无线通信基础教学课件

无线通信基础教学课件无线通信发展简史主要技术里程碑无线通信的历史可以追溯到19世纪末，从马可尼的第一次无线电传输实验开始，经历了一个多世纪的迅猛发展每一代技术的更迭都为人类通信方式带来革命性变化•从模拟到数字2G实现了通信数字化的关键突破年11895•多址技术从FDMA、TDMA到CDMA的演进•数据业务3G开启移动互联网时代马可尼实现第一次无线电报传输•高速传输4G实现百兆级移动宽带2年1946美国贝尔实验室建立第一个移动电话系统年319791G移动通信系统在日本首次商用4年19912G GSM系统在芬兰首次部署年520013G系统在日本商用化6年20094G LTE网络在瑞典和挪威首次部署年720195G网络在中国、韩国等国家商用无线通信的基本概念123无线通信定义有线与无线通信对比基本术语解析无线通信是指通过电磁波在自由空间传播的方式实现信道信息传输的路径，可以是物理信道或逻辑信道比较维度有线通信无线通信的信息传递技术，不依赖于物理导体（如电缆、光纤）连接收发两端无线通信利用电磁波的特性，在终端接收或发送信息的设备，如手机、基站等传输介质电缆、光纤自由空间电各种环境中实现灵活便捷的信息交换等物理媒介磁波带宽可用于通信的频率范围宽度调制将信息附加到载波上的过程传输稳定性高，干扰少受环境影响大，易受干扰移动性受物理连接支持高度移限制动性部署成本布线成本初期建设成高，维护简本低，后期单优化成本高基本通信模型发送端信道接收端将需要传输的信息（语音、数据、视频等）进行处理，包括电磁波传播的媒介，存在以下问题从接收信号中恢复原始信息•衰减信号能量随距离衰减•滤波与放大提取有效信号•源编码压缩数据，减少冗余•噪声热噪声、环境噪声等干扰•解调将调制信号还原为基带信号•信道编码增加冗余校验，提高抗干扰能力•多径效应信号经反射后产生时延•信道解码检测并纠正传输错误•调制将数字信号转换为适合传输的模拟信号•干扰同频干扰、邻频干扰等•源解码还原为原始信息•功率放大增强信号传输能力信息论基础指标比特率单位时间内传输的二进制位数，单位为bps₂信道容量C=B•log1+S/N，其中B为带宽，S/N为信噪比电磁波与无线信号电磁波的定义与传播方式频谱与带宽⁸电磁波是电场和磁场在空间的波动传播，以光速（约3×10米/秒）在真空中传播无线通信中使用的电磁波通常在无线电波和微波频段电磁波按频率划分为不同波段，无线通信主要使用无线电波段（3kHz-300GHz）带宽指信号占用的频率范围，决定了最大可能的数据传输速率无线信号特征参数地面波沿地球表面传播，适用于低频段空间波直接在发射和接收天线之间传播频率每秒钟信号振荡的周期数，单位为赫兹Hz天波利用电离层反射回地面的波波长相邻波峰或波谷之间的距离，λ=c/f对流层散射波利用对流层散射传播振幅信号强度的度量，与发射功率相关相位信号在振荡周期中的位置极化电场矢量振动的方向，如垂直极化、水平极化等无线频谱划分与管理无线电频谱是稀缺的自然资源，需要科学规划和严格管理，避免频谱拥挤和干扰国际电信联盟ITU和各国监管机构负责频谱的全球和国家级分配各类常用频段及分配国家无线电频谱管理机制商用专用公众频段//•工业和信息化部无线电管理局负责全国频谱规划商用频段需要付费使用，如移动通信频段频段名称频率范围主要应用•省级无线电管理委员会负责区域频谱管理专用频段用于军事、航空、铁路等特定领域超长波VLF3-30kHz海洋通信、导航•频谱分配方式行政指配、拍卖、招标等公众频段免许可使用，如ISM频段（

2.4GHz、

5.8GHz）•频谱监测防止非法使用和干扰长波LF30-300kHz航空导航、AM广播中波MF300kHz-3MHz AM广播、海事通信短波HF3-30MHz国际广播、远程通信甚高频VHF30-300MHz FM广播、电视、航空超高频UHF300MHz-3GHz电视、移动通信、WiFi微波SHF3-30GHz卫星、雷达、5G毫米波EHF30-300GHz5G高频、短距离高速通信无线传播特性空间损耗模型电磁波在自由空间传播时能量随距离衰减，遵循以下规律自由空间传播模型L=

32.5+20logf+20logd•L为路径损耗dB，f为频率MHz，d为距离kmCOST231-Hata模型适用于城市环境Okumura-Hata模型考虑地形因素多径效应与衰落信号经建筑物、地形等反射、散射后，在接收端形成多个不同时延、相位的信号副本，造成快衰落短距离内信号强度迅速变化频率选择性衰落不同频率成分衰减不同时间选择性衰落信道随时间变化阴影衰落与其他影响阴影衰落地形、建筑物等障碍物造成的大尺度信号强度变化反射信号遇到较大平面（如建筑物、水面）产生反射绕射信号遇到尖锐边缘时会绕过障碍物传播散射信号遇到小于波长的不规则物体产生散射多普勒效应移动通信中由于收发双方相对运动导致的频率偏移信号传播特性对系统设计的影响•发射功率设计与功率控制算法调制与解调技术概述模拟调制数字调制将信息信号调制到载波的振幅、频率或相位上将数字信息调制到载波上，提高频谱效率•幅移键控ASK•调幅AM改变载波振幅•频移键控FSK•调频FM改变载波频率•相移键控PSK•调相PM改变载波相位•正交幅度调制QAM技术对比性能指标常见调制方式比较评估调制方式优劣的主要指标•2FSK简单但频谱效率低•频谱效率bit/s/Hz•QPSK适中的复杂度与性能•抗噪性能BER vsSNR•16QAM高频谱效率但对噪声敏感•功率效率•OFDM抗多径能力强•实现复杂度典型数字调制方法基本数字调制原理技术详解QPSK正交相移键控QPSK是现代通信系统中广泛使用的调制方式，同时调制I路和Q路信号调制方式原理特点工作原理使用四个相位状态0°,90°,180°,270°表示两个比特ASK改变载波振幅表示数字信号实现简单，抗噪能力差优点FSK使用不同频率表示不同数字抗噪性好，频谱效率低•频谱效率是BPSK的两倍•抗噪性能与BPSK相同PSK改变载波相位表示数字信号抗噪性与频谱效率平衡•实现复杂度适中缺点相位突变大，需要更宽的带宽改进版本π/4-QPSK,OQPSK等技术简介OFDM正交频分复用OFDM是4G/5G系统的关键技术，将高速数据流分割为多个并行的低速子载波传输•利用多个正交子载波同时传输•强大的抗多径能力，适合宽带传输•高频谱利用率•通过添加循环前缀消除子载波间干扰信道编码基础错误检测与纠正原理常见信道编码技术编码增益与信噪比关系信道编码通过向原始数据添加冗余信息，使接收端能编码增益是指在达到相同误码率性能时，使用信道编编码类型代表方案应用场景够检测或纠正传输错误码相对于未编码系统所节省的信噪比冗余度添加的额外比特与信息比特的比例块码汉明码、存储系统、码率R=k/n，其中k为信息比特数，n为总比特数BCH码、光盘RS码最小汉明距离码字间最小的不同比特数，决定了纠卷积码Viterbi算法移动通信、错能力解码卫星⌊⌋纠错能力t=d-1/2，其中d为最小汉明距离Turbo码并行级联卷3G/4G系统积码LDPC码低密度奇偶4G/5G、不同码率和编码方案提供不同的编码增益校验码WiFi•编码率越低（冗余越多），编码增益越大Polar码极化码5G控制信•同等码率下，LDPC/Turbo码提供最大编码增益道•在低信噪比区域，编码增益更为显著无线多址技术频分多址（）FDMA将频谱资源分割为多个频带，分配给不同用户使用•传统模拟蜂窝系统（1G）的主要多址方式•每个用户占用固定频带资源•频谱利用率较低，灵活性差•实现简单，无需严格同步时分多址（）TDMA在同一频带内，将时间分割为多个时隙，分配给不同用户使用•2G GSM系统采用的多址技术•需要严格的时间同步•用户发送数据呈突发性•灵活性高于FDMA码分多址（）CDMA不同用户使用不同的扩频码，在同一时间、同一频带内共享信道资源•3G系统（WCDMA、CDMA2000）的核心技术•基于扩频技术，具有抗干扰能力•软容量特性，系统容量受干扰限制•需要精确的功率控制与OFDMA SC-FDMA4G/5G系统采用的多址技术，基于正交频分复用原理•OFDMA LTE下行链路，将子载波分组分配给不同用户•SC-FDMA LTE上行链路，降低功率峰均比•频域和时域资源的灵活分配•支持多用户分集增益多址干扰是系统容量的主要限制因素，现代系统采用多种抗干扰技术，如功率控制、方向性天线、干扰消除算法等来提高系统容量多输入多输出（）MIMO多天线收发原理系统实例MIMOMIMO技术利用多根收发天线在同一频率资源上并行传输多路数据流，显著提高频谱效率MIMO系统通常系统类型应用场景理论容量增益表示为NtxNr，其中Nt为发射天线数，Nr为接收天线数2×2MIMO4G手机，家用WiFi最多2倍多发射天线4×4MIMO高端4G/5G终端最多4倍增加信号路径数8×8MIMO5G基站，企业WiFi最多8倍Massive MIMO5G宏基站，毫米波数十倍提升容量的数学基础MIMO多径传播多接收天线MIMO系统的信道容量计算系统MIMO增强信号多样性提高信号质量其中B为带宽，ρ为接收信噪比，H为信道矩阵，Nt为发射天线数在理想条件下，信道容量与minNt,Nr成正比，意味着天线数越多，容量增益越大MIMO系统中，空间流数量受限于rankH，即信道矩阵的秩在丰富散射环境中，秩接近于minNt,Nr；信道状态信息空间复用而在视距传播中，秩趋近于1优化传输参数并行传输数据流MIMO技术主要有三种工作模式空间分集提高可靠性，抵抗衰落空间复用提高吞吐量，并行传输无线局域网（）技术WLAN

1802.11b

19992.4GHz频段最高11Mbps

2802.11a/g1999/2003DSSS调制5GHz/

2.4GHz频段

802.11n20093最高54MbpsOFDM调制

2.4/5GHz双频最高600Mbps

4802.11ac2013MIMO技术5GHz频段

802.11ax20195最高

6.9GbpsMU-MIMO

2.4/5/6GHz最高

9.6GbpsOFDMA技术单跳多跳通信对比新特性/Wi-Fi6单跳通信设备直接与接入点通信OFDMA技术更高效地分配频谱资源•传统WiFi架构，简单可靠1024-QAM调制提高频谱效率•覆盖范围有限，边缘性能差空间复用增强上下行MU-MIMO多跳通信通过中继节点转发目标唤醒时间降低设备功耗•Mesh网络架构，扩展覆盖BSS着色减少相邻网络干扰•提高鲁棒性，但增加延迟高密度部署优化适应拥挤环境•适用于智能家居、物联网场景Wi-Fi6的关键改进在于处理高密度场景下的用户体验，特别适合机场、体育场馆、会议中心等多用户环境理论速率提升不大，但实际用户体验显著改善蜂窝移动通信基础蜂窝结构与频率复用原理小区分层架构蜂窝移动通信系统将覆盖区域划分为六边形小区，每个小区由一个基站提供服务通过合理规划，相同频率可在一定距1离外重复使用，大幅提高频谱利用率2频率复用模式通常表示为N=i²+i•j+j²，其中i和j为非负整数常见复用模式有•N=3高频谱效率，但干扰大3•N=4平衡频谱效率与干扰4•N=7干扰小，但频谱效率低1宏小区2微小区3皮小区4飞小区宏小区半径1-30km，提供基本覆盖微小区半径200-1000m，增加容量皮小区半径200m，室内或热点覆盖飞小区无人机或气球基站，临时覆盖基站间切换与位置管理切换（Handover）终端在移动过程中从一个小区迁移到另一小区•硬切换先断开再连接•软切换先连接再断开位置管理跟踪移动终端的位置•位置更新终端主动报告位置•寻呼网络查找终端位置移动通信代表技术2G/3GGSM2G EDGE

2.5G•全球首个数字蜂窝标准•GSM演进技术•900/1800MHz频段•8-PSK调制•TDMA接入技术•增强数据业务•GMSK调制，语音为主•与GSM共用基础设施•理论速率

9.6kbps•理论速率384kbpsCDMA20003G UMTS/WCDMA3G•基于IS-95演进•GSM向3G演进路线•北美、亚太地区应用•宽带码分多址•码分多址技术•5MHz带宽•

1.25MHz带宽•支持视频通话•理论速率

3.1Mbps•理论速率2Mbps频分多址与码分多址的区别数据与语音业务并存实践2G/3G时代的移动网络面临支持传统语音业务与新兴数据业务的双重挑战特性FDMA CDMA电路交换传统语音业务采用电路交换技术，保证服务质量资源分配频率编码分组交换数据业务采用分组交换，提高网络效率干扰处理频率隔离编码正交性混合网络架构核心网分为CS（电路域）和PS（分组域）随着3G的发展，出现了多种数据增强技术系统容量固定软容量•HSPA WCDMA的高速数据增强切换方式硬切换软切换•HSPA+理论下行速率达21Mbps技术复杂度低高•EV-DO CDMA2000的高速数据增强3G网络的主要限制是无法高效处理IP数据流量，为LTE/4G网络的全IP架构奠定了基础与系统原理4G LTE12与协同子载波带宽与时隙结构OFDMA MIMOLTE系统结合OFDMA和MIMO技术实现高速数据传输LTE系统采用灵活的频谱资源分配机制下行链路采用OFDMA技术，高频谱效率，抗多径能力强子载波间隔15kHz上行链路采用SC-FDMA技术，降低功率峰均比，延长电池寿命资源块12个子载波×

0.5ms，是资源分配的最小单位MIMO配置支持2x2,4x4多天线配置，提升频谱效率时隙结构每帧10ms，分为10个子帧，每子帧1ms调制方式支持QPSK,16QAM,64QAM，根据信道质量自适应选择系统带宽支持

1.4,3,5,10,15,20MHz灵活配置3关键技术LTE-AdvancedLTE-Advanced（4G）在LTE基础上引入多项增强技术载波聚合最多聚合5个载波，总带宽达100MHz增强型MIMO下行支持8x8，上行支持4x4中继技术通过中继节点扩展覆盖，提高边缘性能协调多点传输多基站协作传输/接收，减少干扰异构网络宏小区与小型小区混合部署，优化覆盖LTE系统性能•峰值数据率下行300Mbps，上行75Mbps（20MHz带宽，4x4MIMO）•LTE-Advanced峰值数据率下行1Gbps，上行500Mbps•频谱效率下行30bps/Hz，上行15bps/Hz•用户平面延迟5ms•控制平面延迟50ms新一代无线通信5G关键技术应用场景5G5G毫米波技术利用24-100GHz高频段，提供极高带宽•大带宽高达800MHz•高衰减覆盖范围受限•波束赋形克服传播损耗大规模MIMO使用数十甚至上百根天线的阵列•空间自由度提升•波束赋形增益•多用户空分复用网络切片在同一物理网络上创建多个虚拟网络•面向服务的网络架构•资源隔离与保障•按需定制网络能力增强移动宽带eMBB高速数据服务，支持4K/8K视频、AR/VR、云游戏等•峰值速率20Gbps•用户体验速率100Mbps超可靠低时延通信URLLC工业控制、自动驾驶、远程医疗等场景卫星与物联网无线通信星地通信原理及应用物联网NB-IoT/5G卫星通信系统由空间段（卫星）和地面段（地面站）组成，提供全球或区域覆NB-IoT是为物联网优化的蜂窝技术，专为低功耗、广覆盖、大连接设计盖•180kHz带宽，可部署在LTE载波内卫星轨道类型•覆盖增强20dB，可穿透地下室•地球同步轨道GEO高度35786km•终端功耗低，电池寿命可达10年•中轨道MEO高度8000-20000km•每小区支持5万连接•低轨道LEO高度500-2000km5G mMTC场景专为物联网设计典型应用•高连接密度每平方公里100万设备•广播电视直播卫星•深度覆盖室内、地下•通信海事、航空、偏远地区•多样化服务质量保障•导航GPS、北斗、伽利略•新兴OneWeb、Starlink低轨星座短距离通信技术技术频段覆盖范围特点蓝牙

2.4GHz10-100m个人通信，低功耗ZigBee

2.4GHz10-100m Mesh网络，低功耗Z-Wave900MHz30m智能家居，低干扰LoRa433/868MHz2-5km城市低功耗广域网RFID多频段几厘米-10m识别与跟踪无线自组织网与专网与组网方式车联网（）技术Ad HocMesh V2X车联网是智能交通系统的核心，包括车对车V2V、车对基础设施V2I、车对行人V2P、车对网络V2N等通信方式临时自组网网状网络DSRC基于IEEE

802.11p的专用短程通信无线、多跳路由C-V2X基于蜂窝网络的车联网技术，由LTE-V2X演进到5G-V2X车联网应用场景•前向碰撞预警自组织网络无需固定基础设施，节点间自主组织形成•交叉路口碰撞预警网络•紧急车辆让行Ad Hoc网络临时性、点对点直接通信•协同式自动驾驶•应用应急通信、军事通信专网频段及应用领域•特点拓扑动态变化，路由复杂Mesh网络相对稳定，多跳路由350MHz频段政府、公共安全•应用社区网络、智能家居400MHz频段铁路、电力、水利•特点自愈能力强，覆盖灵活

1.4GHz频段政府、公共安全

1.8GHz频段工业互联网专网5G专网工业互联网、智慧港口、矿山、电网无线通信中的安全问题干扰与阻断窃听攻击发送强干扰信号破坏合法通信•信号干扰器无线信号在空中传播，攻击者可使用接收设备被动获取通信内容•定向干扰•流量分析•服务拒绝攻击•敏感信息泄露•元数据收集伪基站攻击伪造合法基站，诱骗终端接入•中间人攻击•钓鱼短信防御机制•位置隐私泄露无线通信安全防护措施协议漏洞•加密与认证•物理层安全利用无线协议设计缺陷进行攻击•频谱监测•信令攻击•安全协议•重放攻击•降级攻击加密与认证机制信息安全标准蜂窝网络3GPP安全标准定义移动通信安全架构•2G A5/1加密，安全性低IEEE

802.11i无线局域网安全标准•3G KASUMI加密，双向认证物联网安全标准oneM2M安全规范•4G EPS-AKA认证，加强用户隐私无线安全面临的主要挑战•5G增强认证框架，抵抗量子计算•移动性与安全性平衡WLAN•低功耗设备的安全机制•WEP安全性低，已淘汰•异构网络协同安全•WPA/WPA2AES加密，较高安全性•后量子密码学应用无线通信系统设计关键指标80%95%

99.9%覆盖概率服务可靠性关键业务可用性无线系统设计通常以80%以上覆盖概率为目标，确保大部分区域内用户体验良好高质量无线系统的可靠性目标，表示系统在约定条件下提供服务的能力医疗、金融等关键领域的无线通信系统可用性要求，即系统正常工作时间比例信噪比速率覆盖半径计算容量与用户密度关系//链路预算系统设计的基础计算系统总容量随着接入用户数增加而下降，需在用户数与服务质量间平衡•接收功率dBm=发射功率+发射增益-路径损耗+接收增益•每用户平均吞吐量=系统总容量/活跃用户数•信噪比dB=接收功率-噪声功率•随着用户密度增加，干扰增加，系统总容量下降Shannon定理理论最大速率•网络规划需考虑高峰时段用户密度₂•C=B•log1+SNR延迟与丢包率分析•B为带宽，SNR为信噪比覆盖半径估算不同业务对延迟和丢包率有不同要求•根据路径损耗模型反推业务类型延迟要求丢包率要求•考虑最小接收灵敏度•包含边缘用户性能要求语音通话150ms3%例如，在城市环境，采用Okumura-Hata模型，基站高度30m，发射功率43dBm，终端灵敏度-100dBm，2GHz频段下的覆盖半径约视频会议200ms1%为

1.2km⁻⁶工业控制10ms10Web浏览2s5%影响延迟的因素无线接口延迟、排队延迟、处理延迟、传播延迟无线信号检测与测量频谱分析与仪表应用频谱分析仪是无线工程师的重要工具，用于观察、分析频域信号特性基本参数设置•中心频率/起止频率•频率跨度Span1•分辨率带宽RBW•视频带宽VBW测量项目•信号功率/频谱密度•占用带宽•杂散发射•邻道泄漏功率比现场信号强度测试现场测试是网络优化的重要环节，评估实际网络性能CW测试连续波测试，评估纯信号传播特性驱车测试沿预定路线测量网络覆盖2室内测试步行测试，评估室内覆盖测量指标•RSRP/RSRQ4G•SS-RSRP/SS-SINR5G•吞吐量、时延、切换成功率常见干扰与定位手段无线干扰是影响网络性能的主要因素，需要精确定位和消除干扰类型•同频干扰来自同频段系统•邻频干扰来自相邻频段3•谐波干扰来自谐波分量•外部干扰非通信设备产生干扰定位方法•频谱监测确定干扰频率特征•方向寻找多点测向确定来源•相关分析识别干扰信号特征天线与射频基础各类天线结构波束赋形技术波束赋形是通过调整多个天线单元的相位和幅度，形成特定方向图的技术模拟波束赋形通过RF相移器实现数字波束赋形通过DSP处理实现混合波束赋形结合模拟和数字技术波束赋形带来的优势•增加信号覆盖距离•减少对其他用户的干扰•提高系统容量和频谱效率射频模块主要参数参数含义典型值增益信号放大倍数10-30dB噪声系数接收灵敏度指标1-10dBP1dB1dB压缩点0-30dBmIP3三阶交调截取点10-40dBm全向天线定向天线相位噪声载波稳定性指标-110dBc/Hz水平方向辐射均匀，垂直方向有指向性在特定方向有较高增益•偶极天线、单极天线•八木天线、抛物面天线•应用基站、移动终端•应用点对点链路、扇区覆盖•覆盖广，增益低•覆盖窄，增益高典型无线通信案例分析城市覆盖解决方案Wi-Fi在人口密集的城市商业区建设公共Wi-Fi网络需求分析•高密度用户接入每平方公里5000+并发用户•高吞吐量平均用户下行20Mbps•无缝漫游支持AP间快速切换解决方案•高密度AP部署间距30-50米•双频AP

2.4G/5G，采用

802.11ax标准•接入认证支持短信、微信等多种方式•集中管理云端控制器实现统一管理乡村组网实例4G为偏远山区提供4G网络覆盖挑战•地形复杂山地、丘陵•用户分散人口密度低•电力供应不稳定•传输资源匮乏解决方案•采用低频段（700/900MHz）提高覆盖•太阳能供电系统•卫星或微波回传•多层覆盖宏站+小站智能终端无线性能优化提升智能手机的无线通信性能性能瓶颈•天线设计受限于机身尺寸•多模多频器件共存干扰•功耗与发射功率平衡优化技术•动态天线调谐•载波聚合增强•MIMO传输优化•智能网络选择主流无线通信标准标准化特点典型协议演进路线3GPP/IEEE蜂窝移动通信标准组织主要领域标准特点3GPP蜂窝移动通信面向产业，强调互操作性GSM→WCDMA→LTE→5G NR→6G•每代技术约10年更新周期IEEE局域网、城域网学术背景强，开放性高•向后兼容性支持ITU频谱管理、全球标准政府间组织，具权威性•按Release版本迭代ETSI欧洲电信标准区域性，与3GPP紧密无线局域网IETF互联网协议开放社区，快速迭代

802.11→11b/g/a→11n→11ac→11ax→11be国内外标准组织及发展•非严格更新周期国际组织•向后兼容性强•3GPP蜂窝移动通信标准核心•按工作组分类制定•IEEE802委员会局域网相关标准物联网标准•ITU联合国专门机构国内组织RFID→ZigBee→LoRa/NB-IoT→5G mMTC•中国通信标准化协会CCSA•IMT-20205G推进组•多标准并行发展•工信部无线电管理局•应用场景驱动•碎片化较严重标准制定周期通常包括需求收集、技术提案、技术论证、规范起草、版本冻结、互操作测试等阶段一个完整标准的制定往往需要2-5年时间无线通信中的新兴技术前沿研究热点6G6G预计在2030年左右商用，当前研究方向包括•太赫兹通信频率范围

0.1-10THz•智能反射面可编程电磁环境•轨道角动量复用新的信息承载维度•空天地一体化网络卫星、无人机协同•人工智能深度融合从辅助工具到核心技术可见光通信（）VLC利用LED灯具作为发射源的新型通信技术•频率范围400-800THz（可见光波段）•优势频谱资源丰富、无电磁干扰、兼具照明功能•关键技术调制解调、多址接入、室内定位•应用场景室内高速通信、物联网、水下通信•当前速率实验室条件下已达10Gbps以上太赫兹通信实验进展太赫兹波段

0.1-10THz是未来超高速通信的关键频谱•主要挑战大气衰减严重、器件技术不成熟•研究进展•300GHz频段实现100Gbps传输•新型太赫兹源与探测器•波束赋形与相控阵技术•潜在应用近距离超高速传输、图像雷达、安检新兴技术的发展趋势是提高频谱效率、开拓新频段、增加网络智能化未来无线通信系统将向高速率（Tbps级）、低时延（微秒级）、超高可靠（

99.99999%）、泛在连接方向发展，实现人、物、环境的全面互联无线通信与人工智能在无线资源分配中的应用AI人工智能技术可以优化复杂无线环境下的资源分配决策智能感知频谱资源分配•动态频谱接入•智能干扰协调实时环境识别•用户调度优化功率控制•预测式功率调整•多目标平衡（覆盖、干扰、能耗）波束赋形•用户移动轨迹预测•自适应波束调整无线通信中的AI相比传统算法，AI方法能更好地处理高维度、非线性、动态变化的无线环境，提高资源利用效率应用数据驱动规划自适应网络基于数据优化决策动态调整网络参数智能感知与自适应网络AI技术可增强网络的感知能力和自适应性异常检测识别网络故障、安全威胁流量预测提前部署资源，避免拥塞自愈网络自动发现并修复网络问题参数自优化实时调整天线、功率等参数大数据驱动的无线规划结合大数据分析和AI技术优化网络规划站址选择基于人口分布、建筑物、地形等数据容量预测分析历史流量模式预测未来需求实验教学与动手实践基本无线通信实验方案（软件无线电）平台简介开放实验案例推荐SDR通过实验帮助学生理解无线通信的基本原理和现象软件无线电将传统硬件实现的功能通过软件实现，具有高度灵活鼓励学生通过实践项目深入理解无线通信性信号调制与解调实验简易FM收音机常用SDR平台•观察AM、FM、PSK等调制信号波形•使用SDR接收FM广播•USRP高性能、模块化架构•测量不同信噪比下的解调性能•实现解调和音频处理•HackRF开源、价格适中•使用示波器、频谱分析仪等基本仪器无线数据传输系统•RTL-SDR低成本入门级天线特性测量实验•设计简单通信协议开发环境•测量不同天线的方向图•实现基本的编码和纠错•GNU Radio开源图形化编程环境•计算天线增益•测试不同环境下的性能•MATLAB/Simulink商业开发工具•观察极化特性影响Wi-Fi信号测绘•PySDR Python库，适合教学无线信道特性实验•开发移动测量装置•测量路径损耗•绘制室内Wi-Fi覆盖热图•观察多径效应•分析影响因素并优化部署•分析不同环境下的信道特性无线定位系统•基于信号强度或到达时间差•实现简单的室内定位算法当前无线通信热点应用车联网无人驾驶通信需求智慧城市与融合场景/5G智能交通系统依赖高效可靠的无线通信网络支持5G网络为智慧城市提供高效连接基础设施关键技术需求智能电网实时监控与控制•超低时延10ms端到端智能交通信号灯协同、流量优化•高可靠性

99.999%公共安全•高移动性支持250km/h高速移动•高清视频监控网络•精确定位亚米级精度•智能预警系统通信模式•应急通信保障•V2V车辆间直接通信环境监测分布式传感器网络•V2I车辆与基础设施通信智慧旅游AR/VR增强体验•V2N车辆接入网络云服务•V2P车辆与行人通信工业互联网专用通信网工业场景对无线通信提出特殊要求应用场景•工厂自动化生产线控制•远程操控精密设备远程维护•AGV智能物流自动导引车•工业AR辅助装配与维修技术特点•确定性网络严格时延保障•高可靠性工业级可靠性•强安全性防止攻击与窃取•本地化部署数据不出厂这些热点应用推动无线通信技术向更高速率、更低时延、更高可靠性、更灵活连接方向发展专网与公网融合、行业定制化通信方案将成为未来发展重点课程总结与展望核心知识点回顾技术发展未来趋势网络架构演进无线通信基础理论•云-边-端协同计算•电磁波传播特性•网络切片与虚拟化深化•信道模型与衰落•空天地一体化网络•信息论基础频谱利用创新•太赫兹通信商用化•全频谱动态共享关键技术要素•新型电磁资源利用•调制与编码智能化与自治•多址接入技术•网络自配置、自优化、自愈合•MIMO与天线技术•端到端智能业务感知•AI原生网络架构建议深造方向系统架构演进•从2G到5G的技术演进学科交叉通信+AI、通信+边缘计算•无线局域网与物联网垂直行业车联网、工业互联网、智慧医疗•异构网络协同前沿技术6G关键技术、量子通信工程实践系统设计、网络优化、SDR开发前沿技术与应用•人工智能与无线融合•新型通信技术（THz、VLC）•行业应用与专网。