信息技术 课件 第14章 现代通信技术

现代通信技术信息技术010203现代通信技术发展与组成

移动通信网架构5G关键技术045G技术的应用与建设05其它通信技术简介内容纲要01现代通信技术发展与组成PARTONE01现代通信技术发展与组成现代通信技术主要是指电信。电信是利用电信号或光信号在线缆上或经无线电信号在空中发出和接收不同类型信息的通信方式。现代通信技术主要有数字交换技术、光通信技术、移动通信技术、卫星通信技术、智能终端技术等，而覆盖全球的移动通信则是通信技术发展的重要方向。了解现代通信技术01现代通信技术发展与组成第一代(1G)移动通信系统是模拟式语音移动通信，使用模拟技术，解决从传统固定电话到可移动电话功能的实现。第二代（2G）数字语音通信系统GSM，它将语音信息变成数字编码，实现了从模拟调制阶段到数字调制阶段的跨越。第三代（3G）移动多媒体通信时代，通过开辟新的电磁波频谱、制定新的通信标准，提高传输速率实现数据业务。第四代（4G）局域高速上网时代，4G时代信息传输速度更快，理论上网速是3G的50倍，用户可以借助4G实现高清电影的观看，以及大量数据的快速传播。第五代（5G）随时、随地、万物互联时代，5G技术的出现已经使移动通信宽带和能力有了一个质的飞跃。移动通信发展历程移动通信网系统组成接入网承载网核心网01现代通信技术发展与组成移动通信网系统组成01极速倍增的大数据02移动通信网架构PARTTWO02移动通信网络架构5G网络分为核心网（5GC，CoreNetwork）与接入网（NG-RAN或NR，NextGenerationRadioAccessNetwork）两部分。了解5G网络架构接入网（NG-RAN）核心网（5GC）5G网络组成02移动通信网络架构5G核心网（5GC）由控制面(AMF)、用户面(UPF)分离组成，主要为用户提供互联网接入服务和相应的管理功能等。5G核心网5G接入网（NG-RAN或NR），由5G基站(gNB)、4G基站（ng-eNB）组成，分别为5G、4G用户提供无线接入功能。5G接入网02移动通信网络架构5G的网络接口分为Xn和NG两种接口。Xn、NG无线接入网和5G核心网之间的接口。Xn接口为gNB之间的接口，支持数据和信令传输。NG接口为gNB与核心网的接口。5G网络接口02移动通信网络架构非独立组网（NSA）独立组网（SA）5G组网技术02移动通信网络架构5G组网方案035G关键技术PARTTHREE5G关键技术5G无线技术5G网络技术5G支撑技术035G关键技术035G关键技术大规模多天线技术（MassiveMIMO)，是在基站覆盖区域内配置大规模天线阵列并集中放置，同时服务分布在基站覆盖区内的多个用户。毫米波技术，利用高频传播特性，能够有效缓解频谱资源紧张的现状，实现极高速短距离通信，支持5G容量和传输速率等方面的需求。5G多址技术，为应对5G海量连接的业务需求，提出以NOMA、SCMA、PDMA和MUSA为代表的新型多址技术，能够有效提升频谱效率，成倍增加系统的接入容量。同时同频全双工技术，该技术可以实现上行链路和下行链路同时相同的频率资源进行双向通信，理论上可以使资源利用率提升一倍。5G无线传输技术5G无线网络技术NFV网络功能虚拟化技术（NFV，NetworkFunctionVirtualization）的基础是IT业界的云计算和虚拟化技术,其重要特征在于引入虚拟化层之后，网络功能虚拟化与硬件完全解耦，从而大幅提升电信网络的灵活性、缩短业务的部署和推出时间、提升资源的使用效率。SDN软件定义网络(SDN）从OpenFlow发展而来的一种新型的网络架构，其核心理念是使网络软件化，使网络能力充分开放，从而使得网络能够像软件一样便捷、灵活，提高网络的创新能力。C-RAN无线云化(C-RAN)，是基于集中化处理、协作式无线电和实时云计算构架的绿色无线接入网构架。C-RAN是通过充分利用低成本高速光传输网络，直接在远端天线和集中化的中心节点间传送无线信号，以构建覆盖上百个基站服务区域，甚至上百平方公里的无线接入系统。。035G关键技术5G支撑技术SON自组织网络（SON），在网络中引入自组织能力，包括自配置、自优化、自愈合等，实现网络，部署、维护，优化和排障等各个环节的自动进行。D2D设备间直接通信技术（D2D)，能够在相邻的终端之间在近距离范围内通过直接链路进行数据传输，而不需要经过中间节点，拓展网络连接和接入方式。NS通过虚拟化将一个物理网络分成多个虚拟的逻辑网络，每一个虚拟网络对应不同的应用场景，这就是网络切片技术(NS)。MEC移动多接入边缘计算（MEC）是把移动网络和互联网技术有效融合在一起，就近提供智能互联服务。UDN超密集网络(UDN)能够改善网络覆盖，大幅度提升系统容量，并且对业务进行分流，具有更灵活的网络部署和更高效的频率复用。035G关键技术045G技术的应用与建设

PARTFOUR5G应用场景eMBB(增强移动带宽)URLLC(高可靠低时延连接)mMTC(海量物联)045G技术的应用与建设045G技术的应用与建设用户数据流量将持续呈现爆发式增长（年均增长率47%），而业务形态也以视频为主（78%），在5G的支持下，用户可以轻松享受在线2k/4k视频以及VR/AR视频，用户体验速率可提升至1Gbps（4G最高实现10Mbps），峰值速度甚至达到10Gbps。虚拟现实（VR）技术。VR技术是在计算机上生成一个三维空间，并利用这个空间提供给使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的虚拟，让使用者仿佛身临其境一般。增强现实（AR)技术。AR技术是计算机在现实影像上叠加相应的图像技术，利用虚拟世界套人现实世界并与之进行互动，达到“增强”现实的目的。eMBB045G技术的应用与建设在此场景下，连接时延要达到1ms级别，而且要支持高速移动（500KM/H）情况下的高可靠性（99.999%）连接。这一场景更多面向车联网的自动驾驶、工业自动化控制、远程医疗等等需要低时延、高可靠连接的业务。。URLLC045G技术的应用与建设(1)远程控制:时延要求低，可靠性要求低。(2)工厂自动化:时延要求高，可靠性要求高。(3)智能管道抄表等管理:可靠性要求高，时延要求适中。(4)过程自动化:可靠性要求高，时延要求低。(5)车辆自动指引:时延要求高，可靠性要求低URLLC典型应用场景045G技术的应用与建设5G强大的连接能力可以快速促进各垂直行业（智慧城市、智能家居、环境监测等）的深度融合。万物互联下，人们的生活方式也将发生颠覆性的变化。这一场景下，数据速率较低且时延不敏感，连接覆盖生活的方方面面，终端成本更低，电池寿命更长且可靠性更高。mMTC045G技术的应用与建设5G网络建设流程基础网络建设网络架构省升级改造业务应用对接045G技术的应用与建设网络建设从广覆盖向深度覆盖不断推进，以及基站建设站点资源需求的急剧增加，使得可用站点资源数量不断减少，站点资源的不足将严重影响网络质量。目前网络建设基站设备主要以分布式基站为主。与常规建站方式相比，分布式基站设备小、功耗低、投资省、建设周期短，大大降低了建设难度，加快了网络建设速度。网络建设方式集中建设方式共享建设方式基站建设方式045G技术的应用与建设045G技术的应用与建设分布式基站（BBU+RRU），RRU（射频单元）和BBU（基带单元）之间用光纤连接。一个BBU可以支持多个RRU。采用BBU+RRU多通道方案，可以很好地解决大型场馆的室内信号覆盖,实现了基带单元和射频单元的分离，有利于实现基带单元的集中放置集中建设方式045G技术的应用与建设随着技术的进步，在分布式基站基带集中式建设基础上，可以进一步采用“BBU池”的方式进行网络建设，可以共享基带资源，解决网络话务量的“潮汐效应”，提高网络利用率。同时，基于现有站址及光缆资源合理规划“BBU池”，共享基带资源，可以减少机房配套，节约建设成本及租金、电费等运营开支，也是实现节能减排、绿色运营的需要。共享建设方式共享建设的优势提升资源利用率节约建设成本045G技术的应用与建设045G技术的应用与建设情境描述：小明在通信公司工作，需要完成某所学校移动通信、数据网络通信、语音通信的业务融合。实训内容：实验系统采用仿真方法，在虚拟现实中进行操作，帮助同学们体验完整的移动通信、数据网络通信、语音通信的业务融合，通信设备安装调试过程实训项目045G技术的应用与建设实施流程网络规划系统安装系统调试故障排查业务验证05其他通信技术简介PARTFIVE其他通信技术蓝牙技术WIFI技术ZigBee技术NFC技术卫星通信光纤通信05其他通信技术简介05其他通信技术简介蓝牙(Bluetooth)是一种无线数据与话音通信的开放性全球规范。其实质是为固定设备或移动设备之间的通信环境建立通用的短距离无线接口,将通信技术与计算机技术进一步结合起来,是各种设备在无电线或电缆相互连接的情况下,能在短距离范围内实现通信或操作的一种技术。了解蓝牙技术蓝牙采用高速跳频和时分多址等先进技术,支持点对点及点对多点通信。其传输频段为全球公共通用的2.4GHz频段,能提供1Mb/s的传输速率和10m的传输距离,并采用时分双工传输方案实现全双工传输。05其他通信技术简介蓝牙技术特点（1）功耗低（2）易采用（3）应用成本低（4）同时可传输话音和数据（5）可以建立临时性的对等连接(AdHocConnection)。（6）开放的接口标准（7）抗干扰能力强05其他通信技术简介蓝牙技术应用场景蓝牙作为一种电缆替代技术,蓝牙技术可以无线连接设备。主要有以下三类应用:话音/数据接入、外围设备互连和个人局域网(PAN)。蓝牙技术有效地简化了移动通信终端设备之间的通信,也能够成功地简化了设备与因特网之间的通信,从而数据传输变得更加迅速高效,为无线通信拓宽了道路。蓝牙技术已应用到各个领域中，并已成为物联网（IOT）的主要技术。05其他通信技术简介了解WiFi技术Wi-Fi（wirelessfidelity）是一种允许电子设备连接到一个无线局域网(WLAN)的技术。Wi-Fi是一个无线网路通信技术的品牌，由Wi-Fi联盟(Wi-FiAlliance)所持有，目的是改善基于IEEE802.11标准的无线网路产品之间的互通性。在无线局域网的范畴是指“无线相容性认证”，是一种商业认证，同时也是一种无线联网的技术。05其他通信技术简介WiFi技术特点其无线电波覆盖范围广，Wi-Fi网络AP跟站点可以达到100米左右。速度快，可靠性高，IEEE802.11n协议，理论上的传输速率达到600Mbit/s，已经与有线局域网在传输速率上相差不多。无需布线，部署灵活，可不受布线条件的限制。建设时间短，组网灵活快捷，易于扩展。节约建设投资小，维护成本低，无线网络不需要布设线缆进行投资。绿色环保，健康安全，IEEE802.11所设定的发射功率不可以超过100毫瓦。Wi-Fi6在带宽、网络速率、网络时延、功耗等方面实现提升，从而进一步拓展Wi-Fi技术应用场景。05其他通信技术简介WiFi应用场景从Wi-Fi技术的应用发展情况分析，第一阶段以手机、平板电脑、笔记本电脑等消费级电子终端为驱动。第二阶段以智能家居、智慧城市等物联网应用为驱动。在Wi-Fi6技术标准发展推动下，Wi-Fi技术向第三阶段迈进。现今wi-fi已从库存控制、传统的医疗保健和管理服务等等的特殊行业向更大广泛行业拓展，比如移动办公、教育机构以及家庭等领域。05其他通信技术简介了解ZigBee技术Zigbee技术是基于小型无线网络而开发的通信协议标准，是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术。与其它无线通信协议相比，ZigBee无线协议复杂性低、对资源要求少。ZigBee技术特点低功耗由于工作时间较短、收发信息功耗较低，且采用了休眠模式，使得ZigBee节点设备非常省电。这是ZigBee的突出优势。低成本模块的成本估计在1.5-2.5美元左右，而且ZigBee的协议专利免费。低速率ZigBee工作在2.4GHz频段为250kb/s，915MHz频段为40kb/s，868MHz频段只有20kb/s。近距离传输范围一般介于10～100m之间，能覆盖普通的家庭和办公场所。短时延ZigBee的响应速度较快，通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。高容量ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构，100个Zigbee网络可以同时存在于一个区域，且网络结构灵活高可靠性Zigbee网络传输采用碰撞避免策略，为避免传输数据的冲突，专门为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙。高安全性Zigbee提供了数据完整性检查和鉴权功能，在数据传输中提供了三级安全性，包括无安全设定、使用接入控制清单（ACL以及采用高级加密标准。05其他通信技术简介05其他通信技术简介ZigBee应用场景主要应用于各种电子设备之间功耗低、传输速率要求不高的短距离的数据传输，也应用与典型的周期性数据、间歇性数据及低反应时间数据的传输。需要采集的数据和控制的节点多、数据传输速率不高，且成本要求低的应用；电能局限、且设备体积较低，如需要电池供电的设备；需要户外进行数据传输的网络节点。包括：智能家居和商业楼宇自动化；工业控制；农业生产，作物生长状况；自动抄表；医疗监护；传感器网络应用；电信应用SIM卡。05其他通信技术简介了解NFC技术NFC（NearFieldCommunication）近场通信技术，又称近距离的高频无线通信技术，NFC信息是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递，它支持兼容设备之间的短距离通信，其工作频率为13.56MHz。允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输（在十厘米内）交换数据。NFC采用幅移键控(ASK)调制方式，其数据传输速率一般为106kbit/s和424kbit/s。05其他通信技术简介NFC技术特点NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点，与非接触智能卡技术兼容。NFC是一种提供轻松、安全、迅速通信的无线连接技术。NFC还是一种近距离连接协议，提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信。与无线世界中的其他连接方式相比，NFC是一种近距离的私密通信方式。05其他通信技术简介NFC应用场景NFC设备的应用领域非常广泛，主要可以用作近距离非接触式的读写控制器终端以及点对点的数据传输，有着广阔的应用价值。人们可以通过带有NFC功能的手机或其他设备签到、刷公交卡、门禁卡、支付商品、门票、电影票、智能海报，或者和别人交换电子名片、传输文件、联机玩游戏等。05其他通信技术简介了解卫星通信卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电信号，从而实现在多个地面站之间进行通信的一种技术，它是地面微波通信的继