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[科普中國]-基站

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基站即公用移動通信基站是無線電臺站的一種形式,是指在一定的無線電覆蓋區(qū)中,通過移動通信交換中心,與移動電話終端之間進行信息傳遞的無線電收發(fā)信電臺。移動通信基站的建設(shè)是我國移動通信運營商投資的重要部分,移動通信基站的建設(shè)一般都是圍繞覆蓋面、通話質(zhì)量、投資效益、建設(shè)難易、維護方便等要素進行。隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)向數(shù)據(jù)化、分組化方向發(fā)展,移動通信基站的發(fā)展趨勢也必然是寬帶化、大覆蓋面建設(shè)及IP化。1

基本定義廣義是基站子系統(tǒng)(BSS,Base Station Subsystem)的簡稱。以GSM網(wǎng)絡(luò)為例,包括基站收發(fā)信機(BST)和基站控制器(BSC)。一個基站控制器可以控制十幾以至數(shù)十個基站收發(fā)信機。而在WCDMA等系統(tǒng)中,類似的概念稱為NodeB和RNC。

狹義即公用移動通信基站是無線電臺站的一種形式,是指在一定的無線電覆蓋區(qū)中,通過移動通信交換中心,與移動電話終端之間進行信息傳遞的無線電收發(fā)信電臺。

基站由移動通信經(jīng)營者申請設(shè)置。

組成構(gòu)成一個基站的選擇,需從性能、配套、兼容性及使用要求等各方面綜合考慮,其中特別注意的是基站設(shè)備必須與移動交換中心相兼容或配套,這樣才能取得較好的通信效果。基站子系統(tǒng)主要包括兩類設(shè)備:基站收發(fā)臺(BTS)和基站控制器(BSC)。

收發(fā)臺大家??吹椒宽斏细吒叩奶炀€,就是基站收發(fā)臺的一部分。一個完整的基站收發(fā)臺包括無線發(fā)射/接收設(shè)備、天線和所有無線接口特有的信號處理部分?;臼瞻l(fā)臺可看作一個無線調(diào)制解調(diào)器,負責移動信號的接收、發(fā)送處理。一般情況下在某個區(qū)域內(nèi),多個子基站和收發(fā)臺相互組成一個蜂窩狀的網(wǎng)絡(luò),通過控制收發(fā)臺與收發(fā)臺之間的信號相互傳送和接收來達到移動通信信號的傳送,這個范圍內(nèi)的地區(qū)也就是我們常說的網(wǎng)絡(luò)覆蓋面。如果沒有了收發(fā)臺,那就不可能完成手機信號的發(fā)送和接收?;臼瞻l(fā)臺不能覆蓋的地區(qū)也就是手機信號的盲區(qū)。所以基站收發(fā)臺發(fā)射和接收信號的范圍直接關(guān)系到網(wǎng)絡(luò)信號的好壞以及手機是否能在這個區(qū)域內(nèi)正常使用。2

基站收發(fā)臺在基站控制器的控制下,完成基站的控制與無線信道之間的轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)手機通信信號的收發(fā)與移動平臺之間通過空中無線傳輸及相關(guān)的控制功能。收發(fā)臺可對每個用戶的無線信號進行解碼和發(fā)送。

基站使用的天線分為發(fā)射天線和接收天線,且有全向和定向之分,一般可有下列三種配置方式:發(fā)全向、收全向方式;發(fā)全向、收定向方式;發(fā)定向、收定向方式。從字面上我們就可以理解每種方式的不同,發(fā)全向主要負責全方位的信號發(fā)送;收全向自然就是個方位的接收信號了;定向的意思就是只朝一個固定的角度進行發(fā)送和接收。一般情況下,頻道數(shù)較少的基站(如位于郊區(qū))常采用發(fā)全向、收全向方式,而頻道數(shù)較多的基站采用發(fā)全向、收定向的方式,且基站的建立也比郊區(qū)更為密集。

由于信號傳輸?shù)交緯r可能比較弱,并且有一定的信號干擾,所以要經(jīng)預(yù)選器 。

模塊濾波和放大,進行雙重變頻、放大和鑒頻處理。輸入的高頻信號經(jīng)放大后送入第一變頻器,由變頻器提供的第一本機振蕩信號頻率為766.9125-791.8875MHz,下變頻后,產(chǎn)生123.1MHz的第一中頻信號。第一中頻信號經(jīng)放大、濾波、混頻后,產(chǎn)生第二中頻信號(21.3875MHz),它經(jīng)過放大、濾波后送到中頻集成塊。由中頻集成塊(包含第二中頻信號放大器、限幅器和鑒頻器)產(chǎn)生的音頻輸出信號和接收信號強度指示信號(RSSI)送到音頻/控制板,在音頻信號控制板內(nèi),由分集開關(guān)不斷地比較奇數(shù)和偶數(shù)信號,并選擇其中的較強信號,通過音頻電路傳送到移動控制中心去。

基站發(fā)射機工作原理是:把由頻率合成器提供的頻率為766.9125-791.8875MHz的載頻信號與168.1MHz的已調(diào)信號,分別經(jīng)濾波進入雙平衡變頻器,并獲得頻率為935.0125-959.9875MHz的射頻信號,此射頻信號再經(jīng)濾波和放大后進入驅(qū)動級,驅(qū)動級的輸出功率約2.4W,然后加到功率放大器模塊。功率控制電路采用負反饋技術(shù)自動調(diào)整前置驅(qū)動級或推動級的輸出功率以使驅(qū)動級的輸出功率保持在額定值上。也就是把接收到的信號加以穩(wěn)定再發(fā)送出去,這樣可有效地減少或避免通信信號在無線傳輸中的損失,保證用戶的通信質(zhì)量。功率放大器模塊的作用是把信號放大到10W,不過這也依據(jù)實際情況而定,如果小區(qū)發(fā)射信號半徑較大,也可采用25W或40W的功放模塊,以增強信號的發(fā)送半徑。

控制器基站控制器包括無線收發(fā)信機、天線和有關(guān)的信號處理電路等,是基站子系統(tǒng)的控制部分。主要包括四個部件:小區(qū)控制器(CSC)、話音信道控制器(VCC)、信令信道控制器(SCC)和用于擴充的多路端接口(EMPI)。一個基站控制器通??刂茙讉€基站收發(fā)臺,通過收發(fā)臺和移動臺的遠端命令,基站控制器負責所有的移動通信接口管理,主要是無線信道的分配、釋放和管理。當你使用移動電話時,它負責為你打開一個信號通道,通話結(jié)束時它又把這個信道關(guān)閉,留給其他人使用。除此之外,還對本控制區(qū)內(nèi)移動臺的越區(qū)切換進行控制。如你在使用手機時跨入另一個基站的信號收發(fā)范圍時,控制器又負責在另一個基站之間相互切換,并保持始終與移動交換中心的連接。

GSM系統(tǒng)越區(qū)時采用切換方式,即當用戶到達小區(qū)邊界時,手機會先與原來的基站切斷聯(lián)系,然后再與新的服務(wù)小區(qū)的基站建立聯(lián)系,當新的服務(wù)小區(qū)繁忙時,不能提供通話信道,這時就會發(fā)生掉線現(xiàn)象。因此,用戶在使用手機通話時,應(yīng)盡量避免在四角盲區(qū)使用,以減少通話掉線的機率。

控制器的核心是交換網(wǎng)絡(luò)和公共處理器(CPR)。公共處理器對控制器內(nèi)部各模塊進行控制管理,并通過X.25通信協(xié)議與操作維護中心(OMC)相連接。交換網(wǎng)絡(luò)將完成接口和接口之間的64kbit/s數(shù)據(jù)/話音業(yè)務(wù)信道的內(nèi)部交換??刂破魍ㄟ^接口設(shè)備數(shù)字中繼器(DTC)與移動交換中心相連,通過接口設(shè)備終端控制器(TCU)與收發(fā)臺相連,構(gòu)成一個簡單的通信網(wǎng)絡(luò)。

在整個蜂窩移動通信系統(tǒng)中,基站子系統(tǒng)是移動臺與移動中心連接的橋梁,其地位極其重要。整個覆蓋區(qū)中基站的數(shù)量、基站在蜂窩小區(qū)中的位置,基站子系統(tǒng)中相關(guān)組件的工作性能等因素決定了整個蜂窩系統(tǒng)的通信質(zhì)量?;镜倪x型與建設(shè),已成為組建現(xiàn)代移動通信網(wǎng)絡(luò)的重要一環(huán)。

工作原理基站的主要功能就是提供無線覆蓋,即實現(xiàn)有線通信網(wǎng)絡(luò)與無線終端之間的無線信號傳輸。所以基站在通信網(wǎng)絡(luò)中的位置如下圖所示。

前向信號傳輸流程如下:

1. 核心網(wǎng)側(cè)的控制信令、語音呼叫或數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)信息通過傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到基站(在2G、3G網(wǎng)絡(luò)中,信號先傳送到基站控制器,再傳送到基站)。

2. 信號在基站側(cè)經(jīng)過基帶和射頻處理,然后通過射頻饋線送到天線上進行發(fā)射。

3. 終端通過無線信道接收天線所發(fā)射的無線電波,然后解調(diào)出屬于自己的信號。

反向信號傳輸流程與前向流程方向相反,但原理相似。

每個基站根據(jù)所連接的天線情況,可以包含有一個或多個扇區(qū)。基站扇區(qū)的覆蓋范圍可以達到幾百到幾十千米。不過在用戶密集的地區(qū),通常會對覆蓋范圍進行控制,避免對相鄰的基站造成干擾。

基站的基帶和射頻處理能力,決定了基站的物理結(jié)構(gòu)由基帶模塊和射頻模塊兩大部分組成?;鶐K主要是完成基帶的調(diào)制與解調(diào)、無線資源的分配、呼叫處理、功率控制與軟切換等功能。射頻模塊主要是完成空中射頻信道和基帶數(shù)字信道之間的轉(zhuǎn)換,以及射頻信道的放大、收發(fā)等功能。

家族成員基站家族的成員有:

大哥,宏基站。

二哥,微基站。

小弟,微微基站。

同族兄弟,分布式基站。

分布式基站是對雙胞胎,他們是由基帶單元與射頻單元組成。

基帶單元BBU

遠端射頻單元RRU

從2米高的大哥到巴掌大的小弟,基站的體積是越來越小。再加上分布式基站,基帶單元和射頻單元可以部署在不同的地方。這都使得基站的安裝和布放更加靈活,便于實現(xiàn)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的無線覆蓋。

建立工作程序(1) 已獲權(quán)運營的移動通信經(jīng)營者在設(shè)置或增設(shè)移動通信基站時,要先填寫《公用移動通信基站站址認定審批表》。

(2) 市委辦在十五日內(nèi)對遞交的《公用移動通信基站站址認定審批表》予以答復(fù),同意設(shè)置時,核發(fā)《公用移動通信基站選址認定書》。

(3) 運營單位建站后,即應(yīng)報環(huán)保局申請《電磁輻射環(huán)境合格證》。環(huán)保局應(yīng)在三個月試運期內(nèi)測試,經(jīng)驗收后,核發(fā)《電磁輻射環(huán)境合格證》。

(4) 設(shè)臺單位憑《公用移動通信基站選址認定書》、《臺站技術(shù)資料表》、《電磁輻射環(huán)境合格證》申辦電臺執(zhí)照。

法律依據(jù)《中華人民共和國無線電管理條例》 、《中華人民共和國電信條例》分別從無線電管理、電信設(shè)施的角度對基站設(shè)置、保護等問題作了較原則的規(guī)定,如:《電信條例》中第四十七條規(guī)定:“基礎(chǔ)電信業(yè)務(wù)經(jīng)營者可以在民用建筑物上附掛電信線路或者設(shè)置小型天線、移動通信基站等公用電信設(shè)施,但是應(yīng)當事先通知建筑物產(chǎn)權(quán)人或者使用人。”這為電信業(yè)務(wù)經(jīng)營者在民用建筑物上設(shè)置基站提供了法律依據(jù)。

按照《中華人民共和國無線電管理條例》、《中華人民共和國電信條例》和《上海市公用移動通信基站設(shè)置管理辦法》的規(guī)定,任何組織和個人不得阻撓經(jīng)營者依法從事基站的設(shè)置和維護,違反規(guī)定損害基站設(shè)施或者妨害移動通信暢通的,應(yīng)當恢復(fù)原狀或者予以修復(fù),并賠償由此造成的經(jīng)濟損失。

天線1、寬頻段板狀****基站天線

2、雙頻段板狀基站天線

3、三頻段板狀基站天線

4、3G單頻段板狀天線

定位CPS(GSM)GPS+GPRS

工作原理:直接利用網(wǎng)絡(luò)基站發(fā)出的代碼信息定位利用衛(wèi)星發(fā)出的定位信息由GSM網(wǎng)絡(luò)傳到監(jiān)控。

信息流向:基站+路標---車輛---監(jiān)控中心衛(wèi)星—車輛—GSM網(wǎng)絡(luò)---監(jiān)控中心。

傳輸媒介:自身所發(fā)出無線指令借助GPRS網(wǎng)絡(luò),

中心和車載直接聯(lián)線。

系統(tǒng)容量:由GSM運營網(wǎng)絡(luò)容量決定,容量無限制。

覆蓋范圍:GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋的全國范圍自動漫游GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋的全國范圍自動漫游。系統(tǒng)可靠性好,不易受外界各種因素干擾.只要手機收得到地方均能定位報警易受天氣、建筑物、地形等外界因素干擾。中心收到要有兩個前提:有衛(wèi)星信號和手機信號,系統(tǒng)結(jié)構(gòu)手機基站定位、手機GSM短信通訊衛(wèi)星定位、手機GPRS在線通訊

系統(tǒng)獨立性GSM單一,自身獨立完成通訊功能還依靠GPRS。

性能價格比系統(tǒng)投入少,充份發(fā)揮其功能投入也低,單機稍高,使用費用。

一般定位精度:結(jié)合路標最高可小于50米,最低1000米,一般5-80米,偶爾有漂移現(xiàn)象。

特點(1)定位數(shù)據(jù)庫在各營運中心,易改,費用低。

(2)由于5個基站定位,比移動本身定位要高,一臺電腦上網(wǎng),電子地圖和軟件安裝就可以運作。

(3)不受車輛樹林限制,費用低。

應(yīng)用事例私家車(防盜報警)、租賃車(跟蹤定位)、公司車輛(防盜調(diào)度)運鈔車、營運車(實時跟蹤)、出租車(電召服務(wù))、公交系統(tǒng)調(diào)度。

總結(jié):CPS技術(shù)大體和GPS一樣,GPS接收衛(wèi)星定位,CPS接收手機基站定位,兩者都要通過公眾網(wǎng)GSM/GPRS傳輸;GPS要比CPS定位準確度要好一點,但車輛防盜CPS定位已綽綽有余了,CPS在防盜、防破壞、減少盲點功能要比GPS好。

維護小靈通用戶的主要感知從原先的對覆蓋范圍的要求轉(zhuǎn)移到對信號穩(wěn)定的要求。在從2007年第一季度的PHS信號類申告圖(如圖1所示)中可以看出,除需優(yōu)化部分占5%以外,其余95%主要是由于設(shè)備故障尤其是小靈通基站故障而引發(fā)的用戶感知下降。

(1)各地對于基站故障處理及時率始終停留在一般的“現(xiàn)場看、現(xiàn)場查”的水平,對故障基站的必備相關(guān)參數(shù)知之甚少(如是否要帶梯子、和誰聯(lián)系上樓等等),不能做到“先了解、后查修”,造成故障基站查修時間過長;對于同時多發(fā)基站故障,不能夠采用集中資源優(yōu)先處理、針對性處理等措施來保障話務(wù)高的基站恢復(fù)運營,造成該重要基站維修時間較長而影響了該基站覆蓋區(qū)域下的很多用戶的感知。在對2006年最后一個季度的故障處理調(diào)查中顯示,基站故障處理及時率最高僅為98.76%。

(2)對于基站基礎(chǔ)維護工作周期、項目一概而論、不分等級,無差異化、針對性的維護,造成重要基站的巡檢周期過長、巡檢內(nèi)容過于簡單,為重要基站日后出現(xiàn)告警而影響大批客戶埋下了故障隱患。

(3)加強并完善基站基礎(chǔ)維護,從維護周期和維護項目上做到分等級基站維護的針對性和差異性,盡可能排除基站故障隱患;

(4)創(chuàng)新維護辦法改善生產(chǎn)力,提高基站故障處理效率,有效降低因基站故障造成的用戶感知的比例。

輻射移動通信事業(yè)的發(fā)展日新月異,用戶規(guī)模飛速擴張,僅廣東省的手機用戶就已突破6000萬。為了保障移動通信的順暢和實現(xiàn)無縫隙覆蓋,電信運營商有時需要在通話需求量較大的寫字樓、居民區(qū)增建移動通信基站。

移動通信基站是否會帶來輻射污染?是否會對人體的健康造成危害?為幫助廣大讀者更深入地了解移動通信基站輻射問題,作為高科技的產(chǎn)物之一,移動通信技術(shù)對于普通大眾來說是陌生的。而對于移動通信的認知的匱乏,正是基站輻射恐懼產(chǎn)生的根源。再加上學術(shù)界不可避免地存在一些爭議,國內(nèi)外媒體又有一些聳人聽聞的報道,以致在民眾中引起了一些莫名的恐懼和抵觸心理。

我們每時每刻都生活在電磁輻射中,但只有電磁輻射超過一定的頻率和功率造成“電磁污染”,才會對人體產(chǎn)生危害。電場和磁場的交互變化產(chǎn)生電磁波,電磁波向空中發(fā)射或匯聚的現(xiàn)象,叫電磁輻射。

其實,人類每時每刻都生活在電磁輻射環(huán)境中。因為地球本身就是一個大磁場,它表面的熱輻射和雷電都可產(chǎn)生電磁輻射,太陽及其他星球也從外層空間源源不斷地產(chǎn)生電磁輻射。電磁輻射雖然普遍存在,但絕大多數(shù)情況下并不可怕。當電磁輻射能量(其大小用場強度表示)被控制在一定限度內(nèi)時,它對人體、有機體及其他生物體是有益的,它可以加速生物體的微循環(huán)、防止炎癥的發(fā)生,還可促進植物的生長和發(fā)育。

電磁輻射是否對人體有害主要取決于兩個因素:一是看電磁輻射頻率的高低,二是看電磁輻射功率的大小。只有當這兩個因素超過一定的允許值而造成輻射污染時,才有可能會對人體帶來負面影響。

因此,電磁輻射還不能直接等同于電磁污染,更不能直接與人體健康直接掛鉤。

基站的輻射頻率約為900兆赫茲,與電視的輻射頻率基本相當。其發(fā)出和接收的功率只有十幾二十毫瓦,不足以構(gòu)成輻射污染。

那么,我們生活和工作的環(huán)境中哪些地方的電磁輻射比較大呢?這主要有:(1)電腦0.6-1.5米的距離內(nèi);(2)居室中電視機、音響等家電比較集中的地方;(3)工、科、醫(yī)電氣設(shè)備及VDT周圍;(4)高壓輸變電線路及設(shè)備周圍。

移動通信基站雖然也是通過電磁波傳遞信息的,但是與電腦、家電和專業(yè)電氣設(shè)備等相比,基站并不屬于較強輻射源之一。特別是基于數(shù)字技術(shù)運用,現(xiàn)代移動通信輻射強度得到了進一步的控制。

我國的移動通信基站標準主要參照國家環(huán)保局和衛(wèi)生部頒發(fā)的《電磁輻射防護規(guī)定》與《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標準》。具體而言,國家標準要求電場強度小于12伏/米或者說功率密度每平方厘米小于40微瓦。與歐美發(fā)達國家相比,這一標準要嚴格得多。

而移動通信基站的輻射頻率約為900兆赫茲,與電視的輻射頻率基本相當。移動通信采取的是微蜂窩技術(shù),無論是發(fā)出還是接收的功率都非常低,只有十幾毫瓦、二十幾毫瓦的能量級,完全不足以造成輻射污染。

差別TD-SCDMA與WCDMA和cdma2000相比,具有如下的特點和優(yōu)勢:

(1)頻譜利用率高:TD-SCDMA采用TDD方式和CDMA和TDMA的多址技術(shù),在傳輸中很容易針對不同類型的業(yè)務(wù)設(shè)置上、下行鏈路轉(zhuǎn)換點,因而可以使總的頻譜效率更高。3

(2)支持多種通信接口:TD-SCDMA同時滿足Iub、A、Gb、Iu、IuR多種接口要求,基站子系統(tǒng)既可作為2G和2.5G的GSM基站的擴容,又可作為3G網(wǎng)中的基站子系統(tǒng),能同時兼顧的需求和未來長遠的發(fā)展。

(3)頻譜靈活性強:TD-SCDMA第三代移動通信系統(tǒng)頻譜靈活性強,僅需單一1.6M的頻帶就可提供速率達2M的3G業(yè)務(wù)需求,而且非常適合非對稱業(yè)務(wù)的傳輸。

(4)系統(tǒng)性能穩(wěn)定:TD-SCDMA收發(fā)在同一頻段上,上行鏈路和下行鏈路的無線環(huán)境一致性很好,更適合使用新興的"智能天線"技術(shù);利用了CDMA和TDMA結(jié)合的多址方式,更利于聯(lián)合檢測技術(shù)的采用,這些技術(shù)都能減少了干擾,提高系統(tǒng)的性能穩(wěn)定性。

(5)與傳統(tǒng)系統(tǒng)兼容性好:TD-SCDMA支持現(xiàn)存的覆蓋結(jié)構(gòu),信令協(xié)議可以后向兼容,網(wǎng)絡(luò)不必引入新的呼叫模式,能夠?qū)崿F(xiàn)從現(xiàn)存的通信系統(tǒng)到下一代移動通信系統(tǒng)的平滑過渡。

(6)系統(tǒng)設(shè)備成本低:TD-SCDMA上下行工作于同一頻率,對稱的電波傳播特性使之便于利用智能天線等新技術(shù),這也可達到降低成本的目的;在無線基站方面,TD-SCDMA的設(shè)備成本也比較低。

(7)支持與傳統(tǒng)系統(tǒng)間的切換功能:TD-SCDMA技術(shù)支持多載波直接擴頻系統(tǒng),可以再利用現(xiàn)有的框架設(shè)備、小區(qū)規(guī)劃、操作系統(tǒng)、賬單系統(tǒng)等,在所有環(huán)境下支持對稱或不對稱的數(shù)據(jù)速率。

當然,與前兩種標準相比,尤其是與WCDMA比起來,TD-SCDMA也有“尚顯稚嫩”的地方。比如,在對CDMA技術(shù)的利用方面,TD-SCDMA因要與GSM的小區(qū)兼容,小區(qū)復(fù)用系數(shù)為3,降低了頻譜利用率。又因為TD-SCDMA頻帶寬度窄,不能充分利用多徑,降低了系統(tǒng)效率,實現(xiàn)軟切換和軟容量能力較困難。另外,TD-SCDMA系統(tǒng)要精確定時,小區(qū)間保持同步,對定時系統(tǒng)要求高。而WCDMA則不需要小區(qū)間同步,可適應(yīng)室內(nèi)、室外,甚至地鐵等不同的環(huán)境的應(yīng)用。另外,WCDMA對移動性的支持更加優(yōu)質(zhì),適合宏蜂窩、蜂窩、微蜂窩組網(wǎng),而TD-SCDMA只適合微蜂窩,對高速移動的支持也較差。

未來發(fā)展趨勢傳統(tǒng)模擬無線電系統(tǒng)的基帶處理、上/下變頻等功能全部采用模擬方式實現(xiàn)。而隨著SDR(Software Defined Radio,軟件所定義的無線設(shè)備)的發(fā)展,基站的許多功能都采用軟件來實現(xiàn)。SDR的發(fā)展促使了基站的基帶模塊和射頻模塊也開始采用通用的硬件結(jié)構(gòu),即基帶單元BBU和遠端射頻單元RRU,通過運行不同版本的軟件,實現(xiàn)對各種無線制式的支持。

基站作為無線通信中的核心設(shè)備,正在向著更小的體積、更多的頻段支持、全IP化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、更綠色環(huán)保的發(fā)射功率等方向不斷發(fā)展。在不久的將來,基站可能會變成更加普通的一個單元融入我們的生活,而不再引起人們的恐懼。

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

姚遠 - 教授 - 北京郵電大學