《移动通信原理》课件

移动通信原理欢迎学习移动通信原理课程本课程将带您深入了解现代移动通信系统的基础理论、关键技术和发展趋势，从最早的1G系统发展到当今的5G技术，探索通信工程领域的核心知识通过系统学习，您将掌握移动通信的基本原理、信道特性、调制技术、多址接入方法等关键内容，为未来在通信领域的深入研究和实践应用打下坚实基础课程介绍课程目标学习内容12培养学生掌握移动通信系统的本课程涵盖移动通信基础理论、基本原理和关键技术，能够分无线传播特性、数字调制技术、析各代移动通信系统的特点与多址接入方法、信道编码、抗发展趋势通过理论与实践相衰落技术以及从1G到5G各代移结合的教学方式，使学生具备动通信系统的演进和关键技术通信系统分析与设计的基本能特点，同时介绍物联网与移动力，为未来从事移动通信领域通信的融合发展的研究与开发奠定基础考核方式3课程考核由平时成绩（30%）和期末考试（70%）组成平时成绩包括出勤、课堂表现、作业完成情况；期末考试采用闭卷形式，考察学生对基本概念、基本原理和基本方法的掌握程度第一章移动通信概述移动通信的定义发展历程特点和应用移动通信是指利用无线电波作为信息传输移动通信从最初的模拟语音通信发展到如现代移动通信具有高速率、低时延、广覆媒介，使通信双方至少有一方在移动状态今的高速数据传输，经历了五代技术演进盖、多功能等特点，已广泛应用于语音通下仍能保持可靠通信的技术它克服了传每一代技术的更迭都带来了通信能力的质话、视频会议、移动互联网、物联网、智统有线通信的位置限制，实现了人与人、的飞跃，逐步满足了人们对无缝沟通与信慧城市、自动驾驶等众多领域，成为现代人与物之间的无缝连接息获取的需求社会信息基础设施的重要组成部分移动通信系统的发展第一代（）1G120世纪80年代兴起的模拟蜂窝移动通信系统，主要提供语音服务代表系统有美国的AMPS、欧洲的TACS和北欧的NMT虽然实现了第二代（）2G移动通话，但存在容量小、保密性差、抗干扰能力弱等缺点220世纪90年代出现的数字蜂窝移动通信系统，除语音服务外，开始提供有限的数据服务代表系统有GSM、IS-95和PDC等容量提高、第三代（）质量改善，但数据传输速率仍然较低3G321世纪初期推出的宽带数字移动通信系统，支持高速数据传输代表系统有WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA实现了真正意义上的第四代（）4G移动互联网，但在高速移动场景下性能有限42010年左右商用的全IP数据网络，提供高质量移动宽带服务代表第五代（）系统是LTE和LTE-Advanced带宽大幅提升，实现了高清视频、在5G5线游戏等应用的广泛普及2019年开始商用的新一代移动通信系统，特点是高速率、低时延、海量连接支持增强移动宽带、超可靠低时延通信和海量机器类通信三大应用场景，开启万物互联新时代移动通信的基本概念蜂窝网络频率复用多址接入技术蜂窝网络是移动通信的频率复用是指在空间上多址接入技术允许多个基础架构，将覆盖区域相隔足够远的小区可以用户同时共享有限的无划分为多个六边形小区使用相同的频率资源，线通信资源，是移动通（蜂窝），每个小区配提高频谱利用效率通信系统的核心技术之一备一个基站这种结构过合理的频率规划，可主要包括频分多址允许在有限频谱资源下，以确保相邻小区间不会（FDMA）、时分多址通过频率复用支持大量产生严重干扰，使有限（TDMA）、码分多址用户，同时保证用户移的频谱资源得到最大化（CDMA）和正交频分动时的通信连续性利用多址（OFDMA）等不同方案第二章移动通信信道特性无线传播环境大尺度衰落移动通信系统的无线传播环境极大尺度衰落描述的是信号在较大其复杂，信号传输会受到大气衰距离范围内的平均强度变化，主减、地形地貌、建筑物遮挡、移要包括路径损耗和阴影衰落两部动物体干扰等多种因素影响这分它通常与发射机和接收机之些复杂环境导致信号在传播过程间的距离以及传播环境有关，反中出现衰减、失真和延迟，对通映了信号传播中的长期变化特性信质量造成不利影响小尺度衰落小尺度衰落是指信号在短距离或短时间内的快速波动，主要由多径传播和多普勒效应引起这种衰落会导致信号幅度和相位的快速变化，使接收信号出现时变特性，成为移动通信中的一大挑战大尺度衰落路径损耗阴影衰落路径损耗是指电磁波在传播过程中能量衰减的现象，主要与传播阴影衰落是由于传播路径上地形、建筑物等障碍物引起的信号阻距离有关在理想自由空间中，路径损耗与距离的平方成正比；挡和绕射造成的即使发射机和接收机之间的距离相同，由于周而在实际环境中，路径损耗与距离的n次方成正比（n通常为2~5）围环境的不同，接收信号强度也会有所差异阴影衰落通常用对常用的路径损耗模型包括自由空间损耗模型、Okumura-Hata模型数正态分布来描述，其标准差与环境复杂程度相关，城市环境中和COST-231Hata模型等一般为6~12dB小尺度衰落多径效应多普勒效应多径效应是指信号通过不同路径到达接收端，形成多个时延不同、强度多普勒效应是由于发射机或接收机的移动导致信号频率发生偏移的现象各异的信号副本这些信号副本在接收端叠加，导致信号幅度和相位的在移动通信中，接收机的移动会使接收信号的频率相对于发射信号产生起伏变化多径传播会引起频率选择性衰落和时间扩展，影响系统性能偏移，称为多普勒频移多普勒频移与移动速度和载波频率成正比，会针对多径效应，通常采用均衡、OFDM等技术进行抑制引起时间选择性衰落和频率扩展，对高速移动场景下的通信质量有显著影响信道模型加性高斯白噪声信道加性高斯白噪声AWGN信道是最基本的信道模型，假设信号只受到高斯白噪声的影响，没有其它干扰和失真虽然实际无线信道比AWGN信道复杂得多，但AWGN信道仍是分析通信系统性能的重要基准，特别是在信噪比较高的情况下瑞利衰落信道瑞利衰落信道适用于非视距传播环境，如都市区域，其中没有直射路径，接收信号完全由散射分量组成在这种环境下，信号包络服从瑞利分布瑞利衰落是一种严重的衰落模型，常用于移动通信系统性能的最坏情况分析莱斯衰落信道莱斯衰落信道适用于既有直射路径又有散射路径的传播环境，如郊区或农村地区接收信号包络服从莱斯分布，其特征由K因子决定，K因子表示直射分量与散射分量功率比当K=0时，莱斯衰落退化为瑞利衰落；当K趋于无穷大时，接近AWGN信道第三章数字调制技术调制的目的数字调制是将数字信息映射到模拟载波上进行传输的过程在移动通信中，调制的主要目的是使信号适应传输信道特性，提高频谱利用率，增强抗干扰能力，并实现多用户共享信道资源基带调制基带调制是指直接对基带脉冲进行处理，将二进制数字信息转换为适合在基带信道传输的波形基带调制主要用于有线通信系统，在移动通信中通常作为载波调制的前置处理载波调制载波调制是将基带信号调制到高频载波上，使其适合在无线信道中传输根据调制参数不同，可分为幅移键控ASK、频移键控FSK、相移键控PSK和正交振幅调制QAM等多种方式基带调制基带调制是数字通信的基础，它将二进制比特流转换为适合在物理介质上传输的电信号波形单极性编码使用单一电平表示1和0，实现简单但抗噪声能力差双极性编码使用正负电平分别表示1和0，具有更好的抗噪声性能和频谱特性曼彻斯特编码在每个比特周期中间有一次电平跳变，1表示为从高到低的跳变，0表示为从低到高的跳变，具有自同步能力，但带宽占用较大各种编码方式在不同应用场景中各有优势，选择合适的基带调制方式对提高通信系统性能至关重要载波调制幅移键控（）频移键控（）相移键控（）ASK FSKPSK幅移键控是通过改变载频移键控是通过改变载相移键控是通过改变载波信号的幅度来表示数波信号的频率来表示数波信号的相位来表示数字信息的调制方式最字信息的调制方式二字信息的调制方式最简单的二进制ASK将1进制FSK使用两个不同简单的二进制PSK表示为有载波，0表示频率分别表示1和0（BPSK）使用0°和180°为无载波ASK实现简FSK抗噪声性能优于ASK，两个相位分别表示1和单，但抗噪声性能较差，实现相对简单，但频谱0PSK抗噪声性能好，对信道衰落敏感，一般效率较低，主要应用于频谱效率高，在移动通不会单独使用在移动通一些低速率、要求可靠信中广泛应用，如QPSK信系统中性的场合（四相相移键控）是2G和3G系统的重要调制方式正交振幅调制（）QAM原理星座图性能分析正交振幅调制（QAM）是一种同时调制载QAM调制的星座图是在复平面上表示各个与QPSK等纯相位调制相比，QAM可以在波的幅度和相位的调制方式，本质上是可能信号点的图形以16QAM为例，其星相同带宽下传输更多信息，频谱效率更高ASK和PSK的组合QAM利用两个正交载座图包含16个信号点，排列在4×4的矩阵但QAM对噪声和信道失真更敏感，要求更波（同频率但相位差90°）分别调制I路和Q中每个信号点表示4位比特信息在接高的信噪比在良好信道条件下，高阶路信号，然后将它们相加形成最终发送信收端，解调器通过判断接收信号点的位置QAM（如64QAM、256QAM）可以显著提号这种方式可以有效利用信道带宽，提来恢复原始数据星座图密度越高，传输高数据传输速率；而在恶劣信道条件下，高频谱效率效率越高，但抗噪声能力越差则需要降低调制阶数以保证可靠性高阶调制技术16QAM64QAM256QAM16QAM是一种中等复杂度的调制方式，每个64QAM每个符号携带6比特信息256QAM每个符号携带8比特信息₂₂₂符号携带4比特信息（log16=4）其星座（log64=6），星座图由64个信号点组成（log256=8），星座图包含256个信号点图由16个信号点组成，在I-Q平面均匀分布它提供更高的数据传输速率，但同时要求更这种高阶调制方式要求非常高的信噪比和信16QAM在中等信道条件下表现良好，是LTE高的信号质量在LTE和LTE-Advanced系统道质量，主要用于LTE-Advanced Pro和5G系统中常用的调制方式之一，可实现理论频中，64QAM主要用于信道条件良好的情况，系统，在理想条件下可实现高达8bit/s/Hz谱效率4bit/s/Hz理论频谱效率可达6bit/s/Hz的频谱效率，显著提升系统容量第四章多址接入技术频分多址（）FDMA多址接入的意义FDMA将可用频谱分为多个频带，每个用户独占一个多址接入技术是移动通信系统的核心技术之一，它频带进行通信这是最早使用的多址接入技术，主解决了有限无线资源下多用户如何共享信道的问题要应用于第一代模拟蜂窝系统，实现简单但频谱利2合理的多址接入方案可以提高系统容量，保证服务用效率较低质量，提升用户体验，是构建高效移动通信网络的时分多址（）1关键TDMATDMA在同一频带内，将时间分为多个时隙，用户3在分配的时隙内访问整个频带这种技术主要应用于第二代数字蜂窝系统如GSM，可以提高频谱利用正交频分多址（）率，但需要严格的时间同步OFDMA5码分多址（）OFDMA基于OFDM技术，将信道分为多个正交子载CDMA波，并灵活分配给不同用户它是4G LTE和5G NR系4CDMA允许多个用户同时在同一频带上传输，通过分统采用的主要多址接入技术，具有高频谱效率和灵配不同的扩频码来区分不同用户这种技术主要应活的资源分配能力用于第三代移动通信系统，具有抗干扰能力强、软容量特性等优点频分多址（）FDMA原理优缺点应用频分多址是将可用频谱分割为多个互不重FDMA最大的优点是实现简单，不需要严FDMA主要应用于第一代模拟蜂窝移动通叠的频带，每个用户被分配一个专用频带格的时间同步，信道容量稳定但它也存信系统，如AMPS、TACS和NMT现代数用于通信用户在整个通信过程中独占该在明显缺点频谱利用效率低，用户闲置字移动通信系统很少单独使用FDMA，但频带，其他用户不能使用在传统FDMA时资源无法重用；每个用户带宽固定，难FDMA的思想被融入其他技术中，如系统中，每个频带通常由一对上下行频率以适应多速率业务；需要保护频带防止相OFDMA实际上是FDMA和TDMA的组合此组成，分别用于终端到基站和基站到终端邻信道干扰；终端功率消耗较大，因为需外，FDMA仍在卫星通信和一些特定应用的通信要持续发送中使用时分多址（）TDMA原理应用时分多址是将同一频带内的时间资源分割为周期性重复的帧，每帧又分为多个时隙不TDMA是第二代数字蜂窝移动通信系统的主要多址接入技术，如GSM、IS-136和PDC同用户被分配不同的时隙用于通信，在各自的时隙内可以使用整个频带资源TDMA要在GSM中，一个TDMA帧分为8个时隙，每个用户占用一个时隙进行通话现代通信系求系统内部有精确的时间同步，以确保用户在正确的时隙发送和接收信息统中，TDMA通常与其他技术结合使用，如LTE系统中的OFDMA在频域和时域上都进行了资源分配123优缺点TDMA的主要优点包括频谱利用效率比FDMA高；支持可变数据速率（分配多个时隙）；终端发射不连续，可降低功耗；便于实现数字信号处理缺点是需要复杂的同步机制；时隙间需要保护间隔，造成一定开销；多径延迟可能导致时隙间干扰码分多址（）CDMA原理优缺点码分多址是一种利用扩频技术的多址CDMA优点显著频谱利用效率高；接入方式，允许多个用户同时在相同具有良好的抗干扰和抗多径衰落能力；的频率和时间上进行通信CDMA为提供软容量和软切换；具有较好的保每个用户分配一个唯一的扩频码（或密性和抗截获能力但也存在缺点称伪随机码、PN码），数据信号与该系统复杂度高；存在近远效应问题，码相乘后进行发送接收端使用相同需要精确功率控制；容量受干扰限制，的码进行解扩，可以恢复出原始数据，系统设计需要精细平衡同时抑制其他用户的信号应用CDMA技术是第三代移动通信系统的核心，主要应用于WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA等3G标准中这些系统通过CDMA技术实现了高速数据传输和多媒体服务虽然4G和5G已转向OFDMA技术，但CDMA的某些特性和思想仍被保留和发展，如5G中的稀疏码多址接入SCMA技术正交频分多址（）OFDMA正交频分多址（OFDMA）是基于OFDM技术的多址接入方案，它将可用带宽分为大量正交子载波，并灵活地将子载波分配给不同用户OFDMA的核心优势在于资源分配的灵活性，系统可以根据用户的服务需求、信道条件等因素动态分配子载波和功率，实现高效的无线资源利用OFDMA具有天然的频率分集特性和抗多径衰落能力，同时允许采用自适应调制和编码技术，针对不同子载波选择最佳传输方案这种技术在LTE、LTE-Advanced和5G NR系统中得到广泛应用，支持从几MHz到数百MHz的灵活带宽配置，成为现代移动通信系统的核心多址接入技术第五章信道编码技术信道编码的目的差错控制编码卷积码码Turbo信道编码是在发送信息前增加冗余信差错控制编码是信道编码的基础，主卷积码是一种连续的编码方式，编码Turbo码是一种接近香农限的高性能息，使接收端能够检测并纠正传输错要分为检错码和纠错码两类检错码器具有记忆功能，当前输出不仅与当编码技术，由两个或多个简单编码器误的技术在无线信道中，信号受到只能发现错误但不能纠正，如循环冗前输入有关，还与之前的输入相关和交织器级联组成其创新点在于采噪声、干扰和衰落的影响，导致比特余校验CRC；纠错码不仅能发现错误卷积码具有良好的纠错能力，特别是用迭代解码方法，解码器之间交换软错误不可避免信道编码通过牺牲一还能在一定范围内纠正错误，如BCH对随机错误，结合维特比解码算法效信息，逐步提高解码可靠性Turbo定的带宽效率换取可靠性，是现代通码、RS码等根据编码结构，又可分果显著它在2G、3G移动通信系统中码在3G、4G系统中发挥重要作用，大信系统不可或缺的组成部分为分组码和卷积码得到广泛应用幅提高了系统传输可靠性差错控制编码纠删码1适用于突发误码的擦除信道码码Turbo/LDPC2接近香农限的高性能码卷积码码/TCM3连续编码，具记忆性分组码4固定长度块编码差错控制基础5冗余度与编码增益差错控制编码是信息论与编码理论的重要应用，其核心思想是添加冗余信息以提高传输可靠性编码效率（码率）R=k/n表示信息比特与总比特的比值，R越小，冗余度越高，纠错能力越强，但带宽效率降低在分组码中，汉明码能纠正单比特错误；BCH码和RS码具有强大的多比特纠错能力，特别是RS码对突发错误有良好抑制效果卷积码与Viterbi解码相结合，在随机错误环境中表现出色现代通信系统常采用Turbo码和LDPC码这类接近信道容量的高性能编码，在低信噪比条件下也能实现可靠通信卷积码编码原理维特比解码性能分析卷积码是一种具有记忆特性的连续编码方维特比算法是解码卷积码的最优方法，它卷积码的性能主要由码率、约束长度和自式，其编码器由移位寄存器和模2加法器基于最大似然准则，在所有可能的编码序由距离决定自由距离越大，纠错能力越组成典型的卷积编码器由三个参数描述列中寻找与接收序列最接近的一个该算强；约束长度越长，性能越好，但解码复约束长度K（记忆单元数+1）、码率R=k/n法利用卷积码的特殊结构，通过幸存路径杂度也越高在实际应用中，常用R=1/2（输入比特数k与输出比特数n的比值）和计算简化了搜索过程，大幅降低计算复杂或1/3，K=7或9的卷积码结构，在中等信生成多项式编码过程可视为输入序列与度维特比解码可以表示为在码格图上寻噪比下可获得

1.5~3dB的编码增益卷积生成序列的卷积运算，故名卷积码每找最短路径的过程，算法复杂度与约束长码特别适合处理独立随机错误，对突发错个输出比特都受到当前输入和前K-1个输度呈指数关系，但与编码序列长度呈线性误效果较差，通常需要结合交织技术使用入的影响关系码Turbo编码原理迭代解码性能分析Turbo码是一种并行级联卷积码，由两个（或Turbo码采用创新的迭代解码方法，两个解码Turbo码最引人注目的特点是其接近香农限的多个）递归系统卷积编码器和交织器组成典器交替工作并交换信息每个解码器不仅输出性能在低信噪比条件下，仅需

0.5~

0.7dB的额型的Turbo编码器包含三部分输出原始信息硬判决结果，还输出每个比特的可靠性信息外能量就能实现极低的误码率（10^-5），远优比特、第一个编码器的奇偶校验比特和经交织（对数似然比）这些软信息作为先验知识传于传统编码Turbo码的性能受多种因素影响，后由第二个编码器产生的奇偶校验比特交织递给另一个解码器，经过多次迭代，解码结果包括组成编码器、交织器设计、迭代次数和解器打乱了信息比特的顺序，使两个编码器面对的可靠性不断提高通常，4-8次迭代后性能提码算法等其主要缺点是计算复杂度高和存在不同的输入序列，这是Turbo码高性能的关键升趋于平缓，找到接近最优解错误平层现象，特别是在高信噪比区域性能增所在益有限第六章抗衰落技术抗衰落技术概述1移动通信中的信道衰落对系统性能造成严重影响，表现为信号强度快速波动、频率选择性失真和符号间干扰等问题抗衰落技术旨在克服这些不利影响，提高系统的可靠性和频谱效率现代移动通信系统通常采用多种抗衰落技术的组合，形成强大的信号处理能力，使系统能够在复杂多变的无线环境中正常工作分集技术2分集技术利用多个相对独立的信号路径传输相同信息，接收端合并这些信号以获得更可靠的接收效果由于衰落在不同时间、频率或空间位置上的独立性，通过适当的分集方案可以显著降低深度衰落的概率，提高接收信号质量均衡技术3均衡技术主要用于抵消频率选择性衰落和多径传播引起的符号间干扰均衡器通过估计信道响应，构建滤波器来补偿信道失真，使接收信号尽可能接近发送信号，恢复原始数据流技术4MIMO多输入多输出（MIMO）技术利用多根发射天线和接收天线，在空间维度上扩展通信能力它不仅可以实现空间分集增强可靠性，还能通过空间复用提高数据传输速率，是现代移动通信系统提升频谱效率的关键技术分集技术时间分集频率分集1在不同时间发送相同信息利用多个载频传输同一信息2极化分集空间分集4利用不同极化方向传输接收3使用多根天线接收发送信号分集技术的核心思想是利用多个相关性低的信道副本传输同一信息，减少深度衰落对通信质量的影响时间分集通过信道编码结合交织实现，将相关比特分散到不同时间传输；频率分集利用多个频带或展频技术，使信号跨越多个相干带宽；空间分集使用多根天线，利用不同空间位置的信道独立性在接收端，分集信号的合并方式包括选择合并（选最强信号）、相等增益合并（等权重相加）和最大比合并（加权求和）其中最大比合并性能最优，但复杂度也最高分集技术能显著提高系统性能，理论上L阶分集可降低L倍的传输功率需求，是现代移动通信系统的重要组成部分均衡技术线性均衡非线性均衡自适应均衡线性均衡器通过线性滤波非线性均衡器利用决策反自适应均衡器能根据信道器对接收信号进行处理，馈机制提高性能，代表性特性变化自动调整参数，常见的有零强制均衡器ZF方案是决策反馈均衡器非常适合时变信道环境和最小均方误差均衡器DFEDFE包含前馈滤波常用的自适应算法包括最MMSEZF完全消除符号器和反馈滤波器，利用已小均方LMS和递归最小二间干扰，但可能放大噪声；检测的符号消除后续符号乘RMS算法自适应均MMSE在符号间干扰和噪受到的干扰与线性均衡衡通常需要训练序列建立声放大之间寻求平衡，综相比，DFE性能更好，特初始均衡器参数，然后在合性能更优线性均衡实别是在信道零点或深度衰数据传输过程中不断更新，现简单，计算量小，但在落情况下，但误差传播问以跟踪信道变化在快速深度衰落信道中性能有限题可能导致性能下降衰落信道中，需要频繁更新参数以保持性能技术MIMO空间分集MIMO1提高可靠性和覆盖范围空间复用MIMO2提高频谱效率和数据速率波束赋形MIMO3增强信号质量和抑制干扰多输入多输出（MIMO）技术是现代通信系统的核心技术，它利用多根天线在发射端和接收端创建多个空间信道，极大地扩展了通信系统的能力MIMO系统的理论容量随着天线数量的增加而线性增长，在理想条件下，N×N MIMO系统可以提供N倍于单天线系统的容量MIMO技术有三种主要应用模式空间分集提高可靠性，通过在独立衰落路径上发送相同信息；空间复用提高数据速率，通过并行传输不同数据流；波束赋形提高信号质量，通过智能调整多根天线的信号相位和幅度，形成定向波束在实际系统中，这三种模式常常结合使用，根据信道条件和业务需求动态调整，最大化系统性能第七章蜂窝移动通信系统19731979蜂窝概念提出商用系统NTT贝尔实验室首次提出蜂窝网络概念，奠定现代移动通信基础世界首个商用蜂窝移动电话系统在日本东京投入运营19831991商用推出AMPS GSM美国推出AMPS系统，开启1G移动通信时代欧洲发布GSM标准，数字蜂窝时代来临蜂窝移动通信系统是现代通信网络的基石，其核心思想是将覆盖区域划分为大量六边形小区（蜂窝），每个小区配备一个基站这种结构允许在有限频谱资源下支持大量用户，通过频率复用提高系统容量蜂窝网络的灵活性和可扩展性使其成为全球移动通信的主导架构现代蜂窝系统集成了复杂的网络架构、精心设计的频率规划和智能化的小区划分策略，构成了覆盖全球的无线通信网络从最初的声音通话到如今的高速数据服务，蜂窝移动通信系统经历了数十年的演进，每一代技术都带来了性能和功能的显著提升系统架构运营维护子系统1网络监控与管理网络子系统2交换、路由与核心功能基站子系统3无线接入与传输移动终端4用户设备移动通信系统的架构由四个主要部分组成移动终端是用户接入网络的设备，如手机和数据卡基站子系统负责无线接入，包括基站收发信台BTS/eNodeB/gNodeB和基站控制器BSC/RNC，提供覆盖和空中接口管理网络子系统是系统的核心，包含移动交换中心MSC、归属位置寄存器HLR、访问位置寄存器VLR等，负责呼叫处理、用户认证和移动性管理随着技术发展，系统架构逐渐演进2G使用分层的硬件设备；3G引入分组域，增强数据能力；4G采用全IP扁平化架构，简化网络结构；5G引入服务化架构和网络切片，更加灵活高效这种演进反映了从语音中心向数据中心的转变，以及对多样化服务需求的适应频率规划2G系统3G系统4G系统5G系统其他用途频率规划是蜂窝移动通信系统设计的关键环节，直接影响系统容量和服务质量频率复用是提高频谱利用率的核心策略，基于一定的复用距离D=R√3N（R为小区半径，N为复用因子），合理安排相同频率的小区分布典型的复用模式有

3、

4、7和12等，复用因子越小，系统容量越大，但干扰风险也越高频率分配需综合考虑信道特性、业务需求和干扰控制现代系统通常采用分层的频率规划，如宏小区使用低频段（覆盖广），微小区使用高频段（容量大）干扰控制包括同频干扰（来自使用相同频率的远处小区）和邻频干扰（来自相邻频带）的管理，通过功率控制、动态信道分配和智能天线等技术实现小区划分大小区微小区室内分布系统大小区（宏小区）覆盖范围通常为1-20公里，微小区覆盖半径一般在100-1000米，使用较室内分布系统（IBS）专门针对建筑物内部主要使用低频段（如700MHz-

2.6GHz），提高频段，天线安装高度较低（通常在街道灯的覆盖需求设计，通过天线、射频拉远单元供广域覆盖这类小区适用于郊区和农村地柱或建筑物侧面）主要应用于城市热点区和分布式天线系统，在办公楼、商场、地下区，以及城市基础覆盖，天线通常架设在高域，如商业中心、车站和体育馆等微小区停车场等室内环境提供高质量信号由于墙塔或建筑顶部大小区的优势是广覆盖和良能有效提高局部区域的系统容量和数据速率，体衰减和材料遮挡，室外信号难以有效覆盖好的移动性支持，但容量有限，不适合高密但需要更多的站点和更复杂的干扰协调室内，IBS成为必要补充，提供高容量、高度用户区域速率的室内无线接入第八章移动性管理移动性管理定义位置更新移动性管理是移动通信系统跟踪和维持与位置更新是跟踪移动用户当前位置的过程，移动用户连接的机制，确保用户可以在网通过用户设备与网络间的信令交互完成络覆盖区域内自由移动的同时保持通信连有效的位置更新策略能平衡信令开销与寻续性它包括位置管理（跟踪用户位置）12呼延迟，适应不同用户的移动模式和业务和切换管理（保持通信连续性）两大核心特征功能寻呼切换寻呼是网络寻找特定用户当前所在小区的切换是移动用户从一个小区转移到另一个过程，通常发生在有呼入连接或数据到达43小区时保持通信连续性的过程随着用户时寻呼过程需要在多个可能的小区广播移动，信号质量变化，触发切换机制，将寻呼消息，直到用户响应或超时寻呼策通信链路无缝转移有效的切换管理能降略影响着系统容量和呼叫建立延迟低掉线率，提升用户体验位置更新周期性更新基于距离的更新基于移动状态的更新周期性位置更新是最简单的策略，用户设基于距离的位置更新要求用户设备在移动基于移动状态的更新是一种自适应策略，备按照预设的时间间隔（如30分钟或60分距离超过预定阈值时向网络报告位置这根据用户的移动特性动态调整更新参数钟）向网络报告其位置，无论是否发生移种方法与用户的实际移动量直接相关，对系统可以识别用户的移动状态（如静止、动这种方法实现简单，但固定的更新周于不同活动模式的用户更加公平但实现低速移动、高速移动等），并为不同状态期难以适应不同用户的移动特性，对于静上需要用户设备持续跟踪自己的位置和移设定不同的更新策略例如，静止用户采止用户可能造成不必要的信令开销，而对动距离，增加了终端计算负担和电量消耗，用较长的更新周期，高速移动用户采用较于高速移动用户可能更新不够及时同时网络配置也较复杂短周期，有效平衡了信令开销与定位准确性寻呼寻呼是移动通信系统确定用户当前精确位置的过程，通常在有来电或数据到达时触发系统利用用户最后一次位置更新的信息，在寻呼区域内发送寻呼消息寻呼区是由多个小区组成的地理区域，用户在区域内移动不需要更新位置，只有在跨越寻呼区边界时才执行位置更新寻呼策略设计需要平衡信令开销和寻呼延迟常见策略包括一次性寻呼（同时在所有可能小区寻呼）、分层寻呼（先在最可能区域寻呼，未响应再扩大范围）和智能寻呼（基于用户历史行为或移动模式）寻呼区大小是关键设计参数，区域越大，位置更新信令少但寻呼信令多；区域越小则相反系统通常基于用户密度、移动性和业务特性优化这一参数切换硬切换软切换硬切换是断开再连接的切换过程，移软切换允许移动终端同时与多个基站保动终端先与源基站断开连接，再与目标持连接，只有在新连接稳定建立后才释基站建立连接这种方式实现简单，资放旧连接这种先连接再断开的方式源占用少，但会产生短暂的通信中断避免了通信中断，提高了切换可靠性，（通常10-100毫秒），可能导致数据丢尤其适合高速移动用户但软切换需要失或通话质量下降硬切换主要应用于额外的网络资源，增加了系统复杂性GSM、LTE等系统，适合资源有限和小它主要应用于CDMA、WCDMA等系统，区边界清晰的场景在边缘区域提供更好的信号质量切换决策算法切换决策是确定何时执行切换以及选择目标小区的过程，直接影响用户体验和网络效率典型的决策因素包括接收信号强度RSSI、信号质量SINR、载荷平衡和服务质量要求等现代系统通常采用混合算法，综合考虑多项指标，并通过参数如迟滞裕度、时间阈值等防止乒乓效应（频繁在相邻小区间切换）第九章无线资源管理无线资源管理的重要性1无线资源管理RRM是高效利用有限无线资源（频谱、时间、功率等）的关键技术，其目标是最大化系统容量、提高频谱效率并确保服务质量在用户数量激增和业务需求多样化的背景下，智能高效的RRM成为现代移动通信系统的核心竞争力功率控制2功率控制调整发射功率，确保信号质量的同时最小化干扰和功耗对上行链路，它解决近远效应；对下行链路，它优化覆盖和容量平衡现代系统通常采用闭环和开环相结合的方案，不断根据信道条件和系统需求调整发射功率呼叫接纳控制3呼叫接纳控制决定是否接受新的连接请求，防止系统过载它权衡系统利用率和服务质量，确保在大流量情况下系统仍能为现有用户提供可接受的服务有效的CAC策略能根据不同业务类型、优先级和网络状态做出智能决策负载均衡4负载均衡通过合理分配用户和流量，避免某些小区过载而其他小区资源闲置它通过调整小区参数、引导用户重选或切换，以及智能分配无线资源等手段，使网络资源得到平衡利用，提高整体系统性能和用户体验功率控制距离km无功率控制dBm有功率控制dBm功率控制是移动通信系统中控制终端和基站发射功率的技术，对系统性能有着至关重要的影响在蜂窝网络中，距离基站不同距离的终端若使用相同功率，则近端用户信号会远强于远端用户，造成近远效应功率控制通过调整发射功率，使所有用户信号到达基站时强度相近，保证系统公平性和稳定性现代移动通信系统通常实施三级功率控制机制开环功率控制基于距离和路径损耗估计初始发射功率；闭环功率控制根据实测信号质量持续调整功率，以跟踪快速变化的信道条件；外环功率控制根据业务质量需求（如误码率、时延）动态调整目标信噪比在CDMA系统中，精确的功率控制尤为重要，是系统容量的关键影响因素呼叫接纳控制策略队列策略自适应策略Guard ChannelGuardChannel（保护信道）策略是最基队列策略允许在资源暂时不足时，将呼叫自适应呼叫接纳控制根据实时网络状态、本的呼叫接纳控制方法，它预留一部分资请求排队等候，而不是直接拒绝队列可流量特征和QoS需求动态调整接纳决策源专门用于切换呼叫，确保系统在高负载以分为新呼叫队列和切换呼叫队列，系统它利用机器学习、模糊逻辑或经济模型等情况下仍能处理切换请求，减少强制终止根据预设优先级处理排队请求这种方法技术，综合考虑多种因素如信道质量、负的概率通常新呼叫只能使用非保护资源，提高了系统资源利用率和呼叫接纳率，但载水平、用户移动性和业务类型等，做出而切换呼叫可以使用所有资源这种方法增加了呼叫建立延迟，同时需要合理设计更精确的接纳决策这类策略能有效平衡实现简单，但灵活性有限，难以适应动态队列长度和超时机制，防止等待时间过长系统利用率和服务质量，适应复杂多变的流量变化，也无法区分不同业务类型的影响用户体验网络环境，但实现复杂度较高，需要强大QoS需求的计算支持负载均衡动态信道分配动态信道分配（DCA）是一种灵活的资源管理方法，不同于固定信道分配（FCA）为每个小区预分配固定信道DCA允许系统根据实时流量需求和干扰状况动态分配信道资源，使空闲小区的资源能够被繁忙小区使用这种方法提高了频谱利用效率，尤其适合非均匀流量分布的场景，但需要更复杂的控制算法和更频繁的测量报告小区呼吸小区呼吸是CDMA和WCDMA系统中的一种自然负载均衡机制由于这些系统的容量受干扰限制，当小区负载增加时，覆盖范围自然缩小（小区收缩），使边缘用户被迫切换到邻近小区；反之，当负载减轻时，覆盖范围扩大（小区扩张）这种机制使流量自动从高负载小区转移到低负载小区，但需要精心设计，防止覆盖空洞和频繁切换流量转移流量转移通过主动调整小区参数、切换阈值或负载阈值，引导用户从高负载小区迁移到低负载小区例如，降低拥塞小区的覆盖优先级或提高临近小区的切换吸引力，可以促使用户重选或切换现代系统如LTE和5G通常采用基于负载的切换策略，结合用户分类和服务类型，实现智能负载均衡，优化整体网络性能第十章系统2G GSM历史地位技术特点全球影响GSM全球移动通信系统GSM作为第二代数字蜂GSM采用200kHz带宽的TDMA/FDMA多址方GSM成功的关键在于其标准化程度高和国际窝移动通信系统的代表，于1991年首次商用，式，每个载波分为8个时隙，支持8个全速率协作它使得国际漫游成为可能，促进了移迅速成为全球最广泛采用的移动通信标准用户系统使用GMSK调制方式，提供动设备的大规模生产和价格下降，推动了移GSM实现了从模拟到数字的重要转变，引入

9.6kbps的数据传输能力后期演进版本如动通信的普及尽管4G/5G已成为主流，但了SIM卡、国际漫游等创新概念，奠定了现GPRS和EDGE提供了分组数据业务，数据速GSM网络至今仍在全球许多地区运行，尤其代移动通信的基础架构和标准化流程，影响率提升至数十至数百kbps，被称为

2.5G和在农村和发展中国家，显示了其设计的成功深远

2.75G技术和持久生命力系统架构GSM运营维护子系统OMS1网络运营与维护网络子系统NSS2交换与路由功能基站子系统BSS3无线接入功能移动台MS4用户终端GSM系统架构由四个主要部分组成移动台MS包括移动设备和用户身份模块SIM卡，SIM卡存储用户身份和认证信息，使用户能够在不同设备间切换基站子系统BSS由基站收发信台BTS和基站控制器BSC组成，BTS提供无线覆盖，BSC管理多个BTS并控制无线资源网络子系统NSS是系统的核心，包括移动交换中心MSC、归属位置寄存器HLR、访问位置寄存器VLR、认证中心AuC和设备识别寄存器EIRMSC处理呼叫路由和连接，HLR存储用户永久数据，VLR存储临时位置信息，AuC负责安全认证，EIR验证设备合法性运营维护子系统OMS提供网络监控、配置和维护功能，确保系统平稳运行空中接口GSM下行频率MHz上行频率MHzGSM空中接口是GSM系统中移动台与基站之间的无线通信接口，定义了物理信道结构和逻辑信道映射在频率域，GSM采用FDMA技术，将频谱分为多个200kHz带宽的载波信道主要频段包括GSM900欧洲、DCS1800欧洲、GSM850和PCS1900北美，各频段使用不同频率范围，上下行之间通常有45-95MHz的频率间隔在时间域，GSM采用TDMA技术，每个载波被分为8个时隙TS0-TS7，形成基本的TDMA帧多个TDMA帧组成多帧、超帧和超超帧，构成复杂的层次结构，支持不同类型的逻辑信道传输GSM的逻辑信道分为两大类业务信道TCH用于传输用户话音和数据，控制信道CCH用于系统控制和管理，包括广播信道BCH、公共控制信道CCCH和专用控制信道DCCH信令与协议GSM移动终端开机1移动终端开机后首先扫描可用频率，找到最强信号的小区终端接收系统信息并与网络同步，然后发起IMSI附着过程网络验证用户身份后，终端进入空闲模式，呼叫建立可以接收和发起呼叫2主叫方发起呼叫请求，网络分配信道资源并完成呼叫建立被叫方收到寻呼消息位置更新后响应，双方建立通信链路，通话开始整个过程涉及多个信令消息交互，包括3服务请求、通道分配、寻呼和连接建立等步骤当终端移动到新的位置区域时触发位置更新终端发送位置更新请求，携带IMSI或TMSI标识HLR更新用户位置信息，VLR存储用户临时数据完成后，网络发切换过程送位置更新接受消息，确认位置已更新4终端在通话过程中移动，通过测量报告向网络报告信号质量当目标小区信号更好时，网络发起切换源MSC协调目标MSC和BSC准备资源，终端执行切换命令，通信链路转移到新小区，原资源释放第十一章系统3G WCDMA背景与发展核心技术特点1WCDMA2宽带码分多址WCDMA是第三代移动通信WCDMA采用5MHz带宽的直扩频CDMA技系统的主要标准之一，作为UMTS通用移术，支持频分双工FDD模式它使用复动通信系统的无线接口它由3GPP组织杂的正交可变扩频因子OVSF码和Gold码开发，始于1998年，第一个商用网络于进行用户分离和小区识别初始版本R992001年在日本部署WCDMA在欧洲、亚支持384kbps的下行速率，后续HSPA和洲和部分美洲地区广泛应用，成为全球最HSPA+演进版本分别提升至

14.4Mbps和主要的3G技术与2G相比，WCDMA提供28Mbps理论值WCDMA支持软切换技了更高的数据传输速率和更丰富的多媒体术，使用闭环功率控制保证系统性能，同服务，开启了移动互联网时代时引入了复杂的无线资源管理机制与其他技术3WCDMA3G3G时代出现了技术多元化趋势，主要3G标准包括WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMAWCDMA面向宽带应用设计，频谱效率高；CDMA2000由2G IS-95演进而来，兼容性好；TD-SCDMA采用时分双工，频谱利用更灵活尽管技术路线不同，这些3G系统都致力于提供高质量的语音服务和快速的数据连接，为智能手机普及奠定了技术基础系统架构WCDMA核心网接入网用户设备WCDMA核心网采用分域结构，包括电路WCDMA接入网称为UTRANUMTS陆地无用户设备UE是用户接入WCDMA网络的终域和分组域电路域处理传统电路交换业线接入网，由节点B基站和无线网络控端，由移动终端MT和UMTS用户身份模务（主要是语音），由MSC服务器和媒体制器RNC组成节点B提供无线覆盖，实块USIM组成MT负责无线通信功能，网关组成；分组域处理分组交换业务（数现空中接口功能；RNC管理多个节点B的USIM存储用户身份和认证信息WCDMA据业务），主要组件包括服务GPRS支持节无线资源，执行功率控制、切换控制和移的UE设计更加复杂，需要支持高速数据传点SGSN和网关GPRS支持节点GGSN动性管理等功能UTRAN通过Iu接口连接输、多媒体处理和快速功率控制等功能核心网连接外部网络如PSTN和互联网，核心网，通过Iub接口连接节点B和RNC，随着智能手机技术发展，WCDMA终端从同时管理用户身份、移动性和计费等功能RNC之间通过Iur接口互连，支持软切换和简单的语音设备演变为集通信、计算和娱负载均衡乐于一体的多功能设备关键技术WCDMA宽带软切换快速功率控制CDMAWCDMA使用5MHz带宽的软切换是WCDMA的特色技WCDMA采用1500Hz的快大频谱资源，远高于2G系术，允许UE同时与多个小速闭环功率控制，每统的200kHz宽带设计使区连接，形成活动集当

0.667ms调整一次功率，系统能够支持更高的数据移动终端位于小区边缘时，远高于GSM的控制速率速率，同时利用频率分集可以接收多个基站的信号这种快速响应能有效跟踪效应提高抗多径衰落能力并合并处理，或向多个基瑞利衰落，保持接收信号WCDMA采用直接序列扩频站发送信号由网络选择最质量稳定上行采用SIR技术，信息比特与高速扩佳信号软切换消除了传（信干比）为目标的内外频码相乘，扩展至更宽频统硬切换的通信中断，降环结合控制；下行根据误带芯片速率为

3.84Mcps，低了掉线率，同时通过宏码率反馈调整功率精确扩频因子可变（4-512），分集增益改善边缘覆盖，的功率控制确保了CDMA支持不同业务速率需求提高系统容量系统的容量最大化，使近远端用户都能获得满意的服务质量网络演进WCDMA基础版本R99WCDMA的初始版本（Release99）于2000年发布，建立了UMTS系统的基础架构和功能R99提供了语音服务和最高384kbps的数据速率，引入了宽带CDMA技术、软切换和快速功率控制等核心特性这一版本实现了从2G GSM到3G的平滑过渡，但数据性能受限，主要满足基本的移动互联网接入需求增强HSPA高速分组接入HSPA包括下行HSDPAR5和上行HSUPAR6两部分，分别于2002年和2004年发布HSDPA引入自适应调制编码、快速调度和HARQ重传机制，将下行速率提升至

14.4Mbps；HSUPA优化上行传输，速率提高至

5.76MbpsHSPA显著缩短了网络时延，改善了用户体验，使视频通话、网页浏览和在线应用更加流畅深度优化HSPA+HSPA+R7/R8/R9进一步增强了HSPA的性能，引入了更高阶调制64QAM、MIMO天线技术和双载波聚合等高级特性HSPA+理论下行速率可达到28Mbps单载波或42Mbps双载波，部分实现了准4G体验同时，HSPA+优化了VoIP支持，简化了网络架构，降低了时延，被称为

3.75G技术，在4G网络全面部署前发挥了重要过渡作用第十二章系统4G LTE长期演进LTE是第四代移动通信技术的主要标准，由3GPP组织开发，首个商用网络于2009年在挪威部署LTE代表了移动通信从混合电路分组网络向全IP网络的根本转变，采用扁平化网络架构，大幅降低了系统复杂度和传输时延作为一个全新设计的系统，LTE在空中接口、网络结构和业务能力上都实现了革命性突破LTE的主要技术特点包括采用OFDMA/SC-FDMA多址技术、支持灵活带宽配置

1.4-20MHz、使用先进的MIMO技术以及高效的信道编码方案初始LTER8提供下行峰值速率100Mbps20MHz带宽，LTE-AdvancedR10通过载波聚合等技术进一步提升至1Gbps以上LTE系统优化了用户体验，支持高清视频、云计算和多种互联网应用，推动了移动互联网和智能终端的普及系统架构LTE演进分组核心网（）演进型（）EPC UTRANE-UTRANEPC是LTE系统的核心网部分，采用扁平化E-UTRAN是LTE的无线接入网部分，结构大全IP架构，主要由移动性管理实体MME、大简化，仅包含演进型基站eNodeB，取消服务网关S-GW和分组数据网关P-GW组成了RNC等控制节点eNodeB不仅提供无线MME负责信令处理、安全认证和移动性管理；覆盖，还集成了原RNC的资源管理和移动性S-GW处理用户平面数据，管理eNodeB间切控制功能eNodeB之间通过X2接口直接互换；P-GW连接外部IP网络，分配IP地址，执联，支持快速切换和干扰协调；与核心网通行策略控制和计费这种分离控制面和用户过S1接口连接这种分布式架构降低了信令面的设计，大幅提高了系统效率和灵活性延迟，提高了系统响应速度和可靠性用户设备（）UELTE用户设备由移动终端和USIM卡组成，支持更高速率和更复杂的处理能力LTE终端普遍采用先进的应用处理器、大内存和高分辨率显示屏，运行复杂操作系统，支持大量应用程序终端的射频前端需要支持MIMO技术和多频段操作，同时优化功耗管理随着LTE的普及，智能手机成为人们生活中不可或缺的多功能设备，远超传统通信工具的定位关键技术LTE技术MIMO和OFDMA SC-FDMA多天线传输增强性能2多址接入和资源分配1载波聚合扩展带宽提升速率3干扰协调5链路自适应优化小区边缘性能4适应信道动态调整LTE系统在下行链路采用正交频分多址OFDMA技术，有效抵抗多径衰落，实现灵活的频域调度；上行链路使用单载波频分多址SC-FDMA，保持OFDMA优势的同时降低功率放大器线性度要求，节省终端电量系统支持多种MIMO配置（2×2至8×8），通过空间复用提高频谱效率，或通过发送分集增强可靠性链路自适应是LTE的另一项核心技术，系统根据信道质量动态选择最佳的调制编码方案，在良好信道条件下使用64QAM和低冗余编码提高速率，在恶劣条件下降至QPSK和高冗余编码保证可靠性LTE还引入了增强型小区间干扰协调eICIC机制，通过频域、时域或功率域的协调减少小区间干扰，优化系统整体性能网络演进LTE初始版本LTE LTE-Advanced LTE-Advanced ProLTE首个规范版本R8于2008年冻结，定义了基LTE-AdvancedR10/R11是对LTE的重要增强，LTE-Advanced ProR13/R14是LTE演进的最新本系统架构和技术特性R8支持FDD和TDD双达到并超越了ITU的4G标准要求它引入了载阶段，被称为

4.5G或Pre-5G它进一步增强模式，带宽可配置

1.4~20MHz，下行峰值速率波聚合CA技术，最多可聚合5个载波总带宽了载波聚合最多32个载波，引入了全双工技100Mbps2×2MIMO，上行峰值50Mbps它100MHz，理论峰值速率超过1Gbps同时增强术、大规模MIMO、许可辅助接入LAA和蜂窝引入了扁平化网络结构、OFDMA/SC-FDMA多了MIMO能力最高8×8配置，改进了中继和异车联网C-V2X等新功能特别是，R14开始探址技术和基本MIMO功能，奠定了4G系统的基构网络支持，引入了CoMP协作多点传输技术索毫米波和大规模天线阵列等5G关键技术，为础框架，但尚未完全满足ITU对IMT-Advanced LTE-Advanced显著提升了系统容量和边缘用户5G过渡铺平道路，同时延长了LTE的生命周期的要求体验第十三章移动通信系统5G1000x数据速率提升相比4G峰值速率提高千倍1ms超低时延端到端通信时延显著降低1M连接密度每平方公里百万级设备连接90%能效提升网络能源效率大幅提高第五代移动通信系统（5G）是继4G之后的最新一代移动通信技术，由3GPP组织开发，第一版标准（R15）于2018年完成，2019年开始全球商用部署与前几代移动通信技术不同，5G不仅仅是通信性能的单纯提升，而是一场更全面、更深刻的技术变革，旨在构建一个融合的无线网络基础设施，支持多种垂直行业应用5G系统采用全新的网络架构设计，引入了服务化核心网、网络切片和边缘计算等创新理念在无线接入方面，5G新空口NR支持从低频（Sub-6GHz）到毫米波的灵活频段，采用更大带宽、更高阶调制和更多天线，实现了前所未有的网络性能5G的全面部署将重塑移动通信产业格局，促进智能手机、物联网、车联网、工业互联网等领域的创新发展愿景5G超高速率5G系统的理论峰值数据速率高达20Gbps，是4G LTE的20倍以上在典型用户场景下，5G能提供100Mbps-1Gbps的稳定速率，满足8K超高清视频、云游戏、增强现实AR和虚拟现实VR等高带宽应用需求这种超高速率将使移动设备与固定宽带的界限变得模糊，为用户带来全新的沉浸式体验和应用场景超低时延5G设计目标是实现空口时延1ms，端到端时延低至5ms，远低于4G的几十毫秒级水平这种超低时延对于远程手术、自动驾驶、工业控制和触觉互联网等实时交互应用至关重要5G结合边缘计算，将处理能力下沉到网络边缘，进一步降低时延，提高系统响应速度，使许多过去无法实现的关键任务应用成为可能海量连接5G支持每平方公里100万台设备的连接密度，比4G提高10倍以上这种海量连接能力使5G成为物联网发展的理想基础设施，能够同时服务于大量传感器、智能设备和机器通信需求5G还优化了协议设计，支持低功耗、小数据量、间歇性传输的物联网业务，为智慧城市、智能家居和工业物联网等应用提供强大支撑关键技术5G毫米波通信大规模网络切片MIMO毫米波通信是5G的重要技术创新，利用大规模MIMO是5G提升频谱效率的核心技网络切片是5G网络架构的重大创新，允许24GHz-100GHz的高频段资源相比传统术，使用大量天线元素（数十甚至上百个）在共享的物理基础设施上创建多个虚拟网频段，毫米波可提供更大带宽（高达数百同时服务多个用户相比4G的4×4或8×8络，每个切片具有独立的资源和特性，可MHz甚至几GHz），支持超高速率传输MIMO，5G NR支持最高256个天线单元针对不同业务需求进行优化例如，但毫米波的传播损耗大、穿透能力弱，覆大规模MIMO通过精确的波束赋形，形成eMBB切片优先考虑高带宽，URLLC切片盖范围有限5G通过波束赋形、大规模天定向窄波束，显著提高信号增益并抑制干优先考虑低时延，mMTC切片优先考虑连线阵列和密集组网等技术克服这些挑战，扰它还能利用空间分集提高可靠性，通接密度网络切片通过NFV和SDN技术实并将毫米波主要用于热点区域的高容量覆过空间复用实现更高的数据吞吐量，是5G现，为垂直行业提供定制化服务，使5G能盖，与Sub-6GHz频段形成互补高性能的关键使能技术够同时满足多样化的应用场景应用场景5G增强移动宽带超可靠低时延通信海量机器类通信（）（）（）eMBB URLLCmMTCeMBB针对高速数据传输需URLLC提供毫秒级时延和mMTC支持每平方公里100求，提供峰值速率20Gbps、

99.999%以上可靠性的通万台设备的超高密度连接，用户体验速率100Mbps以信服务，专为工业自动化、主要服务于物联网应用上的连接服务这种场景远程医疗、自动驾驶等关这类场景中的设备通常数主要支持8K超高清视频、键任务应用设计这类应据量小、发送频率低、电VR/AR、云游戏等大流量用对网络性能要求极高，池供电，对成本和功耗要应用，为用户带来身临其容忍极低的数据丢失和延求高5G优化了协议设计，境的沉浸式体验eMBB是迟实现URLLC需要端到提供高效的小数据传输和5G最早商用的场景，也是端优化，包括无线接入技长电池寿命mMTC广泛运营商网络建设的首要目术改进、边缘计算部署和应用于智慧城市、智能农标，主要在城市中心区、网络架构调整，是5G区别业、环境监测、资产追踪商业区和大型活动场所部于以往移动通信系统的重等领域，构建全面感知的署要特色信息网络第十四章物联网与移动通信物联网IoT是通过射频识别、传感器、二维码等信息传感设备，按约定协议，将物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的网络移动通信网络作为物联网的重要接入方式，提供了广覆盖、高可靠、低成本的连接能力，成为物联网发展的关键推动力物联网与移动通信的结合为各行各业带来了深刻变革从消费级应用如智能家居、可穿戴设备，到产业级应用如智慧城市、工业互联网、智能电网、智慧医疗等，物联网正在重塑人类生活和生产方式随着5G网络的部署和物联网专用技术的发展，物联网应用将更加普及和深入，实现万物互联的愿景物联网概述应用层1行业解决方案和用户服务平台层2数据处理和设备管理网络层3数据传输和通信服务感知层4信息采集和数据获取物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络作为继计算机和互联网之后的第三次信息技术革命，物联网将现实世界数字化，构建人、物、环境全面互联的智能世界物联网具有三大特点全面感知—通过射频识别、传感器等采集物理世界信息；可靠传输—借助各种通信网络和互联网传递信息；智能处理—利用云计算、大数据等技术分析处理海量信息，实现智能化控制物联网架构通常分为感知层（采集数据）、网络层（传输数据）、平台层（处理数据）和应用层（利用数据），移动通信网络主要工作在网络层，为物联网提供接入服务移动物联网技术高性能物联网15G mMTC支持高速率海量连接中等性能物联网2eMTC提供中速率中等连接密度低功耗物联网3NB-IoT专注低功耗低速率应用移动物联网技术根据不同应用需求形成了多层次解决方案NB-IoT（窄带物联网）专为低功耗、小数据量、低成本场景设计，采用180kHz窄带传输，上行速率约25kbps，下行速率约50kbps它具有广覆盖（增益20dB，相当于传统技术的7倍）、低功耗（电池寿命超过10年）和大连接（单小区支持50K+设备）三大优势，主要应用于水表抄读、环境监测等静态场景eMTC（增强机器类通信）是对LTE的优化，提供高达1Mbps的速率，支持移动性和语音功能，适用于资产追踪、可穿戴设备等中等性能需求场景5G mMTC则是面向未来高性能物联网应用，提供更高速率、更低时延和更大连接密度此外，LPWAN技术（如LoRa、SigFox）作为非蜂窝物联网解决方案，在特定场景中与移动物联网形成互补应用案例智慧城市工业互联网车联网123智慧城市是物联网最重要的应用领域之一，工业互联网将工业设备、生产线和供应链通车联网是将车辆、道路和周围环境通过移动通过将传感器、通信网络和智能分析平台整过物联网技术连接起来，打造智能工厂和智通信网络连接起来的系统，包括车对车合，实现城市管理的智能化和精细化典型能制造系统通过在机器设备上安装传感器，V2V、车对基础设施V2I和车对网络V2N应用包括智能交通（交通信号实时调控、拥收集运行数据并进行实时分析，可以实现设通信车联网能够提供实时路况信息、智能堵预测）、环境监测（空气质量、噪声污染、备预测性维护、生产过程优化和质量控制导航、远程诊断维护和紧急救援等服务随水质监测）、公共安全（视频监控、紧急响5G的超低时延和高可靠特性为工业互联网着5G技术的发展，车联网正向自动驾驶方应）以及能源管理（智能电网、路灯控制）提供了强大支持，使得远程控制、实时监控向演进，通过高速率连接和毫秒级时延，支等移动物联网为这些应用提供了无处不在和协作机器人等应用成为可能，显著提高了持复杂交通场景下的车辆协同和决策，提高的连接，使城市变得更加高效、清洁和宜居生产效率和灵活性道路安全性和交通效率课程总结知识体系技术演进1完整掌握移动通信原理理解从1G到5G的发展历程2未来展望实践应用4把握移动通信发展趋势3将理论知识与现实系统结合通过本课程的学习，我们系统地掌握了移动通信的基础理论、关键技术和系统架构从初始的信道特性和调制技术，到多址接入、信道编码和抗衰落技术，再到各代移动通信系统的演进，构建了完整的移动通信知识体系我们不仅理解了技术本身，更认识到了移动通信与社会发展、人类生活的密切关系移动通信技术仍在快速发展中，未来将向更高频段、更大带宽、更低时延和更智能化方向演进6G研究已经启动，有望在2030年左右商用，将进一步推动虚拟现实、全息通信、人工智能等新兴技术的融合应用建议同学们持续关注行业动态，夯实基础理论，参与实践项目，为未来移动通信领域的深入研究和创新应用做好准备。