本書以第五代移動(dòng)通信(5G)作為切入點(diǎn),一方面回顧無線通信在理論、技術(shù)、器件、系統(tǒng)等方面的發(fā)展史,描述第1代模擬、第二至第五代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)的工作原理、關(guān)鍵技術(shù)與性能指標(biāo)上的異同,另一方面,針對5G對智能化社會、智慧生活的多方面影響,分析了5G技術(shù)革新的“蝴蝶效應(yīng)”和對社會政經(jīng)發(fā)展、國際關(guān)系演變的“杠桿功能”。本書幫助讀者找尋5G與自身專業(yè)、興趣愛好和未來職業(yè)規(guī)劃的結(jié)合點(diǎn),激發(fā)其對“5G智能網(wǎng)聯(lián)”與各行各業(yè)的融合模式創(chuàng)新與實(shí)際落地的深入思考。
本書涵蓋內(nèi)容廣、案例分析豐富,可作為面向電子信息、電氣工程、計(jì)算機(jī)、機(jī)械能 源、經(jīng)濟(jì)管理、傳媒藝術(shù)、政治經(jīng)濟(jì)等類相關(guān)專業(yè)的大學(xué)生、研究生,有關(guān)無線通信、5G通識基礎(chǔ)的導(dǎo)論課教材,也可以作為通信類本科、研究生專業(yè)課程的擴(kuò)展閱讀材料。結(jié)合本書配套的線上慕課、網(wǎng)上錄播視頻、以及課件共享資源,高校教師可在本校開設(shè)相關(guān)的本科、研究生通識課、學(xué)科交叉課,訓(xùn)練同學(xué)們的創(chuàng)新思維、提升交叉領(lǐng)域的創(chuàng)新能力。
本書的編者為尹學(xué)鋒教授和顏卉博士,團(tuán)隊(duì)構(gòu)成兼具學(xué)術(shù)與創(chuàng)新背景。尹學(xué)鋒老師是同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師,同時(shí)也是學(xué)院負(fù)責(zé)教學(xué)與人才培養(yǎng)的副院長。他2009年加入同濟(jì)大學(xué)電信學(xué)院以來,連續(xù)11年和華為進(jìn)行有關(guān)4G、5G通信網(wǎng)絡(luò)的研究合作,承擔(dān)了近15項(xiàng)華為科研項(xiàng)目。與此同時(shí),作為學(xué)院人才培養(yǎng)的負(fù)責(zé)人,他多年來對如何系統(tǒng)地將知識技術(shù)、科學(xué)研究,融合高校的思政培育,進(jìn)行了深入思考和實(shí)踐。顏卉博士任教于上海大學(xué)管理學(xué)院,在技術(shù)創(chuàng)新與商業(yè)、金融融合等方面有著多年的研究經(jīng)驗(yàn)。兩位編者的結(jié)合,使得該書呈現(xiàn)出三個(gè)不同于其他5G書籍的特點(diǎn):(1)在技術(shù)層面對5G核心實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了深入淺出的講解;(2)對5G對政經(jīng)、商業(yè)、金融的顛覆性創(chuàng)新潛力進(jìn)行了深刻的分析;(3)體現(xiàn)了技術(shù)與思政的融合,對培養(yǎng)學(xué)生的技術(shù)世界觀、培養(yǎng)愛國敬業(yè)精神具有非常重要的作用。鑒于上述的特點(diǎn),本書不僅非常適合作為高校通識課、思政課的教材和參考書,為如何從5G來進(jìn)行意識形態(tài)、愛國愛家、敬業(yè)創(chuàng)新等核心價(jià)值觀,提供了很多實(shí)例和分析,也可以作為一本通俗易懂的5G讀本,對5G給個(gè)人日常工作學(xué)習(xí)以及社會帶來的革新,進(jìn)行深入的了解。
從麥克斯韋預(yù)言電磁波的存在,到無線通信在19世紀(jì)末的誕生,僅僅用了二十幾年的時(shí)間。人類對無線電在通信、雷達(dá)、遙感等等諸多方面的潛在應(yīng)用,可以用應(yīng)接不暇來形容。無線電成為每個(gè)人生活中不同或缺的必備物品,完全得益于20世紀(jì)五十年代的集成電路的發(fā)明。隨著20世紀(jì)70年代的第1代個(gè)人移動(dòng)通信系統(tǒng)的誕生,平均每十年就會有一次大規(guī)模的移動(dòng)通信技術(shù)升級,到如今已經(jīng)進(jìn)入了5G的時(shí)代。2019年是無可厚非的5G商用元年。5G網(wǎng)絡(luò)以幾萬、幾十萬臺基站的速度在世界上迅速覆蓋了用戶密集、應(yīng)用深入的區(qū)域,圍繞5G的技術(shù)實(shí)現(xiàn)成為各個(gè)國家競爭的熱點(diǎn),5G基帶和射頻芯片的不斷研發(fā)革新,終于在2019年上半年啟動(dòng)了5G手機(jī)的面世。移動(dòng)運(yùn)營商的柜臺里開始擺滿5G手機(jī)。各種和5G相關(guān)的應(yīng)用也不斷挑戰(zhàn)我們傳統(tǒng)的生活、工作、娛樂方式。5G不僅改變了個(gè)人的通信方式,也從購物、消費(fèi)、出行、教育、娛樂等幾乎所有方面,帶來了前所未有的改變。人們開始對5G滿懷期待,憧憬5G時(shí)代的“不期而遇”,希望從5G技術(shù)革新中領(lǐng)略出乎意料的驚喜。
除了技術(shù)自身的革新之外,5G好像是一個(gè)杠桿,撬動(dòng)了國際政治經(jīng)濟(jì)的格局。傳統(tǒng)的技術(shù)創(chuàng)新聚集地,在5G的浪潮到來之際,開始在全球轉(zhuǎn)移。一個(gè)不爭的事實(shí),是國際上形成了圍繞5G的技術(shù)研發(fā)、制造業(yè)、運(yùn)營商的兩大陣營,東方、西方之間的5G競爭從標(biāo)準(zhǔn)到核心專利,再到市場的劃分與爭奪,已經(jīng)呈現(xiàn)從未出現(xiàn)的白熱化跡象。5G的競爭既像是2008年經(jīng)濟(jì)危機(jī)以來的一次蓄謀已久的爆發(fā),又像是出乎意料的各種彎道超車。傳統(tǒng)的通信業(yè)強(qiáng)勢企業(yè)在這場令人震撼的攀比中,不斷亮出他們的殺手锏,輿論也樂此不疲地尾隨,各種對5G的預(yù)測由不斷地描繪出一幅令人向往的未來世界。在這樣的一個(gè)節(jié)奏里,人們你追我趕、涌進(jìn)了5G的大門…
5G已經(jīng)脫離了技術(shù)范疇的定義,她更像是一個(gè)代表了一個(gè)完整生態(tài)的新業(yè)態(tài),她的出現(xiàn)就像是磁場,破壞了原有的政治經(jīng)濟(jì)的平衡。在5G商用中已經(jīng)處于劣勢的國家,開始仰仗商業(yè)、政治等手段,對5G的競爭中希求控制和干擾,開始不惜動(dòng)用國家機(jī)器,對某一個(gè)企業(yè)進(jìn)行打壓,甚至以發(fā)動(dòng)貿(mào)易戰(zhàn)爭的方式想把對手連根拔起。5G的發(fā)展也因此充滿坎坷和未知。但這樣的情形并非陌生,從20世紀(jì)50年代以來,多少次國家間技術(shù)革新所引發(fā)的政治危機(jī),已經(jīng)為5G的荊棘之路做了標(biāo)注。在激流中,強(qiáng)者會愈發(fā)強(qiáng)大,遠(yuǎn)見和定力,博弈中的智慧,更能決定5G的命運(yùn),即使2019年以后伴隨5G的可能是更難以預(yù)測的多事之秋,5G的步伐也只會越來越快。
本書以5G作為切入點(diǎn),詳細(xì)回顧了無線通信在理論、技術(shù)、器件、系統(tǒng)等方面百年的發(fā)展歷史,通過對傳統(tǒng)的模擬通信與第二、三、四、五代數(shù)字無線通信系統(tǒng)的工作原理、關(guān)鍵技術(shù)的差異、性能限制因素的分析,幫讀者了解這些技術(shù)對產(chǎn)業(yè)、社會、生活帶來的改變與影響。此外,本書嘗試跳出技術(shù)層面,從5G在智能化方面對社會、生活的多方面影響,5G技術(shù)在社會政治經(jīng)濟(jì)方面的延伸,來了解5G的“蝴蝶效應(yīng)”和“杠桿功能”,分析5G對未來產(chǎn)業(yè)發(fā)展的多方面、多層次影響。與此同時(shí),本書也幫助讀者找尋5G與自身專業(yè)、興趣愛好、未來職業(yè)規(guī)劃的結(jié)合點(diǎn),對如何利用5G技術(shù),對自身專業(yè)、興趣愛好進(jìn)行模式、技術(shù)等不同層面的創(chuàng)新,進(jìn)行深入思考,建立可行方案。
本書可作為大學(xué)本科生有關(guān)無線通信、有關(guān)5G的通識課教材。對于具有一定通信技術(shù)背景知識的同學(xué)而言,本書通過大量的近期發(fā)生的5G相關(guān)事件,幫助他們了解技術(shù)對社會的影響;對于沒有通信背景的同學(xué)而言,本書提供了一個(gè)為典型的創(chuàng)新的案例,賦予生澀的技術(shù)以魅力,從多個(gè)并行的線索中勾勒出必然和偶然之間的往復(fù)迭代。本書也可作為一本5G技術(shù)史,對近期發(fā)生的與5G有關(guān)事件作出梳理,讓讀者更加系統(tǒng)地了解5G的前世今生。
尹學(xué)鋒,工學(xué)博士,同濟(jì)大學(xué)電子與信息工程學(xué)院副院長,教授,博士生導(dǎo)師, 1995年畢業(yè)于華中科技大學(xué)光電子工程系,2002、2006年于丹麥奧爾堡大學(xué)分別獲得數(shù)字通信碩士學(xué)位和無線通信工學(xué)博士學(xué)位。主要研究興趣包括電波傳播信道特征、高精度參數(shù)估計(jì)算法、雷達(dá)信號處理與無線環(huán)境感知, 發(fā)表論文120余篇,英文著作一部,授權(quán)PCT國際專利8項(xiàng),中國專利5項(xiàng),國際信道標(biāo)準(zhǔn)兩項(xiàng)。主要科研成果有:(1)、多種信道參數(shù)高精度估計(jì)算法,包括SAGE(空間迭代廣義期望大化)算法,多層證據(jù)框架算法,功率譜提取算法,多徑粒子濾波算法,和球面波提取算法,其中SAGE算法因其能夠?qū)γ織l傳播路徑的14個(gè)參數(shù)即時(shí)延、波離方向、波達(dá)方向、多普勒頻移,以及極化矩陣進(jìn)行估計(jì),已成為建立SCM, SCME模型的標(biāo)準(zhǔn)算法;(2)、實(shí)測統(tǒng)計(jì)信道模型成為國際標(biāo)準(zhǔn),即基于城市場景的Relay信道特征模型成為ITU信道模型標(biāo)準(zhǔn),無人機(jī)空地信道模型成為3GPP標(biāo)準(zhǔn)模型;(3)、針對5G場景的信道特征研究,包括13-17GHz,28 GHz,60 GHz,71-73 GHz,70-77GHz室內(nèi)外場景,動(dòng)靜態(tài),全雙工,空對地、衛(wèi)星對地面,Massive MIMO,以及地物損耗、植被損耗場景;(4)、創(chuàng)新隨機(jī)圖論信道模擬理論,擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心仿真技術(shù),使圖論成為可代替射線追蹤的低復(fù)雜度、高準(zhǔn)確度信道仿真工具。
序言
第1章 5G的基本概念和應(yīng)用
1.1 1G到5G的不同
1.2 5G基本性能
1.3 5G能為我們帶來哪些改變?
1.4 5G依賴的關(guān)鍵技術(shù)
1.5 專家解讀5G之路
1.6 悲觀論
1.7 5G的發(fā)展預(yù)測
1.8 小結(jié)
1.9 習(xí)題
第二章 通信的歷史
2.1 電磁理論的發(fā)展歷史
2.2 無線器件與設(shè)備的發(fā)展史
2.3 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展史
2.4 無線通信產(chǎn)業(yè)的歷史與5G前瞻
2.5 小結(jié)
2.6 習(xí)題
第三章 5G無線通信標(biāo)準(zhǔn)
3.1 無線通信技術(shù)協(xié)議
3.2 解讀5G標(biāo)準(zhǔn)
3.3 5G與WIFI的融合
3.4 4G與5G的融合與過渡
3.5 5G編碼標(biāo)準(zhǔn)
3.6 小結(jié)
3.7 習(xí)題
第四章 5G的芯片
4.1 芯片入門
4.2 5G終端基帶芯片
4.3 5G基站芯片
4.4 5G手機(jī)芯片
4.5 國內(nèi)外5G芯片差距
4.6 小結(jié)
4.7 習(xí)題
第五章 5G專利
5.1 專利的類別:核心專利的覆蓋范圍
5.2 專利的分布
5.3 專利的使用策略
5.4 專利之戰(zhàn)
5.5 專利與貿(mào)易戰(zhàn)
5.6 各個(gè)公司的5G專利布局
5.7 未來的改革方向
5.8 小結(jié)
5.9 習(xí)題
第六章 5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)
6.1 背景
6.2 深度學(xué)習(xí)入門
6.3 在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)
6.4 深度學(xué)習(xí)方法
6.5 深度學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的移動(dòng)和無線網(wǎng)絡(luò)
6.6 未來研究視角
6.7 總結(jié)
6.8 習(xí)題