信息技術(shù)（第2版）（拓展模塊）拓展模塊11 現(xiàn)代通信技術(shù)

28/28課題名稱模塊11現(xiàn)代通信技術(shù)授課類型理實(shí)一體授課對象授課課時(shí)所授課程授課地點(diǎn)所授教材一、學(xué)情分析本課程授課對象為高職各專業(yè)大一學(xué)生，課程開設(shè)在大一第二學(xué)期，學(xué)生情況在知識儲備、學(xué)習(xí)特點(diǎn)和信息素養(yǎng)的情況如下。1.知識儲備學(xué)生在高職或高中已經(jīng)學(xué)習(xí)了信息技術(shù)課程，并且在大一第一學(xué)期已經(jīng)完成了高職信息技術(shù)（基礎(chǔ)模塊）的學(xué)習(xí)，具備了基礎(chǔ)的信息技術(shù)知識和技能。2.學(xué)習(xí)特點(diǎn)授課對象都是零零后的學(xué)生，在學(xué)習(xí)方面表現(xiàn)出如下特點(diǎn)。（1）喜歡實(shí)踐動(dòng)手操作，厭煩枯燥乏味的理論講解；（2）喜歡任務(wù)式引導(dǎo)，情境設(shè)定，參與其中，厭煩平淡無極的說教；（3）樂于接受可視化教學(xué)資源，反感靜態(tài)紙質(zhì)學(xué)習(xí)材料；（4）偏愛顆?；?、模塊化的學(xué)習(xí)過程，排斥時(shí)間冗長的教學(xué)過程；（5）對挑戰(zhàn)性的題目感興趣，對基礎(chǔ)性題目求知欲偏低；（6）喜好電腦與互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，線上操作所見即所得可以引發(fā)學(xué)習(xí)興趣。3.信息素養(yǎng)學(xué)生通過高職或高中信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)，具備了基礎(chǔ)的信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)，但是在數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新方面仍需加強(qiáng)二、教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)代通信技術(shù)知識圖譜1.知識目標(biāo)（1）理解通信技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、5G技術(shù)等概念，掌握相關(guān)的基礎(chǔ)知識；（2）了解現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展歷程及未來趨勢；（3）熟悉移動(dòng)通信技術(shù)中的傳輸技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)等；（4）了解5G的應(yīng)用場景、基本特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)；（5）掌握5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和部署特點(diǎn)，掌握5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)流程；（6）了解藍(lán)牙、Wi-Fi、ZigBee、射頻識別、衛(wèi)星通信、光纖通信等現(xiàn)代通信技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用場景；（7）了解現(xiàn)代通信技術(shù)與其他信息技術(shù)的融合發(fā)展。2.能力目標(biāo)移動(dòng)通信技術(shù)中的傳輸技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)；初步5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和部署特點(diǎn)，掌握5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)流程。3.素養(yǎng)目標(biāo)通過小組學(xué)習(xí)，培養(yǎng)與人溝通、協(xié)同工作、口才表達(dá)等能力1.教學(xué)重點(diǎn)5G的應(yīng)用場景、基本特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和部署特點(diǎn)，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)流程講解現(xiàn)代通信技術(shù)的基本概念講解現(xiàn)代通信技術(shù)的基本概念講解現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展歷程講解5G應(yīng)用場景、基本特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)講解5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和部署特點(diǎn)、5G建設(shè)流程八、教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)一課程導(dǎo)入與學(xué)習(xí)任務(wù)(10分鐘)通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)人與人之間、人與物之間、物與物之間信息傳遞的一種技術(shù)?，F(xiàn)代通信技術(shù)將通信技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)等新技術(shù)相結(jié)合，其發(fā)展具有數(shù)字化、綜合化、寬帶化、智能化和個(gè)人化的特點(diǎn)?，F(xiàn)代通信技術(shù)是大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)等信息技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)，以5G為代表的現(xiàn)代通信技術(shù)是中國新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要領(lǐng)域。本主題包含現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)、5G技術(shù)、其他現(xiàn)代通信技術(shù)等內(nèi)容。本主題包含現(xiàn)代通信技術(shù)的基本概念、發(fā)展歷程、移動(dòng)通信、第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）、其他常見的現(xiàn)代通信技術(shù)、與其他信息技術(shù)的融合等內(nèi)容?！緦W(xué)習(xí)任務(wù)】通過本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，完成下列學(xué)習(xí)任務(wù)：

1.在學(xué)習(xí)過程中認(rèn)真復(fù)習(xí)，梳理記錄好學(xué)習(xí)筆記；2.理解通信技術(shù)、現(xiàn)代通信技術(shù)、移動(dòng)通信技術(shù)、5G技術(shù)等概念，掌握相關(guān)的基礎(chǔ)知識；3.了解現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展歷程及未來趨勢；4.熟悉移動(dòng)通信技術(shù)中的傳輸技術(shù)、組網(wǎng)技術(shù)等；5.了解5G的應(yīng)用場景、基本特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)；6．掌握5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和部署特點(diǎn)，掌握5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)流程；7.了解藍(lán)牙、Wi-Fi、ZigBee、射頻識別、衛(wèi)星通信、光纖通信等現(xiàn)代通信技術(shù)的特點(diǎn)和應(yīng)用場景；8.了解現(xiàn)代通信技術(shù)與其他信息技術(shù)的融合發(fā)展。9.感受5G的魅力，激發(fā)對興趣，拓展視野和思維；10.通過小組學(xué)習(xí)，培養(yǎng)與人溝通、協(xié)同工作、口才表達(dá)等能力；11.完成單元考核評價(jià)中的相關(guān)任務(wù)。教師活動(dòng)1.介紹現(xiàn)代通信技術(shù)導(dǎo)入。3.介紹現(xiàn)代通信技術(shù)小節(jié)的學(xué)習(xí)任學(xué)生活動(dòng)2.積極思考，回答問題。3.明確本小節(jié)的學(xué)習(xí)任務(wù)4.思考記錄1.講授教學(xué)法，介紹現(xiàn)代通信技術(shù)概述、本節(jié)知識圖譜及學(xué)習(xí)任務(wù)，使學(xué)生了解本節(jié)教學(xué)內(nèi)容的全貌教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)二了解現(xiàn)代通信技術(shù)的基本知識(40分鐘)11.1認(rèn)知現(xiàn)代通信技術(shù)本節(jié)介紹現(xiàn)代通信技術(shù)的概念、發(fā)展歷史、技術(shù)基礎(chǔ)、特性、分類等，認(rèn)識現(xiàn)代通信技術(shù)的重要性，并對通信系統(tǒng)的組成有初步的了解。11.1.1現(xiàn)代通信技術(shù)的基本概念1.通信的概念（1）通信是什么？簡單來說，通信就是信息的傳遞。在人類社會里，為滿足生產(chǎn)和生活的需要，人們在進(jìn)行思想感情的交流以及知識的獲取等方面都離不開信息的傳遞。古代的烽火臺、金鼓、旌旗；當(dāng)今的書信、電報(bào)、電話、可視電話、電視等都是傳遞信息的方式。廣義地說，通信就是由一地向另一地傳遞信息。隨著人類社會文明、科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，通信所傳遞的信息形式越來越多，不僅有語言、符號、文字、音樂，還包括數(shù)據(jù)、圖片、圖像和文本等。實(shí)現(xiàn)這些消息的傳遞可采用各種各樣的通信方式，在諸多通信方式中，利用“電”來傳遞信息的通信方式—電通信，能使消息幾乎在任意通信距離上實(shí)現(xiàn)既迅速、有效，又準(zhǔn)確、可靠的傳遞，縮短了通信雙方的時(shí)間和距離的差異，因而得到飛速的發(fā)展及廣泛的應(yīng)用。電話、傳真、可視電話、數(shù)據(jù)傳輸、電視、廣播、雷達(dá)、遙測、遙控等均屬于“電”通信方式。（2）通信的類比案例—烽火戲諸侯烽火本是古代敵寇侵犯時(shí)的緊急軍事報(bào)警信號。由國都到邊鎮(zhèn)要塞，沿途都遍設(shè)烽火臺。西周為了防備犬戎的侵?jǐn)_，在鎬京附近的驪山（在今陜西臨潼東南）一帶修筑了20多座烽火臺，每隔幾里地就是一座。一旦犬戎進(jìn)襲，首先發(fā)現(xiàn)的哨兵立刻在臺上點(diǎn)燃烽火，鄰近烽火臺也相繼點(diǎn)火，向附近的諸侯報(bào)警。諸侯見了烽火，知道京城告急，天子有難，必須起兵勤王，趕來救駕。虢石父獻(xiàn)計(jì)令烽火臺平白無故點(diǎn)起烽火，招引諸侯前來白跑一趟，以此逗引褒姒發(fā)笑。古代的烽火臺如圖11-2所示。圖11-2烽火臺11.1.2現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展歷程古代人們通過人力、馬力、旗語、金屬的撞擊聲、鼓聲、書信等原始手段進(jìn)行消息的傳遞。現(xiàn)代通信主要通過電信號來傳遞信息?，F(xiàn)代通信始于1837年莫爾斯有線電報(bào)的誕生。在短短的一百八十多年間，現(xiàn)代通信技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。從早期的只能表示幾個(gè)字符的有線電報(bào)，到能夠互相對話的有線電話；從只能發(fā)送簡單話語的無線電報(bào)，到隨時(shí)隨地都能收到信息的傳呼機(jī)，再到能夠隨時(shí)隨地都能通信的手機(jī)；從真空管到晶體管，再到集成電路，通信設(shè)備從巨無霸變成了掌中寶；從簡單的手機(jī)語音通信，到現(xiàn)在的微信、視頻聊天、手機(jī)直播帶貨、手游電競；從第一代的手機(jī)“大哥大”，到直板手機(jī)霸主“諾基亞”，再到開創(chuàng)智能機(jī)時(shí)代的“蘋果”，現(xiàn)代通信技術(shù)的變化真可謂一日千里。最能體現(xiàn)現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展的技術(shù)便是移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，它與人們的生活息息相關(guān)，從最早的第一代移動(dòng)通信開始，我們便結(jié)識了“大哥大”手機(jī)，這種重量級的移動(dòng)電話，厚實(shí)笨重，狀如黑色磚頭，重量都在一斤以上，不僅可以用來打電話，更是一件防身的利器，1G是模擬制式的。第二代移動(dòng)通信是數(shù)字制式的，典型的技術(shù)是GSM，這個(gè)時(shí)代的王者是諾基亞，屬于直板機(jī)的天下。第三代移動(dòng)通信已是數(shù)字的，這一代主要是發(fā)展了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，2G的業(yè)務(wù)只能是語音業(yè)務(wù)，但到了3G，用戶就可以簡單的瀏覽一下網(wǎng)頁，但這時(shí)的網(wǎng)速還不行。第四代移動(dòng)通信在3G的基礎(chǔ)上有了很大的進(jìn)步，人們已經(jīng)可以通過手機(jī)在線聽音樂、看視頻、打游戲，可謂“4G改變生活”，確實(shí)是這樣，在4G的時(shí)代，智能手機(jī)也得到了飛速的發(fā)展?，F(xiàn)在，我們又迎來了第五代移動(dòng)通信，即5G。我們說“5G改變社會”，這一點(diǎn)已經(jīng)逐漸地呈現(xiàn)在我們眼前。5G包含三大應(yīng)用場景，即大帶寬、高可靠低延時(shí)、海量連接。5G會結(jié)合當(dāng)前的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能技術(shù)賦能所有行業(yè)。11.1.3現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)知識1.通信系統(tǒng)模型（1）通信系統(tǒng)一般模型通信系統(tǒng)是指完成信息傳輸過程的一切設(shè)備和傳輸媒質(zhì)。通信系統(tǒng)的一般模型如圖11-3所示，能實(shí)現(xiàn)消息從發(fā)送端送到接收端。圖11-3通信系統(tǒng)的一般模型圖11-3中，信源是消息的發(fā)源地，作用是把消息轉(zhuǎn)換成原始電信號；為了使這個(gè)原始電信號適合在信道中傳輸，即將信源與信道匹配起來，在發(fā)送端通過發(fā)送設(shè)備對其進(jìn)行某種變換后送入信道；信道是指信號的傳輸媒質(zhì)，可分為有線與無線兩大類；在接收端，接收設(shè)備的功能與發(fā)送設(shè)備的功能恰好相反，目的是從接收信號中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號，而信宿是傳輸消息的目的地，將原始電信號還原成相應(yīng)的消息；圖中的噪聲是信道中的噪聲以及分散在通信系統(tǒng)其他各處噪聲的集中表示。（2）模擬通信系統(tǒng)模型通信中傳輸?shù)南⒖煞謨纱箢悾阂活愂菭顟B(tài)連續(xù)變化的消息，稱為模擬消息，如語音、圖像等；另一類是狀態(tài)離散的消息，稱為數(shù)字消息，如符號、數(shù)據(jù)等。按照信道中傳輸信號的特征是模擬信號還是數(shù)字信號，可以把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。信道中傳輸模擬信號的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)，其模型如圖11-4所示。圖11-4模擬通信系統(tǒng)模型（3）數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)的模型如圖11-5所示。圖11-5中應(yīng)包含同步環(huán)節(jié)，但由于數(shù)字通信中有3種同步方式，且每種方式的位置又不是固定的，故圖中沒有示出。圖11-5數(shù)字通信系統(tǒng)模型圖8-5中，編碼和譯碼組成一對環(huán)節(jié)，編碼包括信源編碼和信道編碼。信源編碼的主要任務(wù)是提高數(shù)字信號傳輸?shù)挠行裕〝?shù)/模轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)壓縮。信道編碼的主要任務(wù)是提高數(shù)字信號傳輸?shù)目煽啃浴?shù)字調(diào)制與數(shù)字解調(diào)構(gòu)成一對環(huán)節(jié)，其作用與模擬通信系統(tǒng)中的調(diào)制與解調(diào)作用相同，不同的是這里的調(diào)制與解調(diào)的是數(shù)字信號。上述所列數(shù)字通信的有些環(huán)節(jié)（如編碼與譯碼、調(diào)制與解調(diào)）并不是必需的，它可根據(jù)不同的條件和要求決定是否采用。沒有調(diào)制器與解調(diào)器環(huán)節(jié)，直接傳輸基帶信號的數(shù)字通信系統(tǒng)稱為數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)。目前，無論是模擬通信還是數(shù)字通信，都是已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用的通信方式。綜合模擬通信和數(shù)字通信的各自特點(diǎn)，數(shù)字通信與模擬通信相比有以下優(yōu)點(diǎn)。①數(shù)字傳輸?shù)目乖肼暎纯垢蓴_）能力強(qiáng)，數(shù)字信號傳輸中可通過中繼再生消除噪聲的累積。②數(shù)字通信可以通過差錯(cuò)控制編碼技術(shù)，提高通信的可靠性。③便于利用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)對數(shù)字信息進(jìn)行處理。④數(shù)字信息易于加密，且保密性強(qiáng)。⑤數(shù)字通信可以傳遞各種消息（模擬的和離散的），使通信系統(tǒng)靈活性好、通用性強(qiáng)。⑥數(shù)字通信采用數(shù)字集成電路，具有體積小、重量輕、可靠性高及調(diào)整調(diào)試方便的優(yōu)點(diǎn)。但是，數(shù)字通信與模擬通信相比較為突出的缺點(diǎn)是其信號占有的頻帶寬。如一路模擬電話僅占4kHz帶寬，而一路數(shù)字電話要占20～64kHz的帶寬。然而由于毫米波通信和光纖通信的出現(xiàn)，帶寬問題得到解決，數(shù)字通信將逐步取代模擬通信。2.通信系統(tǒng)的分類及通信方式（1）通信系統(tǒng)的分類通信系統(tǒng)有多種分類方法，下面介紹常見的5種通信系統(tǒng)的分類方法。①按通信業(yè)務(wù)類型分類根據(jù)通信業(yè)務(wù)類型的不同，通信系統(tǒng)可分為電報(bào)通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)等。②按調(diào)制方式分類按照信道中傳輸?shù)男盘柺欠窠?jīng)過調(diào)制，可將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸和頻帶傳輸。③按信號特征分類按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，可相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)兩類。模擬通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖悄M信號，數(shù)字通信系統(tǒng)則傳輸數(shù)字信號。④按傳輸媒介分類按傳輸媒介，通信系統(tǒng)分為有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)。有線通信系統(tǒng)以傳輸纜線作為傳輸媒介，傳輸媒介包括電纜通信、光纖通信等；無線通信系統(tǒng)是無線電波在自由空間傳播信息，包括微波通信、衛(wèi)星通信等。⑤按信號復(fù)用方式分類按信號復(fù)用方式，通信系統(tǒng)又可分為頻分復(fù)用（FDM）、時(shí)分復(fù)用（TDM）和碼分復(fù)用（CDM）等系統(tǒng)。（2）通信方式通信系統(tǒng)中有多種通信方式，它可按不同的方法劃分如下。①按傳輸?shù)姆较蚺c時(shí)間關(guān)系劃分對于點(diǎn)對點(diǎn)的通信，按傳輸?shù)姆较蚺c時(shí)間關(guān)系，通信方式可分單工通信、半雙工通信及全雙工通信3種。單工通信是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?，如圖11-6（a）所示。例如廣播、電視、遙測等都是單工通信方式。半雙工通信是指通信的雙方都能收發(fā)信息，但各方不能同時(shí)進(jìn)行收發(fā)信息的通信方式，如圖11-6（b）所示。例如無線電對講機(jī)和普通無線電收發(fā)報(bào)機(jī)等是半雙工通信方式。全雙工通信是指通信的雙方都可同時(shí)收發(fā)信息的通信方式，如圖11-6（c）所示。例如普通電話、計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)等采用的就是全雙工通信方式。②按數(shù)字信號碼元排列方法劃分在數(shù)字通信中按數(shù)字信號碼元排列方法不同，可劃分為串行傳輸和并行傳輸兩種通信方式。串行傳輸是將數(shù)字信號碼元序列按時(shí)間順序一個(gè)接一個(gè)地在信道中傳輸，如圖11-7（a）所示，如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信。并行傳輸是將數(shù)字信號碼元序列分割成兩路或兩路以上的數(shù)字信號碼元序列同時(shí)在信道中傳輸，如圖11-7（b）所示。例如計(jì)算機(jī)和打印機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸。圖11-6各種通信方式圖11-7并行與串行傳輸方式串序傳輸方式只需一條通路，線路成本低，適合于長距離的通信；而并序傳輸方法需要多條通路，線路成本高，傳輸速度快，適合于短距離的通信。③按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分通信系統(tǒng)按照網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)劃分為專線和通信網(wǎng)兩類。點(diǎn)對點(diǎn)的通信是專線通信；多點(diǎn)間的通信屬網(wǎng)通信。網(wǎng)通信的基礎(chǔ)仍是點(diǎn)對點(diǎn)的通信。3.通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)設(shè)計(jì)和評價(jià)一個(gè)通信系統(tǒng)，往往要涉及許多性能指標(biāo),如系統(tǒng)的有效性、可靠性、適應(yīng)性、經(jīng)濟(jì)性、標(biāo)準(zhǔn)性及使用維護(hù)方便性等。這些指標(biāo)可從各個(gè)方面評價(jià)通信系統(tǒng)的性能，但從研究信息傳輸方面考慮，通信的有效性和可靠性是通信系統(tǒng)中最主要的性能指標(biāo)。有效性主要是指消息傳輸?shù)摹八俣取眴栴}，而可靠性主要是指消息傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。有效性和可靠性的要求是相互矛盾而又相互聯(lián)系的。提高有效性會降低可靠性，反之亦然。因此在設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)時(shí)，對二者應(yīng)統(tǒng)籌考慮。（1）模擬通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)在模擬通信系統(tǒng)中，有效性是利用消息傳輸速度（即單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘浚┗蛘哂行鬏旑l帶來衡量的。模擬通信系統(tǒng)的可靠性用接收機(jī)輸出端的信噪比（即輸出信號平均功率與噪聲平均功率的比值）來衡量。輸出信噪比越高，通信質(zhì)量越好，它除了與信號功率和噪聲功率的大小有關(guān)外，還與信號的調(diào)制方式有關(guān)。（2）數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)下面討論數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性和可靠性問題。①數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用碼元速率、信息速率及系統(tǒng)帶寬利用率這3個(gè)性能指標(biāo)來描述。A．碼元速率RB碼元速率RB又稱碼元傳輸速率或傳碼率。它被定義為每秒所傳送的碼元數(shù)目，單位為“波特（Baud）”，常用符號“B”或“Bd”表示。B．信息速率Rb信息速率Rb又稱信息傳輸速率或傳信率。它被定義為每秒所傳輸?shù)男畔⒘浚瑔挝粸椤氨忍?秒”，或記為bit/s（也可寫成bps）。由于每位二進(jìn)制數(shù)都包含有1bit的信息量，因此信息速率也就是每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元數(shù)。對于二進(jìn)制碼元的傳輸，碼元速率與信息速率相等即RB=Rb；而對于N進(jìn)制碼元的傳輸來說，由于每一位N進(jìn)制碼元可用log2N（N=2K，K Rb=RB對于不同進(jìn)制通信系統(tǒng)來說，碼元速率高的通信系統(tǒng)，其信息速率不一定高。因此在對它們的傳輸速度進(jìn)行比較時(shí)，不能直接比較碼元速率，需將碼元速率換算成信息速率后再進(jìn)行比較。C．系統(tǒng)的頻帶利用率在比較兩個(gè)通信系統(tǒng)的有效性時(shí)，僅從傳輸速率上看是不夠的，還應(yīng)考察系統(tǒng)所使用頻帶的大小。這是因?yàn)橄戕r(nóng)定理指出通信系統(tǒng)的頻帶影響傳輸信息的能力。衡量系統(tǒng)效率的另一個(gè)指標(biāo)是系統(tǒng)頻帶的利用率。通信系統(tǒng)的頻帶利用率定義為每秒在單位頻帶上傳輸?shù)男畔⒘浚瑔挝粸楸忍?秒·赫茲或記為bit/s·Hz。不同的調(diào)制方式具有不同的頻帶利用率，如二進(jìn)制振幅調(diào)制系統(tǒng)頻帶利用率為1/2。系統(tǒng)的頻帶利用率越高，其有效性發(fā)揮得越好。②數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性由于在數(shù)字通信系統(tǒng)中（尤其是信道中）存在干擾，接收到的數(shù)字碼元可能會發(fā)生錯(cuò)誤，而使通信的可靠性受到影響。數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)主要用誤碼率Pe或誤信率PA．誤碼率P誤碼率是指通信過程中，系統(tǒng)傳錯(cuò)碼元的數(shù)目與所傳輸?shù)目偞a元數(shù)目之比，也就是傳錯(cuò)碼元的概率，即 （1.2）B．誤信率P誤信率又稱誤比特率，是指錯(cuò)誤接收的信息量（傳錯(cuò)的比特?cái)?shù)）與傳輸?shù)目傂畔⒘浚▊鬏數(shù)目偙忍財(cái)?shù)）的比，即 （1.3）顯然，在二進(jìn)制通信系統(tǒng)中有Pe=P通信系統(tǒng)中存在誤碼是不可避免的。不同的應(yīng)用場合對誤碼率的要求也不一樣，如數(shù)字電話通信中誤碼率在10-3教師活動(dòng)1.講授現(xiàn)代通信技術(shù)的概念、定義技術(shù)特性及分類。2.介紹通信的類比案例--烽火戲諸侯的故事，通過討論分析，進(jìn)一步加深對通信的理解。學(xué)生活動(dòng)2.積極思考，回答問題。3.參與互動(dòng)討論，理解通信的概念。1.講授教學(xué)法，介紹通信的概念、定義技術(shù)特性及分類，使學(xué)生了解通信的概念。2.案例教學(xué)法，介紹通信的類比案例--烽火戲諸侯的故事，互動(dòng)討論通信的含義，促進(jìn)學(xué)生對通信的理解。教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)三5G的應(yīng)用場景、基本特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)(55分鐘)11.2認(rèn)知移動(dòng)通信技術(shù)移動(dòng)通信是通信領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的一種通信方式。它是當(dāng)今信息社會中最具個(gè)性化特征的通信手段。它的發(fā)展與普及改變了社會，也改變了人類的生活方式。移動(dòng)通信，顧名思義其最本質(zhì)的特征是＂移動(dòng)”二字，這類通信有別于傳統(tǒng)靜態(tài)的固定式通信，而是動(dòng)態(tài)的移動(dòng)式通信。移動(dòng)通信從2G、3G、3.9G、4G到5G的發(fā)展過程，是從低速語音業(yè)務(wù)到高速多媒體業(yè)務(wù)發(fā)展的過程。移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展和演進(jìn)過程如圖11-8所示。 圖11-8移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展和演進(jìn)過程2G：第二代數(shù)字蜂窩通信系統(tǒng)，20世紀(jì)80年代末開發(fā)，全數(shù)字化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了通話質(zhì)量和系統(tǒng)容量的提升，開啟了全球化的移動(dòng)通信時(shí)代，主要代表有GSM系統(tǒng)和CDMA。3G：第三代移動(dòng)通信技術(shù)，移動(dòng)多媒體蜂窩通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無線通信和國際互聯(lián)網(wǎng)融合，提供語音、圖像、音樂、視頻等各種多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，要求提供2Mbit/s標(biāo)準(zhǔn)用戶速率（室內(nèi)）或144kbit/s速率（高速移動(dòng)）。目前，3G標(biāo)準(zhǔn)有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA（由中國制定的3G標(biāo)準(zhǔn)）以及WiMAX（802.16系列標(biāo)準(zhǔn)）共4個(gè)。4G：第四代移動(dòng)通信技術(shù)，寬帶大容量的高速蜂窩系統(tǒng)，支持100～150Mbit/s下行網(wǎng)絡(luò)帶寬，提供交互多媒體，高質(zhì)量影像、3D動(dòng)畫和寬帶互聯(lián)網(wǎng)接入等業(yè)務(wù)，用戶體驗(yàn)最大能達(dá)到20Mbit/s下行速率。LTE：長期演進(jìn)（LongTermEvolution,LTE）是3GPP組織主導(dǎo)的新一代無線通信系統(tǒng)，也稱為演進(jìn)的UTRAN（EvolvedUTRAandUTRAN）研究項(xiàng)目，全面支撐高性能數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，“未來10年或者更長時(shí)間內(nèi)保持競爭力”。3GPP的LTE標(biāo)準(zhǔn)在無線接入側(cè)分為LTEFDD和TD-LTE。5G：第五代移動(dòng)通信技術(shù)是具有高速率、低時(shí)延和大連接特點(diǎn)的寬帶移動(dòng)通信技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)人機(jī)物互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。11.2.1傳輸技術(shù)隨著移動(dòng)通信的飛速發(fā)展，傳輸技術(shù)也在不斷的更新，從早期的模擬調(diào)制到現(xiàn)在的數(shù)字調(diào)制，從單一的頻分多址到多種多址技術(shù)的融合，從CDMA到OFDM的改變，凡此種種均顯示著移動(dòng)通信的蓬勃活力。1.多址技術(shù)多址技術(shù)使眾多的用戶共用公共的通信線路。為使信號多路化而實(shí)現(xiàn)多址的方法基本上有三種，它們分別采用頻率、時(shí)間或代碼分隔的多址連接方式，即人們通常所稱的頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）三種接入方式。圖11-9用模型表示了這三種方法簡單的一個(gè)概念。圖11-9三種多址方式概念示意圖FDMA是以不同的頻率信道實(shí)現(xiàn)通信的，TDMA是以不同的時(shí)隙實(shí)現(xiàn)通信的，CDMA是以不同的代碼序列實(shí)現(xiàn)通信的。（1）頻分多址（FDMA）頻分，有時(shí)也稱之為信道化，就是把整個(gè)可分配的頻譜劃分成許多單個(gè)無線電信道（發(fā)射和接收載頻對），每個(gè)信道可以傳輸一路話音或控制信息。在系統(tǒng)的控制下，任何一個(gè)用戶都可以接入這些信道中的任何一個(gè)。模擬蜂窩系統(tǒng)是FDMA結(jié)構(gòu)的一個(gè)典型例子，數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中也同樣可以采用FDMA，只是不會采用純頻分的方式，比如GSM系統(tǒng)就采用了FDMA。（2）時(shí)分多址（TDMA）時(shí)分多址是在一個(gè)寬帶的無線載波上，按時(shí)間（或稱為時(shí)隙）劃分為若干時(shí)分信道，每一用戶占用一個(gè)時(shí)隙，只在這一指定的時(shí)隙內(nèi)收（或發(fā)）信號，故稱為時(shí)分多址。此多址方式在數(shù)字蜂窩系統(tǒng)中采用，GSM系統(tǒng)也采用了此種方式。（3）碼分多址（CDMA）碼分多址是一種利用擴(kuò)頻技術(shù)所形成的不同的碼序列實(shí)現(xiàn)的多址方式。它不像FDMA、TDMA那樣把用戶的信息從頻率和時(shí)間上進(jìn)行分離，它可在一個(gè)信道上同時(shí)傳輸多個(gè)用戶的信息，也就是說，允許用戶之間的相互干擾。其關(guān)鍵是信息在傳輸以前要進(jìn)行特殊的編碼，編碼后的信息混合后不會丟失原來的信息。2.OFDMOFDM的基本原理是將高速的數(shù)據(jù)流分解為多路并行的低速數(shù)據(jù)流，在多個(gè)載波上同時(shí)進(jìn)行傳輸。對于低速并行的子載波而言，由于符號周期展寬，多徑效應(yīng)造成的時(shí)延擴(kuò)展相對變小。當(dāng)每個(gè)OFDM符號中插人一定的保護(hù)時(shí)間后，碼間干擾幾乎就可以忽略。OFDM技術(shù)具有抗衰落能力強(qiáng)、頻率利用率高、適合高速數(shù)據(jù)傳輸、抗碼間干擾（ISI）能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。如圖11-10是一個(gè)典型的OFDM符號示意圖，從中看到處于正交狀態(tài)的子載波。圖11-10一個(gè)典型的OFDM符號示意圖11.2.2組網(wǎng)技術(shù)20世紀(jì)70年代，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室提出了蜂窩網(wǎng)概念，使移動(dòng)通信正式走向商用化。移動(dòng)通信網(wǎng)利用蜂窩小區(qū)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了頻率的空間復(fù)用，從而大大提高了系統(tǒng)的容量。蜂窩的概念也真正解決了公用移動(dòng)通信系統(tǒng)要求容量大與有限的無線頻率資源之間的矛盾。1.頻率再用在服務(wù)區(qū)面積一定的情況下，蜂窩狀的正六邊形重疊面積最小，最接近理想的天線覆蓋圓形區(qū)。因此，人們選用無縫隙的正六邊形蜂窩為移動(dòng)通信的小區(qū)，并稱它為蜂窩網(wǎng)。移動(dòng)通信網(wǎng)中蜂窩區(qū)群結(jié)構(gòu)與組成：在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，為了避免干擾，顯然相鄰近小區(qū)不能采用相同的信道，若想要實(shí)現(xiàn)同一信道在服務(wù)區(qū)內(nèi)重復(fù)使用，同信道小區(qū)之間應(yīng)有足夠的空間隔離距離。滿足空間隔離距離的區(qū)域稱為空間復(fù)用區(qū)，而在同一個(gè)空間復(fù)用區(qū)內(nèi)的小區(qū)組成了一個(gè)蜂窩區(qū)群，且只有在不同的區(qū)群間的小區(qū)才能實(shí)現(xiàn)信道再用。區(qū)群組成的基本條件：區(qū)群之間可以互相鄰接，且無縫隙、無重疊地進(jìn)行覆蓋；相互鄰接的區(qū)群應(yīng)保證各個(gè)相鄰?fù)诺佬^(qū)之間的距離相等。蜂窩頻率再用思想如圖8-11所示。圖11-11蜂窩頻率再用思想示意圖若小區(qū)群的大小N=7，頻率再用因子為1/7，因?yàn)槊總€(gè)小區(qū)都要包含可用信道總數(shù)的1/7。當(dāng)用六邊形來模擬覆蓋時(shí)，基站發(fā)射機(jī)安置在小區(qū)中心或6個(gè)小區(qū)頂點(diǎn)中的3個(gè)之上，前者稱為中心激勵(lì)小區(qū)，后者稱為頂點(diǎn)激勵(lì)小區(qū)。通常，全向天線用于中心激勵(lì)小區(qū)，而扇形天線用于頂點(diǎn)激勵(lì)小區(qū)。2.信道分配策略信道分配策略是指一種能實(shí)現(xiàn)既增如用戶容量又以減少干擾為目標(biāo)的頻率再用方案。信道分配策略可以分為兩類：固定的和動(dòng)態(tài)的。所謂固定的信道分配策略是指給每一個(gè)小區(qū)分配一組事先確定好的語音信道。小區(qū)中的任何呼叫都只能使用該小區(qū)中的空閑信道。如果該小區(qū)中的所有信道都已被占用，則呼叫阻塞，用戶得不到服務(wù)。所謂動(dòng)態(tài)的信道分配策略是指語音信道不是固定地分配給每個(gè)小區(qū)，而是在每次呼叫請求到來時(shí)，為它服務(wù)的基站就向MSC請求一個(gè)信道。3.切換策略和位置管理當(dāng)一個(gè)移動(dòng)用戶（MS）在通話過程中從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)時(shí)，MSC將該MS連接控制也從一個(gè)小區(qū)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)小區(qū)。這種將正在通話狀態(tài)的MS轉(zhuǎn)移到新的業(yè)務(wù)信道上（新的小區(qū)）的過程稱為“切換”（Handover）。因此，切換的目的是實(shí)現(xiàn)蜂窩移動(dòng)通信的“無縫隙”覆蓋，即當(dāng)MS從一個(gè)小區(qū)移動(dòng)到另一個(gè)小區(qū)時(shí)，保證通信的連續(xù)性。切換處理在任何蜂窩無線系統(tǒng)中都是一項(xiàng)重要任務(wù)。在小區(qū)內(nèi)分配空閑信道時(shí)，許多切策略都使切換請求優(yōu)先于呼叫請求。切換必須順利完成，并且盡可能少的出現(xiàn)，同時(shí)要使用戶覺察不到。為了適應(yīng)這些要求，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者必須要指定一個(gè)啟動(dòng)切換的最恰當(dāng)?shù)男盘枏?qiáng)度。在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，用戶可以在系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)任意移動(dòng)，為了能把一個(gè)呼叫傳送到隨機(jī)移動(dòng)的用戶，必須有一個(gè)高效的位置管理系統(tǒng)來跟蹤用戶位置變化。位置管理包括位置登記和位置傳遞。所謂位置登記，是通信網(wǎng)為了跟蹤移動(dòng)臺的位置變化，而對其位置信息進(jìn)行登記、刪除和更新的過程。位置傳遞指在有呼叫給移動(dòng)臺時(shí)，根據(jù)原籍位置寄存器（HLR）和訪問位置寄存器（VLR）中的位置信息來確定移動(dòng)臺。4.干擾與系統(tǒng)容量 干擾是影響蜂窩無線系統(tǒng)性能的主要因素。干擾是增加容量的一個(gè)瓶頸，而且常常會導(dǎo)致掉話。蜂窩系統(tǒng)的兩種主要干擾是同頻干擾和鄰頻干擾。（1）同頻干擾頻率再用意味著在一個(gè)給定的覆蓋區(qū)域內(nèi)，存在著許多使用同一組頻率的小區(qū)。這些小區(qū)稱為同頻小區(qū)、這些小區(qū)之間的干擾稱為同頻干擾。（2）鄰頻干擾所謂鄰頻干擾是指來自使用信號頻率的相鄰頻率的信號干擾。鄰頻干擾是由于接收濾波器不理想，便得相鄰頻率的信號泄露到傳輸帶寬內(nèi)而引起的。5.功率控制減少干擾在實(shí)際的蜂窩無線電和個(gè)人通信系統(tǒng)中，每個(gè)用戶所發(fā)射的功率一直在當(dāng)前服務(wù)基站的控制之下。這是為了保證每個(gè)用戶所發(fā)射的功率都是所需的最小功率，以保持反向信道鏈路的良好質(zhì)量。功率控制不僅有利于延長用戶設(shè)備的電池壽命，而且可以顯著減少系統(tǒng)中反向信道的信干比（S/I）。功率控制對于CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)來說尤為重要。11.3認(rèn)知第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）移動(dòng)通信在飛速發(fā)展，而第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5thgenerationmobilenetworks或5thgenerationwirelesssystems，簡稱5G）作為最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，在第四代移動(dòng)通信技術(shù)的基礎(chǔ)上做出了革命性的改變?！?G改變生活，5G改變社會”。5G的性能目標(biāo)是高數(shù)據(jù)速率、減少延遲、節(jié)省能源、降低成本、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設(shè)備連接。隨著對5G應(yīng)用的深入，一個(gè)全移動(dòng)和全連接的數(shù)字化社會正在到來。11.3.1什么是5G5G作為一種新型移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，不僅要解決人與人通信，為用戶提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、超高清(3D)視頻等更加身臨其境的極致業(yè)務(wù)體驗(yàn)，更要解決人與物、物與物通信問題，滿足移動(dòng)醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求。2015年10月26日至30日，在瑞士日內(nèi)瓦召開的2015無線電通信全會上，國際電信聯(lián)盟無線電通信部門（ITU-R）正式批準(zhǔn)了3項(xiàng)有利于推進(jìn)未來5G研究進(jìn)程的決議，并正式確定了5G的法定名稱是“IMT-2020”。2016年6月27日，3GPP在3GPP技術(shù)規(guī)范組（TechnicalSpecificationsGroups,TSG）第72次全體會議上就5G標(biāo)準(zhǔn)的首個(gè)版本——R15的詳細(xì)工作計(jì)劃達(dá)成一致。2017年12月21日，在國際電信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPPRAN的第78次全體會議上，5GNSA標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)，這是全球第一個(gè)可商用部署的5G標(biāo)準(zhǔn)。2018年6月14日，3GPPTSG第80次全體會議批準(zhǔn)了5GSA標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)。此次SA標(biāo)準(zhǔn)的凍結(jié)，不僅使5GNR具備了獨(dú)立部署的能力，還帶來了全新的端到端新架構(gòu)，賦能企業(yè)級客戶和垂直行業(yè)的智慧化發(fā)展，為運(yùn)營商和產(chǎn)業(yè)合作伙伴帶來了新的商業(yè)模式，開啟了一個(gè)全連接的新時(shí)代。關(guān)于5G協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)劃路線如圖11-12所示。圖11-125G協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)劃路線11.3.25G的基本特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)為了滿足未來不同業(yè)務(wù)應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)能力的要求，ITU定義了5G的八大能力目標(biāo)，分別為峰值速率達(dá)到10Gbit/s、用戶體驗(yàn)速率達(dá)到100Mbit/s、頻譜效率是IMT-A的3倍、移動(dòng)性達(dá)到500km/h、空口時(shí)延達(dá)到1ms、連接數(shù)密度達(dá)到106個(gè)設(shè)備/km2、網(wǎng)絡(luò)功耗效率是IMT-A的100倍、區(qū)域流量能力達(dá)到5G網(wǎng)絡(luò)相比于傳統(tǒng)的2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)，能夠提供更高的速率、更低的時(shí)延及更大的連接數(shù)。那么它是如何實(shí)現(xiàn)的呢？顯然，這與5G網(wǎng)絡(luò)采用的關(guān)鍵技術(shù)是分不開的。5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代面臨三大挑戰(zhàn)，分別是超大速率、超大連接、超低時(shí)延，故此5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)也分為三大類，分別是提高速率、降低時(shí)延和提升覆蓋這三大類關(guān)鍵技術(shù)。1.提高速率技術(shù)（1）大規(guī)模天線技術(shù)MassiveMIMO通過在基站側(cè)安裝大量天線陣子，實(shí)現(xiàn)不同天線同時(shí)收發(fā)數(shù)據(jù)，通過空間復(fù)用技術(shù)在相同的時(shí)頻資源上同時(shí)復(fù)用更多用戶，可以大幅度提高頻譜的效率，最終提升小區(qū)峰值速率。（2）高階調(diào)制技術(shù)3GPP在Release12階段提出了256正交幅度調(diào)制（QuadratureAmplitudeModulation,QAM）技術(shù)，相比于之前的64QAM調(diào)制技術(shù)，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送的信息量比64QAM調(diào)制技術(shù)提高了三分之一，從而實(shí)現(xiàn)提高空口速率的目的。（3）改進(jìn)型正交頻分復(fù)用技術(shù)基于子帶濾波的正交頻分復(fù)用（FilteredOrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,F-OFDM）技術(shù)通過優(yōu)化濾波器、數(shù)字預(yù)失真（DigitalPre-Distortion,DPD）、射頻等通道處理，有效地提高系統(tǒng)帶寬的頻譜利用率及峰值速率。2.降低時(shí)延技術(shù)（1）時(shí)隙調(diào)度技術(shù)LTE系統(tǒng)中采用的是子幀級調(diào)度，每個(gè)調(diào)度周期為1ms。在5G系統(tǒng)中，每個(gè)子幀的長度與LTE相同，都是1ms，每個(gè)子幀又根據(jù)參數(shù)設(shè)定分為若干個(gè)時(shí)隙。為了降低調(diào)度時(shí)延，5G系統(tǒng)的空口采用了時(shí)隙級調(diào)度，每個(gè)調(diào)度周期為單個(gè)時(shí)隙，從而達(dá)到了降低空口時(shí)延的效果。（2）免調(diào)度技術(shù)由于調(diào)度存在環(huán)回時(shí)間（RoundTripTime,RTT），為了降低這個(gè)時(shí)延，5G系統(tǒng)中針對時(shí)延敏感的業(yè)務(wù)提出了免調(diào)度技術(shù)，免調(diào)度接入能免去整個(gè)接入流程，是實(shí)現(xiàn)超低時(shí)延接入的一個(gè)重要方向。（3）設(shè)備到設(shè)備技術(shù)設(shè)備到設(shè)備（Device-to-Device,D2D）通信是一種在蜂窩系統(tǒng)控制下，通過復(fù)用小區(qū)資源實(shí)現(xiàn)終端直接通信的新型技術(shù)，它能夠增加蜂窩通信系統(tǒng)的頻譜效率，降低終端發(fā)射功率，在一定程度上緩解無線通信系統(tǒng)頻譜資源匱乏的問題。3.提升覆蓋技術(shù)（1）上下行解耦技術(shù)5G上下行解耦定義了新的頻譜配對方式，使下行數(shù)據(jù)在3.5GHz/4.9GHz等較高頻段上傳輸，上行數(shù)據(jù)在1.8GHz/2.1GHz等較低頻段上傳輸，從而達(dá)到提升上行覆蓋的效果。（2）雙連接技術(shù)為了在跨站場景下提供更高的業(yè)務(wù)速率，提升終端用戶體驗(yàn)，3GPP在R12階段提出了雙連接（DualConnectivity,DC）特性，支持在兩個(gè)基站間通過分流傳輸，從而達(dá)到了提升上行覆蓋的效果。11.3.35G的應(yīng)用場景5G有三大類應(yīng)用場景，分別是：增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（enhancedMobileBroadband，eMBB）、超高可靠低時(shí)延通信（ultraReliableandLowLatencyCommunication，uRLLC）、海量機(jī)器類通信（massiveMachineTypeofCommunication，mMTC）。具體包括：Gbps移動(dòng)寬帶數(shù)據(jù)接入、智慧家庭、智能建筑、語音通話、智慧城市、三維立體視頻、超高清晰度視頻、云工作、云娛樂、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、行業(yè)自動(dòng)化、緊急任務(wù)應(yīng)用、自動(dòng)駕駛汽車等。eMBB最直觀的表現(xiàn)就是網(wǎng)速的翻倍提升，超高的傳輸數(shù)據(jù)速率。在5G下，我們可以輕松看在線2K/4K視頻和AR/VR，峰值速度可以達(dá)到10Gbps。uRLLC，其對時(shí)延的要求很高，主往要達(dá)到1ms級別。它應(yīng)用在車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療等特殊行業(yè)。mMTC依靠5G強(qiáng)大的連接能力，促進(jìn)垂直行業(yè)融合。萬物互聯(lián)下，我們依靠身邊的各類傳感器和終端能構(gòu)建一個(gè)智能化的生活。在這個(gè)場景下，數(shù)據(jù)的速率較低而且時(shí)延要求也不高，布局的終端成本會更加低，同時(shí)要求有長續(xù)航和可靠性。教師活動(dòng)講授5G的應(yīng)用場景、基本特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。學(xué)生活動(dòng)2.積極思考，回答問題。3.了解5G的應(yīng)用場景、基本特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)。講授教學(xué)法，通過講解5G的應(yīng)用場景、基本特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)，使學(xué)生理解5G的應(yīng)用場景、基本特點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)四5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和部署特點(diǎn)，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)流程(30分鐘)11.3.45G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和部署特點(diǎn)第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為無線接入網(wǎng)、承載網(wǎng)和核心網(wǎng)三部分，如圖11-13所示。圖11-135G通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)1.無線接入網(wǎng)在無線接入網(wǎng)環(huán)節(jié)，主要設(shè)備就是5G基站，即gNodeB。當(dāng)前，無線接入網(wǎng)的組網(wǎng)方式主要有：集中式無線接入網(wǎng)（CRAN）和分布式無線接入網(wǎng)（DRAN）。CRAN場景下，BBU集中部署后與AAU之間采用光纖連接，距離較遠(yuǎn)。DRAN場景下，BBU和AAU共站，距離較近，采用光纖直連方案。未來無線側(cè)也會向云化方向演進(jìn)，BBU會分解為CU和DU。2.承載網(wǎng)5G承載網(wǎng)主要是利用PTN、OTN等光傳輸設(shè)備形成一個(gè)IP數(shù)據(jù)承載網(wǎng)，通過IP路由協(xié)議、故障檢測技術(shù)等實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的邏輯功能。5G承載網(wǎng)的結(jié)構(gòu)可以從物理層面和邏輯層面兩個(gè)維度劃分。從物理層面劃分，5G承載網(wǎng)可分為前傳網(wǎng)、中傳網(wǎng)和回傳網(wǎng)。從邏輯層面劃分，5G承載網(wǎng)可分為管理平面、控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面。3.核心網(wǎng)5G核心網(wǎng)的主要功能是提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、運(yùn)營商計(jì)費(fèi)操作和針對不同業(yè)務(wù)場景的策略控制。核心網(wǎng)一般有三類數(shù)據(jù)中心（DataCenter，DC），它們分別是：中心DC、區(qū)域DC和邊緣DC。5G核心網(wǎng)主要用于控制和承載分離，核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元和一些運(yùn)營支撐服務(wù)器等部署在中心DC中，如接入和移動(dòng)性管理功能（AMF）、會話管理功能（SMF）、用戶面功能（UPF）、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理功能（UDMF）等。根據(jù)業(yè)務(wù)需要，核心網(wǎng)用戶面網(wǎng)元可以部署在區(qū)域DC和邊緣DC中。11.3.55G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)流程5G網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)初期，5G網(wǎng)絡(luò)可以利用現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)接入核心網(wǎng)，快速在熱點(diǎn)地區(qū)提供5G的高速業(yè)務(wù)服務(wù)，降低5G的部署難度和門檻，這就是所謂的非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA）模式。但NSA組網(wǎng)模式只能支持5G網(wǎng)絡(luò)中的eMBB業(yè)務(wù)，如果要實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)中的三大類應(yīng)用場景，就必須要用獨(dú)立組網(wǎng)（SA）模式，后期5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)將逐步向SA組網(wǎng)模式過渡。NSA組網(wǎng)與SA組網(wǎng)的關(guān)鍵區(qū)別在于其控制面錨點(diǎn)是在4G基站eNodeB側(cè)還是在5G基站gNodeB側(cè)。在NSA組網(wǎng)模式下，控制面錨點(diǎn)在eNodeB側(cè)，主要有Option3系列和Option7系列。在SA組網(wǎng)模式下，控制錨點(diǎn)在gNodeB側(cè)，主要有Option4系列和Option2系列。非獨(dú)立組網(wǎng)模式如圖11-14所示，獨(dú)立組網(wǎng)模式如圖11-15所示。圖11-14非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA）模式圖11-15獨(dú)立組網(wǎng)（SA）模式5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)一般分三個(gè)階段：立項(xiàng)階段、實(shí)施階段和驗(yàn)收投產(chǎn)階段。5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)實(shí)施流程如圖11-16所示。圖11-165G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)工程建設(shè)實(shí)施流程1.立項(xiàng)階段項(xiàng)目建議書：凡列入長期計(jì)劃或建設(shè)前期工作計(jì)劃的項(xiàng)目，應(yīng)該有批準(zhǔn)的項(xiàng)目建議書。各部門、各地區(qū)、各企業(yè)根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的長遠(yuǎn)規(guī)劃、行業(yè)規(guī)劃、地區(qū)規(guī)劃等要求，經(jīng)過調(diào)查、預(yù)測、分析，提出項(xiàng)目建議書?？尚行匝芯浚嚎尚行匝芯康闹饕康氖菍?xiàng)目在技術(shù)上是否可行和經(jīng)濟(jì)上是否合理進(jìn)行科學(xué)的分析和論證。2.實(shí)施階段初步設(shè)計(jì)：根據(jù)批準(zhǔn)的可行性研究報(bào)告，以及有關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，并通過現(xiàn)場勘察工作取得可靠的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料后進(jìn)行編制的。年度計(jì)劃：基本建設(shè)撥款計(jì)劃、設(shè)備和主材（采購）儲備貸款計(jì)劃、工期組織配合計(jì)劃等。施工準(zhǔn)備：制定建設(shè)工程管理制度，落實(shí)管理人員；匯總擬采購設(shè)備、主材的技術(shù)資料；落實(shí)施工和生產(chǎn)物資的供貨來源；落實(shí)施工環(huán)境的準(zhǔn)備工作，如：征地、拆遷、“三通一平”（水、電、路通和平整土地）等。施工圖設(shè)計(jì)：施工圖設(shè)計(jì)文件應(yīng)根據(jù)批準(zhǔn)的初步設(shè)計(jì)文件和主要設(shè)備訂貨合同進(jìn)行編制。施工招標(biāo)或委托：施工招標(biāo)是建設(shè)單位將建設(shè)工程發(fā)包，鼓勵(lì)施工企業(yè)投標(biāo)競爭，從中評定出技術(shù)、管理水平高、信譽(yù)可靠且報(bào)價(jià)合理的中標(biāo)企業(yè)。開工報(bào)告：經(jīng)施工招標(biāo)，簽訂承包合同后，建設(shè)單位在落實(shí)了年度資金撥款、設(shè)備和主材的供貨及工程管理組織，建設(shè)項(xiàng)目于開工前一個(gè)月由建設(shè)單位會同施工單位向主管部門提出開工報(bào)告。施工：按前期準(zhǔn)備進(jìn)行施工。3.驗(yàn)收投產(chǎn)階段初步驗(yàn)收：通常是指單項(xiàng)工程完工后，為檢驗(yàn)單項(xiàng)工程各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求的程序。試運(yùn)轉(zhuǎn)：由建設(shè)單位負(fù)責(zé)組織，對設(shè)備、系統(tǒng)的性能、功能和各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)以及設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量等進(jìn)行全面考核?？⒐を?yàn)收：是全面考核建設(shè)成果、檢驗(yàn)設(shè)計(jì)和工程質(zhì)量是否符合要求，審查投資使用是否合理的重要步驟。教師活動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和部署特點(diǎn)，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)流程。學(xué)生活動(dòng)2.積極思考，回答問題。3.了解5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和部署特點(diǎn)，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)流程。4.思考記錄1.講授教學(xué)法，通過講解5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和部署特點(diǎn)，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)流程，使學(xué)生掌握5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和部署特點(diǎn)，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)流程。環(huán)節(jié)五了解其他常見的現(xiàn)代通信技術(shù)30分鐘)11.4了解其他常見的現(xiàn)代通信技術(shù)其他常見的現(xiàn)代通信技術(shù)有藍(lán)牙、Wi-Fi、ZigBee、射頻識別、衛(wèi)星通信、光纖通信等，下面我們就依次來了解一下。11.4.1藍(lán)牙技術(shù)1.什么是藍(lán)牙技術(shù)藍(lán)牙技術(shù)的目的是利用短距離、低成本的無線多媒體通信技術(shù)在小范圍內(nèi)將各種移動(dòng)通信設(shè)備、固定通信設(shè)備、計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備、各種數(shù)字系統(tǒng)（包括數(shù)字照相機(jī)、數(shù)字?jǐn)z影機(jī)等）甚至家用電器連接起來，實(shí)現(xiàn)無縫的資源共享。藍(lán)牙技術(shù)的實(shí)質(zhì)是要建立通用的無線空中接口及其控制軟件的公開標(biāo)準(zhǔn)，使通信和計(jì)算機(jī)進(jìn)一步結(jié)合，使不同廠家生產(chǎn)的便攜式設(shè)備可以在沒有電線或電纜相互連接的情況下，能在近距離范圍內(nèi)具有互用、互操作的性能。它的一般連接范圍為10厘米到10米之間；如果增加傳輸功率，其連接范圍可以擴(kuò)展到100米。2.藍(lán)牙技術(shù)的特點(diǎn)藍(lán)牙技術(shù)有如下特點(diǎn)：工作頻率及抗干擾性；使用方便“即插即用”；支持語音；無需基站；尺寸小、功耗低；多路多方向鏈接；保密性。3.藍(lán)牙技術(shù)的應(yīng)用場景藍(lán)牙技術(shù)產(chǎn)品的典型應(yīng)用場景有家用無線連網(wǎng)、移動(dòng)辦公和會議演講、個(gè)人局域網(wǎng)、Internet接入服務(wù)和移動(dòng)電子商務(wù)等。11.4.2Wi-Fi技術(shù)1.什么是Wi-Fi技術(shù)Wi-Fi的英文全稱是WirelessFidelity，也就是無線保真，它實(shí)現(xiàn)了個(gè)人電腦、PDA、手機(jī)等移動(dòng)終端的無線互連通信。Wi-Fi既是一種無線互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，更是一種由Wi-Fi聯(lián)盟所持有的一個(gè)無線網(wǎng)路通信技術(shù)的品牌，目的主要是改善IEEE802.11無線設(shè)備之間的互通性。通常使用IEEE802.11系列協(xié)議的局域網(wǎng)就稱為Wi-Fi。2.Wi-Fi技術(shù)的發(fā)展歷程下面，我們就來看一下Wi-Fi技術(shù)的發(fā)展歷程。從1997年推出802.11協(xié)議至今，已經(jīng)過去大約25年，Wi-Fi速率的變化可謂日新月異，發(fā)生了翻天覆地的變化。從最早的網(wǎng)頁瀏覽到現(xiàn)如今的在線高清視頻觀看，傳輸速率已經(jīng)有了千倍以上的增長。3.Wi-Fi技術(shù)的典型組網(wǎng)模式利用Wi-Fi技術(shù)可構(gòu)建無線局域網(wǎng)（WLAN）,構(gòu)建WLAN的典型拓?fù)溆袃煞N，一種是由胖AP獨(dú)立組網(wǎng)的小型WLAN，一種是由無線網(wǎng)絡(luò)控制器AC和若干瘦AP聯(lián)合組網(wǎng)的中大型WLAN。那么，什么是胖AP，什么是瘦AP呢？所謂胖AP，就是指功能比較復(fù)雜，能獨(dú)立進(jìn)行WLAN管理的AP。所謂瘦AP,就是指功能比較單一，只能進(jìn)行無線收發(fā)的AP。大家可以思考一下，為什么中大型網(wǎng)絡(luò)只能用無線網(wǎng)絡(luò)控制器AC和若干瘦AP聯(lián)合組網(wǎng)的模式呢？主要原因是方便與部署與管理，作為網(wǎng)絡(luò)管理人員，只需要在無線網(wǎng)絡(luò)控制器AC上進(jìn)行配置，將配置信息整體下發(fā)給瘦AP，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行整體調(diào)試，這樣既節(jié)省人力，又可以達(dá)到較好的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，可謂一舉兩得。11.4.3ZigBee技術(shù)1.什么是ZigBee技術(shù)ZigBee技術(shù)是一種低復(fù)雜度、低功耗、低速率、低成本、短距離的雙向無線通信技術(shù)。ZigBee建立在IEEE802.15.4的無線通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)之上。主要由IEEE802.15.4小組和ZigBee聯(lián)盟兩個(gè)組織負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定。ZigBee標(biāo)準(zhǔn)要解決的問題是設(shè)計(jì)一個(gè)維持最小流量的通信鏈路和低復(fù)雜度的無線收發(fā)信機(jī)。要考慮的核心問題是低功耗和低價(jià)格的設(shè)計(jì)，這就要求該標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)提供低帶寬、低數(shù)據(jù)傳輸率的應(yīng)用。2.ZigBee技術(shù)的特點(diǎn)ZigBee技術(shù)有功耗低、成本低、時(shí)延短、網(wǎng)絡(luò)容量大、可靠性高、安全性高等特點(diǎn)。3.ZigBee技術(shù)的應(yīng)用場景ZigBee技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域主要包括家庭自動(dòng)化、家庭安全、工業(yè)與環(huán)境監(jiān)控、個(gè)人醫(yī)療看護(hù)等行業(yè)中的低速率的無線通信，以下是在不同領(lǐng)域的應(yīng)用：家庭和樓宇網(wǎng)絡(luò)：空調(diào)系統(tǒng)的溫度控制、照明系統(tǒng)的自動(dòng)控制、窗簾的自動(dòng)控制、家用電器的遠(yuǎn)程控制、門禁系統(tǒng)等。工業(yè)控制：結(jié)合各種傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。商業(yè)：智慧型標(biāo)簽等。公共場所：煙霧探測器等。農(nóng)業(yè)控制：收集包括土壤濕度、氮濃度、PH值等土壤信息和空氣濕度、氣壓等氣候信息。醫(yī)療：醫(yī)療傳感器實(shí)時(shí)地檢測病人、老人與行動(dòng)不便者的血壓、體溫和心跳等信息，有助于醫(yī)生對病人的監(jiān)護(hù)和治療。11.4.4射頻識別技術(shù)1.什么是射頻識別技術(shù)無線射頻識別即射頻識別技術(shù)（RadioFrequencyIdentification，RFID），是自動(dòng)識別技術(shù)的一種，通過無線射頻方式進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，利用無線射頻方式對記錄媒體（電子標(biāo)簽或射頻卡）進(jìn)行讀寫，從而達(dá)到識別目標(biāo)和數(shù)據(jù)交換的目的，其被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展?jié)摿Φ男畔⒓夹g(shù)之一。2.射頻識別技術(shù)的特點(diǎn)通常來說，射頻識別技術(shù)具有如下特性：（1）適用性：RFID技術(shù)依靠電磁波，并不需要連接雙方的物理接觸。這使得它能夠無視塵、霧、塑料、紙張、木材以及各種障礙物建立連接，直接完成通信。（2）高效性：RFID系統(tǒng)的讀寫速度極快，一次典型的RFID傳輸過程通常不到100毫秒。高頻段的RFID閱讀器甚至可以同時(shí)識別、讀取多個(gè)標(biāo)簽的內(nèi)容，極大地提高了信息傳輸效率。（3）獨(dú)一性：每個(gè)RFID標(biāo)簽都是獨(dú)一無二的，通過RFID標(biāo)簽與產(chǎn)品的一一對應(yīng)關(guān)系，可以清楚的跟蹤每一件產(chǎn)品的后續(xù)流通情況。（4）簡易性：RFID標(biāo)簽結(jié)構(gòu)簡單，識別速率高、所需讀取設(shè)備簡單。尤其是隨著NFC技術(shù)在智能手機(jī)上逐漸普及，每個(gè)用戶的手機(jī)都將成為最簡單的RFID閱讀器。3.射頻識別技術(shù)的應(yīng)用場景射頻識別可用于物流、交通、身份識別、防偽、資產(chǎn)管理、食品、信息統(tǒng)計(jì)、查閱應(yīng)用和安全控制等。11.4.5衛(wèi)星通信技術(shù)1.什么是衛(wèi)星通信技術(shù)衛(wèi)星通信技術(shù)（Satellitecommunicationtechnology）是一種利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電波而進(jìn)行的兩個(gè)或多個(gè)地球站之間的通信。自20世紀(jì)90年代以來，衛(wèi)星移動(dòng)通信的迅猛發(fā)展推動(dòng)了天線技術(shù)的進(jìn)步。衛(wèi)星通信具有覆蓋范圍廣、通信容量大、傳輸質(zhì)量好、組網(wǎng)方便迅速、便于實(shí)現(xiàn)全球無縫鏈接等眾多優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是建立全球個(gè)人通信必不可少的一種重要手段。2.衛(wèi)星通信技術(shù)的特點(diǎn)衛(wèi)星通信是現(xiàn)代通信技術(shù)的重要成果，它是在地面微波通信和空間技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。與電纜通信、微波中繼通信、光纖通信、移動(dòng)通信等通信方式相比，衛(wèi)星通信具有下列特點(diǎn)：(1)衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)域大，通信距離遠(yuǎn)。(2)衛(wèi)星通信具有多址聯(lián)接功能。(3)衛(wèi)星通信頻段寬，容量大。(4)衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)靈活。(5)衛(wèi)星通信質(zhì)量好，可靠性高。(6)衛(wèi)星通信的成本與距離無關(guān)。但衛(wèi)星通信也有不足之處，主要表現(xiàn)在：(1)傳輸時(shí)延大。(2)回聲效應(yīng)。(3)存在通信盲區(qū)。(4)存在日凌中斷、星蝕和雨衰現(xiàn)象。3.衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用場景衛(wèi)星移動(dòng)通信憑借其覆蓋范圍廣、不受地理?xiàng)l件影響等優(yōu)勢，與地面通信系統(tǒng)形成互補(bǔ)，廣泛應(yīng)用于地面通信系統(tǒng)不易覆蓋或建設(shè)成本過高的領(lǐng)域?？捎糜跐O政、水利防汛、村村通、救災(zāi)、勘探科考和光纜備份等。11.4.6光纖通信技術(shù)1.什么是光纖通信技術(shù)光導(dǎo)纖維通信簡稱，原理是利用光導(dǎo)纖維傳輸信號，以實(shí)現(xiàn)信息傳遞的一種通信方式。實(shí)際應(yīng)用中的光纖通信系統(tǒng)使用的不是單根的光纖，而是許多光纖聚集在一起的組成的光纜。光纖由纖芯，包層和涂層組成，內(nèi)芯一般為幾十微米或幾微米，中間層稱為包層，通過纖芯和包層的折射率不同，從而實(shí)現(xiàn)光信號在纖芯內(nèi)的全反射也就是光信號的傳輸，涂層的作用就是增加光纖的韌性保護(hù)光纖。光纖通信是利用光波作載波，以光纖作為傳輸媒質(zhì)將信息從一處傳至另一處的通信方式。2.光纖通信技術(shù)的特點(diǎn)（1）傳輸頻帶寬，通信容量大。（2）傳輸損耗低。（3）不受電磁干擾。（4）線徑細(xì)，重量輕。（5