北航-电子信息工程-电子信息导论--现代通信技术与展望

1现代通信技术与展望刘荣科北京航空航天大学电子信息工程学院[e-mail]办公室：新主楼F813电话：82339495手机：134391342862什么是通信?3内容提要通信的定义通信技术的的昨天、今天与明天北航的通信学科与本学科毕业生的就业如何打下坚实的基础4内容提要通信的定义通信技术的昨天、今天与明天北航的通信学科及本专业毕业生就业如何打下坚实的基础2020年7月6日5通信系统实例：无线连接的家庭信息网络3cupsflour1cupgratedchocola.电话通信便携电脑带无线接口的电脑无线头盔儿童监护台式电脑卫星天线PSTN/xDSL冰箱数据板手持式控制器电缆/电缆调制解调器声控玩具TalkingTeddy6通信：communication，信息交流Telecommunication:电信号的处理和传输信息社会:信息网，通信网信息语言文字图像人力马力电话、广播邮政电报Email烽火台电视多媒体信息社会1.1通信的基本概念小结：什么是通信？从本质上讲，通信就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将有用的信息无失真、高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。通信是信息科学技术的一个重要组成部分。82020年7月6日91.2通信系统一般模型1.2.1信源信源是产生消息(或消息序列)的源电报系统：文字、符号、数字；电话系统：语音分类：模拟通信系统与数字通信系统思考题：电视的信源是什么？你家里的电视是模拟还是数字？1.2.2信道信道是指传输信号的媒质或通道按传输介质不同可分为:有线信道:使用有形的媒体作为传输介质双绞线同轴电缆光缆无线信道：以电磁波在空间传播无线电红外线激光水声思考：嫦娥的控制指令是怎么从地球送到月球通信频段12思考：北京音乐台工作在那个频段？频段一种紧缺资源！单工通信、半双工通信及全双工通信发端收端信道终端A终端B信道发收收发终端A终端B信道信道发收收发(a)单工(b)半双工(c)全双工思考：寻呼机，对讲机，手机,电视2020年7月6日141.3通信系统的基本特性一、传输距离指信号从发送端传输到达接收端并能被可靠接收的最大距离。传输距离与什么因素有关？与通信体制有关（有无中继）。无中继的无线通信（从基站到移动台，从发射机到接收机）•发送端的信号功率；•信号通过信道的损耗；•信号通过信道时混入各种形式的干扰和噪声；•接收机的接收灵敏度。思考：嫦娥的通信距离是多少？2020年7月6日15二、通信容量指一个信道能够同时传送独立信号的路数。已调信号所占有的频带宽度：•国际规定电话信号的频带是300～3400Hz；•中波调幅广播（535KHz~1605KHz），广播电台每个已调信号占有的频带宽度是9KHz；•调频广播（88MHz~108MHz），最小频带宽度是200KHz；•我国采用的电视图象信号的频带是0～8MHz。信道多址复用的方式：•频分复用（FDMA）；•时分复用（TDMA）；•码分复用（CDMA）。2020年7月6日16三、信号失真度指接收设备输出信号不同(失真）于发送端基带信号的程度。产生信号失真的原因：•信道特性不理想；•对信号进行处理的电路（发送与接收设备）特性不理想。举例，说明信号失真如何影响你的生活。2020年7月6日17四、抗干扰能力信号通过信道时，总要混入各种形式的干扰和噪声，使接收机输出信号的质量下降。提高通信抗干扰能力的技术：•提高系统的抗干扰能力；•选用高质量的调制和解调电路。思考：你周围的通信设施都采用何种抗干扰措施？18内容提要通信的定义与发展史通信技术的昨天、今天与明天北航的通信学科与本学科毕业生的就业如何打下坚实的基础2.1人类的通信历史1838年，摩尔斯发明有线电报，开始了电通信阶段1843年，亚历山大·本取得电传打字电报的专利1879年，第一个专用人工电话交换系统投入运行1880年，第一个付费电话系统运营1892年，加拿大政府开始规定电话速率1896年，马可尼发明无线电报19人类的通信历史1948年，shannon提出了信息论，建立了通信统计理论1950年，时分多路通信应用于电话系统1951年，直拨长途电话开通1956年，敷设越洋通信电缆1957年，发射第一颗人造地球卫星1958年，发射第一颗通信卫星1962年，发射第一颗同步通信卫星，开通国际卫星电话；脉冲编码调制进入实用阶段20世纪60年代，彩色电视问世；阿波罗宇宙飞船登月；数字传输理论与技术得到迅速发展；计算机网络开始出现1969年，电视电话业务开通20世纪70年代，商用卫星通信、程控数字交换机、光纤通信系统投入使用；一些公司制定计算机网络体系结构20人类的通信历史20世纪80年代，开通数字网络的公用业务；个人计算机和计算机局域网出现；网络体系结构国际标准陆续制定20世纪90年代，蜂窝电话系统开通，各种无线通信技术不断涌现；光纤通信得到迅速普遍的应用；国际互联网得到极大发展1997年，68个国家签定国际协定，互相开放电信市场212.2无线通信系统演进is95GSMTDMAPDC2G9.6-14.4kbpscdma1xGPRS2.5G64–144kbpsWLANWPANB3G?384kbps-20MbpsAlwaysBestConnectedEDGEWCDMAcdma20003G384kbps-2Mbps4G100Mbps?Newair-interface?AdhocnetworksWMANVirtualRealityAlwaysBestConnectedOpticalNetworkingTD-SCDMA思考题：你现在使用的手机采用何种技术？全球无线标准体系IEEE802.15BluetoothIEEE802.15.3aUWBWMAN20kmWLAN100mWPAN10mETSIHiperPANIEEE802.11WirelessLANETSIHiperLANIEEE802.16WirelessMANETSIHiperMANHIPERACCESSIEEE802.20(proposed)3GPP,GSM/EDGEWCDMATD-SCDMA3GPP2CDMA20001xEV/DO/DV思考题：手机通信与电视有何异同242.3通信网演进60年代萌芽期：远程终端连接、计算机通信（不是资源共享，因而还不是计算机网络）。70年代兴起期：IBM公司的SNA网DEC公司的DNA网Intel公司的INA网美国国防部高级研究计划局的ARPANet2580年代发展期：1980年：IEEE802，局域网大发展；1983年：OSI模型；X.25升级到FR，并出现了DDN网；1988年：B－ISDN的概念，确定ATM为其传输方式；Internet开始发展，并逐渐占统治地位；90年代大发展期：93.9：美国提出NII计划；到2000年底，全球Internet用户数已达3.5亿；ATM网开始并迅速发展。2.3通信网演进思考题：你是哪一年开始接触互联网的？26（1）网络范围较小，一般在2公里以内；（2）网络规模不大，一般在几千台计算机以内；（3）数据速率较高，一般在10Mbps到1000Mbps；（4）属于一个单位管理和使用。目前，主要流行10M/100MEthernet，在比较大的局域网里，甚至使用千兆以太网（GigabitEthernet）。局域网27（1）网络范围较大，一般在几十公里左右；（2）网络规模较大，一般有几十万台计算机；（3）数据速率较快，一般在100Mbps到1000Mbps；（4）一般由电信部门或网络公司经营和管理。目前，主要流行的城域网是光纤环行网，现在多用交换型的GigabitEthernet（100/1000Mbps）。城域网28（1）网络范围很大，可以跨市、跨省、跨国；（2）网络规模很大，可以有几百万、几千万、甚至几亿台计算机；（3）数据速率不高，一般在几十Kbps到几Mbps左右；（4）网络都由电信部门管理。目前，光纤骨干网多用SDH网，主干速率可达2.5Gbps，如果采用DWDM（密集波分复用），数据速率可达200Gbps，甚至向1000Gbps发展。主干网的信道带宽问题已基本解决，当前的主要瓶颈在于接入网。广域网29骨干网（SDH，DWDM）城域网（ATM，Ethernet1000M）接入网（ATM，ADSL，HFC，FTTC，LMDS）驻地网（Ethernet10/100)宽带网络结构模型30几种常用的宽带接入网思考题：你们家是怎么接入互联网的？下一代网络NGN以软交换设备为核心采用开放、标准体系结构31关键技术IPv6光纤高速传输技术光交换与智能光网宽带接入城域网、软交换3G和超3G、IP终端网络安全技术我们的目标任何人-任何时间-任何地点-任何形式通信32思考题：假设你跟外界的通信全部中断，你的世界将是什么样的？33内容提要通信的定义与发展史通信技术的未来北航的通信学科与本学科毕业生的就业如何打下坚实的基础学科基础1956年国内率先建立遥测遥控、雷达和导航等专业1981年通信与电子系统硕士点1986年通信与信息系统博士点2002年国防科工委和北京市重点学科2006年信息与通信工程全国学科评估排第82007年通信与信息系统国家重点学科,国防特色学科2008年信息与通信工程北京市一级学科卫星导航应用国家工程技术中心中国民航数据通信及新航行系统部级重点实验室航空电子航空科技重点实验室先进航空导航与空管教育部工程中心科研基地先进宽带通信80年代张其善教授等提出基于沃尔什函数的序率分割式遥测体系获得国家发明二等奖自主提出沃尔什函数复制生成理论，发明了一类非正弦正交函数体系，为新型通信体制和方法奠定了基础完成国家数字电视地面传输标准GB20600－2006研制完成系统发端设备和全模式信道编码和调制芯片。已获发明专利7项，受理发明专利22项建有卫星导航应用国家工程中心、国家集成电路人才培养基地等基地国防科技创新团队现代空管与导航70年代丁子明教授率先研制了我国第一代卫星导航接收机，80年代张其善教授在国内率先开展了航空数据链技术研究，90年代卢伯英教授在国内率先开展新型管制技术的研究研制出我国首套飞机自动相关监视系统，获2000年国家科技进步二等奖建立了新一代空中交通服务平台，2004年获得国家级科技进步奖一等奖建有中国民航总局部级重点实验室—民航数据通信及新航行系统科研基地，教育部创新团队移动平台电子综合方向70年代末建立了国内第一套基于1553总线的综合航空电子演示系统，80年代率先开展了航空通信导航识别综合系统研究并取得国内领先的成果主持设计了我国战斗力最强的歼十飞机总线通信系统，该系统成为歼十飞机新技术的标志之一完成的高速机载网络系统成功应用于某原型系统，获得2001年国防科学技术一等奖建有航空电子航空科技重点实验室通信信号处理自90年代开始，在超宽带通信、MIMO、无线传感器网络等无线通信网络中的信号处理理论和应用研究领域开展研究在国内外重要刊物和国际会议发表60余篇文章，申请3项美国专利、16项中国发明专利向IEEE国际标准委员会提出十几项拥有自主知识产权的核心技术提案，是IEEE802.15.4-2006的主要贡献者和国家短程无线网络标准的主要起草单位建有北航-KTH无线通信联合实验室国家中长期规划的16个重大专项1．核心电子器件、高端通用芯片及基础软件2．极大规模集成电路制造设备与成套工艺3．新一代宽带无线移动通信网4．高档数控机床与基础制造设备5．大型油气田及煤层气开发6．大型先进压水堆及高温气冷堆核电站7．水体污染的控制与治理8．转基因生物品种培育国家中长期规划的16个重大专项9．重大新药创制10．艾滋病和病毒肝炎等重大传染病防治11．大型飞机12．高分辨率对地观测系统13．载人航天与探月工程1