移动通信

初始接入（Initial Access）5G UE（用户设备）连接到基站（gNB）的时序主要分为小区搜索与系统信息获取、随机接入过程、RRC 连接建立三个核心阶段： 小区搜索与系统信息获取： UE 通过检测基站发送的同步信号块（SSB），解析其中的主同步信号（PSS）和辅同步信号（SSS），实现与基站的频率同步和时间同步，并获取小区的物理层小区标识（PCI）。 解码主信息块（MIB）：通过物理广播信道（PBCH）获取基础信息，如系统帧号、SSB 波束信息等。 解码系统信息块 1（SIB1）：通过物理下行共享信道（PDSCH）获取小区接入参数，如初始带宽部分（BWP）配置、TDD 帧结构、PLMN（公共陆地移动网络）列表等。 随机接入过程（4步随机接入为例） 发送 PRACH 前导码：UE 在物理随机接入信道（PRACH）上发送随机接入前导码（Preamble），用于发起接入请求。 接收随机接入响应（RAR）基站通过 PDCCH（物理下行控制信道）发送携带 RA-RNTI 的 DCI，调度 PDSCH 传输 RAR 消息。UE 检测到匹配的 RAPID（随机接入前导码 ID）后，获 ...

引入-波束成形与MIMO技术波束成形（Beamforming）波束成形是指利用多天线阵列，在特定方向上发射或接收信号的技术。要实现定向接受，可以有很多种方式实现，例如指向性天线。但是使用阵列实现的波束成型相比传统定向天线更灵活。 波束成形的原理发射端的波束成形，核心是通过调整每个天线单元的信号相位，制造相长干涉（增强信号功率）和相消干涉（抵消信号），从而在目标方向聚焦信号。 影响波束成形调制参数的因素有： 天线单元的间距。 每个天线单元的相位调整 天线阵列的单元数量 三种波束成形架构波束成形主要有模拟、数字、混合三种实现架构，各有优劣。 在介绍它们之前先科普一个概念：射频链（RF Chain），其作用是将基带信号（数字信号）转换为射频信号（模拟信号）用于无线传输。 模拟波束成形 信号处理位置：在射频链之后的模拟域进行相位调整。模拟波束成形的相位偏移器（Phase Shifter）接在射频链输出端，直接对模拟射频信号的相位进行调整，通过多个天线单元的相位协同，形成定向波束。 射频链数量：只需要 1 条，数字信号经过射频链之后，由移相器在模拟域进行操作。 多波束能力：只能同时形成 ...

控制信令物理下行控制信道及信令物理下行控制信道（PDCCH）PDCCH 是 5G 下行链路中负责传输控制信息的关键信道，其传输由物理层生成的DCI（Downlink Control Infomation）。 终端接入 gNB时会被分配无线临时网络标识（Radio Network Temporary Identifier RNTI），用于区分不同终端的控制信令。 PDCCH采用采用极化码（Polar codes）进行信道编码，这是一种新型信道编码技术，能在信道容量逼近、抗干扰等方面表现出色。 控制资源集（CORESETs）CORESET 的全称是Control Resource Set，是 PDCCH 的时频资源载体，即，在资源网格中，CORESET区域是供PDCCH使用的。如下图，资源网格在时域上时一个slot，频域上时载波带宽（CBW），CWB被分为多个BWP，CORSET就在这些BWP的头部。 CORSET在时频域的大小和位置由网络半静态配置，其频域大小一定要小于载波带宽；每个带宽部分（BWP）最多可配置3 个 CORESET，终端仅需处理其激活的 BWP 内的 CORESET。 ...

IoT物联网的定义是：由嵌入传感器、软件、网络连接的物理设备（如车辆、家电等）组成的网络，可收集、共享数据（IBM 定义）。 本章节将会从下行控制信道、上行链路机制、 工业IoT（Industrial IoT IIoT）工业物联网指的是诸如工厂自动化、电力分配以及交通行业等应用场景。核心需求是低延迟、高可靠性 5G NR基于如下的方案，实现了低延迟高可靠性的需求： 传输不局限于时隙边界（“迷你时隙传输”），缩短调度时延； 前端加载设计 + 快速处理要求，保障低时延； 下行链路抢占机制：允许一个设备的持续传输被另一个延迟敏感的传输覆盖； 可配置的鲁棒的 MCS 和 CQI 表（牺牲频谱效率换传输鲁棒性）； 数据冗余与多站点连接提升可靠性。 为进一步支撑 IIoT 的严苛需求，Rel-16/17 引入多项增强： 上行抢占扩展：支持不同设备间的上行传输抢占； 上行同设备抢占优化； 配置授权增强：允许多配置并按流量流控制； PUSCH 增强：优化时域资源分配以降低时延； PDCCH 增强：支撑其他特性的调度需求； 多连接与 PDCP 冗余：提升传输鲁棒性； 时间敏感网络（TSN）：设备间 ...

引入课程Part2主要内容本课Part2主要介绍5G相关技术。主要内容有： 移动通信的标准化与4G回顾 5G总览与无线接口架构 5G传输结构、信道测量与传输信道处理 5G控制信令、多天线传输与波束管理 6G技术研究 上行链路与功率控制、寻小区与系统信息、随机接入 IoT，侧链通信，非地面网络 通信标准化电信行业的生态系统电信行业由这些机构构成： 机构 作用 机构 作用 供应商(Vendors) 制造网络设备、移动设备 行业论坛（Industry Forums） 作为联盟促进特定群体的利益 运营商(Mobile Network Operators) 提供网络服务 标准开发组织（Standards Development Organisations） 制定行业标准，确保互操作性 监管机构（Regulatory Bodies） 划分频谱、监管设备 测试&测量（Test & Measurement） 为供应商提供测试设备 区域标准化组织（National Standards Developing Organizations, SDOs）全球 ...

5G NR 总览引入5G New Radio （NR）是由3GPP提出的5G标准。它始于3GPP Rel-15，并通过Rel-16/17/18持续演进。 5G NR有数种新的特性，他们是： 高频操作与频谱灵活性(High Frequency Operation and Spectrum Flexibility)：采用新的频率频段（FR2），可提供高带宽，使 5G 能在高频段实现大带宽传输，拓展了频谱资源的利用。 超精简设计(Ultra Lean Design)：最小化始终在线的传输，如参考信号、系统信息广播等。同时提升了网络的能耗。 低延迟支持（Low Latency Support）：通过减少前端加载的参考和控制信号，降低了缓冲和解码延迟；采用可变的 OFDM numerology（子载波间隔等参数）和迷你时隙结构，进一步优化了传输延迟。 传输方案与结构（Transmission scheme and structure）：如4G一样继续使用OFDM，上行链路为普通OFDM（可选用带 DFTS 的 OFDM，仍保留兼容性）；但具备灵活的 numerology（子载波间隔可为 15k ...

Week1自由空间传播公式： \frac{P_R}{P_T}=G_RG_T(\frac{\lambda}{4\pi d})^2=G_RG_T(\frac{c}{4\pi fd})^2 L=-10\log_{10}G_T-10\log_{10}G_R-20\log_{10}\lambda+20\log_{10}d+21.98 L=-10log_{10}G_T-10log_{10}G_R+20log_{10}f+20log_{10}d-147.56 L(d)[dB]=L(d_0)+20\log_{10}(d/d_0)大尺度衰落-路径损耗指数$n$ L(d)[dB]=L(d_0)+10n\log_{10}(d/d_0)多普勒效应造成的频率偏移： f=\frac{v}{\lambda}cos\alpha瑞利信道电平穿越率： N_R=\sqrt{2\pi}f_m\rho e^{-\rho^2}瑞利信道的平均衰落持续时间： \overline\tau=\frac{e^{\rho^2}-1}{\sqrt{2\pi}f_m\rho}Week2香农信道容量： C=B\log_2(1+S/N) ...

引入章节目标在week1与week2中已经学习了无线信道的特性，无线信道发展遇到的挑战，信道容量等。 那么要如何使得真实的系统逼近理论信道容量极限呢？如何在无线信道中发送数字信号呢？如何解决信道干扰呢？ 本小节的主题将会使用信道编码来解答这三个问题。本节将介绍一些典型的信道编码，他们的功能，以及性能分析。 信道编码：编码增益（Coding Gain）信道编码将会引入一些冗余，来使得错误可以被纠正和发现。 Coding gain（编码增益）表示在相同误码率（BER）条件下，使用编码后的系统相比未编码系统所需的信噪比（SNR）降低量。简单来说，它告诉我们：通过引入冗余和纠错机制，我们可以“省下”多少信号功率来达到同样的可靠性。 例如下图，在同样的SNR下，uncoded的错误率比coded更高，$C_{g1}$和$C_{g2}$就被称为编码增益。但随着信噪比（SNR）的增加，编码系统会表现出误码率瓶颈（error floor）现象。在超过某一阈值的信噪比范围内，误码概率下降得明显变慢，如下图coded曲线末端，这是因为在该信噪比区间内，最小距离误码事件最终成为影响编码性能的主要因素。 信 ...

引入Recap：通信系统基本模型一个基本的数字通信系统框图如下 其中： 信源编码：其目的为压缩信息，提高效率。它对原始信息进行压缩，使其占用更少的比特。典型的算法如霍夫曼码、LZ码、JPEG、MP3、MPEG等 信道编码：其目的为增加冗余，纠正传输错误。它在在压缩后的数据中加入冗余信息（如校验位）。常见的有块码（包含Hamming码、CRC码）、卷积码、Turbo码等等。 Recap：香农信道容量香农信道容量是可实现的信道容量的极限。香农表明如果合适地将信息编码，可以实现很高的通信速率与很低的错误率，这对应有一个最高的信息传输速率称为信道容量（可靠通信的极限）。如果超过这个速率，则无法实现低错误率的通信。 C=B\log_2(1+S/N)其中： B为信道带宽（Hz） S为信号功率（W） N为噪声功率（W） 章节目标：本章节将： 介绍信源、信息量、熵等概念。 介绍前缀码、霍夫曼、LZ码几种信源编码。 最后简略介绍信道容量的相关内容，其包含香农信道容量、互信息、AWGN与衰落信道中的容量。 信源与熵信源信源产生的数据应当在接收端看起来应该是随机的，如果信源产生的数据已经被准 ...

引入关于这门课这门课回顾无线通信和信息理论的基本原理，即，无线通信的技术和挑战。这门课的基础内容适用于5G，wifi，以及其他现代无线通信。 这门课主要聚焦于5G通信中的物理层，稍微涉及数据链路层。 在这本科的前半部分，会涉及如下topic： 无线传播影响因子：大尺度衰落、小尺度衰落、时延、多普勒效应 信息理论：信道容量、信源编码 无线调制：块码、卷积码 Diversity 和 MIMO技术 蜂窝无线和现代通信系统标准：TDMA、CDMA、OFDM 扩频技术： 直序扩频、跳频扩频、扩频序列（m-sequence， gold sequence等） 其他：保护带、循环前缀、峰值功率问题 5G Intro5G有三大特性： Enhanced Mobile Broadband（eMMB）：带来了更高的速度，更多的连接设备数量。 Massive Machine Type Communications（mMTC）：为医疗电子、交运、环境监测、智能电网等物联网应用赋能。 Ultra-Reliable and Low Latency Communications (uRLLC) ：服务于车联网、自 ...