精品光纤通信移动通信微波通信卫星通信.docx
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精品光纤通信移动通信微波通信卫星通信
【精品】光纤通信、移动通信、微波通信、卫星通信
现代通信技术摘要现代通信中光纤已经取代了电缆，成为长距离、大容量传输的主要手段。
微波在灵活性、抗灾性和移动性方面的优势是光纤传输不可缺少的补充和保护手段，移动通信是当今最热门的领域之一，具有大覆盖范围的卫星通信与之结合使得信息能够传到地球的每个角落。
本文重点介绍光纤通信、数字微波中继通信、卫星通信和移动通信的特点、异同及发展趋势。
关键字光纤通信移动通信微波通信卫星通信第一章光纤通信技术光纤通信的发展依赖于光纤通信技术的进步。
目前光纤通信技术已有了长足的发展新技术也不断涌现进而大幅度提高了通信能力并不断扩大了光纤通信的应用范围。
1.1光纤通信技术发展现状1.1.1波分复用技术波分复用WDMWavelengthDivisionMultiplexing技术可以充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源。
根据每一信道光波的频率或波长不同将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道把光波作为信号的载波在发送端采用波分复用器合波器将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。
在接收端再由一波分复用器分波器将这些不同波长承载不同信号的光载波分开。
由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立不考虑光纤非线性时从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。
自从上个世纪末波分复用技术出现以来由于它能极大地提高光纤传输系统的传输容量迅速得到了广泛的应用。
1995年以来为了解决超大容量、超高速率和超长中继距离传输问题密集波分复用DWDMDensWavelengthDivision
Multi-plexing技术成为国际上的主要研究对象。
DWDM光纤通信系统极大地增加了每对光纤的传输容量经济有效地解决了通信网的瓶颈问题。
据统计截止到2002年商用的DWDM系统传输容量以DWDM已达400Gbit/s。
10Gbit/s为基础的DWDM系统已逐渐成为核心网的主流。
系统除了波长数和传输容量不断增加外光传输距离也从600km左右大幅度扩展到2000km以上。
与此同时随着波分复用技术从长途网向城域网扩展粗波分复用CWDMCoarseWavelengthDivision
Multiplexing技术应运而生。
CWDM的信道间隔一般为20nm通过降低对波长的窗口要求而实现全波长范围内1260nm,1620nm的波分复用并大大降低光器件的成本可实现在0km,80km内较高的性能价格比因而受到运营商的欢迎。
1.1.2光纤接入技术光纤接入网是信息高速公路的“最后一公里”。
实现信息传输的高速化满足大众的需求不仅要有宽带的主干传输网络用户接入部分更是关键光纤接入网是高速信息流进千家万户的关键技术。
在光纤宽带接入中由于光纤到达位置的不同有FTTB、FTTC、FTTCab和FTTH等不同的应用统称FTTx。
FTTH光纤到户是光纤宽带接入的最终方式它提供全光的接入因此可以充分利用光纤的宽带特性为用户提供所需要的不受限制的带宽充分满足宽带接入的需求。
我国从2003年起在“863”项目的推动下开始了FTTH的应用和推广工作。
迄今已经在30多个城市建立了试验网和试商用网包括居民用户、企业用户、网吧等多种应用类型也包括运营商主导、驻地网运营商主导、企业主导、房地产开发商主导和政府主导等多种模式发展势头良好。
不少城市制订了FTTH的技术标准和建设标准有的城市还制订了相应的优惠政策这些都为FTTH在我国的发展创造了良好的条件。
在FTTH应用中主要采用两种技术即点到点的P2P技术和点到多点的xPON技术亦可称为光纤有源接入技术和光纤无源接入技术。
P2P技术主要采用通常所说的MC媒介转换器实现用户和局端的直接连接它可以为用户提供高带宽的接入。
目前国内的技术可以为用户提供FE或GE的带宽对大中型企业用户来1说是比较理想的接入方式。
1.2光纤通信技术的
发展趋势近几年来随着技术的进步电信管理体制的改革以及电信市场的逐步全面开放光纤通信的发展又一次呈现了蓬勃发展的新局面以下在对光纤通信领域的主要发展热点作一简述与展望。
1.2.1向超高速系统的发展从过去20多年的电信发展史看网络容量的需求和传输速率的提高一直是一对主要矛盾。
传统光纤通信的发展始终按照电的时分复用TDM方式进行每当传输速率提高4倍传输每比特的成本大约下降30,40因而高比特率系统的经济效益大致按指数规律增长这就是为什么光纤通信系统的传输速率在过去目前商用系统已从45Mbps增加到10Gbps20多年来一直在持续增加的根本原因。
其速率在20年时间里增加了20O0倍比同期微电子技术的集成度增加速度还快得多。
高速系统的出现不仅增加了业务传输容量而且也为各种各样的新业务特别是宽带业务和多媒体提供了实现的可能。
目前10Gbps系统已开始大批量装备网络全世界安装的终端和中继器已超过5000个主要在北美在欧洲、日本和澳大利亚也已开始大量应用。
1.2.2向超大容量WDM系统的演进采用电的时分复用系统的扩容潜力已尽然而光纤的200nm可用带宽资源仅仅利用
的资源尚待发掘。
如果将多个发送波长适当错开的光源信号同时在一极了不到199
光纤上传送则可大大增加光纤的信息传输容量这就是波分复用WDM的基本思路。
采用波分复用系统的主要好处是:
1可以充分利用光纤的巨大带宽资源使容量可以迅速扩大几倍至上百倍2在大容量长途传输时可以节约大量光纤和再生器从而大大降低了传输成本3与信号速率及电调制方式无关是引入宽带新业务的方便手段4利用WDM网络实现网络交换和恢复可望实现未来透明的、具有高度生存性的光联网。
鉴于上述应用的巨大好处及近几年来技术上的重大突破和市场的驱动波分复用系统发展十分迅速。
预计不久实用化系统的容量即可达到1Tbps的水平。
1.2.3实现光联网上述实用化的波分复用系统技术尽管具有巨大的传输容量但基本上是以点到点通信为基础的系统其灵活性和可靠性还不够理想。
如果在光路上也能实现类似SDH在电路上的分插功能和交叉连接功能的话无疑将增加新一层的威力。
根据这一基本思路光的分插复用器OADM和光的交叉连接设备OXC均已在实验室研制成功前者已投入商用。
实现光联网的基本目的是:
1实现超大容量光网络2实现网络扩展性允许网络的节点数和业务量的不断增长3实现网络可重构性达到灵活重组网络的目的4实现网络的透明性允许互连任何系统和不同制式的信号5实现快速网络恢复恢复时间可达100ms。
鉴于光联网具有上述潜在的巨大优势发达国家投入了大量的人力、物力和财力进行预研。
光联网已经成为继SDH电联网以后的又2一新的光通信发展高潮。
1.2.4新一代的光纤近几年来随着IP业务量的爆炸式增长电信网正开始向下一代可持续发展的方向发展而构筑具有巨大传输容量的光纤基础设施是下一代网络的物理基础。
传统的G.652单模光纤在适应上述超高速长距离传送网络的发展需要方面已暴露出力不从心的态势开发新型光纤已成为开发下一代网络基础设施的重要组成部分。
目前为了适应干线网和城域网的不同发展需要已出现了两种不同的新型光纤即非零色散光纤G.655光纤和无水吸收峰光纤全波光纤。
1.2.5光接入网过去几年间网络的核心部分发生了翻天覆地的变化无论是交换还是传输都已更新了好几代。
不久网络的这一部分将成为全数字化的、软件主宰和控制的、高度集成和智能化的网络。
而另一方面现存的接入网仍然是被双绞线铜线主宰的90以上、原始落后的模拟系统。
两者在技术上的巨大反差说明接入网已确实成为制约全网进一步发展的瓶颈。
唯一能够根本上彻底解决这一瓶颈问题的长远技术手段是光接入
网。
接入网中采用光接入网的主要目的是:
减少维护管理费用和故障率开发新设备增加新收入配合本地网络结构的调整减少节点扩大覆盖充分利用光纤化所带来的一系列好处建设透明光网络迎接多媒体时代。
第二章移动通信2.1GSM向第三代移动通信的演进2.1.1演进中需要考虑的若干问题GSM向第三代移动通信的演进面临着许多的问题，主要分为一下三类:
1?
与GSM系统兼容性3G网络的建设是一个长期的过程。
由于建设初期存在网络覆盖问题，并且同时大规模建设核心网和接入网需要很高的投入，因此，世界各国普遍采用以2G网络为基础发展3G移动通信的演进策略，即尽量与2G系统兼容，实现2G到3G的平滑过渡，以解决3G建设初期的漫游问题和庞大投入问题。
2?
市场需求的推动力3G系统最主要的优势是支持宽带数据和多媒体业务，而发展移动数据业务市场需要有一个培育的过程，同时也需要运营商和用户双方的促进。
虽然话音通信在相当长的一段时间内仍是移动通信的主要业务，但随着社会的进步和经济的发展，人们对移动数据通信的需求将逐步增大，从而使数据业务在通信中所占的比例最终会超过话音业务。
特别是互联网的飞速发展，将极大地促进移动用户上网需求，加快移动数据通信应用市场的发展步伐。
3?
新技术的驱动力新技术的应用，可以更加有利地支持移动数据与多媒体业务，它也是推动现有系统演进的一个重要因素。
事实表明，一项新技术的出现，往往会造就出一代新的产品，从而推动市场的发展。
但是，新技术有无生命力，必须要有正确的市场定位并经受住市场考验。
目前，许多国家已开始3G网的运营，我国的3G技术3已趋于成熟，部分城市已初步开通3G网络。
2.2核心网演进的策略目前我国的2G网络以GSM为主，这就决定我国的第二代核心网络GSM网络的演进。
因此采用GPRS技术构成的核心网络将是主要的过渡方式。
所以，国内GSM向第三代演进的步骤应该是:
1研究从GSM到第二代的演进过渡方案，大力发展GPRS网络。
2通过升级GSM/GPRS网络节点MSG/GSN的功能，使之提供Iu接口并增加UMTS系统协议处理能力，在保证与原有GSM/GPRS兼容的条件下，实现UTRAN接入。
1?
GPRS的结构和优势GPRS是在GSM网络的基础上增加SGSN和GGSN两种网络实体以及Gb、Gn、Gi、Ge等接口构成的。
SGSN（服务GPRS支持节点）和GGSN（网关GPRS网络的核心实体，它们也通称为GSN。
SGSN节点可以实现MS移动性管理、路由选择等功能GGSN节点用于与外部网络的互连和业务支持。
GPRS的优势:
1经济有效的分组数据传输技术;2支持移动上网浏览的功能;3实现按比特收取用户通信费用;4对GSM网络的改动较少，充分保护投资;（65可满足初期大部分用户对3G业务的需求;很快为运营商带来效益，提高竞争能力。
所以，GPRS作为2.5代的产品可以迅速进入市场，能够有效地保护电信运营商的已有投资，更容易与现有的网络在业务上兼容。
2?
从GSM网络向3G网络的演进在GSM经GPRS直接过渡到3G系统的情况下，其核心网络的演进可分成以下两个阶段:
1第三代UMTS的接入网UTRAN可先引入GSM/GPRRS网络中，并通过网络互通单元1WU接入2G的核心网络。
2引入3G核心网络:
第二、三两代核心网络混合组网，核心网之间通过网络互连实现业务互通。
3?
3G核心网——全IP网络的结构3G核心网结构将采用全IP的核心网络结构，用IP将作为用户语音、数据以及信令的统一载体。
全IP网络的结构分为5部分:
可支持UTAN、ERAN和其它方式接入的接入网络;GPRS网络;呼叫控制;与外部网络的关口;业务生成结构。
通过在IP网上
构建逻辑独立的信令处理服务器来处理控制信令相当于MSC/SGSN的信令处理功能，并且构建业务应用服务器来提供，从而可以实现“业务/控制/交换/适配”的逻辑分离。
全IP网络是通信发展的趋势，只是目前技术尚未完全成熟，难以马上实施。
一旦VoIP和IPQoS技术发展成熟，即可用IP技术统一传输语音、数据和多媒体业务，实现移动网络与IP网络的融合。
全IP网络是3G网络的发展趋势，采用构建语音/数据/图像一体化平台的UMTS核心网的方式，可以逐步实现向全IP的3G网络的平滑过渡。
2.3对3G标准的分析认识及其见解WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA作为3G的三大标准，它们本身有着各自的特点，因而向3G不同网的演进更是采用不同的演进路线及技术。
而WCDMA能够基于现有的GSM网络上，可以较轻易地过渡到3G，GSM系统的相对普及使得WCDMA具有先天的市场优势。
它的主要特点是无线接入网采用WCDMA技术，核心网络采用电路交换和分组交换，分别支持话音和数据业务，并提出了开放业务接入的概念。
CDMA2000是窄带CDMACDMAIS-95技术发展而来的宽带CDMA技术，由美国主推，该标准提出了从CDMAIS952G?
CDMA20001X?
CDMA20003G的演进策略。
CDMA-2000的技术特点是具有多种信道带宽，可以更加有效利用无线资源，可实现CDMA1X向CDMA2000系统的平滑过渡。
TD-SCDMA该标准是由中国独自制订的3G标准，在频谱利用率、业务支持、频率灵活性及成本等方面具有独特优势。
这个标准是中国电信行业近百年来地一个完整的通信技术标准，是集CDMA码分多址、TDMA时分多址、FDMA频分多址技术优势于一体，系统容量大、频率利用率高、抗干扰能力强的移动通信技术。
由此可见，TD-CDMA系统的兼容性更好，集多种技术优势于一体，可以适应现有的GSM和CDMA的多种接口的要求，它的基站子系统可以既作为2G和2.5GGSM基站的扩容，又可以作为3G网中的基站子系统，系统容量大、频率利用率高、抗干扰能力强，能同时兼顾现在的需求和未来的发展，非常适用于GSM系统4向3G升级。
2.44G移动通信简介第四代移动通信技术的概念可称为宽带接入和分布网络，具有非对称的超过2Mbit/s的数据传输能力。
它包括宽带无线固定接入、宽带无线局域网、移动宽带系统和交互式广播网络。
第四代移动通信标准比第三代标准拥有更多的功能。
第四代移动通信可以在不同的固定、无线平台和跨越不同的频带的网络中提供无线服务，可以在任何地方用宽带接入互联网（包括卫星通信和平流层通信），能够提供定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。
此外，第四代移动通信系统是集成多功能的宽带移动通信系统，是宽带接入IP系统。
目前正在开发和研制中的4G通信将具有以下特征:
（一）通信速度更快由于人们研究4G通信的最初目的就是提高蜂窝电话和其他移动装置无线访问Internet的速率，因此4G通信的特征莫过于它具有更快的无线通信速度。
专家预估，第四代移动通信系统的速度可达到10-20Mbit/s，最高可以达到100Mbit/s。
（二）网络频谱更宽要想使4G通信达到100Mbit/s的传输速度，通信运营商必须在3G通信网络的基础上对其进行大幅度的改造，以便使4G网络在通信带宽上比3G网络的带宽高出许多。
据研究，每个4G信道将占有100MHz的频谱，相当于W-CDMA3G网络的20倍。
（三）多种业务的完整融合个人通信、信息系统、广播、娱乐等业务无缝连接为一个整体，满足用户的各种需求。
4G应能集成不同模式的无线通信——从无线局域网和蓝牙等室内网络、蜂窝信号、广
播电视到卫星通信，移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。
各种业务应用、各种系统平台间的互联更便捷、安全，面向不同用户要求，更富有个性化。
而且4G手机从外观和式样上看将有更惊人的突破，可以想象的是，眼镜、手表、化妆盒、旅游鞋都有可能成为4G终端。
（四）智能性能更高第四代移动通信的智能性更高，不仅表现在4G通信的终端设备的设计和操作具有智能化，更重要的是4G手机可以实现许多难以想象的功能。
例如，4G手机将能根据环境、时间以及其他因素来适时提醒手机的主人。
（五）兼容性能更平滑要使4G通信尽快地被人们接受，还应该考虑到让更多的用户在投资最少的情况下轻易地过渡到4G通信。
因此，从这个角度来看，4G通信系统应当具备全球漫游、接口开放、能跟多种网络互联、终端多样化以及能从2G、3G平稳过渡等特点。
（六）实现更高质量的多媒体通信4G通信提供的无线多媒体通信服务将包括语音、数据、影像等，大量信息透过宽频的信道传送出去，为此4G也称为“多媒体移动通信”。
（七）通信费用更加便宜由于4G通信不仅解决了与3G的兼容性问题，让更多的现有通信用户能轻易地升级到4G通信，而且4G通信引入了许多尖端通信技术，因此，相对其他技术来说，4G通信部署起来就容易、迅速得多。
同时在建设4G通信网络系统时，通信运营商们将考虑直接在3G通信网络的基础设施之上，采用逐步引入的方法，这样就能够有效地降低运营成本。
2.54G移动通信的接入系统4G移动通信接入系统的显著特点是，智能化多模式终端（multi-modeterminal）基于公共平台，通过各种接技术，在各种网络系统（平台）之间实现无缝连接和协作。
在4G移动通信中，各种专门的接入系统都基于一个公共平台，相互协作，以最优化的方式工作，来满足不同用户的通信需求。
当多模式终端接入系统时，网络会自适应分配频带、给出最优化路由，以达到最佳通信效果。
目前，4G移动通信的主要接入技术有:
无线蜂窝移动通信系统（例;无绳系统（如DECT）如2G、3G）;短距离连接系统（如蓝牙）;WLAN系统;固定无线接入系统;卫星系统;平流层通信（STS）;广播电视接入系统（如DAB、DVB-T、CATV）。
随着技术发展和市场需求变化，新的接入技术将不断出现。
不同类型的接入技术针对不同业务而设计，因此，我们根据接入技术的适用领域、移动小区半径和工作环境，对接入技术进行分层。
分配层:
主要由平流层通信、卫星通信和广播电视通信组成，服务范围覆盖面积大。
蜂窝层:
主要由2G、3G通信系统组成，服务范围覆盖面积较大。
热点小区层:
主要由WLAN网络组成，服务范围集中在校园、社区、会议中心等，移动通信能力很有限。
个人网络层:
主要应用于家庭、办公室等场所，服务范围覆盖面积很小。
移动通信能力有限，但可通过网络接入系统连接其他网络层。
固定网络层:
主要指双绞线、同轴电缆、光纤组成的固定通信系统。
网络接入系统在整个移动网络中处于十分重要的位置。
未来的接入系统将主要在以下三个方面进行技术革新和突破:
为最大限度开发利用有限的频率资源，在接入系统的物理层，优化调制、信道编码和信号传输技术，提高信号处?
硭惴ā?
藕偶觳夂褪菅顾跫际酰?
谄灯坠蚕砗托滦吞煜叻矫孀鼋徊窖芯俊,岣咄缧阅埽诮尤胂低车母卟阈榉矫妫芯客缱晕矣呕妥远毓辜际酰灯追峙浜妥试捶峙浼际酰绻芾砗筒煌尤胂低臣湫鳌,岣吆屠?
?
IP技术在移动网络中的应用;加强软件无线电技术;优化无线电传输技术，如支持实时和非实时业务、无缝连接和网络安全。
2.64G移动通信系统中的关键技术
（一）定位技术定
位是指移动终端位置的测量方法和计算方法。
它主要分为基于移动终端定位、基于移动网络定位或者混合定位三种方式。
在4G移动通信系统中，移动终端可能在不同系统（平台）间进行移动通信。
因此，对移动终端的定位和跟踪，是实现移动终端在不同系统（平台）间无缝连接和系统中高速率和高质量的移动通信的前提和保障。
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（二）切换技术切换技术适用于移动终端在不同移动小区之间、不同频率之间通信或者信号降低信道选择等情况。
切换技术是未来移动终端在众多通信系统、移动小区之间建立可靠移动通信的基础和重要技术。
它主要有软切换和硬切换。
在4G通信系统中，切换技术的适用范围更为广泛，并朝着软切换和硬切换相结合的方向发展。
（三）软件无线电技术在4G移动通信系统中，软件将会变得非常繁杂。
为此，专家们提议引入软件无线电技术，将其作为从第二代移动通信通向第三代和第四代移动通信的桥梁。
软件无线电技术能够将模拟信号的数字化过程尽可能地接近天线，即将A/D和D/A转换器尽可能地靠近RF前端，利用DSP进行信道分离、调制解调和信道编译码等工作。
它旨在建立
一个无线电通信平台，在平台上运行各种软件系统，以实现多通.
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