鲁达 1、信息与通信系统
通信是发送者(人或机器)和接收者之间通过某种媒体进行的信息传递。信息是事物现象及其属性标识的集合，是对不确定性的消除。数据(data)是携带信息的载体。信号(signal)是数据的物理表现，如电气或电磁。信号必须是可变化、可观测和可实现的某种物理量。通信的过程实质上是对信号处理、变换和传递的过程，因而通信技术是数字经济的核心底层支撑。
通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称。用电信号（或光信号）传输信息的系统，也称电信系统。通信系统一般由信源（发端设备）、信宿（收端设备）和信道（传输媒介）等组成，被称为通信的三要素。
信源就是向通信系统提供消息的人和机器，是发送信号的终端，主要用于产生电信号，比如话音信号、电报信号、数据信号等。信宿就是消息传递的对象，即接收的人或机器，是收信号终端，主要用于接收电信号。信道是信号在通信系统中传输的通道，是信号从发射端传输到接收端所经过的传输媒质，又叫频道。信道包括通信线路和传输设备。
干扰源是整个通信系统中各个干扰的集中反映，用以表示消息在信道中传输时遭受干扰的情况。对于任何通信系统而言，干扰的性质、大小是影响系统性能的重要因素。
2、信号的分类
信号按载体分类，可以分为电信号和光信号。电信号是指以电压、电流、电磁波等为载体的信号。光信号是指利用光线的强弱变化和有光无光作为载体的信号。
按是否调制分类，信号分为基带信号和频带信号。基带信号是信号频谱未经搬移的基本频带信号，即直接携带信息、能够直接传输的信号。基带信号将数字信号1或0直接用两种不同的电压(跳变)来表示，然后送到线路上去传输，这种传输方式相应称为基带传输。基带是指数字脉冲信号所固有的频带。频带信号是信号频谱经过搬移的信号，即经过调制的信号。携载信号频率超过固话工作频率的频带称为宽带。在发送端将基带信号调制到载波上，接收端则要对其接收的信号进行解调，以便从载波信号中恢复出原始信号。
传输介质是真正承载数据流动的介质。传输介质可以是物理上可以看得到的介质，比如电缆、电话线或光纤，也可以是物理上看不见的无线介质，比如红外线、无线电波。按传输介质分类，信道可分为有线信道和无线信道;信号分为有线信号和无线信号。有线信号是在有线信道上传输的信号。无线信号是在无线信道上传输的信号。
按信号变化是否有规律分类，信号分为确定信号和随机信号。确定信号是指信号某些参量具有一定规律性，按照其规律可以预测信号的变化。它在定义域的任意时刻都有确定的函数值，因而可用明确的数学表达式或波形来表示，如正弦信号。随机信号是指信号变化是随机的，没有任何规律，在定义域内的任意时刻都没有确定的函数值，如语音信号、噪声等。
信号波形特征可用两个物理量来表示，即时间和幅值。时间连续的信号称为连续信号，连续信号的函数值可以是连续的，也可以是离散的。幅值连续是指在某一取值范围内，信号可以取无限多个值。按照幅值是否连续，分为模拟信号和数字信号。信道根据适合传输的信号类型可分为模拟信道和数字信道。
数字信号是幅值不连续且只能取有限个值的信号。实际系统中存在的绝大多数物理过程或物理量，都是在时间上和在幅值上连续的量，称为模拟信号。模拟信号在传输中易受噪声干扰，传输质量不够稳定。
数字信号抗干扰能力强，无噪声积累，便于加密，利于采用时分复用实现多路通信，设备便于集成化、小型化，占用频带较宽（缺点，但在大容量信道下，可以得到合理的解决），1路模拟电话所占频带仅4kHz，而1路数字电话所占频带为64 kHz，是前者的16倍。
能处理数字信号的电路就称为数字电路。这种电路除了能进行二进制算术运算外还能完成逻辑运算和具有逻辑推理能力，所以又把它叫做逻辑电路。
3、频率和频谱
物理学中的频率是单位时间内完成振动的次数，是描述振动物体往复运动频繁程度的量。波的频率越高，传播损耗越大，覆盖距离越近，绕射能力越弱。
周期性的信号均有其对应的频率，而且可以透过傅里叶级数转换为不同频率弦波的和。而大部分信号（周期性或非周期性）可以用傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换转换成在不同频率下对应的振幅及相位，此种考虑信号或系统频率相关部分的分析方式称为频域。频域图显示了在一个频率范围内每个给定频带内的信号量。
频谱是频率谱密度的简称，是频率的分布曲线。复杂振荡分解为振幅不同和频率不同的谐振荡，这些谐振荡的幅值按频率排列的图形叫做频谱。频谱广泛应用于光学和无线电技术等方面，将对信号的研究从时域引入到频域。
功率谱是功率谱密度函数的简称，是在有限信号的情况下，单位频带范围内信号功率的变换状况，功率随频率而变化，从而表现成为功率谱，它是专门对功率能量的可用有限信号进行分析所表现的能量，含有频谱的一些幅度信息，不过相位信息被舍弃掉了。功率谱密度是可以应用于既不是周期性的也不是可平方积分的大类信号的频域描述;具有功率谱密度，信号仅需要是广义静态随机过程的输出。
4、信号带宽与信道带宽
信号带宽即信号频谱的宽度，信道带宽是指信道上允许传输电磁波的有效频率范围。模拟信道的带宽等于信道可以传输的信号频率上限和下限之差，单位是Hz。数字信道的带宽一般用信道容量表示，信道容量是信道允许的最大数据传输速率。时间信号的频谱就是时间信号的傅里叶变换，功率谱等于信号振幅谱的平方除以样本长度。
数据传输速率即单位时间内传输的bit位数：R = log2N/T。R—数据传输速率，T—信号码元周期(秒)，1/T称为波特率，也称为调制速率，是单位时间内信号码元的变换数，单位是波特(Baud)。N—信号码元状态数，也称相位数，log2N为需要的编码所需bit位数。
数据通信系统采用16相位调制编码，意即有16种码元状态，需要log216=4bit进行编码(即8421BCD码)。信号码元周期长度为1/3200s，波特率为3200，即每秒调制3200个码元，故数据传输速率为3200*4=12800kbps。
信道容量遵循香农定理：C = B·log2(1+S/N)(bps)，C为信道容量，B为信道频带宽，S为平均信号功率，N为平均噪声功率，S/N为信道的信噪功率比，信噪比一般用10log10(S/N)表示，单位为分贝(dB)。在保证S/N 信噪比的情况下，可以通过增大传输系统的带宽B来增加信道容量C。
在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰问题。码间串扰就是前后码元由于信道中噪声的影响造成前一码元的拖尾过长与后一码元发生混叠，使得在接收端无法识别各个数字信号。1924年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的奈氏准则。在理想低通信道下，为了避免码间串扰，最高码元传输速率的公式：理想低通信道下的最高码元传输速率=2W Baud。每赫兹带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒2个码元。
误码的产生是由于在信号传输中，衰变改变了信号的电压,致使信号在传输中遭到破坏，产生误码。噪音、交流电或闪电造成的脉冲、传输设备故障及其他因素都会导致误码。误码率（SER）是衡量数据在规定时间内数据传输精确性的指标，误码率=传输中的误码/所传输的总码数*100%。误码率决定了数据传输可靠性好与坏。
4、信号数字化
信号只有经过离散数字化(即模数转换)才能交由计算机系统做分析处理。
多个信号都可以产生同样一组给定的样本值。如果一个信号是带限的(即它的傅里叶变换在某一有限频带范围以外均为零)，并且它的样本取得足够密(相对于信号中的最高频率而言)，那么等时间间隔点上的值或样本就能唯一地用来表征这一信号，并且能从这些样本中把信号完全恢复出来。将模拟信号按一定时间间隔循环进行取值，从而得到按时间顺序排列的一串离散信号的过程称为采样。采样在连续时间信号和离散时间信号之间所起的桥梁作用。1928年，美国电气工程师奈奎斯特研究发现，若要使原波形不产生“半波损失”，采样频率至少应为信号最高频率的两倍。奈奎斯特采样定理阐述了采样频率与信号频谱之间的关系，是连续信号离散化的基础。
家用固定电话的语音信号所占频率范围是300-3400Hz，取最高4kHz。根据采样定理，需要8kHz的采样频率，即连续的电话信号经采样后成为每秒8000个离散脉冲信号，其振幅对应于采样时刻电话信号的数值。假定用8位二进制数(256状态)对每个采样点进行数字化编码，则数据速率为8bit*8000Hz=64kbit/s。这个速率便是最早制定出的话音编码的标准速率，数字电话调制解调速率一般为56kbps左右。
在使用时域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形称为码元。使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种代表0状态，另一种代表1状态。
从信号的样本来重建信号涉及到内插技术。内插也就是用一连续信号对一组样本值的拟合，是常用的由样本值来重建某一函数的过程。简单的内插包括零阶保持和线性内插，在更为复杂的内插方法中，样本点之间可以采用高阶多项式或其他的数学函数来拟合，这一过程属于数学建模的范畴。
5、编码与译码
2003年，软件工程师Bram Cohen发明了BitTorrent协议。比特流是一种内容分发协议。每个下载者在下载的同时不断向其他下载者上传已下载的数据。而在FTP、HTTP协议中，每个下载者在下载自己所需文件的同时，各个下载者之间没有交互。
编码是指把需要加工处理的数据库信息，根据一定的协议或格式转换成比特流的一种技术，是根据一定数据结构和目标的定性特征，将数据转换为代码或编码字符，在数据传输中表示数据组成，并作为传送、接受和处理的一组规则和约定。编码通常是一种较多输入经量化变成较少输出(码组)的过程。用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。
摩尔斯电码是一种早期的数字化通信形式，代码包括五种：点、划、每个字符间短的停顿、每个词之间中等的停顿、以及句子之间长的停顿。数字信号一般只有2种状态，0或1，可使用开关变量(高低电压)或电压跳变(差分)来编码表示。
信源编码：主要完成模/数变换（A/D变换）；其作用是，一是把信源发出的消息变换成由二进制码元（或多进制码元）组成的码组，这种代码组就是基带信号；二是压缩信源的冗余度（即多余度），以提高通信系统传输消息的效率。
信道编码器：主要用于差错控制；其作用是在信源编码器输出的代码组上有目的地增加一些监督码元，使之具有检错或纠错的能力。
译码或解码是编码的逆过程，同时去掉比特流在传播过程中混入的噪声。利用译码表把文字译成一组组数码或用译码表将代表某一项信息的一系列信号译成文字的过程称之为译码。译码通常是一种较少输入变为较多输出的过程，一般分为2n译码和8421BCD码译码两类。
信源解码器：主要完成数/模变换（D/A变换）；将数字信号转换为模拟信号的方法，与信源编码对应。
信道解码器：主要用于差错控制；其具有检错或纠错的能力，可以将落在其检错或纠错范围内的错传码元检出或纠正，以提高传输消息的可靠性。
6、调制与解调
基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。调制就是将信号源的信息变为适合于信道传输的形式的过程。这个信号叫做已调信号，而基带信号叫做调制信号。调制器用于将信道编码器输出的比特流转换成适合信道传输的形式。调制可分为两大类。一类是仅仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应，这类调制称为基带调制，变换后的信号仍然是基带信号。另一类则需要使用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输。经过载波调制后的信号称为带通信号(即仅在一段频率范围内能够通过信道)，而使用载波的调制称为带通调制。在全双工通信中，任何一端既需要发送调制也需要接收解调，因此往往合二为一为一个调制解调器(modem)。
调制有几种形式：改变高频载波即消息的载体信号的幅度、频率或相位。(1)调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0对应于无载波输出，而1对应于有载波输出。中波广播采用了调幅的方式。(2)调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。例如，0对应于频率f1，而1对应于频率f2。比如对于无线信道，比特流必须表示成高频信道以便利用合理尺寸的天线传输，即主要用于频率搬移，将各种数字基带信号转换成适于信道传输的数字调制信号。解调器(分离器)利用滤波手段提取出指定频段的源信号。(3)调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如，0对应于相位0度，而1对应于相位180度。相位调制又分为绝对相位调制、相对相位调制和多相位调制。为了达到更高的信息传输速率，必须采用技术上更为复杂的多元制的振幅相位混合调制方法，例如，正交振幅调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)。
脉冲编码调制（Pulse Code Modulation），简称PCM，是对模拟信号的瞬时抽样值量化、编码，以将模拟信号转化转化为数字信号。由此构成的数字通信系统称为PCM通信系统。脉冲编码调制（PCM）通信系统，主要包括三个部分：发送端（完成模/数变换，经过抽样、量化、编码三个步骤）、信道部分（包括传输线路、再生中继器）、接收端（完成数/模变换，经过解码和低通滤波器）。
载波就是载着数据的特定频率的无线电波。多载波调制技术采用多个载波信号（将信道分成若干正交子信道），将需要传输的数据信号转换成并行的低速子数据流（子数据流具有低得多的传输比特速率），然后调制到在每个子信道上进行传输，即利用这些子数据分别去调制若干个载波。相对于单载波方案（如GSM），多载波模式抗多径干扰能力强、频谱利用率高。
传输数字信号时有三种基本的调制方式：幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。ASK载波幅度是随着调制信号而变化，用相乘器实现调制器。FSK就是用数字信号去调制载波的频率。PSK根据数字基带信号的两个电平使载波相位在两个不同的数值之间切换。
从传统数字调制技术扩展的技术有最小移频键控（MSK）、高斯滤波最小移频键控（GMSK）、正交幅度调制（QAM）、正交频分复用调制（OFDM）等等。GMSK调制是在MSK（最小频移键控，FSK的一种）调制器之前插入高斯低通预调制滤波器，进行预调制滤波，以减小两个不同频率的载波切换时的跳变能量，使得调制后的信号频谱紧凑，误码性好。正交振幅调制（QAM）将两个调制信号分别对频率相等、相位相差90°的两个正交载波进行调幅，然后再将这两个调幅信号进行矢量相加，从而得到调幅信号。将两种调幅信号汇合到一个信道，进一步提高频带利用率。调制效率高，要求传送途径的信噪比高，适合有线电视电缆传输。
光调制指的是使光信号的一个或几个特征参量按被传送信息的特征变化，以实现信息检测传送目的的方法。光调制可分为强度调制、相位调制、偏振调制、频率和波长调制。将传输的信息加载于激光辐射的过程称为激光调制。激光调制通常多采用强度调制形式，这是因为接收器（探测器）一般都是直接响应其所接收的光强度变化的缘故。
利用电光效应实现的调制叫电光调制。电光调制的物理基础是电光效应，即是某些晶体在外加电场的作用下，其折射率将发生变化，当光波通过此介质时，其传输特性就受到影响而改变。调制晶体是电光调制器的核心部件，它按一定的方向加工成圆柱体或长方形体状。如果外电场与光传播方向相同，这种调制器叫纵向电光调制器；若外电场与光传播方向垂直，这种调制器叫横向电光调制器。
电光调制主要分为直接调制与外调制。直接调制指电信号直接改变激光器的偏置电流，使输出激光强度随电信号而改变。优点是采用单一件，成本低廉，附件损耗小。缺点是调制频率受限，限制传输距离，光波长随驱动电流而改变。适用于短距离低速率的传输系统。外调制指调制信号作用于激光器外的调制器上，产生电光热光和声光物理效应，从而使通过调制器的激光器的光参量随信号而改变。优点是不干扰激光器工作，波长稳定，可对信号实现多种编码格式，高速率。缺点增加了外光学器件，成本增加，增加了线路损耗。
声光效应是指机械波在透明媒质中传播时，媒质折射率发生空间周期性变化，使通过媒质的光线发生改变的现象。机械震动在介质中的传播称为机械波。机械波由机械振动产生，电磁波由电磁振荡产生；机械波的传播需要特定的介质，在不同介质中的传播速度也不同，在真空中根本不能传播，而电磁波（例如光波）可以在真空中传播；机械波可以是横波和纵波，但电磁波只能是横波。常见的机械波有：水波、声波、地震波。
声光调制是利用声光效应将信息加载于光频载波上的一种物理过程，调制信号是以电信号（调幅）形式作用于电-声换能器上，将相应的电信号转化成超声场，当光波通过声光介质时，由于声光作用，使光载波受到调制而成为“携带”信息的强度调制波。声光调制器是由声光介质，电-声换能器，吸声（或反射）装置及驱动电源等组成。
7、常用传输介质
双绞线：由二根包着绝缘材料的细铜线（22-26号绝缘铜导线）按一定的比率相互缠绕而成。这种相互缠绕改变了电缆原有的电子特性，不但可以减少自身的串扰，也可以最大程度上防止其它电缆上的信号对这对线缆上的干扰。双绞线容易受外部高频电磁波干扰(建筑物内部使用)，误码率较高，每个(100米)要使用中继器或放大器。双绞线根据有无屏蔽层可分为屏蔽双绞线(STP) 和非屏蔽双绞线(UTP)。STP抗干扰能力强，传输距离远；UTP抗干扰能力弱，传输距离短，相对便宜。
双绞线电缆的标准由TIA/EIA国际协会制定。1类线(CAT1)是一种包括两个电线对的UTP形式，每秒最多只能传输20千位(kbps)的数据，适用于语音通信，而不适用于数据通信。2类线(CAT2)是一种包括四个电线对的UTP形式，用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数据传输。3类线(CAT3)是一种包括四个电线对的UTP形式，用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输。4类线(CAT4)是一种包括四个电线对的UTP形式，该类电缆的带宽为20MHz，用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输。5类线(CAT5)是用于新网安装及更新到快速Ethernet的最流行的UTP形式。CAT5电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，包括四个电线对，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输。超5类非屏蔽双绞线是在对现有五类屏蔽双绞线的部分性能加以改善后出现的电缆，传输带宽仍为100MHz。通常只被应用于100Mb/s快速以太网，实现桌面交换机到计算机的连接。6类线(CAT6)是包括四对电线对的双绞线电缆。每对电线被箔绝缘体包裹，另一层箔绝缘体包裹在所有电线对的外面，同时一层防火塑料封套包裹在第二层箔层外面。箔绝缘体对串扰提供了较好的阻抗，从而使得CAT6能支持的吞吐量是常规CAT5吞吐量的6倍。
同轴电缆以硬铜线为芯(内导体)，外包一层绝缘材料(绝缘物)。这层绝缘材料用密织的网状导体环绕，网外又覆盖一层保护性材料(保护套)。同轴电缆的抗干扰能力要比双绞线强。同轴电缆从用途上分可分为50Ω用于数字传输的基带同轴电缆和75Ω用于模拟传输的宽带同轴电缆。基带电缆又分细同轴电缆和粗同轴电缆。基带电缆仅仅用于数字传输，数据率可达10Mbps。宽带电缆是CATV系统中使用的标准，它既可使用频分多路复用的模拟信号发送，也可传输数字信号。同轴电缆HFC（光纤同轴电缆混合技术）作为将电视信号传播到千家万户的一种手段发展迅速，这就是有线电视。
同轴电缆的带宽取决于电缆长度，1km的电缆可以达到1Gb/s~2Gb/s的数据传输速率，因此可以在相对长的无中继器的线路上支持高带宽通信。若需使用更长的电缆，则需要使用中继器补充能量。当需要连接较多设备而且通信容量相当大时可以选择同轴电缆。目前，同轴电缆大量被光纤取代，但仍广泛应用于有线和无线电视和某些局域网。
光纤通信是以光作为信息载体，以光纤作为传输媒介的通信方式。光纤的主要作用是引导光在光纤内沿直线或弯曲的途径传播。光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光-光纤通信。光传播利用了光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理，光通信的基本原理则是使光的强度反映电信号的幅度(频率)。
光纤从内到外依次由纤芯、包层、内涂层和外涂层组成。目前光纤通讯材料主要用高透明度的二氧化硅材料，可用化学蒸汽沉积法(CVD)制成纯二氧化硅。近年来还有新的光纤材料，如ZrF4、LaF3和BaF2二元混合体的氟玻璃，其性能优于二氧化硅，光损失更小，上万公里光信号传输不需要任何中继站。
光纤按照其能携带的激光束数和传输特性分为单模和多模两种。单模光纤以激光二极管作光源，中心玻璃芯较细，光纤中只允许一种光直线传播，故模间色散很小，整体传输性能非常好。单模光缆和单模光纤端口的价格都比较昂贵，一般用于运营商铺设远程通讯骨干网。多模光纤以发光二极管作光源，中心玻璃芯较粗，允许多束光在光线中沿着光线壁不停反射的向前传播，造成较大的模间色散，整体传输性能不佳。多模光缆和多模光纤端口的价格都相对便宜，通讯距离较近，只有几公里，一般用作铺设局域网，例如校园网。单模光纤和多模光纤从颜色上很好区分，单模的线皮是黄色的，多模的线皮是桔色的。
光纤通信串扰小，信号传输质量高；光纤抗电磁干扰，保密性好；传输频带极宽，通信容量很大；光纤尺寸小，重量轻，便于传输和铺设；耐化学腐蚀；光纤是石英玻璃拉制成形,原材料来源丰富，并节约了大量有色金属。需要每5KM通过光中继补给，且造价高昂；光纤弯曲半径不宜过小；光纤的切断和连接操作技术复杂，断了之后难以修复。
根据电磁波的频率，无线传输系统大致分为广播通信系统、地面微波通信系统、卫星微波通信系统和红外线通信系统。对应的4种无线传输介质是无线电波(30MHz～1GHz)、微波(300MHz～300GHz)、红外线和激光。
无线电波通信主要用在广播通信中。根据频率和波长的差异，无线电通信大致可分为长波通信、中波通信、短波通信、超短波通信和微波通信。长波通信(3kHz～30kHz)主要沿地球表面进行传播（又称地波），也可在地面与电离层之间形成的波导中传播，能穿透海水和土壤，因此多用于海上、水下、地下的通信与导航业务。中波通信(30kHz～3MHz)在白天主要依靠地面传播，夜间可由电离层反射传播，主要用于广播和导航业务。短波通信（3MHz～30MHz）主要靠电离层发射的天波传播，可经电离层一次或几次反射，传播距离可达几千公里甚至上万公里。短波通信适用于应急、抗灾通信和远距离越洋通信。超短波通信（30MHz～300MHz）对电离层的穿透力强，主要以直线视距方式传播，比短波天波传播方式稳定性高，受季节和昼夜变化的影响小。由于频带较宽，超短波通信被广泛应用于传送电视、调频广播、雷达、导航、移动通信等业务。
微波通信（300MHz～300GHz）主要是以直线视距传播，但受地形、地物以及雨雪雾影响大。微波通信主要用于干线或支线无线通信、移动通信和卫星通信。地面微波通信系统由视野范围内的两个互相对准方向的抛物面天线组成，能够实现视野范围内的微波通信。由于微波在自由空间或均匀媒质中是沿直线传播的，故只有在两个微波站收、发天线间的波束不受地面阻挡时，这两个站之间才能进行视距通信；在超视距远距离通信时，必须在一条微波通信线路的两个终端站之间建立若干个中间站，以接力方式逐站依次传递信号。微波接力通信与短波、米波通信相比，具有通信频带宽，传输容量大，能容纳宽带信号，传输质量好，外界干扰小等优点；与地下电缆通信相比，建设投资和维护费用较少，施工周期较短，便于维护等。因此，这种方式适用于中等距离或远距离通信，尤其适用于自然条件不利或遭受自然灾害的地区，以及网路结构发生变化的时候，在民用及军用通信中均占有重要地位。
红外传输网络使用红外线通过空气传输数据，主要用于同一房间中设备间的通信，如电视遥控器。目前，红外传输在一个方向传输速率为16Mbps，多个方向不超过1Mbps。
卫星通信系统实际上也是一种微波通信，利用人造地球同步卫星作为中继站转发微波信号，在多个地面站之间通信。卫星通信系统具有通信容量大，传输距离远，覆盖范围广，特别适用于全球通信、电视广播和地理环境恶劣的地区使用等优点。要求地面设备具有较大的发射功率，传输时延大。
8、信道复用技术
复用技术是指能在同一传输信道中同时传输多路信号的技术，是多址技术和交换技术的基础。多路复用目的是提高信道的利用率。在进行通信时，复用器(Multiplexer)总是和分用器(Demultiplexer)成对地使用。在复用器和分用器之间是用户共享的高速信道。分用器的作用正好和复用器相反，它把高速信道传送过来的数据进行分用，分别送交到相应的用户。电话、电视三通分线器可看作时分复用分用器。最基本的复用技术主要分为频分复用、波分复用、时分复用、码分复用四大类。
频分复用（FDM）是指当传输介质的有效带宽超过被传输的信号带宽时，把多路信号调制在不同频率的载波上，实现同一传输介质上同时传输多路信号的技术，可以实现高吞吐率。频分复用中，用户分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带，不同用户在同样的时间占用不同的带宽资源，当复用的用户数增加时，复用后的信道的总带宽就跟着变宽。宽带技术使用电磁频谱中更大的一部分(即更高的带宽)；基带技术只使用电磁频谱中很小的一部分，一次只在介质上发送一个信号。调频广播和广电HFC网络电视信号是典型的频分复用信号，收音机/电视机依据载波频率的不同来区分频道。
正交频分复用（OFDM）是一种多载波数字调制技术，全部载波频率有相等的频率间隔，它们是一个基本振荡频率的整数倍，正交指各个载波的信号频谱是正交的。OFDM系统比FDM系统要求的带宽要小得多。由于OFDM使用无干扰正交载波技术，单个载波间无需保护频带，这样使得可用频谱的使用效率更高。另外，OFDM技术可动态分配在子信道中的数据，为获得最大的数据吞吐量，多载波调制器可以智能地分配更多的数据到噪声小的子信道上。主要的应用包括：非对称的数字用户环线(ADSL)、数字视频广播(DVB)、高清晰度电视(HDTV)、无线局域网(WLAN)和第4代(4G)移动通信系统等。
波分复用(WDM)就是把不同波长的光信号复用到同一根光纤中进行传输，是光纤信道的频分多路复用。在接收端，用一块玻璃棱镜来分开不同频率的光波。稀疏波分复用波长间隔大，一般为20nm；密集波分复用波长间隔小，小于等于0.8nm。波分复用容量大，可以远距离传输。只能点对点连接，不能组成环，不能灵活调度，不能应对复杂的组网结构。
传输介质可以达到的数据传输速率超过被传输信号传输速率时，可以把多路信号按一定的时间间隔传送，即按时间片轮流实现在同一传输介质上“同时”传输多路信号。时分复用(TDM)是将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM帧)。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙，在不同的时间占用同样的频带宽度，所占用的时隙是周期性出现的，其周期即为TDM帧的长度，复用后的信道利用率不高。时分制通信也称时间分割通信，它是数字电话多路通信的主要方法，因而PCM通信常称为时分多路通信。TDM的一个变种是在一个单频信道上进行发射和接收，称之为时分双工(TDD)，其最简单的结构就是利用两时隙，一个发一个收。
统计时分复用(STDM)是一种基于统计学改进的时分复用，把公共信道的时隙实行“按需分配”，即只对那些需要传送信息或正在工作的终端才分配给时隙，这样就使所有的时隙都能饱和地得到使用，可以使服务的终端数大于时隙的个数，提高了媒质的利用率，传输效率比传统的时分复用提高了2到4倍。在输出线路上，某一个用户所占用的时隙不再是周期性地出现，因此统计时分复用又成为异步时分复用，相应把普通的时分复用称为同步时分复用。统计时分复用是动态地分配信道时隙，所以统计复用又可叫做“动态复用”。统计复用只要应用于数字电视节目复用器和分组交换网。集中器假定各用户都是间歇发送数据，常使用统计时分复用，它将低速用户的数据集中起来通过高速线路一起发送到远端。
码分复用(CDM)是靠不同的编码(GSM的IMEI，CDMA的ISN)来区分各路原始信号的一种复用方式。系统为一对通信用户分配一对唯一的0、1数据识别标识，通信的双方利用数据识别标识对传输的数据进行编码和解码，从而实现不同的用户在同一信道中使用不同的编码传送数据。所有用户在同一时间、同一频段上，根据编码获得业务信道。各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被发现。CDMA就是码分复用的一种方式，称为码分多址。码分复用技术广泛应用于第二代以后的移动通信领域。
9、数据交换技术
通信子网由传输线路和中间节点(集线器、网桥、交换机、路由器)组成，当信源(源节点)和信宿(目的节点)间没有线路直接相连时，信源发出的数据先到达与之相连的中间节点，再从该中间节点传到下一个中间节点，直至到信宿，这个过程称为交换。交换是按照通信两端传输信息的需要，用人工或设备自动完成的方法，把要传输的信息送到符合要求的相应路由上的技术的统称。从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。在通信系统中完成信息交换功能的设备称为交换机，可以为接入交换机的任意两个网络节点提供独享的电信号通路。交换机根据工作位置的不同，可以分为广域网交换机和局域网交换机。
网卡是一块被设计用来允许计算机在计算机网络上进行通讯的计算机硬件。每一个网卡都有一个被称为MAC地址的独一无二的48位串行号，它被写在卡上的一块ROM中。在网络上的每一个计算机都必须拥有一个独一无二的MAC地址。网卡上面装有处理器和存储器（包括RAM和ROM）。网卡和局域网之间的通信是通过电缆或双绞线以串行传输方式进行的。而网卡和计算机之间的通信则是通过计算机主板上的I/O总线以并行传输方式进行。因此，网卡的一个重要功能就是要进行串行/并行转换。由于网络上的数据率和计算机总线上的数据率并不相同，因此在网卡中必须装有对数据进行缓存的存储芯片。
网桥也叫桥接器，是连接两个局域网的一种存储/转发设备，它能将一个大的LAN分割为多个网段，或将两个以上的LAN互联为一个逻辑LAN，使LAN上的所有用户都可访问服务器。网桥可以是专门硬件设备，也可以由计算机加装的网桥软件来实现，这时计算机上会安装多个网络适配器。网桥的中继功能仅仅依赖于MAC 帧的地址，因而对高层协议完全透明。网桥将一个较大的LAN 分成段，有利于改善可靠性、可用性和安全性。缺点为时延、过载造成帧的丢失。
交换机是利用物理地址或者说MAC地址来确定转发数据的目的地址，工作在数据链路层。而路由器是在网络层实现互连的设备，利用不同网络的ID号（即IP地址）来确定数据转发的地址。
在数据通信中，数据交换方式主要包括电路交换(Circuit Switching)和存储交换两类，其中“存储交换”又分为“报文交换(Message Switching)”和“分组交换(Packet Switching)”两种。
电路交换在通信过程中维持的是实际的电子电路（物理线路），这条电子电路建立后用户始终占用从发送端到接收端的固定传输带宽。电路交换基本过程可分为连接建立、信息传送和连接拆除三个阶段。电路交换又分为时分交换(TDS)和空分交换(SDS)两种方式
电路交换是面向连接的，信息传送的最小单位是时隙，实时性好，可靠性高，信息具有透明性，传送无差错控制。电路交换具有独占性，上网了就不能打电话，线路的利用率较低，并且容易引起接续时的拥塞。通信员根据要求为两个用户端建立起连接就是通过人工方式建立起来的电路交换。
“存储交换”是指数据交换前，先通过缓冲存储器进行缓存，然后按队列进行处理。多个用户的数据可以通过存储和排队共享一条线路，无线路建立过程，提高了线路的利用率，但有转发时延。端到端延迟就是数据从开始段传到结束段要多久。
报文交换以报文为数据交换的单位，报文携带有目标地址、源地址等信息，存储接收到的报文，中央处理机判断其目标地址以选择路由，在下一跳路由空闲时，将数据转发给下一跳路由。报文交换支持多点传输，增加了差错检测功能，避免出错数据的无谓传输等，限制一次传输数据的最大长度。
分组交换也称为包交换，它将用户通信的数据划分成多个更小的等长数据段，在每个数据段的前面加上必要的控制信息作为数据段的首部，每个带有首部的数据段就构成了一个分组。首部指明了该分组发送的地址，当交换机收到分组之后，将根据首部中的地址信息将分组转发到目的地，接收端根据一些偏移(offset)信息进行重组，这个过程就是分组交换。
分组交换具有以下优点：(1)高效，动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。(2)灵活，以分组为传送单位和查找路由。(3)迅速，不必先建立连接就能向其他主机发送分组。(4)可靠，保证可靠性的网络协议;分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。
10、多址技术
蜂窝系统中是以信道来区分通信对象的，一个信道只容纳一个用户进行通信，许多同时进行通信的用户，互相以信道来区分，这就是多址。因为移动通信系统是一个多信道同时工作的系统，具有广播和大面积无线电波覆盖的特点，网内一个用户发射的信号其他用户均可以收到，所以网内用户如何能从播发的信号中识别出发送给本用户地址的信号就成为了建立连接的首要问题。多址技术是指把处于不同地点的多个用户接入一个公共传输媒质，实现各用户之间通信的技术，又称为多址接入技术。多址技术分为频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、空分多址(SDMA)。
频分多址是以不同的频率信道实现通信,1G时代就是使用FDMA。
时分多址是以不同时隙实现通信，GSM数字通信采用的是频分复用和时分复用相结合的多址技术。
码分多址是以不同的代码序列来实现通信的。空分多址是以不同方位信息实现多址通信的，CDMA是3G通信的基础技术。
空分多址是一种信道增容的方式，可以实现频率的重复使用，有利于充分利用频率资源。空分多址还可以与其它多址方式相互兼容，从而实现组合的多址技术，例如“空分-码分多址（SD-CDMA）”。正交频分多址OFDMA 是OFDM技术和FDMA技术的结合。OFDM是正交频分复用的调制技术，采用相互正交的子载波，这样子载波之间不需要增加保护带宽，提高了频谱利用率。4G-LTE及5G NR系统都使用了OFDMA。
非正交多址接入技术发送端采用非正交发送，主动引入干扰信息，在接收端通过串行干扰删除技术实现正确解调，可以获得更高的频谱效率。NOMA凭借其良好的过载性能被认为是满足下一代移动通信(6G)超大连接、超低时延和高可靠性需求的关键技术之一。
单载波频分多址SC-FDMA是LTE的上行链路的主流多址。与传统单载波技术相比，不同用户占用相互正交的子载波，用户之间不需要保护带，具有更高的频率利用效率。与OFDMA相比之下具有较低的峰值/平均功率比PAPR，延长移动终端电池的使用时间。
11、光通信
光通信设备是利用光波传输技术，提供大带宽、高可靠、低时延的数据流量传输能力的通信设备。光通信设备从应用领域看，可分为传输设备和数通设备，传输设备主要分为传送网设备和接入网设备，比如基站；数通设备主要是路由器和交换机。
光模块（opTIcal module）由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光电子器件包括发射和接收两部分。光模块的作用就是光电转换，发送端把电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号。光模块的功能是进行光电和电光的转换，是光通信设备最重要的组成部分，光模块是光通信的核心环节，也是光世界与电世界的互连通道。光模块需求一方面来自营商网络技术升级，一方面来自云计算数据中心数据传输。
光中继器是在长距离的光纤通信系统中补偿线路光信号的损耗和消除信号畸变及噪声影响的设备。光中继器将从光纤中接收到弱光信号经光检测器转换成电信号，再生或放大后，再次激励光源，转换成较强的光信号，送入光纤继续传输。
材料的折射率随入射光频率的改变而改变的性质，称为“色散”。光纤色散是指不同模式分量、不同频率下的光信号，或是光脉冲，在光线中出现，保持不同的传输速度并传输一定距离后，出现信号失真现象。通常情况下，我们将光纤的色散划分为三种，第一种是模式色散，第二种是材料色散，第三种是波导色散。就模式色散来说，是在不同的模式传输时，如果光具有相同的频率，切分量但是不同，并引起的群速不同，最终造成的色散；就材料色散来说，这主要是因为材料自身的因素影响，导致光的折射率出现差异，引起的群速不同，最终造成的色散；最后的波导色散，主要是在单模式光传输下，其宽度频带不变，切分量存在差异而最终造成的色散。波导色散、材料色散，也被一并的成为色度色散，模式色散主要在多模光纤当中出现。采用色散补偿技术可以提高传输速率。
想要实现单波速率提升，主要有两个办法：采用更高阶的调制方式、提升波特率。高阶调制虽然可以成倍提速，但抗噪声能力差。传输距离远，就不能用高阶调制，只能降阶。高波特率对光电器件要求很高，尤其是光模块这样的核心器件的成本。
在一根光纤中传输不同频段的光，在考虑保护间隔的前提下，可用的频谱带宽越大，能传的光的波数越多，容量也就越大。多芯光纤是一种在共同的包层区中存在多个独立纤芯的新型光纤，能够实现长距离低串扰的空分复用光信号传输，提高通信容量。少模光纤利用有限的正交模式作为独立信道进行信息传送，以成倍地提升系统传输容量。光子晶体光纤，又被称为微结构光纤，它的横截面上有较复杂的折射率分布，通常含有不同排列形式的气孔，这些气孔的尺度与光波波长大致在同一量级且贯穿器件的整个长度，光波可以被限制在低折射率的光纤芯区传播。
全光网络指的是网络传输和交换过程全部通过光纤实现，因为不必在其中实现电光和光电转换，因此能大大提高网速。
光子集成（Photonic Integrated Circuit），也叫光子集成电路。以介质波导为中心集成光器件的光波导型集成回路，即将若干光器件集成在一片基片上，构成一个整体，器件之间以半导体光波导连接，使其具有某些功能的光路。可以实现更低功耗、更高密度和更高数据传输。混合集成PIC指的是将不同的单个功能的光器件集成在一个器件中。许多常见的光器件都利用混合集成的技术来实现。单片集成的PIC通过一种材料实现各种有源、无源的光器件，在节能和可靠性等方面，相比混合式PIC都具有明显的优势。
硅光技术是以硅和硅基衬底材料(如SiGe/Si、SOI等，当前主要为磷化铟(InP)、砷化镓(GaAs)、铌酸锂(LiNbO3)等)作为光学介质，通过互补金属氧化物半导体(CMOS)兼容的集成电路工艺制造相应的光子器件和光电器件(包括硅基发光器件、调制器、探测器、光波导器件等)，并利用这些器件对光子进行发射、传输、检测和处理，以实现其在光通信、光传感、光计算等领域中的实际应用。
共封装光学将光收发器/光引擎和电芯片封装在一起，只保留光口，而不是采用可插拔光模块的形式。采用硅光子的CPO技术是指把硅光模块和CMOS芯片用高级封装的形式集成在一起，从而在成本、功耗和尺寸上都进一步提升数据中心应用中的光互连技术。
从技术趋势来看，硅光技术成为下一代技术跃升的关键。伴随着摩尔定律的困境，集成光电子有望逐步取代微电子。硅光技术结合了以微电子为代表的集成电路超大规模、超高精度的优势，以及光子技术超高速率、超低功耗的优点，有望有效解决芯片尺寸不断缩小带来的物理极限、漏电流、散热以及成本问题。硅光子技术的核心技术就是协同封装光子（CPO）技术，使用该技术可以把硅光子模块和超大规模CMOS芯片以更紧密的形式封装在一起，从而在成本、功耗和尺寸上都进一步提升数据中心应用中的光互连技术。
12、移动通信系统与卫星通信系统
移动通信系统是物联网和人工智能发展的基础设施。移动通信系统是一种无线电通信系统，主要有蜂窝系统，集群系统，AdHoc网络系统，卫星通信系统，分组无线网，无绳电话系统，无线电传呼系统等。蜂窝系统是覆盖范围最广的陆地公用移动通信系统。在蜂窝系统中，覆盖区域一般被划分为类似蜂窝的多个小区。每个小区内设置固定的基站，为用户提供接入和信息转发服务。
移动通信系统一般主要由移动台MS、网络交换子系统NSS、基站子系统BSS和操作支持子系统OSS四个部分组成。移动台包括移动台物理设备和用户识别模块SIM卡两大部分，是移动通信网络中用户使用的设备。核心网侧的控制信令、语音呼叫或数据业务信息通过传输网络发送到基站（在2G、3G网络中，信号先传送到基站控制器，再传送到基站）。信号在基站侧经过基带和射频处理，然后通过射频馈线送到天线上进行发射。终端通过无线信道接收天线所发射的无线电波，然后解调出属于自己的信号。
移动台物理设备：包括手持台（手机）、车载台和便携式台等。SIM卡是移动通信网络用户的身份识别卡，主要用于存储用户的身份识别码和密钥，并支持移动通信网络对用户的鉴权。
基站子系统（BSS）包括基站控制器BSC和基站收发信台BTS两大部分，主要负责通过无线接口直接与移动台相接以及通过有线接口与NSS中的MSC相连，以实现移动用户之间或移动用户与固话网PSTN公共交换电话网络）用户之间的相互通信以及系统信号与用户信息的传送等。基站控制器（BSC）是BTS和MSC之间的连接点，一个BSC通常控制几个BTS，其主要功能是进行无线信道管理、实施呼叫和通信链路的建立和拆除，并为本控制区内移动台的过区切换进行控制等。基站收发信台（BTS）包括无线传输所需要的各种硬件和软件，主要负责无线传输，完成无线与有线的转换、无线信道加密、跳频等功能。
基站的主要功能就是提供无线覆盖，即实现有线通信网络与无线终端之间的无线信号传输。通信基站是移动通信网络中最关键的基础设施，没有信号，那很可能因为没有基站。基站可分为两种：宏基站和小基站。宏基站（铁塔站）：覆盖范围数千米；小基站：覆盖范围在10m-200m（具有体积小、成本低、安装容易、适合深度覆盖、功率小、干扰小等优势）。基站的基带和射频处理能力，决定了基站的物理结构由基带模块和射频模块两大部分组成。基带模块主要是完成基带的调制与解调、无线资源的分配、呼叫处理、功率控制与软切换等功能。基带芯片是指用来合成即将发射的基带信号，或对接收到的基带信号进行解码的芯片。射频模块主要是完成空中射频信道和基带数字信道之间的转换，以及射频信道的放大、收发等功能。射频，表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300kHz-300GHz之间。射频芯片指的就是将无线电信号通信转换成一定的无线电信号波形, 并通过天线谐振发送出去的一个电子元器件。
网络交换子系统（NSS）主要负责移动通信网络内的指令交换、路由选择以及用户数据与安全管理等功能。主要包括移动交换中心MSC、访问位置寄存器VLR、归属位置寄存器HLR、操作与维护中心OMC、鉴权中心AUC以及移动设备识别寄存器EIR等六大部分，其中：移动交换中心（MSC）是移动通信网络的核心，主要负责控制所有BSC的业务，从移动通信网络内的三个数据库HLR、VLR和AUC中获取用户位置登记和呼叫请求所需的全部数据，提供交换功能，完成移动用户寻呼接入、信道分配、呼叫接续、话务量控制、计费、基站管理等功能，还可完成BSS、MSC之间的切换和辅助性的无线资源管理、移动性管理等，并与移动通信网络中的其他部件协同工作，完成移动用户位置登记、越区切换和自动漫游、合法性检验及频道转接等功能。另外，MSC可以直接提供或通过移动网关GMSC（网关移动交换中心）提供与PSTN、其他PLMN（公共陆地移动网络）、Internet等之间的接口功能，把移动用户与移动用户以及移动用户和固话网用户、因特网用户互相连接起来。 访问位置寄存器（VLR）是移动通信网络中用于存储进入其控制区域内已登记的来访用户位置信息的数据库，在通常情况下，VLR是与MSC集成在一起的。归属位置寄存器（HLR）是移动通信网络中用于存储本地用户永久信息的数据库。HLR主要存储以下两类信息：一种是永久性的用户参数信息，包括用户号码、移动设备号码、接入的优先等级、预定的业务类型和保密参数等；另一种是暂时性的需要随时更新的参数，包括用户当前所处位置的有关参数信息等，其主要目的是保证当呼叫任一不知处于哪个地区的移动用户时，均可由该移动用户所属的HLR获知其当前处于哪个地区，进而建立起通信链路。 鉴权中心（AUC）是移动通信网络中用于存储用户鉴权信息与加密密钥参数的数据库，其作用是用来可靠地识别用户的身份，以及保证移动用户的通信安全。移动设备识别寄存器（EIR）是移动通信网络中用于存储有关移动台设备参数的数据库，保存着关于移动设备的国际移动设备识别码IMEI的三份名单：白名单、黑名单和灰名单。在这三份名单中分别列出了准许使用的、出现故障需监视的、失盗不准使用的移动设备的IMEI识别码，通过对这三种表格的核查，使得运营部门对于不管是失盗还是由于技术故障或误操作而危及网络正常运营的设备，都能采取及时的防范措施，以确保网络内所使用的设备的唯一性和安全性。
操作支持子系统（OSS）主要包括网络管理中心NMC、数据后处理系统DPPS、用户识别卡个人化中心PCS以及安全管理中心SEMC等四大部分，负责完成移动用户管理、移动设备管理以及网路操作和维护等功能。
现代移动通信技术一共经历了五代。1G时代（1980年）、2G时代（1990年）、3G时代（200年）、4G时代（2010年）、5G时代（2020年），发展趋势为：高速率、大容量、低时延、低功耗、高可靠。关键技术有多址技术（NOMA、OFDMA、SC-FDMA）、多载波技术（FBMC）、D2D通信、波束成形技术（大规模NIMO）等。技术进步也带来射频芯片、天线、滤波器、振子、PCB、光纤等的发展。
毫米波指的是一种特殊电磁波，波长为1毫米到10毫米，波动频率为30GHz-300GHz。相对于6GHz以下的频段，毫米波具有大带宽、低空口时延和灵活弹性空口配置等独特优势。2021年12月，中兴通讯第一家完成了5G毫米波基站全部功能和外场性能测试项目，同时第一家成功完成系统和第三方终端对接测试。
太赫兹技术使用位于红外光和毫米波长之间的电磁光谱的亚毫米波段。太赫兹辐射的范围在30微米到3毫米之间，与毫米波频段相比，太赫兹具有更丰富的频谱资源，有利于实现更精确的测距、测厚、运动感知、透视成像以及化学成分鉴定等；与红外线相比，太赫兹具有很好的物质穿透能力，非常适合非极性材料的内部结构探测。
波束成形（Beamforming）技术是将信号以一种能量集中和定向方式发送给无线终端的技术，能全面改善无线终端接收的信号质量，并提升吞吐量。大规模NIMO用大规模发射天线和接收天线阵列，控制每个天线发射的信号，就可以改变无线信号的波束形状。在多天线系统中，如果不同天线传输的信号在到达某一位置时存在两条衰减相等的波束，且两条波束相位相反，就可能会出现空间空洞。波束成形技术可以通过预先补偿发射天线的相位，让两条波束进行叠加以实现信号增强的效果。
超密集异构网络：通过部署低功率基站减小小区半径，增加低功率节点数量。
内容分发网络是在传统网络中添加新的层次，即智能虚拟网络。CDN系统综合考虑各节点连接状态、 负载情况以及用户距离等信息，通过将相关内容分发至靠近用户的CDN代理服务器上， 实现用户就近获取所需的信息，使得网络拥塞状况得以缓解，降低响应时间，提高响应速度。
移动自组织网络中每个用户终端都兼有路由器和主机两种功能，能够利用移动终端的路由转发功能，在无基础设施的情况下进行通信，从而弥补了无网络通信基础设施可使用的缺陷。
D2D通信技术是指两个对等的用户节点之间直接进行通信的一种通信方式。在由D2D通信用户组成的分布式网络中，每个用户节点都能发送和接收信号，并具有自动路由(转发消息)的功能。网络的参与者共享它们所拥有的一部分硬件资源，包括信息处理、存储以及网络连接能力等。是一种短距离通信，能够实现数据在终端间的直接传输。
M2M是指数据从一台终端传送到另一台终端，也就是机器与机器的对话。是D2D在物联网中的应用。
卫星通信技术能帮助用户在恶劣环境下也能保持与外界的联系，对紧急救援很有帮助。卫星通信系统由卫星端、地面端、用户端三部分组成。卫星端在空中起中继站的作用，即把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站，卫星星体又包括两大子系统：星载设备和卫星母体。地面站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户也可以通过地面站出入卫星系统形成链路，地面站还包括地面卫星控制中心，及其跟踪、遥测和指令站。用户端即是各种用户终端。通信卫星与用户终端间的通信链路称为用户链路（UL），进一步可将用户发送至卫星及卫星发送至用户的链路，分别称之为用户上行链路和用户下行链路。卫星与信关站间的通信链路为馈电链路（FL），星间通信的链路称之为星间链路（ISL）。
2015年，埃隆·马斯克（Elon Musk）基于自己的太空探索技术公司 （SpaceX），正式提出了星链（Starlink）项目。项目计划发射4425颗低轨卫星（后来增加到4.2万颗），为全球范围内的客户，提供高速宽带互联网服务。低轨卫星就是工作在距离地面500-2000公里低地球轨道的卫星。虽然它的覆盖范围不如高轨道和中轨道卫星，但可以通过增加数量，弥补覆盖，提供更大的容量、更低的时延、更高的网络速率。
2022年9月，华为和苹果先后发布了具备卫星通信功能的华为Mate 50系列和iPhone 14系列智能手机。华为Mate5使用的是北斗星座，iPhone 14使用的则是Globalstar的卫星星座。两者的区别在于，北斗星座是中轨和同步轨道混合的星座系统，主要功能是导航，兼具短报文传输能力，Globalstar的卫星星座是低轨星座，专门用于话音和低速数据传输。
确定性网络是一种新型网络技术，其具有“大带宽、低延时、低抖动、高可靠”等优点，可以有效解决传统网络数据传输中的拥堵、延迟、抖动等痛点问题。确定性网络的新型确定性无损传输技术，可系统性解决网络带宽、时延、丢包等问题，峰值传输速率可提升至88%，达到数据中心内部无损网络传输的水平，有效确保网络服务质量。
6G网络将是一个地面无线与卫星通信集成的全连接世界。通过将卫星通信整合到6G移动通信，实现全球无缝覆盖。6G将使用“空间复用技术”，6G基站将可同时接入数百个甚至数千个无线连接，其容量将可达到5G基站的1000倍。
13、物联网与车联网
物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸，它利用射频识别（RFID）、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等感知技术与智能装置对物理世界进行感知识别，按约定的协议通过网络传输互联，进行计算、处理和知识挖 掘，实现人与物、物与物信息交互和无缝链接，达到对物理世界智能识别、定位跟踪、实时控制、精确管理和科学决策目的。
物联网网络架构由感知层、网络层、平台层和应用层组成。感知层实现对物理世界的智能感知识别、信息采集处理和自动控制，并通 过通信模块将物理实体连接到网络层和应用层。网络层主要实现信息的传递、路由和控制，包括延伸网、接入网和核心网， 网络层可依托公众电信网和互联网，也可以依托行业专用通信网络。平台层包括软件、全栈性能管理、开发者工具、分析工具、传感器分布网络、网络连接、信息安全、开源平台。应用层包括应用基础设施/中间件和各种物联网应用。应用基础设施/中间件为物联网应用提供信息处理、计算等通用基础服务设施、能力及资源调用接口，以此为基础实现物联网在众多领域的各种应用。
截至2022年底，中国移动网络的终端连接总数已达35.28亿户，其中代表“物”连接数的蜂窝物联网终端用户达18.45亿户，自2022年8月底“物”连接数超越“人”连接数后，“物”连接数占比已升至52.3%，万物互联基础不断夯实；蜂窝物联网终端应用于公共服务、车联网、智慧零售、智慧家居等领域的规模分别达4.96亿、3.75亿、2.5亿和1.92亿户。IDC预计中国物联网连接规模2022年达56亿个，到2026年将增至约102.5 亿个，复合增长率约18%。The Insight Partners 预计全球物联网市场规模将从2022 年的4832.8 亿美元增长到2028 年的22704.2亿美元，复合年增长率为29.4%。
车联网的概念源于物联网，即车辆物联网，是以行驶中的车辆为信息感知对象，借助新一代信息通信技术，实现车与X（即车与车、人、路、服务平台）之间的网络连接，提升车辆整体的智能驾驶水平，为用户提供安全、舒适、智能、高效的驾驶感受与交通服务，同时提高交通运行效率，提升社会交通服务的智能化水平。
车联网系统分为三大部分：车载终端、云计算处理平台、数据分析平台。车载终端采集车辆实时运行数据，实现对车辆所有工作信息和静、动态信息的采集、存储并发送。车载终端由传感器、数据采集器、无线发送模块组成，车辆实时运行工况包括驾驶员的操作行为、动力系统工作参数数据等；由云计算处理平台处理车辆信息，对数据进行“过滤清洗”；数据分析平台则负责对数据进行报表式处理，供管理人员查看。
中信科智联自主研发的网联式ADAS域控制器解决方案是国内第一款将C-V2X与单车视觉、毫米波感知进行融合的域控制器方案。支持C-V2X直连通信，可实现车车(V2V)、车路(V2I)协同，并集成前向视觉和雷达处理功能，将V2V、V2I感知结果直接引入车辆运动轨迹规划、线性控制算法中，在车辆视觉感知性能下降的特殊场景中，实现网联式高级驾驶辅助功能的扩展和增强。
14、工业互联网
工业互联网是指互联网和新一代信息技术与工业系统全方位深度融合所形成的产业和应用生态，通过系统构建网络、平台、安全三大功能体系，打造人、机、物全面互联的新型网络基础设施，形成智能化发展的新兴业态和应用模式，能够实现工厂的自感知、自学习、自适应、自控制，支撑企业数字化网络化智能化转型。本质是以机器、原材料、控制系统、信息系统、产品以及人之间的网络互联为基础，通过工业数据的全面深度感知、实时传输交换、快速计算处理和高级建模分析，实现智能控制、运营优化和生产组织方式变革。2021年中国工业互联网核心产业规模达到10749亿元,增速18.1%。2022年中国工业互联网产业规模预计达1.2万亿元。
工业物联网指的是物联网在工业的应用。工业互联网涵盖了工业物联网，但进一步延伸到企业的信息系统、业务流程和人员，是工业智能化发展的关键综合信息基础设施。智能制造是包括工业互联网、材料、设计、工艺等在内的智能工业生态系统。
工业互联网有三大应用:面向企业内部生产率提升的智能工厂，面向企业外部价值链延伸的智能产品、服务和协同，面向开放生态的平台运营即工业互联网平台。
工业互联网由网络、平台、安全三大功能体系构成。工业互联网的网络体系将连接对象延伸到人、机器设备、工业产品和工业服务，是实现全产业链全价值链的资源要素互联互通的基础。网络性能需满足实际使用场景下低时延、高可靠、广覆盖的需求，既要保证高效率的数据传输，也要兼顾工业级的稳健性和可靠性；平台下连设备，上接应用，承载海量数据的汇聚，支撑建模分析和应用开发，定义了工业互联网的中枢功能层级，在驱动工业全要素、全产业链、全价值链深度互联，推动资源优化配置，促进生产制造体系和服务体系重塑中发挥着核心作用；安全代表着工业互联网的整体防护能力，涉及工业互联网领域各个环节，是涵盖设备安全、控制安全、网络安全、平台安全和数据安全的工业互联网多层次安全保障体系，通过监测预警、应急响应、检测评估、攻防测试等手段为工业互联网健康稳定的发展保驾护航。
工业互联网平台将知识、机理等隐性经验固化成其自身显性核心资源，结合更具广度和深度的数据采集进行数据分析、建模和利用，实现了数据驱动的生产和运营优化闭环。工业互联网平台具有显著的“马太效应”，当其工业APP和用户达到一定规模时，平台将会爆发式增长，形成赢者通吃的竞争局面。工业互联网平台还有显著的“替代效应”，为中小企业提供的“低成本、快部署、易运维、强安全”轻量化应用，能够极大降低企业信息化部署的成本和难度，推动制造业走向体系重构、动力变革和范式迁移的新阶段。
15、人工智能与数据中心
人工智能(Artificial Intelligence，简称AI)是以机器为载体所展示出来的人类智能，因此人工智能也被称为机器智能(Machine Intelligence)。人工智能的常见应用场景包括：自动驾驶、虚拟助理、金融服务、医疗和诊断、设计和艺术创作、合同诉讼等法律实务、社交陪伴、服务业和工业。人工智能发展的三大要素：数据、算法和算力。
目前AI的推理能力还处于初级研究阶段，无法通过推理联想获得更多的知识，人工智能学习大部分基本都是依赖于数据的质量。机器学习中的监督学习和半监督学习都要用标注好的数据进行训练，由此催生了大量数据标注公司，它们将处于未经处理的初级数据，转换为机器可识别信息。最常见的数据标注类型有五种：属性标注、框选标注、轮廓标注、描点标注、其他标注。AI算法需要通过数据训练不断完善，而数据标注是大部分AI算法得以有效运行的关键环节。
算法是人工智能程序与非人工智能程序的核心区别，人工智能专业学习方向也主要是以算法为主。对人类智能的模拟可通过以符号主义为核心的逻辑推理、以问题求解为核心的探询搜索、以数据驱动为核心的机器学习、以行为主义为核心的强化学习和以博弈对抗为核心的决策智能等方法来实现。
机器学习专门研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能，重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能。监督学习即在机械学习过程中提供对错指示，输入数据被称为“训练数据”，每组训练数据有一个明确的标识或结果，主要应用于分类和预测。有监督学习可以将其分为两类模型：判别式模型和生成式模型。简单地说，判别式模型是针对条件分布建模，而生成式模型则针对联合分布进行建模。在非监督式学习中，数据并不被特别标识，学习模型是为了推断出数据的一些内在结构。常见的应用场景包括关联规则的学习以及聚类等。常见算法包括Apriori算法以及k-Means算法。半监督式学习中，输入数据部分被标识，部分没有被标识，首先试图对未标识数据进行建模，在此基础上再对标识的数据进行预测。应用场景包括分类（图像识别）和回归。常见算法包括图论推理算法或者拉普拉斯支持向量机等。强化学习是智能体（Agent）以“试错”的方式进行学习，通过与环境进行交互获得的奖赏指导行为，目标是使智能体获得最大的奖赏。在强化学习下，输入数据直接反馈到模型，模型必须对此立刻作出调整。常见的应用场景包括动态系统以及机器人控制等。常见算法包括Q-Learning以及时间差学习。深度学习通过组合低层特征形成更加抽象的高层表示属性类别或特征，以发现数据的分布式特征表示。
算力是算法和数据的基础设施，在一定程度上体现了人工智能的速度和效率。随着人工智能算法模型的复杂度和精度愈来愈高，互联网和物联网产生的数据呈几何倍数增长，在数据规模和算法模型的双层叠加下，人工智能对算力的需求越来越大。据OpenAI测算，2012年开始，全球AI训练所用的计算量呈现指数增长，平均每3.43个月便会翻一倍。
目前的人工智能算力主要是由专有的AI硬件芯片，以及提供超级计算能力的公有云计算服务来提供。算力源于芯片，通过基础软件的有效组织，最终释放到终端应用上，作为算力的关键基础，芯片的性能决定着AI产业的发展。其中GPU领先其他芯片，在人工智能领域中用得最广泛，GPU有更高的并行度、更高的单机计算峰值、更高的计算效率。云计算是一种基于互联网的分布式超级计算模式。数据中心算力是数据中心的服务器通过对数据进行处理后实现结果输出的一种能力。数据中心算力指标包含四大核心要素，即通用计算能力、高性能计算能力、存储能力、网络能力。数据中心的流量已经占据全球通信网络流量绝大部分。
“东数西算”中的“数”，指的是数据，“算”指的是算力，即对数据的处理能力。东部数据中心发展面临土地和能源制约。“东数西算”是指通过构建数据中心、云计算、大数据一体化的新型算力网络，在枢纽外部，利用西部地区算力资源承接东部地区算力外溢需求，在枢纽内部，推动数据中心从一线城市迁往资源充裕的周边地区，在满足网络时延要求的同时保证算力与资源的可持续协调发展，以优化数据中心建设布局，促进东西部协同联动。西部数据中心处理后台加工、离线分析、存储备份等对网络要求不高的业务。东部枢纽处理工业互联网、金融证券、灾害预警、远程医疗、视频通话、人工智能推理等对网络要求较高的业务。
光计算是以光作为信息载体的数据处理技术。光计算具有高并行性、宽的时间空间带宽、三维自由空间互连等先天性优点。它是克服电子计算机中串行的"瓶颈"效应、互连带宽、时钟歪斜等限制,实现超高速数据处理的重要途径。2016年，《自然》杂志社论“超越摩尔”中明确指出电子芯片难以为继。2019年，美国普林斯顿大学普鲁尼等人撰文指出人工智能大数据时代对算力的需求每三个半月翻一番，远超摩尔定律所预测的算力供给量，即每18～24个月翻一番。利用光子计算方法替代传统电子计算方法将是解决摩尔定律困境以及冯•诺依曼架构的问题，即解决当前算力、功耗问题的极具潜力的途径之一。
光计算可以分为模拟光计算和数字光计算。模拟光计算最典型的一个例子就是傅立叶运算，在图像处理等领域需要运用傅立叶变换相关的计算，如卷积计算。用传统计算机来计算傅立叶变换是非常消耗计算量的，而光通过透镜的过程，本身就是一次傅立叶变换的过程，这个过程几乎完全不需要时间。数字光计算是利用光和光学器件组合形成经典的逻辑门，构建类似传统数字电子计算原理的计算系统，通过复杂的逻辑门组合操作实现计算。
16、2021年中国信息通信领域十大科技进展