信息與電子工程導(dǎo)論

1、信息與電子工程導(dǎo)論第一組：郭文博 陳王科 張邦源 王碩part 1 5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)part 2 互聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)part 3 物聯(lián)網(wǎng)的主要技術(shù)特征part 1 5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)part 1 5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)什么是5G5G網(wǎng)絡(luò)？平常我們常說(shuō)的3G，4G網(wǎng)絡(luò)其實(shí)就屬于移動(dòng)通信的兩種標(biāo)準(zhǔn)，隨著技術(shù)的不斷革新和用戶需求的不斷擴(kuò)大，移動(dòng)通信技術(shù)一代代發(fā)展起來(lái)從最初的1G到現(xiàn)在的4G，還有未來(lái)必定出現(xiàn)的5G。很難想象目前在國(guó)內(nèi)發(fā)展火熱的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)在1987年才剛剛建立，從西安拓普通信培訓(xùn)中心一個(gè)小山頭開(kāi)始這張看不見(jiàn)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)逐漸向全國(guó)各地覆蓋。什么是5G5G網(wǎng)絡(luò)？ 1

2、G 第1代移動(dòng)通信系是模擬式通信系統(tǒng),那個(gè)年代雖然沒(méi)有現(xiàn)在的移動(dòng)、聯(lián)通和電信，卻有著A網(wǎng)和B網(wǎng)之分，而在這兩個(gè)網(wǎng)背后就是主宰模擬時(shí)代的愛(ài)立信和摩托羅拉。 2G 從1G跨入2G的分野則是從模擬調(diào)制進(jìn)入到數(shù)字調(diào)制，2G時(shí)代也是移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)爭(zhēng)奪的開(kāi)始，在歐洲起家的諾基亞和愛(ài)立信開(kāi)始攻占美國(guó)和日本市場(chǎng)，僅僅10年功夫諾基亞就推倒摩托羅拉成為全球最大的移動(dòng)電話商,而在國(guó)內(nèi)2G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)則應(yīng)該從1994年中國(guó)聯(lián)通的成立開(kāi)始。 3G 國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)發(fā)布了官方第3代移動(dòng)通信(3G)標(biāo)準(zhǔn)IMT-2000(International Mobile Telecommunications 2000，國(guó)際移動(dòng)通

3、信2000標(biāo)準(zhǔn))。3G存在四種標(biāo)準(zhǔn)制式，分別是CDMA2000，WCDMA，TD-SCDMA，WiMAX。中國(guó)在2009年的1月7日頒發(fā)了3張3G牌照，分別是中國(guó)移動(dòng)的TD-SCDMA，中國(guó)聯(lián)通的WCDMA和中國(guó)電信的WCDMA2000。什么是5G5G網(wǎng)絡(luò)？ 4G 第四代移動(dòng)通信技術(shù) 2013年12月4日中國(guó)正式向三大運(yùn)營(yíng)商發(fā)布4G牌照，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通均獲得TD-LTE牌照。2013年12月18日，中國(guó)移動(dòng)在廣州宣布，將建成全球最大4G網(wǎng)絡(luò)。 5G 這是面向 2020 年以后移動(dòng)通信需求而發(fā)展的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng). 根據(jù)移動(dòng)通信的發(fā)展規(guī)律,5G將具有超高的頻譜利用率和能效, 在傳

4、輸速率和資源利用率等方面較 4G 移動(dòng)通信提高一個(gè)量級(jí)或更高， 5G 移動(dòng)通信將與其他無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)密切結(jié)合, 構(gòu)成新一代無(wú)所不在的移動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò), 滿足未來(lái) 10 年移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量增加 1000 倍的發(fā)展需求。5G5G的關(guān)鍵技術(shù)盡管目前5G尚未成熟，需求指標(biāo)尚不明確，關(guān)鍵技術(shù)仍有待攻克，但公認(rèn)的5G核心技術(shù)至少包括： 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 大規(guī)模MIMO技術(shù) 全雙工技術(shù) 毫米波、可見(jiàn)光傳輸我們將其概括為超高效能的無(wú)線傳輸技術(shù)和高密度無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。無(wú)線傳輸技術(shù) 大規(guī)模MIMO技術(shù) 多天線技術(shù)作為提高系統(tǒng)頻譜效率和傳輸可靠性的有效手段, 已經(jīng)應(yīng)用于多種無(wú)線通信系統(tǒng), 如3G系統(tǒng)、LTE、LTE-A

5、、WLAN 等. 根據(jù)信息論, 天線數(shù)量越多, 頻譜效率和可靠性提升越明顯. 尤其是, 當(dāng)發(fā)射天線和接收天線數(shù)量很大時(shí), MIMO 信道容量將隨收發(fā)天線數(shù)中的最小值近似線性增長(zhǎng).因此, 采用大數(shù)量的天線, 為大幅度提高系統(tǒng)的容量提供了一個(gè)有效的途徑. 全雙工技術(shù) 全雙工通信技術(shù)指同時(shí)、同頻進(jìn)行雙向通信的技術(shù). 由于全雙工技術(shù)理論上可提高頻譜利用率一倍的巨大潛力, 可實(shí)現(xiàn)更加靈活的頻譜使用, 同時(shí)由于器件技術(shù)和信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展, 同頻同時(shí)的全雙工技術(shù)逐漸成為研究熱點(diǎn), 是 5G 系統(tǒng)充分挖掘無(wú)線頻譜資源的一個(gè)重要方向。但全雙工技術(shù)同時(shí)也面臨一些具有挑戰(zhàn)性的難題. 由于接收和發(fā)送信號(hào)之間的功率差

6、異非常大, 導(dǎo)致嚴(yán)重的自干擾 (典型值為 70 dB), 因此實(shí)現(xiàn)全雙工技術(shù)應(yīng)用的首要問(wèn)題是自干擾的抵消。高密度無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 在超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中, 網(wǎng)絡(luò)的密集化使得網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)離終端更近, 帶來(lái)了功率效率、頻譜效率的提升, 大幅度提高了系統(tǒng)容量, 以及業(yè)務(wù)在各種接入技術(shù)和各覆蓋層次間分擔(dān)的靈活性. 但由于節(jié)點(diǎn)之間距離的減少, 將導(dǎo)致一些與現(xiàn)有系統(tǒng)不同的問(wèn)題. 在 5G 網(wǎng)絡(luò)中, 可能存在同一種無(wú)線接入技術(shù)之間同頻部署的干擾、不同無(wú)線接入技術(shù)之間由于共享頻譜的干擾、不同覆蓋層次之間的干擾, 如何解決這些干擾帶來(lái)的性能損傷, 實(shí)現(xiàn)多種無(wú)線接入技術(shù)、多覆蓋層次之間的共存, 是一個(gè)需要

7、深入研究的重要問(wèn)題。 自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 5G將是融合、協(xié)同的多制式共存的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò). 從技術(shù)上看, 將存在多層、多無(wú)線接入技術(shù)的共存,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜, 各種無(wú)線接入技術(shù)內(nèi)部和各種覆蓋能力的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜, 網(wǎng)絡(luò)的部署、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)將成為一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的工作. 為了降低網(wǎng)絡(luò)部署、運(yùn)營(yíng)維護(hù)復(fù)雜度和成本, 提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維質(zhì)量, 未來(lái) 5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該能支持更智能的、統(tǒng)一的 SON 功能, 能統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)多種無(wú)線接入技術(shù)、覆蓋層次的聯(lián)合自配置、自優(yōu)化、自愈合.part 2 互聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)互聯(lián)網(wǎng)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)在科技日新月異的今天，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為中國(guó)人生活和工作形影不離的工具。那么，在變幻莫測(cè)的

8、未來(lái)，互聯(lián)網(wǎng)會(huì)有那些發(fā)展趨勢(shì)那？互聯(lián)網(wǎng)向移動(dòng)端遷移全球移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)使用量持續(xù)增長(zhǎng)，占整體互聯(lián)網(wǎng)的25%（截止到2014年5月），去年這一數(shù)據(jù)僅為14%，一年之內(nèi)使用比例翻倍，亞洲移動(dòng)網(wǎng)民的滲透率也從去年的23%增長(zhǎng)至37%，增長(zhǎng)速度極快。全民泛娛樂(lè)化娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)突破傳統(tǒng)的發(fā)展領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)同一內(nèi)容的多領(lǐng)域共生。在線教育市場(chǎng)迅速繁榮艾瑞咨詢數(shù)據(jù)顯示，2014在線教育市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)998億，增長(zhǎng)率達(dá)19%，市場(chǎng)仍然處于較快的速度成長(zhǎng)。2015年，市場(chǎng)增長(zhǎng)的拐點(diǎn)即將到來(lái)，未來(lái)三年2015年、2016年和2017年繼續(xù)快速增長(zhǎng)，增長(zhǎng)率均在20%左右大數(shù)據(jù)無(wú)處不在身處在這樣一個(gè)科技發(fā)達(dá)，信息爆炸的時(shí)代，無(wú)論我們有沒(méi)

9、有意識(shí)到，我們已經(jīng)在大數(shù)據(jù)的汪洋里了。part 3 物聯(lián)網(wǎng)的主要技術(shù)特征什么是物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)各種信息傳感的設(shè)備，如傳感器、射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等各種裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合行車的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。簡(jiǎn)單理解就是物物相連的網(wǎng)絡(luò)，它通過(guò)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)共享。什么是物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)大致可分為感知層，網(wǎng)絡(luò)層，應(yīng)用層物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)涉及很多技術(shù)，包括： 物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù)物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)技術(shù) 統(tǒng)一標(biāo)識(shí)技術(shù)統(tǒng)一標(biāo)識(shí)技術(shù) 通信技術(shù)通

10、信技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 軟件服務(wù)與算法軟件服務(wù)與算法 硬件硬件 功率和能量存儲(chǔ)功率和能量存儲(chǔ) 安全和隱私技術(shù)安全和隱私技術(shù)其中，主要有三種比較關(guān)鍵的技術(shù)：傳感器技術(shù)，其中，主要有三種比較關(guān)鍵的技術(shù)：傳感器技術(shù)，RFIDRFID標(biāo)簽和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。標(biāo)簽和嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特征 物聯(lián)網(wǎng)是通過(guò)各種信息傳感的設(shè)備，如傳感器、射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器、激光掃描器、氣體感應(yīng)器等各種裝置與技術(shù)，實(shí)時(shí)采集任何需要監(jiān)控、連接、互動(dòng)的物體或過(guò)程，采集其聲、光、熱、電、力學(xué)、化學(xué)、生物、位置等各種需要的信息，與互聯(lián)網(wǎng)結(jié)合行車的一個(gè)巨大網(wǎng)絡(luò)。在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，物品能夠彼此進(jìn)行“交流

11、”，而無(wú)需人的干預(yù)。其實(shí)質(zhì)是利用射頻自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)物品的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)共享。其目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有物品與網(wǎng)絡(luò)的連接，方便識(shí)別、管理和控制。和傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)相比，物聯(lián)網(wǎng)有其鮮明的特征。 首先，它是各種感知技術(shù)的廣泛應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)上部署了海量的多種類型傳感器，每個(gè)傳感器都是一個(gè)信息源，不同類別的傳感器所捕獲的信息格式不同。傳感器獲得的數(shù)據(jù)具有實(shí)時(shí)性，按一定的頻率周期性的采集環(huán)境信息不斷更新數(shù)據(jù)。物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)特征 其次，它是一種建立在互聯(lián)網(wǎng)上泛在網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重要基礎(chǔ)和核心仍然是互聯(lián)網(wǎng)，通過(guò)各種有線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，將物體的信息實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地傳遞出去。在物聯(lián)網(wǎng)上

12、的傳感器定時(shí)采集信息需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸，由于其數(shù)量極其龐大，形成了海量信息，在傳輸過(guò)程中，為了保障數(shù)據(jù)的正確性和即時(shí)性，必須適應(yīng)各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議。 還有，物聯(lián)網(wǎng)不僅僅提供了傳感器的連接，其本身也具有智能處理的能力，能夠?qū)ξ矬w實(shí)施智能控制。物聯(lián)網(wǎng)將傳感器和智能處理相結(jié)合，利用云計(jì)算、模式識(shí)別等各種智能技術(shù)，擴(kuò)充應(yīng)用領(lǐng)域。從傳感器獲得的海量信息中分析、加工和處理有意義的數(shù)據(jù)，以適應(yīng)不同的需求，發(fā)現(xiàn)新的應(yīng)用領(lǐng)域和應(yīng)用模式。 此外，物聯(lián)網(wǎng)的精神實(shí)質(zhì)是提供不拘泥于任何場(chǎng)合，任何時(shí)間的應(yīng)用場(chǎng)景與用戶的自由互動(dòng)，它依托云服務(wù)平臺(tái)和互通互聯(lián)的嵌入式處理軟件，弱化技術(shù)色彩，強(qiáng)化與用戶之間的良性互動(dòng)，更佳的用戶體

13、驗(yàn)，更及時(shí)的數(shù)據(jù)采集和分析建議，更自如的工作和生活，是通往智能生活的物理支撐。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用 智慧醫(yī)療：醫(yī)療智能監(jiān)護(hù)系統(tǒng)智慧醫(yī)療簡(jiǎn)稱WIT120，是最近才興起的醫(yī)療名詞。一般的智慧醫(yī)療由三部分構(gòu)成：智慧醫(yī)院系統(tǒng)、區(qū)域衛(wèi)生系統(tǒng)、以及家庭健康系統(tǒng)。目前家庭健康系統(tǒng)并未十分普及，但由于針對(duì)社會(huì)普遍存在的就醫(yī)難、掛號(hào)難、醫(yī)療資源分布不均衡等問(wèn)題，智慧醫(yī)療系統(tǒng)能起到十分有效的改善作用，所以智慧醫(yī)院系統(tǒng)、區(qū)域衛(wèi)生系統(tǒng)正在慢慢走進(jìn)人們的生活。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用 智慧校園：校園一卡通校園一卡通由數(shù)字校園中心平臺(tái)、教務(wù)財(cái)務(wù)校園卡管理中心平臺(tái)、各應(yīng)用系統(tǒng)平臺(tái)構(gòu)成，具有消費(fèi)結(jié)算、身份識(shí)別、金融服務(wù)、自助查詢等功能。除了門禁功能，校園卡持卡人可以在校內(nèi)(如：食堂、圖書館、體育中心、復(fù)印室、電控等)進(jìn)行個(gè)人消費(fèi)支出，由于使用的是本地銷售終端，可以進(jìn)行脫機(jī)消費(fèi)，所以將大大縮短交易時(shí)間以及交易成本。物聯(lián)網(wǎng)實(shí)際應(yīng)用 智能家居：家電控制智能家居的形式較為多樣，一般可