現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展方向

1、1.簡要概述現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展方向；光纖通信技術(shù)（現(xiàn)階段主流）：光纖通信技術(shù)是以光信號作為信息載體、以光纖作為傳輸介質(zhì)的通信技術(shù)。在光纖通信系統(tǒng)中，因光波頻率極高以及光纖介質(zhì)損耗極低，故而光纖通信的容量極大， 要比微波等通信方式帶寬大上幾十倍。光纖主要由纖芯、包層和涂敷層構(gòu)成。纖芯由高度透明的材料制成， 一般為幾十微米或幾微米，比一根頭發(fā)絲還細(xì)；外面層稱為包層，它的折射率略小于纖芯， 包層的作用就是確保光纖它是電氣絕緣體，因而不需要擔(dān)心接地回路問題；涂敷層的作用是保護(hù)光線不受水氣侵蝕及機(jī)械擦傷，同時增加光線的柔韌性； 在涂敷層外，往往加有塑料外套。光纖的內(nèi)芯非常細(xì)小，由多根纖芯組成光

2、纜的直徑也非常小，用光纜作為傳輸通道，可以使傳輸系統(tǒng)占極小空間，解決目前地下管道空間不夠的問題。我國從1 9 7 4年開始研究光纖通信技術(shù)，因光纖體積小、重量輕、傳輸頻帶極寬、傳 輸距離遠(yuǎn)、電磁干擾抗性強(qiáng)以及不易串音等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展十分迅速。目前，光纖通信在郵電通信系統(tǒng)等諸多領(lǐng)域發(fā)展迅猛，光纖通信優(yōu)越的性能及強(qiáng)大的競爭力，很快代替了電纜通信， 成為電信網(wǎng)中重要的傳輸手段。 從總體趨勢看，光纖通信必將成為未來通信發(fā)展的主要方式。量子通信技術(shù)（特殊需求必須）：在量子通信網(wǎng)絡(luò)中，主要有量子空分交換技術(shù)、量子時分交換技術(shù)、量子波分交換技術(shù) 等。量子空分交換是通過改變光量子信號的物理傳輸通道來實(shí)現(xiàn)光量子信號

3、的交換；量子時分交換是在時間同步的基礎(chǔ)上對光量子信號進(jìn)行時分復(fù)用而進(jìn)行的交換；量子波分交換是將光量子信號經(jīng)過波分解復(fù)用器、波長變換器、波長濾波器、波分復(fù)用器而進(jìn)行的交換。量子通信網(wǎng)絡(luò)有三個功能層面： 量子通信網(wǎng)絡(luò)管理層、 量子通信控制層和傳輸信道層。由量子通信控制層進(jìn)行呼叫連接處理、信道資源管理和建立路由，進(jìn)而控制光纖通道建立端到端量子 信道，管理層負(fù)責(zé)資源和鏈路等的管理，控制層和管理層的功能由經(jīng)典通信鏈路完2016年底，北京和上海之間將建成一條全長2000余公里的量子保密通信骨干線路京滬干線”，它是連接北京、上海的高可信、可擴(kuò)展、軍民融合的廣域光纖量子通信網(wǎng)絡(luò)，主 要開展遠(yuǎn)距離、大尺度量子保

4、密通信關(guān)鍵驗(yàn)證、應(yīng)用和示范。此干線可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程高清量子保密視頻會議系統(tǒng)和其他多媒體跨越互聯(lián)應(yīng)用，也可以實(shí)現(xiàn)金融、政務(wù)領(lǐng)域的遠(yuǎn)程或同城數(shù)據(jù)災(zāi)備系統(tǒng)，金融機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等應(yīng)用。2016年7月份中國將發(fā)射全球首顆量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)通訊衛(wèi)星，這標(biāo)志著我國通信技術(shù)的突破性發(fā)展，標(biāo)志著中國同時在軍用通信領(lǐng)域站在了世界的最前列，之后會陸續(xù)發(fā)射的更多量子通訊衛(wèi)星，就可以建成全球性的量子通信網(wǎng)絡(luò)。正如潘建偉院士所說量子科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星的發(fā)射，將表明中國正從經(jīng)典信息技術(shù)的跟隨者，轉(zhuǎn)變成未來信息技術(shù)的并跑者、領(lǐng)跑者，量子通信將會盡快走進(jìn)每個人的生活，就像計算機(jī)曾經(jīng)做到的一樣，改變世界。量子通訊衛(wèi)星和 京滬干線”的成功將意味

5、著一個天地一體化的量 子通信網(wǎng)絡(luò)的形成。量子通信與傳統(tǒng)的經(jīng)典通信相比，具有極高的安全性和保密性， 且時效性高傳輸速度快，沒有電磁輻射，它的這些優(yōu)點(diǎn)決定了其無法估量的應(yīng)用前景。通過光纖可以實(shí)現(xiàn)城域量子通信網(wǎng)絡(luò)，通過中繼器連接實(shí)現(xiàn)城際量子網(wǎng)絡(luò)，通過衛(wèi)星中轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離量子通信，最終構(gòu)成廣域量子通信網(wǎng)絡(luò)。 未來數(shù)年內(nèi)，量子通信將會實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，經(jīng)典通信的硬件設(shè)施并不會被完全取代，而是在現(xiàn)有設(shè)施的基礎(chǔ)上進(jìn)行融合。在通信發(fā)送端和接收端安裝單光子探測器、量子網(wǎng)關(guān)等量子加密設(shè)備，即可在電話、傳真、光纖網(wǎng)絡(luò)等原有的通信網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)量子通信，這將大大地提升通信的安全性。量子通信有望在 10到15年之后成為繼電子和

6、光電 子之后的新一代通信技術(shù)，這種無條件安全”的通信方式，將從根本上解決國防、金融、政務(wù)、商業(yè)等領(lǐng)域的信息安全問題。短距無線通信技術(shù)（局域輔助通信）：藍(lán)牙技術(shù)：以近距離無線連接為基礎(chǔ)，為固定與移動設(shè)備通信環(huán)境建立一個特別連接的短程無線電技術(shù)，要建立通用的無線電空中接口及其控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn)，使通信和計算機(jī)進(jìn)一步結(jié)合，在沒有電纜或者是電纜通過1Mb/s的速率進(jìn)行數(shù)據(jù)的相互傳遞的同時，還能夠比較便捷地接入到互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中，這是一種能夠?qū)崿F(xiàn)語音以及數(shù)據(jù)無線傳輸?shù)囊?guī)范，是一種成本低廉、功耗較低、具備一定的安全性的無線連接的新技術(shù)。 Wi-Fi:無線局域網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)MOPS的無線接入，這種技術(shù)的主要優(yōu)勢在于能

7、夠較完美的解決無線局域網(wǎng)以及校園網(wǎng)當(dāng)中的用戶以及用戶終端的無線接入，其覆蓋的范圍大約能夠達(dá)到100m,而且傳輸?shù)乃俣缺容^快，相對而言，成本也比較低下，大大的節(jié)省了網(wǎng)絡(luò)布線 的費(fèi)用，而且更加方面廠商的參與，盡管其數(shù)據(jù)的安全性會稍微遜色于藍(lán)牙技術(shù)，但是其帶寬以及電波的覆蓋面積與藍(lán)牙相比具有非常明顯的優(yōu)勢，但是其較好的帶寬也是以非常高的功耗作為主要代價的，所以說，絕大部分的無線網(wǎng)絡(luò)都需要具備較高的電能作為儲備，這也在一定程度上限制了無線網(wǎng)路在工業(yè)場所的廣泛使用。ZigBee： ZigBee是一種低速率、短距離的新興無線組網(wǎng)通信技術(shù)。它主要用于近距離無 線連接，是一種介于無線標(biāo)記技術(shù)與藍(lán)牙之間的技術(shù)提

8、案。ZigBee技術(shù)具備自身的無線標(biāo)準(zhǔn)，其主要借助于數(shù)以千計的微小的傳感器相互之間的協(xié)調(diào)來達(dá)到通信的目的，借助于無線電波,這些傳感器用類似接力的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)由同一個傳感器向另外一個傳感器的傳送，在此過程當(dāng)中，所需要使用的能量極其微小，因此，這種通信的效率相對而言是比較高的。4G:4G網(wǎng)絡(luò)也就是 3G網(wǎng)絡(luò)和 WLAN的結(jié)合體，其主要的優(yōu)勢為，能夠更加清晰的進(jìn) 行視頻圖像的傳輸，其圖片的質(zhì)量與電視的清晰質(zhì)量幾乎一致，4G系統(tǒng)的下載速度也很理想，通常情況下，能夠達(dá)到10MB的速度，與目前的撥號上網(wǎng)相比，網(wǎng)速快了大概200倍，上傳的速度也非?？?，基本上能夠達(dá)到5Mbps4,此外，其還能夠充分的滿足用戶

9、對其所提出的要求，4G網(wǎng)絡(luò)還能夠再 DSL以及有線電視解調(diào)器還沒有進(jìn)行覆蓋的地方部署，進(jìn)而 逐漸擴(kuò)展到全部的地區(qū)，顯而易見，4G網(wǎng)絡(luò)所具有的優(yōu)勢目前的網(wǎng)絡(luò)無法取代的。WIMAX :和3G與WiMAX、WLAN等寬帶無線技術(shù)而言，它們之間雖然存在著局部競爭， 但融合已是大勢所趨。當(dāng)前已經(jīng)得到規(guī)?；逃玫?G網(wǎng)絡(luò)，不僅在產(chǎn)業(yè)化和規(guī)?；矫鎿碛衅渌麩o線技術(shù)無法比擬的優(yōu)勢，而且它還具有廣域覆蓋、全球漫游、電信級安全性等優(yōu)勢， 這使得3G當(dāng)仁不讓地成為多元融合的公共無線通信平臺。WiMAX由于具有超高的數(shù)據(jù)傳輸速率，可以構(gòu)建一個完全覆蓋城域的寬帶無線網(wǎng)絡(luò)，WLAN則在局域網(wǎng)領(lǐng)域大有用武之地。同時，以3G

10、為代表的公眾移動通信網(wǎng)絡(luò)在向B3G/4G演進(jìn)的過程中，網(wǎng)絡(luò)帶寬將得到全面擴(kuò)展；而 WiMAX則在技術(shù)演進(jìn)的過程中，致力于全面增強(qiáng)移動性和安全性?？梢灶A(yù)見， 將來在無線城市、電子政務(wù)、企業(yè)應(yīng)用以及教育等領(lǐng)域，3G與WiMAX、WLAN的融合（移動+寬帶），將使得人們在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，享受到更加靈活的、更加豐富多彩的應(yīng)用服務(wù)。2.簡要介紹移動通信標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)與關(guān)鍵技術(shù)；1G:1986年，第一套移動通訊系統(tǒng)在美國芝加哥誕生，采用模擬訊號傳輸， 模擬式為代表在無線傳輸采用模擬式的 FM調(diào)制，將介于300Hz到3400Hz的語音轉(zhuǎn)換到高頻的載波頻 率MHz上。此外，1G只能應(yīng)用在一般語音傳輸上，且語音品

11、質(zhì)低、訊號不穩(wěn)定、涵蓋 范圍也不夠全面。1G主要系統(tǒng)為 AMPS,另外還有NMT及TACS該制式在加拿大、南美、澳洲以及 亞太地區(qū)廣泛采用，而國內(nèi)在80年代初期移動通信產(chǎn)業(yè)還屬于一片空白，直到 1987年的廣東第六屆全運(yùn)會上蜂窩移動通信系統(tǒng)正式啟動。在第1代行動通信系統(tǒng)在國內(nèi)剛剛建立的時候，我們很多人手中拿的還是大塊頭的摩托羅拉8000X,俗稱大哥大(一般人可用不起喲！)。那個年代雖然沒有現(xiàn)在的移動、 聯(lián)通和電信，卻有著A網(wǎng)和B網(wǎng)之分， 而在這兩個網(wǎng)背后就是主宰模擬時代的愛立信和摩托羅拉。模擬通信系統(tǒng)有著很多缺陷，經(jīng)常出現(xiàn)串號、盜號等現(xiàn)象。1999年A網(wǎng)和B網(wǎng)被正式關(guān)閉，2G時代也來到了我們身

12、邊。2G:2G聲音的品質(zhì)較佳，比1G多了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?wù)，數(shù)據(jù)傳輸速度為每秒 9.614.4Kbit,最早的文字簡訊也從此開始。GSM在1990年由歐洲發(fā)展出來，另外還有TDMA、CDMA、PDC與iDEN。2G時代也是移動通信標(biāo)準(zhǔn)爭奪的開始，GSM脫穎而出成為最廣泛采用的移動通信 制式。早在1989年歐洲就以GSM為通信系統(tǒng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)并正式商業(yè)化，同時在歐洲起家的諾基亞和愛立信開始攻占美國和日本市場，僅僅 10年功夫諾基亞就成為全球最大 的移動電話商。GSM：全球移動通信系統(tǒng) (Global System for Mobile Communication ),是當(dāng)前應(yīng)用最 為廣泛的移動電話標(biāo)準(zhǔn)

13、，較之以前的標(biāo)準(zhǔn)最大的不同是它的信令和語音信道都是數(shù)字式 的。GSM是一個當(dāng)前由3GPP開發(fā)的開放標(biāo)準(zhǔn)。TDMA：時分多址(Time Division Multiple Access),是把時間分割成周期性的幀 (Frame), 每一個幀再分割成若干個時隙向基站發(fā)送信號，在滿足定時和同步的條件下，基站可以 分別在各時隙中接收到各移動終端的信號而不混擾。同時，基站發(fā)向多個移動終端的信 號都按順序安排在預(yù)定的時隙中傳輸，各移動終端只要在指定的時隙內(nèi)接收，就能在合 路的信號中把發(fā)給它的信號區(qū)分并接收下來。CDMA：碼分多址(Code Division Multiple Access),是在數(shù)字技術(shù)的

14、分支-擴(kuò)頻通信 技術(shù)上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù)。CDMA技術(shù)的原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠(yuǎn)大于信號帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端使用完全相 同的偽隨機(jī)碼，與接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號 即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。3G:CDMA大行其道隨著人們對移動網(wǎng)絡(luò)的需求不斷加大，第3代移動通信網(wǎng)絡(luò)必須在新的頻譜上制定出新的標(biāo)準(zhǔn)，享用更局的數(shù)據(jù)傳輸速率。在3G之下，有了局頻寬和穩(wěn)定的傳輸，影像電話和大量數(shù)據(jù)的傳送更為普遍，行動通訊有更多樣化的應(yīng)用，因此3G被視為是開啟行

15、動通訊新紀(jì)元的重要關(guān)鍵。而支持3G網(wǎng)絡(luò)的平板電腦也是在這個時候出現(xiàn)，蘋果，聯(lián)想和華碩等都推出了一大批優(yōu)秀的平板產(chǎn)品。中國于2009年的1月7日頒發(fā)了 3張3G牌照，分別是中國移動的 TD-SCDMA中國聯(lián)通的 WCDMA和中國電 信的 WCDMA2000 o分別是 WCDMA, CDMA2000 , TD-SCDMA WiMAX。 CDMA是第三代移動通信系統(tǒng) 的技術(shù)基礎(chǔ)。CDMA系統(tǒng)以其頻率規(guī)劃簡單、系統(tǒng)容量大、頻率復(fù)用系數(shù)高、抗多徑能 力強(qiáng)、通信質(zhì)量好、軟容量、軟切換等特點(diǎn)顯示出巨大的發(fā)展?jié)摿?。世界上主流?G規(guī)格為 WCDMA與CDMA2000系列，另外還有中國移動主推的 TD-SCDM

16、A美、加、澳、 韓以及日本 KDDI采用CDMA 2000系列。4G： 無線蜂窩電話協(xié)議4G是指第四代無線蜂窩電話通訊協(xié)議，是集3G與WLAN于一體并能夠傳輸高質(zhì)量視頻圖像以及圖像傳輸質(zhì)量與高清晰度電視不相上下的技術(shù)產(chǎn)品。4G系統(tǒng)能夠以100Mbps的速度下載，比撥號上網(wǎng)快2000倍，上傳的速度也能達(dá)到 20Mbps。2013年12月，工信部在其官網(wǎng)上宣布向中國移動、中國電信、中國聯(lián)通頒發(fā)“LT肆四代數(shù)字蜂窩移動通信業(yè)務(wù)（TD-LTE）經(jīng)營許可，也就是 4G牌照。至此，移動互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)速達(dá)到了一個全新的高度。如 今4G信號覆蓋已非常廣泛，支持TD-LTE FDD-LTE勺手機(jī)、平板產(chǎn)品越來越多， 很多平板，并成為標(biāo)配，支持通話功能、網(wǎng)絡(luò)的 Android、Win系統(tǒng)平板也非常常見。LTE是基于OFDMA技術(shù)、由3GPP組織制定的全球通用標(biāo)準(zhǔn)，包括 TDD （時分雙工） 和FDD （頻分雙工）兩種模式，二者相似度達(dá) 90%，差異較小。 TD-LTE TDD版本的LTE 技術(shù)，分時長期演進(jìn)（Time Division Long Term Evolution ），