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P43～57 1.4 蜂窝移动通信系统
章节目录 2024 2023 2022 2021 2020 2019
移动通信关键技术和系统发展 2 1 1 2 2
第四代移动通信网络 2 1 2
第五代移动通信网络 1 1 1
P43～50 1.4.1 移动通信关键技术和系统发展
1. 移动通信的特点和影响效应
1）移动通信的主要特点
移动通信是指通信双方至少有一方在移动中进行信息交换的通信方式，是有线通信网
的延伸，由无线和有线两部分组成。
无线部分提供用户终端的接入，利用有限的频率资源在空中可靠地传送语音和数据；
有线部分完成网络功能，包括交换、用户管理、漫游、鉴权等。（口诀：管鉴交游）
（1）无线电波传播复杂。
（2）移动台在强干扰条件下工作。（口诀：互外同邻）
除了外部干扰，移动台互调干扰、邻道干扰和同频干扰，其中，同频干扰是特有的。
（2019.4）（2021.4）
（3）容量有限。
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（4）系统复杂。
移动通信要具有网络搜索、位置登记、越区切换、自动漫游等功能。（口诀：满搜越
位）
2）影响移动通信的主要效应（口诀：普径远影）
（1）阴影效应
大型建筑物和其他物体的阻挡，在电磁波传播的接收区域中产生传播半盲区。
（2）远近效应
移动台离基站的距离不等，那么到达基站时信号的强弱将不同，离基站近的信号强，
离基站远的信号弱。出现了以强压弱的现象，并使弱者产生掉话现象。
（3）多径效应（2024年单5）
移动台接收到的信号有多条不同路径信号，而且它们到达时的信号强度、到达时间及
到达时的载波相位都是不一样的。所接收到的信号是上述各路径信号的矢量和，也就是说
各路径之间可能产生自干扰。这类自干扰称为多径干扰或多径效应。
（4）多普勒效应
移动台高速移动时传播频率的扩散而引起的，其扩散程度与用户运动速度成正比。
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2. 移动通信的抗干扰与抗衰落技术
1）分集技术
一是分散传输；
二是集中处理。
2）均衡技术
均衡是通过均衡滤波器的作用，增强小振幅的频率分量并衰减大振幅的频率分量，从
而获取平坦的接收频率响应和线性相位，以消除频率选择性失真。
3）扩频技术
扩频系统将发送的信息扩展到一个很宽的频带上，以很宽的信道传送信息：在接收端
通过相关检测从很宽的频带信号恢复出基带信号。
扩频通信系统有直接扩频和跳频两种工作方式。
扩频系统的特点有：抗干扰和抗衰落、抗阻塞能力强；采用码分多址通信时，频谱利
用率高；信号功率谱密度很低，有利于信号的隐蔽。
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3. 数字移动通信的关键技术
1）无线组网技术
大区制工作方式：服务半径达到几十公里，容量有限。
小区制工作方式：服务半径在1～10km左右。
小区采用正六边形形状时，覆盖整个服务区域所需的基站数量最少、最经济，形象地
称为蜂窝网。
基站设置在每个小区六边形的3个顶点上，采用3幅120°扇形辐射的定向天线，分别
覆盖3个相邻小区的1/3区域。
在小区制中，可以应用频率再用技术，即在相邻小区中使用不同的载波频率，而在非
相邻且距离较远的小区中使用相同的载波频率。理论上，小区越小，小区数目越多，整个
通信系统的容量就越大。
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2）双工技术
根据发射和接收是否同时，分为单工、半双工和全双工。
（1）FDD
FDD采用两个独立的频率信道分别进行向下传送和向上传送信息，且两个相互通信的
电台之间收发信频率正好对应相反。为了防止同一电台的发射信号干扰接收机工作，在两
个双向信道之间存在一个保护频段。
（2）TDD
TDD的发射和接收信号可以在同一频率信道的不同时隙中进行，彼此之间采用一定的
保证时间予以分离。它不需要分配对称频段的频率，并可在每信道内灵活控制、改变发送
和接收时段的长短比例。在进行不对称的数据传输时，可充分利用有限的无线电频谱资
源。
3）多址技术
分类 区分信道 特点
FDMA 载波频率 （1）信道每次只能传送一个用户信号，每信道占用一个载
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频
（2）对信号功率控制要求不严格
（3）需要周密的频率规划，设备多且容易产生信道间的互
调干扰
（4）越区切换较为复杂和困难
分类 区分信道方式 特点
（1）每载频分为多个时隙通路
（2）移动台信号功率的发射是不连续的
TDMA 存在的时间 （3）数字传输带来的时间色散，必须采用自适应均衡技术
（4）为了把一个时隙和另一个时隙分开，保护时间也是必需
的
（1）多个CDMA信号是互相重叠的
（2）接收机的相关器件可以在多个CDMA信号选出使用预定码
CDMA 正交性的码序列 序列的信号，其他使用不同码序列的信号因为和接收机本地产
生的码序列不同而不能被解调
（3）需要严格的功率控制和定时同步
4. 移动通信系统的发展
1）第一代移动通信系统（1G）（略）
2）第二代移动通信系统（2G）
3）第三代移动通信系统（3G）
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（1）基本特征（略）
（2）网络构成（略）
（3）工作模式（2020-3、2017-15）
制式 扩频码速率 载波带宽 基站间同步
WCDMA 3.84Mchip/s 5MHz 可选、非必需
CDMA2000 1.2288Mchip/s 1.25MHz 必需的
TD-SCDMA 1.28Mchip/s 1.6MHz 必需的
4）第四代移动通信系统（4G）
4G以正交频分复用（ODFM）和多输入多输出（MIMO）为核心。主要特点是在20MHz频
谱带宽下能够提供下行100Mbit/s、上行50Mbit/s的峰值速率。
LTE定义了时分双工（TD-LTE或LTE-TDD）和频分双工（LTE-FDD）两种方式，二者的
关键技术基本一致，主要区别在于无线接入部分的空中接口标准不同。
5）第五代移动通信系统（5G）
四个技术场景：连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠。（口诀：
连广热高、低耗可靠）
技术创新主要来源于无线技术和网络技术两个方面。
无线技术领域的创新包括大规模天线阵列、超密集组网、新型多址和全频谱接入等。
（口诀：大规超密、新型全谱）
网络技术领域的创新包括基于软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）的新型
网络架构。
6）第六代移动通信系统（6G）前瞻
（1）6G的七大目标
6G系统将推动实现七大目标，包括：包容性，泛在连接，可持续性，创新性，安全
性，隐私性和弹性，标准化、互操作和互通性等。
（2）6G的九大趋势（略）
（3）6G的六个典型场景（2024多）
6G在5G场景基础上增强和扩展，包含沉浸式通信、超大规模连接、极高可靠低时
延、人工智能与通信的融合、感知与通信的融合、泛在连接等6G六大场景。（口诀：人工
沉浸感知，泛在可靠超规低延）
P50～53 1.4.2 第四代移动通信网络
1. 4G的主要特征
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1）具有更高的带宽和容量
2）具有更高的数据传输速率
3）具有更大的覆盖范围
半径为5km以内的小区最佳；
最远支持100km范围的小区。
4）具有更稳定的移动性支持
低于15km/h的环境，保持平稳，不受速度影响；
15～120km/h的中高速度能保持高性能；
120～350km/h，甚至500km/h的超高速度保持连通。
5）具有更低的传输时延
用户面时延（单向）小于5ms；
控制面时延小于100ms。
6）具有更低的运营成本
7）传输网络扁平化
2. 4G的网络结构
（2）4G EPC由MME、SGW、PGW、PCRF（2019-22、2020-4）组成，EPC和E-UTRAN之
间使用S1接口。
MME负责处理与UE相关的信令消息；
SGW是一个终止于E-UTRAN接口的网关；
PGW是连接外部数据网的网关；
PCRF是策略计费控制单元。
4G EPC实现了控制面和用户面分离，MME实现控制面功能，SGW实现用户面功能。
3. 4G的关键技术（口诀：正多智软p）（2016-22、2021-5）
1）正交频分复用（OFDM）
2）多输入多输出（MIMO）
3）智能天线
4）软件无线电
5）基于IP的核心网
1）正交频分复用（OFDM）
本原理是将信号分割为N个子信号，然后用N个子信号分别调制N个相互正交的子载
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波。
（1）频谱效率高。（2022-23）
（2）带宽扩展性强：信号带宽取决于使用的子载波的数量。
（3）抗多径衰落。
（4）频谱资源灵活分配。
（5）实现MIMO技术较简单。
2）多输入多输出（MIMO）
MIMO是指在发送端和接收端分别使用多根发送天线和接收天线，使信号通过发送端与
接收端的多根天线传送和接收，从而改善通信质量。
MIMO技术大致可以分为空间分集和空间复用两类，主要优势如下：
（1）提高信道的容量
（2）提高信道的可靠性
3）智能天线
（1）抑制干扰
（2）节省发送功率
（3）抑制延迟扩展和多径衰落
4）软件无线电
核心思想是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A/D和D/A变换器，并尽可能多地用软
件来定义无线功能，各种功能和信号处理都尽可能用软件实现。
5）基于IP的核心网
P53～57 1.4.3 第五代移动通信网络
1. 5G的业务需求（略）
2. 5G的技术需求（略）
3. 中国的5G
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1）关键指标（2019.6）
设备密集度达到600万个/km2；
流量密度在20Tbs/km2以上；
移动性达到500km/h；
用户体验达到Gbit/s量级；
端到端时延降低到4G的1/10或1/5，达到毫秒级水平。
2）主要场景
连续广域覆盖场景面向大范围覆盖及移动环境下用户的基本业务需求；
热点高容量场景主要面向热点区域的超高速率、超高流量密度的业务需求；
低功耗大连接场景面向低成本、低功耗、海量连接的业务需求；（2020、5）
低时延髙可靠场景主要满足车联网、工业控制等对时延和可靠性要求高的业务需求。
3）核心技术
大规模天线阵列、超密集组网、全频谱接入、新型多址技术以及新型网络架构；
采用SDN、NFV和云计算等技术实现更灵活、智能、高效和开放的5G新型网络。
4. 5G的技术发展
1）网络架构的发展
（1）部署场景（略）
（2）接入网（略）
（3）核心网
① 控制与转发分离。
② 物理硬件与逻辑分离。
③ 对业务的感知，支持动态的数据传输策略。
④ 数据平面扁平化。
2）关键技术的发展
（1）超密集异构网络
在5G的网络架构中，将会采用“三朵云”的新兴网络架构，即接入云、控制云和转发
云。SDN是实现控制云与转发云连接的关键，以灵活、高效、开放等为原则来实现5G网络
在新构架下的转发分离化、功能模块化、网络虚拟化和部署分布化特性。
（2）D2D通信
是一种短距离通信，能够实现数据在终端间的直接传输。与异构网络有关的内容至少
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包括了小小区（SC）的部署和D2D通信这两方面的技术问题。
（3）大规模MIMO系统
大规模MIMO可以在不增加带宽或总发送功率耗损的情况下大幅增加系统的吞吐量及传
送距离。
（4）绿色通信
绿色通信体现在三方面：
降低单个基站的能耗；
使网络可以根据服务区域内业务量的变化，动态地进行资源调度及功率控制；
优化网络部署及网络拓扑结构。
（5）新空口
5G接入网构建以用户为中心的接入网络，主要特点如下：
① UE与小区解耦。
② 精细化的QoS管理。
③ 业务下沉。
④ 轻切换。
通过MAC实时调度实现空口链路的无缝切换。
（6）网络动态切片
网络切片与网络虚拟化NFV密切相关，主要有切片管理和切片选择两大功能。
1. 蜂窝移动通信特有的干扰是（ ）。
【2019-4、2021-4】
A. 外部干扰
B. 互调干扰
C. 邻道干扰
D. 同频干扰
【答案】D
【解析】除了外部干扰，移动台在工作时还会受到互调干扰、邻道干扰和同频干扰，
其中，同频干扰是移动通信所特有的。
2. 移动通信中，不同的路径产生自干扰的属于（ ）效应。【2024-5】
A. 阴影
B. 远近
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C. 多径
D. 多普勒
【答案】C
【解析】多径效应：由于移动台所处地理环境的复杂性，接收到的信号不仅有直射波
的主径信号，还有从不同建筑物反射过来及绕射过来的多条不同路径信号，而且它们到达
时的信号强度、到达时间及到达时的载波相位都是不一样的。所接收到的信号是上述各路
径信号的矢量和，也就是说各路径之间可能产生自干扰。
3. 下列属于6G典型应用场景的是（ ）。【2022-1】
A. 沉浸式通信
B. 泛在连接
C. 热点高容量
D. 超大规模连接
E. 人工智能与通信融合
【答案】ABDE
【解析】6G在5G场景基础上增强和扩展，包含沉浸式通信、超大规模连接、极高可
靠低时延、人工智能与通信的融合、感知与通信的融合、泛在连接6G六大场景。
4. 关于4G LTE工作模式的说法，正确的是（ ）。【2019-5】
A. LTE FDD可根据业务不同调整上下行链路间转换点的位置
B. TD-LTE具有上下行信道一致性
C. LTE-FDD上下行工作于同一频率
D. TD-LTE在支持非对称业务时，频谱利用率大大提高
【答案】B
【解析】1）LTE-TDD能够灵活配置频率、方便使用零散频段，同时，LTE-FDD的上下
行链路对称分配，需要占用更多的带宽资源；
2）TD-LTE：可根据业务不同调整上下行链路间转换点的位置，同时也增加了时间开
销，降低了频谱效率；
3）TD-LTE：具有上下行信道一致性；
4）TD-LTE 上下行工作于同一频率；
5）LTE FDD在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱资源，但在支持非对称业务
时，频谱利用率大大降低。
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5. 下列5G系统的能力指标中，错误的是（ ）。【2019-6】
A. 流量密度在10Tbs/km2以上
B. 设备密集度达到600万个/km2
C. 移动性达到500km/h
D. 用户体验速率为Gbit/s量级
【答案】A
【解析】设备密集度达到600万个/km2；流量密度在20Tbs/km2以上；移动性达到
500km/h，实现高铁运行环境的良好用户体验；用户体验速率为Gbit/s量级，传输速率在
4G的基础上提高10～100倍；端到端时延降低到4G的1/10或1/5，达到毫秒级水平。
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