第10章.天地握手-现代通信技术

第3章安全第一—信息安全第10章天地握手—现代通信技术CONTENTS目录10.1现代通信技术的概述10.25G技术10.35G的应用领域现代通信技术的概述10.1现代通信技术的概述什么是通信通信技术的发展10.1.1什么是通信10.1.1什么是通信

什么是通信字面通联信息——我把信息发给你，你把信息发给我，这就是通信定义人与人，或人与自然之间，通过某种行为或媒介，进行的信息交流与传递，叫作通信。通信是世间万物的一种权力，是一种行为。有生命的、没有生命的，都可以发起这种行为。这种行为，是每个人或每个物融入世界的一种必要方式。通过信息的交换，它可以表达自身的“存在感”和“价值”。通信技术的发展10.1.3现代通信技术的发展

现代通信简介

现代通信往往被理解为单一的电信通信、数字通信、IT产业及电子产品制造业等高新技术通信，而忽略了通信的本质。邮政通信也是现代通信的一部分，邮政通信以实物传递为基础，通过文字、图片、实物等的空间转移传递信息，是国家个人通信自由及隐私保护的体现。有效、合理地管理、发展邮政通信带动服务经济的增长，使各项资源（特别是人力资源）更合理、公平地符合人类发展，才能使国民经济往更好的方向前进，才能在不破坏资源的前提下和谐共处，真正达到“天人合一”，真正成为“自然人”。10.1.3现代通信技术的发展

1.1G时代概述1G是第一代移动通信技术（FirstGeneration），制定于上世纪80年代，是以模拟技术为基础的蜂窝无线电话系统特点这种模拟信号传输方式只能应用于语音传输业务，且涵盖范围小、信号不稳定、语音品质低s1.1G时代s由于中国在技术更新、观念更新、知识更新等方面速度之快，大哥大的业务功能无法满足中国人民的使用。1.1G时代大哥大2.2G时代概述2G是第二代移动通信技术(SecondGeneration)，主要的功能有语音和短信，以数字语音传输技术为核心，开启了数字通信之路。特点第二代移动通信具备频谱效率高，系统的容量大，语音质量好，同时比1G多了数据传输服务。2.2G时代从模拟调制进入到数字调制第二代移动通信具备高度的保密性系统的容量也在增加可以上网，只能浏览一些文本信息3.3G时代概述3G是第三代移动通信技术（ThirdGeneration）将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的一代移动通信系统。3G时代可以借助网络实现网上冲浪，查看图片等。特点3G手机除了能高质量的完成语音信外，还能进行多媒体通信；可以上网，查看电子邮件或浏览网页等。s3.3G时代BTSNodeB2G基站3G基站4.4G时代概述4G是第四代移动通信技术（FourthGeneration）完全进入数据网时代进入全IP时代，4G基站称为eNB同时4G的数据速率将提升10-100倍s4.4G时代5G技术10.210.2.15G技术5G技术

5G是第五代移动通信技术（5thGenerationMobileCommunicationTechnology），是实现人机物互联的网络基础设施。5G在4G基础上对移动通信技术提出了更高的要求，同时促使互联网从移动互联网过渡到智能互联网时代。5G基站为gNB。依据投资的成本大小，5G分为非独立组网（Non－Standalone，NSA）和独立组网（Standalone，SA）两种组网方式。在这里主要介绍一下独立组网的原理原理图说明

（1）在5G网络覆盖好的情况下，5G终端通过VoNR（高清通话）进行语音承载，如图中的1。（2）在5G网络不好的情况下，回落到4GVoLTE（高清语音）进行语音承载，如图中的2。（3）在无5G和4G网络的情况下，回落到2G/3G网络进行语音承载，如图中的3。10.2.25G技术的特点高速度5G技术的特点泛在网低功耗泛在网1.高速度

5G比4G的传输速度更快，不是靠增强通信基站的信号发射功率，而是靠扩容传输带宽，就像拓宽高速公路一样，两车道拓宽至四车道，甚至八车道，车辆的通行速度自然加快了。同时5G广泛采用大规模阵列天线技术，支持多流并行传输，大大提升了频谱效率，更进一步提升了峰值速率。5G的传输速度比4G快10倍以上。2.泛在互联

随着业务的发展，网络需要无所不包、无处不在，只有这样才能支持更加丰富的业务，才能在日趋复杂的场景下使用。

泛在互联有两个层面的含义：一是广泛覆盖，二是纵深覆盖。广泛覆盖纵深覆盖3.低功耗让大部分物联网产品一周充一次电，甚或一个月充一次电能大大改善用户体验促进物联网产品的快速普及4.低时延

网络延迟是衡量信息从网络的一端或节点传输到另一端所花费的时间，低时延意味着实时处理和即时反馈。低时延现在已经成为现实。5G应用的一个新领域是无人驾驶、工业自动化的高可靠连接。人与人之间进行信息交流，140ms的时延是可以接受的，但是如果这个时延用于无人驾驶、工业自动化领域就无法接受。5G对于时延的要求是不超过1ms，甚至更低5.万物互联迈入智能时代，除手机、计算机等上网设备需要使用网络以外，越来越多的智能家电设备、可穿戴设备、共享汽车等不同类型的设备以及电灯等公共设施也需要使用网络10.2.35G关键技术1．MassiveMIMO技术

MassiveMIMO（MassiveMultiple-InputMultiple-Output）技术即大规模天线阵列技术，是指能在不增加带宽的情况下，在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收。大规模天线阵列技术在4G中已经得到了应用，但是在4G中应用Massive

MIMO技术的一般都是基站，对于终端最多能够支持接收端采用多路，但是发射端需要采用单路1．MassiveMIMO技术

5G的超高下载速率主要来自MassiveMIMO技术，该技术通过在空中同时传输多路不同的数据来成倍地提升网速。MassiveMIMO技术是指能在不增加带宽的情况下，在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量2．NOMA技术

NOMA（Non-OrthgonalMultipleAccess）技术即非正交多址接入技术。NOMA的基本思想是，在发送端将多个UE信号叠加，占用所有时频资源，并通过空口发送，而在接收端基于多用户检测（MultipleUserDetection，MUD）和串行干扰消除（SuccessiveInterferenceCancellation，SIC）技术来逐个解码信号，提取有用信号。

NOMA技术的应用主要有两种方式：基于码域和基于功率域。基于码域，即为每个用户分配非正交扩展码。基于功率域，即在发送端每个用户信号以不同的功率电平叠加。2．NOMA技术

NOMA（Non-OrthgonalMultipleAccess）技术即非正交多址接入技术。NOMA的基本思想是，在发送端将多个UE信号叠加，占用所有时频资源，并通过空口发送，而在接收端基于多用户检测（MultipleUserDetection，MUD）和串行干扰消除（SuccessiveInterferenceCancellation，SIC）技术来逐个解码信号，提取有用信号。

NOMA技术的应用主要有两种方式：基于码域和基于功率域。基于码域，即为每个用户分配非正交扩展码。基于功率域，即在发送端每个用户信号以不同的功率电平叠加。3．网络切片技术网络切片技术可以将一个物理网络切割成多个虚拟的端到端网络，如图10.12所示。每个虚拟网络之间（包括网络内的设备、接入、传输和核心网）是逻辑独立的，任何一个虚拟网络发生故障都不会影响其他虚拟网络。4.D2D技术

在现有的移动通信系统中，手机用户之间的通信都是由基站进行控制的。一直以来，我们都希望能在通信过程中尽量少占用基站资源，D2D（Device-to-Device）就是这样一种技术。

D2D技术可以实现终端直通，如图10.13所示。在邻近终端设备之间直接进行通信，一旦D2D链路建立起来，传输语音或数据消息就无须基站的干预，这样可减轻基站及核心网的数据压力，大幅提升频谱资源利用效率和吞吐量，增大网络容量，保证通信网络更为灵活、智能、高效地运行。5．边缘计算技术

边缘计算技术可解决集中部署的云计算带来的时延过长、带宽占用问题，更好地服务于实时性要求较高和带宽要求较高的业务。

边缘计算成为助力5G、赋能千行百业的关键词之一。物联网、车联网带来的新型服务模式迫切需要5G以极低的时延处理海量的数据，为了更加靠近终端用户及其设备，让用户获得更高的内容分发效率，边缘计算技术应运而生。边缘计算技术在工业互联网、自动驾驶、智慧交通、卫生医疗、智慧农业、VR等领域都将发挥重要作用，有着十分广阔的前景6．超密集组网技术超密集组网（Ultra-DenseNetwork，UDN）技术通过更加“密集化”的无线网络基础设施部署，在异构网络中引入超大规模低功率节点，满足了增强热点、消除盲点、改善网络覆盖、提高系统容量的实际需求，打破了传统的扁平单层宏网络覆盖，使得多层立体异构网络（HeterogeneousNetwork，HetNet）应运而生，如图所示。这样不仅可获得更高的频率复用效率，还能在局部热点区域实现百倍量级的系统容量提升。5G的应用领域10.3工业领域物流领域教育领域能源，农业智慧交通生产单元模拟1.工业互联网领域生产数据的实时采集数字孪生人工智能建设虚拟生产单元实现产能预测、生产优化和精确管控

SG网络模拟、仿真、分析物理生产单元运行过程精准动态作业应用5G结合北斗定位能力对装船机、辊道等生产设备的位置和姿态精准测量生产单元模拟工业互联网领域实时动态调整生产需要提升作业精度和自动化水平精准动态作业生产单元模拟工业互联网领域对能效数据、排放数据的秒级采集5G大连接技术能力

生产能效的管控实现节能减排，助力“双碳”目标实现人工智能技术分析优化生产能效精准动态作业生产单元模拟工业互联网领域5G生产能效的管控工艺合规校验机器视觉人工智能采集实际生产工序各项数据操作行为与标准工艺流程对比分析对配料错误、危险操作自动报警精准动态作业生产单元模拟工业互联网领域5G生产能效的管控工艺合规校验区块链工业互联网标识将生产过程中人、机、料信息关联整合辅助动态调整工序参数，提升产品质量生产过程溯源产品批次产品品质实时追溯2.物流领域提高物流效率降低运输成本优化送递流程物流领域与仓储、物流和运输等环节的深度融合5G技术智能化信息化物流仓储打造5G智慧仓储物联网应用1.远程互动教学1.远程互动教学优势满足双师课堂所需的低延时、大带宽和高可靠性，具备课堂的互动实时性根本性地解决音，视频延迟、卡顿等问题，提升学生的课堂参与度和学习效果适应教学场地的各种变化，灵活性、便捷性良好2.VR/AR教学2.VR/AR教学虚拟实验课虚拟科普课虚拟创课3.远程听评课5G网络

保障远端的听课教师能够感知流畅、高清的教学音/视频保障评价的客观性和准确性超高带宽、超低延时特性3.远程听评课整合AI能力

针对教学行为智能分析，生成课堂教情大数据综合课堂现场数据和专家远程评课的内容，通过AI算法生成反馈，直观反映教师需要改进的内容实现课堂实时分析和评测4.能源领域

能源领域主要分为电力和煤矿领域。

在电力领域，能源电力生产包括发电、输电、变电、配电、用电5个环节。目前，5G在电力领域的应用主要面向输电、变电、配电、用电4个环节开展，应用场景主要涵盖了采集监控类业