【25软考网工】第四章无线通信网(1)移动通信与4G/5G技术、CDMA计算

目录

一、移动通信与4G/5G技术

1.移动通信发展

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2.移动通信制式

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3.移动通信技术标准------4G标准

4G标准

4G关键技术

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1)OFDMA(划分子信道)

2)MIMO

3)码本分集技术

4)软件无线电技术

5)VoIP技术

6)安全加密技术

4.5G应用场景

[1) 高带宽场景(eMBB)](#1) 高带宽场景(eMBB))

[2) 低时延高可靠场景(uRLLC)](#2) 低时延高可靠场景(uRLLC))

3)海量连接场景(mMTC)

5.5G两种组网模式

1)非独立组网(NSA)(过渡)

2)独立组网(SA)

3)组网演进策略

6.5G关键技术

1)核心技术解析

2)例题:5G关键技术判断(网工2022.5)

3)例题:5G提升接入用户数技术(网工2023.5)

[4) 例题:我国自主4G标准(网工2024.5)](#4) 例题:我国自主4G标准(网工2024.5))

5)例题:4G与3G区别和标准(网规2015.11)

6)例题:MIMO功能定义判断(网规2020.11)

7)例题:6G网络覆盖实现(网规2024.11)

7.知识小结

二、CDMA原理

1.CDMA原理

2.相关例题

1)例题:CDMA接收数据判断(网规2022.11-34)对位乘相加

2)例题:CDMA通信未发送终端判断(网规2024.11-14)

3.知识小结


一、移动通信与4G/5G技术

1.移动通信发展

代际演进:从1G到5G共经历五代技术迭代,"G"代表Generation(代),需与WiFi中的5GHz频谱区分

1G特点(1980s):模拟蜂窝技术,仅支持语音通话(如大哥大),未普及原因:网络覆盖不足、终端价格昂贵

2G突破(1990s):数字蜂窝技术,新增短信功能(GSM/CDMA制式),实现数据低速传输

3G应用(2000s):带宽提升催生社交应用(微信/微博),典型速率达2Mbps

4G革新(2010s):IP分组交换网络支撑视频应用(抖音/快手)和手游(王者荣耀),理论速率100Mbps

5G特性(2020s):毫米波频段(26/28GHz)、1ms超低时延、百万级终端连接,支持VR/AR和物联网应用

2.移动通信制式

2G制式

  • GSM:移动/联通采用,时分多址(TDMA)
  • CDMA:电信独家采用,码分多址技术

3G标准

  • TD-SCDMA:中国自主标准(移动使用),性能较差已淘汰
  • WCDMA:联通采用,欧洲主导
  • CDMA2000:电信采用,美国高通技术

4G统一:LTE成为全球标准,分两种模式

  • TD(时分双工),TD-LTE-Advanced是我国自主知识产权的4G标准
  • FDD(频分双工)

5G组网

  • NSA:非独立组网,依托4G核心网
  • SA:独立组网,全新5G核心网

3.移动通信技术标准------4G标准

WiMAX II属于4G标准。3G和4G最大的区别是,3G标准骨干网是基于传统时分复用的语音网络,而4G骨干网是基于IP的分组交换网络

4G标准

候选标准:UMB(高通)、LTE(3GPP)、WiMAX II(IEEE 802.16m)

LTE发展路径GSM->W-CDMA->HSPA->4G

中国频谱分配:

  • 移动:1880-1900/2320-2370/2575-2635MHz(共130MHz)
  • 联通:2300-2320/2555-2575MHz(40MHz)
  • 电信:2370-2390/2635-2655MHz(40MHz)

骨干网变革:3G基于电路交换,4G采用全IP分组交换

4G关键技术

1)OFDMA(划分子信道)

概念:是4G中的一种多址技术,通过将无限信道分成多个子信道 来实现多用户之间的并行传输,提高了频谱利用率和数据传输效率

**正交频分:**将信道划分为正交子载波,每个子载波都可以独立传输数据,避免载波间干扰

四大特点

  • 高频谱效率:频谱效率提升30%(子载波并行传输)
  • 低功耗:功耗降低40%(正交性减少干扰)
  • 抗干扰能力强:抗多径衰落(循环前缀保护)
  • 支持多用户:支持多用户调度(动态资源分配)

使用情况

  • LTE系统改用OFDMS技术作为下行链路的多用户调制技术,以提高系统容量和频谱利用率。
  • WiMAX采用OFDMA技术作为其无库存的多用户调制技术

2)MIMO

概念:是一种天线技术,通过使用多个天线来发送和接受数据 ,可以显著提高无线信道的容量和数据的传输速率。

特点

  • 显著提供频谱利用率和信道容量
  • 提供数据传输的可靠性和覆盖范围。

空间维度:4×4 MIMO使单用户峰值速率提升4倍

实现方式

  • 空时编码:在发送端将多个数据量分别编码成多个符号,通过多天线发送相同数据的不同编码版本(提升可靠性)
  • 空间复用:利用多个天线同时发送不同的数据流,接收端通过接收到的多个数据流进行编码,多天线并行传输不同数据流(提升频谱利用率)

商用案例:802.11n产品单流150M,,2个位300M,4流可达600M

3)码本分集技术

概念:是4G中的一种编码技术 ,通过在发送数据时添加纠错码来提高数据的可靠性,减少误码率,从而提高数据传输效率和通信质量。

  • 纠错机制:添加冗余校验码,误码率降低至10^−6
  • 自适应调制 :QPSK/16QAM/64QAM动态切换

4)软件无线电技术

概念 :通过软件定义无线电设备的信号除了、调制解调、信道估计等功能,可以实现高度灵活的无线通信系统,提高了系统的可拓展性和适应性

特点

  • 硬件与软件分离
  • 提高通信系统的灵活性和可靠性
  • 降低通信系统的成本和维护难度

核心思想:硬件通用化+软件可编程

四大功能

  • 多模式支持(TDD/FDD自动适配)
  • 多天线技术(2×2/4×4动态选择)
  • 动态频谱接入技术(20MHz+20MHz载波捆绑)
  • 自适应调制技术(可选4096QAM,1024QAM,根据实际情况选择)

5)VoIP技术

概念:是4G中的一种语音通信技术 ,通过将语音数据转换成数字信号进行传输,实现了语音和数据在同一网络上的传输,提高了通信效率和资源利用率。

IMS核心 :实现语音数字化封装(考试重点)

优势:

  • 大幅度降低通话费用
  • 提供语音质量
  • 提供更多的增值服务
  • 更加便利

全网络支持:兼容3G/4G/WiFi/固网接入

6)安全加密技术

4G中的安全加密技术主要包括身份认证、数据加密、安全传输等,通过使用密码学算法等技术保障数据的安全性和用户的隐私。

三重防护:

  • AKA认证(双向鉴权)
  • AES-256加密
  • IPSec安全隧道

代际对比:5G安全机制较4G增强3倍(新增量子加密支持)

4.5G应用场景

1) 高带宽场景(eMBB)

  • 峰值速率: 支持20Gbps的超高传输速率
  • 典型应用: 3D视频、AR/VR等沉浸式体验
  • 用户体验: 显著提升多媒体内容的传输质量和显示效果
  • 其他场景: 超高清屏幕显示、云端办公等需要大带宽支持的场景

2) 低时延高可靠场景(uRLLC)

  • 时延指标: 提供小于1ms的端到端时延
  • 可靠性: 达到99.9999%的超高可靠性
  • 应用领域: 工业互联网、工业自动化、自动驾驶等对时延和可靠性要求极高的场景
  • 技术特点: 特别适合对时延敏感的关键任务应用

3)海量连接场景(mMTC)

  • 连接密度: 支持100万连接/平方公里
  • 应用方向: 智慧城市基础设施(如智能水表、电表)、车联网、智能物流等
  • 技术特点: 侧重人与物之间的信息交互,构建万物互联的基础
  • 典型场景: 需要同时接入大量终端设备的物联网应用

5.5G两种组网模式

1)非独立组网(NSA)(过渡)

  • 网络架构: 在现有4G基站基础上部署5G基站,仍使用4G核心网
  • 建设优势: 节约建设资源、缩短部署时间
  • 过渡性质: 是5G部署初期的过渡技术方案
  • 用户体验: 虽然显示5G信号,但实际体验提升有限
  • 部署阶段: 5G建设初中期采用,实现快速商用

2)独立组网(SA)

  • 网络架构: 完全新建5G基站和5G核心网
  • 技术优势: 提供更优的网络性能和更丰富的应用场景
  • 部署阶段: 5G建设中后期逐步替代NSA模式
  • 演进过程: 需要逐步淘汰4G老旧设备,成本较高但效果更好
  • 用户体验: 真正实现5G的全部技术优势

3)组网演进策略

  • 演进路径: 从NSA逐步过渡到SA是主流技术路线
  • 经济考量: 避免一次性全部替换的高成本
  • 时间因素: 需要较长时间完成全网升级
  • 实际案例: 早期5G建设以NSA为主,近年才逐步转向SA
  • 技术启示: 网络升级通常采用渐进式演进策略

6.5G关键技术

1)核心技术解析

超密集异构无线网络

  • 相比4G使用更高频谱(如广电700MHz频谱覆盖优势明显)
  • 高频谱导致覆盖范围减小(如WiFi中2.4GHz比5GHz覆盖远)
  • 需密集部署宏基站、微基站和室分系统(如2G单基站覆盖几十公里,5G需多基站补充)

大规模MIMO

  • 天线阵列规模远超4G(128×128或64×64阵列)
  • 提升带宽和多进多出技术提高用户接入数量(WIFI通常仅4-16个MIMO)

毫米波通信:

  • 小基站增强高速移动场景体验(如高铁场景防掉线)
  • 提升组网灵活性

软件定义网络SDN与NFV

  • SDN实现控制面与数据面分离(区别于4G的SDR软件定义无线电)
  • NFV实现软硬件解耦 (如用标准服务器虚拟化vFW虚拟防火墙/vIPS虚拟入侵检测/vAV虚拟防病毒等安全设备)大幅度降低网络的建设和维护成本
  • 典型案例:vBRAS替代传统BRAS硬件设备

2)例题:5G关键技术判断(网工2022.5)

  • 关键特征:控制平面与数据平面分离
  • 排除法:B为天线技术,C为虚拟化技术,D为4G标准
  • 易混淆点:需区分SDN(5G,网络)与SDR(4G,无线电)
  • 答案:A.软件定义网络(SDN)

3)例题:5G提升接入用户数技术(网工2023.5)

  • 题干核心:提升用户接入数量
  • 技术对比:SDN管理网络架构,NFV降低硬件成本
  • 关键记忆:大规模MIMO通过天线阵列扩容
  • 答案:A.MIMO

4) 例题:我国自主4G标准(网工2024.5)

  • 易错选项:TD-SCDMA是国产3G标准
  • 关键区分:TD-LTE-Advanced是4G演进标准
  • 背景知识:FDD-LTE为频分双工制式
  • 答案:A.TD-LTE-Advanced

5)例题:4G与3G区别和标准(网规2015.11)

  • 本质区别:4G基于IP分组交换 vs 3G时分复用语音交换
  • 标准辨析:LTE和WiMAX II是国际标准(UMB已淘汰)
  • 注意:TD-LTE和FDD-LTE是部署方式非标准名称
  • 答案:(25)C (26)B

6)例题:MIMO功能定义判断(网规2020.11)

  • 核心功能:空间复用、赋形抗干扰、收发分离
  • 定位原理:用户定位需多基站三角定位(单基站仅能检测经过)
  • 典型错误:将波束成形误认为定位功能
  • 答案:D.用户定位

7)例题:6G网络覆盖实现(网规2024.11)

  • 题干关键词:"空天地一体化"
  • 技术组合:地面基站+高空平台+卫星(低轨为主)
  • 延迟对比:同步卫星270ms vs 低轨卫星<100ms
  • 答案:C.地面基站、高空平台和卫星网络的深度集成

7.知识小结

|--------------|-------------------------|-------------------|------|
| 知识点 | 核心内容 | 考试重点/易混淆点 | 难度系数 |
| 移动通信发展历程 | 1G到5G的迭代 | 5G与WiFi 5G的区别 | 中 |
| 1G技术 | 模拟蜂窝,只能打电话 | 大哥大未普及原因 | 低 |
| 2G技术 | 可打电话、发短信、传少量数据 | - | 低 |
| 2.5G技术 | 2G到3G的过渡技术 | NBA文字直播案例 | 低 |
| 3G技术 | 社交应用如微博、微信诞生 | 国产TD-SCDMA技术问题 | 中 |
| 4G技术 | 视频类应用如抖音、快手 | LTE统一标准 | 中 |
| 5G技术 | AR/VR、物联网应用 | 大带宽、低延迟、海量终端接入 | 高 |
| 2G制式 | GSM、CDMA | 移动、联通用GSM,电信用CDMA | 中 |
| 3G标准 | TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000 | TD-SCDMA为国产技术 | 中 |
| 4G标准 | LTE、UMB、WiMax | LTE为统一部署标准 | 中 |
| 5G组网模式 | 独立组网(SA)、非独立组网(NSA) | NSA为过渡技术 | 高 |
| 复用技术 | CDMA、TDMA、FDMA | - | 中 |
| LTE-Advanced | 我国自主知识产权4G标准 | - | 中 |
| OFDM | 4G多址技术 | 提高频谱利用率 | 高 |
| MIMO | 多天线技术 | 提升信道容量 | 高 |
| 软件定义无线电(SDR) | 硬件软件分离 | 提升灵活性 | 中 |
| VoIP | 语音通信技术 | 提升通话质量 | 中 |
| 5G应用场景 | 高带宽、低延迟、物联网 | - | 中 |
| 超密集网络 | 5G覆盖范围小 | 广电700M频谱优势 | 高 |
| 毫米波通信 | 解决高速移动问题 | 高铁覆盖案例 | 高 |
| SDN | 控制层面和数据层面分离 | 提升网络灵活性 | 高 |
| NFV | 软件和硬件解耦 | 降低网络建设成本 | 高 |

二、CDMA原理

1.CDMA原理

码片分配机制:CDMA系统为不同用户分配唯一码片,通过正交值计算判断数据接收情况

正交结果解读:

  • 结果为1:表示发送数据1
  • 结果为−1:表示发送数据0
  • 结果为0:表示未向该终端发送数据

通信过程示例:以四个终端a/b/c/d为例,a向b发送数据时:

  • b用本地码片与接收码片进行正交运算,结果为1或−1分别对应接收数据1或0
  • c/d虽能收到信号,但因a未向其发送数据,正交结果必为0

形象类比:类似古代兵符调兵机制,本地存储的码片相当于兵符的一半

2.相关例题

1)例题:CDMA接收数据判断(网规2022.11-34)对位乘相加

审题要点:

  • 发送方1与接收方1共享码片:(1,1,1,−1,1,−1,−1,−1)
  • 发送方2与接收方2共享码片:(1,−1,1,1,1,−1,1,1)
  • 发送序列:(2,0,2,0,2,−2,0,0)和(0,−2,0,2,0,0,2,2)

接收方1接收到的第一个数据的计算步骤:

  • 对位相乘后求和:(1×2)+(1×0)+(1×2)+(−1×0)+(1×2)+(−1×−2)+(−1×0)+(−1×0)=8
  • 结果归一化:8/8=1→ 接收数据1
  • 第二组计算同理得−1→ 接收数据0

快速判断技巧:正交结果只可能是1/0/−1,排除含负数的选项B

正确答案:B(1,0)

2)例题:CDMA通信未发送终端判断(网规2024.11-14)

审题要点:

  • 四个站点码片序列:
    • s1:(−1,−1,−1,+1,+1,−1,+1,+1)
    • s2:(−1,−1,+1,−1,+1,+1,+1,−1)
    • s3:(−1,+1,−1,+1,+1,+1,−1,−1)
    • s4:(−1,+1,−1,−1,−1,−1,+1,−1)
  • 接收序列:(−1,+1,−3,+1,−1,−3,+1,+1)

计算关键:

  • s3正交计算:[(−1×−1)+(1×1)+(−1×−3)+(1×1)+(1×−1)+(1×−3)+(−1×1)+(−1×1)]/8=0
  • 其他终端计算结果均不为零

核心原理:正交结果为零即对应未发送数据的终端

易错提醒:计算时需逐位相乘,注意正负号变化

正确答案:B s3

3.知识小结

|--------------|---------------------------------------------------|-------------------------------------------|------|
| 知识点 | 核心内容 | 考试重点/易混淆点 | 难度系数 |
| CDMA原理 | 系统为不同用户分配码片,通过正交值计算判断接收数据及内容(1/0/无数据) | 正交结果含义: • 1:收到数据 • -1:收到数据0 • 0:未向该终端发送数据 | ⭐⭐⭐ |
| 码片正交计算 | 对位相乘后求和,再除以码片长度(示例:8位码片结果/8) | 易错点: • 忽略除以码片长度步骤 • 混淆正交结果与数据值的对应关系 | ⭐⭐⭐⭐ |
| 多终端场景分析 | 未发送数据的终端正交结果必为0(如c/d收到a→b数据时的计算) | 关键结论: • 其他终端可收到信号但正交结果为0 | ⭐⭐ |
| 实战例题解析 | 2022年11月第34题: 接收方1本地码片与发送数据正交结果=1→收到1 正交结果=-1→收到0 | 技巧: • 直接通过正负排除选项(如排除正交结果非±1的选项) | ⭐⭐⭐ |
| 2024年11月第14题 | 通过正交结果=0判断未发送终端(如s3的计算过程) | 注意事项: • 逐位计算需细心 • 优先验证正交结果为0的选项 | ⭐⭐⭐⭐ |
| 类比记忆法 | 码片机制类比古代兵符调兵(本地码片≈半块兵符) | 强化记忆点: • 正交匹配≈兵符吻合 | ⭐⭐ |

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