《移动通信原理》课件

移动通信原理本课程涵盖移动通信基础理论与实践应用探索从1G到5G的技术演变解析无线通信核心原理移动通信发展历程1G模拟语音2G数字语音和短信3G移动互联网4G高速数据传输5G低延迟高带宽移动通信系统的应用亿亿80+500+全球用户物联网设备移动通信连接地球人口预计2025年接入设备数亿

1.2智能汽车车联网连接数量为什么学习移动通信原理就业前景广阔科研基础扎实创新机会众多通信行业人才需求持续增长奠定无线通信研究根基引领下一代通信技术本课程学习要求与方法基础要求学习方法推荐资料•信号与系统•理论结合实践•《移动通信》杨鸿文•通信原理•课内课外相结合•《无线通信原理》冯岚•电磁场理论•自主学习探究•IEEE论文期刊课程结构与考试安排实验课课程设计考核比例12学时8学时平时20%理论课实验20%36学时期末60%移动通信基础概念移动性定义覆盖区域用户接入用户终端在通信过程中可自由移动信号可靠覆盖的地理范围终端连接网络的过程系统需保障移动中通信质量影响用户体验的关键因素涉及身份验证和资源分配移动通信系统组成移动终端用户设备接入网基站与控制器核心网交换与路由无线信道概述物理信道逻辑信道信道容量电磁波传输的实际媒介特定服务的功能性通道最大可靠传输速率信道限制带宽和噪声约束高频通信基本特性频率范围波长主要应用700-900MHz33-42cm2G/3G/4G

1.8-

2.6GHz11-16cm4G/Wi-Fi

3.5GHz

8.5cm5G Sub-624-40GHz

0.75-

1.25cm5G毫米波电磁波在空中的传播方式传播方式•直射无障碍直线传播•反射平面障碍物产生镜像•绕射信号绕过尖锐障碍物•散射粗糙表面多方向反射自由空间损耗L=

32.4+20logf+20logd移动通信中的信道特性多径效应信号经不同路径到达信号衰落强度随时间空间变化多普勒频移移动引起频率偏移无线通信中的时变特性慢衰落快衰落阴影效应多径效应建筑物等大障碍物引起瑞利分布（无视距）变化周期较长莱斯分布（有视距）信号与噪声热噪声粒子热运动产生干扰源同频干扰和邻频干扰信噪比决定通信质量上限系统性能误码率与信噪比关系系统容量与频谱利用率信道建模基础概率模型常见模型•用随机过程描述信道特性•高斯加性白噪声信道•统计学工具分析信道行为•瑞利多径无视距环境•莱斯有直射路径情况路径损耗模型自由空间模型模型模型Okumura-Hata COST-231L=

32.4+20logf+20logd考虑城市环境特性高频段

1.5-2GHz应用理想条件下的基准模型针对不同地形有修正参数欧洲标准化模型阴影衰落Slow Fading阴影衰落呈对数正态分布城市环境标准差8-10dB郊区环境标准差5-7dB多径衰落Fast Fading多径传播相位叠加1信号经不同路径传播不同路径信号相位差异延迟扩展瑞利分布影响系统符号间干扰信号幅度概率分布信道的相关性与相关距离空间相关性时间相关性相邻位置信道状态相似程度不同时刻信道状态相似程度波长λ/2通常为相关距离受移动速度影响信道估计与均衡方法导频插入已知信号用于信道探测信道估计LS法简单直接MMSE法考虑噪声统计特性信道均衡线性均衡器判决反馈均衡器效果验证误码率性能测试信道容量定理香农容量公式提升信道容量方法₂C=B•log1+SNR•增加带宽•提高信噪比C最大可靠传输速率bps•应用MIMO技术B带宽Hz•高阶调制编码SNR信噪比移动通信调制技术总览基带信号原始信息信号带通信号载波调制后信号模拟调制AM、FM、PM数字调制ASK、FSK、PSK、QAM相移键控与幅移键控PSK ASKBPSKQPSK ASK0/1对应相位0°/180°00/01/11/10对应四相位调制载波振幅抗干扰能力强频谱效率2bps/Hz实现简单频谱效率低1bps/Hz误码率性能良好抗干扰能力弱频移键控与正交幅度调制FSK QAM调制FSK16-QAM64-QAM不同数据对应不同频率调相和调幅结合更高阶调制方式抗干扰性强，带宽效率低高频谱效率4bps/Hz需较高信噪比支持多载波调制简介OFDM原理OFDM•多个正交子载波并行传输•高频谱效率•抗多径干扰LTE、Wi-Fi、5G等标准核心技术通过IFFT/FFT高效实现调制方式对信号传输的影响调制方式频谱效率抗干扰性复杂度BPSK低高低QPSK中中中16QAM高低高OFDM高高高解调技术及常用算法1时间同步确定符号边界频率同步补偿载波频偏匹配滤波最大化信噪比相关检波提取调制信息多址技术概述FDMA TDMACDMA不同用户使用不同频不同用户使用不同时不同用户使用不同码率隙字SDMA空间分离不同用户频分多址FDMA原理特点FDMA FDMA将可用频谱分为多个频道•实现简单•连续传输无时延用户获得专用频率资源•频谱利用率不高频道之间设置保护频带•易受窄带干扰时分多址TDMA时隙分配周期性分配专用时间段帧结构设计控制信息与用户数据组织同步要求3严格时间对准码分多址CDMA扩频原理优势CDMA使用伪随机码扩展信号带宽•频谱共享高效•抗干扰能力强增益=芯片率/比特率•软容量和软切换•通信隐蔽性好空分多址与未来多SDMA址趋势基本原理大规模SDMA MIMO利用空间资源分离用户多天线并行传输波束赋形技术实现定向传输空间复用提高容量未来多址技术NOMA非正交多址接入RSMA速率分割多址接入蜂窝系统结构与原理蜂窝六边形覆盖区域小区一个基站的覆盖范围频率复用不同小区重复使用频率频率复用与干扰管理频率复用系数同频干扰K=D²/3R²D:同频小区距离，R:小区半径来自使用相同频率的其他小区邻频干扰干扰抑制技术频率过于接近导致泄漏功率控制、定向天线、跳频小区划分与切换宏小区半径1-30km微小区半径

0.1-1km微微小区半径10-100m切换过程测量→决策→执行增容与扩展方法小区分裂小区扇区化载波聚合将大小区分为多个小小区一个小区划分多个扇区多个载波同时传输无线资源管理与优化网络监测负载分析实时监控网络性能评估小区负荷分布性能优化资源调整提升网络容量和体验动态分配频率时隙功率移动通信网络架构总览终端层智能手机、IoT设备接入网基站、控制器核心网交换、路由、数据库移动交换与信令流程接入过程终端发起→基站接收→网络验证→分配资源鉴权流程身份确认→安全验证→会话密钥生成位置管理位置更新→寻呼通知→终端响应无线网络接入技术技术接入方式带宽特点GSM TDMA/FDMA200kHz语音为主UMTS WCDMA5MHz话音数据融合LTE OFDMA/SC-

1.4-20MHz全IP网络FDMA5G NROFDMA5-100MHz高速低延迟移动互联网与数据业务现代移动通信新技术一览技术波束赋形原理MIMO•多天线收发•调整天线阵列相位•空间复用提高速率•形成定向辐射波束•波束赋形增强覆盖•提高信号指向性与5G NRMassive MIMO基站毫米波通信网络切片5G高集成度多天线阵列高频段大带宽传输一网多用场景定制毫米波通信与太赫兹通信毫米波特点太赫兹展望•频率24-100GHz•频率

0.1-10THz•大带宽可用•超高速短距离•高衰减短距离•材料渗透性强应用场景•室内高速通信•近距离大数据传输•医疗成像移动边缘计算与应用MEC AI核心理念网络智能化MEC计算能力下沉到网络边缘AI辅助资源分配靠近用户处理数据智能预测用户需求降低时延提高效率自动优化网络性能未来移动通信展望6G太赫兹通信全息通信三维实时交互空天地一体化卫星移动融合网络脑机接口通信思维直接控制。