第10章.天地握手-現(xiàn)代通信技術(shù)

第3章安全第一—信息安全第10章天地握手—現(xiàn)代通信技術(shù)CONTENTS目錄10.1現(xiàn)代通信技術(shù)的概述10.25G技術(shù)10.35G的應(yīng)用領(lǐng)域現(xiàn)代通信技術(shù)的概述10.1現(xiàn)代通信技術(shù)的概述什么是通信通信技術(shù)的發(fā)展10.1.1什么是通信10.1.1什么是通信

什么是通信字面通聯(lián)信息——我把信息發(fā)給你，你把信息發(fā)給我，這就是通信定義人與人，或人與自然之間，通過(guò)某種行為或媒介，進(jìn)行的信息交流與傳遞，叫作通信。通信是世間萬(wàn)物的一種權(quán)力，是一種行為。有生命的、沒(méi)有生命的，都可以發(fā)起這種行為。這種行為，是每個(gè)人或每個(gè)物融入世界的一種必要方式。通過(guò)信息的交換，它可以表達(dá)自身的“存在感”和“價(jià)值”。通信技術(shù)的發(fā)展10.1.3現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展

現(xiàn)代通信簡(jiǎn)介

現(xiàn)代通信往往被理解為單一的電信通信、數(shù)字通信、IT產(chǎn)業(yè)及電子產(chǎn)品制造業(yè)等高新技術(shù)通信，而忽略了通信的本質(zhì)。郵政通信也是現(xiàn)代通信的一部分，郵政通信以實(shí)物傳遞為基礎(chǔ)，通過(guò)文字、圖片、實(shí)物等的空間轉(zhuǎn)移傳遞信息，是國(guó)家個(gè)人通信自由及隱私保護(hù)的體現(xiàn)。有效、合理地管理、發(fā)展郵政通信帶動(dòng)服務(wù)經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，使各項(xiàng)資源（特別是人力資源）更合理、公平地符合人類(lèi)發(fā)展，才能使國(guó)民經(jīng)濟(jì)往更好的方向前進(jìn)，才能在不破壞資源的前提下和諧共處，真正達(dá)到“天人合一”，真正成為“自然人”。10.1.3現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展

1.1G時(shí)代概述1G是第一代移動(dòng)通信技術(shù)（FirstGeneration），制定于上世紀(jì)80年代，是以模擬技術(shù)為基礎(chǔ)的蜂窩無(wú)線電話(huà)系統(tǒng)特點(diǎn)這種模擬信號(hào)傳輸方式只能應(yīng)用于語(yǔ)音傳輸業(yè)務(wù)，且涵蓋范圍小、信號(hào)不穩(wěn)定、語(yǔ)音品質(zhì)低s1.1G時(shí)代s由于中國(guó)在技術(shù)更新、觀念更新、知識(shí)更新等方面速度之快，大哥大的業(yè)務(wù)功能無(wú)法滿(mǎn)足中國(guó)人民的使用。1.1G時(shí)代大哥大2.2G時(shí)代概述2G是第二代移動(dòng)通信技術(shù)(SecondGeneration)，主要的功能有語(yǔ)音和短信，以數(shù)字語(yǔ)音傳輸技術(shù)為核心，開(kāi)啟了數(shù)字通信之路。特點(diǎn)第二代移動(dòng)通信具備頻譜效率高，系統(tǒng)的容量大，語(yǔ)音質(zhì)量好，同時(shí)比1G多了數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。2.2G時(shí)代從模擬調(diào)制進(jìn)入到數(shù)字調(diào)制第二代移動(dòng)通信具備高度的保密性系統(tǒng)的容量也在增加可以上網(wǎng)，只能瀏覽一些文本信息3.3G時(shí)代概述3G是第三代移動(dòng)通信技術(shù)（ThirdGeneration）將無(wú)線通信與國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)等多媒體通信結(jié)合的一代移動(dòng)通信系統(tǒng)。3G時(shí)代可以借助網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上沖浪，查看圖片等。特點(diǎn)3G手機(jī)除了能高質(zhì)量的完成語(yǔ)音信外，還能進(jìn)行多媒體通信；可以上網(wǎng)，查看電子郵件或?yàn)g覽網(wǎng)頁(yè)等。s3.3G時(shí)代BTSNodeB2G基站3G基站4.4G時(shí)代概述4G是第四代移動(dòng)通信技術(shù)（FourthGeneration）完全進(jìn)入數(shù)據(jù)網(wǎng)時(shí)代進(jìn)入全I(xiàn)P時(shí)代，4G基站稱(chēng)為eNB同時(shí)4G的數(shù)據(jù)速率將提升10-100倍s4.4G時(shí)代5G技術(shù)10.210.2.15G技術(shù)5G技術(shù)

5G是第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5thGenerationMobileCommunicationTechnology），是實(shí)現(xiàn)人機(jī)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。5G在4G基礎(chǔ)上對(duì)移動(dòng)通信技術(shù)提出了更高的要求，同時(shí)促使互聯(lián)網(wǎng)從移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)過(guò)渡到智能互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。5G基站為gNB。依據(jù)投資的成本大小，5G分為非獨(dú)立組網(wǎng)（Non－Standalone，NSA）和獨(dú)立組網(wǎng)（Standalone，SA）兩種組網(wǎng)方式。在這里主要介紹一下獨(dú)立組網(wǎng)的原理原理圖說(shuō)明

（1）在5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋好的情況下，5G終端通過(guò)VoNR（高清通話(huà)）進(jìn)行語(yǔ)音承載，如圖中的1。（2）在5G網(wǎng)絡(luò)不好的情況下，回落到4GVoLTE（高清語(yǔ)音）進(jìn)行語(yǔ)音承載，如圖中的2。（3）在無(wú)5G和4G網(wǎng)絡(luò)的情況下，回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行語(yǔ)音承載，如圖中的3。10.2.25G技術(shù)的特點(diǎn)高速度5G技術(shù)的特點(diǎn)泛在網(wǎng)低功耗泛在網(wǎng)1.高速度

5G比4G的傳輸速度更快，不是靠增強(qiáng)通信基站的信號(hào)發(fā)射功率，而是靠擴(kuò)容傳輸帶寬，就像拓寬高速公路一樣，兩車(chē)道拓寬至四車(chē)道，甚至八車(chē)道，車(chē)輛的通行速度自然加快了。同時(shí)5G廣泛采用大規(guī)模陣列天線技術(shù)，支持多流并行傳輸，大大提升了頻譜效率，更進(jìn)一步提升了峰值速率。5G的傳輸速度比4G快10倍以上。2.泛在互聯(lián)

隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)需要無(wú)所不包、無(wú)處不在，只有這樣才能支持更加豐富的業(yè)務(wù)，才能在日趨復(fù)雜的場(chǎng)景下使用。

泛在互聯(lián)有兩個(gè)層面的含義：一是廣泛覆蓋，二是縱深覆蓋。廣泛覆蓋縱深覆蓋3.低功耗讓大部分物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品一周充一次電，甚或一個(gè)月充一次電能大大改善用戶(hù)體驗(yàn)促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品的快速普及4.低時(shí)延

網(wǎng)絡(luò)延遲是衡量信息從網(wǎng)絡(luò)的一端或節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪欢怂ㄙM(fèi)的時(shí)間，低時(shí)延意味著實(shí)時(shí)處理和即時(shí)反饋。低時(shí)延現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)。5G應(yīng)用的一個(gè)新領(lǐng)域是無(wú)人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化的高可靠連接。人與人之間進(jìn)行信息交流，140ms的時(shí)延是可以接受的，但是如果這個(gè)時(shí)延用于無(wú)人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域就無(wú)法接受。5G對(duì)于時(shí)延的要求是不超過(guò)1ms，甚至更低5.萬(wàn)物互聯(lián)邁入智能時(shí)代，除手機(jī)、計(jì)算機(jī)等上網(wǎng)設(shè)備需要使用網(wǎng)絡(luò)以外，越來(lái)越多的智能家電設(shè)備、可穿戴設(shè)備、共享汽車(chē)等不同類(lèi)型的設(shè)備以及電燈等公共設(shè)施也需要使用網(wǎng)絡(luò)10.2.35G關(guān)鍵技術(shù)1．MassiveMIMO技術(shù)

MassiveMIMO（MassiveMultiple-InputMultiple-Output）技術(shù)即大規(guī)模天線陣列技術(shù)，是指能在不增加帶寬的情況下，在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，使信號(hào)通過(guò)發(fā)射端與接收端的多個(gè)天線傳送和接收。大規(guī)模天線陣列技術(shù)在4G中已經(jīng)得到了應(yīng)用，但是在4G中應(yīng)用Massive

MIMO技術(shù)的一般都是基站，對(duì)于終端最多能夠支持接收端采用多路，但是發(fā)射端需要采用單路1．MassiveMIMO技術(shù)

5G的超高下載速率主要來(lái)自MassiveMIMO技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)在空中同時(shí)傳輸多路不同的數(shù)據(jù)來(lái)成倍地提升網(wǎng)速。MassiveMIMO技術(shù)是指能在不增加帶寬的情況下，在發(fā)射端和接收端分別使用多個(gè)發(fā)射天線和接收天線，使信號(hào)通過(guò)發(fā)射端與接收端的多個(gè)天線傳送和接收，從而改善通信質(zhì)量2．NOMA技術(shù)

NOMA（Non-OrthgonalMultipleAccess）技術(shù)即非正交多址接入技術(shù)。NOMA的基本思想是，在發(fā)送端將多個(gè)UE信號(hào)疊加，占用所有時(shí)頻資源，并通過(guò)空口發(fā)送，而在接收端基于多用戶(hù)檢測(cè)（MultipleUserDetection，MUD）和串行干擾消除（SuccessiveInterferenceCancellation，SIC）技術(shù)來(lái)逐個(gè)解碼信號(hào)，提取有用信號(hào)。

NOMA技術(shù)的應(yīng)用主要有兩種方式：基于碼域和基于功率域?；诖a域，即為每個(gè)用戶(hù)分配非正交擴(kuò)展碼?；诠β视?，即在發(fā)送端每個(gè)用戶(hù)信號(hào)以不同的功率電平疊加。2．NOMA技術(shù)

NOMA（Non-OrthgonalMultipleAccess）技術(shù)即非正交多址接入技術(shù)。NOMA的基本思想是，在發(fā)送端將多個(gè)UE信號(hào)疊加，占用所有時(shí)頻資源，并通過(guò)空口發(fā)送，而在接收端基于多用戶(hù)檢測(cè)（MultipleUserDetection，MUD）和串行干擾消除（SuccessiveInterferenceCancellation，SIC）技術(shù)來(lái)逐個(gè)解碼信號(hào)，提取有用信號(hào)。

NOMA技術(shù)的應(yīng)用主要有兩種方式：基于碼域和基于功率域?；诖a域，即為每個(gè)用戶(hù)分配非正交擴(kuò)展碼?；诠β视?，即在發(fā)送端每個(gè)用戶(hù)信號(hào)以不同的功率電平疊加。3．網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以將一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)切割成多個(gè)虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò)，如圖10.12所示。每個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)之間（包括網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的設(shè)備、接入、傳輸和核心網(wǎng)）是邏輯獨(dú)立的，任何一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障都不會(huì)影響其他虛擬網(wǎng)絡(luò)。4.D2D技術(shù)

在現(xiàn)有的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，手機(jī)用戶(hù)之間的通信都是由基站進(jìn)行控制的。一直以來(lái)，我們都希望能在通信過(guò)程中盡量少占用基站資源，D2D（Device-to-Device）就是這樣一種技術(shù)。

D2D技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)終端直通，如圖10.13所示。在鄰近終端設(shè)備之間直接進(jìn)行通信，一旦D2D鏈路建立起來(lái)，傳輸語(yǔ)音或數(shù)據(jù)消息就無(wú)須基站的干預(yù)，這樣可減輕基站及核心網(wǎng)的數(shù)據(jù)壓力，大幅提升頻譜資源利用效率和吞吐量，增大網(wǎng)絡(luò)容量，保證通信網(wǎng)絡(luò)更為靈活、智能、高效地運(yùn)行。5．邊緣計(jì)算技術(shù)

邊緣計(jì)算技術(shù)可解決集中部署的云計(jì)算帶來(lái)的時(shí)延過(guò)長(zhǎng)、帶寬占用問(wèn)題，更好地服務(wù)于實(shí)時(shí)性要求較高和帶寬要求較高的業(yè)務(wù)。

邊緣計(jì)算成為助力5G、賦能千行百業(yè)的關(guān)鍵詞之一。物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的新型服務(wù)模式迫切需要5G以極低的時(shí)延處理海量的數(shù)據(jù)，為了更加靠近終端用戶(hù)及其設(shè)備，讓用戶(hù)獲得更高的內(nèi)容分發(fā)效率，邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。邊緣計(jì)算技術(shù)在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛、智慧交通、衛(wèi)生醫(yī)療、智慧農(nóng)業(yè)、VR等領(lǐng)域都將發(fā)揮重要作用，有著十分廣闊的前景6．超密集組網(wǎng)技術(shù)超密集組網(wǎng)（Ultra-DenseNetwork，UDN）技術(shù)通過(guò)更加“密集化”的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施部署，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中引入超大規(guī)模低功率節(jié)點(diǎn)，滿(mǎn)足了增強(qiáng)熱點(diǎn)、消除盲點(diǎn)、改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋、提高系統(tǒng)容量的實(shí)際需求，打破了傳統(tǒng)的扁平單層宏網(wǎng)絡(luò)覆蓋，使得多層立體異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)（HeterogeneousNetwork，HetNet）應(yīng)運(yùn)而生，如圖所示。這樣不僅可獲得更高的頻率復(fù)用效率，還能在局部熱點(diǎn)區(qū)域?qū)崿F(xiàn)百倍量級(jí)的系統(tǒng)容量提升。5G的應(yīng)用領(lǐng)域10.3工業(yè)領(lǐng)域物流領(lǐng)域教育領(lǐng)域能源，農(nóng)業(yè)智慧交通生產(chǎn)單元模擬1.工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集數(shù)字孿生人工智能建設(shè)虛擬生產(chǎn)單元實(shí)現(xiàn)產(chǎn)能預(yù)測(cè)、生產(chǎn)優(yōu)化和精確管控

SG網(wǎng)絡(luò)模擬、仿真、分析物理生產(chǎn)單元運(yùn)行過(guò)程精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)作業(yè)應(yīng)用5G結(jié)合北斗定位能力對(duì)裝船機(jī)、輥道等生產(chǎn)設(shè)備的位置和姿態(tài)精準(zhǔn)測(cè)量生產(chǎn)單元模擬工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整生產(chǎn)需要提升作業(yè)精度和自動(dòng)化水平精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)作業(yè)生產(chǎn)單元模擬工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)δ苄?shù)據(jù)、排放數(shù)據(jù)的秒級(jí)采集5G大連接技術(shù)能力

生產(chǎn)能效的管控實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，助力“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)分析優(yōu)化生產(chǎn)能效精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)作業(yè)生產(chǎn)單元模擬工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域5G生產(chǎn)能效的管控工藝合規(guī)校驗(yàn)機(jī)器視覺(jué)人工智能采集實(shí)際生產(chǎn)工序各項(xiàng)數(shù)據(jù)操作行為與標(biāo)準(zhǔn)工藝流程對(duì)比分析對(duì)配料錯(cuò)誤、危險(xiǎn)操作自動(dòng)報(bào)警精準(zhǔn)動(dòng)態(tài)作業(yè)生產(chǎn)單元模擬工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域5G生產(chǎn)能效的管控工藝合規(guī)校驗(yàn)區(qū)塊鏈工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)標(biāo)識(shí)將生產(chǎn)過(guò)程中人、機(jī)、料信息關(guān)聯(lián)整合輔助動(dòng)態(tài)調(diào)整工序參數(shù)，提升產(chǎn)品質(zhì)量生產(chǎn)過(guò)程溯源產(chǎn)品批次產(chǎn)品品質(zhì)實(shí)時(shí)追溯2.物流領(lǐng)域提高物流效率降低運(yùn)輸成本優(yōu)化送遞流程物流領(lǐng)域與倉(cāng)儲(chǔ)、物流和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)的深度融合5G技術(shù)智能化信息化物流倉(cāng)儲(chǔ)打造5G智慧倉(cāng)儲(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用1.遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)1.遠(yuǎn)程互動(dòng)教學(xué)優(yōu)勢(shì)滿(mǎn)足雙師課堂所需的低延時(shí)、大帶寬和高可靠性，具備課堂的互動(dòng)實(shí)時(shí)性根本性地解決音，視頻延遲、卡頓等問(wèn)題，提升學(xué)生的課堂參與度和學(xué)習(xí)效果適應(yīng)教學(xué)場(chǎng)地的各種變化，靈活性、便捷性良好2.VR/AR教學(xué)2.VR/AR教學(xué)虛擬實(shí)驗(yàn)課虛擬科普課虛擬創(chuàng)課3.遠(yuǎn)程聽(tīng)評(píng)課5G網(wǎng)絡(luò)

保障遠(yuǎn)端的聽(tīng)課教師能夠感知流暢、高清的教學(xué)音/視頻保障評(píng)價(jià)的客觀性和準(zhǔn)確性超高帶寬、超低延時(shí)特性3.遠(yuǎn)程聽(tīng)評(píng)課整合AI能力

針對(duì)教學(xué)行為智能分析，生成課堂教情大數(shù)據(jù)綜合課堂現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)和專(zhuān)家遠(yuǎn)程評(píng)課的內(nèi)容，通過(guò)AI算法生成反饋，直觀反映教師需要改進(jìn)的內(nèi)容實(shí)現(xiàn)課堂實(shí)時(shí)分析和評(píng)測(cè)4.能源領(lǐng)域

能源領(lǐng)域主要分為電力和煤礦領(lǐng)域。

在電力領(lǐng)域，能源電力生產(chǎn)包括發(fā)電、輸電、變電、配電、用電5個(gè)環(huán)節(jié)。目前，5G在電力領(lǐng)域的應(yīng)用主要面向輸電、變電、配電、用電4個(gè)環(huán)節(jié)開(kāi)展，應(yīng)用場(chǎng)景主要涵蓋了采集監(jiān)控類(lèi)業(yè)