現(xiàn)代通信技術(shù)(下)4.4章移動通信

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

蜂窩移動通信技術(shù)蜂窩概念蜂窩移動通信采用蜂窩無線組網(wǎng)方式，通過無線信道將移動終端與網(wǎng)絡(luò)進行連接，用戶可以在蜂窩覆蓋范圍內(nèi)進行通信。頻率復用蜂窩移動通信系統(tǒng)通過頻率復用技術(shù)，使得同一頻率可以在不同小區(qū)內(nèi)重復使用，從而提高了頻譜利用率。越區(qū)切換當用戶在不同小區(qū)間移動時，蜂窩移動通信系統(tǒng)可以進行越區(qū)切換，保證用戶通信的連續(xù)性。123衛(wèi)星移動通信利用衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)微波信號，實現(xiàn)兩個或多個地面站之間的通信。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，但存在傳輸時延大、終端設(shè)備復雜等缺點。衛(wèi)星移動通信特點衛(wèi)星移動通信技術(shù)集群移動通信是一種共享資源、分擔費用的無線通信方式，主要用于調(diào)度指揮、協(xié)同工作等場景。集群通信概念集群通信系統(tǒng)組成集群通信技術(shù)特點包括基站、交換機、調(diào)度臺、移動終端等組成部分。具有快速呼叫建立、群組呼叫、優(yōu)先級控制等功能，適用于公共安全、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域。030201集群移動通信技術(shù)無線局域網(wǎng)（WLAN）01利用無線通信技術(shù)在一定范圍內(nèi)建立的網(wǎng)絡(luò)，用戶可以通過WLAN接入互聯(lián)網(wǎng)或進行局域網(wǎng)內(nèi)的通信。無線城域網(wǎng)（WMAN）02采用微波或毫米波等無線傳輸技術(shù)，主要面向城市范圍內(nèi)的寬帶無線接入需求。無線個域網(wǎng)（WPAN）03實現(xiàn)個人操作空間內(nèi)的無線通信，如藍牙（Bluetooth）、紫蜂（ZigBee）等技術(shù)。其他移動通信技術(shù)移動通信網(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（BTS），負責無線信號的收發(fā)和基帶信號處理?；咀酉到y(tǒng)（BSS）移動交換子系統(tǒng)（MSS）操作維護子系統(tǒng)（OSS）移動臺（MS）包括移動交換中心（MSC）和拜訪位置寄存器（VLR），負責呼叫控制、移動性管理和數(shù)據(jù)交換。提供網(wǎng)絡(luò)操作、維護和管理功能，確保網(wǎng)絡(luò)的正常運行。即移動終端，包括手機、平板電腦等設(shè)備，通過無線接口與基站進行通信。移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)數(shù)據(jù)鏈路層包括媒體訪問控制（MAC）子層和無線鏈路控制（RLC）子層，負責數(shù)據(jù)的成幀、流量控制和錯誤控制等。物理層負責無線信號的調(diào)制、解調(diào)、編碼和解碼等物理層處理。網(wǎng)絡(luò)層包括移動性管理（MM）、呼叫控制（CC）和會話管理（SM）等功能，負責建立、維護和釋放通信連接。應用層提供各種應用服務(wù)，如語音通話、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。移動通信協(xié)議棧移動通信網(wǎng)絡(luò)接口與信令Um接口連接MS和BTS之間的無線接口，采用空中接口協(xié)議進行通信。Abis接口連接BSC和BTS之間的接口，通常采用私有協(xié)議進行通信。A接口連接BSS和MSS之間的接口，采用標準的七號信令系統(tǒng)（SS7）進行通信。移動應用部分（MAP）用于實現(xiàn)移動性管理、呼叫控制和短信等業(yè)務(wù)的信令協(xié)議。無線資源控制（RRC）負責無線資源的分配、釋放和重配置等信令處理。移動通信關(guān)鍵技術(shù)04包括頻分多址（FDMA）、時分多址（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)通過調(diào)制將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號進行傳輸，解調(diào)則將接收到的模擬信號還原為數(shù)字信號。調(diào)制與解調(diào)技術(shù)用于提高傳輸?shù)目煽啃?，通過添加冗余信息來檢測和糾正傳輸過程中的錯誤。信道編碼與解碼技術(shù)無線傳輸技術(shù)03無線廣域網(wǎng)（WWAN）包括2G、3G、4G和5G等移動通信網(wǎng)絡(luò)，提供廣泛的無線覆蓋和高速移動數(shù)據(jù)傳輸。01無線局域網(wǎng)（WLAN）基于IEEE802.11標準，提供短距離高速無線數(shù)據(jù)傳輸。02無線城域網(wǎng)（WMAN）基于IEEE802.16標準，提供城域范圍內(nèi)的寬帶無線接入。無線接入技術(shù)通過定位技術(shù)確定移動用戶的位置信息，以便網(wǎng)絡(luò)能夠準確地傳遞信息和提供服務(wù)。位置管理當用戶在不同基站或網(wǎng)絡(luò)之間移動時，確保通信的連續(xù)性和無縫切換。切換管理允許移動用戶在任何位置保持其IP地址不變，實現(xiàn)跨網(wǎng)絡(luò)的移動性。移動IP技術(shù)移動性管理技術(shù)通過用戶名/密碼、數(shù)字證書等方式驗證用戶身份，并授權(quán)其訪問網(wǎng)絡(luò)資源。認證與授權(quán)采用加密算法對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行加密，確保數(shù)據(jù)的機密性和完整性。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。安全協(xié)議網(wǎng)絡(luò)安全與加密技術(shù)移動通信業(yè)務(wù)與應用05語音信箱當用戶無法接聽電話時，可將來電轉(zhuǎn)接到語音信箱，以便用戶稍后聽取留言。語音通話提供基本的語音通話功能，包括本地通話、長途通話和國際漫游通話等。多方通話支持多個用戶同時參與通話，實現(xiàn)電話會議功能。語音業(yè)務(wù)短信服務(wù)提供文本信息的發(fā)送和接收功能，包括點對點短信、彩信和增強型短信等。移動數(shù)據(jù)通過移動通信網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，如GPRS、EDGE、3G、4G和5G等。移動互聯(lián)網(wǎng)基于移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為用戶提供網(wǎng)頁瀏覽、在線音視頻、社交媒體和游戲等互聯(lián)網(wǎng)應用。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)的廣告和推薦等個性化服務(wù)。位置跟蹤與監(jiān)控對企業(yè)或個人資產(chǎn)進行實時跟蹤和監(jiān)控，確保資產(chǎn)安全。定位服務(wù)利用移動通信網(wǎng)絡(luò)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)，提供用戶位置信息，支持導航、位置共享和緊急救援等應用。位置服務(wù)與應用5G新應用利用5G網(wǎng)絡(luò)的高速度、低時延和大連接數(shù)特性，支持虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、自動駕駛和遠程醫(yī)療等創(chuàng)新應用。邊緣計算與云計算結(jié)合將部分計算任務(wù)卸載到網(wǎng)絡(luò)邊緣，降低數(shù)據(jù)傳輸時延，提高處理效率，同時結(jié)合云計算資源實現(xiàn)彈性擴展和按需服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)通信通過移動通信網(wǎng)絡(luò)實現(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)自動化和智慧城市等應用。物聯(lián)網(wǎng)與5G應用移動通信發(fā)展趨勢與挑戰(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、云計算、邊緣計算等技術(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片、自組織網(wǎng)絡(luò)、低時延高可靠等特性。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將應用于各種場景，如智慧城市、智能交通、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、遠程醫(yī)療等，推動數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級。5G/6G應用場景5G/6G移動通信技術(shù)展望AI賦能移動通信AI技術(shù)可用于移動通信網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃、設(shè)計、優(yōu)化和運維等各個環(huán)節(jié)，提高網(wǎng)絡(luò)性能和運營效率。移動通信助力AI發(fā)展移動通信網(wǎng)絡(luò)為AI提供了海量的數(shù)據(jù)和強大的計算能力，推動了AI技術(shù)的不斷創(chuàng)新和應用拓展。AI與移動通信的深度融合未來，AI將與移動通信網(wǎng)絡(luò)深度融合，實現(xiàn)智能化、自適應和自主化的網(wǎng)絡(luò)管理和服務(wù)。移動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，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。節(jié)能減排技術(shù)為實現(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。綠色通信標準與規(guī)范為推動綠色通信的發(fā)展，需要制定和完善相關(guān)的標準與規(guī)范，引導產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)共同推進綠色通信的落地實施。綠色通信與節(jié)能減排的挑戰(zhàn)