程信息 現(xiàn)代移動通信（新版教材課件）

現(xiàn)代移動通信技術(shù)移動通信技術(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)，移動通信技術(shù)一直在不斷革新，為人們帶來了更快的速度、更低的延遲和更強(qiáng)大的連接能力。DH投稿人：DingJunHong移動通信簡史15G超高速率，低延遲，大容量24G高速數(shù)據(jù)傳輸，移動互聯(lián)網(wǎng)33G移動互聯(lián)網(wǎng)的開端，視頻通話42G數(shù)字通信，短信，彩信51G模擬通信，語音通話移動通信技術(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、從語音通話到移動互聯(lián)網(wǎng)的重大變革。每代移動通信技術(shù)的出現(xiàn)，都帶來了新的應(yīng)用場景和用戶體驗，推動了社會經(jīng)濟(jì)和人類生活的巨大進(jìn)步。1G模擬蜂窩移動通信第一代移動通信1G主要采用模擬技術(shù)，使用AMPS標(biāo)準(zhǔn)。有限通話容量通話質(zhì)量較差，容易受到干擾，通話容量有限?；竟δ苤饕糜谡Z音通話，無法提供數(shù)據(jù)服務(wù)。2G數(shù)字蜂窩移動通信技術(shù)突破2G技術(shù)是移動通信領(lǐng)域的一次重大進(jìn)步。它標(biāo)志著移動通信從模擬時代邁入數(shù)字時代，為用戶提供了更高的通話質(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)，實現(xiàn)了數(shù)字信號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，成為移動通信的標(biāo)準(zhǔn)。GSM系統(tǒng)架構(gòu)GSM系統(tǒng)架構(gòu)由多個網(wǎng)絡(luò)實體組成，包括移動臺(MS)、基站控制器(BSC)、基站(BTS)、移動交換中心(MSC)、歸屬位置寄存器(HLR)和鑒權(quán)中心(AUC)。移動臺是用戶使用的手機(jī)，基站是負(fù)責(zé)與移動臺通信的設(shè)備，基站控制器管理多個基站，移動交換中心負(fù)責(zé)連接不同的基站和移動臺，歸屬位置寄存器存儲用戶的身份信息，鑒權(quán)中心負(fù)責(zé)驗證用戶的身份。GPRS增強(qiáng)型數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)GPRS簡介GPRS是一種基于GSM的分組數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，用于移動設(shè)備訪問互聯(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)計費GPRS使用按流量計費的方式，用戶只需為實際使用的流量付費。3GTD-SCDMA與WCDMATD-SCDMA中國自主研發(fā)的3G標(biāo)準(zhǔn)，采用時分同步碼分多址技術(shù)，特點是低成本、易部署、低功耗，適合于中國市場需求。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，WCDMA在數(shù)據(jù)速率和覆蓋范圍方面更具優(yōu)勢，兩者各有優(yōu)劣，在全球市場上形成了競爭格局。3G系統(tǒng)的特點和應(yīng)用特點應(yīng)用高速數(shù)據(jù)傳輸移動互聯(lián)網(wǎng)接入語音通話質(zhì)量提升視頻通話支持多種數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)移動電視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，使實時應(yīng)用和交互式服務(wù)成為可能。3高容量LTE支持更高的用戶容量，滿足日益增長的移動數(shù)據(jù)流量需求。4靈活性和可擴(kuò)展性LTE可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求靈活調(diào)整帶寬分配，并支持多種移動終端。LTE系統(tǒng)架構(gòu)LTE系統(tǒng)架構(gòu)主要分為用戶設(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)與用戶設(shè)備和核心網(wǎng)通信，核心網(wǎng)負(fù)責(zé)管理用戶數(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新無線接入技術(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是非獨立組網(wǎng)，依賴于現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)，而SA是獨立組網(wǎng)，使用獨立的5G核心網(wǎng)。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的扁平化設(shè)計，能夠簡化網(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，提高系統(tǒng)容量和頻譜效率，同時降低發(fā)射功率。波束賦形將信號集中到特定方向，提高信號強(qiáng)度，減少干擾，提升用戶體驗。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)資源劃分為多個虛擬網(wǎng)絡(luò)，滿足不同業(yè)務(wù)需求，提高網(wǎng)絡(luò)效率。5G應(yīng)用場景智能交通自動駕駛汽車，實時交通信息，智能停車場。遠(yuǎn)程醫(yī)療遠(yuǎn)程診斷，遠(yuǎn)程手術(shù)，遠(yuǎn)程監(jiān)測，遠(yuǎn)程健康管理。工業(yè)自動化遠(yuǎn)程控制，實時監(jiān)控，預(yù)測性維護(hù)，提高生產(chǎn)效率。虛擬現(xiàn)實沉浸式游戲，VR直播，VR培訓(xùn)，VR設(shè)計。蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)由多個蜂窩小區(qū)組成，每個小區(qū)覆蓋一定范圍的地理區(qū)域。小區(qū)之間通過基站互聯(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間資源，以確保不同小區(qū)之間不會相互干擾。蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要考慮覆蓋范圍、容量、頻譜效率等因素。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)劣直接影響到移動通信服務(wù)的質(zhì)量和用戶體驗。頻譜資源與信道劃分移動通信系統(tǒng)使用無線電頻譜資源進(jìn)行通信，因此需要對頻譜資源進(jìn)行合理分配和管理，以確保不同用戶的通信質(zhì)量。信道劃分是指將整個頻譜資源劃分為多個獨立的信道，每個信道分配給一個用戶或一組用戶使用，以避免不同用戶之間的干擾。語音信道數(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)，以模擬信號為基礎(chǔ)，頻譜利用率低，容量有限，語音質(zhì)量差。數(shù)字蜂窩通信2G系統(tǒng)，使用數(shù)字信號，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。第三代移動通信3G系統(tǒng)，主要特點是高速率數(shù)據(jù)傳輸，支持語音和數(shù)據(jù)一體化服務(wù)，代表技術(shù)包括TD-SCDMA和WCDMA。第四代移動通信4G系統(tǒng)，以高速率、低延遲和高容量為主要特點，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，支持更豐富的應(yīng)用場景，例如物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)和云計算。蜂窩網(wǎng)絡(luò)功能分層物理層負(fù)責(zé)無線信號的傳輸和接收數(shù)據(jù)鏈路層確保數(shù)據(jù)在無線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)管理用戶接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)的過程。它控制用戶接入蜂窩網(wǎng)絡(luò)，并分配相應(yīng)的資源。接入控制功能包括身份驗證、授權(quán)和鑒權(quán)，確保用戶合法使用網(wǎng)絡(luò)資源。信道分配信道分配負(fù)責(zé)分配無線資源給用戶，例如頻率、時間段和功率。信道分配策略通?；陬l率復(fù)用、時間復(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分配給每個用戶不同的頻率段，以避免相互干擾。22.時分多址(TDMA)TDMA在時間上將信道分成不同的時隙，每個用戶在分配的時隙內(nèi)使用相同的頻率。33.碼分多址(CDMA)CDMA通過不同的編碼區(qū)分不同的用戶，每個用戶使用相同的頻率和時間。44.空分多址(SDMA)SDMA通過不同的天線方向和波束形成技術(shù)，將不同用戶的數(shù)據(jù)信號分配到不同的空間區(qū)域。移動性管理與無縫切換移動性管理移動性管理負(fù)責(zé)追蹤移動用戶的地理位置，為其分配資源，并確保通話和數(shù)據(jù)連接的穩(wěn)定性。無縫切換無縫切換是指用戶在移動過程中，從一個基站切換到另一個基站時，不會出現(xiàn)通話中斷或數(shù)據(jù)連接斷開的情況。切換流程切換流程涉及信號強(qiáng)度監(jiān)測、基站選擇、信道分配、數(shù)據(jù)傳輸?shù)炔襟E，確保切換過程快速、平穩(wěn)。編碼與調(diào)制技術(shù)數(shù)字信號編碼將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為適合無線傳輸?shù)男盘栃问?。常見的編碼方式包括曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。模擬信號調(diào)制將數(shù)字信號疊加到載波信號上，實現(xiàn)無線傳輸。常見調(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)將信號分成多個子載波進(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)代無線通信系統(tǒng)。天線技術(shù)與信號傳輸天線類型各種天線類型，例如全向天線、定向天線等。信號傳輸無線電波通過天線發(fā)射和接收，完成信號傳輸。干擾抑制利用天線技術(shù)來抑制無線電信號的干擾。電磁波譜不同的頻率范圍對應(yīng)不同類型的電磁波。安全性與隱私保護(hù)數(shù)據(jù)加密移動通信中，數(shù)據(jù)加密技術(shù)可防止數(shù)據(jù)被竊取或篡改。常見的加密算法包括AES和DES等。身份認(rèn)證用戶身份驗證可防止未經(jīng)授權(quán)的訪問。SIM卡和網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證等方法可以確保用戶身份的真實性。安全協(xié)議移動通信網(wǎng)絡(luò)采用各種安全協(xié)議，例如TLS和SSL，來保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸過程中的機(jī)密性和完整性。隱私保護(hù)移動通信運營商和設(shè)備制造商需要采取措施保護(hù)用戶隱私。例如，用戶數(shù)據(jù)存儲和訪問需要受到嚴(yán)格控制。移動通信發(fā)展趨勢網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍移動通信技術(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)升級移動通信技術(shù)不斷升級，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，用戶體驗不斷優(yōu)化。應(yīng)用擴(kuò)展移動通信應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，從傳統(tǒng)的語音通話和短信到移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、車聯(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)。未來移動通信展望萬物互聯(lián)未來移動通信將實現(xiàn)萬物互聯(lián)，連接人、物、數(shù)據(jù)，構(gòu)建智慧社會。超高速率未來移動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。智能化未來移動通信將融合人工智能技術(shù)，實現(xiàn)更智能、更個性化的服務(wù)。低延遲未來移動通信將提供低延遲服務(wù)，支持自動駕駛等實時性要求高的應(yīng)用。本課程小結(jié)移動通信技術(shù)發(fā)展史從1G到5G，移動通信技術(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)用范圍越來越廣闊。核心技術(shù)多址接入技術(shù)、編