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5g通信课程设计一、课程目标知识目标：1. 了解5G通信技术的基本概念，掌握其与4G通信技术的区别；2. 学习5G的关键技术，如大规模MIMO、波束赋形、网络切片等；3. 了解5G通信在不同行业中的应用和前景。
技能目标：1. 学会分析5G通信技术的优势和挑战，提高解决问题的能力；2. 培养学生运用5G技术进行创新设计的能力，如智能家居、智能交通等；3. 提高学生实际操作5G设备的能力，如配置5G网络、使用5G应用等。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对5G通信技术的兴趣，激发他们探索未知、追求创新的热情；2. 增强学生之间的合作意识，培养团队协作精神；3. 引导学生关注5G通信技术在我国的发展，增强国家自豪感。
课程性质分析：本课程为高年级信息技术课程，旨在帮助学生了解5G通信技术的基本原理、应用和发展趋势，提高学生的信息素养和创新能力。
学生特点分析：高年级学生对通信技术有一定的基础，具有较强的学习能力和探究精神，对新兴技术充满好奇心。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，以项目式教学为主，充分调动学生的积极性，培养他们的创新能力和实践操作能力。
通过本课程的学习，使学生能够掌握5G通信技术的基本知识，具备一定的实际操作能力，并激发他们对未来通信技术发展的关注和热情。
二、教学内容1. 5G通信技术概述- 5G的发展背景与需求- 5G与4G的主要区别- 5G的关键性能指标2. 5G关键技术解析- 大规模MIMO技术- 波束赋形技术- 网络切片技术- 非正交多址技术3. 5G通信应用场景- 智能家居- 智能交通- 工业互联网- 医疗健康4. 5G网络架构与部署- 5G网络架构特点- 5G基站与核心网部署- 5G频率规划与使用5. 5G技术在我国的发展现状与未来展望- 我国5G政策与发展战略- 我国5G产业链发展现状- 5G技术未来发展趋势教学大纲安排：第一课时：5G通信技术概述第二课时：5G关键技术解析（1）第三课时：5G关键技术解析（2）第四课时：5G通信应用场景第五课时：5G网络架构与部署第六课时：5G技术在我国的发展现状与未来展望教学内容进度：1-2课时：5G通信技术概述及关键技术解析（1）3-4课时：关键技术解析（2）及5G通信应用场景5课时：5G网络架构与部署6课时：5G技术在我国的发展现状与未来展望三、教学方法本课程将采用以下多样化的教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1. 讲授法：- 用于5G通信技术的基本概念、关键技术和应用场景的讲解，使学生在短时间内掌握必要的理论知识。
课程设计5G一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握5G技术的基本概念、关键技术、应用场景和未来发展趋势。
具体包括：1.了解5G技术的背景和发展历程。
2.掌握5G的关键技术，如大规模MIMO、毫米波通信、网络切片等。
3.了解5G在不同领域的应用场景，如智能交通、医疗健康、工业生产等。
4.能够分析5G网络的性能指标和优势。
5.能够评估5G技术在不同应用场景下的适用性。
6.能够设计简单的5G应用场景方案。
情感态度价值观目标：1.培养学生对5G技术的兴趣和好奇心。
2.培养学生对科技创新的积极态度和价值观。
3.培养学生对社会责任感和团队合作意识。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括5G技术的基本概念、关键技术、应用场景和未来发展趋势。
具体安排如下：第1章：5G技术背景和发展历程1.1 5G技术的背景和需求1.2 5G技术的发展历程1.3 5G技术的关键性能指标第2章：5G关键技术2.1 大规模MIMO技术2.2 毫米波通信技术2.3 网络切片技术2.4 其他关键技术第3章：5G应用场景3.1 智能交通3.2 医疗健康3.3 工业生产3.4 其他应用场景第4章：5G未来发展趋势4.1 5G网络的演进4.2 5G与物联网的结合4.3 5G与的结合4.4 5G的安全挑战和发展方向三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性，本课程将采用多种教学方法，如讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握5G技术的基本概念和关键技术。
讨论法：通过小组讨论，培养学生对5G应用场景和未来发展趋势的思考和评估能力。
案例分析法：通过分析具体的5G应用案例，使学生了解5G技术在不同领域的应用和优势。
实验法：通过实验操作，使学生亲身感受5G技术的实际应用和性能表现。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将选择和准备以下教学资源：教材：《5G技术原理与应用》参考书：《5G无线通信技术》多媒体资料：5G相关视频、动画和图片实验设备：5G网络模拟器、毫米波通信设备等通过以上教学资源的使用，将帮助学生更好地理解和掌握5G技术，提高他们的学习兴趣和主动性。
第三页：回顾移动通信的发展历程，每一代移动通信系统都可以通过标志性能力指标和核心关键技术来定义。
1978年，美国首先在芝加哥开始了关于全球第一个蜂窝移动通信系统AMPS:Advanced Mobile Phone Service 高级移动电话服务系统，开启了1G时代，该时段的系统采用频分多址，只能提供模拟语音业务，数据率仅为2.8kbps~56kbps；2G时代中全球移动(Global System for Mobile communications) 的空中接口采用时分多址技术。
GSM 较之它以前的标准最大的不同是它的和语音都是数字式的，可提供数字语音和低速数据业务，这时候都可发短消息了,但仍然是窄带的；2000年开始部署了3G，3G以码分多址为技术特征，同时采用多输入输出技术增加系统的吞吐率，此时的用户峰值速率提升到2Mbps至数十Mbps，可以支持多媒体宽带数据业务。
为了提供移动业务，到2010年，正式部署了第四代移动通信，4G的空中技术是在3.9G中演进的，将OFDM与FDMA结合，以正交频分多址技术为核心，用户峰值速率提升到100Mbps至1Gbps，能够支持各种移动宽带数据业务。
前几代都是基于演进的，并且向后兼容后一代，4G相比5G就如同龟兔赛跑，面向2020年及未来5G，将很大程度上提高传输速率。
2015年工信部发表第五代移动通信的发展时间表，预计将在2018年将完成技术规范，2020年正式商用。
工信部电信研究院发表的5G无线技术架构白皮书也预示着我国在5G的研发进入标准制定阶段。
中国5G官方推进组负责人曹淑敏讲到，我们已经从最初的概念、需求、场景逐渐走向了用合适的技术去满足这些需求。
第四页1G~4G阶段里的重要专利技术几乎被美国的高通、爱立信垄断，中国一直处于落后状态！比如在3G时代，中国虽然自主研发了TD-SCDMA，但是技术上依然无法与其相提并论。
即便到了4G时代，中国TD-LTE有了一定的突破，但是其核心长码编码Turbo码和短码咬尾卷积码，都不是中国原创的技术。
5G通信中的毫米波技术研究与应用毫米波技术是5G通信的核心技术之一，它以高频率、高传输速率和大带宽为特点，成为满足未来数据需求的理想选择。
本文将对5G通信中的毫米波技术进行深入研究，并探讨其应用领域。
首先，我们来了解一下毫米波技术的基本原理。
毫米波是指频率范围在30 GHz至300 GHz之间的无线电波。
相比传统的低频通信技术，毫米波具有更高的频率和更大的带宽，可以支持更快的数据传输速率。
然而，由于传播距离较短且易受到障碍物干扰，毫米波技术在传统的室内和室外通信环境中存在一些挑战。
在5G通信中，毫米波技术被广泛应用于高速移动通信和宽带无线接入。
首先，高速移动通信是5G的重要应用场景之一，无论是高速铁路、自动驾驶车辆还是无人机等移动设备，都需要高速稳定的数据传输。
而毫米波技术的大带宽和高传输速率可以满足这些设备对数据传输的需求。
其次，毫米波技术可以广泛应用于宽带无线接入，解决传统网络中的带宽瓶颈问题，提供更快速、更稳定的无线网速，使用户可以在任何时间、任何地点享受高质量的网络体验。
然而，毫米波技术在应用中也面临一些挑战。
首先是传播距离的限制。
由于毫米波在空气中的传播损耗较大，其有效传输距离相对较短。
此外，毫米波与障碍物的散射、衍射等现象较为明显，容易受到干扰导致信号质量下降。
因此，在5G网络建设中需要密布大量的基站来保证信号的覆盖范围和稳定性。
其次是设备硬件的挑战。
毫米波信号的频率较高，传输时需要使用较小尺寸的天线，这对硬件设计提出了较高的要求。
为了克服这些挑战，研究者们进行了大量的研究和实践。
首先，针对传播距离限制问题，他们通过引入多天线技术、波束赋形技术等，来提高信号的传输距离和穿透能力。
其次，研究者们提出了多径传输技术、时频块分配技术等来解决信号衰减、干扰等问题，以提高信号质量和系统性能。
此外，还有很多其他的技术和算法被应用于毫米波通信中，如迭代检测、信道估计等，以进一步提高通信质量和传输速率。
第三页：回顾移动通信的发展历程，每一代移动通信系统都可以通过标志性能力指标和核心关键技术来定义。
1978年，美国首先在芝加哥开始了关于全球第一个蜂窝移动通信系统AMPS:Advanced Mobile Phone Service 高级移动电话服务系统，开启了1G时代，该时段的系统采用频分多址，只能提供模拟语音业务，数据率仅为 2.8kbps~56kbps；2G时代中全球移动通信系统(Global System for Mobile communications) 的空中接口采用时分多址技术。
GSM 较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的，可提供数字语音和低速数据业务，这时候都可发短消息了,但仍然是窄带的；2000年开始部署了3G，3G以码分多址为技术特征，同时采用多输入输出技术增加系统的吞吐率，此时的用户峰值速率提升到2Mbps 至数十Mbps，可以支持多媒体宽带数据业务。
为了提供移动业务，到2010年，正式部署了第四代移动通信，4G的空中技术是在3.9G中演进的，将OFDM与FDMA结合，以正交频分多址技术为核心，用户峰值速率提升到100Mbps至1Gbps，能够支持各种移动宽带数据业务。
前几代都是基于演进的，并且向后兼容后一代，4G相比5G就如同龟兔赛跑，面向2020年及未来5G，将很大程度上提高传输速率。
2015年工信部发表第五代移动通信的发展时间表，预计将在2018年将完成技术规范，2020年正式商用。
工信部电信研究院发表的5G无线技术架构白皮书也预示着我国在5G的研发进入标准制定阶段。
中国5G官方推进组负责人曹淑敏讲到，我们已经从最初的概念、需求、场景逐渐走向了用合适的技术去满足这些需求。
第四页1G~4G阶段里的重要专利技术几乎被美国的高通、爱立信垄断，中国一直处于落后状态！比如在3G时代，中国虽然自主研发了TD-SCDMA，但是技术上依然无法与其相提并论。
即便到了4G时代，中国TD-LTE有了一定的突破，但是其核心长码编码Turbo码和短码咬尾卷积码，都不是中国原创的技术。
5G毫米波在移动通信系统的应用摘要：频谱资源稀缺是当下面临的严峻问题，毫米波所具有的大宽带、高速率的优势能够实现网络通信的高速传输，成为了移动通信系统发展的重点。
现阶段，我国5G建设正处于迅速发展阶段，尤其是移动通信系统的开发，毫米波的研究对其有积极的推动作用，基于此，本文以5G毫米波为研究对象，对5G毫米波进行了概述，分析其优势、劣势与解决方案，进而展开了5G毫米波在移动通信系统的应用，希望为5G毫米波的进一步实施提供参考。
关键词：5G毫米波；移动通信系统；应用如今是网络信息时代，面对不断增长的移动通信流量以及新型的专业设备，5G的研发与使用成为大势所趋，5G毫米波技术因其传输距离存在缺陷并未得到广泛应用，而随着技术与设备的更新换代，更加需要5G毫米波稳定的方向性与高速率，5G毫米波又重回大众视野得到了业界的认可。
现阶段，毫米波的研究已经成为5G开发的重要组成之一，越来越多的频谱资源给毫米波的应用提供了方向，为其在移动通信系统应用的研究提供了技术支持。
一、5G毫米波概述毫米波本质是一种电磁波，其波长在一毫米到十毫米之间，是人类所感知不到的频谱，从频率的角度来讲，毫米波的频率随波动速度提升而提升，它是5G 的重要组成之一。
在5G之前，并未进行毫米波的研究与使用，仅针对6 GHz以下的频段，即Sub-6 GHz展开研究，然而在世界范围内Sub-6 GHz都非常稀缺，而5G毫米波的使用无疑带来了诸多技术突破。
于移动通信系统而言，Sub-6 GHz 仅能达到100-200MHz的宽带，而5G毫米波能将其增强至八倍以上，可达到800MHz，除此之外，5G毫米波在医疗领域也显示出了强大的作用。
现阶段，全球有超过一百五十家运营商对5G毫米波技术进行投资并用于商用网络，我国在2020年也进行了相关准备与测试。
二、5G毫米波劣势分析毫米波的用处十分广泛，但其传播极易受到影响，除建筑物、地表等事物外，雨滴、雪花甚至大气中的分子颗粒、尘土、烟雾等都会阻碍其传播，加之毫米波依靠高频传输，导致其传输性能出现以下缺点：首先，毫米波能量发散迅速，非常容易变弱，再加上受限很多，难以传递到较远距离，覆盖面较小；其次，以波长更短频率更高的可见光作比，难以穿透物体，毫米波就更加容易受到阻挡、反射与折射；最后，水分子等空间因素会通过吸收大幅度降低毫米波的信号，故其衰减极快。
电子技术与软件工程Electronic Technology&Software Engineering网络通信技术Network Communication Technology面向5G的毫米波Massive MIMO上下行链路方案设计王志兵'李杏清$鲍晶晶I(1.东莞职业技术学院广东省东莞市5238082.广东创新科技职业学院广东省东莞市523960)摘要：本文结合毫米波的稀疏特性，分析对比混合波束赋形技术和机会波束赋形技术，改进了基于单用户和多用户的波束赋形技术预编码算法；通过改进预编码算法及QAM调制/解调算法，降低系统实现的硬件复杂度和信号处理复杂度，提高频效和功效，设计可行的上/下行链路数据传输方案；为了在低系统成本的情况下提高角度分辨率，有效地提升系统整体性能，减少功率损耗。
关键词：毫米波；波速賦形；预编码算法；上下行链路；功耗随着移动通信技术的不断发展及大数据、云计算、人工智能、物联网等新技术的出现，通信技术通过不断地与新技术融合，从而向社会各领域渗透，催生了大量的新兴业务，如智慧城市，自动驾驶，智慧农业、全息视频、浸入式游戏等。
4G技术在峰值速率、带宽、延时等方面已无法满足新兴业务的新需求，新应用场景等的要求。
2015年，我国IMT-2020(5G)推进组发布了5G概念白皮书［R］⑴，归纳了5G主要技术场景、关键挑战和关键技术，形成了5G概念。
国际电信联盟(ITU)在2015年正式给5G命名，依据不同的业务需求和应用场景，定义了移动增强宽带、机器类大规模通信和超可靠低时延类通信三大5G场景⑵。
2018年6月，5G移动通信技术标准的方案在美国获得国际标准组织批准并发布，标志着5G标准得到正式认可⑶。
5G技术呼之欲出，它将为万物互联和大数据时代提供良好的通信保障⑷。
在国内，我国高度重视5G移动通信技术的发展，根据国家《“十三五”国家信息化规划》要求，加快推进5G技术研究与产业化，到2020年，5G完成技术研发测试并商用部署。
间传播，波束窄，具有良好的方向性。
由于毫米波所处频段高，干扰较少，所以传播稳定可靠。
但是，由于水汽、氧气等吸收作用，毫米波在大气中传播会受到不可忽视的衰减。
同时，降雨、云雾及沙尘也会带来信号的额外衰落，所以毫米波单跳通信距离较短本文从大气吸收、云雾、降雨和沙尘等大气为主的分子会对电磁波能量进行吸收，引起电波衰减。
大气吸收对毫米波的传播影响主要有频率、水蒸气浓度和天线仰角。
在毫米波频段内，氧60GHz 条主要谱线。
分别将这些谱线的吸收衰减率线性相加，并考虑亚毫米波段和红外区域强度极高的谱线以及连续谱的影响，可得到氧气和水汽的吸收损耗率 dB/km 是干燥空气条件下的特征衰减；定水汽密度条件下的特征衰减；f 是电波频率，以是该频率相关的复合折射率的虚部，计算方由于氧气和水汽的吸收线很多，逐项计算所有吸收线对应频率对电波衰减的贡献十分复杂，中根据发射天线和接收天线的相对高度将传播路径分为水平路径和倾斜路径，给出了在高度范围内的简易计算方法。
此法与逐线计算的大气吸收衰减所得结果之间60GHz 水平路径和微小倾角倾斜路径的路径衰减计算方法相同。
整个积分路径上氧气衰减率为常数，对其求衰减率积分，其路径衰减可由如式60−66−p=1013hPa、温度t=15℃的条件下模拟的干燥空气与水汽衰减率以及总的衰减率随频2是在ITU-R建议的水蒸气密度）、大气压强p=1013hPa、温度℃的条件下模拟的干燥空气与水汽衰减率以及总特征衰减率随频率的变化曲线图：频率f/GHz水蒸气密度为10.5g/m³时衰减率与频率的关系=频率f/GHz水蒸气密度为13g/m³时衰减率与频率的关系知，毫米波对于氧气和水蒸气吸收衰减均是随着频率的升高而增大。
在倾斜路径上大气衰减随高度递增近似成负指数采用了等效高度的方法。
定义等效高度对电波的衰减才显得重要[5]。
云、雾是由微小水滴成水滴直径在0.001~0.4mm 之间，满足瑞利散射条件[8]。
移动通信技术电子教案一、教案概述本教案旨在为学生提供移动通信技术的全面知识，使学生能够理解并掌握移动通信的基本原理、关键技术、网络架构、发展趋势等方面的内容。
通过本教案的学习，学生将能够深入了解移动通信技术的原理和应用，为今后的学习和工作打下坚实的基础。
二、教学目标1.了解移动通信技术的发展历程和现状，掌握移动通信系统的基本概念和组成。
2.掌握移动通信系统的关键技术，如调制解调技术、多址技术、扩频技术、编码技术等。
3.理解移动通信网络的架构和协议，掌握移动通信网络的规划与优化方法。
4.了解移动通信技术的发展趋势和新兴技术，如5G、物联网、移动互联网等。
5.培养学生的实际操作能力和创新能力，提高学生的综合素养。
三、教学内容1.移动通信技术概述(1)移动通信技术的发展历程(2)移动通信系统的基本概念和组成(3)移动通信系统的分类和特点2.移动通信系统的关键技术(1)调制解调技术(2)多址技术(3)扩频技术(4)编码技术(5)信道编码和交织技术(6)数字信号处理技术3.移动通信网络的架构和协议(1)移动通信网络的架构(2)移动通信网络的协议(3)移动通信网络的规划与优化4.移动通信技术的发展趋势和新兴技术(1)5G技术(2)物联网技术(3)移动互联网技术(4)其他新兴技术5.实践教学(1)移动通信设备的操作与维护(2)移动通信网络的规划与优化(3)移动通信系统的设计与实现四、教学方法1.讲授法：讲解移动通信技术的基本概念、原理、关键技术和发展趋势。
2.案例分析法：分析典型的移动通信系统案例，使学生深入理解移动通信技术的应用。
3.实践操作法：通过实验室实践，使学生掌握移动通信设备的操作与维护、网络规划与优化等技能。
4.小组讨论法：组织学生进行小组讨论，培养学生的团队协作能力和创新思维。
五、教学评价1.平时成绩：考查学生的课堂表现、作业完成情况、实验报告等。
2.期中考试：考查学生对移动通信技术基本概念、原理、关键技术的掌握程度。
面向5G通信网的D2D技术综述一、本文概述随着5G通信网络的全球部署和应用，D2D（Device-to-Device）技术作为5G网络架构中的关键组成部分，正日益受到业界的广泛关注和研究。
D2D技术允许用户设备在不需要经过基站中转的情况下，直接进行数据传输和通信，从而大大提高了数据传输的效率和网络的整体性能。
本文旨在对面向5G通信网的D2D技术进行综述，分析其技术原理、应用场景、优缺点以及面临的挑战，并展望其未来的发展趋势。
通过对D2D技术的全面梳理，本文旨在为相关领域的研究人员和技术人员提供有价值的参考信息，推动D2D技术在5G通信网络中的进一步发展和应用。
二、D2D技术原理与关键技术D2D（Device-to-Device）通信技术是一种允许用户设备之间直接进行通信的技术，无需经过基站的中转。
在5G通信网中，D2D技术被视为一种重要的补充和增强手段，能够显著提高频谱利用率、降低端到端传输时延、增强系统容量，并为用户提供更加丰富的通信体验。
D2D通信的基本原理是将传统蜂窝网络中的用户设备升级为能够彼此直接通信的节点。
当两个设备距离较近时，它们可以建立直接的通信链路，进行数据交换。
这种通信方式可以在一定程度上减轻基站的负担，提高网络的整体效率。
在5G网络中，D2D通信被进一步拓展和优化，通过引入更高效的信号处理技术、更智能的资源管理策略以及更灵活的频谱使用方式，使得D2D通信能够在更广泛的场景下发挥作用。
资源分配与管理：在D2D通信中，如何有效地分配和管理无线资源是一个关键问题。
这涉及到如何平衡D2D通信与蜂窝通信之间的资源分配，以及如何在保证通信质量的前提下最大化资源利用率。
干扰管理：由于D2D通信与蜂窝通信共享相同的频谱资源，因此如何有效地管理D2D通信对蜂窝通信的干扰成为一个重要问题。
这需要通过先进的干扰管理算法和技术来实现。
安全与隐私：D2D通信可能涉及到用户数据的直接交换，因此如何保证通信过程的安全性和用户数据的隐私性也是一个需要关注的问题。
现代电子技术Modern Electronics Technique2019年11月1日第42卷第21期Nov.2019Vol.42No.210引言近年来，国际电信联盟明确了5G 移动通信的主要应用场景，包括增强型移动宽带、大规模机器类型通信、超可靠和低延迟通信。
5G 移动通信将在用户体验速率、频谱效率、移动性、时延、网络能效等8个方面的技术指标较4G 系统提升一个或多个数量级。
以峰值传输速率和系统能量效率为例，5G 移动通信的峰值传输速率预期将达到10Gb/s ，较4G 移动通信的100Mb/s 提高100倍，系统能量效率相比4G 移动通信需提升10倍。
现有支持4G移动通信的无线传输关键技术将无法满足5G 移动通信的需求，因此发展新型无线传输关键技术迫在眉睫[1⁃2]。
作为5G 移动通信无线传输关键技术之一的D2D 通信技术，其基本特征是在距离较近的用户终端间建立直接通信的链路，其数据传输无需基站中转，就可实现终端间各种形式的直接通信[3]。
采用直接通信方式的D2D 通信技术可以大幅提升用户间数据传输速率、提高系统容量、减小系统开销、增强通信可靠性。
另一方面，能够实现数十Gb/s 高速率传输的毫米波通信也成为5G 移动通信关注的焦点，其基本原理是利用非授权频段进行超面向5G 的毫米波D2D 通信技术综述倪艺洋1，2，王玉玺1，朱洪波2（1.江苏第二师范学院数学与信息技术学院，江苏南京210003；2.南京邮电大学江苏省无线通信重点实验室，江苏南京210003）摘要：第五代移动通信系统（5G ）是面向2020年以后需求的新一代移动通信系统，将满足未来大规模机器通信、超可靠和低延迟通信等应用场景的需求。
为了满足5G 移动通信中网络业务不均匀性和热点地区业务高速数据分发的需求，需要大力发展新的系统架构以及无线传输理论。
结合国内外移动通信发展的最新趋势，讨论了D2D 通信、毫米波无线传输以及毫米波D2D 通信的发展历程、技术特点、应用场景以及关键技术，并对毫米波D2D 通信的未来研究热点进行展望。
5G通信网络中的毫米波传输技术分析随着科技的不断发展，人们对通信网络的需求也越来越高。
而5G通信网络的出现，将为我们带来更快速、更稳定的网络连接。
在5G通信网络中，毫米波传输技术被广泛应用，为我们提供了更大的带宽和更低的延迟。
本文将对5G通信网络中的毫米波传输技术进行分析。
首先，我们需要了解什么是毫米波传输技术。
毫米波是指波长在1毫米到10毫米之间的电磁波，其频率范围在30GHz到300GHz之间。
相比于传统的通信技术，毫米波传输技术具有更高的频率和更大的带宽，可以实现更快速的数据传输。
然而，由于毫米波的频率高，其传输距离相对较短，信号衰减较快。
因此，在5G通信网络中，毫米波传输技术需要克服这些挑战。
为了解决毫米波传输技术的传输距离问题，研究人员提出了多种解决方案。
其中之一是使用大规模天线阵列。
通过使用大规模天线阵列，可以实现波束赋形，将信号聚焦在特定的方向上，从而增加传输距离。
此外，还可以利用波束赋形技术，将信号聚焦在用户设备上，提高信号强度和接收质量。
这些技术的应用可以有效地解决毫米波传输技术的传输距离问题。
除了传输距离，毫米波传输技术还需要解决信号衰减的问题。
由于毫米波的频率高，其在传输过程中容易被障碍物所阻挡，导致信号衰减。
为了解决这个问题，研究人员提出了多径传播技术。
多径传播是指信号在传输过程中经过多个路径到达接收器。
通过利用多径传播技术，可以减少信号衰减，提高信号的接收质量。
此外，还可以利用反射、绕射和散射等现象，改善信号传输的可靠性。
除了传输距离和信号衰减，毫米波传输技术还需要解决功耗和成本的问题。
由于毫米波传输技术需要使用大规模天线阵列和高频率的设备，其功耗较高。
为了解决这个问题，研究人员提出了低功耗的毫米波传输技术。
通过优化天线设计和信号处理算法，可以降低设备的功耗，提高能源效率。
此外，还可以利用集成电路和封装技术，降低设备的成本，实现毫米波传输技术的商业化应用。
总结起来，5G通信网络中的毫米波传输技术具有更大的带宽和更低的延迟，但也面临着传输距离、信号衰减、功耗和成本等挑战。
毫米波通信技术在5G网络中的应用研究随着移动通信技术的不断发展，5G网络作为未来通信网络的核心技术之一，被广泛关注与研究。
其中，毫米波通信技术作为5G网络的重要组成部分，具有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。
本文将就毫米波通信技术在5G网络中的应用进行研究和探讨。
首先，我们来了解一下什么是毫米波通信技术。
毫米波通信技术是指利用在30GHz至300GHz频段之间的电磁波进行通信的一种技术。
相比于传统的通信频段，毫米波通信技术具有极高的频率和带宽，能够提供更快的数据传输速率和更大的网络容量，符合5G网络对于高速率和大容量的需求。
在5G网络中，毫米波通信技术有着广泛的应用。
首先，毫米波通信技术能够提供更快的数据传输速率。
由于毫米波频段拥有更高的频率和更大的带宽，可以实现更高的数据传输速率。
这意味着用户可以更快地下载和上传大容量的数据，如高清视频、虚拟现实、增强现实等。
其次，毫米波通信技术可以提高网络容量。
由于毫米波频段的带宽较大，可以同时支持更多的用户连接。
这意味着在高密度用户区域，如商业区、机场、火车站等，5G网络可以保持较高的速率和较低的延迟，更好地满足用户的需求。
此外，毫米波通信技术还可以提升网络的可靠性和稳定性。
由于毫米波频段在传输过程中容易受到障碍物的影响，如建筑物、树木等，会导致信号衰减和信道不稳定。
为解决这一问题，一些技术和方法被提出，如波束成形和自适应调制等。
这些技术能够通过优化信号传输路径和适应信道状况的变化，提高网络的可靠性和稳定性。
然而，毫米波通信技术在5G网络中还面临一些挑战和问题。
首先，由于毫米波频段的传输距离较短，穿透力较低，需要建立更多的基站来提供较好的覆盖范围。
这将增加网络的建设成本和复杂度。
其次，毫米波频段在传输过程中容易受到天气的影响，如雨雪、大气湿度等，导致信号衰减和传输质量下降。
为解决这一问题，需要更多的研究和技术支持。
针对以上问题，研究人员提出了一些解决方案和技术。
专业：物联网专业职业：物联网技术工程师学习领域：移动物联网技术学习项目：毫米波通信系统 (6-8学时)1. 学习任务了解毫米波通信的特点，掌握毫米波无线信道的建模方法。
了解毫米波通信的应用研究，了解毫米波通信在5G系统中的应用。
了解毫米波无线局域网通信协议。
2. 教学过程设计：2.1毫米波通信的概念及特点引入：随着通信事业，尤其是个人移动通信的高速发展，无线电频谱的低频段通信资源已日益饱和。
5G系统最大带宽将会达到1GHz，考虑到目前频率占用情况，5G系统将使用高频进行通信。
知识点1：毫米波通信频段及特点毫米波是指频率在30 GHz和300 GHz之间，相应波长在1～10mm的电磁波。
利用毫米波进行通信的方法叫作毫米波通信。
毫米波通信的优点：毫米波通信具有较丰富的通信频谱资源，可以提供较大的连续频带，再配合高效的多址复用技术、调制方式等，可以使系统的传输能力产生巨大的飞跃。
除此之外，毫米波通信采用了较高的频段，干扰源较少，传播可靠性高。
毫米波通信的缺点：毫米波是高频段的电磁波，传输特性比传统低频段电磁波的传输特性更复杂，高频段电磁波不容易穿过建筑物或者障碍物，并且可以被植物和雨水吸收，因此受无线通信环境的影响更为明显。
高频段电磁波随着通信距离的增加衰减较为严重，因此，单条链路的覆盖范围有限，一般多适用于较短的通信距离。
影响毫米波信道条件的主要因素：（1）.自由空间损耗：电磁波在无线信道中传播时，自由空间损耗将随着电磁波频段的增加而呈指数级别增长。
毫米波信号通信频段高，因此在无线信道中传播时将产生较大的自由空间损耗。
在自由空间损耗这部分需要让同学们掌握衰减峰、大气窗口所在的频段；雨衰的数量级。
（2）.阴影效应：在这一区域内，电磁波的强度由于遮挡而产生大幅的降低，从而影响信号的正常接收。
这里可以比拟光留下的影子来讲解电磁波的阴影效应。
✧掌握毫米波的工作频段，了解毫米波通信的特点✧掌握影响毫米波信道条件的因素，掌握衰减峰、大气窗口所在的频段。
Communications Technology •通信技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程• 41【关键词】5G 技术 毫米波 网络构架根据毫米波通信特征可以了解到，毫米波通信方法和光通信均是波长短，高频率的一种通信方法，所以其存在和光通信方法相似的性能。
毫米波在采用的时候易于遭受到大气吸收而锐减，可是由于毫米波的波长较短，因此传输比较稳定，适宜在密集且范围较小的区域中构建。
此次研究就面向5G 的毫米波技术展开了分析与论述。
1 毫米波技术概述大气里面的氮气占了三分之二，而氧气仅占了三分之一，余留的是少数稀有气体与水蒸气等。
因为大气里面蕴藏了极化氧分子，因此毫米波大气传输时易于被吸收，此种被吸收的现象会导致波能量耗损，降低传输效率，同时可能会造成数据紊乱等问题。
对于这样的情况，研究人员发现，几个特殊频率的波在传输时会带来损失，即60GHz 、119GHz 、183GHz ，与此同时，还有些频率的波在传输时效果较好，大体上是不会有损失的，即35GHz 、140GHz 、220GHz 。
所以，建设毫米波的时候，应当防止使用者三个频率的波。
除此以外，相关人员通过试验发现，频率毫米波在传输时效果非常好，所以可建设较多的4个频率的波长。
毫米波衰减是因为遭受到温湿度的影响，将地面温度设定成15℃，湿度设定为11，根据公式测出毫米波衰减伴随频率增大而增大。
因为毫米波抵抗干扰的能力比较强，同时传播速度快，在很早以前就有学者研究了毫米波，并且经过多年研究得到了一定的进展。
在1990年，对于毫米波的研究得到了非常大的技术突破，致使毫米波被运用在通讯以及国防技术中。
到了二十一世纪，5G 的诞生，人们把5G 发展趋向和毫米波技术相结合，所以，可思考将毫米波在5G 网络中使用。
2 面向5G的毫米波网络构架建成5G 后，5G 网络强大的数据传输能力，极强的稳定性以及大范围的覆盖率给大数据时代带来了很多的好处，在部分建设好的地区可以时用户体验到10M/S 及以上的传输速率，通过网络给社会发展与人们提供保障。
第三页：回顾移动通信的发展历程，每一代移动通信系统都可以通过标志性能力指标和核心关键技术来定义。
1978年，美国首先在芝加哥开始了关于全球第一个蜂窝移动通信系统AMPS:Advanced Mobile Phone Service 高级移动电话服务系统，开启了1G时代，该时段的系统采用频分多址，只能提供模拟语音业务，数据率仅为2.8kbps~56kbps；2G时代中全球移动通信系统(Global System for Mobile communications) 的空中接口采用时分多址技术。
GSM 较之它以前的标准最大的不同是它的信令和语音信道都是数字式的，可提供数字语音和低速数据业务，这时候都可发短消息了,但仍然是窄带的；2000年开始部署了3G，3G以码分多址为技术特征，同时采用多输入输出技术增加系统的吞吐率，此时的用户峰值速率提升到2Mbps 至数十Mbps，可以支持多媒体宽带数据业务。
为了提供移动业务，到2010年，正式部署了第四代移动通信，4G的空中技术是在3.9G中演进的，将OFDM与FDMA结合，以正交频分多址技术为核心，用户峰值速率提升到100Mbps至1Gbps，能够支持各种移动宽带数据业务。
前几代都是基于演进的，并且向后兼容后一代，4G相比5G就如同龟兔赛跑，面向2020年及未来5G，将很大程度上提高传输速率。
2015年工信部发表第五代移动通信的发展时间表，预计将在2018年将完成技术规范，2020年正式商用。
工信部电信研究院发表的5G无线技术架构白皮书也预示着我国在5G的研发进入标准制定阶段。
中国5G官方推进组负责人曹淑敏讲到，我们已经从最初的概念、需求、场景逐渐走向了用合适的技术去满足这些需求。
第四页1G~4G阶段里的重要专利技术几乎被美国的高通、爱立信垄断，中国一直处于落后状态！比如在3G时代，中国虽然自主研发了TD-SCDMA，但是技术上依然无法与其相提并论。
即便到了4G时代，中国TD-LTE有了一定的突破，但是其核心长码编码Turbo码和短码咬尾卷积码，都不是中国原创的技术。
这就导致美国高通动不动就控告你侵权，索取额外专利费。
4G和5G相比，简直就如同龟兔赛跑！第五页随着4G进入规模商用阶段，第五代移动通信成为全球研究热点。
面向2020年及未来，移动互联网和物联网将成为移动通信发展的主要驱动力。
以用户为中心，提出了未来5G的总体愿景，总共包含三层，第一层将满足用户的居住生活，比如说人们的穿戴式设备中的眼镜、手表，手环等，用户移动终端多样化的互联网业务。
第二层将为用户提供极佳的交互式体验，带来身临其境的信息，比如说日常生活中的智能家具，VR增强现实的体验、观看超高清体育赛事，在外也能连接办公室电脑，打印机的在线云端。
相比4G，5G除了提供移动互联网之外，更加渗透到物联网及各种行业领域中，与工业设施、医疗仪器、交通工具等深度融合，有效满足工业、医疗、交通等垂直行业的多样化业务需求，实现真正的“万物互联”。
第六页5G将满足信息随心致，万物触手及的总体愿景，要解决多样化应用场景下差异化性能指标带来的挑战，不同应用场景面临的性能挑战有所不同，性能指标和效率需求共同定义了5G 的关键能力，犹如一株绽放的鲜花。
红花与绿叶相辅相成，其中花瓣代表了5G的六大性能指标，体现了5G满足未来多样化业务与场景需求的能力，而花瓣顶点代表了相应指标的最大值；绿叶则代表了三个效率指标。
其中有8个被ITU接受。
5G关键能力比前几代移动通信更加丰富，用户体验速率、连接数密度、端到端时延、峰值速率和移动性等都将成为5G的关键性能指标。
1用户体验速率：在真实网络环境下用户可获得的最低传输速率。
在信道条件好的情况下，要求用户能达到1Gbps的下行速度，8K（3D）视频经过百倍压缩后传输速率大约为1Gbps，这样我下载一部高清电影只需要1秒；相反而在小区边缘覆盖与信号复杂的区域，信道条件变差，但也要求达到100Mbps的下行速率。
相比4G百兆的下载速率明显提升。
与以往只强调峰值速率的情况不同，业界普遍认为用户体验速率是5G最重要的性能指标，它真正体现了用户可获得的真实数据速率，也是与用户感受最密切的性能指标。
2连接数密度：现在若是在大型集会、开展体育赛事、开演唱会、密集的商业中心，通常采用临时基站，到了5G每平方公里能同时连接百万个用户，这样就不需要安装临时的基站。
3端到端时延：未来5G将实现智能交通，无人驾驶，那么对端到端时延需要小于1毫秒，有利于物联网的可靠传输4移动性：高铁信号不稳定、总是断线，飞机上还不能进行无线连接，未来5G就可以解决高速移动情况下的连接，速度能达到500+KM/H。
5峰值速率：单用户可获得的最高传输速率。
一份全扫描的CT图像，只需要数秒便能传输，理论上5G峰值能达到10Gbps6流量密度：5G的流量密度能达到数十Tbps/平方公里，大大优化了频谱的利用。
从未来最具挑战性的流量需求出发，结合5G可用的频谱资源和可能的部署方式，经测算可得出5G系统的频谱效率大约需要提高5～15倍。
从我国移动数据流量的增长趋势出发，综合考虑国家节能减排规划和运营商预期投资额增长情况，预计5G系统的能源效率和成本效率也需要有百倍以上的提升。
频谱效率、能耗和成本是移动通信网络可持续发展的三个关键因素。
为了实现可持续发展，5G系统相比4G在频谱效率、能源效率和成本效率方面需要得到显著提升。
频谱效率需提升5~15倍，能源效率和成本效率均要求有百倍以上提升。
5G是面向2020年及未来的移动互联网和物联网业务需求，5G重点支持连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠四个主要技术场景，将采用大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入和新型网络架构等核心技术，通过新空口和4G演进两条技术路线，实现Gbps用户体验速率，并保证在多种场景下的一致性服务。
第七页5G典型场景涉及未来人们居住、工作、休闲和交通等各种区域，特别是密集住宅区、办公室、体育场、露天集会、地铁、快速路、高铁和广域覆盖等，从移动互联网和物联网主要应用场景、业务需求及挑战可归纳为连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠四种典型的场景。
其中快速路和城区属于广域覆盖场景，它是移动通信最基本的覆盖方式，以保证用户的移动性和业务连续性为目标，为用户提供无缝的高速业务体验。
该场景的主要挑战在于随时随地（包括小区边缘、高速移动等恶劣环境）为用户提供100Mbps以上的用户体验速率。
室内办公环境、住宅的小区属于局部的热点区域，为用户提供极高的数据传输速率，满足网络极高的流量密度需求。
1Gbps用户体验速率，数十Gbps峰值速率和数十Tbps/km2的流量密度需求是该场景面临的主要挑战。
第八页低功耗大连接和低时延高可靠场景主要面向物联网业务，是5G新拓展的场景，重点解决传统移动通信无法很好支持物联网及垂直行业应用。
主要面向智慧城市、环境监测、智能农业、森林防火和车辆网、工业控制等应用需求。
1.低功耗大连接场景主要面向智慧城市、环境检测、智能农业、森林防火等以传感和数据采集为目标的应用场景，具有小数据包、低功耗、海量连接等特点。
这类终端分布范围广，数量众多，不仅要求网络具有超千亿连接的支持能力，满足100万/km2连接密度指标要求，而且还要保证终端的超低功耗和超低成本。
2.低延时高可靠场景主要面向车联网、工业控制等垂直行业的特殊应用需求，这类应用对时延和可靠性具有极高的指标，需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近100%的业务可靠性保证。
第九页在5G之前，无线通信技术的主要发展方式是演进，也就是基于前一代，向后兼容前一代。
但是未来的5G移动通信不同，为了提供远远超过4G的传输速率，需要新的革命性技术。
5G中四个典型技术场景具有不同的挑战性指标需求，在考虑不同技术共存可能性的前提下，需要合理选择关键技术的组合来满足这些需求。
下面我们将5G中的一种关键技术毫米波通信。
1.在广域覆盖场景，受限于站址和频谱资源，喂了满足100Mbps用户体验速率需求，除了需要尽可能多的低频谱资源外，还需要大幅度提升系统频谱效率。
大规模天线阵列是其中最主要的关键技术之一，新型多只技术可与大规模天线阵列相结合，进一步提升系统频谱效率和多用户接入能力。
2.在热点高容量场景，极高的用户体验速率和极高的流量密度是该场景面临的主要挑战，超密集组网能够有效地复用频率资源，极大提升单位面积内的频率复用效率。
全频接入能够充分利用低频和高频的频率资源，实现更高的传输效率，大规模天线、新型多址等技术与前两种技术相结合，可实现频谱效率的进一步提升。
第十页无线信号通过电磁波传播，1G~4G采用了300MHz~3GHz的低频段，而5G将频谱分为低频段和高频段。
6GHz以下的低频段主要是以现在的4G LTE为基础演进；而6GHz以上是高频段，也就是微波毫米波，它是全新的、革命性的，特别是应用极少的毫米波。
30GHz~300GHz频段是业界公认的毫米波频段，对应的波段是1~10mm.2015年FCC提议将28GHz用于小蜂窝通信，64~71GHz频段的7GHz带宽用于短距离的室内热点场景。
第11页毫米波频段的优点是可以实现超宽带，可以很轻松地实现超高的传输速率；但是挑战也很大，第一个是传播损耗：1：传输损耗与频率的平方成正比，高频段损耗大。
针叶、降雨损耗也随频率增加而增加。
2：与低频段通信最大的差别在于毫米波的波长短，使其传播距离近，容易受到墙面、物体和人等障碍物的阻挡，针对这些传播损耗，最好的解决方案是采用高增益方向性天线或天线阵来补偿。
第二个是延时扩展：毫米波频段的延时扩展依赖于散射环境，同时在非视距情况下的时延扩展也随波束变化而变化。
第三个信道特征是小尺度衰落，在短时间内的快速变化用Nakagami随机变量来描述。
而低频段常常使用对数正态分布来描述；第12页相比微波通信，毫米波中的大气吸收与频率有关。
白色部分的28GHz和38GHz频段的大气衰减非常低，大约在0.1dB/km；蓝色部分的57-64GHz频段中具有7GHz有效大带宽，氧气分子吸收引起了非常高的衰减，因此该频段主要是用于超短距离室内通信。
绿色部分的频段具有几GHz带宽，大气衰减也比较低，这部分损失可以采用波控和波束耦合的方向性天线阵来解决。
第13页与微波通信一样，毫米波频段也需要设计物理层结构，主要包含信道编码、调制和大规模MIMO。
就信道编码部分，3G、4G中使用turbo码，未来5G编码研究中，我国主推的是Polar码，欧洲主推Turbo2.0。
就在今年的10月19日，3GPP将美国主推的LDPC确定为5G标准的长码编码方案。
虽然Turbo2.0在理论和工程上都相对LDPC有优势，但也因为非技术原因让位于LDPC码。
