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一文梳理通信網(wǎng)絡(luò)底層知識


一、相關(guān)概念


無源器件:指工作時(shí)不需要外部能量源的器件,電容電阻等


有源器件:指工作時(shí)需要外部能量源的器件,該器件有個(gè)輸出,并且是輸入信號的一個(gè)函數(shù),LED、比較器等


高頻通信的好處:

1 無線通信中,為獲得較高輻射效率,天線尺寸必須與波長差不多,因此只有高頻(短波長)信號能滿足要求。

2 可把多個(gè)基帶信號搬移到不同的頻段的載波信號上,實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用,提高信道利用率。

3 頻率越高,衰落越大,因此對基站的發(fā)射機(jī)有更高要求,同時(shí)其頻段內(nèi)用戶數(shù)量少,抗干擾能力自然更好。


模擬通信系統(tǒng)兩種基本變換:

1 發(fā)送端消息轉(zhuǎn)換為電信號,接收端作逆變換

2 基帶信號變換為適合在信道中傳輸?shù)男盘?,即調(diào)制和解調(diào)


基帶信號:頻譜從零頻附近開始的原始信號,如語音信號頻譜300~3400Hz,圖像信號頻譜0~6MHz


帶通信號:基帶信號經(jīng)調(diào)制后都具有帶通特性,故稱帶通信號


帶寬與寬帶:

帶寬定義一:兩頻率間的差值,即某個(gè)特定頻率成分占據(jù)的頻率范圍。

帶寬定義二:單位時(shí)間內(nèi),通信網(wǎng)絡(luò)中某一點(diǎn)到另一點(diǎn)所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。數(shù)字通信(二進(jìn)制)帶寬的計(jì)算公式是 時(shí)鐘頻率*總線位數(shù)/8


比特率和波特率:

波特率:每秒傳輸碼元個(gè)數(shù)(批注:每個(gè)碼元可以取2、4、8...個(gè)可能值)


比特率:每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù).單位bps


兩者關(guān)系: (比特率)S = (波特率)B Log2 N (碼元可能值的個(gè)數(shù))


討論帶寬時(shí),一般采用波特率,討論線路實(shí)際傳輸數(shù)據(jù)的能力時(shí),一般采用比特率.


寬帶是相對窄帶而言的,一般帶寬較大,能滿足一般需求的通信網(wǎng)絡(luò)稱為寬帶.


PCM:pulse code modulation,脈沖編碼調(diào)制。對音頻、圖像、視頻信號的離散化、數(shù)字化的一種編碼方式,由取樣、量化和編碼三個(gè)基本環(huán)節(jié)構(gòu)成


并行通信和串行通信:從原理上講,并行通信擁有更多數(shù)據(jù)線,理應(yīng)擁有更高的信息傳輸能力。但現(xiàn)實(shí)并非如此,因?yàn)椴⑿袀鬏數(shù)那疤崾歉髀沸盘柾粫r(shí)序傳播且同一時(shí)序接收,時(shí)鐘頻率過高時(shí)各路信號難以合拍,布線稍有差異就會引起錯誤。另外,并行線路占用了更多空間,消耗更多成本。因此近幾年串行通信技術(shù)回歸主流,典型代表無疑就是USB


同步通信和異步通信:同步通信要求發(fā)收雙方具有同頻的時(shí)鐘信號,只要傳送報(bào)文前添加同步字符即可;異步通信無需同步時(shí)鐘,兩字符間的時(shí)間間隔是不固定的,所以比較自由,但要求接收方時(shí)刻做好接收準(zhǔn)備,異步通信的優(yōu)點(diǎn)正在于此,缺點(diǎn)是每個(gè)字符幀都包含起始位和停止位,有效信息位占比降低。


信道中的干擾分為有源干擾和無源干擾:有源干擾即來自外界的因素產(chǎn)生的干擾,一般指噪聲;無源干擾即與外界因素?zé)o關(guān)的干擾,即信道本身傳輸特性不良。


無線通信中,根據(jù)通信距離、頻率和位置的不同,電磁波分為地波、天波和視線傳播三種:

地波:頻率較低,2MHz以下,沿地球表面?zhèn)鞑?,有一定繞射能力,傳播范圍數(shù)百千米到數(shù)千千米

天波:(2~30MHz)依賴電離層(距離地面60~400千米)反射傳播,通過這種方式覆蓋到地面上可能不是連續(xù)區(qū)域。經(jīng)多次反射后傳播距離可達(dá)10000千米以上。

視線:30MHz以上,即像光波那樣沿直線傳播,為了擴(kuò)大傳輸距離,最簡單的辦法就是提升天線高度,有公式天線高度h=pow(d,2)/50,d為傳輸距離,由于視距傳輸距離有限通??梢圆捎脽o線電中繼的方法,即多次轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。理論上有一個(gè)較好的方法全球覆蓋,即用三個(gè)相對靜止衛(wèi)星做中繼站,這樣增加了一次轉(zhuǎn)發(fā)可達(dá)距離,但是提升了對發(fā)射功率的要求,也增加了傳輸延時(shí),另外發(fā)射衛(wèi)星也是個(gè)巨大的工程。今年來一個(gè)類似的想法是平流層(17~22km)通信,即把基站用沖氮飛艇懸在半空,這樣只要250個(gè)飛艇就能覆蓋全球90以上人口和地區(qū),性價(jià)比極高。


有線信道主要分為明線(裸線,傳輸損耗低,但易受環(huán)境影響),雙絞線(對稱電纜)和同軸電纜。


信道特性的描述可以用幅頻特性或者相頻特性,無失真的傳輸要求幅頻特性曲線是一條直線,即振幅與頻率無關(guān),相頻曲線為一條過原點(diǎn)的直線,即傳輸時(shí)延與頻率無關(guān)。幅頻特性不理想則稱有頻率失真、相位特性不理想則稱為有相位失真,兩種失真都是線性的,故可以通過線性補(bǔ)償解決。


熱噪聲,一種自然噪聲,導(dǎo)線、電阻、半導(dǎo)體內(nèi)部電子熱運(yùn)動產(chǎn)生的噪聲,不可避免,也稱白噪聲,由于其噪聲是自由電子運(yùn)動產(chǎn)生,具有正態(tài)分布特性,故又稱高斯白噪聲。


vsb殘留便帶調(diào)制是介于dsb雙邊帶調(diào)制和ssb單邊帶調(diào)制之間的一種調(diào)制方式,它既克服了dsb信號占用頻帶寬的缺點(diǎn),又解決了ssb信號實(shí)現(xiàn)中的困難。


DSB一般用于點(diǎn)對點(diǎn)通信,其他應(yīng)用較少。


SSB一般用于頻分多路復(fù)用系統(tǒng),帶寬利用和功率利用都較好。


VSB抗噪聲性能與頻帶利用率與SSB相當(dāng),一般用于電視廣播系統(tǒng)。


AM是最簡單的調(diào)制方式,但抗干擾能力差,功率利用率低,一般用于中短波調(diào)幅廣播。


FM抗干擾能力強(qiáng),在長距離高質(zhì)量通信中常用,如衛(wèi)星通信、調(diào)頻廣播電臺等。


數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制基本原理相同,但數(shù)字信號具有取值離散的特點(diǎn),一般有兩種數(shù)字調(diào)制技術(shù)方法,一是用模擬調(diào)制的方法調(diào)制數(shù)字信號,將數(shù)字信號視為待調(diào)制信號的一個(gè)特例;而是使用鍵控法(2ASK,2FSK,2PSK)。


模擬信號的數(shù)字化:抽樣、量化、編碼。其中量化分為均勻量化和非均勻量化,對小信號而言,信噪比較小,均勻量化并不科學(xué),例如話音信號,因此有了A律和u律等非均勻量化法。我國采用的是A律13折線。美國日本使用的是u律。


以A律13折線為例簡要介紹編碼方法,13折線法8位,c1位表示正負(fù),c2~c4位表示8個(gè)非均勻劃分的段落,c5~c8表示16個(gè)均勻量化的電平。


按照加性干擾引起的錯嗎分布規(guī)律不同,信道分為三類:隨機(jī)信道、突發(fā)信道、混合信道

隨機(jī)信道:錯碼隨機(jī)出現(xiàn),相互統(tǒng)計(jì)獨(dú)立

突發(fā)信道:錯碼集中出現(xiàn),在一些短暫的時(shí)間片上集中,之后又存在較長的無錯碼段

混合信道:上面二者共存的信道


四種主要差錯控制技術(shù):

1 檢錯重發(fā):在發(fā)送時(shí)附加監(jiān)督碼元,接收端利用這些碼元檢測到有錯時(shí),通知發(fā)送端重發(fā),它的局限是不能判斷錯碼位置以及如何糾正,如奇偶校驗(yàn)。

2 前向糾錯(FEC:forward error correction):能糾正錯碼,優(yōu)點(diǎn)是不需重發(fā),沒有因反復(fù)重發(fā)引發(fā)的時(shí)延。

3 檢錯刪除:即以碼元為單位,發(fā)現(xiàn)錯誤碼元即刪除,這種方式使用于少數(shù)特定系統(tǒng),那些即使刪除部分碼元不影響接受的系統(tǒng)。

4 反饋校驗(yàn):無需差錯碼元或監(jiān)督碼元,接收端接到碼元后回發(fā)給發(fā)送端,在發(fā)送端進(jìn)行比較,如一致則認(rèn)為無錯,否則重發(fā)。這種技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是簡單易理解,缺點(diǎn)是需要雙向信道且傳輸時(shí)間翻倍,且有可能發(fā)送過來時(shí)無錯回發(fā)時(shí)出錯也被判錯,降低了傳輸效率。


在評價(jià)信道的檢錯能力時(shí)有一個(gè)矛盾點(diǎn),即檢錯能力與冗余度(監(jiān)督碼元數(shù)目與總碼元數(shù)目之比)的矛盾,一般來講,檢錯能力越強(qiáng),需要越多的監(jiān)督碼元,冗余度也越高,作選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)具體情況取舍。


四個(gè)同步:

1 載波同步:即在接收端產(chǎn)生一個(gè)和接收信號的載波同頻同相的本地震蕩,供解調(diào)器使用。

2 碼元同步:即在接收端產(chǎn)生一個(gè)與接收碼元嚴(yán)格同步的時(shí)鐘脈沖序列,確定接收碼元的起止時(shí)刻,以便判決。

3 群同步:即幀同步,即在發(fā)送端插入輔助同步信息,確定幀接收的起止時(shí)刻。

4 網(wǎng)同步:在多個(gè)通信對象組成的數(shù)字通信網(wǎng)中,為了使各站點(diǎn)保持同步,還需解決網(wǎng)同步的問題。例如時(shí)分復(fù)用通信網(wǎng)中,為了正確地將來自不同地點(diǎn)的兩路時(shí)分多路信號復(fù)接時(shí),就需使各路信號同步后開始合并。


有線通信和無線通信:

1 理論上講,無線通信速率要優(yōu)于有線通信,無線通信介質(zhì)是空氣或真空,傳輸速率接近光速,有線通信是不可能達(dá)到的,一來介質(zhì)的限定,而來不可能實(shí)現(xiàn)直線傳播。假若實(shí)現(xiàn)月亮和地球的點(diǎn)對點(diǎn)通信,無線通信必須建立中繼站,否則月球背對我們的時(shí)候是無法通信的


2 有線通信開通必須架設(shè)電纜,面臨挖溝和架線的問題,時(shí)間成本和材料、人力成本較高,另外,除電信部門外,其他部門沒有在城區(qū)內(nèi)挖溝鋪設(shè)電纜的權(quán)力,相比之下,搭建無線通信系統(tǒng)成本更低


另外時(shí)間成本優(yōu)勢在應(yīng)急、抗災(zāi)時(shí)的無可替代性將被凸顯


3 有線通信系統(tǒng)的通信質(zhì)量會隨著線路擴(kuò)展急劇下滑,超過5公里后誤碼率提升,傳輸速率下降,而對于無線擴(kuò)頻通信(擴(kuò)展帶寬)方式,50公里內(nèi)幾乎沒有影響


4 有線通信鋪線受地理限制,不能任意鋪設(shè),無線通信覆蓋范圍廣,幾乎不受地理?xiàng)l件限制


5 在后續(xù)改善通信方面,無線通信僅需架設(shè)擴(kuò)頻設(shè)備,而有線通信光纜深埋地底下,靈活性極低


6 當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí),有線網(wǎng)絡(luò)需沿線檢查,難以及時(shí)找出故障點(diǎn),而無線擴(kuò)頻通信很容易試出故障點(diǎn),維護(hù)擴(kuò)頻電臺即可,可快速恢復(fù)通信。


7 安全方面,無線電路可能被搭線監(jiān)聽,而無線擴(kuò)頻通信本身就起源于軍事上的防監(jiān)聽,廣袤的頻帶大大提升了監(jiān)聽的難度。


綜上,無線通信在時(shí)間、財(cái)力、人力上的低成本,安全性、靈活性、可維護(hù)性等方面具有很大優(yōu)勢。有線通信目前的優(yōu)勢在于媒介的限定提升了穩(wěn)定性、減少了對人體輻射。無線通信信號較差原因在于母機(jī)與子機(jī)之間可能存在障礙物,而高頻無線信號的衍射能力是比較弱的;此外也有可能是(來自家電)同頻段信號的干擾


IPV4:32位,約40億個(gè)地址,這個(gè)分配是非常不均的,北美獨(dú)占30億個(gè),中國才3千萬,僅相當(dāng)于一個(gè)麻省理工學(xué)院,擦


IPV6:128位,多的不好形容了,一般用8*4個(gè)十六進(jìn)制數(shù)表示


0000:3333:6666:9999:CCCC:FFFF:0000:0000


通信網(wǎng):指多點(diǎn)之間傳遞信息的通信系統(tǒng)。(批注:僅兩點(diǎn)間傳遞信息的通信系統(tǒng)稱為專線)

通信網(wǎng)的基本組成:終端設(shè)備、通信鏈路、交換設(shè)備,有些還有轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。


通信鏈路:占用給定空域和頻域的通信渠道。其占用的空域可以是大氣層、水下或者人造電磁傳到煤質(zhì),前者為無線通信,后者為有線通信。


時(shí)分復(fù)用:TDM time-division multiplexing 一條鏈路在不同時(shí)間段內(nèi)可以被不同用戶使用


頻分復(fù)用:FDM frequency-division multiplexing 給定頻帶劃分給不同用戶使用,要求總頻帶大于各個(gè)子頻帶之和,同時(shí)為保證安全性,各個(gè)子頻帶之間會有一段隔離帶


信令:網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男盘栆话惆▋刹糠?,一是使用信?語音、數(shù)據(jù)包等),二是控制信息(還有計(jì)費(fèi)、監(jiān)控信息等),即信令。


終端設(shè)備:發(fā)送和接收信號的設(shè)備。包括電話機(jī)、傳真機(jī)、電臺、計(jì)算機(jī)


交換設(shè)備:依照信令將通信鏈路傳來的信號轉(zhuǎn)接到另一條鏈路


路由器:網(wǎng)絡(luò)通信的交通警察,負(fù)責(zé)信息的分流,與交換機(jī)的區(qū)別在于,交換機(jī)處于osi模型的第二層數(shù)據(jù)鏈路層,而路由器處于第三層網(wǎng)絡(luò)層。兩者工作時(shí)使用不同的控制信息。


綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng):Integrated Services Digital Network , ISDN


20世紀(jì)80年代誕生,主要是將電話、電報(bào)等低速率業(yè)務(wù),綜合在一個(gè)通信網(wǎng)中傳輸。


隨著視頻、多媒體信號傳輸需求的逼近,傳統(tǒng)的低速率(2Mb/s以下)傳輸已經(jīng)不能符合需求了,隨之誕生了寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) Broadband ISDN ,故將前者又稱為窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng) Narrowband ISDN


隨后,隨著通信技術(shù)向個(gè)人通信方向發(fā)展,蜂窩網(wǎng)應(yīng)運(yùn)而生


通信網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu):


1 網(wǎng)形:要求任意兩節(jié)點(diǎn)間都有一條鏈路直接相連,故假設(shè)N個(gè)節(jié)點(diǎn)的話,會有N(N-1)/2條鏈路,當(dāng)節(jié)點(diǎn)增加時(shí),鏈路條數(shù)急劇上漲,且鏈路利用率低,經(jīng)濟(jì)性差,它可以不需要轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備,但是若各節(jié)點(diǎn)有轉(zhuǎn)發(fā)功能,則系統(tǒng)可靠性極高

2 星形:除中心節(jié)點(diǎn)外,其他節(jié)點(diǎn)間的通信都需要中心節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接。從可靠性上考慮,極度依賴中心節(jié)點(diǎn),中心癱瘓,全局皆崩

3 環(huán)形:每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有轉(zhuǎn)發(fā)功能,任意兩點(diǎn)間有兩條可達(dá)路線,這一點(diǎn)好于于星形,但多次轉(zhuǎn)發(fā)可能帶來較長延時(shí),可靠性也可能降低

4 總線形:利用一條總線連接所有節(jié)點(diǎn),總線一個(gè)時(shí)間段只為兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通信服務(wù),節(jié)點(diǎn)數(shù)目較多時(shí)會有較大延時(shí),故它跟環(huán)形一樣不適合節(jié)點(diǎn)過多的網(wǎng)絡(luò)


幾項(xiàng)典型的通信網(wǎng):


1 電話網(wǎng):以公共交換電話網(wǎng)(PSTN Public Switch Telephone Network)為例

本地網(wǎng):一般各電話機(jī)通過用戶線接到端局,一個(gè)端局內(nèi)部一般是星形網(wǎng),端局與匯接局通過(中繼線)大容量電纜連接


國內(nèi)長途網(wǎng):分為四級樹狀結(jié)構(gòu)


國際長途網(wǎng):每個(gè)國家至少設(shè)定一個(gè),連入國際網(wǎng)


我國目前的公用電話網(wǎng)中電話機(jī)到端局的用戶線是模擬線路,端局中繼線是數(shù)字線路


電話機(jī)信令分為兩類:撥號脈沖和雙音多頻


撥號脈沖:每個(gè)脈沖占100ms,脈沖個(gè)數(shù)表示數(shù)字(0用十個(gè)脈沖表示),平均撥號時(shí)長是0.55秒


雙音多頻:16組頻率組合使用,兩位表示一個(gè)數(shù)字,共可表示16種,已經(jīng)投入使用12種,除十個(gè)數(shù)字外還有*和#


電話網(wǎng)性能指標(biāo)有兩個(gè):話務(wù)量和呼損率


話務(wù)量:單位時(shí)間內(nèi) 每次平均呼叫時(shí)間*呼叫次數(shù)


成功話務(wù)量:單位時(shí)間內(nèi) 每次平均呼叫時(shí)間*呼叫成功的次數(shù)


呼損率:

1 - 成功話務(wù)量/話務(wù)量


2 數(shù)據(jù)通信網(wǎng):傳輸內(nèi)容包括信件、語音、圖片、視頻、計(jì)算機(jī)軟件、數(shù)據(jù)、控制指令等,事實(shí)上當(dāng)前數(shù)據(jù)通信網(wǎng)已經(jīng)部分取代電話網(wǎng),但尚未完全取代


依據(jù)覆蓋范圍,可劃分為局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)


通信協(xié)議:即數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中的信令


信網(wǎng)中交換方式分為兩大類:電路交換和信息交換


電路交換要求通話時(shí)間內(nèi)有一條通信電路始終處于連接狀態(tài),這會造成時(shí)間上的浪費(fèi),信息交換是按照存儲-轉(zhuǎn)發(fā)方式工作的,即發(fā)送端發(fā)來的信息先保存起來再按信令轉(zhuǎn)發(fā),直到達(dá)到目的地,這節(jié)省了時(shí)間片,但也隨之帶來了延時(shí)的問題,一個(gè)緩沖延時(shí)問題的方法是分組交換,即將整個(gè)報(bào)文分成若干組,分別編號傳輸,這樣多路并行雖不能保證每組信息都準(zhǔn)時(shí)到達(dá),卻能保證一定的實(shí)時(shí)性,另外,若分組數(shù)據(jù)都經(jīng)過同一路由并用同一方式處理,可以認(rèn)為這是一條虛擬信道。


通信協(xié)議:撥號脈沖長度、雙音多頻的頻率、撥號音和忙音等的頻率和持續(xù)、間隔時(shí)間等一系列終端和交換設(shè)備必須遵守的規(guī)定。


OSI七層:物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層


TCP/IP四層:網(wǎng)絡(luò)接口層(HDLC)、網(wǎng)絡(luò)層(選擇適當(dāng)路由和交換節(jié)點(diǎn),使數(shù)據(jù)透明地傳輸?shù)侥康牡豂P,IPX)、傳輸層(TCP/UDP)、應(yīng)用層(HTTP、SMTP、FTP)


以太網(wǎng):局域網(wǎng)的典型代表。星形結(jié)構(gòu),中心是集線器


集線器分兩大類:轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)集線器(將某一臺設(shè)備上發(fā)送的信號轉(zhuǎn)發(fā)給所有其他連接的設(shè)備,目標(biāo)設(shè)備選擇接收,非目標(biāo)設(shè)備選擇放棄)和開關(guān)網(wǎng)絡(luò)集線器(只向目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)集線器發(fā)送信號)


光纖電纜分兩種:單模光纜(直徑短,帶寬高,但連接困難,一般用于遠(yuǎn)距離傳輸)和多模光纜(一般用于局域網(wǎng))


以太網(wǎng)中,數(shù)據(jù)是以幀為單位進(jìn)行交換的,這里必須提到的一個(gè)技術(shù)是CSMA/CD帶碰撞檢測的載波偵聽多址訪問,即任何設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)前先確認(rèn)網(wǎng)絡(luò)是否忙碌,只有空閑狀態(tài)下才發(fā)送信息,但是這里有個(gè)問題,如果兩臺機(jī)器同時(shí)判定空閑,同時(shí)發(fā)送信息就會引發(fā)沖突從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)包毀壞,解決辦法是確認(rèn)空閑后等待一個(gè)隨機(jī)決定的時(shí)間重新發(fā)送,這樣隨機(jī)數(shù)小的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備先發(fā)送,這個(gè)隨機(jī)決定的時(shí)間叫做補(bǔ)償時(shí)間。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的擁擠程度,可以調(diào)整最大補(bǔ)償時(shí)間值,當(dāng)較為擁擠時(shí)擴(kuò)大它的值,相反則可以減小之。


以太網(wǎng)中的幀,即數(shù)據(jù)包包含兩部分,報(bào)頭和報(bào)文,類似于信封和信件內(nèi)容,信封理所當(dāng)然包含接收端和發(fā)送端的地址,以及監(jiān)督碼,報(bào)文則是有效信息內(nèi)容。最開始是64位的前同步碼(56位1010101010.。。)和幀首界定符(8位10101011),隨后接收端mac址(48位,全部為1時(shí)表示廣播址,即對所有相連設(shè)備發(fā)送)和發(fā)送端mac址(48位),類型字段(16位,上層協(xié)議),數(shù)據(jù)(最大12000位)和錯誤檢驗(yàn)校正碼(32位)。


蜂窩網(wǎng):移動通信網(wǎng)典型代表,1981年瑞典愛立信在北歐建立第一個(gè)蜂窩網(wǎng)。蜂窩網(wǎng)中每個(gè)小區(qū)域用一個(gè)六邊形包含,這樣的優(yōu)點(diǎn)是可以無縫覆蓋整個(gè)區(qū)域同時(shí)單位區(qū)域也接近圓形,在微波頻段附近,電磁波僅在視距范圍內(nèi)傳播,距離較遠(yuǎn)時(shí)使用同一頻段相互之間沒有影響,為保證安全性,相鄰兩個(gè)單元不使用同一頻段,即便這樣,也可以極大的復(fù)用頻段,當(dāng)用戶激增時(shí),可以減小服務(wù)半徑(降低基站天線高度和發(fā)射功率)進(jìn)一步復(fù)用頻段。


蜂窩網(wǎng)的缺陷是要求每個(gè)單元的中心建一個(gè)電臺,即基站,理論上講可以無縫的覆蓋全球,但沙漠、海洋、山區(qū)是不大可能建立蜂窩網(wǎng)的,因此未來的希望可能是衛(wèi)星移動通信網(wǎng),典型代表是“銥”系統(tǒng),它實(shí)現(xiàn)了全球覆蓋,但如要提升性能則需要更高的技術(shù),添加衛(wèi)星、降低高度、提升速率等。



二、通信發(fā)展史(三代)及其主要特征


第一代:模擬通信,主要特征為頻分多址技術(shù)


英文名稱:frequency-division multiple access;


FDMA 定義:利用不同的頻率分割成不同信道的多址技術(shù)


這種通信系統(tǒng)的基站必須同時(shí)發(fā)射和接收多個(gè)不同頻率的信號;任意兩個(gè)移動用戶之間進(jìn)行通信都必須經(jīng)過基站的中轉(zhuǎn),因而必須同時(shí)占用4個(gè)頻道才能實(shí)現(xiàn)雙工通信。不過,移動臺在通信時(shí)所占用的頻道并不是固定指配的,它通常是在通信建立階段由系統(tǒng)控制中心臨時(shí)分配的,通信結(jié)束后,移動臺將退出它占用的頻道,這些頻道又可以重新給別的用戶使用。


第二代:數(shù)字通信,主要特征為時(shí)分多址技術(shù)和碼分多址技術(shù)


time division multiple access 簡稱tdma


原理就是時(shí)分復(fù)用,把信息按幀傳輸,每一幀分多個(gè)時(shí)隙(比如32個(gè)),每個(gè)時(shí)隙為一個(gè)特定用戶傳輸信號。


隨著通信網(wǎng)發(fā)展,時(shí)分復(fù)用設(shè)備的各路輸入信號不再是單路模擬信號,在通信網(wǎng)中又多次多重復(fù)用,低層次復(fù)用信號經(jīng)過整合再次復(fù)用構(gòu)成高層復(fù)用信號,這個(gè)過程稱為復(fù)接。


code division multiple access 即cdma


它不同于時(shí)分復(fù)用技術(shù)和頻分復(fù)用技術(shù),而是利用不同的如波形類特征來區(qū)分子信道,引用以前看到的網(wǎng)友的一個(gè)比方,一群人在一個(gè)大房子里,如果他們用一樣的語言(波形)一起說話,我們就很難區(qū)分哪些信息是要接受的,但是如果他們使用不同的語言說話,我們就能夠過濾掉那些不感興趣的信息,這便是cdma的基礎(chǔ),因此不需要分頻段或是時(shí)隙就可以同時(shí)傳輸多路信號,提升了信道利用率,進(jìn)一步提升了傳輸速率。


數(shù)字通信相對于模擬通信有很多好處,主要是抗干擾能力強(qiáng)、傳輸差錯可控、安全性高等,但數(shù)字通信有一個(gè)缺點(diǎn)就是一般需要較大的傳輸帶寬,以電話為例,一路模擬通話只占用4kHz帶寬,但一路接近同樣話音質(zhì)量的數(shù)字電話要占據(jù)20~60kHz帶寬。


第三代:多媒體通信,相較于第二代主要是帶寬的改進(jìn)使得其具備傳輸圖像、多媒體等數(shù)據(jù)的能力。


同樣使用了tdma和cdma技術(shù),通信能力進(jìn)一步提升。


現(xiàn)在我們正在歷經(jīng)第四代通信技術(shù)的改革,其實(shí)縱觀通信發(fā)展史,都是不斷提升的用戶需求拉動的變革,那話怎么說來著,沒什么是革命性的,全是進(jìn)化。通信、計(jì)算機(jī)或者說整個(gè)IT行,就是這樣。我們網(wǎng)頁開的慢啊,網(wǎng)銀安全問題啊,游戲延時(shí)啊等等都是拉動技術(shù)變革的動力。


三、通信業(yè)劃時(shí)代事件


1 莫爾斯電報(bào):1844年5月24日,莫爾斯向巴爾的摩發(fā)出了人類歷史上的第一份電報(bào):“上帝創(chuàng)造了何等奇跡!”,此舉開創(chuàng)了人類用電信號傳輸信息的歷史。(說到這里,還有一個(gè)故事必須提到,1912年“泰坦尼克”號撞到冰山后,發(fā)出電報(bào)“SOS,速來,我們撞上了冰山?!睅子⒗镏獾摹凹永D醽啞碧柨洼啽緫?yīng)能夠救起數(shù)百條生命,但是這條船上的報(bào)務(wù)員不值班,因此沒有收到這條信息。從此以后,所有的輪船都開始了全天候的無線電信號監(jiān)聽。)


2 電話:1892年紐約芝加哥的電話線路開通。電話發(fā)明人貝爾第一個(gè)試音:“喂,芝加哥”,這一歷史性聲音被記錄下來。


 

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