《拓展模塊11現代通信技術》教案

課題名稱模塊11現代通信技術授課類型理實一體

授課對象一年級學生授課課時4課時

所授課程信息技術（拓展模塊）授課地點多媒體實訓室

所授教材《信息技術―拓展模塊》，人民郵電出版社，張丹陽主編。

一、學情分析

本課程授課對象為高職各專業大一學生，課程開設在大一第二學期，學生情況在知識儲備、學習

特點和信息素養的情況如下。

1.知識儲備

學生在高職或高中已經學習了信息技術課程，并且在大一第一學期已經完成了高職信息技術

（基礎模塊）的學習，具備了基礎的信息技術知識和技能。

2.學習特點

授課對象都是零零后的學生，在學習方面表現出如下特點。

（1）喜歡實踐動手操作，厭煩枯燥乏味的理論講解；

（2）喜歡任務式引導，情境設定，參與其中，厭煩平淡無極的說教；

（3）樂于接受可視化教學資源，反感靜態紙質學習材料；

（4）偏愛顆粒化、模塊化的學習過程，排斥時間冗長的教學過程；

（5）對挑戰性的題目感興趣，對基礎性題目求知欲偏低；

（6）喜好電腦與互聯網的應用，線上操作所見即所得可以引發學習興趣。

3信息素養

學生編過高職或高中信息技術課程的學習，具備了基礎的信息技術學科素養，有一定的信息

意識和信息社會責任，但是在數字化學習與創新方面仍需加強。

二、教學內容

本節課選自拓展模塊11現代通信技術，主要介紹現代通信技術的基本概念、發展歷程、移動

通信、第五代移動通信技術（5G）、其他常見的現代通信技術、與其他信息技術的融合等內容，具

體內容見下圖。

圖11T現代通信技術知識圖譜

三、教學目標

1.知識目標

（1）理解通信技術、現代通信技術、移動通信技術、5G技術等概念，掌握相關的基礎知識；

<2）了解現代通信技術的發展歷程及未來趨勢；

（3）熟悉移動通信技術中的傳輸技術、組網技術等；

<4）了解5G的應用場景、基本特點和關鍵技術；

（5）掌握5G網絡架構和部署特點，掌握5G網絡建設流程；

（6）了解藍牙、Wi-Fi、ZigBee、射頻識別、衛星通信、光纖通信等現代通信技術的特點和應用場

景；

（7）了解現代通信技術與其他信息技術的融合發展。

2.能力目標

（1）能夠敘述現代通信技術的概念、分類：

（2）能簡單敘述現代通信技術的主要發展歷程和未來發展趨勢；

（3）能簡單描述移動通信技術中的傳輸技術、組網技術；

（3）能初步5G網絡架構和部署特點，掌握5G網絡建設流程。

3.素養目標

（1）感受5G的魅力，激發興趣，拓展視野和思維；

（2）通過小組學習，培養與人溝通、協同工作、口才表達等能力。

四、教學重難點

1.教學重點

（1）現詁通信技術的概念、技術基礎、特性和分類；

（2）現代通信技術的主要發展歷程和典型應用場景。

2.教學難點

5G的核心技術。

五、教學準備

1.教學環境

計算機實訓室（計算機、投影儀）。

2.教學用具

電子教室相關軟件、學習通.

3.教學材料

（1）模塊11現代通信技術教案

（2）模塊11現代通信技術課件

（3）微課11.1了解現代通信技術基礎知識

微課11.25G的應用場景、基本特點和關鍵技術

微課11.35G網絡架構和部署特點，5（；網絡建設流程

（4）現代通信技術技術學習筆記

（5）考核評價試卷

六、教學策略

教法：講授教學法問題教學法案例分析法討論法練習法

學法：目標學習法聽講學習法自主探究法問題學習法歸納學習法反思學習法合作學習法

依托數字化學習資源，指導學生完成學習任務書，通過考核評價習題檢測學習成效，通過學習筆

記導圖梳理總結、鞏固提高知識技能。

七、教學流程

（開始）

Q課件課程導入---------V參與思考/

八、教學環節

教學

教學內容教學活動策略與意圖

環節

通信技術是實現人與人之間、人與物之間、物與物之間教師活動1.講授教學

環節信息傳遞的?種技術。現代通信技術將通信技術與計算機技1.介紹現法，介紹現

術、數字信號處理技術等新技術相結合，其發展具有數字代通信技代通信技術

化、綜合化、寬帶化、智能化和個人化的特點。現代通信技術導入。概述、本節

術是大數據、云計算、人工智能、物聯網、虛擬現實等信息知識圖譜及

課程導3.介紹現

技術發展的基礎，以5G為代表的現代通信技術是中國新型基代通信技學習任務，

入與學

礎設施建設的重要領域。本主題包含現代通信技術基礎、5G術小節的使學生了解

習任務技術、其他現代通信技術等內容。學習任務本節教學內

本主題包含現代通信技術的基本概念、發展歷程、移動容的全貌。

（10分通信、第五代移動通信技術（5G）、其他常見的現代通信技

學生活動

鐘）術、與其他信息技術的融合等內容。

1.認真聽

【學習任務】取教師講

通過本節內容的學習，完成下列學習任務：授內容。

1.在學習過程中認真復習，梳理記錄好學習筆記；2.積極思

考，回答

2.理解通信技術、現代通信技術、移動通信技術、5G技

術等概念，掌握相關的基礎知識；問題。

3.了解現代通信技術的發展歷程及未來趨勢；3.明確本

4.熟悉移動通信技術中的傳輸技術、組網技術等；小節的學

5.了解5G的應用場景、基本特點和關鍵技術；習任務

6.掌握5G網絡架構和部署特點，掌握5G網絡建設流4.思考記

程；錄

7.了解藍牙、M-Fi、ZigBee.射頻識別、衛星通信、光

纖通信等現代通信技術的特點和應用場景；

8.了解現代通信技術與其他信息技術的融合發展。

9.感受5G的魅力，激發對興趣，拓展視野和思維；

10通.過小組學習，培養與人溝通、協同工作、口才表達

等能力；

11完.成單元考核評價中的相關任務。

教學

教學內容教學活動策略與意圖

環節

1.講授教學

教師活動

環節法，介紹通

11.1認知現代通信技術L講授現信的概念、

代通信技定義技術特

術的概念性及分類，

了解本節介紹現代通信技術的概念、發展歷史、技術基礎、

、定義技使學生了解

特性、分類等，認識現代通信技術的重要性，并對通信系統

現代術特性及通信的概念

的組成有初步的了解。

通信分類。O

2.介紹通2.案例教學

技術11.1.1現代通信技術的基本概念

信的類比法，介紹通

的基案例一烽信的類比案

1.通信的概念

本知火戲諸侯例一烽火戲

的故事，諸侯的故事

識(40

(1)通信是什么？通過討論,互動討論

分鐘)分析，進通信的含義

簡單來說，通信就是信息的傳遞。

一步加深，促進學生

在人類社會里，為滿足生產和生活的需要，人們在進行

對通信的對通信的理

思想感情的交流以及知識的獲取等方面都離不開信息的傳

理解。解。

遞。古代的烽火臺、金鼓、旌旗；當今的書信、電報、電

話、可視電話、電視等都是傳遞信息的方式。廣義地說，通學生活動

信就是由一地向另一地傳遞信息。隨著人類社會文明、科學1認.真聽

技術的發展，通信所傳遞的信息形式越來越多，不僅有語取教師講

言、符號、文字、音樂，還包括數據、圖片、圖像和文本授內容。

等。實現這些消息的傳遞可采用各種各樣的通信方式，在諸2.積極思

多通信方式中，利用“電”來傳遞信息的通信方式一電通考，回答

信，能使消息兒乎在任意通信距離上實現既迅速、有效，又問題。

準確、可靠的傳遞，縮短了通信雙方的時間和距離的差異，3.參與互

因而得到飛速的發展及廣泛的應用。電話、傳真、可視電動討論，

話、數據傳輸、電視、廣播、雷達、遙測、遙控等均屬于理解通信

“電”通信方式。的概念。

(2)通信的類比案例一烽火戲諸侯

烽火本是古代敵寇侵犯時的緊急軍事報警信號。由國都

到邊鎮要塞，沿途都遍設烽火臺。西周為了防各犬戎的侵

擾，在鎬京附近的驪山(在今陜西臨浦東南)一帶修筑了20

多座烽火臺，每隔幾里地就是一座。一旦犬戎進襲，首先發

現的哨兵立刻在臺上點燃烽火，鄰近烽火臺也相繼點火，向

附近的諸侯報警。諸侯見了烽火，知道京城告急，天子有

難，必須起兵勤王，趕來救駕。虢石父獻計令烽火臺平白無

故點起烽火，招引諸侯前來白跑一趟，以此逗引褒姒發笑。

古代的烽火臺如圖11-2所示。

圖11-2烽火臺

11.1.2現代通信技術的發展歷程

古代人們通過人力、馬力、旗語、金屬的撞擊聲、鼓

聲、書信等原始手段進行消息的傳遞。現代通信主要通過電

信號來傳遞信息。現代通信始于1837年莫爾斯有線電報的誕

生。在短短的一百八十多年間，現代通信技術得到了飛速的

發展。從早期的只能表示幾個字符的有線電報，到能夠互相

對話的有線電話；從只能發送簡單話語的無線電報，到隨時

隨地都能收到信息的傳呼機，再到能夠隨時隨地都能通信的

手機；從真空管到晶體管，再到集成電路，通信設備從巨無

霸變成了掌中寶；從簡單的手機語音通信，到現在的微信、

視頻聊天、手機直播帶貨、手游電競；從第一代的手機“大

哥大“，到直板手機衡主“諾基亞”，再到開創智能機時代

的“蘋果”，現代通信技術的變化真可謂一日千里。最能體

現現代通信技術的發展的技術便是移動通信技術的發展，它

與人們的生活息息相關，從最早的第一代移動通信開始，我

們便結識了“大哥大”手機，這種重量級的移動電話，厚實

笨重，狀如黑色磚頭，重量都在一斤以上，不僅可以用來打

電話，更是一件防身的利器，1G是模擬制式的。第二代移動

通信是數字制式的，典型的技術是GSM,這個時代的王者是

諾基亞，屬于直板機的天下。第三代移動通信已是數字的，

這一代主要是發展了數據業務，2G的業務只能是語音業務，

但到了3G,用戶就可.以簡單的瀏覽一下網頁，但這時的網速

還不行。第四代移動通信在3G的基礎上有了很大的進步，人

們已經可以通過手機在線聽音樂、看視頻、打游戲，可謂

“4G改變生活”，確實是這樣，在4G的時代，智能手機也

得到了飛速的發展。現在，我們又迎來了第五代移動通信，

即5Go我們說“5G改變社會”，這一點已經逐漸池呈現在我

們眼前。5G包含三大應用場景，即大帶寬、高可靠低延時、

海量連接。5G會結合當前的物聯網、大數據、云計算、人工

智能技術賦能所有行業。

11.1.3現代通信技大基礎知識

L通信系統模型

（1）通信系統一般模型

通信系統是指完成信息傳輸過程的一切設備和傳輸媒

質。通信系統的一般模型如圖11-3所示，能實現消息從發送

端送到接收端。

度11-3通信系統的一股模型

圖11-3中，信源是消息的發源地，作用是把消息轉換成

原始電信號；為了使這個原始電信號適合在信道中傳輸，即

將信源與信道匹配起來，在發送端通過發送設備對其進行某

種變換后送入信道；信道是指信號的傳輸媒質，可分為有線

與無線兩大類；在接收端，接收設備的功能與發送設備的功

能恰好相反，目的是從接收信號中恢復出相應的原始電信號

,而信宿是傳輸消息的目的地，將原始電信號還原成相應的

消息；圖中的噪聲是信道中的噪聲以及分散在通信系統其他

各處噪聲的集中表示。

（2）模擬通信系統模型

通信中傳輸的消息可分兩大類：一類是狀態連續變化的

消息、，稱為模擬消息，如語音、圖像等；另一類是狀態離散

的消息，稱為數字消息，如符號、數據等。

按照信道中傳輸信號的特征是模擬信號還是數字信號，

可以把通信系統分為模擬通信系統和數字通信系統。

信道中傳輸模擬信號的系統稱為模擬通信系統，其模型

如圖11-4所示。

圖11-4模擬通信系統模型

（3）數字通信系統模型

數字通信系統的模型如圖11-5所示。圖11-5中應包含

同步環節，但由于數字通信中有3種同步方式，且每種方式

圖11-5數字通信系統模型

圖8-5中，編碼和譯碼組成一對環節，編碼包括信源編

碼和信道編碼。信源編碼的主要任務是提高數字信號傳輸的

有效性，包括數/模轉換和數據壓縮。信道編碼的主要任務是

提高數字信號傳輸的可靠性。

數字調制與數字解調構成一對環節，其作用與模擬通信

系統中的調制與解調作用相同，不同的是這里的調制與解調

的是數字信號。

上述所列數字通信的有些環節（如編碼與譯碼、調制與

解調）并不是必需的，它可根據不同的條件和要求決定是否

采用。沒有調制器與解調器環節，直接傳輸基帶信號的數字

通信系統稱為數字基帶傳輸系統。

n前，無論是模擬通信還是數字通信，都是已經獲得廣

泛應用的通信方式。綜合模擬通信和數字通信的各自特點，

數字通信與模擬通信相比有以下優點。

①數字傳輸的抗噪聲（即抗干擾）能力強，數字信號傳

輸中可通過中繼再生消除噪聲的累積。

②數字通信可以通過差錯控制編碼技術，提高通信的可

靠性。

③便于利用現代數字信號處理技術對數字信息進行處

理。

④數字信息易于加密，且保密性強。

?數字通信可以傳遞各種消息（模擬的和離散的），使

通信系統靈活性好、通用性強。

⑥數字通信采，書數字集成電路，具有體積小、重量輕、

可靠性高及調整調試方便的優點。

但是，數字通信與模擬通信相比較為突出的缺點是其信

號占有的頻帶寬。如一路模擬電話僅占4kHz帶寬.而一-路數

字電話要占20?64kHz的帶寬。然而由于亳米波通信和光纖

通信的出現，帶寬問題得到解決，數字通信將逐步取代模擬

通信。

2.通信系統的分類及通信方式

（1）通信系統的分類

通信系統有多種分類方法，下面介紹常見的5種通信系

統的分類方法。

①按通信業務類型分類

根據通信業務類型的不同，通信系統可分為電報通信系

統、電話通信系統、數據通信系統、圖像通信系統等。

②按調制方式分類

按照信道中傳輸的信號是否經過調制，可將通信系統分

為基帶傳輸和頻帶傳輸。

③按信號特征分類

按照信道中傳輸的是模擬信號還是數字信號，可相應地

把通信系統分為模擬通信系統和數字通信系統兩類。模擬通

信系統傳輸的是模擬信號，數字通信系統則傳輸數字信號。

④按傳輸媒介分類

按傳輸媒介，通信系統分為有線通信系統和無線通信系

統。有線通信系統以傳輸纜線作為傳輸媒介，傳輸媒介包括

電纜通信、光纖通信等；無線通信系統是無線電波在自由空

間傳播信息，包括微波通信、衛星通信等。

⑤按信號更用方式分類

按信號復用方式，通信系統又可分為頻分復用(FDM)、

時分復用(TDM)和碼分復用(CDM)等系統。

(2)通信方式

通信系統*有多種通信方式，它可按不同的方法劃分如

下。

①按傳輸的方向與時間關系劃分

對于點對點的通信，按傳輸的方向與時間關系，通信方

式可分單工通信、半雙工通信及全雙工通信3種。

單工通信是指消息只能單方向傳輸的工作方式，如圖11-

6(a)所示。例如廣播、電視、遙測等都是單工通信方式。

半雙工通信是指通信的雙方都能收發信息，但各方不能

同時進行收發信息的通信方式，如圖11-6(b)所示。例如無

線電對講機和普通無線電收發報機等是半雙工通信方式。

全雙工通信是指通信的雙方都可同時收發信息的通信方

式，如圖11-6(O所示。例如普通電話、計算機通信網絡等

采用的就是全雙工通信方式。

②按數字信號碼元排列方法劃分

在數字通信中按數字信號碼元排列方法不同，可劃分為

串行傳輸和并行傳輸兩種通信方式。串行傳輸是將數字信號

碼無序列按時間順序一個接一個地在信道中傳輸，如圖11-7

(a)所示，如計算機網絡通信。

并行傳輸是將數字信號碼元序列分割成兩路或兩路以上

的數字信號碼元序列同時在信道中傳輸，如圖11-7(b)所

示。例如叱算機和打印機之間的數據傳輸。

西————?{??]

<->安1:■信方式

<b)爭JRUMI方大

<o全ai*信方式

圖1L6各種通信方式圖11-7并行與串行傳輸方式

串序傳輸方式只需一條通路，線路成本低，適合于長距

離的通信；而并序傳輸方法需要多條通路，線路成本高，傳

輸速度快，適合于短距離的通信。

③按照網絡結構劃分

通信系統按照網絡結構劃分為專線和通信網兩類。點對

點的通信是專線通信；多點間的通信屬網通信。網通信的基

礎仍是點對點的通信。

3.通信系統的主要性能指標

設計和評價一個通信系統，往往要涉及許多性能指標，

如系統的有效性、可靠性、適應性、經濟性、標準性及使用

維護方便性等。這些指標可從各個方面評價通信系統的性

能，但從研究信息傳輸方面考慮，通信的有效性和可靠性是

通信系統中最主要的性能指標。有效性主要是指消息傳輸的

“速度”問題，而可靠性主要是指消息傳輸的“質量”問

題。有效性和可靠性的要求是相互矛盾而又相互聯系的。提

高有效性會降低可靠性，反之亦然。因此在設計通信系統

時，對?二者應統籌考慮。

（1）模擬通信系統的性能指標

在模擬通信系統中，有效性是利用消息傳輸速度（即單

位時間內傳輸的信息量）或者有效傳輸頻帶來衡量的。

模擬通信系統的可靠性用接收機輸出端的信噪比（即輸

出信號平均功率與噪聲平均功率的比值）來衡量,輸出信噪

比越高，通信質量越好，它除了與信號功率和噪聲功率的大

小有關外，還與信號的調制方式有關。

（2）數字通信系統的性能指標

卜面討論數字通信系統的有效性和可靠性問題。

①數字通信系統的有效性

數字通信系統的有效性可用碼元速率、信息速率及系統

帶寬利用率這3個性能指標來描述。

A.碼元速率RB

碼元速率RB又稱碼元傳輸速率或傳碼率。它玻定義為每

秒所傳送的碼元數目，單位為“波特（Baud）”，常用符號

“B”或“Bd”表示。

B.信息速率Rb

信息速率Rb又稱信息傳輸速率或傳信率。它被定義為每

秒所傳輸的信息量，單位為“比特/秒”，或記為bit/s（也

可寫成bps）。

由于每位二進制數都包含有Ibil的信息量，因此信息速

率也就是每秒傳輸的二進制碼元數。對于二進制碼元的傳

輸，碼元速率與信息速率相等即R8=R》；而對于N進制碼元

的傳輸來說，由于每一位N進制碼元可用，og?N（N=2K,K為

每位N進制碼元所用二進制碼元表示的位數）個二進制碼元

表示，傳輸一個N進制碼元相當于傳輸了個二進制碼

元，因此信息速率與碼元速率的關系是：

R}j=RBlug2^（bit/s）（1.1）

對于不同進制通信系統來說，碼元速率高的通信系統，

其信息速率不一定高。因此在對它們的傳輸速度進行比較

時，不能直接比較碼元速率，需將碼元速率換算成信息速率

后再進行比較。

C.系統的頻帶利用率

在比較兩個通信系統的有效性時，僅從傳輸速率上看是

不夠的，還應考察系統所使用頻帶的大小。這是因為香農定

理指出通信系統的頻帶影響傳輸信息的能力。衡量系統效率

的另?個指標是系統頻帶的利用率。通信系統的頻帶利用率

定義為每秒在單位撅帶上傳輸的信息量，單位為比特/秒-赫

茲或記為bit/s?Hz。不同的調制方式具有不同的頻帶利用

率，如二進制振幅調制系統頻帶利用率為1/2。系統的頻帶

利用率越高，其有效性發揮得越好。

②數字通信系統的可靠性

由于在數字通信系統中（尤其是信道中）存在干擾，接

收到的數字碼元可能會發生錯誤，而使通信的可靠性受到影

響。數字通信系統的可靠性指標主要用誤碼率玲或誤信率以

衡量。

誤碼條是指"通信過程中，系統傳錯碼元的數目與所傳輸

的總碼元數目之比，也就是傳錯碼元的概率，即

尸：傳錯碼元的數目

,一傳輸的總碼元數目（1.2）

B.誤信率舔

誤信率又稱誤比特率，是指錯誤接收的信息量（傳錯的

比特數）與傳輸的總信息量（傳輸的總比特數）的比，即

一傳錯比特的數目

b一傳輸的總比特數目（1.3）

顯然，在二進制通信系統中有心=pb.

通信系統中存在誤碼是不可避免的。不同的應用場合對

誤碼率的要求也不一樣，如數字電話通信中誤碼率在

10-3?10-6即可滿足正常通話的要求；而計算機通信中對可

靠性要求更高，誤碼率更小。為減小誤碼率，可采取減小干

擾、改進調制方式和解調方法及采用差錯控制措施等方案。

教學

教學內容教學活動策略與意圖

環節

教師活動

講授教學法

11.2認知移動通信技術講授5G的,通過講解

環節應用場景5G的應用

、基本特場景、基本

移動通信是通信領域中應用最為廣泛的一種通信方式點和關鍵特點和關鍵

。它是當今信息社會中最具個性化特征的通信手段。它的技術。技術，使學

5G的發展與普及改變了社會，也改變了人類的生活方式。生理解

學生活動5G

應用移動通信，顧名思義其最本質的特征是"移動"二字，的應用場景

這類通信有別于傳統靜態的固定式通信，而是動態的移動式1.認真聽、基本特點

場景

通信。取教師講和關鍵技術

、基移動通信從2G、3G、3.9G、4G到5G的發展過程，是從授內容。O

本特低速語音業務到高速多媒體業務發展的過程。移動通信技術2.積極思

的發展和演進過程如圖11-8所示。考，回答

點和問題。

關健3.了解5G

技術的應用場

景、基本

（55分特點和關

鍵技術。

鐘）

2G3G4G5G

-1990-2000~2010~2020

①主要國電結交從①用若與分姐交換。①具有著退包愉心的全IP》基于大投植皿?，拉

所開始引入分組交接??（生要的）B于;5米CDHA-平面架恂?要站和JE中處理技術?

②基于TIHA（E（A為②區于one（和mo,①集成育線和無線全if

斛

IS詢》?⑤協同處理?

圖1L8移動通信技術的發展和演進過程

2G：第二代數字蜂窩通信系統，20世紀80年代末開發

,全數字化系統實現了通話質量和系統容量的提升，開啟了

全球化的移動通信時代，主要代表有GSM系統和CDMAo

3G：第三代移動通信技術，移動多媒體蜉窩通信技術，

實現無線通信和國際互聯網融合，提供語音、圖像、音樂、

視頻等各種多媒體數據業務，要求提供2Mbit/s標準用戶速

率（室內）或144kbit/s速率（高速移動）。目前，3G標

準有WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA（由中國制定的3G標準

）以及及MAX（802.16系列標準）共4個。

4G：第四代移動通信技術，寬帶大容量的高速蜂窩系統

,支持100?150Mbit/s下行網絡帶寬，提供交互多媒體，

高質量影像、3D動畫和寬帶互聯網接入等'業務，用戶體驗

最大能達到20Mbit/s下行速率。

LTE：長期演進（LongTermEvolution,LTE：是3Gpp

組織主導的新一代無線通信系統，也稱為演進的ITRAN（

EvolvedUTRAandITRAN）研究項目，全面支撐高性能數據

業務，“未來10年或者更長時間內保持競爭力"。3Gpp的

LTE標準在無線接入側分為LTEFDD和TD-LTE。

5G：第五代移動通信技術是具有高速率、低時延和大連

接特點的寬帶移動通信技術，是實現人機物互聯的網絡基礎

設施。

1121傳輸技術

隨著移動通信的飛速發展，傳輸技術也在不斷的更新，

從早期的模擬調制到現在的數字調制，從單一的頻分多址到

多種多址技術的融合，從CDMA到OFDM的改變，凡此種種均

顯示著移動通信的蓬勃活力。

1.多址技術

多址技術使眾多的用戶共用公共的通信線路。為使信號

多路化而實現多址的方法基本上有三種，它們分別采用頻

率、時間或代碼分隔的多址連接方式，即人們通常所稱的頻

分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和碼分多址(CDMA)三

種接入方式。圖11-9用模型表示了這三種方法簡單的一個概

念。

CDMA

嫉率

圖1L9三種多址方式概念示意圖

FDMA是以不同的頻率信道實現通信的,TDMA是以

不同的時隙實現通信的，

CDMA是以不同的代碼序列實現通信的。

(1)頻分多址(FDMA)

頻分，有時也稱之為信道化，就是把整個可分配的頻譜

劃分成許多單個無線電信道(發射和接收載頻對)，每個信

道可以傳輸?路話音或控制信息。在系統的控制下，任何一

個用戶都可以接入這些信道中的任何一個。模擬蜂窩系統是

FD.MA結構的一個典型例子，數字蜂窩系統中也同樣可以采用

FDMA,只是不會采用純頻分的方式，比如GSM系統就采用了

FDMA。

(2)時分多址(TDMA)

時分多址是在一個寬帶的無線載波上，按時間(或稱為

時隙)劃分為若干時分信道，每一用戶占用一個時隙，只在

這一指定的時隙內收(或發)信號，故稱為時分多址。此多

址方式在數字蜂窩系統中采用，GSM系統也采用了此種方

式。

(3)碼分多址(CDMA)

碼分多址是一種利用擴頻技術所形成的不同的碼序列實

現的多址方式。它不像FDMA、TDMA那樣把用戶的信息從頻

率和時間上進行分離，它可在一個信道上同時傳偷多個用戶

的信息，也就是說，允許用戶之間的相互干擾。其關鍵是信

息在傳輸以前要進行特殊的編碼，編碼后的信息混合后不會

丟失原-來的信息。

2.0FDM

OFDM的基本原理是將高速的數據流分解為多路并行的低

速數據流，在多個載波上同時進行傳輸。對于低速并行的子

載波而言，由于符號周期展覽，多徑效應造成的E寸延擴展相

對變小。當每個0FW符號中插人一定的保護時間后，碼間干

擾幾乎就可以忽略。

OFDM技術具有抗衰落能力強、頻率利用率高、適合高速

數據傳輸、抗碼間干擾（ISI）能力強等優點。如圖11T0是

一個典型的OFDM符號示意圖，從中看到處于正交狀態的子載

波。

Frequency-TacneRepcesentatrveofanOFDMsignal

圖11-10一個典型的OFDM符號示意圖

11.2.2組網技術

20世紀70年代，美國貝爾實驗室提出了蜂窩網概念，

使移動通信正式走向商用化。移動通信網利用蜂窩小區結構

實現了頻率的空間復用，從而大大提高了系統的容量。蜂窩

的概念也真正解決了公用移動通信系統要求容量大與有限的

無線頻率資源之間的矛盾。

1.頻率再用

在服務區面積一定的情況下，蜂窩狀的正六邊形重疊面

積最小，最接近理想的天線覆蓋圓形區。因此，人們選用無

縫隙的正六邊形蜂窩為移動通信的小區，并稱它為蜂窩網。

移動通信網中蜂窩區群結構與組成：在蜂窩移動通信系

統中，為了避免干擾，顯然相鄰近小區不能采月相同的信

道，若想要實現同一信道在服務區內重復使用，同信道小區

之間應有足夠的空間隔離距離。滿足空間隔離距離的區域稱

為空間復用區，而在同個空間復用區內的小區組成了個

蜂窩區群，且只有在不同的區群間的小區才能實現信道再

用。

區群組成的基本條件：區群之間可以互相鄰接，且無縫

隙、無重疊地進行覆蓋；相互鄰接的區群應保證各個相鄰同

便道小區之間的距離相等。蜂窩頻率再用思想如圖8-11所

示。

圖11-11蜂窩頻率再用思想示意圖

若小區群的大小N=7,頻率再用因子為1/7,因為每個小

區都要包含可用信道總數的1/7。當用六邊形來模擬覆蓋時，

基站發射機安置在小區中心或6個小區頂點中的3個之上，前

者稱為中心激勵小區，后者稱為頂點激勵小區。通常，全向

天線用于中心激勵小區，而扇形天線用于頂點激勵小區。

2.信道分配策略

信道分配策略是指一種能實現既增如用戶容量又以減少

干擾為目標的頻率再用方案。信道分配策略可以分為兩類：

固定的和動態的。

所謂固定的信道分配策略是指給每一個小區分配一組事

先確定好的語音信道。小區中的任何呼叫都只能使用該小區

中的空閑信道。如果該小區中的所有信道都已被占用，則呼

叫阻塞，用戶得不到服務。

所謂動態的信道分配策略是指語音信道不是固定地分配

給每個小區，而是在每次呼叫請求到來時，為它服務的基站

就向MSC請求一個信道。

3.切換策略和位置管理

當一個移動用戶（MS）在通話過程中從一個小區移動到

另一個小區時?，MSC將該MS連接控制也從一個小區轉移到另

一個小區。這種將正在通話狀態的MS轉移到新的業務信道上

（新的小區）的過程稱為“切換”（Handover）,因此，切

換的目的是實現蜂窩移動通信的“無縫隙”覆蓋，即當MS從

一個小區移動到另一個小區時，保證通信的連續性。

切換處理在任何蜂窩無線系統中都是一項重要任務。在

小區內分配空閑信道時，許多切策略都使切換請求優先于呼

叫請求。切換必須順利完成，并且盡可能少的出現，同時要

使用戶覺察不到。為了適應這些要求，系統設計者必須要指

定一個啟動切換的最恰當的信號強度。

在移動通信系統中，用戶可以在系統覆蓋范圍內任意移

動，為了能把一個呼叫傳送到隨機移動的用戶，必須有一個

高效的位置管理系統來跟蹤用戶位置變化。

位置管理包括位置登記和位置傳遞。所謂位置登記，是

通信網為了跟蹤移動臺的位置變化，而對其位置信息進行登

記、刪除和更新的過程。位置傳遞指在有呼叫給移動臺時，

根據原籍位置寄存器（ULR）和訪問位置寄存器（VLR）中的

位置信息來確定移動臺。

4.干擾與系統容量

干擾是影響蜂窩無線系統性能的主要因素，干擾是增加

容量的一個瓶頸，而且常常會導致掉話。蜂窩系統的兩種主

要干擾是同頻干擾和鄰頻干擾。

（1）同頻干擾

頻率再用意味著在一個給定的覆蓋區域內，存在著許多使

用同一組頻率的小區。這些小區稱為同頻小區、這些小區之

間的干擾稱為同頻干擾。

（2）鄰頻干擾

所謂鄰頻干擾是指來自使用信號頻率的相鄰頻率的信號

干擾。鄰頻干擾是由于接收濾波器不理想，便得相鄰頻率的

信號泄露到傳輸帶寬內而引起的。

5.功率控制減少干擾

在實際的蜂窩無線電和個人通信系統中，每個用戶所發

射的功率一直在當前服務基站的控制之Ko這是為了保證每

個用戶所發射的功率都是所需的最小功率，以保持反向信道

鏈路的良好質量。功率控制不僅有利于延長用戶設備的電池

壽命，而且可以顯著減少系統中反向信道的信干比（S/I）。

功率控制對于CDMA移動通信系統來說尤為重要。

11.3認知第五代移動通信技術（5G）

移動通信在飛速發展，而第五代移動通信技術（5th

generationmobilenetworks或5thgenerationwireless

systems,簡稱5G）作為最新一代蜂窩移動通信技術，在笫

四代移動通信技術的基礎上做出了革命性的改變。“4G改變

生活，5G改變社會”。5G的性能目標是高數據退率、減少

延遲、節省能源、降低成本、提高系統容量和大規模設備連

接。隨著對5G應用的深入，一個全移動和全連接的數字化

社會正在到來。

11.3.1什么是5G

5G作為一種新型移動通信網絡，不僅要解決人與人通

信，為用戶提供增強現實、虛擬現實、超高清（3D）視頻等更

加身臨其境的極致業務體驗，更要解決人與物、物與物通信

問題，滿足移動醫療、車聯網、智能家居、工業控制、環境

監測等物聯網應用需求。

2015年10月26日至30日，在瑞士日內瓦召開的2015無

線電通信全會上，國際電信聯盟無線電通信部門(ITU-R)正

式批準了3項有利于推進未來5G研究進程的決議.并正式確

定了5G的法定名稱是“IMT-2020”。

2016年6月27口，3Gpp在3Gpp技術規范組(Technical

SpecificationsGroups,TSG)第72次全體會議上就5G標準

的首個版本一一R15的詳細工作計劃達成一致。

2017年12月21日，在國際電信標準組織3GP。RAN的第

78次全體會議上，5GNSA標準凍結，這是全球第?個可商用

部署的5G標準。

2018年6月14日，3GPPTSG第80次全體會議批準了5G

SA標準凍結。此次SA標準的凍結，不僅使5GNR具備了獨

立部署的能力，還帶來了全新的端到端新架構，賦能企業級

客戶和垂直行'他的智慧化發展，為運營商和產'業合作伙伴帶

來了新的商業模式，開啟了一個全連接的新時代。關于5G協

議標準的規劃路線如圖11T2所示。

5GResearch.Prototype,Trial75GStandard》Product》Deptoyfnwt

圖11-125G協議標準的規劃路線

11.3.25G的基本特點和關鍵技術

為了滿足未來不同業務應用對網絡能力的要求，ITU定義

了5G的八大能力目標，分別為峰值速率達到10Gbit/s、用戶

體驗速率達到100Mbit/s、頻譜效率是IMT-A的3倍、移動性達

到500km/h、空口時延達到1ms、連接數密度達到個設備

/km2,網絡功耗效率是IMT-A的100倍、區域流量能力達到

10Mbit/s?m2?

5G網絡相比于傳統的2G、3G、4G網絡，能夠提供更高

的速率、更低的時延及更大的連接數。那么它是如何實現的

呢？顯然，這與5G網絡采用的關鍵技術是分不開的。

5G網絡時代面臨三大挑戰，分別是超大速率、超大連接

、超低時延，故此5G網絡關鍵技術也分為三大類，分別是提

高速率、降低時延和提升覆蓋這三大類關鍵技術。

1.提高速率技術

(1)大規模天線技術

MassiveMIMO通過在基站側安裝大量天線陣子，實現不

同天線同時收發數據，通過空間復用技術在相同的時頻資源

上同時復用更多用戶，可以大幅度提高頻譜的效率，最終提

升小區峰值速率。

(2)高階調制技術

3Gpp在Released階段提出了256正交幅度調制(

QuadratureAmplitudeModulation,QAM)技術，相比于之前

的64QAM調制技術，單位時間內發送的信息量比64QAM調

制技術提高了三分之一，從而實現提高空口速率的目的。

(3)改進型正交頻分復用技術

基于子帶濾波的正交頻分復用(FHteredOrthogonal

FrequencyDivisionMultiplexing,F-OFDM)技術通過優化濾

波器、數字預失真(DigitalPre-Distortion,DPD),射頻等

通道處理，有效地提高系統帶寬的頻譜利用率及峰值速率。

2降.低時延技術

(1)時隙調度技術

LTE系統中采用的是子幀級調度，每個調度周期為1ms

o在5G系統中，每個子幀的長度與LTE相同，都是1ms,每

個子幀又根據參數設定分為若干個時隙。為了降低調度時延

,5G系統的空口采用了時隙級調度，每個調度周期為單個時

隙，從而達到了降低空口時延的效果。

(2)免調度技術

由于調度存在環回時間(RoundTripTime,RTT),為了

降低這個時延，5G系統中針對時延敏感的業務提出了免調度

技術，免調度接入能免去整個接入流程，是實現超低時延接

入的一個重要方向。

(3)設備到設備技術

設備到設備(Device-to-Device,D2D)通信是一種在蜂

窩系統控制下，通過復用小區資源實現終端直接通信的新型

技術，它能夠增加蜂窩通信系統的頻譜效率，降低終端發射

功率，在一定程度上緩解無線通信系統頻譜資源匱乏的問題

O

3提.升覆蓋技術

(1)上下行解耦技術

5G上下行解耦定義了新的頻譜配對方式，使下行數據在

3.5GHz/4.9GHz等較高頻段上傳輸，上行數據在

1.8GHz/2.1GHz等較低頻段上傳輸，從而達到提升上行覆蓋

的效果。

(2)雙連接技術

為了在跨站場景下提供更高的業務速率，提升終端用戶

體驗，3Gpp在R12階段提出了雙連接(Dual

Connectivity,DC)特性，支持在兩個基站間通過分流傳輸，

從而達到了提升上行覆蓋的效果。

113.35G的應用場景

5G有三大類應用場景，分別是：增強移動寬帶(

enhancedMobileBroadband,eMBB)、超高“J靠低時延通

信(ultraReliableandLowLatencyCommunication,

uRLLC)>海量機器類通信(massiveMachineTypeof

Communication,mMTC)。具體包括：Gbps移向寬帶數據

接入、智慧家庭、智能建筑、語音通話、智慧城市、三維立

體視頻、超高清晰度視頻、云工作、云娛樂、增強現實、行

業自動化、緊急任務應用、自動駕駛汽車等。

eMBB最直觀的表現就是網速的翻倍提升，超高的傳輸

數據速率。在5G下，我們可以輕松看在線2K/4K視頻和

AR/VR,峰值速度可以達到10Gbps。

uRLLC,其對時延的要求很高，主往要達到1ms級別。

它應用在車聯網、工業控制、遠程醫療等特殊行業。

mMTC依靠5G強大的連接能力，促進垂直行業融合。萬

物互聯卜，我們依靠身邊的各類傳感器和終端能構建一個智

能化的生活。在這個場景下，數據的速率較低而且時延要求

也不高，布局的終端成本會更加低，同時要求有長續航和可

靠性。

教學

教學內容教學活動策略與意圖

環節

1.講授教學

的網絡架構和部署特點教師活動

環節11.3.45G法,通過講

第五代移動通信系統網絡架構分為無線接入網、承載網1.講授5G解網絡

四5G

和核心網三部分，如圖11-13所示。網絡架構架構和部署

j無線接入網XCRAMH核心網R灼2區EtralDC和部署特特點，5G

5G網

<O點，5G網網絡建設流

Ffont」：：11P則l…MO皿W”*AM>M/toT/OW/

絡架B絡建設流

：,-DRAM：...............................................................?程，使學生

AIsrid-H心"程。掌握5G網

構和…皿9小eT-

J承我網：絡架構和部

部署：CSG*；|AM；RSG?WPC

DU學生活動署特點，

特點￡"?***"：；,***HBJ5G網絡建

和i|、0V一^_21.認真聽設流程。

,5GOBjIOIIMDMOTN^OMOTh*WDM取教師講

網絡圖11-135G通信系統網絡架構授內容。

建設2.積極思

考，回答

流程1.無線接入網

問題。

（30分在無線接入網環節