電子信息專業(yè)內(nèi)涵移動通信前夜、1G-4G

張有光教授2023年7月電子信息工程導(dǎo)論

主要內(nèi)容重新發(fā)明智能手機(jī)突破人機(jī)交互瓶頸

移動改變生活習(xí)慣

產(chǎn)業(yè)變革的新引擎

智能手機(jī)幕后力量

為什么從智能手機(jī)談起？華為iPhone我們正處在智能手機(jī)時(shí)代……OPPO小米中興聯(lián)想……可觸摸的

寬屏iPod革命性的

移動電話歷史性的

網(wǎng)絡(luò)通信

2007年喬布斯重新發(fā)明了手機(jī)突破了人機(jī)交互的瓶頸傳感器加速度計(jì)、重力感應(yīng)觸控交互多點(diǎn)觸摸技術(shù)電容、電阻傳感器第一款純觸摸手機(jī)全新的設(shè)計(jì)理念，全新的控制理念于是，我們的生活方式被改變了……精彩生活，一機(jī)搞定？產(chǎn)業(yè)變革的新引擎-智能手機(jī)移動通信計(jì)算之芯移動互聯(lián)應(yīng)用軟件攝影顯示人機(jī)交互集成電路信息存儲它究竟擁有怎樣的魔力？從8個(gè)方面，為你揭開謎底移動通信：誕生前夜、1G-4G張有光教授電子信息工程導(dǎo)論

需求牽引技術(shù)推動--演進(jìn)邏輯誕生前夜移動通信演進(jìn)路線展望6G序移動通信誕生前夜古代通信-八百里加急古代通信-長城烽火臺

早期通信-摩爾斯電報(bào)早期通信-貝爾與電話

早期通信-無線電通信

通信的數(shù)學(xué)理論-香農(nóng)

0.1古代通信--八百里加急0.2

古代通信

--烽火臺長城上的烽火臺0.3

早期的通信--摩爾斯電報(bào)莫爾斯發(fā)明的電報(bào)機(jī)畫家莫爾斯1837年，莫爾斯發(fā)明了莫爾斯電碼和電報(bào)機(jī)，利用點(diǎn)、劃、空的不同組合來表示各種字母、數(shù)字和標(biāo)點(diǎn)符號，進(jìn)而表示文字。0.4早期的通信

--電話貝爾發(fā)明的電話，即使相隔千里，也能像面對面一樣方便地交流。因此，電話代表著效率上的一次飛躍。AT&T公司與貝爾實(shí)驗(yàn)室

1877年貝爾成立了電話公司，隨后電話業(yè)務(wù)飛速發(fā)展，十幾年后收購了電報(bào)公司，形成美國電話電報(bào)公司AT&T。

1925年成立貝爾實(shí)驗(yàn)室，致力于數(shù)學(xué)、物理學(xué)、材料科學(xué)、計(jì)算機(jī)編程、電信技術(shù)等各方面的基礎(chǔ)研究。貝爾實(shí)驗(yàn)室

--巨大的科學(xué)貢獻(xiàn)晶體管1947年信息論1948年CCD數(shù)字成像1969年40年內(nèi)累計(jì)產(chǎn)生7個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)，比如晶體管、CCD數(shù)字成像，另外還有信息論、蜂窩通信、UNIX系統(tǒng)等，對信息產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)巨大。1887年德國物理學(xué)家赫茲實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波的存在1864年英國物理學(xué)家麥克斯韋理論預(yù)言電磁波0.5無線通信的誕生--無線電波有人問赫茲，電磁波有用嗎？0.5無線通信的誕生--波波夫與馬可尼0.5無線通信的誕生--無線電報(bào)業(yè)務(wù)馬可尼1909年獲諾貝爾物理獎(jiǎng)，他所創(chuàng)建的馬可尼公司，成為世界著名的跨國公司，直到2005年，被愛立信收購。馬可尼與無線電報(bào)

無線電報(bào)--永恒的記憶0.6通信的數(shù)學(xué)理論

–香農(nóng)貢獻(xiàn)信息論信息熵信道容量編碼定理信息就是不確定性的減少！

通信的數(shù)學(xué)理論

–通信系統(tǒng)模型信源編碼信宿解碼信道干擾通信系統(tǒng)框架模型

信息論之父

--香農(nóng)好奇心：騎獨(dú)輪車、玩雜耍、機(jī)器鼠……有限目標(biāo)：用統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)描述信息，放下語義…發(fā)展歷史：手機(jī)誕生模擬蜂窩：技術(shù)特點(diǎn)頻分多址：關(guān)鍵技術(shù)電磁頻譜：頻段劃分模擬移動通信與中國

一、模擬移動通信1G

1.1摩托羅拉--早期移動通信

1930年第1款車載收音機(jī)1941年車載FM對講機(jī)二戰(zhàn)期間為美軍步兵提供步話機(jī)，通信距離可達(dá)30km，但重量為16kg。1.2摩托羅拉

--阿波羅登月通信1969阿波羅通信阿姆斯特朗在航空航天前沿領(lǐng)域的卓越工作為摩托羅拉儲備了大量的先進(jìn)技術(shù)和人才。公眾移動通信技術(shù)挑戰(zhàn)？1.3模擬移動通信

發(fā)射功率？系統(tǒng)容量？頻率資源？縮短傳輸距離發(fā)射功率大大減小頻率重用緩解頻率資源緊張容量配置調(diào)整用戶密集的地方采用更小的蜂窩1.3模擬移動通信--蜂窩網(wǎng)絡(luò)

1.4模擬移動通信問題：同一基站容納多個(gè)用戶？

1.4模擬移動通信--頻分多址FDMA

補(bǔ)充：電磁波譜與頻段劃分1.5第一代模擬移動通信（1G）1973年

世界上第一臺蜂窩移動電話DynaTAC1978年

模擬移動電話系統(tǒng)AMPS1983年AMPS正式商用DynaTAC1.6第一代模擬移動通信--中國1987年，全國首個(gè)模擬蜂窩移動電話基站—廣州移動西德勝基站建成，開啟了我國的公眾移動通信歷史。1987年廣州西德勝基站外景首個(gè)模擬蜂窩式移動電話基站建設(shè)者之一梁渭雄模擬移動通信的缺點(diǎn)歐盟電信與GSM標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字移動通信的技術(shù)時(shí)分多址通信TDMA諾基亞與愛立信公司數(shù)字移動通信與中國二、2G數(shù)字移動通信2.1模擬移動通信的缺點(diǎn)制式繁多缺乏標(biāo)準(zhǔn)業(yè)務(wù)單一（話音）容量有限不能長途漫游安全保密性差手機(jī)體積大笨重—?dú)W洲電信聯(lián)盟數(shù)字通信系統(tǒng)框圖歐洲電信聯(lián)盟主導(dǎo)制定敲開數(shù)字移動通信大門（2G）信源信源編碼信道編碼信道噪聲調(diào)制解調(diào)信道譯碼信源譯碼信宿數(shù)字信號運(yùn)用糾錯(cuò)編碼，可以提高通信信號的傳輸質(zhì)量2.4數(shù)字移動通信--時(shí)分多址TDMA

2.5數(shù)字移動通信--引領(lǐng)者諾基亞奧利拉1992年擔(dān)任諾基亞首席執(zhí)行官1991年諾基亞在芬蘭推出了第一個(gè)GSM網(wǎng)絡(luò)

2.5數(shù)字移動通信--引領(lǐng)者諾基亞第1部數(shù)字移動手機(jī)（GSM）第1部為亞洲用戶設(shè)計(jì)的手機(jī)第1部用戶可以換外殼的手機(jī)第1部有移動聊天功能的手機(jī)第1位當(dāng)時(shí)全世界手機(jī)制造商1998年超越摩托羅拉成為移動手機(jī)的引領(lǐng)者沒落的貴族

--摩托羅拉83年歷史回眸1930年，推出了第一款車載收音機(jī)1941車載FM對講機(jī)1947第1臺電視機(jī)1969阿波羅通信1983商用手機(jī)1990首個(gè)數(shù)字高清電視技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1991GSM1995首個(gè)雙向?qū)ず魴C(jī)

2.6第2代移動通信--中國跟隨1994年吳基傳用諾基亞2110打通中國史上第1個(gè)GSM電話1995年廣東開通首個(gè)商用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)1998年底華為GSM首次在內(nèi)蒙移動和河北聯(lián)通進(jìn)行測試終端1999年熊貓手機(jī)，波導(dǎo)手機(jī)-廣告詞“手機(jī)中的戰(zhàn)斗機(jī)”三、3G與CDMA海蒂·拉瑪與跳頻高通公司與雅各布第3代移動通信CDMA第3代移動關(guān)鍵技術(shù)第3代移動中國突破第3代移動發(fā)展動力

3.1海蒂?拉瑪

--CDMA之母最美麗的女發(fā)明家由于偶然的機(jī)會，她開始研究如何避開敵對方的通信技術(shù)，創(chuàng)造性地提出了跳頻通信構(gòu)想，其研究成果在1942年美國專利。

3.1海蒂?拉瑪

--CDMA之母1997年，美國電子前沿基金會授予這項(xiàng)專利第一申請人海蒂·拉瑪榮譽(yù)技術(shù)獎(jiǎng)?wù)聲r(shí)，她才真正進(jìn)入公眾視線?！睹绹l(fā)明與科技遺產(chǎn)》雜志安排?？榻B她的科技貢獻(xiàn)

3.1海蒂?拉瑪

--CDMA之母2005年出版2014年《BTV檔案》紀(jì)錄片“從銀幕艷星到手機(jī)之母”2014年（影星唯一）入選美國發(fā)明家名人堂像外行一樣思考

3.2高通創(chuàng)始人--CDMA之父艾文?雅各布

安德魯?維特比1985年7月創(chuàng)立高通公司開展CDMA的產(chǎn)業(yè)化工作

像專家一樣實(shí)踐

3.2標(biāo)準(zhǔn)的力量--高通帝國的建立高通公司專利墻3.2標(biāo)準(zhǔn)的力量--高通帝國的建立2019年4月17日，蘋果支付高通45億美元專利費(fèi)2020年7月31日，華為支付高通18億美元專利費(fèi)

3.3第三代移動通信--CDMA

3.4多徑效應(yīng)與

瑞克接收機(jī)多徑效應(yīng)信號衰落

3.5

遠(yuǎn)近效應(yīng)與功率控制

3.6波束賦形與智能天線3.7第三代移動通信—中國突破1998年中國提出TD-SCDMA提案，引進(jìn)了時(shí)分雙工、智能天線、軟件無線電等技術(shù)。2001年被3GPP接納，2008年正式商用。3.8第3代移動通信--發(fā)展新動力2007年喬布斯發(fā)布智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)：移動通信+互聯(lián)網(wǎng)教育：工程技術(shù)+人文藝術(shù)四、4G移動通信4G移動通信-全球同步4G移動通信-中歐引領(lǐng)4G移動通信-關(guān)鍵技術(shù)4G時(shí)代-中國群體突破中國移動通信-曹淑敏

4.1

4G移動通信--全球同步歐盟FD-LTE中國TD-LTE中國主導(dǎo)TD-LTE歐盟主導(dǎo)FD-LTE上行速率50Mb/s下行速率100Mb/s

4.2第四代移動通信--中、歐引領(lǐng)4.34G標(biāo)準(zhǔn)--LTE關(guān)鍵技術(shù)網(wǎng)絡(luò)層移動互聯(lián)全I(xiàn)P協(xié)議

物理層OFDM正交頻分復(fù)用MIMO多輸入多輸出4.44G時(shí)代

--中國企業(yè)的群體突破2018年全球擁有TD-LTE牌照的運(yùn)營商有185家，其中121家已推出了TD-LTE網(wǎng)絡(luò)，其性能與FD-LTE相當(dāng)，4G全球同步，名副其實(shí)。4G時(shí)代

--中國企業(yè)的群體突破運(yùn)營商：開創(chuàng)新業(yè)務(wù)，再創(chuàng)輝煌制造商：華為、中興、大唐……互聯(lián)網(wǎng)：騰訊、阿里、百度、字節(jié)跳動……

中國移動通信推動者