現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展本課件旨在全面介紹現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展歷程、關(guān)鍵技術(shù)、應用場景以及未來趨勢。通過本課程的學習，您將對現(xiàn)代通信技術(shù)有一個系統(tǒng)而深入的了解，為未來的學習和工作打下堅實的基礎(chǔ)。課程介紹課程目標了解通信技術(shù)的發(fā)展歷程，掌握現(xiàn)代通信的關(guān)鍵技術(shù)，熟悉各種通信技術(shù)的應用場景，展望未來通信技術(shù)的發(fā)展趨勢。課程內(nèi)容通信技術(shù)簡史、移動通信的演進、光纖通信、衛(wèi)星通信、無線局域網(wǎng)、藍牙技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算與大數(shù)據(jù)、人工智能、網(wǎng)絡安全、軟件定義網(wǎng)絡、量子通信、未來通信技術(shù)展望。通信技術(shù)簡史1古代通信烽火狼煙、驛站、信鴿等，傳遞信息的方式非常原始，效率低下。2近代通信電報、電話的出現(xiàn)，極大地提高了通信效率，改變了人們的生活方式。3現(xiàn)代通信無線通信、光纖通信、衛(wèi)星通信等，實現(xiàn)了全球范圍內(nèi)的快速、高效通信。從烽火狼煙到電報電話烽火狼煙古代戰(zhàn)爭中傳遞軍情的重要手段，通過點燃烽火臺上的柴草，利用煙霧傳遞信息。簡單、直接，但傳遞的信息有限。驛站古代傳遞官方文件和信息的機構(gòu)，通過快馬傳遞信息。速度較快，但成本較高，且受地理環(huán)境限制。電報利用電信號傳遞信息的通信方式，通過電報機發(fā)送和接收電碼。傳遞速度快，但需要專業(yè)的電報員操作。無線電通信的崛起無線電的發(fā)現(xiàn)19世紀末，科學家發(fā)現(xiàn)了無線電波的存在，為無線電通信奠定了基礎(chǔ)。無線電通信的誕生馬可尼發(fā)明了無線電telegraph，實現(xiàn)了遠距離的無線通信。無線電的應用無線電通信迅速應用于軍事、航海、廣播等領(lǐng)域，極大地改變了人們的生活。信息論的誕生與發(fā)展1信息論的誕生香農(nóng)于1948年發(fā)表《通信的數(shù)學理論》，標志著信息論的誕生。信息論為通信技術(shù)的發(fā)展提供了理論基礎(chǔ)。2信息熵信息論中用于度量信息不確定性的概念，信息熵越大，信息的不確定性越高。3信道容量信道能夠可靠傳輸?shù)淖畲笮畔⑺俾?，是衡量信道傳輸能力的重要指標。?shù)字通信時代的到來模擬通信的局限易受噪聲干擾、保密性差、難以實現(xiàn)復雜功能。數(shù)字通信的優(yōu)勢抗干擾能力強、保密性好、易于實現(xiàn)復雜功能、易于集成。數(shù)字通信的應用計算機網(wǎng)絡、移動通信、衛(wèi)星通信等領(lǐng)域得到廣泛應用。移動通信的演進：1G到5G1G模擬移動通信12G數(shù)字移動通信23G高速數(shù)據(jù)傳輸34G移動互聯(lián)網(wǎng)時代45G萬物互聯(lián)51G：模擬移動通信1技術(shù)特點采用模擬調(diào)制技術(shù)，語音信號直接調(diào)制到無線信道上傳輸。2典型標準AMPS（美國）、TACS（歐洲）、NMT（北歐）3局限性容量小、易受干擾、保密性差2G：數(shù)字移動通信1技術(shù)特點采用數(shù)字調(diào)制技術(shù)，語音信號經(jīng)過數(shù)字化處理后傳輸。2典型標準GSM（全球移動通信系統(tǒng)）、CDMA（碼分多址）3優(yōu)勢容量大、抗干擾能力強、保密性好3G：高速數(shù)據(jù)傳輸4G：移動互聯(lián)網(wǎng)時代高速上網(wǎng)4G網(wǎng)絡提供更快的上網(wǎng)速度，用戶可以流暢地觀看視頻、玩游戲、瀏覽網(wǎng)頁。移動視頻4G網(wǎng)絡支持高清視頻的流暢播放，用戶可以隨時隨地觀看自己喜歡的視頻內(nèi)容。移動游戲4G網(wǎng)絡提供更低的網(wǎng)絡延遲，用戶可以暢玩各種在線游戲。5G：萬物互聯(lián)高速率5G網(wǎng)絡提供更高的傳輸速率，理論峰值速率可達10Gbps以上。低時延5G網(wǎng)絡具有更低的網(wǎng)絡延遲，可滿足自動駕駛、遠程醫(yī)療等對實時性要求高的應用場景。大連接5G網(wǎng)絡支持更多的設(shè)備連接，可實現(xiàn)萬物互聯(lián)。光纖通信的原理與優(yōu)勢1原理利用光在光纖中進行傳輸，通過光信號傳遞信息。2優(yōu)勢傳輸容量大、傳輸距離遠、抗干擾能力強、保密性好、成本低。光纖通信的關(guān)鍵技術(shù)光纖光纖是光纖通信的傳輸介質(zhì)，主要由纖芯和包層組成。光發(fā)射機將電信號轉(zhuǎn)換為光信號，常用的光發(fā)射機包括激光器和發(fā)光二極管。光接收機將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，常用的光接收機包括光電二極管和光電三極管。波分復用（WDM）原理將不同波長的光信號在同一根光纖中傳輸，從而提高光纖的傳輸容量。分類WDM可分為粗波分復用（CWDM）和密集波分復用（DWDM）。優(yōu)勢極大地提高了光纖的傳輸容量，降低了通信成本。光放大器1作用對光信號進行放大，以延長光纖通信的傳輸距離。2類型摻鉺光纖放大器（EDFA）、半導體光放大器（SOA）、拉曼放大器。3應用長途光纖通信系統(tǒng)、光纖接入網(wǎng)。相干光通信原理利用光的振幅、相位、頻率等信息進行調(diào)制和解調(diào)，提高光纖通信的傳輸性能。優(yōu)勢靈敏度高、抗干擾能力強、頻譜效率高。應用超長距離、超高速光纖通信系統(tǒng)。衛(wèi)星通信的組成與特點組成衛(wèi)星、地面站、通信鏈路。1特點覆蓋范圍廣、通信距離遠、靈活性強、成本高。2衛(wèi)星通信的類型1地球同步衛(wèi)星軌道高度約36000公里，覆蓋范圍廣，但傳輸時延大。2低軌道衛(wèi)星軌道高度較低，傳輸時延小，但覆蓋范圍小，需要多顆衛(wèi)星組網(wǎng)。地球同步衛(wèi)星1軌道高度約36000公里2覆蓋范圍覆蓋地球表面約三分之一的區(qū)域3應用電視廣播、通信、氣象觀測低軌道衛(wèi)星衛(wèi)星通信的應用電視廣播通過衛(wèi)星將電視節(jié)目傳輸?shù)饺蚋鞯亍Ｍㄐ艦槠h地區(qū)提供通信服務。導航為車輛、船舶、飛機等提供導航服務。無線局域網(wǎng)（WLAN）技術(shù)原理利用無線電波在一定范圍內(nèi)進行數(shù)據(jù)傳輸。特點靈活性高、易于部署、成本低。應用家庭、辦公室、學校、公共場所。Wi-Fi的發(fā)展歷程1IEEE802.111997年，IEEE發(fā)布了第一個WLAN標準，即IEEE802.11。2IEEE802.11b1999年，IEEE發(fā)布了IEEE802.11b標準，傳輸速率達到11Mbps。3IEEE802.11g2003年，IEEE發(fā)布了IEEE802.11g標準，傳輸速率達到54Mbps。IEEE802.11標準802.11a工作頻率：5GHz，最大速率：54Mbps802.11b工作頻率：2.4GHz，最大速率：11Mbps802.11g工作頻率：2.4GHz，最大速率：54Mbps無線Mesh網(wǎng)絡原理由多個無線節(jié)點組成，節(jié)點之間通過無線連接形成一個網(wǎng)絡。特點自組織、自愈合、覆蓋范圍廣、可靠性高。應用城市無線網(wǎng)絡、應急通信、物聯(lián)網(wǎng)。藍牙技術(shù)原理一種短距離無線通信技術(shù)，用于實現(xiàn)設(shè)備之間的無線連接。特點低功耗、低成本、易于使用。應用無線耳機、無線鼠標、智能家居。藍牙的演進藍牙1.01藍牙2.02藍牙3.03藍牙4.04藍牙5.05藍牙的應用場景1無線耳機實現(xiàn)無線音頻傳輸。2無線鼠標實現(xiàn)無線數(shù)據(jù)傳輸。3智能家居實現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）技術(shù)1概念將各種物理設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)設(shè)備之間的互聯(lián)互通。2特點智能化、自動化、互聯(lián)互通。3應用智能家居、智能交通、智能醫(yī)療。物聯(lián)網(wǎng)的概念與架構(gòu)感知層網(wǎng)絡層應用層傳感器技術(shù)溫度傳感器用于測量溫度。壓力傳感器用于測量壓力。濕度傳感器用于測量濕度。無線傳感網(wǎng)絡原理由大量微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳輸。特點低功耗、低成本、自組織、自愈合。應用環(huán)境監(jiān)測、智能農(nóng)業(yè)、智能醫(yī)療。數(shù)據(jù)傳輸與處理1數(shù)據(jù)采集通過傳感器采集各種數(shù)據(jù)。2數(shù)據(jù)傳輸通過無線通信技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心。3數(shù)據(jù)處理對數(shù)據(jù)進行清洗、分析、挖掘。云計算與大數(shù)據(jù)在通信中的應用云計算提供彈性計算、存儲、網(wǎng)絡資源，為通信應用提供強大的支撐。大數(shù)據(jù)對海量通信數(shù)據(jù)進行分析，挖掘有價值的信息，為決策提供支持。云計算的優(yōu)勢彈性擴展根據(jù)業(yè)務需求，靈活調(diào)整計算、存儲資源。降低成本無需購買、維護昂貴的硬件設(shè)備。高可靠性提供數(shù)據(jù)備份、容災等機制，保障業(yè)務的穩(wěn)定運行。大數(shù)據(jù)分析用戶行為分析了解用戶的偏好、習慣，為用戶提供個性化的服務。網(wǎng)絡流量分析了解網(wǎng)絡流量的分布、趨勢，優(yōu)化網(wǎng)絡資源分配。故障診斷快速定位網(wǎng)絡故障，提高網(wǎng)絡維護效率。人工智能在通信中的應用智能客服提供7x24小時在線服務。1智能網(wǎng)絡管理實現(xiàn)網(wǎng)絡的自動化管理。2智能資源分配優(yōu)化網(wǎng)絡資源分配，提高網(wǎng)絡利用率。3智能網(wǎng)絡管理1自動化實現(xiàn)網(wǎng)絡的自動化配置、監(jiān)控、維護。2智能化利用人工智能技術(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡的智能化管理。智能資源分配1動態(tài)分配根據(jù)業(yè)務需求，動態(tài)分配網(wǎng)絡資源。2優(yōu)化利用提高網(wǎng)絡資源的利用率。網(wǎng)絡安全網(wǎng)絡安全的重要性數(shù)據(jù)安全保護用戶的數(shù)據(jù)不被竊取、篡改、泄露。業(yè)務連續(xù)性保障業(yè)務的穩(wěn)定運行，避免因網(wǎng)絡攻擊導致業(yè)務中斷。聲譽維護企業(yè)的聲譽，避免因網(wǎng)絡安全事件導致聲譽受損。常見的網(wǎng)絡攻擊惡意軟件病毒、蠕蟲、木馬等，通過感染計算機系統(tǒng)，竊取數(shù)據(jù)、破壞系統(tǒng)。網(wǎng)絡釣魚通過偽造電子郵件、網(wǎng)站等，誘騙用戶提供敏感信息。DDoS攻擊通過大量請求擁塞服務器，導致服務器無法正常提供服務。防火墻技術(shù)1原理通過設(shè)置訪問控制規(guī)則，限制網(wǎng)絡流量的進出，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。2類型硬件防火墻、軟件防火墻。3作用保護內(nèi)部網(wǎng)絡的安全。入侵檢測系統(tǒng)原理通過監(jiān)控網(wǎng)絡流量，檢測是否存在惡意行為。類型基于簽名的入侵檢測系統(tǒng)、基于異常的入侵檢測系統(tǒng)。作用及時發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡攻擊，并采取相應的防御措施。虛擬專用網(wǎng)絡（VPN）原理通過加密技術(shù)，在公共網(wǎng)絡上建立一條安全的通道，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全傳輸。作用保護用戶的隱私，防止數(shù)據(jù)被竊取。軟件定義網(wǎng)絡（SDN）概念將網(wǎng)絡的控制平面與數(shù)據(jù)平面分離，實現(xiàn)網(wǎng)絡的集中控制和管理。優(yōu)勢靈活性高、可編程性強、易于管理。應用數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡、云計算網(wǎng)絡。SDN的概念與架構(gòu)控制平面負責網(wǎng)絡的控制和管理，包括路由、策略等。1數(shù)據(jù)平面負責數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，包括交換機、路由器等。2API提供northboundAPI和southboundAPI，實現(xiàn)控制平面和數(shù)據(jù)平面之間的交互。3SDN的優(yōu)勢1靈活性可以根據(jù)業(yè)務需求，靈活調(diào)整網(wǎng)絡配置。2可編程性可以通過編程方式控制網(wǎng)絡行為。3易于管理實現(xiàn)網(wǎng)絡的集中控制和管理，降低運維成本。網(wǎng)絡功能虛擬化（NFV）1概念將網(wǎng)絡功能（如防火墻、負載均衡等）虛擬化，運行在通用的硬件平臺上。2優(yōu)勢降低成本、提高靈活性、縮短業(yè)務上線時間。量子通信技術(shù)量子通信的原理量子糾纏兩個粒子之間存在一種特殊的關(guān)聯(lián)，無論距離多遠，一個粒子的狀態(tài)發(fā)生變化，另一個粒子也會立即發(fā)生變化。量子疊加一個量子系統(tǒng)可以同時處于多個狀態(tài)的疊加，直到被測量時才會確定為某個狀態(tài)。量子密鑰分發(fā)原理利用量子力學的原理，在通信雙方之間安全地分發(fā)密鑰，用于加密通信。優(yōu)勢安全性高，可以抵御任何竊聽攻擊。應用政府、金融、軍事等對安全性要求高的領(lǐng)域。未來通信技術(shù)展望16G更高的傳輸速率、更低的時延、更大的連接數(shù)。2太赫茲通信利用太赫茲波進行通信，傳輸速率可達Tbps級別。3可見光通信利用可見光進行通信，具有安全、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點。6G愿景更高的傳輸速率理論峰值速率可達1Tbps以上。更低的時延端到端時延小于1ms。更大的連接數(shù)每平方公里支持1000萬個設(shè)備連接。太赫茲通信原理利用太赫茲波進行通信，太赫茲波的頻率范圍為0.1THz~10THz。優(yōu)勢帶寬大、傳輸速率高。應用高速無線通信、雷達、成像?？?/p>