《新一代无线通信信号分析与测试》聚焦新一代无线通信技术，全面深入阐述5G通信、工业互联网、车联网和卫星互联网等新一代信息通信技术与新型基础设施的技术特点、信号特征、测试技术与仪器，从基础理论入手，清晰阐释现代通信信号发生与分析的关键技术架构，为读者构建坚实的知识基石。《新一代无线通信信号分析与测试》详细介绍通信信号的发生与分析的设计方案、关键技术、实现方法，以及时域、频域、调制与解调等多维度分析策略。借助作者多年从事通信测试仪器的研发经验，结合实际案例展示如何精准解析信号特性、挖掘潜在信息，深入探讨各类测试仪器的工作原理、指标体系和测试环境的搭建等，为无线通信系统的研发、优化与维护提供可靠的测试方案与实践指导。

目录
“信息科学技术学术著作丛书”序
前言
第1章 无线电业务与频谱管理 1
1.1 无线电业务介绍 1
1.1.1 5G/6G 通信业务 3
1.1.2 工业互联网通信业务 11
1.1.3 车联网通信业务 15
1.1.4 卫星通信业务 23
1.2 无线电频谱资源管理 36
1.2.1 无线电频谱资源管理概念 36
1.2.2 无线电频谱资源管理现状 41
1.2.3 无线电频谱资源管理机制 43
第2章 信号时域分析 45
2.1 信号与运算基础 45
2.1.1 常用函数 45
2.1.2 离散时间信号 54
2.1.3 信号差分与累加运算 56
2.1.4 卷积运算 57
2.2 采样定理 60
2.2.1 奈奎斯特采样定理 60
2.2.2 窄带采样定理 62
2.3 采样方式 64
2.3.1 实时采样 64
2.3.2 随机采样 65
2.3.3 顺序采样 65
2.3.4 非均匀采样 65
2.3.5 过采样 66
2.4 信号盲检 66
2.4.1 信号盲检概念与常用方法 67
vi 新一代无线通信信号分析与测试
2.4.2 物理下行链路控制信道盲检基本概念 71
2.4.3 3GPP 中盲检参数的定义 73
2.4.4 物理下行链路控制信道盲检流程 74
2.5 信号同步 75
2.5.1 载波同步 75
2.5.2 帧同步 77
2.5.3 码元/符号/位同步 84
2.5.4 5G新空口同步技术与实现 88
2.6 MATLAB常用函数 97
第3章 信号频域分析 101
3.1 傅里叶变换 101
3.1.1 傅里叶级数与傅里叶变换 101
3.1.2 离散傅里叶变换 103
3.1.3 快速傅里叶变换 111
3.2 拉普拉斯变换 113
3.3 Z 变换 116
3.4 频域测量仪器基本原理与性能参数 119
3.4.1 频谱分析仪基本原理和技术指标 120
3.4.2 矢量信号分析仪基本原理和技术指标 124
3.5 MATLAB常用函数 128
3.5.1 MATLAB常用频域函数简介 128
3.5.2 常用函数的仿真分析 131
第4章 信号调制与解调技术 140
4.1 信号调制与解调基础 140
4.1.1 基带信号与频带信号 140
4.1.2 模拟调制与数字调制 141
4.1.3 数字调制信号的传输 142
4.1.4 数字调制的应用 143
4.2 调制与解调基本参数 144
4.2.1 比特率与码元速率 145
4.2.2 数字信号的质量分析参数 145
4.3 幅移键控调制与解调 149
4.3.1 幅移键控调制 149
4.3.2 幅移键控解调 153
4.4 频移键控调制与解调 156
4.4.1 频移键控调制 156
4.4.2 频移键控解调 161
4.5 相移键控调制与解调 165
4.5.1 相移键控调制 165
4.5.2 相移键控解调 169
4.6 正交幅度调制与解调 172
4.6.1 正交幅度调制 172
4.6.2 正交幅度解调 175
4.7 振幅和相位键控调制与解调 179
4.7.1 振幅和相位键控调制 179
4.7.2 振幅和相位键控解调 182
4.8 正交频分复用调制与解调 185
4.8.1 正交频分复用调制 185
4.8.2 正交频分复用解调 188
4.9 MATLAB常用函数 192
4.9.1 幅移键控调制与解调函数 192
4.9.2 频移键控调制与解调函数 195
4.9.3 相移键控调制与解调函数 198
4.9.4 正交幅度调制与解调函数 201
4.9.5 振幅和相位键控调制与解调函数 204
4.9.6 正交频分复用调制与解调函数 207
第5章 5G信号发生与分析 213
5.1 5G通信频谱规划与信号特征 213
5.1.1 5G通信频谱规划 213
5.1.2 典型应用场景 215
5.1.3 5G标准演进 215
5.1.4 5G信号特征 219
5.2 5GNR信号发生与分析技术 222
5.2.1 5G帧结构与物理信道 222
5.2.2 5G信道编码 228
5.2.3 5G信道模型与估计 230
5.2.4 大规模天线阵列技术 233
5.2.5 5G基带调制与解调 236
5.3 5G测试技术与仪器 246
5.3.1 5G测试概述 246
5.3.2 基站测试仪 249
5.3.3 终端综测仪 255
5.3.4 外场测试仪 259
第6章 工业互联网信号分析 262
6.1 工业互联网业务及频谱资源 262
6.1.1 工业互联网的关键技术 262
6.1.2 工业互联网的无线通信技术 264
6.1.3 工业互联网的频谱资源 265
6.2 工业互联网信号时域分析 266
6.2.1 NB-IoT信号时域分析 266
6.2.2 LoRa信号时域分析 270
6.2.3 Wi-Fi信号时域分析 272
6.2.4 蓝牙信号时域分析 277
6.2.5 ZigBee信号时域分析 281
6.2.6 NearLink信号时域分析 284
6.3 工业互联网信号频域分析 290
6.3.1 NB-IoT信号频域分析 290
6.3.2 LoRa信号频域分析 291
6.3.3 Wi-Fi信号频域分析 293
6.3.4 蓝牙信号频域分析 295
6.3.5 ZigBee信号频域分析 299
6.3.6 NearLink信号频域分析 301
6.4 工业互联网信号调制分析 302
6.4.1 NB-IoT信号调制分析 302
6.4.2 LoRa信号调制分析 305
6.4.3 Wi-Fi信号调制分析 308
6.4.4 蓝牙信号调制分析 312
6.4.5 ZigBee信号调制分析 314
6.4.6 NearLink信号调制分析 316
6.5 工业互联网测试技术与仪器 320
6.5.1 信号源 320
6.5.2 信号分析仪 325
6.5.3 网络测试仪 332
6.5.4 基于无线通信协议的VSG与VSA测试软件 338
第7章 车联网信号分析 344
7.1 车联网业务及发展 345
7.1.1 车联网业务 345
7.1.2 车联网频谱资源 346
7.1.3 车联网发展趋势 347
7.2 车联网信号时域分析 350
7.2.1 LTE-V2X信号时域分析 350
7.2.2 NR-V2X信号时域分析 351
7.3 车联网信号频域分析 353
7.3.1 LTE-V2X信号频域分析 353
7.3.2 NR-V2X信号频域分析 355
7.4 车联网信号生成与解析 359
7.4.1 LTE-V2X信号生成流程 359
7.4.2 NR-V2X信号生成流程 363
7.4.3 LTE-V2X信号解析流程 364
7.4.4 NR-V2X信号解析流程 369
7.5 车联网通信测试技术 371
7.5.1 V2X T-Box终端综合测试 373
7.5.2 V2X射频一致性测试 376
7.5.3 V2X协议一致性测试 379
7.5.4 V2X通信链路性能测试 382
7.5.5 V2X通信综合测试 385
第8章 卫星通信信号发生与分析 387
8.1 DVB-S2X通信信号发生与分析 387
8.1.1 DVB-S2X发展概述 387
8.1.2 DVB-S2X技术特点 393
8.1.3 DVB-S2X通信信号发生 395
8.1.4 DVB-S2X通信信号分析 401
8.2 5GNTN通信信号发生与分析 405
8.2.1 5GNTN发展概述 406
8.2.2 5GNTN技术特点 409
8.2.3 5GNTN信号调制与解调 415
8.2.4 5GNTN通信时频特征及补偿 422
8.3 卫星通信测试 431
8.3.1 卫星终端测试 431
x 新一代无线通信信号分析与测试
8.3.2 卫星载荷测试 438
第9章 空口信号测试技术 442
9.1 微波/毫米波OTA测试技术与系统方案 442
9.1.1 概述 443
9.1.2 微波/毫米波OTA测试技术 444
9.1.3 微波/毫米波OTA测试系统方案 448
9.1.4 毫米波OTA测试系统测试验证 457
9.2 空口信令测试技术 460
9.2.1 空口测试整体架构 460
9.2.2 空口协议 462
9.2.3 空口信令分析 467
9.2.4 空口信令测试验证 469
9.3 通信外场清频测试技术 471
9.3.1 清频测试主要功能和应用场景 472
9.3.2 通信外场清频测试核心算法 473
9.3.3 通信外场清频测试技术方案 482
9.3.4 通信外场清频测试验证 487
9.4 无线通信网络优化测试技术 490
9.4.1 概述 491
9.4.2 通信路测主要测试方法 491
9.4.3 通信路测关键技术 495
9.4.4 通信路测仪设计方案 497
9.4.5 通信路测验证 499
参考文献 504

第1章无线电业务与频谱管理
　　19世纪末，意大利的马可尼和俄国的波波夫分别利用电磁波传输电报码的实验获得成功之后，无线电技术已经过一百多年的不断完善和发展。在军事应用方面，无线电技术从早期的利用简易通信装备，如莫尔斯电码打字机传输信息，逐步实现了数字化、网络化、集成化、自动化和智能化，成为军队战斗力的重要组成部分。在民用方面，移动通信是无线通信技术应用*广泛的领域之一，在航空航天、智能家居、交通运输等领域，无线通信技术也发挥着重要作用，成为现代社会不可或缺的一部分。
　　无线电频谱资源是一种在一定条件下可以重复利用的、不可消耗的人类共享的宝贵资源，然而，无线电频谱资源是有限的，尤其是在经济与社会高速发展带来的对无线电业务的海量需求下，其供求矛盾更加突出。无线电频谱资源就像土地、水、矿藏等，是人类共享的有限自然资源，是经济和社会可持续发展的重要战略资源，具有非耗竭性、不可替代性和可复用性等特点。尽管无线电频谱可以通过时间、空间、频率复用等方式进行利用，但某一频段或频率在特定区域、时间和条件下的利用也是有限的。为了保障无线电频谱资源的有效利用和管理，需要政府、企业和公众共同努力，加强科学研究和技术创新，推动无线电频谱资源的科学、合理与高效利用，同时加强国际合作和法律法规建设。
　　1.1无线电业务介绍
　　经过百余年的不断发展，无线电业务的种类日益增多，各种新的业务不断涌现。国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）颁布的《无线电规则》定义了42项无线电业务，我国颁布的《中华人民共和国无线电频率划分规定》根据实际情况增列了一种，定义了43项无线电业务。一些主要无线电业务的分类和简要概述如下。
　　（1）无线电通信业务（radio communication service）：涉及各种电信用途的无线电波的传输、发射和/或接收，通常是指地面无线电通信。
　　（2）固定业务
　　（fixedservice）：指定的固定地点之间的无线电通信业务，如电话通信、数据传输等。
　　（3）卫星固定业务（fixed-satellite service）：利用一个或多个卫星在处于给定位
　　置的地球站之间的无线电通信业务，包括卫星电话、卫星互联网等。
　　（4）移动业务
　　（mobile service）：移动电台与陆地电台或者移动电台与移动电台之间的无线电通信业务，如手机通信、车载通信等。
　　（5）卫星移动业务
　　（mobile-satellite service）：在移动地球站与一个或多个空间电台之间的无线电通信业务，如海事卫星电话、航空通信等。
　　（6）陆地移动业务
　　（landmobile service）：基地电台与陆地移动电台或者陆地移动电台与陆地移动电台之间的移动业务，如公安、消防、出租车等的无线通信。
　　（7）水上移动业务
　　（maritime mobile service）：海岸电台与船舶电台或者船舶电台与船舶电台之间的无线电通信业务，这关系到船舶的航行安全、救援通信等。
　　（8）航空移动业务
　　（aeronautical mobile service）：航空电台与航空器电台或者航空器电台与航空器电台之间的无线电通信业务，以确保航班的通信安全。
　　（9）卫星无线电导航业务（radionavigation-satellite service）：用于无线电导航的卫星无线电测定业务，如全球定位系统（global positioning system，GPS）、北斗卫星定位系统等。
　　（10）广播业务
　　（broadcasting service）：供公众直接接收而进行发射的无线电通信业务，包括声音信号、电视信号或其他方式的发射。
　　以上无线电业务涵盖了从地面通信到卫星通信、从固定通信到移动通信等领域，为现代社会的信息传递、通信安全和导航定位等方面提供了重要支持。随着技术的发展，无线电业务的应用领域还将继续扩大和深化。除上述业务分类之外，还有航空固定业务、空间操作业务、气象辅助业务、卫星地球探测业务、卫星气象业务、标准频率和时间信号业务、卫星标准频率和时间信号业务、空间研究业务、业余业务、卫星业余业务、射电天文业务、安全业务、特别业务等，感兴趣的读者可以查阅《无线电规则》和《中华人民共和国无线电频率划分规定》。
　　目前，我国的无线电业务已经广泛应用于通信、广播电视、公共安全、铁路、交通、航空、航天、气象、渔业、科研和国防等多个行业和部门，渗透到经济、政治、文化、科技等各个领域，并在经济建设和国防建设中发挥着越来越重要的作用。随着无线电技术的飞速发展，各项无线电业务在我国得到了广泛应用，同时对无线电从业者和无线电管理工作者提出了更高要求。
　　从上述无线电业务划分中可以看出，各种业务形成了多重的技术交叉，随着现代无线电技术的发展，已很难分清某单一技术可归类于上述业务中的哪一类，如通信技术、导航技术、定位技术等已很难区分是移动通信业务还是卫星通信业务，而与两者紧密联系的通导一体化业务和通感一体化业务正成为时下研究的热门领域。因此，本章主要基于目前无线电领域的发展趋势和热点应用，一是介绍当下技术趋于成熟且正走向各类行业垂直应用的第五代移动通信技术（5th generation mobile communication technology，5G），以及正处于概念形成及关键技术研究阶段的第六代移动通信技术（6th generation mobile communication technology，6G），并介绍了基于5G和6G的通信业务；二是介绍新一代信息通信技术与现代工业技术深度融合的工业互联网业务；三是介绍汽车、电子、信息通信、道路交通运输等行业深度融合的车联网通信业务；四是介绍随着低地球轨道卫星的应用而引发新一轮技术竞争的卫星通信业务。上述四种业务是当下全球范围内的主要技术研究热点和发展方向。其中，5G业务已经规模化应用，并将结合卫星通信业务向6G业务发展；工业互联网和车联网业务都是基于现代通信技术的发展而产生的新型业务；卫星通信业务所含种类较多，本章主要介绍基于卫星移动通信业务中的低地球轨道卫星、中地球轨道卫星和地球静止轨道卫星通信业务；同时，本章还介绍国内外无线电频谱资源管理的现状，讨论如何管理好无线电频谱资源，以提高资源利用率。
　　1.1.1 5G/6G通信业务
　　1.5G/6G通信概述
　　5G是面向2020年以后的移动通信需求而发展出来的新一代移动通信系统。相较于4G通信，5G具有超高的频谱利用率和能效，在传输速率和资源利用率等方面较4G提高了一个量级或更高，其无线电覆盖性能、传输时延、系统安全和用户体验也得到了显著提高。5G将与其他无线通信技术密切结合，构**一代无所不在的移动信息网络。5G系统的应用领域也将进一步扩展，对海量传感设备及机器与机器（machinetomachine，M2M）通信的支撑能力将成为系统设计的重要指标之一。随着新标准、新技术的不断完善，未来5G系统还需具备充分的灵活性，具有网络自感知、自调整等智能化能力，以应对未来移动信息社会难以预计的快速变化。
　　2013年初，欧洲联盟在第7框架计划中启动了面向5G研发的METIS项目，由29个参与方共同承担。韩国和中国的研究人员分别成立了5G技术论坛和国际移动通信-2020（International Mobile Telecommunications-2020，IMT-2020）（5G）推进组。我国863计划针对5G技术和应用启动了一批重大项目研发课题。5G通信技术迅速成为国内外移动通信领域的研究热点。2019年6月6日，中华人民共和国工业和信息化部（工信部）向中国电信集团有限公司、中国移动通信集团有限公司、中国联合网络通信集团有限公司、中国广播电视网络有限公司发放5G牌照，中国正式进入5G商用元年。经过几年的发展，截至2023年12月，在5G网络部署方面，我国累计完成5G基站建设337.7万个。在终端接入方面，我国5G移动电话用户数达8.05亿。我国已经成为全球*大的5G用户市场。国内5G套餐用户总数达到13.74亿。中国信息通信研究院发布的《中国5G发展和经济社会影响白皮书（2023年）》表明，2023年5G将直接带动经济总产出1.86万亿元，直接带动经济增加值约5512亿元，分别比2022年增长29%和41%；间接带动总产出约4.24万亿元，间接带动经济增加值约1.55万亿元，分别比2022年增长22%和22%。这标志着5G技术真正进入社会民众的生活场景，人们正享受着5G技术带来的红利。
　　随着5G通信的规模商用，全球业界开启了6G通信的研究探索。6G是第六代移动通信技术的简称，它面向2030年及未来人类社会进入智能化时代，适应于社会服务均衡化和高端化、社会治理科学化和精准化、社会发展绿色化和节能化等未来社会的发展需求。6G是由各种应用程序和支撑技术驱动的，在毫米波和太赫兹频段上实现宽带、移动、可靠、低时延通信以及移动性管理，完成创新型“空、天、地、海”一体化通信，实现移动互联到万物互联，再到万物智联。2022年11月，IMT-2030（6G）推进组在《6G前沿关键技术研究报告》中给出了6G关键性能指标描述，主要包含体验速率、峰值速率、流量密度、时延、同步和抖动、连接数密度、移动性、可靠性、覆盖、感知精度、定位精度、人工智能（artificial intelligence，AI）服务精度等。未来6G网络需要具备比5G更高的性能，支持每秒几吉比特至几十吉比特的用户体验速率，万至上亿的连接数密度，毫秒甚至亚毫秒级的空中接口（简称空口）时延，0.1吉比特每平方米至数十吉比特每平方米的流量密度，1000千米每小时以上的移动性，数百比特每秒乃至太比特每秒的峰值速率。以上指标在原有5G的基础上将实现10～100倍的提升。此外，6G还进一步扩展了新的能力范畴，将需要支持微米级的抖动，覆盖范围也扩展至“空、天、地、海”的全球覆盖，具备厘米级的感知精度和定位精度，人工智能的服务精度和效率也将达到90%。
　　国际电信联盟在2020年初的第34次国际电信联盟无线电通信部门5D工作组会议上，正式启动了6G研究工作，并初步形成了6G研究时间表和《未来技术趋势研究报告》撰写计划。5D工作组于2022年6月完成了《未来技术趋势研究报告》的撰写，为6G研究方向的明确奠定了基础。第三代合作伙伴计划（3rd generation partnership project，3GPP）于2019年公布了6G标准化时间表，预计将在2025～2030年进行6G技术的标准化。我国早在2019年就建立了完备的6G推进组织，由工信部牵头成立中国IMT-2030（6G）推进组，为行业搭建产学研用平台，加强国际合作交流和技术研发，并于2022年和2023年分别推出《6G前沿关键技术研究报告》和《6G前沿关键技术研究报告（网络技术领域）》。《6G前沿关键技术研究报告》提出了6G概念，明确了6G发展的驱动力，提炼形成了6G典型应用场景及关键能力指标体系，同时，还从技术定义、研究现状、面临挑战及未来研究方向等几个方面进行了关键要素分析，并对重点技术方向做出研判。在重点技术方向的研判方面，围绕6G网络，对架构类技术、组网类技术、网络性能提升技术、网络服务能力拓展技术等四大类的12个前沿技术进行分析，为产业界、学术界从事6G相关工作提供了重要参考。
　　总之，6G技术不但在传统通信技术的基础上将先进计算、大数据、区块链等先进的信息技术融入其技术体系，而且在频段上发展到太赫兹和可见光通信，更是在人工智能、通感一体化、通导一体化、普惠智能等跨行业技术上实现了深度融合，可以预见，未来6G网络将实现地面网络和卫星通信网络的高度融合