移动通信技术分享(5G&物联网)

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楼主 2019-05-14 14:51:51
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此文为本人2018年2月10日在007-16班做的分享的文字稿。



感谢各位在周末休息的时间来听我的分享,我先做个自我介绍。


我叫戴锦培,居住在上海,广东人,在华为工作了10年,2008年入职,刚开始3年在研发部门,做无线3G的测试,然后2012年去海外做无线产品经理,解决方案销售的职位,在非洲的塞内加尔和马里,我们公司定义的全球最艰苦的国家,总共常驻了4年,2016年6月回到国内,在无线网络Marketing和解决方案销售部,负责市场管理和营销工作。


昨天,也就是2018年2月9日,是我在华为10年职业生涯的最后一天,总共3601天。现在的心情有点复杂,也说不上不舍,毕竟这10年,在华为公司的大平台,学到了很多东西,个人得到了锻炼和成长,也有还算不错的收入,是我人生非常宝贵的一段经历。


在今天,我分享的目的有两个,

一个是给16班和各位战友做无线通信发展和物联网知识的科普,我工作中都是给运营商的客户讲,面对007们和公众,这是第一次,不知道我准备的内容是否合适,讲的不好还请包涵,有哪些改进的地方和建议也请战友们提出,期待您真诚的意见;

第二个是,对我自己个人来说,我想以这种分享的方式,作为一种仪式感,告别我在华为10年的通信工作,下一步准备去做区块链相关的事情。


ok,我的分享正式开始。我分享的时间预计在30-40分钟。谢谢。


信息时代发展到今天,物理世界和数字世界正在加速融合。人类社会正发生着剧烈的改变,人类的情感、财富、知识、历史。。。正在加速从线下转移到线上,以“0101”的数字的形式被发送、传送、接收、存储,人们随时随地可以接入到数字世界探索翱翔。


未来五到十年,也可能不用那么久,人类将进入智能社会,以“万物感知,万物互联,万物智能”为特征的智能社会即将来临,面向新的时代,我们有必要了解和学习掌握最新的技术、原理和趋势,并争取把握其中的商业机会。


今天的分享分为两大部分,

一是无线通信发展史,从原始通信的发明,从1G到即将商用的5G,重点讲5G的技术和典型应用场景;

二是IOT物联网,介绍物联网的起源、NBIOT窄带物联网技术和相关应用。


一、无线网络发展史,从1G到5G


沟通是人的社会性存在的基本需求,通信作为最基本的沟通手段伴随着人类社会的发展而不断演进。


人类历史上最早的通信手段,其实和现在一样都是“无线”的,(只不过是加了双引号的无线),如利用以火光传递信息的烽火台,如非洲人用圆木特制的大鼓来“鼓声接力”传递信息。但是这个阶段和这种方式的通信效率是非常低的。


人类通信史上革命性的变化,是从把电作为信息载体后发生的。

1839年萨缪尔.莫里斯利用电子脉冲发明了世界上第一台电报。电报的发明,拉开了电信时代的序幕,开创了人类利用电来传递信息的历史。


从电报发明以后,直到1876年3月,亚历山大.贝尔发明了世界上第一台电话,然后成立了贝尔电话公司,也就是现在有名的AT&T。



1895年波波夫利用电磁波发明了无线电报,通过无线电传送摩尔斯电码,移动通信的大门正式开启


从电和电磁波的发现,无线电报、蜂窝式移动电话、数字移动电话的发明,到目前的3G/4G、智能手机终端,用户需求驱动下的技术革新一波未平一波又起,人类的自由通信需求得到极大的释放和满足。


下面我们来详细了解1G到5G伟大的发展历程。


第一代:1G


最初无线通信主要用于航海和军事方面。

创立于1928年的摩托罗拉是模拟通信技术的佼佼者。1941年,摩托罗拉研发出了第一款跨时代产品SCR-300,使用了FM调频技术,通话距离达到了12.9公里。至今仍是电影中美国通讯大兵最经典的形象。两次世界大战对无线电通信的发展起了巨大的推动作用。


1973年4月,美国著名的摩托罗拉公司工程技术员马丁.库柏发明了世界上第一部推向民用的手机。就是这部。


1978年,贝尔实验室成功开发了高级移动电话系统,主要采用模拟信号和频分多址技术,后来人们给这个时期起了一个简单好记的名字,那就是1G(即第一代移动通信技术)


我国自1984年开始公众无线寻呼,1987年运营公众蜂窝电话,当时有BP机和大哥大的模拟电话。当时在香港电影电视上看到使用大哥大打电话的场景是这样的,非常的酷。



第二代:2G


1G模拟通信的通话质量和保密性差,信号不稳定,以及昂贵且硕大无比的大哥大手机,已经不能满足人们的需求。


1982年,欧洲成立了GSM的工作小组,开始着手起草下一代移动通信网络的规范,决定用数字信号代替模拟信号。


1980年代后期,随着大规模集成电路、微处理器与数字信号的应用更加成熟,当时的移动运营商逐渐转向了数字通信技术,移动通信技术进入2G时代。


1995年我国第二代移动通信系统建设GSM全球通网,以更大的规模不到两年便已席卷全国,并开始CDMA实验网,第二代技术上实现全数字化、智能化,业务上逐步提供各种非话音业务。


1G时代,摩托罗拉是模拟时代的王者,也是移动通信的开创者,但到了2G时代,被1992年才推出第一部数字手机的诺基亚击败。我们来看一个诺基亚手机的图

这里有你使用过的手机吗?我印象很深,我的第一部手机是诺基亚3310。80后对这些手机应该不陌生,对90后来说呢,可能大部分没有用过这些经典的手机了。


第三代:3G


3G最大的优点是更快的网速,2G的下载速率,只有几十、几百k。

3G网络的速度,可以达到几十M,新技术带来几十倍的速率提升。


从2000年开始,通信业界就在呼唤3G,但喊了几年,直到2007年、2008年才开始真正普及,这是什么原因呢?很简单,市场没有杀手级的应用,你技术再强大也没有用。反之,高通费尽心思将专利写入标准,但标准没人用,也是只能摊手。


真正让3G火起来的,还是来源于移动通信设备的革新--智能手机。一提到智能手机,大家自然就想到了苹果的乔布斯,


苹果在2007年1月推出了第一台iphone,从此推动了智能手机时代的发展。Iphone去掉了键盘,单以手指即可完成操作。并且推出应用商店开启了app生态系统时代。iphone智能手机的诞生,可以说,引领了移动宽带行业的大发展,移动上网、移动社交,移动支付等。从某种意义上讲,终端功能的大幅提升也加快了移动通信系统演进的脚步。



第四代:4G


随着智能手机的发展,视频、直播、移动社交、移动支付等业务的需求,驱动了3G网络向4G的演进。2004年3GPP组织制定了UMTS长期演进项目,即LTE,以达到100-150Mbps的下行峰值速率。


2010年,爱立信和瑞典运营商Teliasonera在斯德哥尔摩启动全球首个LTE商用试点。


ITU国际标准于2010年10月在会议上确定了4G服务的峰值速度要求,

一是静态传输速率达到1Gbps,

二是用户在高速移动状态下可以达到100Mbps。

很显然当前的网络还远远没有达到ITU定义4G的速率标准,于是又有了加入新技术的LTE的后续版本LTE-advance。

在2015年10月,华为主推的4.5G,被3GPP正式接纳和命名为LTE advance pro,2016年开始规模商用,通过在4G网络引入5G技术,实现峰值速率达到Gbps以上,在5G来临之前,满足当前视频、VR/AR等业务需求,同时提前部署nTnR、多频天线等以提前硬件ready,以便未来直接升级到5G。截止目前,全球已经有超过647张LTE/LTE advance商用网络。


第五代:5G


移动通信技术已经和人们的生活息息相关,成为了人类日常生活中最不可或缺的组成部分。世界正在被移动通信所改变,我们的沟通、分享、娱乐、购物和生活的各个方面都在被移动化和数字化。


1G到5G移动通信技术的特点概括为:

2G实现了从1G模拟信号时代走向数字时代和语音时代;

3G实现从2G语音时代走向数据时代;

4G实现数据速率大幅提升,进入了移动宽带时代。

5G将会给我们带来怎样的改变呢?5G最大的改变就是实现了人与人之间的通信,走向人与物、物与物之间的通信,引领万物互联趋势,推动社会发展。


5G是跨时代的技术,5G除了高达10Gbps以上的更极致的体验和更大的容量,还将开启物联网时代,并渗透进各个行业,和大数据、云计算、人工智能等一起迎来信息通讯时代的黄金10年。即我们所宣称的:

4G改变生活,5G改变社会


5G不是简单的4G的升级,5G将不再单纯的强调峰值传输速率,而是综合8个技术指标,包括:峰值速率,用户体验速率,频谱效率,移动性,时延,连接密度,网络容量效率,和流量密度。


5G使能未来通信最关键的3个需求维度是吞吐率、时延和连接数,即10Gbps的吞吐率、1ms的端到端时延,以及每平方公里100万连接。


并分别对应3个应用场景。

1- 第一个场景eMBB(增强的移动宽带):eMBB是传统4G的主要技术场景,随着大视频、VR/AR等业务的需求,数据流量百倍增长,5G通过结合大规模天线、动态波束赋型等技术使峰值速率达到10Gbps以上。

2-第二个场景uRLLC(超高可靠性,超低时延),主要面向要求超高可靠性和超低时延的车联网、远程医疗等应用场景,以达到毫秒级的时延要求和极高的可靠性指标。

3-第三个场景mMTC(超大连接)这是大规模的机器通信场景,主要面向低功耗、广覆盖、大连接的物联网业务,能够支持海量的终端设备接入网络并发送小数据包,促进物联网在可穿戴设备、智能家居、智能抄表、安全监测等垂直行业的深入应用,最终实现真正的“万物互联”。


华为XLabs实验室发布了5G时代10大应用场景白皮书。包括:云VR/AR;车联网;智能制造;智慧能源;无线医疗;无线家庭娱乐;联网无人机;社交网络;个人AI辅助;智慧城市。


举2个典型的应用案例

一、VR/AR(VR虚拟现实,AR增强现实)

虚拟现实(VR)与增强现实(AR)是能够彻底颠覆传统人机交互内容的变革性技术,变革不仅体现在消费领域,更体现在许多商业和企业市场中。

VR/AR业务对带宽的需求是巨大的。高质量VR/AR内容处理要走向云端,如果能够满足用户日益增长的体验要求,同时降低设备价格,VR/AR将成为移动网络最有潜力的大流量业务。虽然现有4G网络平均网络吞吐量可以达到100Mbps,但一些高阶VR/AR应用需要更高的速度和更低的时延。

比如要达到视网膜级别、3D和全景的VR体验,需要1Gbps的传输速率。

此外还有时延的要求,不知道大家体验过VR游戏没有?有没有感觉玩了一会后就会到眩晕?

这是因为:真实的头部运动和视觉看到的头部运动不匹配所导致的,这个不匹配的时延通常被称为MTP(motion to photon),业界普遍认为MTP要低于20ms,这个时候就不会有明显的眩晕感,对于有线的光纤网络是很容易满足这个要求的,但是对于无线网络,如果把去除sensor的时延和网络处理时延、图像显示时延全部去掉,对网络端到端的时延要求就是大概7ms,目前的移动网络无法达到这个要求。


二、是车联网和无人驾驶。

传统汽车市场将彻底变革,因为联网的作用超越了传统的娱乐和辅助功能,成为道路安全和汽车革新的关键推动力。驱动汽车变革的关键技术是-自动驾驶、编队行驶、传感器数据众包等,都需要安全、可靠、低延迟和高带宽的连接,这些连接特性在高速公路和密集城市中极其重要,只有5G网络,uRLLC技术可以同时满足这样严格的要求。


另外车联网不光是运营商的事情,还涉及车企,需要联合起来去推动,现在已经成立了5GAA的组织,去建立车企网统一标准,探索商业模式。


我们来看下当前5G商用的最新进展:

标准在提速,促进5G提前商用。

3GPP的REl-15 NSA非独立组网部分的协议已在2017年12月完成,聚焦eMBB场景,以使能5G的快速引入和部署。SA独立组网版本将在2018年6月冻结。


运营商

无论是美国,还是韩国、中国、日本,全球领先大T对5G的商用路标基本是一致的,也就是2019年才预商用,2020年商用eMBB和IOT。2018年韩国平昌冬奥会也会使用5G预商用网络。


虽然离正式商用还有一定的距离,但是全球大T已经在做很多的外场测试了。

华为与 docomo、中国移动、vdf、dt等大T进行的关键技术验证中取得巨大进展,验证结果在业界处于领先地位。在峰值速率上,达到了业界最高的小区峰值速率70Gbps/2Ghz带宽)


个人消费者比较关注的5G智能手机方面

高通在17年10月已经推出了 X50 5G基带芯片,是全球第一款针对移动设备的5G调制解调器芯片。

华为预计在2019年会推出5G麒麟芯片和智能手机。


5G是商业模式的转型,也是生态系统的融合。正如NGMN所定义的:5G是一个端到端的生态系统,它将打造一个全移动和全连接的社会。


好,1G到5G网络的发展分享就这些。接下来我们来看看物联网。


二、物联网IOT(Internet of Thing)


2017年11月15日,第八届全球移动宽带论坛在英国伦敦召开,华为副董事长、轮值CEO胡厚崐在做“向智能化网络时代迈进,用移动改变世界”的主题演讲中表示,万物互联时代已经来临,IOT带来崭新的增长空间。


万物互联、互联网+将社会生产和生活推向从人到物、到“连接一切”的新生态,“连接”成为数字化时代的重要基础和根本特征。越来越多的行业整合以移动互联网、云计算、大数据和物联网为代表的新型信息技术,实现跨行业、跨领域的连接和信息流动。


“连接”不仅带来各行业信息数据、应用能力、数字转型的大释放,更是带来生产力质的飞跃。


我们先来了解物联网的起源:

  • 1995年,比尔盖茨《未来之路》一书,描述了物物相连,人物相连,人人相连等一些概念,这是第一次,把物联网的一些概念、场景进行了描述。

  • 1999年,物联网概念雏形提出,来源于麻省理工学院建立的自动识别中心系统(RFID无线射频识别)---把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。

  • 2005年,ITU国际电信联盟,第一次正式的物联网概念提出,ITU物联网报告中指出,信息与通信技术(ICT)的目标已经从满足人与人之间的沟通,发展到实现人与物、物与物之间的连接。

  • 2008年,IBM的彭明盛提出了“智慧地球”的概念,对物联网的内涵进行了总结,即更透彻的感知、更全面的互联、更深入的智能,并且给出了物联网的应用模式,包括智慧行业、智慧农业、智慧物流、智慧交通、智慧城市等。


未来是一个智能社会,智慧城市、智能家居、智慧医疗、智能水表、智慧农场、共享单车、智慧停车、车联网。。等等的行业和生态,就构成了“万物感知,万物互联,万物智能”的智能社会。


万物感知指的是身份识别、状态感知、跟踪定位等,实现的技术比如有二维码、RFID,电子标签和读写器来完成读写功能,GPS、北斗卫星等来实现跟踪定位。


万物互联,指网络的连接技术,物联网领域的无线通信技术很多,主要分为2大类:

一、以Wifi、蓝牙、Zigbee、NFC等为代表的短距离通信技术

二、LPWA(low power wide area)领域的技术,包括工作在未授权频谱上的Lora、Sigfox;工作在国际标准组织3GPP、授权频段上的NBIOT、EMTC、EC-GSM。


其中最关键和应用最广泛的技术是NBIOT(Narrow-band IOT)

NBIOT在2016年成为3GPP标准,2017年6月国家工信部发布了《全面推进移动物联网(NB-IoT)建设发展通知》,文中强调要加强NB-IoT标准和技术研究,打造完整的产业体系。


NBIOT(Narrow-band IOT)有怎么样的技术特点呢?

NBIOT是物联网的主流技术,是LPWA市场的最佳解决方案,基于蜂窝物联网技术和3GPP协议以及授权频段,具备电信级可靠性和安全性。

NBIOT作为一个新制式,在成本、覆盖、功耗、连接数等技术做到了极致,


超强覆盖--比GSM覆盖高20dB,广覆盖能力强,能够穿越地表、室内,适用于水表、电表的应用。比GSM覆盖高20dB怎么理解呢?就是比如你在一堵钢筋水泥墙后面,你用2G手机已经没有信号了,打不出电话,但是使用NBIOT技术的终端仍然很好的正常工作。

超低功耗--芯片电池寿命,基于NBIOT技术,物联网终端在发送数据包后,立刻进入一种休眠状态,不在进行任何通信活动,等到它有上报数据的请求时,它会唤醒自己,随后发送数据,然后进入睡眠状态。按照物联网终端的行为习惯,将会达到99%的时间在休眠状态,使得功耗会非常低。

超低成本--芯片成本1美金(2G/3G/4G的芯片是为手机设计的,这意味着芯片处理能力要求更高,包括支持宽带、大速率、MIMO等,而NBIOT的芯片是专门为物联网设备设计的,只针对窄带、低速率,并针对物联网需求只支持单天线、半双工方式)

超大连接---5万以上用户容量(NBIOT的基站是基于物联网的模式进行设计的,物联网的话务模型是和手机不同的,它的话务模型是终端很多,但是每个终端发送的包小,发送包对时延的要求不敏感)。在容量方面,NBIOT比现有无线技术提升了50-100倍的接入能力。


万物智能,信息时代从微观向宏观裂变出智能城市、智能家居、智能医疗、智能水表、智慧停车、共享单车等。物联网的产业链包括了终端-连接-连接管理平台-业务使能平台-业务与运营-生态,连接只是管道,物联网发展和成熟主要受限于终端、业务两端的成熟度。


下面我们来看看几个物联网应用案例。


共享单车,大家都很熟悉了

我们来分析一下华为和ofo、中国电信的共享单车方案,其中就使用了NBIOT技术。

OFO于2014年12月在北京大学成立,已经发展成为全球最大的共享单车平台,首创无桩解决城市出行问题,解决短途代步的需求。目前已服务于全球20个国家,超过250座城市,2亿用户。

但是ofo刚建立之初,在解决方案上是遇到一些问题的,那就是用的2G GPRS网络,2G电子锁功耗高,2G车锁在高峰时段密集地点(如地铁口)掉线率非常高,不支持远程开锁,需要手动输码开锁,不支持锁密码更新,机械锁无GPS定位等。

为解决这些问题,2017年2月,OFO与中国电信和华为达成合作,基于NBIOT物联网技术,提供更便捷的出行服务,共同打造共享单车行业标准。

OFO对NBIOT智能锁三大业务诉求:

1-看重NBIOT低功耗、深覆盖、大连接,希望替代2G技术降低锁的功耗

2-加快锁开发,简化单车运维

3-实现低成本使用锁

从“端管云”来分解NBIOT端到端解决方案,即终端、网络连接和云平台三方面,

终端:最主要的是NBIOT芯片,实现低功耗省电,提供定位,并且室内也能定位,精度达到50米,解决非法用户关锁后将单车搬至室内占用。并且使用了华为liteOS操作系统,提升开发调试效率

管道:就是使用电信的NBIOT网络,覆盖深,时延低,结单快

云:IOT平台,运维系统。提供远程的升级,定位服务和收费管理等。


智能停车,让停车位置实时可查,充分利用停车资源,减少城市拥堵,让找车位不再困难,提高车位的使用效率。

在上海迪斯尼,中国联通部署了NBIOT智能停车系统,通过NBIOT车检器上报实时车位占用信息,实现车辆查询、导航、自动结算等功能,做到了车位信息共享,通过实时空闲车位查询以及预定服务,车位利用率提高了一倍,另一方面,效率的提高节省了大量员工薪资,成本也大幅降低了。


智慧家庭,是基于物联网和云计算技术,将机器设备数据化,结合智慧生活经验数据,实现家庭服务自动化的系统,功能包括视频监控、家庭娱乐、家庭设备自动化、健康关爱等。



今天,信息时代从微观向宏观裂变出智能城市,它的到来,让城市生活尽在网中,一切没有做不到的,只有你想不到的。物理连接与虚拟连接在数量上的爆发性增长将引发质变,引领人类社会走向全连接世界。


物联网和5G是相互相生的,物联网核心不在网,而在物,其发展速度取决于物接入网络的速度,期待“万物感知,万物互联,万物智能”时代的真正到来。


好,我今天的分享完毕,感谢各位耐心的聆听和参与交流。



如果你不知道我所说的007是什么,请扫码研究。


007er是践行者,更是新物种;上到62下到8岁,全球都有。能自定义目标且赋予事情伟大意义,想办法达成;任何形式沟通无障碍,看得到别人的好且不做伸手党;连接各种人为自己创造可能性,成为1%的少数派。


截止20180210,全球6312战友通过写作共同成长。


我已放码过来,你一码不扫何以扫天下?


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