《移动通信网络原理》课件

移动通信网络原理欢迎大家参加《移动通信网络原理》课程本课程将带领你深入了解移动通信的核心原理和技术体系，从最基础的概念到前沿的5G甚至6G展望在信息时代，移动通信已成为社会基础设施的重要组成部分，影响着我们的日常生活、工作和学习方式通过本课程，你将系统掌握移动通信的工作原理、关键技术和网络架构，为未来在通信领域的学习和工作打下坚实基础移动通信的起源与发展模拟时代1G20世纪80年代，第一代移动通信系统问世，使用模拟技术，仅支持语音通话，代表系统有AMPS、TACS等数字时代2G90年代，GSM和CDMA等数字系统出现，实现了短信等数据服务，信号质量和保密性大幅提升多媒体时代3G2000年代，WCDMA、CDMA2000等技术支持视频通话和移动互联网，数据传输速率显著提高宽带时代4G2010年代，LTE技术实现了全IP架构，支持高清视频和丰富的移动应用，数据速率达百兆级智能时代5G2020年代，5G技术支持更大连接密度、更低时延和更高速率，推动物联网、智能制造等产业变革通信系统的基本结构有线通信系统无线通信系统通过物理线缆（如铜线、光纤）传输信号，具有稳定性高、抗干通过电磁波在自由空间传播，无需物理连接，具有移动性好、部扰能力强、传输质量好的特点署灵活的优势主要应用于固定场景，如家庭宽带、企业网络等，传输距离可精受环境影响大，易受干扰，传输质量会随距离和环境变化而波确控制，但灵活性较差动系统组成包括终端设备、传输介质、交换设备、网络控制单元系统组成包括移动终端、基站设备、空中接口、核心网络、管等理系统等移动通信基本术语移动台（）基站（）信道（）MS BSChannel用户使用的移动终端设备，如手机、数固定的无线电收发设备，负责与移动台信息传输的通道，可分为物理信道和逻据卡等具有发送和接收无线信号的能的无线连接基站覆盖特定区域，形成辑信道物理信道指特定的频率、时隙力，是用户接入移动通信网络的入口小区，并连接到核心网络或码序列，逻辑信道则根据功能划分基站系统通常包括收发信机（TRX）、现代移动台通常包含多种无线接入技天线系统、基带处理单元等信道可承载控制信息或用户数据，是网术，支持多频段、多模式工作络资源分配的基本单位移动通信的工作方式（时分双工）（频分双工）TDD FDD在同一频段上，根据时间分配上行和下使用不同频段分别进行上行和下行传行传输适用于对称和非对称业务，灵输同时传输效率高，适合话音等对称活性高业务优势优势FDD TDD上下行互不干扰，链路设计简单，时延频谱利用效率高，上下行可动态调整，小，覆盖性能好，适合广域覆盖适合不对称数据业务，如互联网访问移动通信中的关键概念覆盖区（）Coverage Area基站可以提供有效通信服务的地理范围覆盖区的大小受发射功率、天线高度、地形地貌和建筑物密度等因素影响覆盖区设计是网络规划的基础工作，直接关系到用户体验切换（）Handover移动终端从一个小区移动到另一个小区时，网络保持通信连续性的过程切换可分为硬切换和软切换，是保障移动性的核心机制，对通信质量至关重要频率复用（）Frequency Reuse在不同地理位置的小区中重复使用相同频率的技术通过合理规划，控制同频小区间距，可以大幅提高频谱利用效率，是蜂窝网络的核心优势同频干扰（）Co-channel Interference使用相同频率的不同小区之间产生的相互干扰同频干扰是移动网络容量的主要限制因素，需要通过频率规划、功率控制等技术手段进行管理电磁波与无线信道电磁波物理特性电磁波是电场和磁场的振荡传播，以光速传播频率与波长成反比，频率越高，波长越短移动通信主要使用无线电波段，频率范围从几百MHz到几十GHz低频特点与应用低频电波（如700MHz-

2.6GHz）穿透能力强，绕射能力好，适合广覆盖场景传播距离远，建筑物内外覆盖性能好，但可用带宽有限，容量相对较小高频特点与应用高频电波（如

3.5GHz以上，毫米波）直线传播特性明显，穿透能力弱，但可用带宽大适合热点高容量覆盖，需要密集部署基站，室内外覆盖需分别规划传播环境影响不同频段电波在各类环境中传播特性差异大城市高楼环境多径效应明显；开阔地区直射波占主导；室内环境反射和散射复杂网络规划需考虑具体场景特点无线信道的传播机制反射（）Reflection电磁波遇到尺寸远大于波长的光滑障碍物（如建筑物墙面、地面）时发生的现象反射波与入射波的角度相等但方向相反，强度取决于材料的反射系数在城市环境中，多重反射导致信号沿多条路径到达接收端散射（）Scattering电磁波遇到尺寸与波长相当或表面粗糙的物体时，能量向各个方向不规则分散的现象树叶、路灯、不规则建筑表面都会引起散射散射使信号能量分散，但也能填补反射和绕射造成的阴影区绕射（）Diffraction电磁波遇到尖锐边缘或小孔时，能够弯曲传播到障碍物后方的现象建筑物边缘、山脊线常引起绕射绕射使非视距通信成为可能，但绕射波能量通常较弱，信号质量下降电波传播损耗分析路径损耗（）Path Loss信号随传播距离增加而衰减的现象，主要受距离、频率影响阴影衰落（）Shadow Fading由地形、建筑物等大型障碍物引起的信号阻挡与衰减多径衰落（）Multipath Fading3不同路径信号叠加造成的快速信号强度波动电波传播损耗是移动通信网络规划的核心考量因素路径损耗通常与距离的2-4次方成正比，在城市环境中衰减更快阴影衰落一般符合对数正态分布，标准差在4-12dB之间多径衰落导致的信号波动可达30-40dB，需要通过分集接收等技术缓解常见无线传播模型模型名称适用环境特点公式示例自由空间模型开阔无障碍环境最简单的理想模L=

32.45+型20logf+20logd城市、郊区环境基于实测数据复杂，考虑城市Okumura-Hata模型类型和天线高度COST231-Hata城市环境适用于高频段Hata模型扩展，模型适用

1.5-2GHz密集城区考虑建筑物高度复杂，分视距和Walfish-Ikegami模型与间距非视距情况对数距离模型多种环境简单实用L=L₀+10n·logd/d₀蜂窝网络基础小区（）区群（）Cell Cluster基站覆盖的基本地理单元，通常用六边形表使用全部可用频率的最小小区组合区群大示每个小区可分配特定频率组，由一个或小通常为

3、

4、7等，决定了频率复用的效多个扇区组成率频率复用扇区（）Sector蜂窝网络的核心优势，通过控制同频小区间通过定向天线将小区分为多个服务区域，典距，实现有限频谱资源的高效利用型配置为3扇区或6扇区，可提高系统容量蜂窝小区规划小区划分参数典型规划场景小区半径（R）基站到小区边缘的距离，影响覆盖面积和网络城市密集区小区半径小（几百米），区群大小小（N=3或密度4），高容量导向区群大小（N）一个完整频率复用所需的小区数，通常为

3、郊区中等小区半径（1-2公里），中等区群大小（N=7），容

4、

7、

9、12等量和覆盖平衡同频复用距离（D）使用相同频率的小区之间的最小距离农村地区大小区半径（5-30公里），较大区群大小（N=9或12），覆盖导向关键公式D/R=√3N，N值越大，同频干扰越小，但频谱效率越低高速公路带状覆盖，需考虑多普勒效应和频繁切换问题大区制与小区制对比大区制特点小区制特点单个基站覆盖范围大（10-50多个小型基站协同覆盖，每个公里），适合人口稀疏地区小区半径小（几百米到几公建设成本低，覆盖快速，但系里）通过频率复用提高系统统容量有限，频谱利用率低容量，支持高密度用户接入早期移动通信系统如AMPS采建设成本高，规划复杂，但扩用大区制，现代系统中主要用展性好，适应性强，是现代移于农村地区初期覆盖动网络的主流架构网络容量对比在相同频谱资源条件下，小区制容量远高于大区制例如，将一个大区分为7个小区并合理规划频率，可使系统容量提高5-6倍随着通信需求增长，大区往往会逐步演进为小区结构蜂窝系统的频率复用提高系统容量频率复用使有限频谱支持更多用户1精确的频率规划基于区群大小N合理分配频率控制同频干扰3保持足够的同频小区间距频率复用是蜂窝网络的核心技术，通过在空间上分离使用相同频率的小区，实现频谱资源的重复使用区群大小N决定了系统的频率复用效率，N越小，频谱利用率越高，但同频干扰也越严重寻找同频小区的方法从任一小区出发，沿任意方向移动i个小区，然后转60°后再移动j个小区，所到达的小区与起始小区使用相同频率，其中N=i²+j²+i·j例如，N=7时，可以是i=2,j=1或i=1,j=2小区分裂与层次化结构5-30km宏小区半径适用于广域覆盖和农村地区

0.5-2km微小区半径适用于城市和热点区域50-300m微微小区半径适用于高密度城区和室内倍3-6容量提升小区分裂后的典型容量增长小区分裂是应对流量增长的有效策略当某区域用户密度增加，原有小区容量不足时，可将一个大小区分裂为多个小小区分裂过程需重新规划频率，调整发射功率，并可能增加新的基站设备层次化蜂窝结构将不同大小的小区叠加覆盖同一区域，大小区提供基本覆盖，小小区提供容量高速移动用户优先使用大小区，减少切换次数；低速或静止用户优先使用小小区，获得更高数据率移动性管理基本过程位置登记寻呼切换终端向网络报告自己的网络需要联系终端时，终端在通信过程中从一位置信息，包括初始登在终端可能所在的位置个小区移动到另一个小记、周期性更新和位置区内广播寻呼消息终区时，保持通信连续性区变更时的更新网络端收到后响应，建立精的过程包括切换决据此维护终端的大致位确位置，为后续通信做策、目标小区选择、资置，用于寻呼和呼叫路准备源分配和执行切换等步由骤漫游用户离开本网服务区，由其他运营商网络提供服务的机制涉及网络间的身份认证、计费和服务协议，是全球移动通信的重要特性切换的判决与优化测量阶段终端和网络持续测量当前和邻近小区的信号质量判决阶段基于测量结果和切换算法决定是否需要切换及目标小区执行阶段为终端分配新小区的资源并完成通信路径切换完成阶段释放原小区资源并确认切换成功切换判决的主要依据包括接收信号强度（RSSI）、信号质量（SINR）、距离估计（定时提前量）和负载情况常见的切换判决方法有绝对信号强度法、相对信号强度法和信号强度与门限比较法切换优化需要平衡成功率、延迟和频繁切换（乒乓效应）主要优化参数包括切换门限、信号强度滞后参数、时间触发窗口大小等针对高速移动场景，还需考虑速度自适应切换参数多址技术基础频分多址（）时分多址（）码分多址（）FDMA TDMACDMA将可用频谱分为多个频段，每个用户占用一个频在同一频段上，将时间分为多个时隙，不同用户使用户共享时间和频率资源，通过唯一的码序列区段实现简单，无需严格同步，但频谱利用率较用不同时隙传输需要精确时间同步，但可灵活分分具有抗干扰、保密性好的特点，但需要精确功低早期模拟系统（1G）主要采用FDMA技术配时隙资源2G系统如GSM采用TDMA技术率控制3G系统如WCDMA基于CDMA技术与的详细比较TDMA FDMA比较项FDMA TDMA资源分割方式频域分割，每用户固定时域分割，每用户固定频段时隙保护间隔需要频率保护带，避免需要时间保护间隔，避邻频干扰免时隙重叠实现复杂度相对简单，无需严格时较复杂，需要精确时间间同步同步传输特性连续传输，功率较低突发传输，峰值功率较高资源灵活性较低，频段分配后难以较高，可动态分配多个动态调整时隙给同一用户系统容量受可用频谱直接限制可通过减少时隙长度增加用户数技术原理CDMA扩频技术基础CDMA的核心是扩频技术，将窄带信号通过扩频码扩展到更宽的频带扩频增益等于处理增益，使系统具有抗干扰能力扩频后的信号功率谱密度降低，类似于噪声，提高了通信保密性码分复用原理每个用户分配唯一的扩频码序列，实现在同一时间、同一频率上的多用户传输不同用户的码序列需保持良好的正交性，以减少相互干扰常用的码包括Walsh码、PN序列、Gold序列等功率控制CDMA系统中功率控制至关重要，解决近远效应问题开环功率控制基于下行链路测量估计上行功率；闭环功率控制则根据基站的接收质量调整终端发射功率精确的功率控制直接影响系统容量软容量特性CDMA系统没有固定的用户容量上限，而是随着用户数增加，系统噪声底增加，信号质量逐渐下降这种软容量特性使系统可以在覆盖与容量之间灵活平衡，也便于实现负载分担技术在现代系统中的作用OFDMA基本原理OFDM正交频分复用将高速数据流分割为多个并行低速子流，每个子流调制到不同子载波上子载波间保持正交，频谱高效重叠通过FFT/IFFT实现高效处理，有效抵抗多径干扰资源分配OFDMAOFDMA将OFDM子载波动态分配给不同用户，实现多用户接入资源分配单位是时频资源块，可根据信道条件、QoS需求灵活调度支持频域调度增益，充分利用频率选择性衰落中的增强应用5G5G NR引入了可扩展的OFDM参数（灵活帧结构），支持不同子载波间隔（15/30/60/120kHz）mini-slot传输支持超低时延业务，波形改进如windowed-OFDM和F-OFDM提高频谱效率移动通信的主要干扰类型邻频干扰互调干扰使用相邻频段的信号之间产生的干扰主要由发射机的频谱泄漏由于系统非线性引起的多个信号和接收机的非理想滤波特性引产生的混频分量在频分多址系同频干扰起需要设置保护频带和改进滤统中尤为突出，需要通过改进功自干扰使用相同频率的不同小区之间产波器性能来减轻放线性度和预失真技术降低生的干扰同频干扰是蜂窝系统系统内部产生的干扰，如多址干中最主要的干扰类型，直接限制扰、多路径干扰等采用先进的系统容量通过合理的频率规划调制编码、均衡和多天线技术可和控制同频小区间距可减轻有效抑制自干扰23干扰管理与抗干扰技术功率控制技术小区间协作通过调整发射功率，使每个用户获得所需的信号质量，同时最小化对相邻小区基站之间共享信息并协调传输，减少小区边缘干扰包括协其他用户的干扰包括开环控制（基于路径损耗估计）和闭环控制作多点传输（CoMP）、小区间干扰协调（ICIC）和增强型ICIC（基于实时测量反馈）现代系统采用快速功率控制，可在毫秒级响（eICIC）等技术在LTE-A和5G系统中得到广泛应用应信道变化波束赋形干扰消除利用多天线阵列形成定向波束，将信号能量集中于目标用户，同时减在接收端通过信号处理算法识别并消除干扰成分包括串行干扰消除少对其他用户的干扰5G大规模MIMO技术可形成极窄的波束，显著（SIC）、并行干扰消除（PIC）和最小均方误差（MMSE）接收机等提高空间复用效率，降低同频干扰技术随着终端处理能力提升，复杂干扰消除算法变得可行系统结构详解GSM运行维护中心（）OMC网络监控与维护管理网络交换子系统（）NSS呼叫路由与移动性管理基站子系统（）BSS无线资源管理与接入控制移动台（）MS用户终端设备与SIM卡GSM是全球最成功的2G移动通信系统，其网络架构设计影响了后续几代移动通信系统移动台（MS）包含用户设备和SIM卡，SIM卡存储用户身份和鉴权信息基站子系统（BSS）包括基站收发信台（BTS）和基站控制器（BSC），负责无线资源管理网络交换子系统（NSS）的核心是移动交换中心（MSC），负责呼叫处理、路由和切换控制HLR和VLR数据库存储用户位置信息，支持漫游功能运行维护中心（OMC）监控网络性能，执行故障管理和配置管理GSM网络的层次化设计实现了功能模块化，便于部署和升级系统信道结构GSM业务信道控制信道主要包括语音业务信道（TCH）广播控制信道（BCH）•全速率业务信道（TCH/F）13kbps•广播信道（BCCH）系统信息广播•半速率业务信道（TCH/H）

6.5kbps•频率校正信道（FCCH）频率同步•增强型全速率编解码器提高语音质量•同步信道（SCH）时间同步业务信道主要承载用户的语音通话和数据业务，占用网络大部分资源公共控制信道（CCCH）•寻呼信道（PCH）寻找移动台•随机接入信道（RACH）接入请求•接入准许信道（AGCH）分配资源专用控制信道（DCCH）•独立专用控制信道（SDCCH）信令交换•慢速关联控制信道（SACCH）测量报告•快速关联控制信道（FACCH）紧急控制的频率分配与管理GSM124374频点数频点数GSM900GSM1800890-915MHz上行，935-960MHz下行1710-1785MHz上行，1805-1880MHz下行200kHz8载波带宽每载波时隙数每个频点占用200kHz带宽TDMA帧分为8个时隙GSM系统采用频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）的组合接入方式每个载波信道被分为8个时隙，形成8个物理信道，可支持8个全速率用户或16个半速率用户GSM频率规划通常采用4/12的复用模式，即4个小区构成一个区群，每个小区使用3个频组频率跳变技术是GSM的特色，终端在不同时隙使用不同频率，有效对抗频率选择性衰落和干扰跳变方式分为基站跳变和合成跳变，提高通信质量和系统容量频率规划需考虑覆盖需求、容量需求和干扰控制，是网络优化的重要环节网络的信令流程GSM开机与注册MS开机搜索网络→读取系统信息→发送位置更新请求→网络验证身份→更新位置信息→完成注册移动台发起呼叫MS发送业务请求→网络分配SDCCH→发送呼叫建立消息→网络验证→分配TCH→连接建立→通话开始移动台接收呼叫网络查询HLR获取位置→VLR确认状态→网络在寻呼信道发送寻呼→MS响应→分配SDCCH→验证→分配TCH→振铃→通话建立切换流程MS定期发送测量报告→BSC/MSC决定切换→向目标小区请求资源→通知MS切换命令→MS接入新小区→完成资源切换→释放原小区资源与技术GPRS EDGE技术特点技术提升GPRS EDGE通用分组无线业务（GPRS）是GSM网络上增强型数据速率GSM演进（EDGE）引入了的分组数据传输技术，引入了分组域核心新的调制方式8PSK，相比GPRS的GMSK，网，实现随时在线的数据连接采用多时频谱效率提高了3倍EDGE的信道编码方案隙技术提高数据率，理论峰值可达扩展到MCS-1到MCS-9，峰值数据率可达

171.2kbps384kbpsGPRS使用新的信道编码方案CS-1到CS-4，EDGE改进了链路自适应技术，根据信道质根据信道质量自适应选择，平衡可靠性和传量快速切换调制编码方案，显著提升了平均输速率GPRS保留了GSM的频率规划和空吞吐量EDGE+进一步引入了减少传输时间中接口特性，实现了与语音业务的共存间隔和双载波技术，数据率可达

1.3Mbps网络架构演进GPRS引入了两个新的核心网节点服务GPRS支持节点（SGSN）和网关GPRS支持节点（GGSN）SGSN负责移动管理、安全和会话控制，GGSN提供与外部数据网络的连接GPRS/EDGE技术使GSM网络能够提供中速数据服务，填补了2G到3G的过渡期，为运营商平滑演进提供了路径部分地区至今仍将EDGE作为3G网络的补充覆盖移动通信基本原理3G特性WCDMA UMTSCDMA2000TD-SCDMA双工方式频分双工FDD频分双工FDD时分双工TDD带宽5MHz

1.25MHz

1.6MHz芯片率

3.84Mcps

1.2288Mcps

1.28Mcps帧长10ms20ms10ms峰值速率2Mbps（初始）2Mbps（初始）2Mbps（初始）技术特点软切换，可变扩多载波，向前兼上行同步，智能频因子容天线3G系统相比2G的主要技术增强点包括基于CDMA技术提高频谱效率；引入自适应调制编码和功率控制；支持更高数据速率和多媒体业务；增强的QoS机制；全球漫游能力；IP网络集成等系统的软硬切换机制3G硬切换（）软切换（）软软切换（）Hard HandoverSoft HandoverSofter Handover硬切换采用断后连的方式，终端先断开软切换采用先连后断或同时连接的方软软切换是指终端在同一基站的不同扇区与源小区的连接，再建立与目标小区的连式，终端同时与多个小区保持连接，形成之间的切换由于扇区信号可在基站内部接这种切换方式实现简单，资源利用效活动集通过宏分集合并接收多个基站的合并处理，具有更高的合并增益软软切率高，但存在短暂的通信中断，可能导致信号，提高通信可靠性CDMA系统特有换通常与软切换协同工作，在WCDMA系掉话GSM系统和LTE系统主要采用硬切的软切换技术显著降低了掉话率，提高了统中广泛应用，有效解决了小区边缘的信换方式边缘用户体验号质量问题及其优化HSPA/HSPA+下行增强HSDPA高速下行分组接入，峰值速率达

14.4Mbps上行增强HSUPA高速上行分组接入，峰值速率达

5.76Mbps进一步优化HSPA+引入MIMO和更高阶调制，峰值达42Mbps双载波技术DC-HSPA+聚合两个载波，峰值速率达84MbpsHSPA技术是WCDMA的演进，主要优化了数据传输效率HSDPA引入了自适应调制编码（AMC）、混合自动重传（HARQ）和快速调度等技术，将下行数据调度从RNC下放到NodeB，显著降低了传输时延HSUPA通过引入增强专用信道（E-DCH）提升上行性能HSPA+进一步引入了64QAM调制、MIMO多天线技术和连续分组连接（CPC），大幅提升了频谱效率双载波HSPA+（DC-HSPA+）通过聚合两个相邻的5MHz载波，实现更高速率HSPA系列技术使3G网络数据性能持续提升，在4G普及前支撑了智能手机应用的快速发展（）系统架构4G LTE无线接入网核心网E-UTRAN EPCLTE的无线接入网由演进型基站（eNodeB）组成，没有类似于演进分组核心网（EPC）是LTE的全IP核心网，主要包含以下功能实2G/3G的控制器节点eNodeB直接互联并连接到核心网，形成扁平体化架构•移动性管理实体（MME）控制面核心，负责认证、安全、移动eNodeB功能性管理•服务网关（S-GW）用户面锚点，负责数据转发、移动性锚定•无线资源管理•分组数据网关（P-GW）连接外部网络，提供IP地址分配、策•移动性管理略执行•调度与动态资源分配•策略与计费规则功能（PCRF）QoS策略控制和计费管理•压缩和加密•归属用户服务器（HSS）用户数据库，存储用户信息和认证数•数据包的路由据eNodeB之间通过X2接口互联，实现快速切换和干扰协调eNodeBEPC的扁平化设计降低了网络时延，提高了数据传输效率，简化了网通过S1接口连接到核心网，分为S1-MME和S1-U两部分络结构，降低了运营成本无线接入和LTE OFDMA下行链路OFDMA上行链路SC-FDMA正交频分多址，抗多径能力强，频谱效率单载波频分多址，保持OFDMA优势的同时高资源块（RB）是最小分配单位，包含降低峰均比，减少终端功耗资源分配需连12个子载波和7个符号（

0.5ms）支持灵1续，减少实现复杂度活带宽

1.4/3/5/10/15/20MHz调制编码方案多天线技术MIMO支持QPSK、16QAM、64QAM调制配合支持2x

2、4x4空间复用，提高频谱效率自适应编码率，形成多种调制编码方案波束赋形技术增强覆盖发送分集提高可靠（MCS）通过信道质量指示（CQI）反馈性上行支持1x2接收分集动态选择网络优化重点LTE频谱利用优化通过子载波和资源块的动态分配，根据信道状况和业务需求实现频域调度载波聚合（CA）技术可聚合多个不连续频段，有效利用碎片频谱先进的自适应调制编码和链路自适应技术根据信道质量选择最佳传输参数干扰管理小区间干扰协调（ICIC）通过频域资源协调减少小区边缘干扰增强型ICIC（eICIC）引入几乎空白子帧（ABS），实现时域干扰协调，支持异构网络部署协作多点传输（CoMP）实现多基站联合处理，将干扰转化为有用信号移动性优化优化切换参数和测量配置，减少乒乓切换和切换失败率根据用户移动速度调整切换参数，针对高速场景采用特殊设置通过切换预测和提前准备，减少切换中断时间X2接口直接转发数据，减少切换数据丢失容量扩展通过小区分裂和异构网络（HetNet）部署增加网络密度微小区、微微小区和室内分布系统针对热点区域提供容量控制面/用户面分离（CUPS）架构优化信令和数据流，提高网络效率采用多天线增强和高阶调制提高单链路容量与移动语音演进VoLTE语音解决方案演进早期LTE部署主要面向数据业务，语音通过电路域回落（CSFB）实现，即通话时切回2G/3G网络语音解决方案逐步演进到VoLTE（基于LTE的语音），实现全IP语音通话，无需回落，提供更好的用户体验技术架构VoLTEVoLTE基于IP多媒体子系统（IMS）架构，采用会话初始协议（SIP）建立和管理通话语音编解码器采用AMR-WB（宽带自适应多速率），支持高清语音（HD Voice），音频带宽提升到50-7000Hz，大幅提高语音清晰度保障机制QoSVoLTE通过专用承载（Dedicated Bearer）传输语音数据，配置保证比特率（GBR）和较高的QCI优先级EPC中的策略与计费规则功能（PCRF）负责QoS策略下发，保证语音业务的低时延和高可靠性无线侧通过半持久调度（SPS）减少控制开销增强业务体验VoLTE支持丰富的增强通信服务（RCS），如视频通话、文件分享、位置共享等通过单一射频语音连续性（SRVCC）技术，当用户离开LTE覆盖区时，可无缝切换到2G/3G网络，保持通话连续性VoLTE显著改善了电池续航时间和呼叫建立时间系统关键特征5G增强型移动宽带（）超高可靠低时延通信（）海量机器类通信（）eMBB URLLCmMTC提供超高速数据传输，峰值速率可达20Gbps，满足提供毫秒级端到端时延和

99.999%的可靠性，支持自支持每平方公里超过100万设备连接，满足智慧城4K/8K视频、AR/VR等大带宽应用需求频谱效率比动驾驶、工业自动化、远程医疗等关键业务采用微市、智能农业、环境监测等物联网场景需求优化信4G提升3-5倍，用户体验速率达100Mbps通过毫米时隙、边缘计算、网络切片等技术保障业务质量空令开销，提高能效，延长电池寿命达10年采用非正波等高频段和大规模MIMO技术实现容量提升口时延可低至

0.5ms，大幅领先于4G交多址接入等技术提高连接密度无线新空口5G NR灵活帧结构先进多址和调制技术大规模天线与波束管理5G新空口（NR）采用灵活的帧结构，支下行链路沿用OFDMA，但引入灵活数值支持大规模MIMO，基站天线数可达64-持多种子载波间隔（SCS）系统，优化不同场景性能256个，形成窄波束精确指向用户15/30/60/120/240kHz，适应不同频段上行链路支持CP-OFDM和DFT-s-OFDM引入波束管理流程，包括波束扫描、波和业务需求两种波形，平衡频谱效率和功率效率束测量、波束报告和波束切换，提高高时隙长度随SCS变化，高SCS对应更短时频段覆盖能力支持高达256QAM的高阶调制，配合先隙，支持低时延业务进信道编码如LDPC和Polar码，大幅提波束赋形不仅用于数据传输，也应用于mini-slot允许在不到一个时隙的时间内升频谱效率同步和广播信号，解决高频段覆盖挑开始传输，进一步降低时延战非正交多址接入（NOMA）技术在研究自包含子帧设计，同一子帧内完成控中，可进一步提高频谱利用率3D波束赋形可同时在水平和垂直方向形制、数据和确认，减少交互延迟成波束，精确服务于不同高度的用户典型网络架构5G无线接入网（）RAN包括gNB（5G基站）和ng-eNB（升级版4G基站），支持集中化和分布式部署引入CU-DU分离架构，支持前传、中传和回传的灵活组网新型接口Xn（基站间）、NG（接入网-核心网）核心网（）5GC采用服务化架构（SBA），将功能分解为多个网络功能（NF）主要NF包括AMF（接入与移动管理）、SMF（会话管理）、UPF部署选项（用户面功能）、PCF（策略控制）、UDM（统一数据管理）、AUSF（认证服务）等支持网络切片和边缘计算非独立组网（NSA）依赖现有LTE作为控制锚点，5G NR提供数据连接，快速部署独立组网（SA）完整5G网络，包括5G NR和5G核心网，支持全部5G特性运营商通常从NSA起步，逐步演进到SA蜂窝网络的安全机制身份认证信息加密完整性保护通过双向认证机制，网络验证无线接口上的用户数据和信令确保消息在传输过程中未被篡用户身份，用户验证网络真实消息使用加密算法保护，防止改或伪造5G扩展了完整性保性，防止伪基站攻击5G采用窃听5G使用增强的128位密护范围，不仅保护控制平面，统一认证框架，支持多种认证钥长度和更强的加密算法，如还可选择性地保护用户平面，方法，增强了认证灵活性SNOW、AES和ZUC端到端提供更全面防护IMSI加密传EAP-AKA协议提供更强的安全加密在应用层提供额外保护输防止身份追踪保障网络切片安全5G网络切片为不同业务提供隔离的逻辑网络，增强安全隔离性每个切片可配置独立的安全策略和访问控制机制切片间通信受严格控制，防止跨切片攻击移动网络的资源管理频谱规划与分配基于业务需求和干扰分析的长期资源分配动态资源调度2毫秒级的实时资源分配，基于信道状态和业务需求资源共享机制3载波聚合、双连接等技术实现跨频段资源协同智能化资源优化基于AI的预测性资源分配与流量负载均衡移动网络的资源管理是一个多时间尺度的过程，从长期的网络规划到毫秒级的实时调度5G引入了更灵活的资源单元和分配机制，如Mini-slot调度、灵活子载波间隔和非连续频谱聚合，显著提高了资源利用效率现代网络资源管理采用多种技术提升效率波束赋形将能量集中于特定方向；大规模MIMO实现空间复用；载波聚合跨越多个频段；网络切片为不同业务提供定制化资源人工智能技术的应用使资源分配更加智能化，可根据历史数据预测流量模式，提前调整资源配置智能手机与物联网接入智能终端多模接入现代智能终端集成多种无线技术，包括多代蜂窝网络（2G/3G/4G/5G）、WiFi、蓝牙、GPS等高端芯片支持多频段和载波聚合，如5G终端可同时支持Sub-6GHz和毫米波频段智能终端根据信号质量、网络负载和业务需求自动选择最佳接入方式窄带物联网（）NB-IoT专为低速率、低功耗、大连接场景设计的物联网接入技术部署灵活，可在LTE载波内、保护带或独立载波中实现覆盖增益比LTE高20dB，室内深度覆盖能力强终端功耗低，电池寿命可达10年，适合水表、气表等固定场景应用通信速率低（100kbps），但满足大多数传感器数据传输需求物联网应用5G5G网络设计了多种物联网接入方案eMTC提供中速移动物联网连接；RedCap（精简型终端）降低了5G终端复杂度和成本；mMTC场景支持超高密度连接5G网络切片技术可为不同类型物联网业务提供定制化服务质量保障工业物联网、车联网、智慧城市是5G物联网的典型应用场景无线网络优化方法网络测量数据分析使用驱测、路测、性能统计数据收集网络状态识别覆盖弱区、容量瓶颈和异常现象2效果验证参数调整测量优化后的网络性能指标改善情况优化天线参数、功率配置和接入控制策略无线网络优化的主要指标包括覆盖（RSRP/RSSI）、质量（SINR/BLER）、接入成功率、切换成功率、掉话率、吞吐量等网络优化工具包括驱测软件、网络规划工具、性能管理系统、用户体验感知系统等现代网络优化越来越依赖自动化和智能化技术自优化网络（SON）功能可自动执行邻区关系管理、覆盖与容量优化、干扰控制等任务基于AI的优化系统能分析海量数据，发现潜在问题并提出优化建议云化基础设施使网络配置更加灵活，便于快速调整和测试网络仿真与建模链路级仿真系统级仿真模拟单个无线链路的物理层性能，评估调模拟整个蜂窝网络的性能，包括多小区、制解调、信道编码、MIMO处理等技术多用户场景关注用户体验、网络容量、常用工具包括MATLAB、GNU Radio等干扰管理和资源调度等方面常用平台有仿真结果包括误码率、吞吐量、频谱效率NS-

3、Vienna系统级仿真器等等性能指标链路级仿真需要详细建模发射机、接收机系统级仿真通常使用简化的链路模型，但和无线信道特性，计算复杂度高但精度包含更复杂的网络拓扑和协议交互可评好对于评估新型物理层技术和算法非常估不同部署策略、频率规划和负载均衡算有价值法的效果网络规划工具综合考虑地形、建筑物、传播模型和流量分布，预测网络覆盖和容量主流工具包括ATOLL、Planet、WinProp等输出结果包括覆盖预测图、最佳服务小区、信干比分布等网络规划工具集成了GIS数据和精确的传播模型，可用于基站选址、天线配置优化和网络扩容规划现代工具还支持3D建模和室内覆盖预测移动通信网络管理故障管理故障检测、定位、隔离和恢复的过程包括告警收集、关联分析、自动诊断和恢复措施先进系统使用AI预测潜在故障，实现预防性维护关键指标包括平均故障间隔时间（MTBF）和平均修复时间（MTTR）性能管理监控和分析网络各项性能指标，确保网络满足服务质量要求收集KPI数据，如接入成功率、切换成功率、吞吐量等定期生成性能报告，识别潜在瓶颈，预测容量需求性能管理系统支持多维度数据分析和可视化配置管理维护网络设备和服务的配置信息，确保网络配置的一致性和正确性包括配置备份、版本控制、变更管理和配置审计现代网络支持意图驱动的配置管理，自动将业务需求转化为网络配置安全管理保护网络免受未授权访问和攻击，确保数据机密性和完整性包括访问控制、入侵检测、加密管理和安全审计5G网络引入零信任架构和增强型认证机制，提高安全性安全管理需定期评估风险并更新防护措施典型应用与行业案例远程医疗智慧城市自动驾驶5G的超低时延和高可靠性特性使远程医疗成5G网络可支持每平方公里超过100万个物联自动驾驶依赖低时延、高可靠的网络连接进行为现实医生可通过5G网络实时控制手术机网设备连接，为智慧城市提供基础设施智能车与车（V2V）、车与基础设施（V2I）通器人，执行精密操作，时延控制在10毫秒以交通系统利用5G实现车路协同，优化交通流信5G蜂窝车联网（C-V2X）技术支持内高清视频流可实时传输手术现场，支持量，减少拥堵环境监测系统通过密集部署的300km/h高速场景下的可靠通信，时延低至14K/8K分辨率远程专家会诊系统可连接偏远传感器网络，实时监测空气质量、噪声和水毫秒车辆可共享感知信息、意图和道路状地区医院与大型医疗中心，提高医疗资源利用质智能电网利用5G的大连接和低时延特况，形成协同感知网络，大幅提高安全性边效率性，实现精细化能源管理和需求侧响应缘计算节点部署在路侧单元，提供实时路况分析和决策支持移动通信面临的新挑战安全与隐私挑战随着网络连接设备激增和业务多样化，安全威胁面显著扩大物联网设备安全成为薄弱环节，大量低成本设备缺乏足够防护网络虚拟化和开放接口增加了攻击风险用户隐私保护面临位置追踪、行为分析等多重挑战法规要求（如GDPR）与数据利用之间的平衡日益复杂频谱资源瓶颈可用频谱资源有限，而数据流量需求持续爆发式增长低频段资源几乎耗尽，新频段开发面临国际协调难题高频段（如毫米波）虽频谱丰富，但覆盖能力有限，部署成本高频谱共享、动态频谱接入等技术尚未成熟不同无线技术间的干扰协调越来越复杂能源效率问题网络设备数量和复杂度增加，能耗快速上升基站能耗占移动网络总能耗的60-80%，5G基站功耗比4G高30-50%物联网终端对超长电池寿命的需求与功能丰富度形成矛盾绿色节能通信成为行业发展的重要方向，但技术实现面临多重挑战部署与运营成本5G网络部署成本高，特别是在高频段需要更密集的基站布局网络切片和边缘计算等新技术增加了网络复杂度和运维难度运营商面临投资回报周期长、商业模式不明确的困境垂直行业应用需求多样，定制化服务增加了网络灵活性要求和开发成本下一代网络（）展望6G网络智能化深度融合AI与通信技术，实现自组织、自优化、自修复太赫兹通信2开发

0.1-10THz频段，支持Tbps级数据传输空天地海一体化3融合卫星、无人机、地面和海洋网络，实现全球无缝覆盖量子通信技术4利用量子纠缠特性，提供理论上不可破解的安全通信6G网络预计将在2030年左右商用，相比5G将实现10倍以上的性能提升峰值数据速率可达1Tbps，用户体验速率达10Gbps，时延降至

0.1毫秒级，连接密度提升至每平方公里1000万设备6G将从连接万物演进至感知万物，网络将具备环境感知和上下文理解能力潜在应用场景包括全息通信，使远程交互如同面对面；数字孪生网络，实现物理世界的精确数字映射；触觉互联网，支持远程触觉传感和操控；脑机接口网络，实现思维控制和沉浸式体验；智慧生命服务，将健康监测与医疗服务无缝整合移动通信专业方向与发展主要岗位分类核心技能需求未来发展方向无线规划与优化负责网络设计、频率规划、参数优化和性能提无线通信原理信号处理、调制解调、信道编码、多址技术等基础跨学科融合通信与人工智能、大数据、云计算等技术深度融合升核心网规划与维护负责核心网络设计、建设和运维研发工知识网络协议TCP/IP、HTTP、SIP等协议栈及移动通信专用协行业专精聚焦特定垂直行业，如车联网、工业互联网、智慧医疗程师从事通信设备和终端的硬件或软件开发议编程能力Python、C/C++、MATLAB等编程语言和开发工等新兴技术量子通信、空天地一体化网络、太赫兹通信等前沿具领域测试验证工程师负责通信系统和设备的测试、验证和质量保障解决方案工程师为行业客户提供定制化通信解决方案网络安全系统集成多种技术和设备的集成能力，异构网络互通能力人工国际化视野全球通信标准和市场的理解与把握，国际化项目经专家负责通信网络的安全防护和风险管理智能与大数据机器学习算法、数据挖掘、智能分析等能力项目验创新创业移动通信应用创新，通信技术与商业模式结合持管理通信工程项目的规划、实施和管理能力续学习保持对新技术的学习热情，建立终身学习能力课程知识点回顾系统演进蜂窝网络原理GSM/GPRS/EDGE架构与特性，小区规划、频率复用、同频干扰3G WCDMA技术与增强4G控制、移动性管理切换机制、LTE系统架构、关键技术和优化功率控制、资源调度、干扰协方法5G NR技术创新与三大应通信基础应用与前沿调用场景电磁波传播、无线信道特性、频行业应用案例分析，网络优化与谱资源管理、通信制式演进管理方法物联网接入技术，网（1G-5G）调制解调技术、多络安全机制6G研究方向与未来址接入方式、编码与信道容量展望1结束与答疑思考与讨论移动通信技术将如何影响未来社会发展？随着5G和6G的发展，哪些行业将发生革命性变化？面对海量物联网设备连接，网络如何保障安全与隐私？通信与计算的边界是否会逐渐模糊？网络智能化将达到何种程度？推荐参考书目《移动通信原理与系统》，张平，北京邮电大学出版社；《蜂窝移动通信原理》，刘经南，电子工业出版社；《LTE-Advanced技术原理与系统设计》，张建华，人民邮电出版社；《5G NR标准》，陈山枝，电子工业出版社；《Wireless Communications》，Andrea Goldsmith，Cambridge UniversityPress.扩展学习资源3GPP官方网站（www.3gpp.org）了解最新标准进展；IEEE CommunicationsMagazine权威通信技术期刊；中国通信学会（www.china-cic.cn）行业动态与学术活动；GSMA资源库全球移动通信产业报告；各大设备商技术白皮书了解产业最新技术趋势。