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现代通信技术前沿探索：从 5G 到太赫兹通信 本书旨在深入探讨当代移动通信领域的前沿技术与发展趋势，内容涵盖 5G 乃至未来 6G 系统的关键技术挑战、解决方案以及新兴的频谱应用，重点聚焦于频谱效率、网络架构演进和新型物理层技术。 --- 第一章：移动通信演进的宏观图景与挑战 本章首先回顾了蜂窝移动通信技术自 1G 到 4G 的发展历程，重点分析了 4G LTE 在带宽、时延和连接密度方面所取得的突破。在此基础上，我们详细剖析了当前面向 5G 时代所面临的核心挑战，特别是频谱资源的稀缺性、海量设备连接的需求（mMTC）以及超低时延高可靠性通信（uRLLC）的严苛要求。 1.1 移动通信技术代际更迭的核心驱动力分析 1.2 频谱效率瓶颈与需求驱动下的技术创新压力 1.3 现有网络架构（如 EPC/4G 核心网）在支持新业务场景中的局限性 1.4 关键性能指标（KPIs）的量化与目标设定：吞吐率、时延、能效与可靠性 第二章：5G 新空口（NR）的物理层创新与波束赋形技术 本章聚焦于 5G 新空口（NR）在物理层设计上实现性能飞跃的关键技术，特别是对毫米波（mmWave）频段的利用策略和大规模多输入多输出（Massive MIMO）系统的实现细节。 2.1 毫米波频段（Sub-6GHz 以上）的传播特性与挑战：穿透损耗、阴影效应与大气衰减 2.2 动态的波束管理与波束赋形（Beamforming）技术：从预编码到混合波束成形（Hybrid Beamforming） 2.3 大规模 MIMO（Massive MIMO）的原理、信道估计与预编码矩阵的优化算法 2.4 新的帧结构与时频资源调度机制：灵活的子载波间隔（SCS）与波束周期性切换策略 2.5 信道编码与调制方案的升级：LDPC 码与极化码（Polar Codes）在不同场景下的性能对比 第三章：面向高容量与低时延的网络架构演进 本章深入探讨 5G 核心网（5GC）的架构重构，特别是服务化架构（SBA）的设计理念、网络功能虚拟化（NFV）和软件定义网络（SDN）在构建灵活、可扩展网络中的作用。 3.1 5G 核心网（5GC）的服务化架构（SBA）详解：控制面与用户面的分离 3.2 网络功能虚拟化（NFV）与基础设施抽象层的实现：通用硬件平台上的网络功能部署 3.3 软件定义网络（SDN）在流量工程与资源分配中的应用潜力 3.4 边缘计算（MEC）：下沉式计算资源与网络功能的协同部署，实现超低时延服务 3.5 接入与传输网的协同优化：回传网络（fronthaul/midhaul/backhaul）的带宽需求与光纤化部署策略 第四章：网络智能化与资源高效利用：AI/ML 在通信中的融合 本章探讨如何引入人工智能（AI）和机器学习（ML）技术，以应对未来高度复杂的无线环境，实现网络的自组织、自优化和自愈合。 4.1 传统优化算法在复杂无线环境下的局限性分析 4.2 机器学习在信道估计与预测中的应用：提高波束赋形和快速重传的准确性 4.3 深度强化学习（DRL）在动态资源调度与能耗管理中的角色 4.4 基于 AI 的网络切片（Network Slicing）资源动态分配与保障 4.5 智能干扰抑制与功率控制算法的迭代优化 第五章：超越 5G：面向 6G 的频谱探索与前沿物理层技术 本章将视角投向未来十年后的通信系统——6G，重点讨论频谱向更高频段（太赫兹、可见光）的拓展，以及对通信、感知一体化（JCAS）的初步设想。 5.1 频段的拓展：太赫兹（THz）通信的挑战与机遇 5.1.1 太赫兹频段的信道建模与穿透性衰减问题 5.1.2 超大规模天线阵列（Ultra-Massive MIMO）在太赫兹的应用需求 5.1.3 亚太赫兹与太赫兹带的器件实现瓶颈（射频前端、收发机） 5.2 通信、感知与计算一体化（Integrated Sensing and Communication, ISAC）的概念框架 5.2.1 共享频谱资源下的雷达感知与数据传输的协同设计 5.2.2 基于联合优化框架的波形设计 5.3 新型通信范式探索：非地面网络（NTN）与空天地一体化组网 5.4 面向 2030 年的系统级性能目标与关键技术路线图 --- 本书的特点在于其前瞻性与深度并重。它不满足于对现有标准的简单描述，而是深入剖析了从物理层资源分配到网络架构重构、再到未来频谱探索的完整技术链条，为致力于下一代移动通信系统设计、仿真和标准制定的工程师和研究人员提供了一份全面而深入的参考资料。
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