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曲箫扬 长江职业学院 430074
【文章摘要】
随着社会科学技术的不断发展以及智能手机的逐渐普及,社会大众越来越关注4G 移动通信的相关技术。在本文中,简单阐述了4G 移动通信技术的基本概念,并介绍了相应的通信系统和比较核心的技术,此外,还具体剖析了4G 移动通信技术存在的安全方面的一些问题,并提出了一些相应的有效解决策略。
【关键词】
4G ;移动;通信技术;概念;安全;系统;策略
全球上第一代的移动通信系统是在上个世纪的美国研制成功的,进而拉开了移动通信时代的序幕,同时在逐渐进步的科技当中得到了快速的发展。一直到现在,4G 移动通信网络在移动通信这个领域开始崭露头角,与3G 移动通信技术相同,都广泛应用在世界的范围之内。相比于2G 移动通信,3G 通信系统有着许多方面的优势,但是在电路交换、统一标准、业务管理、接入速率、网络安全以及视频应用等各个方面都出现了不足,所以,人们将大部分的希望寄托于4G 的移动通信。
1 简述4G 移动通信技术的基本概念
一般来讲,4G 移动通信技术能够被定义成分布网络以及广带接入,它的非对称的那种数据传输的能力应该保持在2Mb/s 以上,能够对4G 移动通信的相关用户提供大概150Mb/s 的清晰视频的相关服务,还能够实现传输三维图像。同时, 4G 移动通信能够实现两个不同的频带网络或者无线平台之间的无线传输,并能够不分地点时间,可以对互联网宽带进行随时介入,除了网络的基本信息之外,还能够为用户有效提供数据整理、地点定位以及远程遥控等各种功能。除此之外,4G 的移动通信系统也属于是一种更加高级的移动宽带的通信系统,具体的特点是多功能进行一定的集成,属于宽带接入的一种IP 系统。
2 4G 移动通信的相关系统
2.1 接入系统
一般情况下,4G 移动通信网络的接入系统主要包括:1)无线系统(比如DECT 等);2)无线的蜂窝移动通信系统( 如2G 等) ;3)短距离的连接系统( 例如蓝牙等) ;4)固定无线接入以及无线环路系统;5)无线的局域网系统;6)相应的卫星系统;7)有线系统;8)广播电视的接入系统( 如DVB - T、DAB 等) ;9)STS 平流层的相关通信系统。同时,4G 移动通信网络的相关接入系统存在的比较显著的特点为:智能化的模式终端在一定程度上基于公共的一种平台,利用各种相应的接入技术,实现网络平台间的协作以及无缝连接,运用最优化的工作方式有限满足用户的各种需求。
2.2 核心网络
通常来讲,4G 移动通信系统当中的核心网是基于全IP 的一个网络,也就是基于IP 的网络维护管理、基于IP 的承载机制、基于IP 的应用服务以及基于IP 的网络资源控制。相比于3G 移动网络,4G 移动系统有着很多根本性的优点,具体表现为:能够实现不同网络之间的无缝连接。其中,核心网相对独立于无线接入的具体方案,可以有效提供端、端之间的IP 业务, 可以兼容已经存在的核心网。核心网有着相对比较开放的一种结构,基本允许空中接口可以接入到核心网;此外,核心网可以将传输、控制以及业务等分开。
2.3 移动终端
我们知道,4G 移动通信系统的特征在一定程度上决定了4G 移动通信系统的移动终端和3G 系统的不同。而4G 移动终端应该可以有效支持广带宽以及高速率的相应要求,与此同时,4G 移动通信终端还应该能够保证可以适应不同的QoS 指标要求、不同的空中接口要求以及终端用户在移动性能方面的一些要求来对用户的相关需求进行一定的满足。为了能够对不同的空中接口进行兼容,那么移动终端应该具备更新软件方面的能力,并能够利用软件的下载来实现更新。除此之外,在4G 系统当中,存在着多样化的终端形式, 化妆盒、手表或者眼镜都有一定的可能会成为4G 系统的终端。在未来,4G 移动终端会具有下面的一些具体特征:1)更高的网络联通性( 无线设备能够利用Adhoc 方式来进行组网) ;2)更强的交互性能( 更加方便的网络和个人接口) ;3)更加丰富的个性化服务( 更加支持GPS 定位、蜂窝电话以及寻呼等业务) ;4)更强的安全保障功能( 比如嵌入式的那种指纹的认证) ; 5)更强的动态自重构的能力( 能够对业务要求和网络条件进行自我适应) ;6)更强的识别语音的功能。
3 4G 移动通信的相关技术
通常来讲,4G 通信技术主要包括MIMO、OFMD 以及智能天线等一些技术, 有着信息量比较大、可容性比较强以及传输速度非常快等各种优势。4G 移动通信相比于3G 来讲,有着相对比较高质量的视频通信,有着清晰化的视频图像以及高速率的传播,能够为视频通话以及直播论坛等有效提供更加稳定的一种信号支持, 与此同时,使用没有固定地点的无线网络服务来有效提供定时、通讯定位、远程控制以及信息收集等服务。
3.1 MIMO 技术
该技术的效能主要在于改善通信质量以及提升通信效率,设置多副发射天线并将其接入到天线当中来有效实现该技术的相应功能,本质上来讲是以空间分集以及空间复用的增益作为信息系统来有效提供支持,这就能够使用空间分集的可靠性以及空间复用技术的容量性,实现支持信道。因为该技术的主要功能在于将比较传统恶通信系统当中的衰落因素转化通讯性能方面的增加,能够实现提升传输业务的速率,从而可以有效实现提升无限通信的性能。
3.2 OFMD 技术
这种技术一般指的就是正交频分复用的一种技术,属于4G 技术的一种核心, 能够把信道大体分成多个正交的子信道, 转换高速数据信号为低速的数据流,进而实现调整每个子道方面的信息传输,这就会对频谱效率进行有效提升,实现抗码以及高速传输之间的干扰。
3.3 智能天线技术
智天线技术主要由天线阵、波束形成网络以及波未形成算法三个部分组成, 基本功能为信号干扰防御,为了有效实现该功能,应该有效借助于各阵元信号的调整相位以及加权幅度,天线阵列方向的图形进行改变的情况下将其抗干扰的功能有效实现,在该功能的相应刺激之下,该技术应该被应用到缓解资源、提升信息容量、提升通讯质量以及提升传速当中。
4 4G 通信技术在安全方面存在的威胁
目前,存在着非常多的对4G 通信技术安全造成威胁的因素,最为主要的是一些无意识的人为的错误、故意的人为的破坏以及攻击、泄露密码以及系统的漏洞等一些因素,进行了如下的总结:
4.1 软件安全以及应用系统方面的漏洞
网络的浏览器以及网络服务器出现问题是一种极其正常的现象,很难做到不出问题,由于它刚刚进行研制,目前还处在进行试验的阶段,还不是非常的成熟, 同时还因为存在很多人不能充分把握该技术等,很容易会出现很多问题尤其是系统方面的问题,死机属于极其正常的现象,因此主要的问题是系统以及软件的不成熟,应该对系统以及软件进行大力研发。
4.2 黑客一般来讲,黑客是编辑程序的人员, 他们可以进行程序的编辑以及系统的操作,同时具有非常高级的知识,并通过安全漏洞非法进入到他人的计算机系统之内,有着非常大的危害。 4.3 病毒
通常情况下,很多网络方面的东西基本都比较怕病毒,所以4G 通信技术也存在这样的问题,非常多的病毒会对传输路径进行一定的破坏,进而在传播的过程当中出现问题,会出现乱码或者会接不到信号,根本不能预防病毒,只有对自己的系统进行更新,在一定程度上限制病毒,有效防止病毒入侵。
5 解决安全问题的有效策略
只存在检查以及防范的通信系统对于保证可靠以及安全是远远不够的,该系统还应该具有自动恢复以及抗病毒侵袭方面的能力。由于系统根本就做不到所谓的万无一失,一旦发生检漏以及防漏等事情,那么一定会产生灾难性的结果。同时, 也不可避免天灾人祸,这也会造成毁灭性的通信技术系统方面的破坏。系统容灾技术,就算有系统灾难发生,也会对系统以及数据进行快速的恢复,能够有效完整地保护网络信息系统方面的安全。
目前,主要是为了进行数据的备份以及基于系统容错的一种系统容灾方面的技术。在系统当中,最后的屏障是数据备份,不容许出现任何一点闪失。但是,离线的介质根本就不能有效保证不会出现差错,数据容灾进行数据安全的保证主要利用的技术是IP 容灾技术,在使用数据容灾时应该存在两个存储器,在两个存储器间建立复制方面的关系,同时,两个存储器不可以放在相同的地方,应该是分别放在本地和异地。放在本地的那个存储器应该服务本地,供本地进行使用,而放在异地的存储器应该进行关键数据的实时的复制以及备份。两者之间通过IP 进行相互连接,会构成相对比较完整的数据方面的容灾系统,同时也可以提供数据库当中的容灾功能。
6 结束语
随着科学技术的迅猛发展,在对待通信的新技术时,我们应该有意识的保持更加的冷静以及理智,一定不会有一帆风顺的4G 演进的道路,未来我们会面临着机遇以及挑战。所以,我们应该抓紧进行先进软件以及系统的研发,有效满足现代时代的一些实际要求。
【参考文献】
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[2] 李强. 刍议4G 移动通信技术与安全缺陷[J]. 通讯世界,2014 (1):34–35.
[3] 伍伟化.4G 移动通信技术与安全缺陷研究[J]. 信息通信,2014(9):78–79.
【关键词】通信技术;课程教学;教学方法;教学模式
1.引言
《通信技术基础》课程属于高职类电子、通信专业的专业基础知识课程,它是前导课程《模拟电子线路》、《数字电路》等课程知识的巩固与延伸,也是后续《移动通信》、《通信新技术》等课程的基础,所以本课程在整个专业课程体系中的作用十分重要。本课程知识的特点是理论性强,知识更新速度快,实际应用十分广泛,故教学过程设计要依据通信产业行业发展的需要、兼顾企业岗位就业群需要,力求反映与专业相关的最新主流技术,使学生在了解专业知识与技术发展的同时,融会贯通所学的专业知识,进一步提高专业综合素质。
2.课程教学目标
学生学习本门课程,学习目标是掌握通信技术的基本概念和基本原理;建立完整的通信系统的概念;理解无线电发送与接收设备的基本组成及其工作原理,能画出基本通信设备的组成框图并能叙述各组成部分的作用,了解常见通信网络的组成方案及工作特点,了解数字与模拟信号的一般处理方法,了解卫星通信系统、光纤通信系统、移动通信系统及交换系统的工作原理;能进行通信设备主要性能指标的检测、以及使用仿真软件的能力。为进一步学习、掌握电子、通信技术的专业知识和职业技能打下基础。
3.课程内容的选取
通过对相关就业岗位职业能力要求的调研、对通信技术发展的追踪以及对学生可持续发展的探索,我们在教学内容的选取方面整合了通信学科中通信设备、通信系统与网络、电波传播等多门课程,适度地介绍信号处理、信息理论、编码技术、信号传输与交换技术以及网络技术等多种技术,为学生提供囿于工作领域的系统而浅显的知识和职业训练。
4.课程的整体设计
4.1 教学方法与手段选取
授课学生现状——一般都有一定的模电、数电理论概念基础,通信终端的利用率很高,比如手机,电脑等,对理论性强的知识不喜欢听,喜欢动手做,对不断更新的通信设备通信新技术特别感兴趣;通信专业领域技术特点——理论性强,技术更新速度快,实际应用广泛,与我们的生活已经密不可分。根据以上特点,本课程可采用多元化教学模式,将理论教学与实践教学相互补充,依托计算机技术、多媒体技术、系统仿真技术、网络技术等教学资源,对教学过程进行优化设计;通过校园网、多媒体设备、网络教室,教学基地等硬件设施的配套使用,将授课内容、理论知识的动态解释、电路、系统的仿真过程及相关知识的视频资料或图片资料的介绍等各种教学信息在教学过程中进行适度的表现,充分调动教与学的潜能,进一步提高教学质量。
4.2 工学结合教学模式的实施
在多元化教学模式中,我们重点突出工学结合教学模式的运用,工学结合是将学习与工作相结合的教育模式,通过灵活的教学形式和组织安排,让学生一部分时间在学校内学习基础知识和进行基本技能的训练,一部分时间在企业参加岗位实践,同时邀请企业管理骨干参与授课,由学校与企业共同承担起对学生的培养任务。通过工学结合模式,可以加强学校与企业的联系,提高企业对我们培养的学生的认可度。比如在移动通信系统章节内容授课时,首先让学生进入移动通信服务运营公司进行实践调研,对市场上不同公司生产的移动通信设备性能进行优劣对比,搜集课程涉及的移动通信系统各性能模块技术资料,对比各自的技术特点,服务领域。带着一些实际问题进行理论课的授课,结合实践讲解什么是移动通信;移动通信的特点;移动通信系统中有哪些关键技术;深入对比各种常见移动通信设备性能,各自的技术标准。进一步进行实验验证。通过先实践,再理论讲解,最后实验验证的方法授课,学生知识点巩固的深,动手能力也得到了加强,综合素质得到了提高。
4.3 网络教学平台推广应用
为进一步调高教学效果,本课程配套建设网络教学平台,在网络教学平台上向学生提供教学大纲、授课计划、电子教案、电子教材、通信词汇、系统仿真、在线测试、通信综合课题竞赛等网络教学资源;在校园网上完成考试、成绩查询、统计等教学管理工作;同时,师生之间建立网络交互平台,对课程问题可以进行实时、专题讨论、网络答疑和意见反馈等教学信息的交流。通过网络的先进性、开放性和实时性,更大范围内实现师资力量的整合,满足优化课程设计的要求。
4.4 考核方法
本课程可采用过程考核和期末考核相结合的考核方式。过程考核参考学生的实践动手能力,平时表现,分析问题,解决问题的能力;期末考核考察学生基础知识掌握情况;最终总评成绩由两项成绩按一定比重相加得到。
5.结束语
本课程授课过程设计主要围绕电子、通信类专业学生的工作领域,系统、全面而浅显,体现了高等职业教育的实用性要求、适合高职学生的学习水平和认知规律,有利于培养学生在这一领域的兴趣;具体表现为:激发了学生学习的积极性,解决实际问题的能力都有了很大程度的提高。学生进入就业岗位适应能力强,岗位迁移快;学生进一步深造,可拓展性高。
参考文献
[1]于宝明,王钧铭.通信技术基础(第一版)[M].大连理工大学出版社,2011,6.
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[3]袁妙琴.高职《通信技术基础》教学的改革与探索[J].成功(教育),2011(04).
[4]赵瑞玉,林夏.独立学院非通信专业开设《通信技术基础》课程的探讨[J].信息系统工程,2013(01).
【关键词】现代通信技术;多维立体教学;工程化
【中图分类号】TN915 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089 (2012)01-0009-01
通信技术正以前所未有的速度得以发展和应用,它与计算机技术相互融合和渗透形成现代通信技术,如卫星通信、微波通信、移动通信、光纤通信等都属于现代通信技术,它与我们息息相关,给我们的工作和生活带来了日新月异的变化。因此,《现代通信技术》课程不仅要在通信工程专业开设,同时还有必要在非通信工程专业开设。
1 现代通信技术课程的目标与内容
《现代通信技术》作为一门为非通信工程专业本科学生开设的课程,是通过知识的加工和优化,在原《现代通信系统》与《通信原理》等课程基础上整合而成,并向应用性方向拓展[1]。由于非通信工程专业的学生没有学习过《现代通信系统》和《通信原理》课程,所以课程目标是“轻理论,重应用”,使学生初步了解关于通信系统的基本概念、数字通信系统的组成;了解现代通信系统中的电信交换、卫星通信、微波通信、移动通信、光纤通信等通信系统的基本原理、组成框架和最新应用内容。
现代通信技术课程由通信网基础技术、电信交换、无线通信、移动通信和光传输网五大主要组成部分[2],详见图1。
图1 现代通信技术课程主要内容
通信网基础技术包括模拟通信和数字通信(强调数字通信系统)、数字通信系统设计的技术如信源编码技术、信道复用技术等、数字信号的基带传输、调制技术和差错控制技术等;电信交换包括常用的交换方式如电路交换和分组交换、数字程控交换、ISDN(综合业务数字网)和智能网;无线通信包括无线传播的基本特性、无线通信的关键技术、典型的无线通信微波通信系统、卫星通信系统的组成和应用;移动通信包括移动通信的关键技术、典型的移动通信系统GSM、CDMA和3G系统的原理、技术体制及应用发展;光传输网包括管传输系统的组成和原理、SDH光传输网技术、光波分复用技术等。
2 传统的现代通信技术教学方式的特点
传统的教学方法是以知识学科体系为中心,先讲述理论,在进行一些验证性的实验。《现代通信技术》课程的教学方式一致沿袭本科教育中学科体系的教学模式,从通信网基础技术到无线通信、移动通信等,都过于侧重理论,偏重知识的积累,内容丰富,公式与性质多,抽象难懂,这种教学方式的主要特点和弊端如下:
2.1 学生对学习感到枯燥,无法进行创新能力培养。对于现代通信技术课程来说,知识抽象、枯燥,特别是讲到通信原理等摸不着看不见的知识时,学生更是不知所云。很多学生仅仅是被动地在学习,没有主动参与的热情,体会不到学习的乐趣,更谈不上创新能力了。
2.2 教学过程中以原理知识为核心,而忽略了学生的数学功底和理论推导能力,使其缺乏学习的积极性;教学方法也是以传授知识为主,忽视了学生的能力培养和工程设计锻炼,导致知识与能力不协调。
2.3 理论和实际没有很好地联系起来,对知识的实际应用只作点缀,学生动手环节较少,更缺乏现场操作的经验,无法满足岗位需求。
3 现代通信技术课程的教学思路和教学模式
考虑到非通信工程专业的学生基本上没有学习过包括通信原理、信号与系统、随机过程等课程,在教学中必须从实际出发,因材施教,遵循深入浅出、易于理解的原则,力求简洁明了,突出科普性,激发学习兴趣[3]。采取“多挖坑少钻井”的方法,对现代通信技术课程中较深的知识进行必要的删减,比如通信网基础技术中的调制技术、语音编码,电信交换中的数字交换单元的工作原理、信令系统,无线信道特性分析、扩频技术等知识点,只能进行简单的讲解,使学生明白这些知识的基本概念。
3.1 教学内容模块化。
本课程对理论知识不要求过度深入,避免复杂的数学推导,建立模块化的教学模式,参考图1的课程内容,将现代通信技术作为一个整体任务,并按主要内容将这一任务分解成任务模块:通信网基础技术模块、电信交换模块、无线通信模块、移动通信模块和光传输模块,每个模块又分解为几个子模块。每个教学模块都以具体的项目案例引出教学内容,将枯燥的理论教学完全融入到一个个具体的任务中,抽象的知识就得到了具体的体现。这种教学方案不仅可以激发学生的学习兴趣,还可以培养学生分析问题和解决问题的能力。
3.2 教学方法多样化。
课堂教学质量的好坏直接影响到教学效果。“满堂灌”的传统教学方法已经不适应现在以“学生为主体”的课堂,而采用类比引证等深入浅出的方法进行多维立体教学,则可事半功倍,大大提高教学质量。
3.2.1 多维立体教学。
随着多媒体技术的应用,课堂上老师大都使用PPT进行教学,不停地播放幻灯片,授课信息量大,内容多,但这种教学方法很容易忽视学生对内容的理解和接受程度。多维立体教学,就是灵活使用现代教学手段,使用“多媒体+网络+板书”的教学模式,采用多种方法展现抽象的知识点,在图、文、声、像等方面为学生提供直观感受,让他们在短时间内理解和接受大量的最新信息[4]。课堂上,可以充分利用多媒体放映PPT、图片、动画和视频等,课后学生可以登录教学网站下载学习资料,通过网络、论坛与老师进行互动交流。例如,在学习卫星通信时,可以插入卫星通信系统的图片,播放最新卫星通信的相关视频等,让学生直观地理解相关内容。
3.2.2 善于类比。
本课程设计很多的原理、概念,若只是将这些抽象的知识叙述出来则显得枯燥无味,学生不易理解,而将这些知识与现实生活中我们常接触的事物做类比则可以很好地理解[6]。例如,在讲解无线通信中电磁波按照传播方向的分类时可以将其与台球的运动做类比,如图2所示,这样将抽象的看不见摸不着的电磁波也可以很容易的知道它包括直射波、反射波、绕射波和散射波等。
图2 台球的运动
再如,在讲解移动通信中的切换技术时,切换包括软切换和硬切换,什么是切换?什么是软切换?什么是硬切换呢?同样也可以采取类比的方法。假设你在一个工作岗位呆久了,由于这样或那样的原因,想调整一下,但你不能终端工作,直接变成空闲状态,因为你很在乎工作所带来的收益,你不希望这个收益中断(切换的目的就是为了提供无中断的数据传输)。根据岗位变动时,交接工作地开展方式不同可以把岗位变动分为温柔换岗(类似于软切换)和强行换岗(类似于硬切换)。温柔换岗就是在和新的工作岗位进行联系时,旧岗位的工作也不已下载中断,而是进行相应的交接工作;强行换岗就是和旧岗位彻底中断,然后建立和新岗位的联系。根据类比引出软切换和硬切换的概念,学生就很容易理解了。
这种类比的方法不仅可以调节课堂气氛,还可以深入浅出地将抽象难懂的知识让学生在轻松地气氛中理解并掌握。
3.3 教学模式工程化。
近年来,以美国麻省理工学院为首的世界几十所大学展开了CDIO工程教育模式的改革。CDIO是Conceived(构思)、Design(设计)、Implement(实现)、Operate(运作),是“做中学”和“基于项目的教育和学习”的集中概括和抽象表达[5]。该教学模式下,学生是学习主体,教师是教学主导。对于现代通信技术课程,教师首先要明确讲授课程在专业知识结构中的地位和作用,引导学生主动学习。其次,教师要根据学生应掌握的知识和能力,在教学中适当穿插综合性实验,促使学生自己动手,带领学生对卫星地面接收站、通信站等机房进行观摩,使理论知识和实际应用联系起来,培养学生的实际操作能力。在工程化的教学模式理念的指导下,我们可以改变以往重理论轻实践、重视专业知识而忽视创新能力的教学方式,取得良好的教学效果。
参考文献
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关键字:5G;移动通信;互联网
1前言
随着互联网技术突飞猛进的发展,移动互联网的更高速、更便捷、更便宜成为人们追求的目标。因此全球对于第五代移动通信技术(5G)的研发正逐步升温。4G最高可以达到100Mbps的上网速率,而5G可达到1Gbps。与4G相比,5G网络更能满足人们对高传输速率的要求。同时,第五代移动通信网络在传输过程中还体现出短时延、低功耗、高可靠等特点。目前全球很多国家都已经开展了5G研发,在前不久结束的世界移动通信大会上中国以及其他国家共19家通信运营商和多家通信设备厂也都加入研[1]究5G网络的队伍,全球5G市场正逐渐开启。
2第五代移动通信进展概述
对于第五代移动通信技术,目前业界尚无清晰而明确的定义。2015年2月11日,IMT-2020(5G)推进组在北京召开的5G概念白皮书会中,宣布迫切需要尽快制定全球统一的5G标准以及确定统一的5G概念。根据5G关键能力与核心技术,第五代移动通信技术的概念由标志性能指标和一组核心关键技术来共同定义。其中Gbps用户体验速率为标志性能指标,一组关键技术包括大规模天线阵列、超[2]密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构。
2.1主要性能指标
可以用以下几个主要的性能指标来描述5G。(1)数据速率将不少于1Gbps最是基本要求目前4G/LTE的传输速率达到100Mbps,而5G的速率将会达到每秒1Gbps。如果用4G网络下载一个视频耗时1分钟,则5G下载一部高清画质视频只需1秒钟。如果利用手机或平板上在线观看4k视频或将来的8k视频,5G下行速度为其提供了保障。(2)特大的通信容量在每平方公里的地理范围内,无线移动宽带系统的容量比目前4G/LTE增长1000倍,平均每平方公里地理范围内的连接数将不小于一百万个。(3)无线延迟时间要求小于一毫秒两部手机连接的时间在3G网络下为500ms,而4G网络则需要50ms。然而多数瞬时无线应用的时间延迟不能多于一毫秒,比如5G的应用于无人驾驶、汽车行驶中时,当向无人驾驶发送紧急指令时,延迟时间如果多一毫秒,可能就会有危险。因此未来的网路延迟时间应小[3]于一毫秒。(4)可支持的最大移动速度为500km/h4G支持的最大移动速率为350km/h,当以每小时500公里速度移动时,5G服务可保证信号切换不中断。
2.25G发展现状
从通信业的发展轨迹看,网络换代的时间越来越短。1G、2G、3G、4G的更换间隔时间分别为为12年、10年、8年,而从4G到5G,预计只有6年。目前世界上许多发达国家已开展5G的研究工作并制定了相应的研究和发展推进计划,中国、韩国、日本、美国、欧盟都在投入大量资源研发第五代移动通信网络,同时在这两年内世界各国也就5G进行广泛的研讨。5G研发进展飞快,且多个国家对5G的研究都初见成效。欧盟于2014年1月正式推出“5GPPP”(5GPublic-PrivatePartnership)计划,预投入数十亿欧元开发5G技术,并在2022年正式投入运营。三星电子有限公司在2013年已成功开发5G核心技术,并宣布预计将于2020年开始推广商用。韩国科学和未来规划部在2014年1月宣布建立“未来通信产业发展战略”,预算1.6万万亿韩元用于5G的研究,希望在2018年平昌奥运会上首次试演5G应用。日本于2013年10月创建了5G研究组,该研究组已经对5G网络进行了初步探讨。2014年5月8日,日本多个运营商共同合作,开始测试高速5G网络,并预计在2020年开始运作。美国Verizon无线公司在2015年9月7日宣布,将从明年开始试用第五代移动通信网络,两年后在美国部分城市进[4]行商用。2015年9月28日,第五次中欧经贸高层对话会上,我国与欧盟在第五代移动通信网络领域签署战略合作协议。会议再次强调于2020年实现5G网络商用的目标,再次推动了5G技术的发展。中国的5G研究的时间推进表中表示,在明年启动第五代移动通信技术的标准研究,预计在三年内完成第一个版本的标准,把商业应用的起步时间确定为2020年。中国移动、华为、大唐电信、中兴通讯等企业现正投入大量的精力研发5G技术标准。
35G网路前景分析
3.15G在我国前景
虽然目前5G还处在实验阶段,真正商用还要经过几年的时间,但是5G已经成为ICT领域的热点名词。我国在通信技术标准领域经历了第一代空白、第二代跟随、第三代突破、第四代同步、第五代力争取得主导地位的加速发展。3G、4G时代呈现出标准之争的局面在5G情况下是不会出现的,5G技术标准将实现全球统一。我国移动通信技术已经取得一定成绩,在5G国际标准的制定工作中也起到重要作用,需要我国企业在5G网络方面进一步发力,争取中国5G标准能成为世界5G标准。
3.25G三大空口技术
第三代移动通信的空口技术是CDMA,第四代移动通信的空口技术是OFDM,而当进入第五代移动通信时代时,应用更加繁荣,对空口技术要求也更加灵活,因此空口技术的复杂多样性和应变能力变得尤为重要。一个空口必须满足超高清视频要求的每秒1G的带宽、无人驾驶要求的小于1毫秒时延、每平方公里物联网传感器几十万的连接数等业务。而滤波正交波形频分复用(FilteredOFDM,F-OFDM)与稀疏码多址技术(SparseCodeMultipleAccess,SCMA)可作为第五代无线通信技术动态空口的基础。(1)F-OFDM无线通信的基础波形技术F-OFDM是基于子带滤波的OFDM,能够满足5G需求的波形技术。其能满足5G原理是首先先将系统带宽划分若干子带,通过优化滤波器,把不同带宽的子波之间的保护频带做到一个子波带宽,每种子带根据业务需求配置不同的波形参数。支持空口参数配置自动适应5G不同业务。(2)SCMA无线通信的稀疏码多址接入技术通过F-OFDM已经实现了在频域和时域的资源复用,为了进一步提高频谱效率,还可以通过空域和码域的复用来改进。SCMA有两个关键技术:第一个是低密度扩频,即把单个子载波扩频成4个子载波,然后这4个子载波由6个用户共享,用户数据只占用了其中2个子载波,剩余2个空子载波。这就是SCMA中Sparse(稀疏)的含义。第二个关键技术是高维调制,传统的波形调制只有幅度和相位两维,同样,高维调制技术调制的也是相位和幅度,但是最终使多用户的星座点之间欧氏距离拉得更远,大大提高了用户的解调和抗干扰性能。每个用户使用高维调制的数据稀疏码本,而每个用户的码本系统有记录,这样在不正交的情况下,就可以把不同用户最终解调出来。SCMA通过引入码域的多址,调整了稀疏度,并提高了频谱效率,最终频谱效率可以提升多倍。(3)PolarCode高性能纠错码技术信道编码技术的主要目的是能够可靠的传递数字信号。信道编码技术是在发送信息序列的同时增加额外的校验比特,并在收端采用一定的译码技术,使传输过程中产生的差错以较高的概率进行纠正,从而正确接收发送的信息。过去所采用的多种纠错码技术如RS码、卷积码、Turbo码等都未能达到香农极限。在2008首次提出的极化码是第一种能够被严格证明可达到信道容量的信道编码方法。Polar码具有简单明确的编码及译码算法,所能达到的[5]纠错性已经远远超过Turbo码、LDPC码。
3.35G未来应用
5G的应用不仅仅是上网、打电话,还可以实现万物互联、各行各业的信息相互结合。如智慧城市、智能交通、工业自动化等等,这意味着5G标准不仅仅只与移动通信行业有关。人们通过高科技可以达到“所想即所得”的水平。农民不需要到田里,只需打开手机通过田间摄像头就可以随时查看农作物病害和虫害信息以及田间水量和养分等情况。如果农民种植过程中遇到问题,可以把田间的情况通过发送视频给远方专家,直接等待回复。当在用手机看足球比赛的直播时,赛场周围安装了大量高清摄像头,视频信号通过5G网络从遥远的球场瞬间传到手机或平板上,只需用手指随意划动屏幕,画面就会随着手指的移动而发生变化,就可以享受观看全方位的比赛。
3.45G面临问题
5G虽然在未来几年就会被商用,但仍有许多问题有待解决。(1)5G网络的主要问题依然是技术问题目前的4G网络的技术仍存在着许多问题,如果问题不解决势必影响5G的普及。比如信号受障碍物影响较大,在偏远的山区网络还未普及,在地铁站、地下室、图书馆以及火车车厢等人群密集的场所,存在覆盖不到或信号差等问题。(2)手机存储读写速度问题人们很容易忽视掉现有的手机存储芯片的写入速度根本无法达到5G网络需要的速度,即使5G网络被商用,也会因为手机读写速度受到限制,人们体验不到其在速度上的优势。在移动互联网快速发展的时代,5G将支持更打范围的信息服务互联和应用,除个人消费业务外,还可以满足更多的企业和社会需求。可以预测,5G虚拟现实、5G智能车联网、远程遥控、紧急救援等领域,将可借助5G技术得到推广。
参考文献
[1]网优雇佣军.4G还没建完我们为什么需要5G[EB/OL].
[2]IMT-2020(5G)推进组.5G概念白皮书.2015-2.
[3]李远东.全球5G研发现状[EB/OL].[2014-11-17].
[4]高芳,赵志耘.全球5G研发现状概览[J].全球科技经济瞭望,2014(7):59-61.
[关键词]宽带无线移动通信 生产业
1 引言
随着全球数字化经济的蓬勃发展,宽带无线移动通信作为体现国家科技、经济、人才等综合实力的重要领域,已成为许多国家争取主导权、话语权和制高点的战略性产业。为提升我国无线移动通信的综合竞争实力和创新能力,推动移动通信技术和产业向世界先进水平跨越,《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006―2020年)》中确立了新一代宽带无线移动通信重大专项,大力发展低运营成本、扁平化、全IP网络的蜂窝移动通信系统的后续演进和宽带无线接入。
代表了信息通信技术主要发展方向的新一代宽带无线移动通信的迅速发展将会极大地提高其速率和可应用的带宽以此满足人们对数字、图像、音频、视频等多媒体业务的需求。然而,在当前国际市场需求急剧下降、全球信息产业深度调整的形势下。如何确保国家重点投入发展的通信网络拉动内需,扩大海外市场,促进国民经济的长期可持续发展将是一个严峻的问题。
2 当前移动通信的业务状况
目前,移动通信与互联网的融合已经成为一种趋势,它在终端,网络和内容上都在逐步融合,融合之后的新型网络架构可以提供更多新颖的行业应用解决方案,这为依托于信息技术和现代管理理念发展起来的新兴服务产业提供了前所未有的机遇,但同时也带来了带宽、网络融合、行业推广、有效监管等各方面的挑战。
2.1服务单一化向服务多样化的转变
以我国目前移动通信发展现状来看:我国现有通信网络存在业务单一的问题,通信网络主要服务于传统的语音业务。据有关部门统计,2006年1~5月中国电信产业业务构成中,移动通信、固定本地和长途通信占业务收入的92.2%,数据通信业务只占了7.63%;2007年数据通信网业务占电信业务收入的比例为8.4%。2008年上半年,数据通信收入占电信业务收入的比例仅达到9.4%,我国90%的通信行业的收入来源于占用现有网络带宽资源10%的语音业务。占用90%带宽的数据业务所产生的经济效益不足10%。而发达国家通信业务发展的数据显示,数据业务的收益是通信业收益的主要来源。移动通信业务本身正在发生从单一的传统的语音业务向多样化的多媒体业务的转变,语音业务低值化趋势已经不可逆转。
2.2带宽日益增加,速率日益提高
随着移动通信业务由单一语音业务向移动多媒体和宽带数据业务方向发展。带宽的需求越来越大,3G在速率、QoS、无缝移动等方面的局限性也日益显露出来,这就需要构建容量更大、速率更快、功能更强的新一代宽带移动通信系统,以实现更高品质的多媒体业务和全球性的、“无所不在”的通信服务。LTE可提供的上下行数据峰值速率可达到50Mb/s和100Mb/s,此时高速互联网接入、手机游戏、可视电话、手机电视、视频点播等业务将成为现实。LTE/4G网络的商用,将为移动行业应用开辟更加巨大的空间。
2.3应用和业务领域的拓展
移动通信技术的发展,使可利用的带宽快速增加,网络的传输速率显著提高。在全面服务大众用户的同时,致力于转型的移动运营企业将移动行业应用拓展到了政务、公安、交通、金融、电力、工商、农业、教育等领域,使移动数据业务从短信、彩信、手机游戏等大众化业务向“警务通”、“家校通”、“农信通”、“移动工商”、“移动税务”、手机银行、移动支付等移动行业应用发展,有力地推动了行业信息化进程。
目前。以发达国家的宽带应用来看,家庭医疗和远程诊断,基于移动多媒体设施或移动终端的远程教学,工业传感器信息收集等宽带应用将会是企业中很有前景的宽带业务,带宽和速率问题一旦解决,这些宽带业务就可以更好的得以应用。支持多种数据业务的先进的通信网络可以更好地促进各行业的发展,全面提升行业管理效率和企业效益。
3 生产业的崛起
1997年党的“十五大”报告中指出了重视现代服务业的发展。此后在国家“中长期科技规划纲要”又一次强调了我国发展现代服务业,特别是生产业的重要性。2006年国家启动了现代服务业科技支撑计划(信产部和科技部联合几十个部委推动这一计划实施),并在全国启动了“现代服务业共技术支撑体系与运用示范工程”重大项目。现代服务业的发展,将从全局实现我国产业结构的调整,而生产业与国民经济各部门紧密相关,ICT本身不仅是现代服务业的重要组成部分,更重要的它又是对工业、农业和传统服务业走向现代化的主要推动力,以上四者的融合,将会使我国国民经济结构发生根本性转型。
那么说,什么是生产业呢?简单来看,生产业是一种高智力、高集聚、高成长、高辐射、高就业的现代服务产业。金融服务、信息服务、研发及科技服务、专业服务等生产业,迅速崛起并成为全球服务业的支柱。这些行业领域具有知识密集、技术密集、信息密集、人才密集的特点,是知识经济的先导产业,代表着服务业乃至世界经济的未来发展方向。
目前,部分发达国家的服务业产值已占到国内生产总值的55%左右,个别国家甚至达到了78%以上。生产业呈现产业融合和服务外包的趋势,与金融、物流、制造业的关系日趋紧密,服务方式呈现虚拟化、网络化的趋势。生产业已经逐渐形成完整的产业链,贯穿于生产、流通、分配、消费等社会再生产环节之中。因此它对ICT业特别是宽带无线移动的需求是巨大的,它在带宽速率覆盖等诸方面的需求量远比目前2G、3G的各项应用和服务总和还要大的多,这为新一代宽带移动通信业的发展带来了机遇。
4 结论