第二章 通信的發(fā)展

1、第二章 通信的發(fā)展本章目標(biāo) 從通信的發(fā)展歷程，理解通信的實(shí)現(xiàn)方式，思考如何解決通信需要解決的問題。主要內(nèi)容 2.1古代通信 2.2近現(xiàn)代通信 2.3當(dāng)代通信 2.4未來通信2.1古代通信 人類的通信從遠(yuǎn)古時(shí)代就已經(jīng)開始。人與人之間的語言、肢體交流就是最早出現(xiàn)的通信。通信的發(fā)展歷史則可以分為古代通信和近現(xiàn)代通信。從通信形式方面，可以分為文書通信、信號(hào)通信、保密通信等。2.1.1文書通信 郵驛 郵票與郵政 飛鴿傳書2.1.2古代信號(hào)通信 古代信號(hào)通信是利用自然界的基本規(guī)律和人的基礎(chǔ)感官（視覺，聽覺等）可達(dá)性建立通信系統(tǒng)，是人類基于需求的最原始的信號(hào)通信方式。 擊鼓 烽火臺(tái) “天燈” “旗語”2.1

2、.3 古代的保密通信 公元前五世紀(jì)斯巴達(dá)人使用一種叫“天書”（Skytale）的器械。它用一根木棍，將羊皮條緊緊纏在木棒上，密信自上而下寫在羊皮條上，然后將羊皮條解開送出。除非把羊皮條重新纏在一根同樣直徑的木棍上，才能把密信的內(nèi)容讀出來。這是最早的保密通信。 公元前兩世紀(jì)，希臘歷史學(xué)家波利比烏斯（Polybius）想出一種信號(hào)通信方法。他把字母排列在一個(gè)方表內(nèi)，并把各橫行和縱行標(biāo)上數(shù)字，每個(gè)字母用它在橫行的數(shù)字和它在縱行的數(shù)字代表，這些數(shù)字可用火把傳送，右手舉的火把數(shù)表示字母的第一個(gè)代碼，左手舉的火把數(shù)表示字母的第二個(gè)代碼。這種方法可以把信號(hào)傳送較遠(yuǎn)的距離。2.2 近現(xiàn)代通信利用電磁波通信的歷

3、史可大致劃分三個(gè)階段：利用電磁波通信的歷史可大致劃分三個(gè)階段： 18371837年電報(bào)開始的年電報(bào)開始的通信初級(jí)階段通信初級(jí)階段； 19481948年香農(nóng)提出信息論開始的年香農(nóng)提出信息論開始的近代通信階段近代通信階段； 8080年代以后光纖通信應(yīng)用、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)崛起的年代以后光纖通信應(yīng)用、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)崛起的現(xiàn)代通信階段現(xiàn)代通信階段。近現(xiàn)代通信 1837年，摩爾斯發(fā)明有線電報(bào)，開始了電通信階段 1843年，亞歷山大本取得電傳打字電報(bào)的專利 1864年，麥克斯韋創(chuàng)立了電磁輻射理論,并被當(dāng)時(shí)的赫茲證明，促使了后來無線通信的出現(xiàn) 1876年，貝爾利用電磁感應(yīng)原理發(fā)明了電話 1879年，第一個(gè)專用人

4、工電話交換系統(tǒng)投入運(yùn)行 1880年，第一個(gè)付費(fèi)電話系統(tǒng)運(yùn)營(yíng) 1892年，加拿大政府開始規(guī)定電話速率 1896年，馬可尼發(fā)明無線電報(bào)近現(xiàn)代通信 1907年，電子管問世，通信進(jìn)入電子信息時(shí)代 1915年，橫貫大陸電話開通; 實(shí)現(xiàn)越洋語音連接 1918年，調(diào)幅無線電廣播、超外差式接收機(jī)問世 1925年，開通三路明線載波電話，開始多路通信 1936年，調(diào)頻無線電廣播開播 1937年，雷沃斯發(fā)明脈沖編碼調(diào)制，奠定了數(shù)字通信基礎(chǔ) 1938年，電視廣播開播 20世紀(jì)40年代二戰(zhàn)期間，雷達(dá)與微波通信得到發(fā)展 1946年，第一臺(tái)數(shù)字電子計(jì)算機(jī)問世 1947年，晶體管在貝爾實(shí)驗(yàn)室問世，為通信器件的進(jìn)步創(chuàng)造了條件近

5、現(xiàn)代通信 1948年，香農(nóng)提出了信息論，建立了通信統(tǒng)計(jì)理論 1950年，時(shí)分多路通信應(yīng)用于電話系統(tǒng) 1951年，直撥長(zhǎng)途電話開通 1956年，敷設(shè)越洋通信電纜 1957年，發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星 1958年，發(fā)射第一顆通信衛(wèi)星 1962年，發(fā)射第一顆同步通信衛(wèi)星，開通國(guó)際衛(wèi)星電話；脈沖編碼調(diào)制進(jìn)入實(shí)用階段 20世紀(jì)60年代，彩色電視問世；阿波羅宇宙飛船登月；數(shù)字傳輸理論與技術(shù)得到迅速發(fā)展；計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)開始出現(xiàn) 1969年，電視電話業(yè)務(wù)開通 20世紀(jì)70年代，商用衛(wèi)星通信、程控?cái)?shù)字交換機(jī)、光纖通信系統(tǒng)投入使用；一些公司制定計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)近現(xiàn)代通信 20世紀(jì)80年代，開通數(shù)字網(wǎng)絡(luò)的公用業(yè)務(wù)；個(gè)人

6、計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)出現(xiàn)；網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)陸續(xù)制定 20世紀(jì)90年代，蜂窩電話系統(tǒng)開通，各種無線通信和數(shù)據(jù)移動(dòng)通信技術(shù)不斷涌現(xiàn)；光纖通信得到迅速普遍的應(yīng)用；國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)和多媒體通信技術(shù)得到極大發(fā)展， 1997年，68個(gè)國(guó)家簽定國(guó)際協(xié)定，互相開放電信市場(chǎng)2.3 當(dāng)代通信 數(shù)據(jù)通信 計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物 計(jì)算機(jī)以及各種數(shù)據(jù)設(shè)備之間經(jīng)由數(shù)據(jù)通路（專線或通信網(wǎng)絡(luò)）所進(jìn)行的數(shù)據(jù)交換 計(jì)算機(jī)通信 指兩臺(tái)或多臺(tái)“自治”的計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換 不能“自治”的各種數(shù)據(jù)設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換屬于數(shù)據(jù)通信，但不是計(jì)算機(jī)通信 數(shù)據(jù)/計(jì)算機(jī)通信的革命 始于20世紀(jì)70/80年代 90年代Internet普

7、及與多媒體通信技術(shù)發(fā)展加速了變革 數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信逐漸融合 通信產(chǎn)業(yè)與計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)日趨重合數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn)1.通信對(duì)象的范圍廣 在電報(bào)、電話通信中，涉及的是人與人之間的通信；而數(shù)據(jù)通信除了人與人之間的通信之外，更主要的是人通過終端與計(jì)算機(jī)之間的通信或者是計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信。2.傳輸內(nèi)容為二進(jìn)制數(shù)據(jù) 電話通信傳輸?shù)氖沁B續(xù)的語音信號(hào)，電報(bào)通信傳輸?shù)氖蔷哂刑囟êx的報(bào)文；而數(shù)據(jù)通信傳輸?shù)膭t是以二進(jìn)制形式表示的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)通信的特點(diǎn) 3.通信的可靠性高 電話、電報(bào)在信息傳輸中若出現(xiàn)差錯(cuò)比較容易糾正。而數(shù)據(jù)傳輸中如果出現(xiàn)差錯(cuò)則較難糾正，為了保證傳輸質(zhì)量，一般需要采用差錯(cuò)控制技術(shù)，因此數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?/p>

8、高。 4.通信的復(fù)雜性高 數(shù)據(jù)通信的影響因素比較多，傳輸?shù)膬?nèi)容、方式也不同，對(duì)數(shù)據(jù)通信的要求也有很大差別，因而在實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信時(shí)涉及的因素也比較復(fù)雜。計(jì)算機(jī)通信革命帶來的變化 數(shù)據(jù)處理設(shè)備與數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間不再有本質(zhì)區(qū)別 數(shù)據(jù)通信、話音通信和視頻通信之間也無本質(zhì)區(qū)別 數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)通信難以區(qū)分 局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間日趨模糊通信的演進(jìn)與走勢(shì) 由集團(tuán)通信朝個(gè)人通信發(fā)展由集團(tuán)通信朝個(gè)人通信發(fā)展 移動(dòng)通信的出現(xiàn)與逐漸普及移動(dòng)通信的出現(xiàn)與逐漸普及 計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)由專用網(wǎng)走向公用網(wǎng)再發(fā)展為互聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)由專用網(wǎng)走向公用網(wǎng)再發(fā)展為互聯(lián)網(wǎng) 形成跨行業(yè)、跨地區(qū)的計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)形成跨行業(yè)、跨地區(qū)的計(jì)算機(jī)互聯(lián)

9、網(wǎng) 由單一通信網(wǎng)發(fā)展為綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)由單一通信網(wǎng)發(fā)展為綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通信網(wǎng) ISDNISDN以及電信、電視、數(shù)據(jù)多網(wǎng)合一以及電信、電視、數(shù)據(jù)多網(wǎng)合一 網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)由電路交換發(fā)展為分組交換和信元交換網(wǎng)絡(luò)交換技術(shù)由電路交換發(fā)展為分組交換和信元交換 WANWAN由由X.25X.25演進(jìn)為演進(jìn)為FRFR、ATMATM，MAN/LANMAN/LAN采用采用SMDSSMDS、EthernetEthernet和和ATMATM，Internet/IntranetInternet/Intranet采用采用IPIP 通信方式由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由單一到多用戶和大信息通信方式由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由單一到多用戶和大信息 由終端

10、主機(jī)間通信發(fā)展為對(duì)等通信，再到客戶服務(wù)器之間通信由終端主機(jī)間通信發(fā)展為對(duì)等通信，再到客戶服務(wù)器之間通信（包括瀏覽器與（包括瀏覽器與WebWeb服務(wù)器之間的通信）服務(wù)器之間的通信）一些熱點(diǎn)通信領(lǐng)域 傳統(tǒng)領(lǐng)域 傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù) AM無線電 FM立體聲 TV 短波(全球)無線電 當(dāng)代飛速發(fā)展的領(lǐng)域計(jì)算機(jī)通信多媒體通信Internet技術(shù)光纖傳輸衛(wèi)星系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)電話擴(kuò)頻個(gè)人通信系統(tǒng)(PCS)高清晰度電視(HDTV)智能電信網(wǎng)用戶接入 衛(wèi)星通信 移動(dòng)通信 多媒體通信 用戶接入 全光網(wǎng) 量子通信當(dāng)今通信熱點(diǎn)舉例1982年 國(guó)際海事通信組織開通由四顆地球同步衛(wèi)星 組成的INMARSAT系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全球移動(dòng)通信。1

11、998年 中、低軌道的衛(wèi)星系統(tǒng)得以研究成功并陸續(xù) 開通，其中有 美國(guó)Motorala公司的銥星(Iridium)系統(tǒng) 美國(guó)LORAL公司的全球星(Global Star)系統(tǒng) 國(guó)際海事通信組織的ICO系統(tǒng)1999年 國(guó)際衛(wèi)星組織發(fā)射電視直播衛(wèi)星、應(yīng)用于高 速信息公路。2016年 中國(guó)發(fā)射第一顆量子通信衛(wèi)星衛(wèi)星通信不同軌道的衛(wèi)星軌跡示意20世紀(jì)80年代，基于FDMA的第一代模擬系統(tǒng) (1G) 北美AMPS、N-AMPS；英國(guó)TACS；日本JTAC；北歐NMT。20世紀(jì)90年代，基于TDMA和CDMA的第二代數(shù)字系統(tǒng) 北美D-AMPS(EIA/TIA IS-136)；歐洲GSM；日本JDC。(2G

12、) 歐洲GSM/GPRSGPRS;基于CDMA的北美PCS(IS-95)。 (2G+)2005年，基于WCDMA的數(shù)字第三代系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn) (3G)提供數(shù)據(jù)速率為2Mbps(靜態(tài)環(huán)境)的多媒體業(yè)務(wù)。 ITU-T正在制定IMT(國(guó)際移動(dòng)通信)建議標(biāo)準(zhǔn)，IMT2000參考建議有： 歐洲根據(jù)GSM/GPRS演進(jìn)的UMTS建議（WCDMA）； 北美根據(jù)IS-95演進(jìn)的cdma2000建議； 北美根據(jù)IS-136演進(jìn)的UWCC-136建議(TDMA)； 中國(guó)綜合根據(jù)2G多種標(biāo)準(zhǔn)提出的TD-SCDMA。4G4G是第四代移動(dòng)通信技術(shù)的簡(jiǎn)稱，該技術(shù)將是第四代移動(dòng)通信技術(shù)的簡(jiǎn)稱，該技術(shù)將3G3G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

13、和WLANWLAN局域網(wǎng)傳輸技術(shù)結(jié)局域網(wǎng)傳輸技術(shù)結(jié)合起來，傳輸速度很快，能夠達(dá)到每秒合起來，傳輸速度很快，能夠達(dá)到每秒100100兆以上的傳輸速度，能夠滿足傳輸高品兆以上的傳輸速度，能夠滿足傳輸高品質(zhì)圖像信息和音頻信息的要求。質(zhì)圖像信息和音頻信息的要求。ITUITU已經(jīng)將已經(jīng)將WiMax, HSPA+WiMax, HSPA+、LTELTE正式納入到正式納入到4G4G標(biāo)準(zhǔn)里，加上之前就己經(jīng)確定的標(biāo)準(zhǔn)里，加上之前就己經(jīng)確定的LTE-LTE-AdvancedAdvanced和和WirelessMAN-AdvancedWirelessMAN-Advanced這兩種標(biāo)準(zhǔn)，目前這兩種標(biāo)準(zhǔn)，目前4G4G標(biāo)準(zhǔn)

14、已經(jīng)達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)達(dá)到了5 5種。種。移動(dòng)通信 多媒體通信傳媒信息量大 適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)許多應(yīng)用需求，諸如可視電話電視會(huì)議虛擬現(xiàn)實(shí)視頻點(diǎn)播語音郵件多媒體檢索遠(yuǎn)程教學(xué)遠(yuǎn)程醫(yī)療多媒體通信 多媒體技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)來表示、存儲(chǔ)、傳輸和處理各種感知媒體的技術(shù)，因此多媒體通信也是一種數(shù)據(jù)通信。多媒體通信 多媒體通信的主要特點(diǎn)集成性實(shí)時(shí)性交互性同步性 多媒體通信中涉及的技術(shù)領(lǐng)域多媒體通信終端技術(shù)支持多媒體業(yè)務(wù)的通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)多媒體應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù) 主要關(guān)鍵技術(shù)音頻與圖像媒體壓縮技術(shù)寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)信號(hào)處理與識(shí)別技術(shù)多媒體通信 基于銅纜的接入技術(shù)例如，能傳輸2Mbps以上的數(shù)據(jù)“高比特率數(shù)字用戶線”，可把圖像等視頻信

15、號(hào)引入用戶家庭 。 基于光纜的接入技術(shù)光纜頻帶寬、容量大、干擾小。 光纖同軸混合接入技術(shù)利用有線電視系統(tǒng)的方法，可以額外提供視頻點(diǎn)播，交互式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)及電話業(yè)務(wù)。 無線接入技術(shù)具有建設(shè)速度快，方便靈活、造價(jià)低廉等特點(diǎn)。用戶數(shù)據(jù)接入 交換式/中繼移動(dòng)無線電（SMR/TMR） 無線尋呼網(wǎng)（BP） 無繩電話與無線辦公電信系統(tǒng)（WOTS） 蜂窩無線電與蜂窩數(shù)據(jù)通信蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)（CDPD）通用分組無線業(yè)務(wù)（GPRS） 無線數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)：分組無線電 無線局域網(wǎng)（WLAN） 無線本地環(huán)路（WLL）本地多點(diǎn)分布業(yè)務(wù)（LMDS）多信道多點(diǎn)分布業(yè)務(wù)（MMDS）注冊(cè)許可的微波系統(tǒng)個(gè)人通信業(yè)務(wù)（PCS）各種無線通信系統(tǒng)

16、1995年美國(guó)和歐洲分別開始研究全光網(wǎng)全光網(wǎng)在服務(wù)質(zhì)量、帶寬需求、業(yè)務(wù)內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)的可重構(gòu)性和可擴(kuò)展性等方面，都是當(dāng)今現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)所遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能比擬的在傳輸系統(tǒng)（包括交換機(jī)）中，全程不需要光/電和電/光的轉(zhuǎn)換，完全靠光波沿光纖傳輸用戶端機(jī)之間不少電信號(hào)的處理功能也由光技術(shù)實(shí)現(xiàn)，如出網(wǎng)/進(jìn)網(wǎng)，儲(chǔ)存、交換等全光網(wǎng)未來通信 要達(dá)到目標(biāo)是全球多媒體網(wǎng)絡(luò)要達(dá)到目標(biāo)是全球多媒體網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì) 通信數(shù)字化通信數(shù)字化 業(yè)務(wù)綜合化業(yè)務(wù)綜合化 傳輸寬帶化傳輸寬帶化 結(jié)構(gòu)扁平化結(jié)構(gòu)扁平化 管理智能化管理智能化 服務(wù)個(gè)人化服務(wù)個(gè)人化 接入移動(dòng)化接入移動(dòng)化 信息安全化信息安全化標(biāo)準(zhǔn)化組織國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(The International Standards Organization, ISO)國(guó)際電信聯(lián)盟（The International Telecommunications Union-Telecom