信息的傳輸與通信技術(shù) 課件 第三章高速公路

現(xiàn)代智能控制實(shí)用技術(shù)叢書

ModernintelligentcontrolpracticaltechnogySeries信息的傳輸與通信技術(shù)信息的傳輸與通信技術(shù)簡(jiǎn)介

《現(xiàn)代智能控制實(shí)用技術(shù)叢書》共分為四本，其內(nèi)容按照信號(hào)傳輸?shù)逆湕l編寫：

傳感器

調(diào)制與解調(diào)

信息的傳輸與通信技術(shù)

智能控制技術(shù)的應(yīng)用

本書系統(tǒng)地對(duì)信息傳輸與現(xiàn)代通信技術(shù)的密切關(guān)系、通信技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史，現(xiàn)代通信技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了介紹；

簡(jiǎn)述了世界通用的有線通信的載波技術(shù)、無線通信的微波接力通信的基本概念、基本原理，以及各類通信系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)、不足及適用領(lǐng)域。信息的傳輸與通信技術(shù)簡(jiǎn)介

本書還對(duì)現(xiàn)代通信技術(shù)的“高速公路”，即光導(dǎo)纖維通信、５Ｇ通信、衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)，以及近距離小容量的通信手段———無線保真（ＷｉＦｉ）、藍(lán)牙和可見光通信技術(shù)進(jìn)行原理、功能及應(yīng)用的闡述。

對(duì)未來的通信技術(shù)，即量子通信技術(shù)的概況進(jìn)行介紹，并預(yù)測(cè)量子通信技術(shù)將在計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信傳輸技術(shù)、衛(wèi)星通信技術(shù)等方面應(yīng)用的可期待前景。

本書可作為大專院?；蚋叩仍盒Ｖ悄芸刂祁愊嚓P(guān)專業(yè)的參考書籍，也可供從事智能控制信息的傳輸方面的設(shè)計(jì)、制造、應(yīng)用領(lǐng)域工作的工程技術(shù)人員作為參考資料。

信息的傳輸與通信技術(shù)叢書序

自動(dòng)控制、智能控制、智慧控制是相對(duì)ＡＩ控制技術(shù)的普遍話題。在當(dāng)今的生產(chǎn)、生活和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中具有重要的作用。

在控制技術(shù)中離不開將甲地的信息傳送到乙地，以便遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)（遙測(cè)）、視頻顯示和數(shù)據(jù)記錄（遙信）、狀況或數(shù)據(jù)調(diào)節(jié)（遙調(diào)）和智能控制（遙控），統(tǒng)稱為智能控制的四遙工程。

信息是物理現(xiàn)象、過程或系統(tǒng)所固有的。信息本身不是物質(zhì)，不具有能量，但信息的傳輸卻依靠物質(zhì)和能量。

而信號(hào)則是信息的某種表現(xiàn)形式，是傳輸信息的載體。信號(hào)是物理性的，并且隨時(shí)間而變化，這是信號(hào)的本質(zhì)所在。

在無線電通信中，電磁波信號(hào)承載著各種各樣的信息。所以信號(hào)是有能量的物質(zhì)，它描述了物理量的變化過程，在數(shù)學(xué)上，信號(hào)可以表示為關(guān)于一個(gè)或幾個(gè)獨(dú)立變量的函數(shù)，也可以表示隨時(shí)間或空間變化的圖形。

信息的傳輸與通信技術(shù)叢書序

實(shí)際的信號(hào)中往往包含著多種信息成分，其中有些是我們關(guān)心的有用信息，有些是我們不關(guān)心的噪聲或冗余信息。傳感器的作用就是把未知的被測(cè)信息轉(zhuǎn)化為可觀察的信號(hào)，提取所研究對(duì)象的有關(guān)信息，將原始信息轉(zhuǎn)換成信號(hào)。將有效信息轉(zhuǎn)換成便于傳輸?shù)男盘?hào)，或?qū)⑿盘?hào)放大，或?qū)⑤^低頻率的原始信息“調(diào)制”到較高頻率的信號(hào)；滿足遠(yuǎn)距離傳輸?shù)囊螅驅(qū)⒃寄M信息處理為數(shù)字信號(hào)等。這就是智能控制發(fā)送部分的“職責(zé)”———信息的收集與調(diào)制。然后，將調(diào)制后的信號(hào)置于所選取的傳輸通道上進(jìn)行傳輸，使調(diào)制后的信號(hào)傳輸至信宿端———乙地在乙地接收到經(jīng)傳輸線路傳送來的信號(hào)后，然后進(jìn)行調(diào)制器的反向操作“解調(diào)”。即將高頻信號(hào)或數(shù)字信號(hào)還原成原始信息。

信息的傳輸與通信技術(shù)叢書序

原始信息通過揚(yáng)聲器器（還原的音Ⅳ頻信號(hào)）、顯示器（還原的圖像或視頻信號(hào)）、打（還原的計(jì)算結(jié)果）或進(jìn)行力學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、聲學(xué)等轉(zhuǎn)換，對(duì)原始信息控制目的物進(jìn)行作用，從而達(dá)到智能控制的目的。本套叢書就是對(duì)智能控制系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的一些關(guān)鍵技術(shù)的原理、特性、基本計(jì)算公式和方法、基本結(jié)構(gòu)的組成、各個(gè)部分參數(shù)的選取，以及主要應(yīng)用場(chǎng)合及其優(yōu)勢(shì)和不足等問題進(jìn)行討論和分析。本套叢書則沿著“有效信息的取得”、“有效信息的調(diào)制”、“調(diào)制信號(hào)的傳輸“、“調(diào)制信號(hào)的解調(diào)”以及“智能控制系統(tǒng)的舉例應(yīng)用”這一線索展開，對(duì)比較典型的智能控制系統(tǒng)，應(yīng)用于實(shí)踐的設(shè)計(jì)計(jì)算及控制的邏輯關(guān)系進(jìn)行舉例論述。本套叢書雖然經(jīng)歷了十多年的知識(shí)積累，但仍然覺得時(shí)間倉促，加之水平有限，錯(cuò)誤與疏漏之處在所難免，懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。編撰者

蘇遵惠

信息的傳輸與通信技術(shù)

叢書序

前言第一章簡(jiǎn)說通信技術(shù)與信息傳輸?shù)谌?jié)現(xiàn)代通信技術(shù)特點(diǎn)第五節(jié)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展第二章世界通用的通信技術(shù)

第二節(jié)有線通信的載波通信技術(shù)

第三節(jié)微波接力通信和衛(wèi)星微波

通信第三章通信技術(shù)的“高速公路”第一節(jié)通信技術(shù)的“高速公路”

概述

第二節(jié)無線通信的第五代移動(dòng)通信技術(shù)——５Ｇ第三節(jié)近距離小容量無線通信技術(shù)——無線保真通信、藍(lán)牙通信、可見光通信第四節(jié)有線通信的光導(dǎo)纖維通信技術(shù)

第四章通信技術(shù)的綜合應(yīng)用———脈沖碼編調(diào)制的可見光通信系統(tǒng)第五章未來的量子通信技術(shù)

第一節(jié)量子通信技術(shù)

第二節(jié)量子計(jì)算機(jī)的工作原理附錄附錄Ａ名詞術(shù)語及解釋附錄Ｂ相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)參考文獻(xiàn)重點(diǎn)目錄

信息的傳輸與通信技術(shù)正文第三章通信技術(shù)的“高速公路”第一節(jié)通信技術(shù)的“高速公路”概述第二節(jié)無線通信的第五代移動(dòng)通信技——５G

第三節(jié)近距離小容量無線通信技術(shù)第四節(jié)有線通信的光導(dǎo)纖維通信技——OFC

信息的傳輸與通信技術(shù)正文第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述

一、從“５Ｇ熱”說起

簡(jiǎn)單來說，５Ｇ就是第五代通信技術(shù)，主要特點(diǎn)是波長(zhǎng)為毫米級(jí)、超寬帶、超高速度、超低延時(shí)（相對(duì)４Ｇ而言）。

１Ｇ：實(shí)現(xiàn)了模擬語音通信，大哥大沒有屏幕只能打電話；

２Ｇ：實(shí)現(xiàn)了語音通信數(shù)字化，功能機(jī)有了小屏幕，可以發(fā)短信；

３Ｇ：實(shí)現(xiàn)了語音以外圖片等的多媒體通信，屏幕變大，可以看圖片；

４Ｇ：實(shí)現(xiàn)了局域高速上網(wǎng)，大屏智能機(jī)可以看短視頻，但在城市信號(hào)好，農(nóng)村信號(hào)差。如圖3-1所示。

而現(xiàn)代通信對(duì)傳輸速度、傳輸保真度要求越來越高，才體現(xiàn)出無線通信的瓶頸所在，無線通信與有線通信的對(duì)比，如圖3-2所示。

信息的傳輸與通信技術(shù)正文第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述

一、從“５Ｇ熱”說起

圖3-1便攜式無線通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

信息的傳輸與通信技術(shù)正文第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述二、中頻至超高頻的信道通信

對(duì)于無線通信，目前主要使用電波進(jìn)行通信。當(dāng)然，光波通信也在崛起，例如LiFi（可見光通信）。無線電波的頻率資源是有限的。為了避免干擾和沖突，要在電波這條公路上進(jìn)一步劃分“車道”，分配給不同的對(duì)象和用途。而現(xiàn)在用得比較多的是手機(jī)通信，主要是應(yīng)用中頻至超高頻的頻譜，頻道的頻率分配見表3-1和表3-2。圖3-2無線通信與有線通信

的能力比較示意圖

信息的傳輸與通信技術(shù)正文

第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述二、中頻至超高頻的信道通信

（一）頻道用途劃分

表3-1頻道用途的劃分表名稱符號(hào)頻率波段波長(zhǎng)主要用途甚低頻VLF3-30KHz超長(zhǎng)波1000Km～100Km海岸潛艇通信；遠(yuǎn)距離通信；超遠(yuǎn)距離通信。低頻LF30-300KHz長(zhǎng)波10Km～1Km越洋通信；中距離通信；地下巖層通信；遠(yuǎn)距離導(dǎo)航。中頻MF0.3-3MHz中波1Km～100m船用通信；業(yè)余無線電通信；中距離導(dǎo)航移動(dòng)通信。高頻HF3-30MHz短波100m～10m遠(yuǎn)距離短波通信；國(guó)際定點(diǎn)通信；移動(dòng)通信。甚高頻VHF30-300MHz米波10m～1m電離層散射；流星余跡通信；人造電離層通信；對(duì)空間飛行體通信；移動(dòng)通信。特高頻UHF0.3-3GHz分米波1m～0.1m小容量微波中繼通信；對(duì)流層散射通信；中容量微波中繼通信；移動(dòng)通信（2～4G）超高頻SHF3-30GHz厘米波10cm～1cm大容量微波中繼通信；移動(dòng)通信（4～5G）衛(wèi)星通信；國(guó)際海事衛(wèi)星通信。極高頻EHF30-300GHz毫米波10mm～1mm再入大氣層時(shí)的通信；波導(dǎo)通信。

信息的傳輸與通信技術(shù)正文

第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述二、中頻至超高頻的信道通信

（二）我國(guó)LTE頻譜劃分

表3-2我國(guó)各通信運(yùn)營(yíng)商的頻譜資源分配表

信息的傳輸與通信技術(shù)正文

第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述二、中頻至超高頻的信道通信

（二）我國(guó)LTE頻譜劃分

大小例如經(jīng)常說的“GSM900”、“CDMA800”,其實(shí)是指工作頻段在900MHz的GSM和工作頻段在800MHz的CDMA。目前全球主流的4G-LTE技標(biāo)準(zhǔn)屬于特高頻和超高頻，我國(guó)主要使用超高頻?？梢姡S著1G、2G、3G、4G的發(fā)展，使用的電波頻率越來越高。這主要是因?yàn)轭l率越高，能使用的頻率資源越豐富，能實(shí)現(xiàn)的傳輸速率就越高，就會(huì)帶來更多的頻率資源，便會(huì)有更大的客戶容量和更快的傳輸速度。

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第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述三、超高頻和極高頻信道通信——毫米波通信

大小如果按28GHz來算，根據(jù)前文提到的公式，則可計(jì)算其波長(zhǎng)為:這就是５Ｇ的第一個(gè)技術(shù)特點(diǎn)———毫米波。根據(jù)2017年12月發(fā)布的V1500版的TS38104規(guī)范，5GNR頻率范圍分別定義為不同的FR1和FR2。其頻率范圍見表3-3，5G的頻率范圍分為兩種:一種是6GHz以下（超高頻）,這個(gè)和目前的2G/3G/4G差別不太大。還有一種是24GHz以上（極高頻）,目前國(guó)際上的5G通信主要使用28GHz進(jìn)行試驗(yàn)和使用。在NR頻段內(nèi)的FR1和FR2又各分為若干頻段編號(hào)，見表3-4和表3-5。

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第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述三、超高頻和極高頻信道通信——毫米波通信

（二）我國(guó)LTE頻譜劃分

信息的傳輸與通信技術(shù)正文

第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述三、超高頻和極高頻信道通信——毫米波通信

（二）我國(guó)LTE頻譜劃分

信息的傳輸與通信技術(shù)正文

第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述三、超高頻和極高頻信道通信——毫米波通信

（二）我國(guó)LTE頻譜劃分

信息的傳輸與通信技術(shù)正文

第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述三、超高頻和極高頻信道通信——毫米波通信

（二）我國(guó)LTE頻譜劃分

信息的傳輸與通信技術(shù)正文

第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述三、超高頻和極高頻信道通信——毫米波通信

（二）我國(guó)LTE頻譜劃分

頻譜從上列表3-3～表3-5中可見，5GNR頻段中包含了部分在1～4Ｇ中使用的LTE頻段，也新增了一些頻段，即n50、n51、n70及以上頻段。目前全球在5G中最先部署的頻段為n77、n78、n79(3.3～4.2GHz，4.4～5.0GHz等頻率范圍）和n257、n258、n260頻段(26GHz，28GHz，39GHz等頻率范圍）。衛(wèi)星通信和GPS導(dǎo)航（波長(zhǎng)1cm左右）,信號(hào)不能遮擋，接收衛(wèi)星信號(hào)的天線必須正對(duì)著衛(wèi)星方向，立體角的誤差直接影響信號(hào)質(zhì)量。移動(dòng)通信在高頻段，最大的問題就是傳輸距離大幅度縮短，覆蓋能力大幅度減弱。覆蓋同一個(gè)區(qū)域需要的5G基站數(shù)量將大大超過4G。

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第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述四、無線通信的基站和微基站

基站數(shù)量意味著投入的成本。頻率越低，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本就越低。這就是為什么在頻譜資源分配之前，電信、移動(dòng)、聯(lián)通都在爭(zhēng)得低頻段的頻譜資源的緣故。為了在高頻率段降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的成本壓力，5G基站采用了兩種方式，即微基站和宏基站。微基站很小，宏基站很大如圖3-3所示。

１）宏基站：室外常見的高塔形或高柱形，建一個(gè)宏基站可覆蓋一大片接收范圍。

２）微基站：體積更小的基站，如現(xiàn)在家庭使用的只有書本大小。其實(shí)，微基站現(xiàn)在就有不少，尤其是城區(qū)和室內(nèi)經(jīng)常能看到。到了5G時(shí)代，微基站會(huì)更多，幾乎隨處可見?；緮?shù)量越多，每一個(gè)微基站發(fā)射的功率越小，輻射也會(huì)越小。對(duì)人體的危害也會(huì)減小。

信息的傳輸與通信技術(shù)正文

第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述四、無線通信的基站和微基站

圖3-34G/5G的基站與微基站實(shí)物和信號(hào)分布范圍示意圖

信息的傳輸與通信技術(shù)正文

第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述五、微米波通信的天線

天

線

去

哪

了

？以前大哥大都有很長(zhǎng)的天線，

早期的手機(jī)也有突出來的小天線，

為什么現(xiàn)在的手機(jī)都沒有天線了？

信息的傳輸與通信技術(shù)正文

第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述五、微米波通信的天線

其實(shí)，并不是不需要天線，而是天線變小了！

根據(jù)天線特性，天線長(zhǎng)度應(yīng)與波長(zhǎng)成正比，大約在波長(zhǎng)的1/10～1/4之間。所以手機(jī)的通信頻率越來越高，波長(zhǎng)越來越短，天線也就越來越短。手機(jī)的通信頻率越來越高，波長(zhǎng)越來越短，天線也就越來越短。毫米波通信時(shí)，天線也變成毫米級(jí)，這就意味著天線完全可以塞進(jìn)手機(jī)里面，甚至可以塞很多根，如圖3-4所示。

信息的傳輸與通信技術(shù)正文

第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述五、微米波通信的天線

其實(shí)，并不是不需要天線，而是天線變小了！

圖3-4天線長(zhǎng)度與波長(zhǎng)之間的關(guān)系示意圖1G3G4G

信息的傳輸與通信技術(shù)正文

第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述六、波束賦形

信號(hào)是向四周發(fā)射的。如燈光一樣，如果只是想讓燈光照亮某個(gè)區(qū)域或物體，那么大部分的光都被浪費(fèi)了。基站也是一樣，天線陣列的電波向四周輻射，則大量的能量和資源都浪費(fèi)了。如果能將散開的光束縛起來，這樣既節(jié)約了能量，也保證了需照亮區(qū)域足夠的亮度。同理，天線電波輻射時(shí)，天線陣列中的每一根天線的波長(zhǎng)只向一定的角度輻射，使之既節(jié)約能源，之間也不產(chǎn)生干擾，這就是所謂的波束賦形技術(shù)。

定義：通過多個(gè)天線形成陣列，有效控制每個(gè)天線發(fā)出各自的振幅和相位，使電磁波在空間中互相抵消或者增強(qiáng)，形成一個(gè)很窄波束，將能量聚集上面定向傳輸，實(shí)現(xiàn)傳輸效率的快速提升，補(bǔ)償毫米波快速衰減的頻譜特性，叫作波束賦形。

信息的傳輸與通信技術(shù)正文

第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述六、波束賦形

波束賦形的工作形態(tài)分為４種：

無指向性、

銳心型指向性、

雙指向性

單一指向性

其形態(tài)在所有形態(tài)下均可以逆轉(zhuǎn)，且指向性銳度可以進(jìn)行調(diào)整。

其圖3-6波束賦形的各種形態(tài)示意圖,見書中P54

所示。

信息的傳輸與通信技術(shù)正文

第一節(jié)

通信技術(shù)的“高速公路”概述七、關(guān)于Ｄ２Ｄ

波束在目前的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，即使是兩個(gè)人面對(duì)面的手機(jī)聯(lián)絡(luò)，其信號(hào)（包括控制信令和數(shù)據(jù)包）必需通過基站進(jìn)行中轉(zhuǎn)。而在5G時(shí)代，這種情況就不一定了。

５Ｇ的第五大特點(diǎn)——D2D，也就是“設(shè)備到設(shè)備”（DevicetoDevice）通信方式。在同一基站下的兩個(gè)用戶互相進(jìn)行通信，他們的數(shù)據(jù)將不再通過基站轉(zhuǎn)發(fā)，而是直接手機(jī)到手機(jī)。節(jié)約了大量的空中資源，也減輕了基站的壓力。非D2D和D2D傳輸信道示意圖如圖3-7所示。圖3-7非D2D和D2D

傳輸信道示意圖

信息的傳輸與通信技術(shù)正文第二節(jié)無線通信的第五代移動(dòng)通信技術(shù)———５Ｇ

一、５Ｇ概述

第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5thGenerationMobileCommunicationTechnology）簡(jiǎn)稱5G，是具有高速率、低時(shí)延和大連接特點(diǎn)的新一代寬帶移動(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。

國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）定義了5G的三大類應(yīng)用場(chǎng)景：

增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）

超高可靠低時(shí)延通信(uRLLC)

海量機(jī)器類通信(mMTC)。

增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）

主要面向移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量爆炸式增長(zhǎng)，為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶提供更加極致的應(yīng)用體驗(yàn)；

超高可靠低時(shí)延通信(uRLLC)

主要面向工業(yè)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療、自動(dòng)駕駛等對(duì)時(shí)延和可靠性具有極高要求的垂直行業(yè)應(yīng)用需求；

海量機(jī)器類通信(mMTC)

主要面向智慧城市、智能家居、環(huán)境監(jiān)測(cè)等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用需求。

信息的傳輸與通信技術(shù)正文第二節(jié)無線通信的第五代移動(dòng)通信技術(shù)———５Ｇ

一、５Ｇ概述ITU定義了5G八大關(guān)鍵性能指標(biāo)：

其中:高速率、低時(shí)延、大連接成為5G最突出的特征，用戶體驗(yàn)速率達(dá)1Gbps，時(shí)延低至1ms，用戶連接能力達(dá)100萬連接/平方公里。2018年6月3GPP發(fā)布了第一個(gè)5G標(biāo)準(zhǔn)（Release-15），支持5G獨(dú)立組網(wǎng)，重點(diǎn)滿足增強(qiáng)移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)。2020年6月Release-16版本標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，重點(diǎn)支持低時(shí)延高可靠業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)5G車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用的支持。Release-17（R17）版本標(biāo)準(zhǔn),重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)差異化物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)中高速大連接，于2022年6月發(fā)布。2020年4月8日，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通攜手11家合作伙伴共同發(fā)布《5G消息白皮書》，三大運(yùn)營(yíng)商在2020年推出5G消息。

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二、５Ｇ的發(fā)展背景移動(dòng)通信每十年更新一代技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，已歷經(jīng)1G、2G、3G、4G的發(fā)展。每一次代際躍遷，每一次技術(shù)進(jìn)步，都極大地促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)升級(jí)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。從1G到2G實(shí)現(xiàn)了模擬通信到數(shù)字通信的過渡，移動(dòng)通信走進(jìn)了千家萬戶。從2G到3G、4G實(shí)現(xiàn)了語音業(yè)務(wù)到數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)變，傳輸速度成百倍提升，促進(jìn)了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及和繁榮。4G網(wǎng)絡(luò)造就了互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)，解決了隨時(shí)隨地通信的問題，移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)流量爆炸式增長(zhǎng)。

但4G移動(dòng)通信系統(tǒng)難以滿足數(shù)據(jù)流量日益增長(zhǎng)的需求，亟須研發(fā)下一代移動(dòng)通信——5G系統(tǒng)。

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二、５Ｇ的發(fā)展背景5G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問題，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(cè)等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求。5G將滲透到經(jīng)濟(jì)社會(huì)的各領(lǐng)域，成為支撐經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化轉(zhuǎn)型的新型基礎(chǔ)設(shè)施。

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三、５Ｇ的發(fā)展歷程

2013年2月，歐盟宣布撥款5000萬歐元，加快5G移動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)劃2020年推出成熟的5G標(biāo)準(zhǔn)。

2013年4月，中國(guó)工信部、發(fā)展改革委、科技部共同支持成立IMT-2020(5G)推進(jìn)組，旨在組織國(guó)內(nèi)各方力量、積極開展國(guó)際合作推動(dòng)5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展。2013年4月19日推進(jìn)組第一次會(huì)議在北京召開。

2014年5月8日，日本電信營(yíng)運(yùn)商N(yùn)TTDoCoMo宣布與Ericsson、NokAI、Samsung等六家廠商合作，開始測(cè)試高速5G網(wǎng)絡(luò)，傳輸速度可提升至10Gbps。預(yù)計(jì)在2015年展開戶外測(cè)試，并期望于2020年開始運(yùn)作。

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三、５Ｇ的發(fā)展歷程

2016年1月中國(guó)5G技術(shù)研發(fā)正式啟動(dòng)，于2016-2018年進(jìn)行實(shí)施階段，分為：5G關(guān)鍵技術(shù)試驗(yàn)、5G技術(shù)方案驗(yàn)證和5G系統(tǒng)驗(yàn)證三個(gè)階段。

2016年5月31日

由中國(guó)、歐盟、美國(guó)、日本和韓國(guó)5個(gè)5G推進(jìn)組織聯(lián)合主辦的第一屆全球5G大會(huì)在北京舉行。

2017年11月15日

中國(guó)工信部發(fā)布《關(guān)于第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)使用3300-3600MHz和4800-5000MHz頻段相關(guān)事宜的通知》，確定5G中頻頻譜并兼顧系統(tǒng)覆蓋和大容量的基本需求。

2017年11月

中國(guó)工業(yè)和信息化部發(fā)布正式啟動(dòng)5G技術(shù)研發(fā)試驗(yàn)第三階段工作的通知，并力爭(zhēng)于2018年年底前實(shí)現(xiàn)第三階段試驗(yàn)基本目標(biāo)。

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三、５Ｇ的發(fā)展歷程

2017年12月21日在國(guó)際電信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPPRAN第78次全體會(huì)議上，5GNR首發(fā)版本正式凍結(jié)并發(fā)布。

2017年12月發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于組織實(shí)施2018年新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程的通知》，要求2018年將在不少于5個(gè)城市開展5G規(guī)模組網(wǎng)試點(diǎn)，每個(gè)城市5G基站數(shù)量不少50個(gè)、全網(wǎng)5G終端不少于500個(gè)。

2018年2月27日華為在MWC2018大展上發(fā)布了首款3GPP標(biāo)準(zhǔn)5G商用芯片巴龍5G01和5G商用終端，支持全球主流5G頻段，包括Sub6GHz（低頻）、mmWave（高頻），理論上可實(shí)現(xiàn)最高2.3Gbps的數(shù)據(jù)下載速率。2018年6月13日

3GPP5GNR標(biāo)準(zhǔn)SA（Standalone，獨(dú)立組網(wǎng)）方案在3GPP第80次TSGRAN全會(huì)正式完成并發(fā)布，標(biāo)志著首個(gè)完整意義的國(guó)際5G標(biāo)準(zhǔn)正式出爐。

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三、５Ｇ的發(fā)展歷程

2018年12月1日韓國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商SK、KT與LGU+同步在韓國(guó)部分地區(qū)推出5G服務(wù)，在全球首次實(shí)現(xiàn)商用。

2018年12月10日工信部正式對(duì)外公布：已向中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通發(fā)放了5G系統(tǒng)中低頻段試驗(yàn)頻率使用許可。2019年4月3日韓國(guó)電信公司（KT）、SK電訊株式會(huì)社以及LGU+三大韓國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商正式開啟5G移動(dòng)通信的入網(wǎng)服務(wù)。2019年4月3日美國(guó)最大電信運(yùn)營(yíng)商Verizon宣布，即日起在芝加哥和明尼阿波利斯的城市核心地區(qū)部署“5G超寬帶網(wǎng)絡(luò)”。

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三、５Ｇ的發(fā)展歷程

2019年6月6日工信部正式向中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)廣電發(fā)放5G商用牌照，中國(guó)正式進(jìn)入5G商用元年。

2019年10月

中國(guó)5G基站正式獲得了工信部入網(wǎng)批準(zhǔn)并頒發(fā)了國(guó)內(nèi)首個(gè)5G無線電通信設(shè)備進(jìn)網(wǎng)許可證。

2019年10月31日

中國(guó)三大運(yùn)營(yíng)商于11月1日正式上線5G商用套餐。并向有條件的重點(diǎn)縣鎮(zhèn)逐步覆蓋。

2020年6月1日工信部部長(zhǎng)在兩會(huì)“部長(zhǎng)通道”接受媒體采訪時(shí)說，2020年以來5G建設(shè)每周增加1萬多個(gè)5G基站。累計(jì)超過3600萬戶。

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三、５Ｇ的發(fā)展歷程

2020年9月5日工業(yè)和信息化部在中國(guó)國(guó)際服務(wù)貿(mào)易交易會(huì)舉行的數(shù)字貿(mào)易發(fā)展趨勢(shì)和前沿高峰論壇上表示，當(dāng)前中國(guó)5G用戶已超過6000萬戶。

2020年12月22日工信部向中國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通三家電信運(yùn)營(yíng)企業(yè)頒發(fā)5G中低頻段頻率使用許可證。加快推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)規(guī)模部署。

2021年3月8日工業(yè)和信息化部表示，截至2020年底，我國(guó)已累計(jì)建成5G基站71.8萬個(gè)，“十四五”期間，我國(guó)將建成系統(tǒng)完備的5G網(wǎng)絡(luò)。工信部起草編制的《5G應(yīng)用“揚(yáng)帆”行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》征求意見稿出臺(tái)。

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四、５Ｇ的性能指標(biāo)

１、峰值速度

需要達(dá)到10～20Gbit/s,以滿足高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)等大數(shù)據(jù)量傳輸。２、空中接口時(shí)延

需低至1ms，滿足自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療等實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用。３、具備百萬連接/Km2的設(shè)備連接能力，滿足物聯(lián)網(wǎng)通信的容量需求。４、頻譜效率

要比LTE提升3倍以上。５、用戶體驗(yàn)速率

在連續(xù)廣域覆蓋和高移動(dòng)性下，達(dá)到100Mbit/s。６、流量密度達(dá)到10Mbit/s/m2以上。７、移動(dòng)性

支持500Km/h的高速移動(dòng)，以滿足高鐵或?qū)砀咚俚倪\(yùn)輸工具的要求。

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五、５Ｇ的關(guān)鍵技術(shù)

（一）概要

在5G起步的情況下，建立一套全面的5G關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估指標(biāo)體系和評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)客觀有效的第三方評(píng)估，為服務(wù)技術(shù)與資源管理的需要。

國(guó)家無線電管理技術(shù)機(jī)構(gòu)：國(guó)家無線電監(jiān)測(cè)中心（以下簡(jiǎn)稱監(jiān)測(cè)中心）的工作及建設(shè)：1、監(jiān)測(cè)中心頻譜工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；

2、開放式電磁兼容分析測(cè)試平臺(tái)建設(shè)；3、大規(guī)模軟件、硬件及高性能測(cè)試儀器儀表的集成與應(yīng)用；4、為無線電管理機(jī)構(gòu)、科研院所及業(yè)界等提供無線電系統(tǒng)研究、開發(fā)與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)環(huán)境。利用該平臺(tái)搭建5G系統(tǒng)測(cè)試與驗(yàn)證環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)5G各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)客觀高效的評(píng)估。5、監(jiān)測(cè)中心為5G頻率規(guī)劃、監(jiān)測(cè)以及關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估測(cè)試驗(yàn)證等工作提前進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。

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五、５Ｇ的關(guān)鍵技術(shù)

（一）概要

在5G起步的情況下，建立一套全面的5G關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估指標(biāo)體系和評(píng)估方法，實(shí)現(xiàn)客觀有效的第三方評(píng)估，為服務(wù)技術(shù)與資源管理的需要。

國(guó)家無線電管理技術(shù)機(jī)構(gòu)：國(guó)家無線電監(jiān)測(cè)中心（以下簡(jiǎn)稱監(jiān)測(cè)中心）的工作及建設(shè)：1、監(jiān)測(cè)中心頻譜工程實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；

2、開放式電磁兼容分析測(cè)試平臺(tái)建設(shè)；3、大規(guī)模軟件、硬件及高性能測(cè)試儀器儀表的集成與應(yīng)用；4、為無線電管理機(jī)構(gòu)、科研院所及業(yè)界等提供無線電系統(tǒng)研究、開發(fā)與驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)環(huán)境。利用該平臺(tái)搭建5G系統(tǒng)測(cè)試與驗(yàn)證環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)5G各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)客觀高效的評(píng)估。5、監(jiān)測(cè)中心為5G頻率規(guī)劃、監(jiān)測(cè)以及關(guān)鍵技術(shù)評(píng)估測(cè)試驗(yàn)證等工作提前進(jìn)行技術(shù)儲(chǔ)備。

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五、５Ｇ的關(guān)鍵技術(shù)

（二）５Ｇ關(guān)鍵技術(shù)解讀

在5G國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)重點(diǎn)滿足靈活多樣的物聯(lián)網(wǎng)需要。

在OFDMA和MIMO基礎(chǔ)技術(shù)上，5G為支持三大應(yīng)用場(chǎng)景，采用了靈活、全新的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

1、在頻段方面，5G針對(duì)中低頻和高頻設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的技術(shù)方案，與4G支持中低頻不同，5G同時(shí)支持中低頻和高頻頻段，其中中低頻滿足覆蓋和容量需求，高頻滿足在熱點(diǎn)區(qū)域提升容量的需求，并支持百M(fèi)Hz的基礎(chǔ)帶寬。

2、為了支持高速度傳輸和更優(yōu)覆蓋，5G采用LDPC(低密度奇偶校驗(yàn)碼)、Polar（極坐標(biāo)編碼）等新型信道編碼方案、性能更強(qiáng)的大規(guī)模天線技術(shù)等。

3、為了支持低時(shí)延、高可靠性，5G采用短幀、快速反饋、多層／多站數(shù)據(jù)重傳等技術(shù)。

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五、５Ｇ的關(guān)鍵技術(shù)

（二）５Ｇ關(guān)鍵技術(shù)解讀

１、高頻段傳輸

采用高頻段（如毫米波、厘米波頻段）可用頻譜資源豐富，

２、新型多天線傳輸多天線技術(shù)從無源到有源，從2D到三維3D,從高階M1、M0到大規(guī)模陣列，實(shí)現(xiàn)頻譜效率提升數(shù)十倍甚至更高，是５Ｇ技術(shù)重要的研究方向之一。

３、同時(shí)同頻全雙工在相同的頻譜上，通信的收發(fā)雙方同時(shí)發(fā)射和接收信號(hào)，理論上使空口頻譜效率提高1倍,但需要具備極高的抗干擾能力。

４、Ｄ２Ｄ模式Ｄ２Ｄ技術(shù)無需借助基站的幫助就能夠?qū)崿F(xiàn)通信終端之間的直接通信，拓展網(wǎng)絡(luò)連接和接入方式。

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五、５Ｇ的關(guān)鍵技術(shù)

（二）５Ｇ關(guān)鍵技術(shù)解讀

５、密集網(wǎng)絡(luò)超密集網(wǎng)絡(luò)能夠改善網(wǎng)絡(luò)覆蓋，大幅度提升系統(tǒng)容量，并且對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)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。所以，干擾消除、小區(qū)快速發(fā)現(xiàn)、密集小區(qū)間協(xié)作、基于終端能力提升的移動(dòng)性增強(qiáng)方案等，都是目前密集網(wǎng)絡(luò)方面的研究熱點(diǎn)。

６、新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)未來5G可能采用無線接入網(wǎng)絡(luò)RadioAccessNetwork，C-RAN）接入網(wǎng)架構(gòu)。C-RAN的基本思想是通過充分利用低成本高速光傳輸網(wǎng)絡(luò)，直接在遠(yuǎn)端天線和集中化的中心節(jié)點(diǎn)間傳送無線信號(hào)，以構(gòu)建覆蓋上百個(gè)基站服務(wù)區(qū)域，甚至上百平方公里的無線接入系統(tǒng)。適于采用協(xié)同技術(shù)，能夠減小干擾，降低功耗，提升頻譜效率，同時(shí)便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)使用的智能化組網(wǎng)。其研究?jī)?nèi)容為C-RAN的架構(gòu)和功能，如集中控制、基帶池RRU接口定義、基站簇、虛擬小區(qū)等。

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五、５Ｇ的關(guān)鍵技術(shù)

（三）我國(guó)華為推出的5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)詳解

中國(guó)華為公司主推的PolarCode（極化碼）方案，成為5G控制信道eMBB場(chǎng)景編碼方案。除了編碼之外，5G還有哪些關(guān)鍵技術(shù)呢？3GPP定義了5G三大場(chǎng)景：

1、增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB，EnhanceMobileBroadband）按計(jì)劃能夠在人口密集區(qū)為用戶提供1Gbps用戶體驗(yàn)速率和10Gbps峰值速率，在流量熱點(diǎn)區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)每平方公里數(shù)十Tbps的流量密度。

2、海量物聯(lián)網(wǎng)通信（mMTC，MassiveMachineTypeCommunication）不僅能夠?qū)⑨t(yī)療儀器、家用電器和手持通訊終端等全部連接在一起，還能面向智慧城市、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能農(nóng)業(yè)、森林防火等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用場(chǎng)景，并提供具備超千億網(wǎng)絡(luò)連接的支持能力。

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五、５Ｇ的關(guān)鍵技術(shù)

（三）我國(guó)華為推出的5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)詳解

3、低時(shí)延、高可靠通信（uRLLC，UltraRelAIble&LowLatencyCommunication）主要面向智能無人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化等需要低時(shí)延高可靠連接的業(yè)務(wù)，能夠?yàn)橛脩籼峁┖撩爰?jí)的端到端時(shí)延和接近100%的業(yè)務(wù)可靠性保證。可見，相對(duì)于4G，5G通信能夠提供覆蓋更廣泛的信號(hào)，而且上網(wǎng)的速度更快、流量密度更大，同時(shí)還將滲透到物聯(lián)網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)智慧城市、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能農(nóng)業(yè)、工業(yè)自動(dòng)化、醫(yī)療儀器、無人駕駛、家用電器和手持通訊終端的深度融合，就是萬物互聯(lián)。

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五、５Ｇ的關(guān)鍵技術(shù)

（三）我國(guó)華為推出的5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)詳解

中國(guó)華為主推的Polar（極性代碼）、信道控制eMBB（動(dòng)態(tài)寬帶）場(chǎng)景，與美國(guó)主推的LDPC（低密度奇偶校驗(yàn)碼）和法國(guó)主推的Turbo2.0（睿頻加速處理器）進(jìn)行比較分析，可以說在同一技術(shù)水平級(jí)別。

高通和華為爭(zhēng)奪的eMBB場(chǎng)景編碼方案，本身并不能成為核心專利。一般而言，物理層是共認(rèn)的最核心的關(guān)鍵技術(shù)，這其中就包括編碼，編碼一方面可以傳遞信號(hào)，先進(jìn)的編碼技術(shù)會(huì)增加抗干擾能力！

Turbo2.0、PolarCode、LDPC就是法國(guó)、中國(guó)、美國(guó)主推的編碼方案。

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五、５Ｇ的關(guān)鍵技術(shù)

（三）我國(guó)華為推出的5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)詳解

另外一個(gè)就是多址技術(shù)，其是解決多個(gè)用戶同時(shí)和基站通信的問題。

第一代通信采用的是頻分多路復(fù)用技術(shù)（FrequencyDivisionMultipleAccess，F(xiàn)DMA）；

第二代通信采用的是時(shí)分多址技術(shù)（TimeDivisionMultipleAccess，TDMA）；

第三代通信采用的是碼分多址技術(shù)（CodeDivisionMultipleAccess，CDMA）；

第四代通信采用的是正交頻分多址技術(shù)（OrthogonalFrequency-DivisionMultipleAccess，OFDMA）；

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五、５Ｇ的關(guān)鍵技術(shù)

（三）我國(guó)華為推出的5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)詳解

5G時(shí)代多址是一個(gè)很關(guān)鍵的爭(zhēng)奪點(diǎn)，現(xiàn)在流行看法就是非正交多址接入技術(shù)（5G中non-orthogonalmultiple-access，NOMA）。優(yōu)點(diǎn)有二：其一，上行的鏈路級(jí)的流量以及支持過載的能力增強(qiáng)了；其二，在給定系統(tǒng)中斷的情況下的包到達(dá)率增強(qiáng)了。

不過，有學(xué)者認(rèn)為NOMA是否能問鼎5G時(shí)代的主流，學(xué)術(shù)界仍存在一定分歧。

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五、５Ｇ的關(guān)鍵技術(shù)

（四）多天線技術(shù)

華為5G網(wǎng)絡(luò)還有一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)就是多天線技術(shù)（MassiveMIMO）。簡(jiǎn)而言之，就是在現(xiàn)有多天線的基礎(chǔ)上再增加天線數(shù)，配置數(shù)十根、甚至數(shù)百根以上天線，支持?jǐn)?shù)十個(gè)獨(dú)立的空間數(shù)據(jù)流，實(shí)現(xiàn)用戶系統(tǒng)頻譜效率的大幅提升。在理論上能把容量提高很多倍。

MassiveMIMO的好處在哪里呢？１）可以提供豐富的空間自由度，支持空分多址SDMA;２）BS能利用相同的時(shí)頻資源為數(shù)十個(gè)移動(dòng)終端提供服務(wù)；３）提供了更多可能的到達(dá)路徑，提升了信號(hào)的可靠性；４）提升小區(qū)峰值吞吐率；５）提升小區(qū)平均吞吐率；６）降低了對(duì)周邊基站的干擾；７）提升小區(qū)邊緣用戶平均吞吐率。

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五、５Ｇ的關(guān)鍵技術(shù)

（四）多天線技術(shù)

在理想傳播模型中，當(dāng)發(fā)射端的發(fā)射功率一定時(shí)，接收端的接收功率與波長(zhǎng)的二次方、發(fā)射天線增益和接收天線增益成正比，與發(fā)射天線和接收天線之間的距離的二次方成反比。在5Ｇ毫米波段，無線電波的波長(zhǎng)是毫米數(shù)量級(jí)，而2G/3G/4G是分米波或厘米波。相比之下，毫米波段信號(hào)衰減嚴(yán)重得多，導(dǎo)致接收天線接收到的信號(hào)功率顯著減少。

條件：1、國(guó)家對(duì)天線功率有上限限制，發(fā)射功率不可能隨意增加；2、不可能改變發(fā)射天線和接收天線之間的距離；3、受制于材料和物理規(guī)律，發(fā)射天線和接收天線的增益不可能無限提高。

結(jié)果：可行的解決方案是：增加發(fā)射天線和接收天線的數(shù)量，

即采用多天線陣列技術(shù)。

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五、５Ｇ的關(guān)鍵技術(shù)

（四）多天線技術(shù)

3GPPR1-136362對(duì)5G引入MassiveMIMO的動(dòng)機(jī)做了很好的總結(jié)：移動(dòng)通信使用的無線電波頻率的提高，路徑損耗也隨之加大。而載波頻率提高意味著天線變小。即在同樣的空間里，我們可以塞入越來越多的高頻段天線。所以，可以通過增加天線數(shù)量來補(bǔ)償高頻路徑損耗，而不會(huì)增加天線陣列的尺寸。當(dāng)頻率超過10GHz，對(duì)于非視距傳播鏈路，衍射不再是主要的信號(hào)傳播方式，反射和散射成為主要的信號(hào)傳播方式。高頻對(duì)穿過建筑物的穿透損耗也會(huì)大大增加。這些因素都會(huì)增加信號(hào)覆蓋的難度，特別是對(duì)于室內(nèi)覆蓋來說，用室外宏站覆蓋的方案對(duì)于室內(nèi)用戶切不可行。而使用多天線陣列，能夠生成高增益、可調(diào)節(jié)的賦形波束，從而明顯改善信號(hào)覆蓋，因其波束非常窄，可以大大減少對(duì)周邊的干擾。

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五、５Ｇ的關(guān)鍵技術(shù)

（四）多天線技術(shù)

移動(dòng)多天線陣列的大部分發(fā)射能量聚集在一個(gè)非常窄的區(qū)域，即使用的天線越多，波束寬度越窄。多天線陣列的不同波束都有各自的聚焦區(qū)域，而且每一波束區(qū)域都非常小，彼此之間不大有交集，故不同的用戶之間的干擾比較少。其不利之處在于系統(tǒng)必須用非常復(fù)雜的算法來找到用戶的準(zhǔn)確位置，否則就無法精準(zhǔn)地將波束對(duì)準(zhǔn)這個(gè)用戶。因此，波束管理和波束控制對(duì)MassiveMIMO的重要性。此外，射頻調(diào)制解調(diào)技術(shù)也屬于關(guān)鍵技術(shù)之一。

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五、５Ｇ的關(guān)鍵技術(shù)

（五）關(guān)于核心專利的冷靜思考所謂核心專利，是指能在物理層方面做出基礎(chǔ)性的創(chuàng)新并掌握話語權(quán)的專利技術(shù)。

所謂話語權(quán)，就是一旦技術(shù)商用后，就具備技術(shù)實(shí)力，比如高通在３Ｇ時(shí)代掌握擁有軟切換和功率控制兩大核心專利以及兩千項(xiàng)外圍專利，具備向愛立信、華為、諾基亞、中興等全球通信廠商征收“高通稅”的技術(shù)資本。

華為如果僅憑一項(xiàng)Polar碼,難以構(gòu)成核心專利，而且Polar碼

并非華為的原創(chuàng)。高通主推的LDPC是由國(guó)際信息領(lǐng)域的Gallager在大約50年前提出，經(jīng)過50多年的發(fā)展和改進(jìn)，技術(shù)已經(jīng)非常成熟，雖然提出的時(shí)間較早，部分理念已經(jīng)不能稱之為先進(jìn)，但經(jīng)過多次改進(jìn)和擴(kuò)展，依舊是非常優(yōu)秀的技術(shù)。法國(guó)主推的Turbo20是Turbo的延伸和發(fā)展，Turbo碼是4G時(shí)代使用的編碼之一，在技術(shù)上同樣非常成熟。

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五、５Ｇ的關(guān)鍵技術(shù)

（五）關(guān)于核心專利的冷靜思考而中國(guó)主推的Polar碼是由土耳其畢爾肯大學(xué)（BilkinUniversity）ErdalArikan教授（是Gallager的學(xué)生）在2008年首次提出的,Polar碼的優(yōu)勢(shì)在于糾錯(cuò)能力強(qiáng)，而且是世界上唯一一種已知的能夠證明達(dá)到信道容量的信道編碼方法，其對(duì)于高帶寬網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范管理具有重要的意義，在某些應(yīng)用中已經(jīng)取得了和Turbo碼及LDPC碼相同或更優(yōu)的性能。但其劣勢(shì)就是產(chǎn)生時(shí)間太短，技術(shù)還不夠成熟。本次Polar碼戰(zhàn)勝LDPC碼和Turbo碼贏得的是eMBB場(chǎng)景短碼控制信道。而3GPP定義了5G三大場(chǎng)景，即增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（eMBB）、海量物聯(lián)網(wǎng)通信（mMTC）、低延時(shí)高可靠通信（uRLLC）。

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五、５Ｇ的關(guān)鍵技術(shù)

（五）關(guān)于核心專利的冷靜思考而華為這次僅獲得了eMBB場(chǎng)景中短碼的控制信道，而高通卻斬獲了eMBB場(chǎng)景的長(zhǎng)碼和短碼的編碼信道，而且mMTC和uRLLC場(chǎng)景的編碼方案還懸而未決。拋開多址技術(shù)、多天線技術(shù)、射頻調(diào)制解調(diào)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，僅憑在編碼上取得了eMBB場(chǎng)景中短碼的控制信道，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠?qū)?G核心技術(shù)的控制。所以在編碼標(biāo)準(zhǔn)的制定上占據(jù)一席之地，是中國(guó)通信產(chǎn)業(yè)取得的勝利以及實(shí)力的體現(xiàn)，但還不是制勝5G技術(shù)的全部。

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六、５Ｇ的主要應(yīng)用領(lǐng)域（一）工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用5G在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用涵蓋研發(fā)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、運(yùn)營(yíng)管理及產(chǎn)品服務(wù)4個(gè)大的工業(yè)環(huán)節(jié)?？刂平Y(jié)構(gòu)示意圖見下圖。

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六、５Ｇ的主要應(yīng)用領(lǐng)域

（二）車聯(lián)網(wǎng)與自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的應(yīng)用

５Ｇ車聯(lián)網(wǎng)助力汽車、交通應(yīng)用的智能化升級(jí)。狹義的車聯(lián)網(wǎng)，就是把車和道路、車和車通過網(wǎng)絡(luò)連起來。支持更高等級(jí)、復(fù)雜場(chǎng)景的自動(dòng)駕駛服務(wù)，遠(yuǎn)程遙控駕駛,車輛編隊(duì)行駛等。對(duì)汽車本身而言控制如圖3-8所示。圖3-8車聯(lián)網(wǎng)對(duì)車輛自身數(shù)據(jù)的采集示意圖

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六、５Ｇ的主要應(yīng)用領(lǐng)域（三）能源領(lǐng)域的應(yīng)用1、實(shí)現(xiàn)智能電網(wǎng)建設(shè)和電力設(shè)備的智能化：為智能電網(wǎng)的生產(chǎn)、傳輸、配電和用電等環(huán)節(jié)提供快速、高效的數(shù)據(jù)傳輸和控制功能。

2、實(shí)現(xiàn)電力輸變電設(shè)施的運(yùn)行監(jiān)測(cè)：對(duì)變電站、輸電線路、變壓器等設(shè)施的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，快速精確故障定位和非故障區(qū)域的快速自愈，提高電力系統(tǒng)的故障診斷和維護(hù)效率，提升電網(wǎng)供電可靠性。

3、基于5G的機(jī)器人/無人機(jī)巡檢：提高供電效率和檢修人員安全性

4、5G智能場(chǎng)站：在風(fēng)電場(chǎng)、光伏電站等新能源場(chǎng)站中，5G技術(shù)有助于實(shí)現(xiàn)分散式分布場(chǎng)站的智能化控制和管理。

5、遠(yuǎn)程運(yùn)維指導(dǎo)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)安全培訓(xùn)：通過5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程運(yùn)維指導(dǎo)及現(xiàn)實(shí)技術(shù)和安全培訓(xùn)。

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六、５Ｇ的主要應(yīng)用領(lǐng)域（三）能源領(lǐng)域的應(yīng)用“5G技術(shù)”在能源領(lǐng)域的應(yīng)用

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六、５Ｇ的主要應(yīng)用領(lǐng)域

（四）醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用“5G技術(shù)”在醫(yī)療領(lǐng)域的應(yīng)用

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六、５Ｇ的主要應(yīng)用領(lǐng)域

（五）文旅領(lǐng)域的應(yīng)用“5G技術(shù)”在文化旅游領(lǐng)域的應(yīng)用

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六、５Ｇ的主要應(yīng)用領(lǐng)域

（六）５Ｇ消息

5G消息是短信業(yè)務(wù)的升級(jí)，也是運(yùn)營(yíng)商的一種基礎(chǔ)電信服務(wù)。它基于IP技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)體驗(yàn)的飛躍，支持的媒體格式更多，表現(xiàn)形式更豐富。2020年4月8日，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通攜手11家合作伙伴共同發(fā)布《5G消息白皮書》，三大運(yùn)營(yíng)商計(jì)劃在2020年內(nèi)推出5G消息。2021年7月，中國(guó)搜索5G消息在中國(guó)移動(dòng)商用網(wǎng)絡(luò)正式上線。

信息的傳輸與通信技術(shù)正文第三節(jié)

近距離小容量無線通信技術(shù)（一）無線保真通信的定義及發(fā)展歷史

1、定義：基于IEEE802.11b標(biāo)準(zhǔn)的無線局域網(wǎng)（WirelessFidelity，WiFi）叫做“無線保真技術(shù)”，簡(jiǎn)稱為“微信”。

無線保真技術(shù)技術(shù)是一種能夠?qū)€(gè)人電腦、手持設(shè)備等終端以無線方式互相連接的技術(shù)。與藍(lán)牙技術(shù)一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術(shù)。該技術(shù)遵循IEEE所制定的802.11x系列標(biāo)準(zhǔn)，主要有三個(gè)標(biāo)準(zhǔn):

一、無線保真通信技術(shù)

微信標(biāo)識(shí)

信息的傳輸與通信技術(shù)正文第三節(jié)

近距離小容量無線通信技術(shù)（一）無線保真通信的定義及發(fā)展歷史

2、“微信”的發(fā)展歷史

基于2010年蘋果公司發(fā)布了iPhone4，代表著具有劃時(shí)代意義的移動(dòng)時(shí)代來臨。隨后，美國(guó)出現(xiàn)了一個(gè)KiK的APP。KiK僅用了一個(gè)月的時(shí)間就獲取了一百萬的用戶，成為震驚全世界的一個(gè)奇跡。

而微信是由中國(guó)深圳騰訊控股有限公司（TencentHoldingsLimited）于2010年10月籌劃啟動(dòng)。由張小龍帶領(lǐng)廣州研發(fā)中心產(chǎn)品團(tuán)隊(duì)推出的一款支持Android以及iOS等移動(dòng)操作系統(tǒng)、面對(duì)智能手機(jī)用戶的即時(shí)通信軟件,將它命名為“微信”。張小龍的團(tuán)隊(duì)用兩個(gè)多月的時(shí)間，于2011年1月21日開發(fā)、發(fā)布了第一版微信，至2011年5月，經(jīng)過了1.1、1.2、1.3三個(gè)測(cè)試版本之后，微信逐漸增加了對(duì)手機(jī)通訊錄的讀取、與騰訊微博私信的互通以及多人會(huì)話功能的支持，使微信用戶呈指數(shù)增長(zhǎng)。一、無線保真通信技術(shù)

信息的傳輸與通信技術(shù)正文第三節(jié)

近距離小容量無線通信技術(shù)（一）無線保真通信的定義及發(fā)展歷史

至2011年5月，微信分別發(fā)布了1.1、1.2、1.3三個(gè)測(cè)試版本；

2011年8月，微信發(fā)布2.5版本；

2011年10月，微信發(fā)布3.0版本；

2011年12月，微信發(fā)布3.5版本；

到2011年底，微信用戶已超過5000萬。就在二維碼社交發(fā)布三個(gè)月之后，也就是2012年3月，微信用戶突破一億。

2012年5月，微信發(fā)布4.0版本；

2012年8月23日，微信公眾平臺(tái)上線；

2012年9月5日，微信4.3版本發(fā)布；

2012年9月17日騰訊微信注冊(cè)用戶已破2億。2013年1月微信用戶數(shù)突破3億，成為全球下載量和用戶量最多的通信軟件，影響力遍及中國(guó)大陸、香港、臺(tái)灣、東南亞，海外華人聚集地和少數(shù)西方人。一、無線保真通信技術(shù)

信息的傳輸與通信技術(shù)正文第三節(jié)

近距離小容量無線通信技術(shù)（一）無線保真通信的定義及發(fā)展歷史

2013年2月，微信發(fā)布4.5版；

2013年8月，微信商業(yè)化進(jìn)程正式到來，5.0版本上線；

2013年8月，微信海外版（WeChat）注冊(cè)用戶突破1億，一個(gè)月內(nèi)新增3000萬名用戶。2013年10月，微信的用戶數(shù)已超過了6億，每日活躍用戶1億以上。

2013年10月，微信升級(jí)為5.2版本，Android版界面全新改版；

2014年3月，開放微信支付功能；

2016年3月起，微信支付對(duì)轉(zhuǎn)賬功能停止收取手續(xù)費(fèi)。

2016年9月，微信小程序正式開啟內(nèi)測(cè)。

2017年2月，BrandFinance（金牌金融）發(fā)布2017年度全球500強(qiáng)品牌榜單，微信排名第100。2017年3月，微信官方悄然推出了“微信指數(shù)”功能。一、無線保真通信技術(shù)

信息的傳輸與通信技術(shù)正文第三節(jié)

近距離小容量無線通信技術(shù)（一）無線保真通信的定義及發(fā)展歷史

2017年5月，微信支付宣布攜手CITCON（西通）正式進(jìn)軍美國(guó)。

2017年5月，微信版本更新，新增「微信實(shí)驗(yàn)室」功能。

從2017年9月25日17時(shí)-28日17時(shí)的四天內(nèi)，手機(jī)微信啟動(dòng)頁面顯示的地球圖片也將從以前的NASA（美國(guó)國(guó)家航空航天局）在全世界范圍公開的第一張完整的地球照片，更換為風(fēng)云四號(hào)的成像圖。

2017年12月，微信更新的6.6.1版本；

2018年1月31日，微信發(fā)布iOS端6.6.2版本；

2018年5月，微信公眾號(hào)iOS版發(fā)布，并更新到了6.6.7版本；

2022年1月，微眾銀行（微信支付）數(shù)字人民幣錢包上線；

2022年3月，微信狀態(tài)最新上線“抗疫”服務(wù)；

2022年3月，微信forWindows3.6.0正式版發(fā)布。

微信版本趨于完備。

一、無線保真通信技術(shù)

信息的傳輸與通信技術(shù)正文第三節(jié)

近距離小容量無線通信技術(shù)（一）無線保真通信的定義及發(fā)展歷史

3、微信通信的主要功能

1）基本功能（見本書P86表3-7）

2）生活服務(wù)方面的功能（見本書P87至P88表3-8）

3）其他方面的功能（見本書P88至P91表3-9）

一、無線保真通信技術(shù)

信息的傳輸與通信技術(shù)正文

第三節(jié)

近距離小容量無線通信技術(shù)（二）微信的工作原理

1、簡(jiǎn)介

無線保真（WiFi）技術(shù)與藍(lán)牙技術(shù)一樣，同屬于在辦公室和家庭中使用的短距離無線技術(shù)。盡管WiFi技術(shù)也存在著諸如兼容性，安全性等方面的問題，不過它也憑借著自身的優(yōu)勢(shì)，如傳輸速度較快，可以達(dá)到11Mbit/s，有效距離也很長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，受到廠商和使用者的青睞，在一般的民用通信中占據(jù)著主流無線傳輸?shù)牡匚弧?/p>

WiFi

是一種無線聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)，以前通過網(wǎng)線連接電腦，而現(xiàn)在則是通過無線電波來聯(lián)網(wǎng)。常見的就是一個(gè)無線路由器，在這個(gè)無線路由器的電波覆蓋的有效范圍都可以采用WiFi連接方式進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，如果無線路由器連接了一條非對(duì)稱數(shù)字用戶線路（AsymmetricalDigitalSubscriberLine，ADSL）或者別的上網(wǎng)線路，則又被稱為“熱點(diǎn)”。

信息的傳輸與通信技術(shù)正文

第三節(jié)

近距離小容量無線通信技術(shù)（二）微信的工作原理

２、無線保真通信的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

１）無線電波的覆蓋范圍廣

WiFi的半徑可達(dá)100ｍ，由Vivato公司推出的新型交換機(jī)，能夠?qū)⑼ㄐ啪嚯x擴(kuò)大到約6.5Km的范圍。

2）傳輸速度非常快可以達(dá)到11Mbit/s，符合個(gè)人和社會(huì)信息化的需求。

３）廠商進(jìn)入該領(lǐng)域的門檻比較低只要在機(jī)場(chǎng)、車站、圖書館等人員較密集的地方設(shè)置熱點(diǎn)，并通過高速線路將因特網(wǎng)接入，由于熱點(diǎn)所發(fā)射出的電波可以達(dá)到距接入點(diǎn)半徑數(shù)千米的地方，用戶只要將支持無線網(wǎng)絡(luò)的筆記本計(jì)算機(jī)或手機(jī)置于該區(qū)域內(nèi)，即可高速接入因特網(wǎng)。

信息的傳輸