現(xiàn)代通信技術(shù)(下)4.4章移動(dòng)通信

現(xiàn)代通信技術(shù)(下)4.4章移動(dòng)通信移動(dòng)通信概述移動(dòng)通信技術(shù)基礎(chǔ)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與協(xié)議移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)與應(yīng)用移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)移動(dòng)通信概述01移動(dòng)通信是指通信雙方或至少有一方處于運(yùn)動(dòng)中進(jìn)行信息交換的通信方式，包括蜂窩移動(dòng)通信、衛(wèi)星移動(dòng)通信等。定義從第一代模擬移動(dòng)通信系統(tǒng)到第二代數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，再到當(dāng)前的第三代、第四代以及未來(lái)的第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)，移動(dòng)通信技術(shù)不斷演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)了從語(yǔ)音通信到多媒體通信的跨越。發(fā)展歷程移動(dòng)通信的定義與發(fā)展移動(dòng)通信系統(tǒng)主要由移動(dòng)臺(tái)（MS）、基臺(tái)（BS）、移動(dòng)交換中心（MSC）及與公用電話網(wǎng)（PSTN）相連的中繼線等組成。組成根據(jù)信號(hào)覆蓋范圍和移動(dòng)性管理方式，移動(dòng)通信系統(tǒng)可分為宏蜂窩、微蜂窩、微微蜂窩和移動(dòng)衛(wèi)星通信等類型。分類移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成與分類移動(dòng)通信具有移動(dòng)性、電波傳播條件復(fù)雜、噪聲和干擾嚴(yán)重、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)。移動(dòng)通信面臨著頻譜資源緊張、多徑效應(yīng)和陰影效應(yīng)導(dǎo)致的信號(hào)衰落、高速移動(dòng)帶來(lái)的多普勒頻移、以及網(wǎng)絡(luò)安全和隱私保護(hù)等挑戰(zhàn)。移動(dòng)通信的特點(diǎn)與挑戰(zhàn)挑戰(zhàn)特點(diǎn)移動(dòng)通信技術(shù)基礎(chǔ)02

蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)蜂窩概念蜂窩移動(dòng)通信采用蜂窩無(wú)線組網(wǎng)方式，通過(guò)無(wú)線信道將移動(dòng)終端與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，用戶可以在蜂窩覆蓋范圍內(nèi)進(jìn)行通信。頻率復(fù)用蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)通過(guò)頻率復(fù)用技術(shù)，使得同一頻率可以在不同小區(qū)內(nèi)重復(fù)使用，從而提高了頻譜利用率。越區(qū)切換當(dāng)用戶在不同小區(qū)間移動(dòng)時(shí)，蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)可以進(jìn)行越區(qū)切換，保證用戶通信的連續(xù)性。123衛(wèi)星移動(dòng)通信利用衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)微波信號(hào)，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地面站之間的通信。衛(wèi)星通信原理包括空間分系統(tǒng)、地面分系統(tǒng)、用戶分系統(tǒng)等組成部分。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)組成具有覆蓋范圍廣、不受地面條件限制、通信質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但存在傳輸時(shí)延大、終端設(shè)備復(fù)雜等缺點(diǎn)。衛(wèi)星移動(dòng)通信特點(diǎn)衛(wèi)星移動(dòng)通信技術(shù)集群移動(dòng)通信是一種共享資源、分擔(dān)費(fèi)用的無(wú)線通信方式，主要用于調(diào)度指揮、協(xié)同工作等場(chǎng)景。集群通信概念集群通信系統(tǒng)組成集群通信技術(shù)特點(diǎn)包括基站、交換機(jī)、調(diào)度臺(tái)、移動(dòng)終端等組成部分。具有快速呼叫建立、群組呼叫、優(yōu)先級(jí)控制等功能，適用于公共安全、交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。030201集群移動(dòng)通信技術(shù)無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）01利用無(wú)線通信技術(shù)在一定范圍內(nèi)建立的網(wǎng)絡(luò)，用戶可以通過(guò)WLAN接入互聯(lián)網(wǎng)或進(jìn)行局域網(wǎng)內(nèi)的通信。無(wú)線城域網(wǎng)（WMAN）02采用微波或毫米波等無(wú)線傳輸技術(shù)，主要面向城市范圍內(nèi)的寬帶無(wú)線接入需求。無(wú)線個(gè)域網(wǎng)（WPAN）03實(shí)現(xiàn)個(gè)人操作空間內(nèi)的無(wú)線通信，如藍(lán)牙（Bluetooth）、紫蜂（ZigBee）等技術(shù)。其他移動(dòng)通信技術(shù)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與協(xié)議03包括基站控制器（BSC）和基站收發(fā)信臺(tái)（BTS），負(fù)責(zé)無(wú)線信號(hào)的收發(fā)和基帶信號(hào)處理?；咀酉到y(tǒng)（BSS）移動(dòng)交換子系統(tǒng)（MSS）操作維護(hù)子系統(tǒng)（OSS）移動(dòng)臺(tái)（MS）包括移動(dòng)交換中心（MSC）和拜訪位置寄存器（VLR），負(fù)責(zé)呼叫控制、移動(dòng)性管理和數(shù)據(jù)交換。提供網(wǎng)絡(luò)操作、維護(hù)和管理功能，確保網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。即移動(dòng)終端，包括手機(jī)、平板電腦等設(shè)備，通過(guò)無(wú)線接口與基站進(jìn)行通信。移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)數(shù)據(jù)鏈路層包括媒體訪問(wèn)控制（MAC）子層和無(wú)線鏈路控制（RLC）子層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的成幀、流量控制和錯(cuò)誤控制等。物理層負(fù)責(zé)無(wú)線信號(hào)的調(diào)制、解調(diào)、編碼和解碼等物理層處理。網(wǎng)絡(luò)層包括移動(dòng)性管理（MM）、呼叫控制（CC）和會(huì)話管理（SM）等功能，負(fù)責(zé)建立、維護(hù)和釋放通信連接。應(yīng)用層提供各種應(yīng)用服務(wù)，如語(yǔ)音通話、短信、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)等。傳輸層提供可靠的端到端數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，如TCP和UDP等協(xié)議。移動(dòng)通信協(xié)議棧移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)接口與信令Um接口連接MS和BTS之間的無(wú)線接口，采用空中接口協(xié)議進(jìn)行通信。Abis接口連接BSC和BTS之間的接口，通常采用私有協(xié)議進(jìn)行通信。A接口連接BSS和MSS之間的接口，采用標(biāo)準(zhǔn)的七號(hào)信令系統(tǒng)（SS7）進(jìn)行通信。移動(dòng)應(yīng)用部分（MAP）用于實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性管理、呼叫控制和短信等業(yè)務(wù)的信令協(xié)議。無(wú)線資源控制（RRC）負(fù)責(zé)無(wú)線資源的分配、釋放和重配置等信令處理。移動(dòng)通信關(guān)鍵技術(shù)04包括頻分多址（FDMA）、時(shí)分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）等，用于區(qū)分不同用戶或終端的通信。多址技術(shù)通過(guò)調(diào)制將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸，解調(diào)則將接收到的模擬信號(hào)還原為數(shù)字信號(hào)。調(diào)制與解調(diào)技術(shù)用于提高傳輸?shù)目煽啃?，通過(guò)添加冗余信息來(lái)檢測(cè)和糾正傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤。信道編碼與解碼技術(shù)無(wú)線傳輸技術(shù)03無(wú)線廣域網(wǎng)（WWAN）包括2G、3G、4G和5G等移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，提供廣泛的無(wú)線覆蓋和高速移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸。01無(wú)線局域網(wǎng)（WLAN）基于IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)，提供短距離高速無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸。02無(wú)線城域網(wǎng)（WMAN）基于IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)，提供城域范圍內(nèi)的寬帶無(wú)線接入。無(wú)線接入技術(shù)通過(guò)定位技術(shù)確定移動(dòng)用戶的位置信息，以便網(wǎng)絡(luò)能夠準(zhǔn)確地傳遞信息和提供服務(wù)。位置管理當(dāng)用戶在不同基站或網(wǎng)絡(luò)之間移動(dòng)時(shí)，確保通信的連續(xù)性和無(wú)縫切換。切換管理允許移動(dòng)用戶在任何位置保持其IP地址不變，實(shí)現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性。移動(dòng)IP技術(shù)移動(dòng)性管理技術(shù)通過(guò)用戶名/密碼、數(shù)字證書(shū)等方式驗(yàn)證用戶身份，并授權(quán)其訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)資源。認(rèn)證與授權(quán)采用加密算法對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行加密，確保數(shù)據(jù)的機(jī)密性和完整性。加密與解密如SSL/TLS、IPSec等，提供安全的通信通道和數(shù)據(jù)傳輸保護(hù)。安全協(xié)議網(wǎng)絡(luò)安全與加密技術(shù)移動(dòng)通信業(yè)務(wù)與應(yīng)用05語(yǔ)音信箱當(dāng)用戶無(wú)法接聽(tīng)電話時(shí)，可將來(lái)電轉(zhuǎn)接到語(yǔ)音信箱，以便用戶稍后聽(tīng)取留言。語(yǔ)音通話提供基本的語(yǔ)音通話功能，包括本地通話、長(zhǎng)途通話和國(guó)際漫游通話等。多方通話支持多個(gè)用戶同時(shí)參與通話，實(shí)現(xiàn)電話會(huì)議功能。語(yǔ)音業(yè)務(wù)短信服務(wù)提供文本信息的發(fā)送和接收功能，包括點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短信、彩信和增強(qiáng)型短信等。移動(dòng)數(shù)據(jù)通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，如GPRS、EDGE、3G、4G和5G等。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)基于移動(dòng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為用戶提供網(wǎng)頁(yè)瀏覽、在線音視頻、社交媒體和游戲等互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)基于位置的信息服務(wù)根據(jù)用戶位置信息，提供周邊搜索、位置相關(guān)的廣告和推薦等個(gè)性化服務(wù)。位置跟蹤與監(jiān)控對(duì)企業(yè)或個(gè)人資產(chǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)控，確保資產(chǎn)安全。定位服務(wù)利用移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)，提供用戶位置信息，支持導(dǎo)航、位置共享和緊急救援等應(yīng)用。位置服務(wù)與應(yīng)用5G新應(yīng)用利用5G網(wǎng)絡(luò)的高速度、低時(shí)延和大連接數(shù)特性，支持虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、自動(dòng)駕駛和遠(yuǎn)程醫(yī)療等創(chuàng)新應(yīng)用。邊緣計(jì)算與云計(jì)算結(jié)合將部分計(jì)算任務(wù)卸載到網(wǎng)絡(luò)邊緣，降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延，提高處理效率，同時(shí)結(jié)合云計(jì)算資源實(shí)現(xiàn)彈性擴(kuò)展和按需服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)通信通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的互聯(lián)互通，支持智能家居、工業(yè)自動(dòng)化和智慧城市等應(yīng)用。物聯(lián)網(wǎng)與5G應(yīng)用移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)與挑戰(zhàn)065G/6G網(wǎng)絡(luò)將采用更加靈活、高效和智能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括SDN、NFV、云計(jì)算、邊緣計(jì)算等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片、自組織網(wǎng)絡(luò)、低時(shí)延高可靠等特性。5G/6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G/6G將采用一系列關(guān)鍵技術(shù)，如大規(guī)模MIMO、波束賦形、超密集組網(wǎng)、全雙工通信等，提高網(wǎng)絡(luò)容量、頻譜效率和傳輸可靠性。5G/6G關(guān)鍵技術(shù)5G/6G將應(yīng)用于各種場(chǎng)景，如智慧城市、智能交通、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程醫(yī)療等，推動(dòng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級(jí)。5G/6G應(yīng)用場(chǎng)景5G/6G移動(dòng)通信技術(shù)展望AI賦能移動(dòng)通信AI技術(shù)可用于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)、優(yōu)化和運(yùn)維等各個(gè)環(huán)節(jié)，提高網(wǎng)絡(luò)性能和運(yùn)營(yíng)效率。移動(dòng)通信助力AI發(fā)展移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)為AI提供了海量的數(shù)據(jù)和強(qiáng)大的計(jì)算能力，推動(dòng)了AI技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應(yīng)用拓展。AI與移動(dòng)通信的深度融合未來(lái)，AI將與移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)深度融合，實(shí)現(xiàn)智能化、自適應(yīng)和自主化的網(wǎng)絡(luò)管理和服務(wù)。移動(dòng)通信與人工智能的融合綠色通信理念綠色通信是指在保證通信質(zhì)量的前提下，盡可能地降低能源消耗和減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。節(jié)能減排技術(shù)為實(shí)現(xiàn)綠色通信，需要采用一系列節(jié)能減排技術(shù)，如高效能設(shè)備、節(jié)能算法、可再生能源等。綠色通信標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范為推動(dòng)綠色通信的發(fā)展，需要制定和完善相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)共同推進(jìn)綠色通信的落地實(shí)施。綠色通信與節(jié)能減排的挑戰(zhàn)