新一代信息技术-课件 项目5 通信网络

项目5.1认识通信网络CONTENTS目录01

学习目标02

任务一：现代通信网络技术的发展历程及技术特点03

任务二：未来通信网络技术发展趋势知识目标

了解现代通信网络技术发展历需了解现代通信网络技术从起步到如今的整个发展历程，例如移动通信从20世纪20年代起步，历经多个阶段发展至今。了解通信网络技术的发展趋要清楚通信网络技术未来朝着更高速率、更低延迟、多样化连接等方向发展，如6G可能实现每秒数百Gb甚至Tb级的数据传输。能力目标描述发展历程与特点能够正确描述通信网络技术的发展历程及各阶段的技术特点简述未来趋势能够简要描述未来通信网络技术的发展趋势育人目标01培养学习意识养成自主学习和认真学习的意识，主动探索通信网络技术的知识。02塑造职业素养具备与时俱进和吃苦耐劳的职业素养，适应通信行业的快速发展。03增强理想与创新意识了解我国通信网络技术发展状况，坚定理想信念，增强创新意识，为行业发展贡献力量。现代通信网络技术的发展历程及技术特点任务一任务导入

生活中的通信网络设备在日常生活里，我们接触到许多基于通信网络技术的设备，如手机、电脑、智能手表等。这些设备让我们能随时随地与他人交流、获取信息。

通信网络的定义通信网络是通过各种通信设备和传输媒介，将不同位置的终端设备连接起来，实现信息的传输和交换的系统。起步阶段（20世纪20至40年代）

无线电设备小型化这一时期，无线电设备变得足够小巧和坚固，为移动通信的发展奠定了基础。

专用移动通信系统在短波几个频段上开发出专用移动通信系统，例如美国底特律市警察使用的车载无线电系统，最初工作频率为2MHz，到20世纪40年代提高到30-40MHz。初步发展阶段（20世纪40年代中期至60年代初期）

公用移动通信业务问世1946年，根据美国联邦通信委员会的计划，在圣路易斯城建立了世界上第一个公用汽车电话网，称为“城市系统”。

从专用网向公用网过渡此阶段从专用移动网向公用移动网过渡，接续方式为人工，但网的容量较小，例如当时使用三个频道，间隔为120kHz，通信方式为单工。改进与完善阶段（20世纪60年代中期至70年代中期）改进型移动电话系统美国推出改进型移动电话系统，使用150MHz和450MHz频段，采用大区制、中小容量。自动选频与接续该系统实现了无线频道自动选择并能够自动接续到公用电话网，提升了网络的自动化水平。快速发展阶段（20世纪70年代中期至80年代中期）

第一代移动通信系统（1G）主要采用数字蜂窝模拟和频分多址（FDMA）技术，传输速率约2.4kbit/s。

蜂窝网络商业化20世纪80年代初实现了蜂窝网络的商业化，代表性产品如摩托罗拉“大哥大”手机。蓬勃发展阶段（20世纪80年代中期至今）

第二代移动通信系统（2G）以数字语音传输技术为核心，以语音通信和短信为主，用户体验速率为10kbp/s，峰值速率为100kbp/s，主要制式有TDMA和CDMA，如GSM技术。

第三代移动通信系统（3G）诞生于21世纪初，采用基于扩频通信的CDMA技术，传输速度最低为384K，最高为2M，带宽超过5MHz，能实现高速数据传输和宽带多媒体服务。

第四代移动通信系统（4G）集3G与无线局域网于一体，能够传输高质量视频图像，3GPP推动了LTE标准化项目，支持100MHz带宽，峰值速率超过1Gbps。任务实施

查阅资料通过查阅相关资料，广泛了解通信网络技术的发展状况。

描述特点用自己的话描述1G、2G、3G和4G网络通信的技术特点，巩固所学知识。未来通信网络技术发展趋势任务二任务导入

未来通信网络引发的思考未来通信网络会怎样改变我们的生活呢？这一问题值得深入探讨。它将不仅仅局限于人与人之间的简单连接。

技术深入的领域通信网络技术将深入到物联网设备、智能机器和虚拟现实等广泛应用领域，开启对未来通信网络技术发展趋势的探讨。更高速率和更低延迟超高速率目标随着技术不断迭代，6G及后续通信技术目标是实现每秒数百Gb甚至Tb级的数据传输，远超5G的千兆级速率。超低延迟目标未来网络致力于实现几乎零延迟，目标是达到1ms以下，这对高清视频流、云计算、虚拟现实、自动驾驶、远程医疗等实时应用至关重要。多样化连接与网络覆盖

多样化连接支持未来通信技术将支持更多种类设备连接，涵盖智能物联网设备（IoT）、车联网（V2X）、工业物联网（IIoT）等，真正实现“万物互联”。

广泛覆盖范围通信技术努力扩大覆盖范围，追求全球无缝覆盖，低轨道卫星互联网如Starlink就是这一趋势的具体体现，可覆盖偏远地区、海洋、高空等传统盲区。智能化和网络创新

AI赋能智能网络人工智能（AI）在未来通信网络中发挥重要作用，能实现动态资源分配和自我优化，根据实时流量需求调整网络资源，还能进行故障预测与快速响应，降低运营成本。

网络创新技术路径未来网络在边缘节点部署智能计算能力，降低延迟；通过虚拟化技术进行网络切片，满足不同场景需求；实现移动通信网络、Wi-Fi、卫星网络等多种通信方式无缝切换，保障连接质量。融合技术和跨行业应用

融合技术手段利用AI算法预测网络拥堵，提前分配资源；借助区块链去中心化特性构建安全透明网络架构，如在物联网设备间建立可信任通信机制；未来量子通信有望与移动通信结合，保障敏感数据安全。

跨行业应用场景在智能城市中支持实时交通监控等功能；在农业领域实现精准灌溉；在制造业推动设备互联互通；在医疗行业支持远程手术等应用。生态系统和可持续性生态系统建设

打造通信技术相关企业间紧密合作模式，形成完整产业链，推动模块标准化，建立开放开发者生态，加强国际技术合作确保标准统一和互操作性。可持续发展举措

研发高能效基站设备，采用可再生能源供电；优化网络架构和传输方式，减少能源浪费；建立设备回收体系，提升循环利用率；鼓励企业推动社会责任项目，缩小“数字鸿沟”。任务实施

现在移动通信网络的发展正在逐步进入下一次更新换代中，结合你自己的理解，描述一下通信网络技术的未来发展趋势。THEEND谢谢项目5.25G通信网络技术CONTENTS目录01

教学目标02

5G通信网络技术的基本原理和关键技术03

5G通信网络技术的应用场景知识目标

了解基本原理了解5G通信网络技术的基本原理和技术特点。

了解应用场景了解5G通信网络技术的应用场景。技能目标

理解基本原理和技术特点能够正确理解5G通信网络技术的基本原理和技术特点。

描述技术应用能够正确描述5G通信网络技术的应用。育人目标

具备“工匠”精神在学习5G通信网络技术过程中，培养专注、执着、精益求精的“工匠”精神，以严谨态度对待技术研究与实践。

增强多学科知识交叉融合能力5G技术涉及通信、计算机、电子等多学科知识，学习中需增强将各学科知识交叉融合运用的能力。

了解我国5G发展状况通过学习，了解我国在5G通信网络技术领域的发展成就、地位及面临的挑战等情况。

增强创新意识，发扬创新精神深刻认识5G技术中的创新点，激发自身创新意识，在实践中积极发扬创新精神，为技术发展贡献力量。5G通信网络技术的基本原理和关键技术任务一任务导入现有网络面临的压力在如今的数字世界中，智能设备的普及和数据需求的激增使得现有网络面临前所未有的压力。应用对网络的高要求诸如自动驾驶、远程医疗和工业自动化等应用对网络的速度、可靠性和延迟提出了更高要求。5G技术的应运而生正是在这一背景下，5G技术应运而生，并作为未来连接的重要基础。高频段通信遵循的公式移动通信从1G到5G，再往后，都遵从公式：c=λ×ν，即光速＝波长×频率，波长越短，则频率越高。毫米波频段范围5G技术中的毫米波频段利用是指利用较高频率的毫米波段进行通信，将通信频率提高到30GHz到300GHz之间。与3G/4G频段对比及特点相比于之前的3G和4G通信频段（主要在低频段以下），毫米波频段有着更高的频率和更大的带宽等特点，可以实现更快速的数据传输，传输更多数据，实现更高速率的通信。波束赋形传统全向发射的问题传统信号发射方式采用全向发射，容易导致信号浪费和信号弱的现象。波束赋形的原理5G采用的波束赋形利用多个天线，通过精确控制和调整信号的发射或接收方向，将无线信号聚焦在特定方向，类似于聚光灯。波束赋形的作用波束赋形技术能够提高信号传输的效率和覆盖范围，让通信更加稳定、可靠，并在高速移动环境或人口密集区域提供更一致的信号覆盖。大规模天线阵列

技术概念MIMO就是多根天线发送、多根天线接收。大规模天线阵列是在手机端和基站端通过增加收发端的天线数。

提升速率和增益增加系统内可利用的自由度，从而形成较高的速率和增益。

提升用户接入数提升用户接入数，还能在同一频谱上传输多个数据流，提高数据传输的效率和速率；多个天线同时接收信号，通过信号叠加和合并，提高信号的质量和稳定性；利用多径传输，减少信号衰减和干扰；使用多天线进行数据传输和接收，提高数据吞吐量和信号覆盖范围。D2D通信01技术概念D2D即DevicetoDevice，也称之为终端直通，是5G通信中的一项重要技术，允许直接设备间的通信，无须经过基站或网络，它允许附近的设备直接相互通信。02优势提高通信效率、减少网络拥塞、支持特定场景下的即时通信需求。03存在的问题伴随着管理和优化设备间的直连通信、安全性与隐私保护、干扰管理等问题。04在紧急事态中的应用在极端自然灾害引起通信基础设施损坏导致通信中断的情况下，两个邻近的移动终端之间仍然能够建立无线通信，为灾难救援提供保障。双连接技术背景在4G网络普及时代，全球建造了大量4G基站，但进入大规模使用5G网络的时期，拆除和更换4G基站将带来大量的资源浪费并增加成本。技术定义3GPP扩展了LTE双连接技术，提出了LTENR双连接，5G中的双连接技术可以让设备能够同时连接两个不同的网络，例如同时连接4G和5G或5G和Wi-Fi网络。作用及优势实现更高速、更稳定的数据传输，旨在提升设备性能，通过同时利用多个网络资源，改善用户的上网体验，确保在一个网络出现问题时，另一个网络可以充当备份，保障设备的网络连接，提供更快速、更可靠的网络连接。边缘计算

原理在信息网络中，“中央”存在的价值是为“边缘”服务。网络的中央节点为满足网络边缘处不同终端形形色色的需求，但这些应用要求大带宽，低时延，高算力，实现起来有较大问题。一个最行之有效的方法就是缩短数据传输的距离，把提供服务的节点从中央下放到网络边缘，离用户更近，这样的解决方案就叫作“边缘计算”。

作用-管理数据流量5G的大规模设备连接特性需要更快速和更灵活的数据处理能力，边缘计算可以更有效地管理大规模连接的数据流量和请求。

作用-节省带宽边缘计算能够在数据产生的地方进行处理，只传输需要的结果或汇总数据，节省了网络带宽资源。

作用-保护隐私将敏感数据在边缘设备本地处理，减少了数据传输中的安全风险，有助于保护用户隐私和数据安全。微基站基站分类根据3GPP组织的规则，根据功率将无线基站分为4类，分别是宏基站、微基站、皮基站和飞基站。宏基站功率最大，覆盖范围最大。飞基站功率最小，覆盖范围最小。微基站、皮基站和飞基站，通常合称为“微小站”。皮基站和飞基站，比微基站更小，通常合称为“皮飞站”。微基站特点5G的微基站技术使用小型、低功耗、低成本的基站设备，相比传统基站更小巧。部署位置尤其适合在人口密集区域、室内区域或难以覆盖的地方使用。作用微基站的增加提升了5G网络的容量和覆盖范围，满足了高密度用户和大数据流量的需求，改善了用户在高密度区域或室内的网络体验，减少了拥塞和信号弱化问题。超密组网

网络数据流量现状随着智能终端和移动互联网业务的快速发展，网络数据流量呈现出向热点区域汇聚的发展趋势，热点高容量场景集中了网络中80%的数据流量。

应对需求的方法为了解决移动网络数据流量增大，以及用户体验速率提升的需求，对于5G来说，部署超密集组网（UltraDenseNetwork,UDN）提升频谱复用率，是较为有效的方法。

技术作用UDN以小基站作为信号接入点，在距离上更靠近用户终端，降低了传输过程中的信号衰减，使信号质量得到大幅提高，从而带来用户体验的巨大提升，实现5G网络的高流量密度、高峰值速率性能。网络切片技术概念

随着5G和“云时代”多样化新业务的涌现，不同的行业、业务或用户对网络提出了各种各样的服务质量要求。5G网络切片技术是将一个物理网络基础设施分割成多个虚拟网络，每个切片根据特定需求定制，提供个性化网络服务。特征-个性化定制

网络切片技术，可以为不同的应用场景或业务需求创建独立的网络切片，每个切片具有独特的参数配置，如带宽、延迟、安全性等。特征-资源隔离

每个网络切片在物理基础设施上独立运行，互相隔离，避免了不同切片间的资源冲突和干扰。特征-灵活性和适应性

可以根据需要动态调整和管理各个网络切片的资源分配和配置，以应对不同的服务质量要求和网络需求变化。特征-多样化应用场景

适用于智能城市、工业自动化、医疗保健、虚拟现实、物联网等各种不同的应用场景，为这些场景提供定制化的网络服务。软件定义网络和网络功能虚拟化

01软件定义网络-概念软件定义网络（SoftwareDefinedNetwork,SDN）指的是通过某种网络协议将网络设备的控制面与数据面分离，从而摆脱硬件对网络架构的限制，对网络流量进行灵活控制，实现网络虚拟化和智能化，从而节省成本。

02软件定义网络-特点简单、快速、灵活拓展和开放是软件定义网络的四个重要特征。

03网络功能虚拟化-概念网络功能虚拟化（NetworkFunctionVirtualization,NFV）是将传统网络设备中的各种网络功能，如路由、防火墙、负载均衡等，通过软件方式虚拟化，以软件定义的方式来实现这些网络功能。

04网络功能虚拟化-特点其特点在于将网络功能解耦合，转移到通用硬件上，实现了灵活、可扩展、动态配置的网络环境。

05二者关系在5G时代，推动软件定义网络和网络功能虚拟化快速发展的主要驱动力来源于大数据中心和广域网中的大数据流量需求；借助软件定义网络架构的实现，可以解决通信网络对业务灵活性和敏捷度的要求。任务实施

目前，全球5G通信网络已在全球大部分国家和地区部署，其发展也进入了快速发展时期，建议你通过阅读和网络搜索，阐述一下5G所用到的核心技术。5G通信网络技术的应用场景任务二任务导入5G在日常生活中的应用智能手机不仅可以打电话或发信息，还能支持虚拟现实游戏、实时翻译和远程教学等更多功能，这些都需要依靠5G。1G-4G的发展回顾1G实现了模拟语音通信，2G引入了数字化通信，3G使移动互联网成为现实，而4G则大幅提升了数据传输速度，为智能手机和移动应用的普及奠定了基础。5G推动新兴应用普及5G作为第五代通信技术，将通过更快的传输速度、超低延迟和大容量连接，推动新兴应用的普及与发展。增强型移动宽带(eMBB)

连续广域覆盖连续广域覆盖将提供无缝的连续网络覆盖，为用户提供移动性和业务连续性保证。无论用户是在高速移动的车辆上，还是在郊区、农村等网络覆盖相对较差的地区，都可以获得稳定且高质量的通信服务。

热点高容量热点高容量主要面向局部热点区域，为用户提供高速数据传输速率，满足用户高流量需求。如体育场馆、音乐会现场等场景，eMBB能让高密度人群享受顺畅的高清视频播放等服务。eMBB应用领域远程医疗在远程医疗服务中，通过高清视频和实时通信技术，医生可以为远在异地的患者提供精准的诊断和治疗指导。工业自动化eMBB可以实现工厂设备的高效互联，支持智能生产流程。虚拟现实和增强现实eMBB能够提供所需的低延迟和高带宽支持，从而确保用户在沉浸式体验中的交互顺畅。智能交通eMBB可以支持车联网应用，为自动驾驶车辆提供所需的实时数据传输能力。海量机器类通信(mMTC)

面向物联网业务mMTC主要面向物联网业务，作为5G新拓展出的场景，重点解决传统移动通信无法很好支持海量物联网连接的问题。

解决海量连接问题mMTC支持每平方公里高达一百万台设备的连接密度，比4G高出十倍以上，能提供支持庞大的蜂窝连接传感器所需的基础网络设施。mMTC应用场景工业物联网mMTC的大规模连接、低功耗、低成本、小数据传输等特点，使其适用于工业物联网领域，可实现设备间的高效连接与数据传输。智能健康在智能健康领域，mMTC可以支持大量低功耗的健康监测设备，定期传输少量数据，实现对健康状况的实时监测。低功耗设备支持mMTC服务专注于支持大量低功耗设备，通过低功耗广域网络技术，大幅降低了设备的能耗，延长了电池的使用寿命。数据传输效率优化mMTC优化了数据传输效率，以满足大规模物联网场景的需求，使野外环境的长期监测等应用成为可能。低时延高可靠通信(uRLLC)超高可靠性uRLLC要求通信连接在关键任务和紧急场景下具备卓越的可靠性，确保实时性应用的高效运行。低时延uRLLC追求通信时延极低，以支持对时序性极为敏感的应用。uRLLC应用领域智能制造在智能制造领域，工业机器人需要快速响应指令，以毫秒级的延迟完成复杂的生产操作。uRLLC通过确保稳定、低延迟的通信连接，使这些设备能够高效协作，从而提升生产效率和产品质量。自动驾驶在自动驾驶系统中，车辆需要毫秒级的反应时间以避免碰撞或紧急情况，uRLLC的极低时延为这种实时性提供了强有力的支持。灾害救援在自然灾害或事故现场，救援机器人和无人机需要迅速感知环境并作出即时响应。uRLLC能够确保设备之间的通信稳定可靠，从而为救援行动提供重要保障。能源监管在电力和能源系统中，uRLLC支持智能电网的实时监测和动态控制，电力调度中心可以通过uRLLC实现对各个电力设备的远程监控和快速反应。5G技术的广泛影响

多领域广泛应用目前，5G技术已被广泛应用于多个领域，如智能手机、远程医疗、工业自动化等。

影响日常生活随着5G技术的日益成熟，其应用也将越来越影响人们的日常生活，改变人们的生活和工作方式。任务实施

目前，全球5G通信网络已在全球大部分国家和地区部署，其发展也进入了快速发展时期，建议你通过阅读和网络搜索，阐述一下5G所用到的核心技术。THEEND谢谢项目5.36G通信网络技术CONTENTS目录01

学习目标02

任务一：6G通信网络技术可能使用的技术和相应的特点03

任务二：6G通信网络技术的应用前景知识目标了解可能使用的技术和相应特点了解6G通信网络技术可能使用的技术和相应的特点，如内生智能的新型网络、智能超表面技术、太赫兹通信技术等。了解应用前景了解6G通信网络技术的应用前景，如沉浸式云、全息通信、感官互联等全新业务在各领域的应用。技能目标

理解技术和特点能够正确理解6G通信网络技术可能使用的技术和相应的特点。

描述应用前景能够描述6G通信网络技术的潜在应用前景。育人目标

关注社会热点能够关注社会热点问题，具备强烈的社会责任感和使命感。

养成终身学习意识能够养成终身学习的意识，能够主动学习新技术和知识。

为国家发展助力能够了解6G通信网络技术可能使用的技术，发挥自己的兴趣和特长为国家6G技术的发展提供助力。6G通信网络技术可能使用的技术和相应的特点任务一任务导入

全息投影需求挑战要实现逼真、动态的全息投影，尤其是在远程通信和娱乐中应用，网络需要能够支持海量的高分辨率图像数据实时传输。全息影像需要比普通视频更多的数据处理和传输能力，引发对6G能否实现全息投影的思考。

物联网发展瓶颈物联网是现代通信技术的重要应用之一，5G已经实现了部分物联网设备的互联，但随着智能社会的构建和物联网设备数量的激增，现有的网络无法满足所有设备的实时数据交互需求。内生智能的新型网络AI原生性体现

AI技术在6G网络中是原生的，从6G网络设计之初就考虑对AI技术的支持，而不只是将AI作为优化工具。内生智能的新型空口

深度融合人工智能、机器学习技术，打破现有无线空口模块化设计框架，提升无线网络高效性、可靠性、实时性和安全性，实现网络自主运行和自我演进。内生智能的新型网络架构

充分利用网络节点通信、计算和感知能力，通过分布式学习等算法部署，使6G网络原生支持各类AI应用，构建新生态和以用户为中心的业务体验。智能超表面技术技术原理采用可编程新型亚波长二维超材料，通过数字编码对电磁波进行主动的智能调控，形成幅度、相位、极化和频率可控制的电磁场。应用场景可应用于高频覆盖增强、克服局部空洞、提升小区边缘用户速率、绿色通信、辅助电磁环境感知和高精度定位等场景。技术优势显著提升网络传输速率、信号覆盖以及能量效率，无须传统结构发射机中的射频链路，可降低硬件复杂度、成本和能耗。太赫兹通信技术

频段范围太赫兹频段(0.1-10THz)位于微波与光波之间。

技术特点频谱资源极为丰富，具有传输速率高、抗干扰能力强和易于实现通信探测一体化等特点。

应用场景主要应用在全息通信、微小尺寸通信（片间通信及纳米通信）、超大容量数据回传、短距超高速传输等潜在应用场景。星空地一体融合组网组成部分由地面网络、不同轨道高度上的卫星（高中低轨卫星）以及不同空域飞行器等融合而成全新的移动信息网络。覆盖方式通过地面网络实现城市热点常态化覆盖，利用天基、空基网络实现偏远地区、海上和空中按需覆盖。技术优势具有组网灵活、韧性抗毁等突出优势，是空基、天基、地基网络的深度融合，构建包含统一终端、统一空口协议和组网协议的服务化网络架构。可信内生网络安全架构必要性信息通信技术与数据技术、工业操作技术融合，边缘化和设施的虚拟化将导致6G网络安全边界更加模糊，传统的安全信任模型已经不能满足6G安全的需求。信任模式支持中心化的、第三方背书的以及去中心化的多种信任模式共存。特点未来6G网络架构更趋于分布式，网络服务能力贴近用户端提供，要求提供多模、跨域的安全可信体系。其他关键技术

通信感知一体化实现通信与感知功能结合，挖掘潜在通信能力。

分布式自治网络架构具有分布式特点，实现网络自主管理。

确定性网络与算力感知网络保障网络确定性和对算力的感知利用。

智能绿色超大规模MIMO技术提升网络性能同时注重绿色节能。其他关键技术

新型多址接入和新型调制编码技术优化接入和编码方式。

轨道角动量技术和智能全息无线电技术探索新的通信技术方向。

语义通信技术实现更高效的语义层面通信。

区块链架构保障网络数据安全和可信。任务实施

6G通信网络已经在如火如荼的筹备中，请你广泛查阅资料，然后进行总结，描述一下6G通信网络技术已经的发展到哪一阶段了？6G通信网络技术的应用前景任务二任务导入5G的能力限制虽然5G已经在许多领域取得了巨大进步，但面对未来全息通信、智能机器人等更复杂的需求，5G的能力将受到限制。6G的应对可能6G的到来正是为了应对这些挑战，开启更多可能性。沉浸式云沉浸式云概念扩展现实(ExtendedReality,XR)是虚拟现实、增强现实和混合现实等的统称。云化(CloudXR)技术中的内容上云、渲染上云、空间计算上云等将显著降低XR终端设备的计算负荷和能耗，摆脱了线缆的束缚。云化XR技术优势XR终端设备将变得更轻便、更沉浸、更智能、更利于商业化。应用领域云化XR系统将与新一代网络、云计算、大数据、人工智能等技术相结合，赋能于商贸创意、工业生产、文化娱乐、教育培训、医疗健康等领域，助力各行业的数字化转型。全息通信

实现方式随着无线网络能力、高分辨率渲染及终端显示设备的不断发展，未来的全息信息传递将通过自然逼真的视觉还原，实现人、物及其周边环境的三维动态交互。

应用领域未来全息通信将广泛应用于文化娱乐、医疗健