程信息 現(xiàn)代移動(dòng)通信（新版教材課件）

現(xiàn)代移動(dòng)通信技術(shù)移動(dòng)通信技術(shù)已經(jīng)徹底改變了人們的生活方式，并繼續(xù)以驚人的速度發(fā)展。從早期的蜂窩網(wǎng)絡(luò)到如今的5G網(wǎng)絡(luò)，移動(dòng)通信技術(shù)一直在不斷革新，為人們帶來(lái)了更快的速度、更低的延遲和更強(qiáng)大的連接能力。DH投稿人：DingJunHong移動(dòng)通信簡(jiǎn)史15G超高速率，低延遲，大容量24G高速數(shù)據(jù)傳輸，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)33G移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的開(kāi)端，視頻通話(huà)42G數(shù)字通信，短信，彩信51G模擬通信，語(yǔ)音通話(huà)移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展至今，經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字、從低速率到高速率、從語(yǔ)音通話(huà)到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的重大變革。每代移動(dòng)通信技術(shù)的出現(xiàn)，都帶來(lái)了新的應(yīng)用場(chǎng)景和用戶(hù)體驗(yàn)，推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)和人類(lèi)生活的巨大進(jìn)步。1G模擬蜂窩移動(dòng)通信第一代移動(dòng)通信1G主要采用模擬技術(shù)，使用AMPS標(biāo)準(zhǔn)。有限通話(huà)容量通話(huà)質(zhì)量較差，容易受到干擾，通話(huà)容量有限?；竟δ苤饕糜谡Z(yǔ)音通話(huà)，無(wú)法提供數(shù)據(jù)服務(wù)。2G數(shù)字蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)突破2G技術(shù)是移動(dòng)通信領(lǐng)域的一次重大進(jìn)步。它標(biāo)志著移動(dòng)通信從模擬時(shí)代邁入數(shù)字時(shí)代，為用戶(hù)提供了更高的通話(huà)質(zhì)量、更快的傳輸速度以及更豐富的功能。關(guān)鍵技術(shù)2G主要采用了GSM和CDMA技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)傳輸和更有效地頻譜利用。GSM在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用，成為移動(dòng)通信的標(biāo)準(zhǔn)。GSM系統(tǒng)架構(gòu)GSM系統(tǒng)架構(gòu)由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)體組成，包括移動(dòng)臺(tái)(MS)、基站控制器(BSC)、基站(BTS)、移動(dòng)交換中心(MSC)、歸屬位置寄存器(HLR)和鑒權(quán)中心(AUC)。移動(dòng)臺(tái)是用戶(hù)使用的手機(jī)，基站是負(fù)責(zé)與移動(dòng)臺(tái)通信的設(shè)備，基站控制器管理多個(gè)基站，移動(dòng)交換中心負(fù)責(zé)連接不同的基站和移動(dòng)臺(tái)，歸屬位置寄存器存儲(chǔ)用戶(hù)的身份信息，鑒權(quán)中心負(fù)責(zé)驗(yàn)證用戶(hù)的身份。GPRS增強(qiáng)型數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)GPRS簡(jiǎn)介GPRS是一種基于GSM的分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，用于移動(dòng)設(shè)備訪(fǎng)問(wèn)互聯(lián)網(wǎng)和各種數(shù)據(jù)服務(wù)。速度提升與傳統(tǒng)的電路數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)相比，GPRS提供了更快的速度和更高的數(shù)據(jù)傳輸效率。數(shù)據(jù)計(jì)費(fèi)GPRS使用按流量計(jì)費(fèi)的方式，用戶(hù)只需為實(shí)際使用的流量付費(fèi)。3GTD-SCDMA與WCDMATD-SCDMA中國(guó)自主研發(fā)的3G標(biāo)準(zhǔn)，采用時(shí)分同步碼分多址技術(shù)，特點(diǎn)是低成本、易部署、低功耗，適合于中國(guó)市場(chǎng)需求。WCDMA由歐洲主導(dǎo)的3G標(biāo)準(zhǔn)，采用寬帶碼分多址技術(shù)，特點(diǎn)是數(shù)據(jù)速率高、覆蓋范圍廣，在全球范圍內(nèi)得到廣泛應(yīng)用。技術(shù)比較TD-SCDMA在頻譜利用率和成本方面具有優(yōu)勢(shì)，WCDMA在數(shù)據(jù)速率和覆蓋范圍方面更具優(yōu)勢(shì)，兩者各有優(yōu)劣，在全球市場(chǎng)上形成了競(jìng)爭(zhēng)格局。3G系統(tǒng)的特點(diǎn)和應(yīng)用特點(diǎn)應(yīng)用高速數(shù)據(jù)傳輸移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)接入語(yǔ)音通話(huà)質(zhì)量提升視頻通話(huà)支持多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)移動(dòng)電視4GLTE技術(shù)1高速數(shù)據(jù)傳輸LTE提供高達(dá)100Mbps的下行速率和50Mbps的上行速率，滿(mǎn)足高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蟆?低延遲LTE技術(shù)顯著降低了延遲，使實(shí)時(shí)應(yīng)用和交互式服務(wù)成為可能。3高容量LTE支持更高的用戶(hù)容量，滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量需求。4靈活性和可擴(kuò)展性L(fǎng)TE可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求靈活調(diào)整帶寬分配，并支持多種移動(dòng)終端。LTE系統(tǒng)架構(gòu)LTE系統(tǒng)架構(gòu)主要分為用戶(hù)設(shè)備（UE）、演進(jìn)型基站（eNodeB）、核心網(wǎng)（EPC）以及相關(guān)接口。用戶(hù)設(shè)備負(fù)責(zé)與基站通信，演進(jìn)型基站負(fù)責(zé)與用戶(hù)設(shè)備和核心網(wǎng)通信，核心網(wǎng)負(fù)責(zé)管理用戶(hù)數(shù)據(jù)和提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，接口負(fù)責(zé)連接各部分。5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)11.5GNR新無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)，支持高數(shù)據(jù)速率、低延遲、高連接密度等。22.5GCore新一代核心網(wǎng)，支持網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化等。33.5G頻譜支持更高頻段，例如毫米波頻段，可提供更高的帶寬和容量。44.5G安全增強(qiáng)安全機(jī)制，包括網(wǎng)絡(luò)切片隔離、數(shù)據(jù)加密、身份驗(yàn)證等。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是基于以太網(wǎng)技術(shù)，采用扁平化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并支持多種接入技術(shù)，包括NSA和SA。NSA是非獨(dú)立組網(wǎng)，依賴(lài)于現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)，而SA是獨(dú)立組網(wǎng)，使用獨(dú)立的5G核心網(wǎng)。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的扁平化設(shè)計(jì)，能夠簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)管理，并提高網(wǎng)絡(luò)效率。5G關(guān)鍵技術(shù)MassiveMIMO利用大量天線(xiàn)，提高系統(tǒng)容量和頻譜效率，同時(shí)降低發(fā)射功率。波束賦形將信號(hào)集中到特定方向，提高信號(hào)強(qiáng)度，減少干擾，提升用戶(hù)體驗(yàn)。毫米波通信使用更高的頻率，提供更高的帶寬和數(shù)據(jù)速率，滿(mǎn)足高速率業(yè)務(wù)需求。網(wǎng)絡(luò)切片將網(wǎng)絡(luò)資源劃分為多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，滿(mǎn)足不同業(yè)務(wù)需求，提高網(wǎng)絡(luò)效率。5G應(yīng)用場(chǎng)景智能交通自動(dòng)駕駛汽車(chē)，實(shí)時(shí)交通信息，智能停車(chē)場(chǎng)。遠(yuǎn)程醫(yī)療遠(yuǎn)程診斷，遠(yuǎn)程手術(shù)，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，遠(yuǎn)程健康管理。工業(yè)自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控，預(yù)測(cè)性維護(hù)，提高生產(chǎn)效率。虛擬現(xiàn)實(shí)沉浸式游戲，VR直播，VR培訓(xùn)，VR設(shè)計(jì)。蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)由多個(gè)蜂窩小區(qū)組成，每個(gè)小區(qū)覆蓋一定范圍的地理區(qū)域。小區(qū)之間通過(guò)基站互聯(lián)，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。蜂窩小區(qū)使用特定的頻率和時(shí)間資源，以確保不同小區(qū)之間不會(huì)相互干擾。蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要考慮覆蓋范圍、容量、頻譜效率等因素。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣直接影響到移動(dòng)通信服務(wù)的質(zhì)量和用戶(hù)體驗(yàn)。頻譜資源與信道劃分移動(dòng)通信系統(tǒng)使用無(wú)線(xiàn)電頻譜資源進(jìn)行通信，因此需要對(duì)頻譜資源進(jìn)行合理分配和管理，以確保不同用戶(hù)的通信質(zhì)量。信道劃分是指將整個(gè)頻譜資源劃分為多個(gè)獨(dú)立的信道，每個(gè)信道分配給一個(gè)用戶(hù)或一組用戶(hù)使用，以避免不同用戶(hù)之間的干擾。語(yǔ)音信道數(shù)據(jù)信道控制信道蜂窩系統(tǒng)制式演進(jìn)模擬蜂窩通信1G系統(tǒng)，以模擬信號(hào)為基礎(chǔ)，頻譜利用率低，容量有限，語(yǔ)音質(zhì)量差。數(shù)字蜂窩通信2G系統(tǒng)，使用數(shù)字信號(hào)，容量和質(zhì)量大幅提升，引入了數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，代表技術(shù)包括GSM。第三代移動(dòng)通信3G系統(tǒng)，主要特點(diǎn)是高速率數(shù)據(jù)傳輸，支持語(yǔ)音和數(shù)據(jù)一體化服務(wù)，代表技術(shù)包括TD-SCDMA和WCDMA。第四代移動(dòng)通信4G系統(tǒng)，以高速率、低延遲和高容量為主要特點(diǎn)，代表技術(shù)包括LTE，數(shù)據(jù)傳輸速度大幅提高。第五代移動(dòng)通信5G系統(tǒng)，以超高速率、超低延遲和海量連接為主要特點(diǎn)，支持更豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，例如物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算。蜂窩網(wǎng)絡(luò)功能分層物理層負(fù)責(zé)無(wú)線(xiàn)信號(hào)的傳輸和接收數(shù)據(jù)鏈路層確保數(shù)據(jù)在無(wú)線(xiàn)鏈路上的可靠傳輸網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的路由和尋址傳輸層提供端到端的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)接入控制與信道分配接入控制接入控制負(fù)責(zé)管理用戶(hù)接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程。它控制用戶(hù)接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)，并分配相應(yīng)的資源。接入控制功能包括身份驗(yàn)證、授權(quán)和鑒權(quán)，確保用戶(hù)合法使用網(wǎng)絡(luò)資源。信道分配信道分配負(fù)責(zé)分配無(wú)線(xiàn)資源給用戶(hù)，例如頻率、時(shí)間段和功率。信道分配策略通?；陬l率復(fù)用、時(shí)間復(fù)用和空間復(fù)用等技術(shù)，以提高網(wǎng)絡(luò)效率。多址接入技術(shù)11.頻分多址(FDMA)FDMA分配給每個(gè)用戶(hù)不同的頻率段，以避免相互干擾。22.時(shí)分多址(TDMA)TDMA在時(shí)間上將信道分成不同的時(shí)隙，每個(gè)用戶(hù)在分配的時(shí)隙內(nèi)使用相同的頻率。33.碼分多址(CDMA)CDMA通過(guò)不同的編碼區(qū)分不同的用戶(hù)，每個(gè)用戶(hù)使用相同的頻率和時(shí)間。44.空分多址(SDMA)SDMA通過(guò)不同的天線(xiàn)方向和波束形成技術(shù)，將不同用戶(hù)的數(shù)據(jù)信號(hào)分配到不同的空間區(qū)域。移動(dòng)性管理與無(wú)縫切換移動(dòng)性管理移動(dòng)性管理負(fù)責(zé)追蹤移動(dòng)用戶(hù)的地理位置，為其分配資源，并確保通話(huà)和數(shù)據(jù)連接的穩(wěn)定性。無(wú)縫切換無(wú)縫切換是指用戶(hù)在移動(dòng)過(guò)程中，從一個(gè)基站切換到另一個(gè)基站時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)通話(huà)中斷或數(shù)據(jù)連接斷開(kāi)的情況。切換流程切換流程涉及信號(hào)強(qiáng)度監(jiān)測(cè)、基站選擇、信道分配、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔襟E，確保切換過(guò)程快速、平穩(wěn)。編碼與調(diào)制技術(shù)數(shù)字信號(hào)編碼將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)男盘?hào)形式。常見(jiàn)的編碼方式包括曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。模擬信號(hào)調(diào)制將數(shù)字信號(hào)疊加到載波信號(hào)上，實(shí)現(xiàn)無(wú)線(xiàn)傳輸。常見(jiàn)調(diào)制方式包括幅度調(diào)制(AM)、頻率調(diào)制(FM)和相位調(diào)制(PM)。正交頻分復(fù)用(OFDM)將信號(hào)分成多個(gè)子載波進(jìn)行傳輸，提高頻譜利用率和抗干擾能力。廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。天線(xiàn)技術(shù)與信號(hào)傳輸天線(xiàn)類(lèi)型各種天線(xiàn)類(lèi)型，例如全向天線(xiàn)、定向天線(xiàn)等。信號(hào)傳輸無(wú)線(xiàn)電波通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射和接收，完成信號(hào)傳輸。干擾抑制利用天線(xiàn)技術(shù)來(lái)抑制無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的干擾。電磁波譜不同的頻率范圍對(duì)應(yīng)不同類(lèi)型的電磁波。安全性與隱私保護(hù)數(shù)據(jù)加密移動(dòng)通信中，數(shù)據(jù)加密技術(shù)可防止數(shù)據(jù)被竊取或篡改。常見(jiàn)的加密算法包括AES和DES等。身份認(rèn)證用戶(hù)身份驗(yàn)證可防止未經(jīng)授權(quán)的訪(fǎng)問(wèn)。SIM卡和網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證等方法可以確保用戶(hù)身份的真實(shí)性。安全協(xié)議移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)采用各種安全協(xié)議，例如TLS和SSL，來(lái)保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的機(jī)密性和完整性。隱私保護(hù)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備制造商需要采取措施保護(hù)用戶(hù)隱私。例如，用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪(fǎng)問(wèn)需要受到嚴(yán)格控制。移動(dòng)通信發(fā)展趨勢(shì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍移動(dòng)通信技術(shù)不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，覆蓋更多區(qū)域和人口，為更多人提供服務(wù)。技術(shù)升級(jí)移動(dòng)通信技術(shù)不斷升級(jí)，從2G到5G，數(shù)據(jù)傳輸速度不斷提升，網(wǎng)絡(luò)容量不斷增大，用戶(hù)體驗(yàn)不斷優(yōu)化。應(yīng)用擴(kuò)展移動(dòng)通信應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，從傳統(tǒng)的語(yǔ)音通話(huà)和短信到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等新興領(lǐng)域，提供更豐富的服務(wù)。融合發(fā)展移動(dòng)通信與其他技術(shù)融合發(fā)展，例如衛(wèi)星通信、光纖通信等，構(gòu)建更強(qiáng)大、更完善的通信網(wǎng)絡(luò)。未來(lái)移動(dòng)通信展望萬(wàn)物互聯(lián)未來(lái)移動(dòng)通信將實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)，連接人、物、數(shù)據(jù)，構(gòu)建智慧社會(huì)。超高速率未來(lái)移動(dòng)通信將提供超高速率數(shù)據(jù)傳輸，支持更高清視頻和更復(fù)雜的應(yīng)用。智能化未來(lái)移動(dòng)通信將融合人工智能技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更智能、更個(gè)性化的服務(wù)。低延遲未來(lái)移動(dòng)通信將提供低延遲服務(wù)，支持自動(dòng)駕駛等實(shí)時(shí)性要求高的應(yīng)用。本課程小結(jié)移動(dòng)通信技術(shù)發(fā)展史從1G到5G，移動(dòng)通信技術(shù)不斷進(jìn)步，網(wǎng)絡(luò)容量不斷提升，數(shù)據(jù)速率大幅提升，應(yīng)用范圍越來(lái)越廣闊。核心技術(shù)多址接入技術(shù)、編