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曲簫揚 長江職業學院 430074
【文章摘要】
隨著社會科學技術的不斷發展以及智能手機的逐漸普及,社會大眾越來越關注4G 移動通信的相關技術。在本文中,簡單闡述了4G 移動通信技術的基本概念,并介紹了相應的通信系統和比較核心的技術,此外,還具體剖析了4G 移動通信技術存在的安全方面的一些問題,并提出了一些相應的有效解決策略。
【關鍵詞】
4G ;移動;通信技術;概念;安全;系統;策略
全球上第一代的移動通信系統是在上個世紀的美國研制成功的,進而拉開了移動通信時代的序幕,同時在逐漸進步的科技當中得到了快速的發展。一直到現在,4G 移動通信網絡在移動通信這個領域開始嶄露頭角,與3G 移動通信技術相同,都廣泛應用在世界的范圍之內。相比于2G 移動通信,3G 通信系統有著許多方面的優勢,但是在電路交換、統一標準、業務管理、接入速率、網絡安全以及視頻應用等各個方面都出現了不足,所以,人們將大部分的希望寄托于4G 的移動通信。
1 簡述4G 移動通信技術的基本概念
一般來講,4G 移動通信技術能夠被定義成分布網絡以及廣帶接入,它的非對稱的那種數據傳輸的能力應該保持在2Mb/s 以上,能夠對4G 移動通信的相關用戶提供大概150Mb/s 的清晰視頻的相關服務,還能夠實現傳輸三維圖像。同時, 4G 移動通信能夠實現兩個不同的頻帶網絡或者無線平臺之間的無線傳輸,并能夠不分地點時間,可以對互聯網寬帶進行隨時介入,除了網絡的基本信息之外,還能夠為用戶有效提供數據整理、地點定位以及遠程遙控等各種功能。除此之外,4G 的移動通信系統也屬于是一種更加高級的移動寬帶的通信系統,具體的特點是多功能進行一定的集成,屬于寬帶接入的一種IP 系統。
2 4G 移動通信的相關系統
2.1 接入系統
一般情況下,4G 移動通信網絡的接入系統主要包括:1)無線系統(比如DECT 等);2)無線的蜂窩移動通信系統( 如2G 等) ;3)短距離的連接系統( 例如藍牙等) ;4)固定無線接入以及無線環路系統;5)無線的局域網系統;6)相應的衛星系統;7)有線系統;8)廣播電視的接入系統( 如DVB - T、DAB 等) ;9)STS 平流層的相關通信系統。同時,4G 移動通信網絡的相關接入系統存在的比較顯著的特點為:智能化的模式終端在一定程度上基于公共的一種平臺,利用各種相應的接入技術,實現網絡平臺間的協作以及無縫連接,運用最優化的工作方式有限滿足用戶的各種需求。
2.2 核心網絡
通常來講,4G 移動通信系統當中的核心網是基于全IP 的一個網絡,也就是基于IP 的網絡維護管理、基于IP 的承載機制、基于IP 的應用服務以及基于IP 的網絡資源控制。相比于3G 移動網絡,4G 移動系統有著很多根本性的優點,具體表現為:能夠實現不同網絡之間的無縫連接。其中,核心網相對獨立于無線接入的具體方案,可以有效提供端、端之間的IP 業務, 可以兼容已經存在的核心網。核心網有著相對比較開放的一種結構,基本允許空中接口可以接入到核心網;此外,核心網可以將傳輸、控制以及業務等分開。
2.3 移動終端
我們知道,4G 移動通信系統的特征在一定程度上決定了4G 移動通信系統的移動終端和3G 系統的不同。而4G 移動終端應該可以有效支持廣帶寬以及高速率的相應要求,與此同時,4G 移動通信終端還應該能夠保證可以適應不同的QoS 指標要求、不同的空中接口要求以及終端用戶在移動性能方面的一些要求來對用戶的相關需求進行一定的滿足。為了能夠對不同的空中接口進行兼容,那么移動終端應該具備更新軟件方面的能力,并能夠利用軟件的下載來實現更新。除此之外,在4G 系統當中,存在著多樣化的終端形式, 化妝盒、手表或者眼鏡都有一定的可能會成為4G 系統的終端。在未來,4G 移動終端會具有下面的一些具體特征:1)更高的網絡聯通性( 無線設備能夠利用Adhoc 方式來進行組網) ;2)更強的交互性能( 更加方便的網絡和個人接口) ;3)更加豐富的個性化服務( 更加支持GPS 定位、蜂窩電話以及尋呼等業務) ;4)更強的安全保障功能( 比如嵌入式的那種指紋的認證) ; 5)更強的動態自重構的能力( 能夠對業務要求和網絡條件進行自我適應) ;6)更強的識別語音的功能。
3 4G 移動通信的相關技術
通常來講,4G 通信技術主要包括MIMO、OFMD 以及智能天線等一些技術, 有著信息量比較大、可容性比較強以及傳輸速度非常快等各種優勢。4G 移動通信相比于3G 來講,有著相對比較高質量的視頻通信,有著清晰化的視頻圖像以及高速率的傳播,能夠為視頻通話以及直播論壇等有效提供更加穩定的一種信號支持, 與此同時,使用沒有固定地點的無線網絡服務來有效提供定時、通訊定位、遠程控制以及信息收集等服務。
3.1 MIMO 技術
該技術的效能主要在于改善通信質量以及提升通信效率,設置多副發射天線并將其接入到天線當中來有效實現該技術的相應功能,本質上來講是以空間分集以及空間復用的增益作為信息系統來有效提供支持,這就能夠使用空間分集的可靠性以及空間復用技術的容量性,實現支持信道。因為該技術的主要功能在于將比較傳統惡通信系統當中的衰落因素轉化通訊性能方面的增加,能夠實現提升傳輸業務的速率,從而可以有效實現提升無限通信的性能。
3.2 OFMD 技術
這種技術一般指的就是正交頻分復用的一種技術,屬于4G 技術的一種核心, 能夠把信道大體分成多個正交的子信道, 轉換高速數據信號為低速的數據流,進而實現調整每個子道方面的信息傳輸,這就會對頻譜效率進行有效提升,實現抗碼以及高速傳輸之間的干擾。
3.3 智能天線技術
智天線技術主要由天線陣、波束形成網絡以及波未形成算法三個部分組成, 基本功能為信號干擾防御,為了有效實現該功能,應該有效借助于各陣元信號的調整相位以及加權幅度,天線陣列方向的圖形進行改變的情況下將其抗干擾的功能有效實現,在該功能的相應刺激之下,該技術應該被應用到緩解資源、提升信息容量、提升通訊質量以及提升傳速當中。
4 4G 通信技術在安全方面存在的威脅
目前,存在著非常多的對4G 通信技術安全造成威脅的因素,最為主要的是一些無意識的人為的錯誤、故意的人為的破壞以及攻擊、泄露密碼以及系統的漏洞等一些因素,進行了如下的總結:
4.1 軟件安全以及應用系統方面的漏洞
網絡的瀏覽器以及網絡服務器出現問題是一種極其正常的現象,很難做到不出問題,由于它剛剛進行研制,目前還處在進行試驗的階段,還不是非常的成熟, 同時還因為存在很多人不能充分把握該技術等,很容易會出現很多問題尤其是系統方面的問題,死機屬于極其正常的現象,因此主要的問題是系統以及軟件的不成熟,應該對系統以及軟件進行大力研發。
4.2 黑客一般來講,黑客是編輯程序的人員, 他們可以進行程序的編輯以及系統的操作,同時具有非常高級的知識,并通過安全漏洞非法進入到他人的計算機系統之內,有著非常大的危害。 4.3 病毒
通常情況下,很多網絡方面的東西基本都比較怕病毒,所以4G 通信技術也存在這樣的問題,非常多的病毒會對傳輸路徑進行一定的破壞,進而在傳播的過程當中出現問題,會出現亂碼或者會接不到信號,根本不能預防病毒,只有對自己的系統進行更新,在一定程度上限制病毒,有效防止病毒入侵。
5 解決安全問題的有效策略
只存在檢查以及防范的通信系統對于保證可靠以及安全是遠遠不夠的,該系統還應該具有自動恢復以及抗病毒侵襲方面的能力。由于系統根本就做不到所謂的萬無一失,一旦發生檢漏以及防漏等事情,那么一定會產生災難性的結果。同時, 也不可避免天災人禍,這也會造成毀滅性的通信技術系統方面的破壞。系統容災技術,就算有系統災難發生,也會對系統以及數據進行快速的恢復,能夠有效完整地保護網絡信息系統方面的安全。
目前,主要是為了進行數據的備份以及基于系統容錯的一種系統容災方面的技術。在系統當中,最后的屏障是數據備份,不容許出現任何一點閃失。但是,離線的介質根本就不能有效保證不會出現差錯,數據容災進行數據安全的保證主要利用的技術是IP 容災技術,在使用數據容災時應該存在兩個存儲器,在兩個存儲器間建立復制方面的關系,同時,兩個存儲器不可以放在相同的地方,應該是分別放在本地和異地。放在本地的那個存儲器應該服務本地,供本地進行使用,而放在異地的存儲器應該進行關鍵數據的實時的復制以及備份。兩者之間通過IP 進行相互連接,會構成相對比較完整的數據方面的容災系統,同時也可以提供數據庫當中的容災功能。
6 結束語
隨著科學技術的迅猛發展,在對待通信的新技術時,我們應該有意識的保持更加的冷靜以及理智,一定不會有一帆風順的4G 演進的道路,未來我們會面臨著機遇以及挑戰。所以,我們應該抓緊進行先進軟件以及系統的研發,有效滿足現代時代的一些實際要求。
【參考文獻】
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【關鍵詞】通信技術;課程教學;教學方法;教學模式
1.引言
《通信技術基礎》課程屬于高職類電子、通信專業的專業基礎知識課程,它是前導課程《模擬電子線路》、《數字電路》等課程知識的鞏固與延伸,也是后續《移動通信》、《通信新技術》等課程的基礎,所以本課程在整個專業課程體系中的作用十分重要。本課程知識的特點是理論性強,知識更新速度快,實際應用十分廣泛,故教學過程設計要依據通信產業行業發展的需要、兼顧企業崗位就業群需要,力求反映與專業相關的最新主流技術,使學生在了解專業知識與技術發展的同時,融會貫通所學的專業知識,進一步提高專業綜合素質。
2.課程教學目標
學生學習本門課程,學習目標是掌握通信技術的基本概念和基本原理;建立完整的通信系統的概念;理解無線電發送與接收設備的基本組成及其工作原理,能畫出基本通信設備的組成框圖并能敘述各組成部分的作用,了解常見通信網絡的組成方案及工作特點,了解數字與模擬信號的一般處理方法,了解衛星通信系統、光纖通信系統、移動通信系統及交換系統的工作原理;能進行通信設備主要性能指標的檢測、以及使用仿真軟件的能力。為進一步學習、掌握電子、通信技術的專業知識和職業技能打下基礎。
3.課程內容的選取
通過對相關就業崗位職業能力要求的調研、對通信技術發展的追蹤以及對學生可持續發展的探索,我們在教學內容的選取方面整合了通信學科中通信設備、通信系統與網絡、電波傳播等多門課程,適度地介紹信號處理、信息理論、編碼技術、信號傳輸與交換技術以及網絡技術等多種技術,為學生提供囿于工作領域的系統而淺顯的知識和職業訓練。
4.課程的整體設計
4.1 教學方法與手段選取
授課學生現狀——一般都有一定的模電、數電理論概念基礎,通信終端的利用率很高,比如手機,電腦等,對理論性強的知識不喜歡聽,喜歡動手做,對不斷更新的通信設備通信新技術特別感興趣;通信專業領域技術特點——理論性強,技術更新速度快,實際應用廣泛,與我們的生活已經密不可分。根據以上特點,本課程可采用多元化教學模式,將理論教學與實踐教學相互補充,依托計算機技術、多媒體技術、系統仿真技術、網絡技術等教學資源,對教學過程進行優化設計;通過校園網、多媒體設備、網絡教室,教學基地等硬件設施的配套使用,將授課內容、理論知識的動態解釋、電路、系統的仿真過程及相關知識的視頻資料或圖片資料的介紹等各種教學信息在教學過程中進行適度的表現,充分調動教與學的潛能,進一步提高教學質量。
4.2 工學結合教學模式的實施
在多元化教學模式中,我們重點突出工學結合教學模式的運用,工學結合是將學習與工作相結合的教育模式,通過靈活的教學形式和組織安排,讓學生一部分時間在學校內學習基礎知識和進行基本技能的訓練,一部分時間在企業參加崗位實踐,同時邀請企業管理骨干參與授課,由學校與企業共同承擔起對學生的培養任務。通過工學結合模式,可以加強學校與企業的聯系,提高企業對我們培養的學生的認可度。比如在移動通信系統章節內容授課時,首先讓學生進入移動通信服務運營公司進行實踐調研,對市場上不同公司生產的移動通信設備性能進行優劣對比,搜集課程涉及的移動通信系統各性能模塊技術資料,對比各自的技術特點,服務領域。帶著一些實際問題進行理論課的授課,結合實踐講解什么是移動通信;移動通信的特點;移動通信系統中有哪些關鍵技術;深入對比各種常見移動通信設備性能,各自的技術標準。進一步進行實驗驗證。通過先實踐,再理論講解,最后實驗驗證的方法授課,學生知識點鞏固的深,動手能力也得到了加強,綜合素質得到了提高。
4.3 網絡教學平臺推廣應用
為進一步調高教學效果,本課程配套建設網絡教學平臺,在網絡教學平臺上向學生提供教學大綱、授課計劃、電子教案、電子教材、通信詞匯、系統仿真、在線測試、通信綜合課題競賽等網絡教學資源;在校園網上完成考試、成績查詢、統計等教學管理工作;同時,師生之間建立網絡交互平臺,對課程問題可以進行實時、專題討論、網絡答疑和意見反饋等教學信息的交流。通過網絡的先進性、開放性和實時性,更大范圍內實現師資力量的整合,滿足優化課程設計的要求。
4.4 考核方法
本課程可采用過程考核和期末考核相結合的考核方式。過程考核參考學生的實踐動手能力,平時表現,分析問題,解決問題的能力;期末考核考察學生基礎知識掌握情況;最終總評成績由兩項成績按一定比重相加得到。
5.結束語
本課程授課過程設計主要圍繞電子、通信類專業學生的工作領域,系統、全面而淺顯,體現了高等職業教育的實用性要求、適合高職學生的學習水平和認知規律,有利于培養學生在這一領域的興趣;具體表現為:激發了學生學習的積極性,解決實際問題的能力都有了很大程度的提高。學生進入就業崗位適應能力強,崗位遷移快;學生進一步深造,可拓展性高。
參考文獻
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【關鍵詞】現代通信技術;多維立體教學;工程化
【中圖分類號】TN915 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089 (2012)01-0009-01
通信技術正以前所未有的速度得以發展和應用,它與計算機技術相互融合和滲透形成現代通信技術,如衛星通信、微波通信、移動通信、光纖通信等都屬于現代通信技術,它與我們息息相關,給我們的工作和生活帶來了日新月異的變化。因此,《現代通信技術》課程不僅要在通信工程專業開設,同時還有必要在非通信工程專業開設。
1 現代通信技術課程的目標與內容
《現代通信技術》作為一門為非通信工程專業本科學生開設的課程,是通過知識的加工和優化,在原《現代通信系統》與《通信原理》等課程基礎上整合而成,并向應用性方向拓展[1]。由于非通信工程專業的學生沒有學習過《現代通信系統》和《通信原理》課程,所以課程目標是“輕理論,重應用”,使學生初步了解關于通信系統的基本概念、數字通信系統的組成;了解現代通信系統中的電信交換、衛星通信、微波通信、移動通信、光纖通信等通信系統的基本原理、組成框架和最新應用內容。
現代通信技術課程由通信網基礎技術、電信交換、無線通信、移動通信和光傳輸網五大主要組成部分[2],詳見圖1。
圖1 現代通信技術課程主要內容
通信網基礎技術包括模擬通信和數字通信(強調數字通信系統)、數字通信系統設計的技術如信源編碼技術、信道復用技術等、數字信號的基帶傳輸、調制技術和差錯控制技術等;電信交換包括常用的交換方式如電路交換和分組交換、數字程控交換、ISDN(綜合業務數字網)和智能網;無線通信包括無線傳播的基本特性、無線通信的關鍵技術、典型的無線通信微波通信系統、衛星通信系統的組成和應用;移動通信包括移動通信的關鍵技術、典型的移動通信系統GSM、CDMA和3G系統的原理、技術體制及應用發展;光傳輸網包括管傳輸系統的組成和原理、SDH光傳輸網技術、光波分復用技術等。
2 傳統的現代通信技術教學方式的特點
傳統的教學方法是以知識學科體系為中心,先講述理論,在進行一些驗證性的實驗。《現代通信技術》課程的教學方式一致沿襲本科教育中學科體系的教學模式,從通信網基礎技術到無線通信、移動通信等,都過于側重理論,偏重知識的積累,內容豐富,公式與性質多,抽象難懂,這種教學方式的主要特點和弊端如下:
2.1 學生對學習感到枯燥,無法進行創新能力培養。對于現代通信技術課程來說,知識抽象、枯燥,特別是講到通信原理等摸不著看不見的知識時,學生更是不知所云。很多學生僅僅是被動地在學習,沒有主動參與的熱情,體會不到學習的樂趣,更談不上創新能力了。
2.2 教學過程中以原理知識為核心,而忽略了學生的數學功底和理論推導能力,使其缺乏學習的積極性;教學方法也是以傳授知識為主,忽視了學生的能力培養和工程設計鍛煉,導致知識與能力不協調。
2.3 理論和實際沒有很好地聯系起來,對知識的實際應用只作點綴,學生動手環節較少,更缺乏現場操作的經驗,無法滿足崗位需求。
3 現代通信技術課程的教學思路和教學模式
考慮到非通信工程專業的學生基本上沒有學習過包括通信原理、信號與系統、隨機過程等課程,在教學中必須從實際出發,因材施教,遵循深入淺出、易于理解的原則,力求簡潔明了,突出科普性,激發學習興趣[3]。采取“多挖坑少鉆井”的方法,對現代通信技術課程中較深的知識進行必要的刪減,比如通信網基礎技術中的調制技術、語音編碼,電信交換中的數字交換單元的工作原理、信令系統,無線信道特性分析、擴頻技術等知識點,只能進行簡單的講解,使學生明白這些知識的基本概念。
3.1 教學內容模塊化。
本課程對理論知識不要求過度深入,避免復雜的數學推導,建立模塊化的教學模式,參考圖1的課程內容,將現代通信技術作為一個整體任務,并按主要內容將這一任務分解成任務模塊:通信網基礎技術模塊、電信交換模塊、無線通信模塊、移動通信模塊和光傳輸模塊,每個模塊又分解為幾個子模塊。每個教學模塊都以具體的項目案例引出教學內容,將枯燥的理論教學完全融入到一個個具體的任務中,抽象的知識就得到了具體的體現。這種教學方案不僅可以激發學生的學習興趣,還可以培養學生分析問題和解決問題的能力。
3.2 教學方法多樣化。
課堂教學質量的好壞直接影響到教學效果。“滿堂灌”的傳統教學方法已經不適應現在以“學生為主體”的課堂,而采用類比引證等深入淺出的方法進行多維立體教學,則可事半功倍,大大提高教學質量。
3.2.1 多維立體教學。
隨著多媒體技術的應用,課堂上老師大都使用PPT進行教學,不停地播放幻燈片,授課信息量大,內容多,但這種教學方法很容易忽視學生對內容的理解和接受程度。多維立體教學,就是靈活使用現代教學手段,使用“多媒體+網絡+板書”的教學模式,采用多種方法展現抽象的知識點,在圖、文、聲、像等方面為學生提供直觀感受,讓他們在短時間內理解和接受大量的最新信息[4]。課堂上,可以充分利用多媒體放映PPT、圖片、動畫和視頻等,課后學生可以登錄教學網站下載學習資料,通過網絡、論壇與老師進行互動交流。例如,在學習衛星通信時,可以插入衛星通信系統的圖片,播放最新衛星通信的相關視頻等,讓學生直觀地理解相關內容。
3.2.2 善于類比。
本課程設計很多的原理、概念,若只是將這些抽象的知識敘述出來則顯得枯燥無味,學生不易理解,而將這些知識與現實生活中我們常接觸的事物做類比則可以很好地理解[6]。例如,在講解無線通信中電磁波按照傳播方向的分類時可以將其與臺球的運動做類比,如圖2所示,這樣將抽象的看不見摸不著的電磁波也可以很容易的知道它包括直射波、反射波、繞射波和散射波等。
圖2 臺球的運動
再如,在講解移動通信中的切換技術時,切換包括軟切換和硬切換,什么是切換?什么是軟切換?什么是硬切換呢?同樣也可以采取類比的方法。假設你在一個工作崗位呆久了,由于這樣或那樣的原因,想調整一下,但你不能終端工作,直接變成空閑狀態,因為你很在乎工作所帶來的收益,你不希望這個收益中斷(切換的目的就是為了提供無中斷的數據傳輸)。根據崗位變動時,交接工作地開展方式不同可以把崗位變動分為溫柔換崗(類似于軟切換)和強行換崗(類似于硬切換)。溫柔換崗就是在和新的工作崗位進行聯系時,舊崗位的工作也不已下載中斷,而是進行相應的交接工作;強行換崗就是和舊崗位徹底中斷,然后建立和新崗位的聯系。根據類比引出軟切換和硬切換的概念,學生就很容易理解了。
這種類比的方法不僅可以調節課堂氣氛,還可以深入淺出地將抽象難懂的知識讓學生在輕松地氣氛中理解并掌握。
3.3 教學模式工程化。
近年來,以美國麻省理工學院為首的世界幾十所大學展開了CDIO工程教育模式的改革。CDIO是Conceived(構思)、Design(設計)、Implement(實現)、Operate(運作),是“做中學”和“基于項目的教育和學習”的集中概括和抽象表達[5]。該教學模式下,學生是學習主體,教師是教學主導。對于現代通信技術課程,教師首先要明確講授課程在專業知識結構中的地位和作用,引導學生主動學習。其次,教師要根據學生應掌握的知識和能力,在教學中適當穿插綜合性實驗,促使學生自己動手,帶領學生對衛星地面接收站、通信站等機房進行觀摩,使理論知識和實際應用聯系起來,培養學生的實際操作能力。在工程化的教學模式理念的指導下,我們可以改變以往重理論輕實踐、重視專業知識而忽視創新能力的教學方式,取得良好的教學效果。
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關鍵字:5G;移動通信;互聯網
1前言
隨著互聯網技術突飛猛進的發展,移動互聯網的更高速、更便捷、更便宜成為人們追求的目標。因此全球對于第五代移動通信技術(5G)的研發正逐步升溫。4G最高可以達到100Mbps的上網速率,而5G可達到1Gbps。與4G相比,5G網絡更能滿足人們對高傳輸速率的要求。同時,第五代移動通信網絡在傳輸過程中還體現出短時延、低功耗、高可靠等特點。目前全球很多國家都已經開展了5G研發,在前不久結束的世界移動通信大會上中國以及其他國家共19家通信運營商和多家通信設備廠也都加入研[1]究5G網絡的隊伍,全球5G市場正逐漸開啟。
2第五代移動通信進展概述
對于第五代移動通信技術,目前業界尚無清晰而明確的定義。2015年2月11日,IMT-2020(5G)推進組在北京召開的5G概念白皮書會中,宣布迫切需要盡快制定全球統一的5G標準以及確定統一的5G概念。根據5G關鍵能力與核心技術,第五代移動通信技術的概念由標志性能指標和一組核心關鍵技術來共同定義。其中Gbps用戶體驗速率為標志性能指標,一組關鍵技術包括大規模天線陣列、超[2]密集組網、新型多址、全頻譜接入和新型網絡架構。
2.1主要性能指標
可以用以下幾個主要的性能指標來描述5G。(1)數據速率將不少于1Gbps最是基本要求目前4G/LTE的傳輸速率達到100Mbps,而5G的速率將會達到每秒1Gbps。如果用4G網絡下載一個視頻耗時1分鐘,則5G下載一部高清畫質視頻只需1秒鐘。如果利用手機或平板上在線觀看4k視頻或將來的8k視頻,5G下行速度為其提供了保障。(2)特大的通信容量在每平方公里的地理范圍內,無線移動寬帶系統的容量比目前4G/LTE增長1000倍,平均每平方公里地理范圍內的連接數將不小于一百萬個。(3)無線延遲時間要求小于一毫秒兩部手機連接的時間在3G網絡下為500ms,而4G網絡則需要50ms。然而多數瞬時無線應用的時間延遲不能多于一毫秒,比如5G的應用于無人駕駛、汽車行駛中時,當向無人駕駛發送緊急指令時,延遲時間如果多一毫秒,可能就會有危險。因此未來的網路延遲時間應小[3]于一毫秒。(4)可支持的最大移動速度為500km/h4G支持的最大移動速率為350km/h,當以每小時500公里速度移動時,5G服務可保證信號切換不中斷。
2.25G發展現狀
從通信業的發展軌跡看,網絡換代的時間越來越短。1G、2G、3G、4G的更換間隔時間分別為為12年、10年、8年,而從4G到5G,預計只有6年。目前世界上許多發達國家已開展5G的研究工作并制定了相應的研究和發展推進計劃,中國、韓國、日本、美國、歐盟都在投入大量資源研發第五代移動通信網絡,同時在這兩年內世界各國也就5G進行廣泛的研討。5G研發進展飛快,且多個國家對5G的研究都初見成效。歐盟于2014年1月正式推出“5GPPP”(5GPublic-PrivatePartnership)計劃,預投入數十億歐元開發5G技術,并在2022年正式投入運營。三星電子有限公司在2013年已成功開發5G核心技術,并宣布預計將于2020年開始推廣商用。韓國科學和未來規劃部在2014年1月宣布建立“未來通信產業發展戰略”,預算1.6萬萬億韓元用于5G的研究,希望在2018年平昌奧運會上首次試演5G應用。日本于2013年10月創建了5G研究組,該研究組已經對5G網絡進行了初步探討。2014年5月8日,日本多個運營商共同合作,開始測試高速5G網絡,并預計在2020年開始運作。美國Verizon無線公司在2015年9月7日宣布,將從明年開始試用第五代移動通信網絡,兩年后在美國部分城市進[4]行商用。2015年9月28日,第五次中歐經貿高層對話會上,我國與歐盟在第五代移動通信網絡領域簽署戰略合作協議。會議再次強調于2020年實現5G網絡商用的目標,再次推動了5G技術的發展。中國的5G研究的時間推進表中表示,在明年啟動第五代移動通信技術的標準研究,預計在三年內完成第一個版本的標準,把商業應用的起步時間確定為2020年。中國移動、華為、大唐電信、中興通訊等企業現正投入大量的精力研發5G技術標準。
35G網路前景分析
3.15G在我國前景
雖然目前5G還處在實驗階段,真正商用還要經過幾年的時間,但是5G已經成為ICT領域的熱點名詞。我國在通信技術標準領域經歷了第一代空白、第二代跟隨、第三代突破、第四代同步、第五代力爭取得主導地位的加速發展。3G、4G時代呈現出標準之爭的局面在5G情況下是不會出現的,5G技術標準將實現全球統一。我國移動通信技術已經取得一定成績,在5G國際標準的制定工作中也起到重要作用,需要我國企業在5G網絡方面進一步發力,爭取中國5G標準能成為世界5G標準。
3.25G三大空口技術
第三代移動通信的空口技術是CDMA,第四代移動通信的空口技術是OFDM,而當進入第五代移動通信時代時,應用更加繁榮,對空口技術要求也更加靈活,因此空口技術的復雜多樣性和應變能力變得尤為重要。一個空口必須滿足超高清視頻要求的每秒1G的帶寬、無人駕駛要求的小于1毫秒時延、每平方公里物聯網傳感器幾十萬的連接數等業務。而濾波正交波形頻分復用(FilteredOFDM,F-OFDM)與稀疏碼多址技術(SparseCodeMultipleAccess,SCMA)可作為第五代無線通信技術動態空口的基礎。(1)F-OFDM無線通信的基礎波形技術F-OFDM是基于子帶濾波的OFDM,能夠滿足5G需求的波形技術。其能滿足5G原理是首先先將系統帶寬劃分若干子帶,通過優化濾波器,把不同帶寬的子波之間的保護頻帶做到一個子波帶寬,每種子帶根據業務需求配置不同的波形參數。支持空口參數配置自動適應5G不同業務。(2)SCMA無線通信的稀疏碼多址接入技術通過F-OFDM已經實現了在頻域和時域的資源復用,為了進一步提高頻譜效率,還可以通過空域和碼域的復用來改進。SCMA有兩個關鍵技術:第一個是低密度擴頻,即把單個子載波擴頻成4個子載波,然后這4個子載波由6個用戶共享,用戶數據只占用了其中2個子載波,剩余2個空子載波。這就是SCMA中Sparse(稀疏)的含義。第二個關鍵技術是高維調制,傳統的波形調制只有幅度和相位兩維,同樣,高維調制技術調制的也是相位和幅度,但是最終使多用戶的星座點之間歐氏距離拉得更遠,大大提高了用戶的解調和抗干擾性能。每個用戶使用高維調制的數據稀疏碼本,而每個用戶的碼本系統有記錄,這樣在不正交的情況下,就可以把不同用戶最終解調出來。SCMA通過引入碼域的多址,調整了稀疏度,并提高了頻譜效率,最終頻譜效率可以提升多倍。(3)PolarCode高性能糾錯碼技術信道編碼技術的主要目的是能夠可靠的傳遞數字信號。信道編碼技術是在發送信息序列的同時增加額外的校驗比特,并在收端采用一定的譯碼技術,使傳輸過程中產生的差錯以較高的概率進行糾正,從而正確接收發送的信息。過去所采用的多種糾錯碼技術如RS碼、卷積碼、Turbo碼等都未能達到香農極限。在2008首次提出的極化碼是第一種能夠被嚴格證明可達到信道容量的信道編碼方法。Polar碼具有簡單明確的編碼及譯碼算法,所能達到的[5]糾錯性已經遠遠超過Turbo碼、LDPC碼。
3.35G未來應用
5G的應用不僅僅是上網、打電話,還可以實現萬物互聯、各行各業的信息相互結合。如智慧城市、智能交通、工業自動化等等,這意味著5G標準不僅僅只與移動通信行業有關。人們通過高科技可以達到“所想即所得”的水平。農民不需要到田里,只需打開手機通過田間攝像頭就可以隨時查看農作物病害和蟲害信息以及田間水量和養分等情況。如果農民種植過程中遇到問題,可以把田間的情況通過發送視頻給遠方專家,直接等待回復。當在用手機看足球比賽的直播時,賽場周圍安裝了大量高清攝像頭,視頻信號通過5G網絡從遙遠的球場瞬間傳到手機或平板上,只需用手指隨意劃動屏幕,畫面就會隨著手指的移動而發生變化,就可以享受觀看全方位的比賽。
3.45G面臨問題
5G雖然在未來幾年就會被商用,但仍有許多問題有待解決。(1)5G網絡的主要問題依然是技術問題目前的4G網絡的技術仍存在著許多問題,如果問題不解決勢必影響5G的普及。比如信號受障礙物影響較大,在偏遠的山區網絡還未普及,在地鐵站、地下室、圖書館以及火車車廂等人群密集的場所,存在覆蓋不到或信號差等問題。(2)手機存儲讀寫速度問題人們很容易忽視掉現有的手機存儲芯片的寫入速度根本無法達到5G網絡需要的速度,即使5G網絡被商用,也會因為手機讀寫速度受到限制,人們體驗不到其在速度上的優勢。在移動互聯網快速發展的時代,5G將支持更打范圍的信息服務互聯和應用,除個人消費業務外,還可以滿足更多的企業和社會需求。可以預測,5G虛擬現實、5G智能車聯網、遠程遙控、緊急救援等領域,將可借助5G技術得到推廣。
參考文獻
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[2]IMT-2020(5G)推進組.5G概念白皮書.2015-2.
[3]李遠東.全球5G研發現狀[EB/OL].[2014-11-17].
[4]高芳,趙志耘.全球5G研發現狀概覽[J].全球科技經濟瞭望,2014(7):59-61.
[關鍵詞]寬帶無線移動通信 生產業
1 引言
隨著全球數字化經濟的蓬勃發展,寬帶無線移動通信作為體現國家科技、經濟、人才等綜合實力的重要領域,已成為許多國家爭取主導權、話語權和制高點的戰略性產業。為提升我國無線移動通信的綜合競爭實力和創新能力,推動移動通信技術和產業向世界先進水平跨越,《國家中長期科學和技術發展規劃綱要(2006―2020年)》中確立了新一代寬帶無線移動通信重大專項,大力發展低運營成本、扁平化、全IP網絡的蜂窩移動通信系統的后續演進和寬帶無線接入。
代表了信息通信技術主要發展方向的新一代寬帶無線移動通信的迅速發展將會極大地提高其速率和可應用的帶寬以此滿足人們對數字、圖像、音頻、視頻等多媒體業務的需求。然而,在當前國際市場需求急劇下降、全球信息產業深度調整的形勢下。如何確保國家重點投入發展的通信網絡拉動內需,擴大海外市場,促進國民經濟的長期可持續發展將是一個嚴峻的問題。
2 當前移動通信的業務狀況
目前,移動通信與互聯網的融合已經成為一種趨勢,它在終端,網絡和內容上都在逐步融合,融合之后的新型網絡架構可以提供更多新穎的行業應用解決方案,這為依托于信息技術和現代管理理念發展起來的新興服務產業提供了前所未有的機遇,但同時也帶來了帶寬、網絡融合、行業推廣、有效監管等各方面的挑戰。
2.1服務單一化向服務多樣化的轉變
以我國目前移動通信發展現狀來看:我國現有通信網絡存在業務單一的問題,通信網絡主要服務于傳統的語音業務。據有關部門統計,2006年1~5月中國電信產業業務構成中,移動通信、固定本地和長途通信占業務收入的92.2%,數據通信業務只占了7.63%;2007年數據通信網業務占電信業務收入的比例為8.4%。2008年上半年,數據通信收入占電信業務收入的比例僅達到9.4%,我國90%的通信行業的收入來源于占用現有網絡帶寬資源10%的語音業務。占用90%帶寬的數據業務所產生的經濟效益不足10%。而發達國家通信業務發展的數據顯示,數據業務的收益是通信業收益的主要來源。移動通信業務本身正在發生從單一的傳統的語音業務向多樣化的多媒體業務的轉變,語音業務低值化趨勢已經不可逆轉。
2.2帶寬日益增加,速率日益提高
隨著移動通信業務由單一語音業務向移動多媒體和寬帶數據業務方向發展。帶寬的需求越來越大,3G在速率、QoS、無縫移動等方面的局限性也日益顯露出來,這就需要構建容量更大、速率更快、功能更強的新一代寬帶移動通信系統,以實現更高品質的多媒體業務和全球性的、“無所不在”的通信服務。LTE可提供的上下行數據峰值速率可達到50Mb/s和100Mb/s,此時高速互聯網接入、手機游戲、可視電話、手機電視、視頻點播等業務將成為現實。LTE/4G網絡的商用,將為移動行業應用開辟更加巨大的空間。
2.3應用和業務領域的拓展
移動通信技術的發展,使可利用的帶寬快速增加,網絡的傳輸速率顯著提高。在全面服務大眾用戶的同時,致力于轉型的移動運營企業將移動行業應用拓展到了政務、公安、交通、金融、電力、工商、農業、教育等領域,使移動數據業務從短信、彩信、手機游戲等大眾化業務向“警務通”、“家校通”、“農信通”、“移動工商”、“移動稅務”、手機銀行、移動支付等移動行業應用發展,有力地推動了行業信息化進程。
目前。以發達國家的寬帶應用來看,家庭醫療和遠程診斷,基于移動多媒體設施或移動終端的遠程教學,工業傳感器信息收集等寬帶應用將會是企業中很有前景的寬帶業務,帶寬和速率問題一旦解決,這些寬帶業務就可以更好的得以應用。支持多種數據業務的先進的通信網絡可以更好地促進各行業的發展,全面提升行業管理效率和企業效益。
3 生產業的崛起
1997年黨的“十五大”報告中指出了重視現代服務業的發展。此后在國家“中長期科技規劃綱要”又一次強調了我國發展現代服務業,特別是生產業的重要性。2006年國家啟動了現代服務業科技支撐計劃(信產部和科技部聯合幾十個部委推動這一計劃實施),并在全國啟動了“現代服務業共技術支撐體系與運用示范工程”重大項目。現代服務業的發展,將從全局實現我國產業結構的調整,而生產業與國民經濟各部門緊密相關,ICT本身不僅是現代服務業的重要組成部分,更重要的它又是對工業、農業和傳統服務業走向現代化的主要推動力,以上四者的融合,將會使我國國民經濟結構發生根本性轉型。
那么說,什么是生產業呢?簡單來看,生產業是一種高智力、高集聚、高成長、高輻射、高就業的現代服務產業。金融服務、信息服務、研發及科技服務、專業服務等生產業,迅速崛起并成為全球服務業的支柱。這些行業領域具有知識密集、技術密集、信息密集、人才密集的特點,是知識經濟的先導產業,代表著服務業乃至世界經濟的未來發展方向。
目前,部分發達國家的服務業產值已占到國內生產總值的55%左右,個別國家甚至達到了78%以上。生產業呈現產業融合和服務外包的趨勢,與金融、物流、制造業的關系日趨緊密,服務方式呈現虛擬化、網絡化的趨勢。生產業已經逐漸形成完整的產業鏈,貫穿于生產、流通、分配、消費等社會再生產環節之中。因此它對ICT業特別是寬帶無線移動的需求是巨大的,它在帶寬速率覆蓋等諸方面的需求量遠比目前2G、3G的各項應用和服務總和還要大的多,這為新一代寬帶移動通信業的發展帶來了機遇。
4 結論