通信前沿技术-v1

通信前沿技术柴蓉通信与信息工程学院课程介绍主要内容移动通信（4G、5G）前沿技术多天线技术、正交频率复用技术、协作通信技术、认知无线电技术、密集组网技术等。通信网络前沿技术：物联网、软件定义网络、云技术等技术。考核方式20%平时成绩（课堂考勤），80%考试成绩。任课老师联系方式电话：64260224邮箱：[e-mail]通信系统/技术分类根据传输媒质分类有线通信系统无线通信系统通信系统分类根据传输媒质分类有线通信系统采用有线传输介质（如电缆、光缆等）的通信系统常见通信形式：固定电话通信、电话线/网线接入互联网、光纤通信等。无线通信系统采用无线传输介质（如电磁波）的通信系统。常见通信形式：短波通信、移动通信、卫星通信、激光通信等。通信系统分类按信道中传输信号特征分类模拟通信系统（1G）数字通信系统（2G、3G、4G，数字电视）按通信者是否运动分类移动通信系统固定通信系统按通信设备的工作频率分类长波通信、中波通信、短波通信、微波通信（移动通信）等。通信系统分类根据传输媒质分类有线通信系统无线通信系统采用无线传输介质（如电磁波）的通信系统。常见通信形式：短波通信、移动通信、卫星通信、激光通信等。按信道中传输信号特征分类模拟通信系统数字通信系统按通信者是否运动分类移动通信系统固定通信系统通信网络示意图通信技术分类传输技术网络技术物联网、云计算、软件定义网络集成电路技术天线技术等通信系统分类根据传输媒质分类有线通信系统采用有线传输介质（如电缆、光缆等）的通信系统常见通信形式：固定电话通信、电话线/网线接入互联网、光纤通信等。无线通信系统采用无线传输介质（如电磁波）的通信系统。常见通信形式：短波通信、移动通信、卫星通信、激光通信等。4G、5G移动通信系统设计目标更快传输速率及更高系统容量前沿/关键技术多天线技术复用技术：OFDM协作技术认知无线电技术（多小区）密集组网技术异构网络融合技术等移动通信前沿技术多天线技术复用技术：OFDM协作技术认知无线电技术（多小区）密集组网技术异构网络融合技术等多天线技术基本概念在发送端和接收端同时采用多根天线多输入所输出（MultipleInputMultipleOutput，MIMO）采用MIMO目的更好地利用空间资源，提高频谱效率，从而实现更高系统容量、更广覆盖和更高用户速率。单/多天线系统收发端单天线（SISO）系统容量单天线系统模型：假设发射端功率为，则接收端功率为，接收端信噪比：（香农公式）单位频谱信道容量：收发端数学模型：信道容量多天线（MIMO）系统系统模型系统容量MIMO系统，若N，M足够大，系统容量vsSNR移动通信前沿技术多天线技术复用技术：OFDM协作技术认知无线电技术（多小区）密集组网技术异构网络融合技术等正交频分复用（OFDM）技术基本概念（What）正交频分复用技术（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)是多载波调制技术的一种，采用正交子载波调制多路信号。为什么使用OFDM/FDM（Why）？通常通信系统的信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽要宽得多。若一个信道仅传送一路信号导致信道资源严重浪费，为了能够充分利用信道的带宽，可采用频分复用的方法。OFDM如何实现多载波调制（How）？将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，采用IFFT和FFT实现调制和解调。。OFDM子载波正交性OFDM采用子载波：OFDM子载波实例FDM与OFDM频谱利用率对比OFDM实现OFDM实现1.串并转换：将输入的高速数据流分解为多个低速子数据流；2.调制（IFFT）：对各子数据流采用正交子载波进行调制；3.合并后的数据流经信道传输；4.解调（FFT）：采用各组正交载波解调合并后的数据流（相乘、积分）5.并串转换，恢复原高速数据流。OFDM的优缺点OFDM的优点OFDM的缺点移动通信前沿技术多天线技术复用技术：OFDM协作通信技术认知无线电技术（多小区）密集组网技术异构网络融合技术等协作通信技术问题提出源节点S向目的节点D发送消息，若信道增益，则消息无法正确接收。协作思想可能存在另一节点R，其与源节点S之间信道增益及R与目的节点D之间信道增益均优于，S可发送消息至R，由R转发至D。R称为中继节点。协作通信技术应用示例协作通信技术实现时隙1：源节点S向目的节点D发送消息，D接收消息。同时，中继R接收源节点S的消息时隙2：目的节点D接收R转发的消息。实现协作通信技术协作通信技术分类（根据中继节点R处的操作）放大转发（AmplifyandForward，AF）解码转发（DecodeandForward，DF）协作通信技术放大转发（AF）中继节点R不对接收到的来自源端S的信号进行解调和解码，而是直接将收到的信号进行放大，之后转发至目的端。协作通信技术解码转发（DF）中继节点R对接收到的来自源端S的信号进行解调和解码，再通过编码和调制重构发射信号，从而降低噪声影响。接收端合并技术等效比值合并（EqualRatioCombining,ERC）固定比值合并（FixedRatioCombining,FRC）信噪比合并（SignaltoNoiseRatioCombining,SNRC）等效比值合并（ERC）接收端将所接收的比值直接相加固定比值合并（FRC）接收端以一定比例对所接收的比值进行相加：直传链路路径加权：中继链路路径加权信噪比合并（SNRC）接收端根据链路信噪比进行合并：直传链路信噪比：中继链路信噪比协作通信性能分析协作通信技术协作通信技术主要研究方向性能分析不同信道模型、工作模式下容量、中断概率等资源分配功率分配、子信道分配、时隙分配等中继选择、传输模式选择是否使用直传模式多个候选可用中继中选择一或多个源-中继匹配