移動(dòng)通信系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展綜述摘要在國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展下，移動(dòng)通信發(fā)展方面也不例外。多年來，人類從刀耕火種，到進(jìn)入現(xiàn)代化的工業(yè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)社會(huì)，再快速發(fā)展到工業(yè)革命，再快速發(fā)展一直到如今的人類現(xiàn)代化工業(yè)信息技術(shù)社會(huì)，移動(dòng)通信技術(shù)無疑都為人類現(xiàn)代化工業(yè)信息技術(shù)社會(huì)的不斷進(jìn)步做出了突出的歷史貢獻(xiàn)。近年來，移動(dòng)通信技術(shù)由1G到現(xiàn)在所使用的5G，改變不僅僅是通信方面，也改變了人們的生活，人們見證了各個(gè)階段移動(dòng)通信技術(shù)的變化與發(fā)展。論文對1G-3G的技術(shù)和發(fā)展史進(jìn)行了簡單的概述，并與大家進(jìn)行了比較，詳細(xì)地闡述了4G、5G的一些關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域，如4G的關(guān)鍵技術(shù)有正交頻分復(fù)用技術(shù)、智能天線技術(shù)、多輸入輸出技術(shù)、軟件無線電技術(shù)等。其技術(shù)應(yīng)用于電視直播、移動(dòng)醫(yī)護(hù)和智能手機(jī)中。如5G關(guān)鍵技術(shù)有超密集組網(wǎng)技術(shù)、大規(guī)模天線列陣技術(shù)、非正交多址接入技術(shù)、高頻端信號傳輸技術(shù)、靈活頻譜共享技術(shù)等。其關(guān)鍵技術(shù)在于應(yīng)用到了大流量的移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)以及大規(guī)模的機(jī)器類通信和高可靠、低時(shí)延通信中。同時(shí)對下一代移動(dòng)通信進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵技術(shù)；移動(dòng)通信；5G；4G；目錄TOC\o"1-3"\h\u23786引言 [11]。超密集組網(wǎng)也就是通過增加小基站的建設(shè)，來用減少空間的方法來實(shí)現(xiàn)更高效的性能?；究梢苑譃閮煞N：宏基站是一種覆蓋面積可以高達(dá)幾千米的大型網(wǎng)絡(luò)基站。小基站包括家庭基站、微型基站、微微基站、室內(nèi)和私人基站。小基站具有系統(tǒng)體積小，成本低，容易設(shè)計(jì)和安裝，可以通過更大的深度覆蓋較小范圍內(nèi)的頻率復(fù)用，可以提高使用的容量，距離較近的用戶，可提升信號質(zhì)量和達(dá)到更高速率等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于密集的街區(qū)、緊湊的住房、辦公樓、公寓、聚會(huì)、運(yùn)動(dòng)場地、購物中心、地鐵等。（2）大規(guī)模天線列陣MIMO指基站與手機(jī)之間有很多對信道并行通信，每一對天線都獨(dú)立傳送一路信息，經(jīng)匯集后可成倍提高速率。而大規(guī)模天線陣列指當(dāng)基站側(cè)天線數(shù)遠(yuǎn)大于用戶天線數(shù)時(shí)，基站到各個(gè)用戶的信道將趨于正交。大規(guī)模天線列陣具有提高整個(gè)基站的網(wǎng)絡(luò)信號傳輸可靠性，提升整個(gè)基站的網(wǎng)絡(luò)吞吐率，以及減少對其他基站的干擾，可以服務(wù)各種的移動(dòng)終端等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)廣泛應(yīng)用于都市城區(qū)無線宏覆蓋、高層建筑、室內(nèi)外無線熱點(diǎn)、郊區(qū)、無線信號回傳鏈路。（3）非正交多址接入技術(shù)（NOMA）技術(shù)工作原理：PDMA圖樣分割多址接入是一種利用多用戶通信系統(tǒng)整體優(yōu)化的新型非正交多址接入技術(shù)，通過發(fā)送端和接收端的結(jié)合，在發(fā)送端采用功率、空間、編碼等多種信號域的單獨(dú)或者聯(lián)合非正交特征圖樣區(qū)分用戶，在接收端采用SIC方式實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)最優(yōu)多用戶檢測。（4）低時(shí)延高可靠物聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)原理：能滿足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用場景的擴(kuò)大所需低時(shí)延和可靠性要求。該技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)端到端ms級用戶面時(shí)延；10ms控制面時(shí)延；可靠性高達(dá)99.999%以上。（5）高頻段信號傳輸技術(shù)技術(shù)工作原理：由于目前移動(dòng)通信傳統(tǒng)工作頻段非常有限，而6GHz以上的高頻段的頻譜資源非常充足，其能夠有效地緩解不同頻譜資源的緊張現(xiàn)狀，同時(shí)可以支持很高速的各種短距離通信。一個(gè)具有高達(dá)1GHz帶寬的頻率資源，將有效地支持10Gbps峰值速率和1Gbps用戶在線體驗(yàn)速率該通信技術(shù)主要包含認(rèn)知無線電、毫米波無線通信、可見光數(shù)據(jù)傳輸。其中，認(rèn)知無線電是為了提高分配頻譜的利用率，同時(shí)使用5Ghz以下頻段。毫米波通信是指處于紅外波與微波頻段之間的頻段，波長范圍為1-10mm，頻率范圍為30-300GHZ。其具有以下幾個(gè)優(yōu)勢：頻段很寬，波束比較集中，方向性較好等優(yōu)點(diǎn)，但也具有路損大，易受到周圍環(huán)境的影響，繞射能力差，高速差的缺點(diǎn)。（6）先進(jìn)編碼與調(diào)制技術(shù)移動(dòng)通信發(fā)展過程所采用的編碼BCH碼到卷積碼再到Turbp碼。5G空中接口技術(shù)采用的調(diào)制編碼有極化碼、多元、LDPC、APSK和網(wǎng)絡(luò)編碼。目前Palor碼和LDPC碼都被采用為5G標(biāo)準(zhǔn)，控制信道使用Polar碼，業(yè)務(wù)信道使用LDPC碼。以中國華為公司為首的專家主推的PolarCode（極化碼）方案，成為5G控制信道eMBB場景編碼方案。5G是使用比LTE更高階的調(diào)制技術(shù)，提高了信號的頻譜利用率；當(dāng)前的版本支持最大256QAM（R15版本），后續(xù)的版本會(huì)引入1024QAM；表格2.25G調(diào)制方式LTE5GQPSKQPSK上行16QAM16QAM64QAM64QAM256QAMLET5GQPSKQPSK16QAM16QAM下行64QAM64QAM256QAM256QAM1024QAM(R15協(xié)議還未寫入)（6）雙工技術(shù)隨著互聯(lián)網(wǎng)和在線視頻業(yè)務(wù)以及社交網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，移動(dòng)流量主要具有以下特征：上下行業(yè)務(wù)的需求會(huì)因?yàn)樗幍臅r(shí)間、地點(diǎn)而發(fā)生改變等，靈活的雙工可以有效地提高整個(gè)系統(tǒng)的資源利用率。其主要應(yīng)用場景：低功率節(jié)點(diǎn)的小型基站；低功率的中繼節(jié)點(diǎn)。常見分工：1）時(shí)分雙工上下行鏈路同頻，分時(shí)進(jìn)行2）頻分雙工上下行鏈路分頻，同時(shí)進(jìn)行3）全雙工上下行鏈路同頻，同時(shí)進(jìn)行（7）動(dòng)態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)（SON）動(dòng)態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是在5G蜂窩網(wǎng)絡(luò)的安全授權(quán)和管理控制下，通過在本地將基站、終端以及系統(tǒng)末端節(jié)點(diǎn)組成網(wǎng)絡(luò)，相比于其他的傳統(tǒng)蜂窩架構(gòu)更具有網(wǎng)絡(luò)靈活性。動(dòng)態(tài)自組織網(wǎng)絡(luò)被廣泛用于5G兩個(gè)方面的性能要求：在低時(shí)延、高可靠的場景中降低了端到端的時(shí)延，提高了傳輸?shù)目煽啃?；在低功耗、大連接的場景中擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率和接入。優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)部署靈活、可靠性高、支持超高帶寬。（8）軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）SDN即系統(tǒng)利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)虛擬化將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備的各個(gè)控制面與數(shù)據(jù)面分開，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)流量的靈活控制，使作為管道的網(wǎng)絡(luò)變得越來越智能。在2005年美國斯坦福大學(xué)clean-slate課題研究中首次提出了軟件定義網(wǎng)絡(luò)。其分為轉(zhuǎn)發(fā)層、控制層、應(yīng)用層。NFV即網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，是指通過軟硬件使設(shè)備功能不依賴于專用硬件，可以靈活共享資源，實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)的開發(fā)和部署、故障隔離和自愈等。3.下一代移動(dòng)通信展望從目前的技術(shù)需求看來，5G實(shí)現(xiàn)“萬物互聯(lián)”，那么6G將實(shí)現(xiàn)“智能互聯(lián)”。其中人工智能(AI)將被廣泛應(yīng)用在頻譜管理的不同方面。在網(wǎng)絡(luò)邊緣也有可能使用AI技術(shù)，實(shí)現(xiàn)邊緣化網(wǎng)絡(luò)決策。隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷復(fù)雜化，傳輸更加多樣化，現(xiàn)有5G網(wǎng)絡(luò)中的安全技術(shù)，新的安全技術(shù)和安全管理方法無法保障網(wǎng)絡(luò)的可靠性，6G網(wǎng)絡(luò)將更具有安全性。3.16G技術(shù)隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，6G技術(shù)的發(fā)展將在5G基礎(chǔ)繼續(xù)發(fā)展。具體技術(shù)如下：（1）高頻通信由于5G技術(shù)目前使用的頻段是毫米波頻段，6G將向更高頻段發(fā)展，即太赫茲通信，其技術(shù)特點(diǎn)有可支持超大寬帶、超高速率進(jìn)行通信傳輸和更低的傳輸延遲。同時(shí)高頻通信頻段的路徑損耗相對較大，且其穿透性和繞射能力也比較差。（2）智能超表面智能超表面技術(shù)是基于一種超材料發(fā)展起來的新技術(shù)。通過增加控制的電路，可以動(dòng)態(tài)地控制這些智能的超材料單元的各種電磁特性，比如單元的反射系數(shù)和透射系數(shù)，進(jìn)而改變單元的反射信號或透射信號的幅度、相位、頻率甚至極化特性。智能超表面技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對無線信號的可編程式無源反射、透射、吸收和散射。（3）軌道角動(dòng)量多址技術(shù)電磁輻射可以攜帶一個(gè)角動(dòng)量。角動(dòng)量分為自旋角動(dòng)量（SAM）和軌道角動(dòng)量（OAM）。軌道角動(dòng)量（OAM）利用傳感器檢測電磁波的軌道角動(dòng)量。通過將不同OAM模式作為一個(gè)獨(dú)立信道進(jìn)行傳輸將大大增加通信系統(tǒng)的傳輸容量，能夠有效地利用網(wǎng)絡(luò)的頻譜效率，這將緩解未來6G網(wǎng)絡(luò)對于日益擴(kuò)長的業(yè)務(wù)需求與日益緊缺的頻譜資源之間的矛盾。（4）基于服務(wù)的無線網(wǎng)絡(luò)無線的技術(shù)架構(gòu)底層虛擬化，6G基于服務(wù)的無線網(wǎng)絡(luò)融入AI、感知通信一體化。多個(gè)小區(qū)經(jīng)過集中調(diào)度和協(xié)調(diào)工作，最終實(shí)現(xiàn)“以服務(wù)為中心”網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)越來越接近“無蜂窩狀”構(gòu)架。可以采用完全虛擬化的無線接入網(wǎng)RAN+MassiveMIMO，6G基站將只有天線與射頻部分（BBU部分虛擬化），由于RAN是完全虛擬化的，具有靈活的部署，這種方式可使得網(wǎng)絡(luò)性能最大化，網(wǎng)絡(luò)配置具有很高的成本效率。（5）無線AI6G網(wǎng)絡(luò)AI將以多層級內(nèi)生、分布式協(xié)作、以服務(wù)為驅(qū)動(dòng)的方式融合到無線技術(shù)中，實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)自治、自調(diào)節(jié)以及自演進(jìn)，以適應(yīng)未來更為復(fù)雜多變的應(yīng)用場景，實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)隨業(yè)變”。（6）空天海地一體其技術(shù)是利用地面通信、衛(wèi)星通信、海洋通信共同作用的全連接通信世界。在沙漠、無人區(qū)和海洋有望實(shí)現(xiàn)全覆蓋。3.2應(yīng)用領(lǐng)域（1）數(shù)字孿生隨著數(shù)字技術(shù)的快速發(fā)展以及信息和視覺感官的泛在化，物理現(xiàn)實(shí)世界與數(shù)字虛擬世界的相互融合將來也會(huì)逐漸發(fā)展形成一個(gè)新的數(shù)字物理虛擬世界，并基于物理世界生成一個(gè)完全數(shù)字化的孿生虛擬世界，利用數(shù)字世界進(jìn)行信息交互實(shí)現(xiàn)物理世界的人與物之間。主要運(yùn)用于醫(yī)療中的遠(yuǎn)程手術(shù)、人體健康管理。醫(yī)生通過體內(nèi)外密集傳感器進(jìn)行精確的遠(yuǎn)程手術(shù)、健康管理，同時(shí)科學(xué)家可進(jìn)行病毒機(jī)理和器官研究等。數(shù)字孿生技術(shù)對通信網(wǎng)絡(luò)提出了更高的要求，以再現(xiàn)1平方米區(qū)域的三維世界為例，像素?cái)?shù)量的需求將大于1萬億像素，假定傳輸周期為100ms，以1/300的比例進(jìn)行壓縮，需要的傳輸速率至少為0.8Tb/s。（2）基于全息通信的XR全息通信是利用干涉和衍射技術(shù)將物體的三維圖像展示，人可以裸眼或者通過XR進(jìn)行全系交互。隨著通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展和現(xiàn)代人們對于網(wǎng)絡(luò)溝通需求的不斷提高，未來AR/VR和MR將融合到XR中，此技術(shù)將完全替代傳統(tǒng)的平面多媒體的交互形式，人們將可以隨時(shí)隨地享受這種沉浸式的全息技術(shù)所帶來的體驗(yàn)。在6G通信系統(tǒng)中信息的交互形式將以高保真的擴(kuò)展現(xiàn)實(shí)(XR)交互為主，全息通信的信息交互為輔，最終實(shí)現(xiàn)無線全息通信的全覆蓋。用戶在任何時(shí)候都可以享受視覺、聽覺、觸覺、嗅覺、味覺乃至情感將通過高保真XR充分被調(diào)動(dòng)，享受以“我”為中心的虛擬全息體驗(yàn)。（3）新型智慧城市群到目前為止，由于公共基礎(chǔ)設(shè)施受不同城市部門來建設(shè)和管理，其設(shè)施的信息感知、傳輸、分析、控制各不相同，缺乏統(tǒng)一的平臺(tái)。因此6G系統(tǒng)將會(huì)由不同的運(yùn)營商共同建設(shè)，采用唯一的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，引入新的業(yè)務(wù)場景，建造更高效和更完備的網(wǎng)絡(luò)。（4）空天海地通信隨著科技的進(jìn)步和人類對活動(dòng)空間需求的提高，人類在野外科考探險(xiǎn)、太空、航海航空活動(dòng)的日益頻繁，人們對隨時(shí)隨地寬帶通信的需求也不斷增加。到21世紀(jì)30年代以后，6G網(wǎng)絡(luò)利用“泛在連接”，完成在沙漠、深海、高山等現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)盲區(qū)的部署，利用衛(wèi)星通信實(shí)現(xiàn)全域無縫覆蓋。（5）智能工廠PLUS利用6G網(wǎng)絡(luò)的超高帶寬、超低時(shí)延和超可靠等特性，可以對工廠內(nèi)車間、機(jī)床、零部件等運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，利用邊緣計(jì)算和AI等技術(shù)，在終端側(cè)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測，并且能夠?qū)崟r(shí)下達(dá)執(zhí)行命令。6G中引入了區(qū)塊鏈技術(shù)，智能工廠所有終端之間可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，而不需要經(jīng)過云中心，實(shí)現(xiàn)去中心化操作，提升生產(chǎn)效率。（6）自動(dòng)駕駛目前，智能網(wǎng)聯(lián)汽車正在研究中。自動(dòng)駕駛采用車路協(xié)調(diào)的方式，通過各種不同的傳感器來感知周圍的環(huán)境，如光探測和測距、雷達(dá)、GPS、聲納、里程計(jì)和慣性測量裝置。6G系統(tǒng)可以支持車與萬物相連(V2X)以及車與服務(wù)器之間的連接。結(jié)論通過了解移動(dòng)通信各個(gè)階段的關(guān)鍵技術(shù)以及運(yùn)用的場合，對比各階段大的優(yōu)缺點(diǎn)，了解移動(dòng)通信是如何改變?nèi)藗兊纳畹摹Ｍ瑫r(shí)經(jīng)過該論文相關(guān)知識的學(xué)習(xí)和整理，更相信現(xiàn)在是信息化技術(shù)時(shí)代，以前人們能做到的和不能做到的，現(xiàn)在基本上都可以做到，比如，從以前走親戚全靠雙腳，到后來的自行車摩托車，再到后來的汽車，然后到現(xiàn)在的無人駕駛汽車。同時(shí)技術(shù)正在改變著人們的生活，比如，從以前傳遞信息靠書信到現(xiàn)在的視頻通話、微信、微博等，時(shí)刻改變著人們的生活方式。通過該論文讓大家更加了解移動(dòng)通信各個(gè)階段的發(fā)展和掌握各個(gè)階段的關(guān)鍵技術(shù)，以及各技術(shù)的運(yùn)用如何改變著人的生活。移動(dòng)通信的發(fā)展帶給社會(huì)中各行各業(yè)的人的工作方式。比如，警察在破案時(shí)，可以利用指紋識別確定犯罪分子，用GPS系統(tǒng)定位犯罪分子所在的位置等。移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展將世界上的萬事萬物連接起來，達(dá)到了萬物互聯(lián)、物物互聯(lián)。

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