多用户的需要！多址复用技术：多址复用技术：多址复用技术：多址复用技术： 频分频分频分频分FDMAFDMAFDMAFDMA、时分

23、、时分、时分、时分TDMATDMATDMATDMA和码分和码分和码分和码分CDMACDMACDMACDMA贝尔实验贝尔实验贝尔实验贝尔实验室提出，室提出，室提出，室提出，蜂窝原理蜂窝原理蜂窝原理蜂窝原理643、模拟蜂窝移动通信系统系统诞生：1978年以后，美国、日本、瑞典等国利用这一技术先后开通了大容量小区蜂窝移动电话试验系统。复用技术：它们的工作频段各不相同，最早的蜂窝移动通信是频分复用多址技术FDMA。653、模拟蜂窝移动通信系统商用系统：1983年美国AMPS， 频段824894MHz；1985年欧洲ETACS，频率900MHz；1988年日本JTACS，频段860925MHz。主要缺点

24、：保密性差，频率资源有些浪费，标准不统一而无法实现不同地区的漫游。664、GSM移动通信系统GSM系统 Global System of Mobile，1990年复用方式：时分多址复用TDMA；开放性标准：没有设立专利障碍； 100多个国家采用、能够国际漫游。674、其他第二代系统DAMPS美国，采用TDMA的方式。PDC日本数字蜂窝；我国概况第一个模拟移动通信系统建于1987年第一个GSM系统建于1993年685、CDMA技术的诞生窄带CDMA美国高通公司是将CDMA技术民用化的创始者；由高通公司制订的IS95窄带CDMA被认定为国际上第一个CDMA的使用标准。应用举例中国联通的133网。

25、696、CDMA技术特点CDMA具有频谱效率高（GSM的34倍）；话音质量好；掉话率低；基站覆盖面广等优点；保密性好；707、第三代移动通信第二代移动通信（缺点）：以话音通信为主、通信速率低等缺点；第三代移动通信3G：数字信令，结合移动卫星通信系统；业务具有全球性，可以实现全球无缝漫游；支持高质量的多媒体业务，支持服务等级；以数据通信为主，兼容第二代；传输速率：144Kb/s、384Kb/s、2Mb/s。713G的通信牌照的发放发放时间：2009年1月7日发放部门：中国工业和信息化部中国移动获得TD-SCDMA牌照中国联通获得WCDMA 牌照中国电信获得了CDMA2000牌照723个标准的实施

26、构想TD-SCDMA 中国移动 用户4.5亿WCDMA 中国联通 用户1.3亿CDMA2000 中国电信 收购联通C网 用户2797万 固网用户 2.1亿73八、Internet网络的发展1、Internet基本概念2、Internet产生背景3、集中式通信网缺陷4、阿帕网的基本构想5、阿帕网的快速发展6、互联网“退伍从商” 7、初期网络应用范围8、Internet快速发展741、Internet基本概念什么是Internet 国际互联网络、因特网、交互网络、网际网等等。发展状态它正在向全世界各大洲延伸和扩散，不断增添吸收新的网络成员，已经成为世界上覆盖面最广、规模最大、信息资源最丰富的计算机

27、信息网络。752、因特网产生背景前苏联卫星（1957年）当时苏联在1957年10月、11月接连发射了两颗卫星，重量达到500公斤，还带了一只活狗做试验。美国卫星美国人把苏联的卫星看作是对自己技术落后的严重警告，当然要急起直追。1958年发射一颗仅仅8公斤的卫星。并成立了高级计划研究局（ARPA）。 763、集中式通信网缺陷集中式网络由于最初计算机价格昂贵，人们采用了一个主机接到若干终端，用分时的办法让每个终端分享主机CPU。 潜在危险只要中心被摧毁整个网络就会瘫痪。 774、阿帕网的基本构想设计目标在美国第一次受到核武器打击后，仍然具有一定的生存和反击能力。 基本构想：设计一种分散的指挥系统，

28、它由一个个分散的指挥点组成，当部分指挥点被摧毁后，其它点仍能正常工作，并且这些点之间，能够绕过那些已被摧毁的指挥点而继续保持联系。784、阿帕网的初期状况主管者1969年，美国DOD/DARPA资助建立了一个名为ARPANET的网络。网络结点洛杉矶和圣芭芭拉的加州大学、斯坦福大学和犹它州立大学的计算机主机。连接方法采用分组交换技术，专门的通信交换机和通信线路。 795、阿帕网的发展网络规模（1972年）40个网点；通信功能发送小文本文件（即E-mail）发送大文件（即FTP）终端仿真（即Telnet） 806、互联网“退伍从商”服务对象本意为军队服务，然而在运行过程中，人们发现，真正功能还是为

29、科学家服务。开放性特点 互联网一直是在大学的校园里培养起来的，校园开放性的风格对互联网产生了直接的影响。817、初期应用范围局限性初期应用范围限于学校和研究机构，是非赢利性的。公众开始关注从1988年起，尽管互联网的数据传送速度还很慢，尽管大量用户还是通过几乎是难以忍受的电话线拨号联入互联网，迫不及待的人们已经开始涌入这个新的领域。 828、因特网的快速发展1990年ARPANET被Internet取代里程碑1：HTTP（超文本传输协议）的创建和应用使因特网上的信息从仅有数据、语音转而包括图像。里程碑2：商界、工业界介入使因特网变成了企业家的“聚宝盆”，电子商务、IP电话和IP传真应运而生。 8384结束语 为同学勾勒一个通信概念的框架为后续的课程的讲解做一个铺垫 84第一讲结束 谢谢大家！85