信息技術(shù) 課件 第14章 現(xiàn)代通信技術(shù)

現(xiàn)代通信技術(shù)信息技術(shù)010203現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展與組成

移動通信網(wǎng)架構(gòu)5G關(guān)鍵技術(shù)045G技術(shù)的應(yīng)用與建設(shè)05其它通信技術(shù)簡介內(nèi)容綱要01現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展與組成PARTONE01現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展與組成現(xiàn)代通信技術(shù)主要是指電信。電信是利用電信號或光信號在線纜上或經(jīng)無線電信號在空中發(fā)出和接收不同類型信息的通信方式。現(xiàn)代通信技術(shù)主要有數(shù)字交換技術(shù)、光通信技術(shù)、移動通信技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)、智能終端技術(shù)等，而覆蓋全球的移動通信則是通信技術(shù)發(fā)展的重要方向。了解現(xiàn)代通信技術(shù)01現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展與組成第一代(1G)移動通信系統(tǒng)是模擬式語音移動通信，使用模擬技術(shù)，解決從傳統(tǒng)固定電話到可移動電話功能的實現(xiàn)。第二代（2G）數(shù)字語音通信系統(tǒng)GSM，它將語音信息變成數(shù)字編碼，實現(xiàn)了從模擬調(diào)制階段到數(shù)字調(diào)制階段的跨越。第三代（3G）移動多媒體通信時代，通過開辟新的電磁波頻譜、制定新的通信標準，提高傳輸速率實現(xiàn)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。第四代（4G）局域高速上網(wǎng)時代，4G時代信息傳輸速度更快，理論上網(wǎng)速是3G的50倍，用戶可以借助4G實現(xiàn)高清電影的觀看，以及大量數(shù)據(jù)的快速傳播。第五代（5G）隨時、隨地、萬物互聯(lián)時代，5G技術(shù)的出現(xiàn)已經(jīng)使移動通信寬帶和能力有了一個質(zhì)的飛躍。移動通信發(fā)展歷程移動通信網(wǎng)系統(tǒng)組成接入網(wǎng)承載網(wǎng)核心網(wǎng)01現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展與組成移動通信網(wǎng)系統(tǒng)組成01極速倍增的大數(shù)據(jù)02移動通信網(wǎng)架構(gòu)PARTTWO02移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G網(wǎng)絡(luò)分為核心網(wǎng)（5GC，CoreNetwork）與接入網(wǎng)（NG-RAN或NR，NextGenerationRadioAccessNetwork）兩部分。了解5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)接入網(wǎng)（NG-RAN）核心網(wǎng)（5GC）5G網(wǎng)絡(luò)組成02移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G核心網(wǎng)（5GC）由控制面(AMF)、用戶面(UPF)分離組成，主要為用戶提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)和相應(yīng)的管理功能等。5G核心網(wǎng)5G接入網(wǎng)（NG-RAN或NR），由5G基站(gNB)、4G基站（ng-eNB）組成，分別為5G、4G用戶提供無線接入功能。5G接入網(wǎng)02移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G的網(wǎng)絡(luò)接口分為Xn和NG兩種接口。Xn、NG無線接入網(wǎng)和5G核心網(wǎng)之間的接口。Xn接口為gNB之間的接口，支持數(shù)據(jù)和信令傳輸。NG接口為gNB與核心網(wǎng)的接口。5G網(wǎng)絡(luò)接口02移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)非獨立組網(wǎng)（NSA）獨立組網(wǎng)（SA）5G組網(wǎng)技術(shù)02移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G組網(wǎng)方案035G關(guān)鍵技術(shù)PARTTHREE5G關(guān)鍵技術(shù)5G無線技術(shù)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)5G支撐技術(shù)035G關(guān)鍵技術(shù)035G關(guān)鍵技術(shù)大規(guī)模多天線技術(shù)（MassiveMIMO)，是在基站覆蓋區(qū)域內(nèi)配置大規(guī)模天線陣列并集中放置，同時服務(wù)分布在基站覆蓋區(qū)內(nèi)的多個用戶。毫米波技術(shù)，利用高頻傳播特性，能夠有效緩解頻譜資源緊張的現(xiàn)狀，實現(xiàn)極高速短距離通信，支持5G容量和傳輸速率等方面的需求。5G多址技術(shù)，為應(yīng)對5G海量連接的業(yè)務(wù)需求，提出以NOMA、SCMA、PDMA和MUSA為代表的新型多址技術(shù)，能夠有效提升頻譜效率，成倍增加系統(tǒng)的接入容量。同時同頻全雙工技術(shù)，該技術(shù)可以實現(xiàn)上行鏈路和下行鏈路同時相同的頻率資源進行雙向通信，理論上可以使資源利用率提升一倍。5G無線傳輸技術(shù)5G無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)NFV網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)（NFV，NetworkFunctionVirtualization）的基礎(chǔ)是IT業(yè)界的云計算和虛擬化技術(shù),其重要特征在于引入虛擬化層之后，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化與硬件完全解耦，從而大幅提升電信網(wǎng)絡(luò)的靈活性、縮短業(yè)務(wù)的部署和推出時間、提升資源的使用效率。SDN軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN）從OpenFlow發(fā)展而來的一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其核心理念是使網(wǎng)絡(luò)軟件化，使網(wǎng)絡(luò)能力充分開放，從而使得網(wǎng)絡(luò)能夠像軟件一樣便捷、靈活，提高網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新能力。C-RAN無線云化(C-RAN)，是基于集中化處理、協(xié)作式無線電和實時云計算構(gòu)架的綠色無線接入網(wǎng)構(gòu)架。C-RAN是通過充分利用低成本高速光傳輸網(wǎng)絡(luò)，直接在遠端天線和集中化的中心節(jié)點間傳送無線信號，以構(gòu)建覆蓋上百個基站服務(wù)區(qū)域，甚至上百平方公里的無線接入系統(tǒng)。。035G關(guān)鍵技術(shù)5G支撐技術(shù)SON自組織網(wǎng)絡(luò)（SON），在網(wǎng)絡(luò)中引入自組織能力，包括自配置、自優(yōu)化、自愈合等，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，部署、維護，優(yōu)化和排障等各個環(huán)節(jié)的自動進行。D2D設(shè)備間直接通信技術(shù)（D2D)，能夠在相鄰的終端之間在近距離范圍內(nèi)通過直接鏈路進行數(shù)據(jù)傳輸，而不需要經(jīng)過中間節(jié)點，拓展網(wǎng)絡(luò)連接和接入方式。NS通過虛擬化將一個物理網(wǎng)絡(luò)分成多個虛擬的邏輯網(wǎng)絡(luò)，每一個虛擬網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)不同的應(yīng)用場景，這就是網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)(NS)。MEC移動多接入邊緣計算（MEC）是把移動網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有效融合在一起，就近提供智能互聯(lián)服務(wù)。UDN超密集網(wǎng)絡(luò)(UDN)能夠改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，大幅度提升系統(tǒng)容量，并且對業(yè)務(wù)進行分流，具有更靈活的網(wǎng)絡(luò)部署和更高效的頻率復(fù)用。035G關(guān)鍵技術(shù)045G技術(shù)的應(yīng)用與建設(shè)

PARTFOUR5G應(yīng)用場景eMBB(增強移動帶寬)URLLC(高可靠低時延連接)mMTC(海量物聯(lián))045G技術(shù)的應(yīng)用與建設(shè)045G技術(shù)的應(yīng)用與建設(shè)用戶數(shù)據(jù)流量將持續(xù)呈現(xiàn)爆發(fā)式增長（年均增長率47%），而業(yè)務(wù)形態(tài)也以視頻為主（78%），在5G的支持下，用戶可以輕松享受在線2k/4k視頻以及VR/AR視頻，用戶體驗速率可提升至1Gbps（4G最高實現(xiàn)10Mbps），峰值速度甚至達到10Gbps。虛擬現(xiàn)實（VR）技術(shù)。VR技術(shù)是在計算機上生成一個三維空間，并利用這個空間提供給使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的虛擬，讓使用者仿佛身臨其境一般。增強現(xiàn)實（AR)技術(shù)。AR技術(shù)是計算機在現(xiàn)實影像上疊加相應(yīng)的圖像技術(shù)，利用虛擬世界套人現(xiàn)實世界并與之進行互動，達到“增強”現(xiàn)實的目的。eMBB045G技術(shù)的應(yīng)用與建設(shè)在此場景下，連接時延要達到1ms級別，而且要支持高速移動（500KM/H）情況下的高可靠性（99.999%）連接。這一場景更多面向車聯(lián)網(wǎng)的自動駕駛、工業(yè)自動化控制、遠程醫(yī)療等等需要低時延、高可靠連接的業(yè)務(wù)。。URLLC045G技術(shù)的應(yīng)用與建設(shè)(1)遠程控制:時延要求低，可靠性要求低。(2)工廠自動化:時延要求高，可靠性要求高。(3)智能管道抄表等管理:可靠性要求高，時延要求適中。(4)過程自動化:可靠性要求高，時延要求低。(5)車輛自動指引:時延要求高，可靠性要求低URLLC典型應(yīng)用場景045G技術(shù)的應(yīng)用與建設(shè)5G強大的連接能力可以快速促進各垂直行業(yè)（智慧城市、智能家居、環(huán)境監(jiān)測等）的深度融合。萬物互聯(lián)下，人們的生活方式也將發(fā)生顛覆性的變化。這一場景下，數(shù)據(jù)速率較低且時延不敏感，連接覆蓋生活的方方面面，終端成本更低，電池壽命更長且可靠性更高。mMTC045G技術(shù)的應(yīng)用與建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)流程基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)省升級改造業(yè)務(wù)應(yīng)用對接045G技術(shù)的應(yīng)用與建設(shè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)從廣覆蓋向深度覆蓋不斷推進，以及基站建設(shè)站點資源需求的急劇增加，使得可用站點資源數(shù)量不斷減少，站點資源的不足將嚴重影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。目前網(wǎng)絡(luò)建設(shè)基站設(shè)備主要以分布式基站為主。與常規(guī)建站方式相比，分布式基站設(shè)備小、功耗低、投資省、建設(shè)周期短，大大降低了建設(shè)難度，加快了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度。網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式集中建設(shè)方式共享建設(shè)方式基站建設(shè)方式045G技術(shù)的應(yīng)用與建設(shè)045G技術(shù)的應(yīng)用與建設(shè)分布式基站（BBU+RRU），RRU（射頻單元）和BBU（基帶單元）之間用光纖連接。一個BBU可以支持多個RRU。采用BBU+RRU多通道方案，可以很好地解決大型場館的室內(nèi)信號覆蓋,實現(xiàn)了基帶單元和射頻單元的分離，有利于實現(xiàn)基帶單元的集中放置集中建設(shè)方式045G技術(shù)的應(yīng)用與建設(shè)隨著技術(shù)的進步，在分布式基站基帶集中式建設(shè)基礎(chǔ)上，可以進一步采用“BBU池”的方式進行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，可以共享基帶資源，解決網(wǎng)絡(luò)話務(wù)量的“潮汐效應(yīng)”，提高網(wǎng)絡(luò)利用率。同時，基于現(xiàn)有站址及光纜資源合理規(guī)劃“BBU池”，共享基帶資源，可以減少機房配套，節(jié)約建設(shè)成本及租金、電費等運營開支，也是實現(xiàn)節(jié)能減排、綠色運營的需要。共享建設(shè)方式共享建設(shè)的優(yōu)勢提升資源利用率節(jié)約建設(shè)成本045G技術(shù)的應(yīng)用與建設(shè)045G技術(shù)的應(yīng)用與建設(shè)情境描述：小明在通信公司工作，需要完成某所學(xué)校移動通信、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信、語音通信的業(yè)務(wù)融合。實訓(xùn)內(nèi)容：實驗系統(tǒng)采用仿真方法，在虛擬現(xiàn)實中進行操作，幫助同學(xué)們體驗完整的移動通信、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)通信、語音通信的業(yè)務(wù)融合，通信設(shè)備安裝調(diào)試過程實訓(xùn)項目045G技術(shù)的應(yīng)用與建設(shè)實施流程網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃系統(tǒng)安裝系統(tǒng)調(diào)試故障排查業(yè)務(wù)驗證05其他通信技術(shù)簡介PARTFIVE其他通信技術(shù)藍牙技術(shù)WIFI技術(shù)ZigBee技術(shù)NFC技術(shù)衛(wèi)星通信光纖通信05其他通信技術(shù)簡介05其他通信技術(shù)簡介藍牙(Bluetooth)是一種無線數(shù)據(jù)與話音通信的開放性全球規(guī)范。其實質(zhì)是為固定設(shè)備或移動設(shè)備之間的通信環(huán)境建立通用的短距離無線接口,將通信技術(shù)與計算機技術(shù)進一步結(jié)合起來,是各種設(shè)備在無電線或電纜相互連接的情況下,能在短距離范圍內(nèi)實現(xiàn)通信或操作的一種技術(shù)。了解藍牙技術(shù)藍牙采用高速跳頻和時分多址等先進技術(shù),支持點對點及點對多點通信。其傳輸頻段為全球公共通用的2.4GHz頻段,能提供1Mb/s的傳輸速率和10m的傳輸距離,并采用時分雙工傳輸方案實現(xiàn)全雙工傳輸。05其他通信技術(shù)簡介藍牙技術(shù)特點（1）功耗低（2）易采用（3）應(yīng)用成本低（4）同時可傳輸話音和數(shù)據(jù)（5）可以建立臨時性的對等連接(AdHocConnection)。（6）開放的接口標準（7）抗干擾能力強05其他通信技術(shù)簡介藍牙技術(shù)應(yīng)用場景藍牙作為一種電纜替代技術(shù),藍牙技術(shù)可以無線連接設(shè)備。主要有以下三類應(yīng)用:話音/數(shù)據(jù)接入、外圍設(shè)備互連和個人局域網(wǎng)(PAN)。藍牙技術(shù)有效地簡化了移動通信終端設(shè)備之間的通信,也能夠成功地簡化了設(shè)備與因特網(wǎng)之間的通信,從而數(shù)據(jù)傳輸變得更加迅速高效,為無線通信拓寬了道路。藍牙技術(shù)已應(yīng)用到各個領(lǐng)域中，并已成為物聯(lián)網(wǎng)（IOT）的主要技術(shù)。05其他通信技術(shù)簡介了解WiFi技術(shù)Wi-Fi（wirelessfidelity）是一種允許電子設(shè)備連接到一個無線局域網(wǎng)(WLAN)的技術(shù)。Wi-Fi是一個無線網(wǎng)路通信技術(shù)的品牌，由Wi-Fi聯(lián)盟(Wi-FiAlliance)所持有，目的是改善基于IEEE802.11標準的無線網(wǎng)路產(chǎn)品之間的互通性。在無線局域網(wǎng)的范疇是指“無線相容性認證”，是一種商業(yè)認證，同時也是一種無線聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)。05其他通信技術(shù)簡介WiFi技術(shù)特點其無線電波覆蓋范圍廣，Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)AP跟站點可以達到100米左右。速度快，可靠性高，IEEE802.11n協(xié)議，理論上的傳輸速率達到600Mbit/s，已經(jīng)與有線局域網(wǎng)在傳輸速率上相差不多。無需布線，部署靈活，可不受布線條件的限制。建設(shè)時間短，組網(wǎng)靈活快捷，易于擴展。節(jié)約建設(shè)投資小，維護成本低，無線網(wǎng)絡(luò)不需要布設(shè)線纜進行投資。綠色環(huán)保，健康安全，IEEE802.11所設(shè)定的發(fā)射功率不可以超過100毫瓦。Wi-Fi6在帶寬、網(wǎng)絡(luò)速率、網(wǎng)絡(luò)時延、功耗等方面實現(xiàn)提升，從而進一步拓展Wi-Fi技術(shù)應(yīng)用場景。05其他通信技術(shù)簡介WiFi應(yīng)用場景從Wi-Fi技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展情況分析，第一階段以手機、平板電腦、筆記本電腦等消費級電子終端為驅(qū)動。第二階段以智能家居、智慧城市等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用為驅(qū)動。在Wi-Fi6技術(shù)標準發(fā)展推動下，Wi-Fi技術(shù)向第三階段邁進。現(xiàn)今wi-fi已從庫存控制、傳統(tǒng)的醫(yī)療保健和管理服務(wù)等等的特殊行業(yè)向更大廣泛行業(yè)拓展，比如移動辦公、教育機構(gòu)以及家庭等領(lǐng)域。05其他通信技術(shù)簡介了解ZigBee技術(shù)Zigbee技術(shù)是基于小型無線網(wǎng)絡(luò)而開發(fā)的通信協(xié)議標準，是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)。與其它無線通信協(xié)議相比，ZigBee無線協(xié)議復(fù)雜性低、對資源要求少。ZigBee技術(shù)特點低功耗由于工作時間較短、收發(fā)信息功耗較低，且采用了休眠模式，使得ZigBee節(jié)點設(shè)備非常省電。這是ZigBee的突出優(yōu)勢。低成本模塊的成本估計在1.5-2.5美元左右，而且ZigBee的協(xié)議專利免費。低速率ZigBee工作在2.4GHz頻段為250kb/s，915MHz頻段為40kb/s，868MHz頻段只有20kb/s。近距離傳輸范圍一般介于10～100m之間，能覆蓋普通的家庭和辦公場所。短時延ZigBee的響應(yīng)速度較快，通信時延和從休眠狀態(tài)激活的時延都非常短。高容量ZigBee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，100個Zigbee網(wǎng)絡(luò)可以同時存在于一個區(qū)域，且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活高可靠性Zigbee網(wǎng)絡(luò)傳輸采用碰撞避免策略，為避免傳輸數(shù)據(jù)的沖突，專門為需要固定帶寬的通信業(yè)務(wù)預(yù)留了專用時隙。高安全性Zigbee提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權(quán)功能，在數(shù)據(jù)傳輸中提供了三級安全性，包括無安全設(shè)定、使用接入控制清單（ACL以及采用高級加密標準。05其他通信技術(shù)簡介05其他通信技術(shù)簡介ZigBee應(yīng)用場景主要應(yīng)用于各種電子設(shè)備之間功耗低、傳輸速率要求不高的短距離的數(shù)據(jù)傳輸，也應(yīng)用與典型的周期性數(shù)據(jù)、間歇性數(shù)據(jù)及低反應(yīng)時間數(shù)據(jù)的傳輸。需要采集的數(shù)據(jù)和控制的節(jié)點多、數(shù)據(jù)傳輸速率不高，且成本要求低的應(yīng)用；電能局限、且設(shè)備體積較低，如需要電池供電的設(shè)備；需要戶外進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)節(jié)點。包括：智能家居和商業(yè)樓宇自動化；工業(yè)控制；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，作物生長狀況；自動抄表；醫(yī)療監(jiān)護；傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；電信應(yīng)用SIM卡。05其他通信技術(shù)簡介了解NFC技術(shù)NFC（NearFieldCommunication）近場通信技術(shù)，又稱近距離的高頻無線通信技術(shù)，NFC信息是通過頻譜中無線頻率部分的電磁感應(yīng)耦合方式傳遞，它支持兼容設(shè)備之間的短距離通信，其工作頻率為13.56MHz。允許電子設(shè)備之間進行非接觸式點對點數(shù)據(jù)傳輸（在十厘米內(nèi)）交換數(shù)據(jù)。NFC采用幅移鍵控(ASK)調(diào)制方式，其數(shù)據(jù)傳輸速率一般為106kbit/s和424kbit/s。05其他通信技術(shù)簡介NFC技術(shù)特點NFC具有距離近、帶寬高、能耗低等特點，與非接觸智能卡技術(shù)兼容。NFC是一種提供輕松、安全、迅速通信的無線連接技術(shù)。NFC還是一種近距離連接協(xié)議，提供各種設(shè)備間輕松、安全、迅速而自動的通信。與無線世界中的其他連接方式相比，NFC是一種近距離的私密通信方式。05其他通信技術(shù)簡介NFC應(yīng)用場景NFC設(shè)備的應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛，主要可以用作近距離非接觸式的讀寫控制器終端以及點對點的數(shù)據(jù)傳輸，有著廣闊的應(yīng)用價值。人們可以通過帶有NFC功能的手機或其他設(shè)備簽到、刷公交卡、門禁卡、支付商品、門票、電影票、智能海報，或者和別人交換電子名片、傳輸文件、聯(lián)機玩游戲等。05其他通信技術(shù)簡介了解衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，從而實現(xiàn)在多個地面站之間進行通信的一種技術(shù)，它是地面微波通信的繼