移动通信基础9787577211152

第1章 绪论/1

1.1 人与通信/1

1.1.1 通信中的“通”和“信”/1

1.1.2 信息与数据/1

1.1.3 人类通信的古与今/2

1.2 从有线通信到移动通信/3

1.2.1 无线通信和移动通信/3

1.2.2 由来已久的移动通信/3

1.2.3 为什么需要移动通信/4

1.2.4 移动通信的特点/5

1.3 移动通信的学习/6

本章小结/7

复习题/7

第2章 信号的传播/8

2.1 电磁波——信息的载体/8

2.1.1 低频和高频/8

2.1.2 部分频段电磁波的名称/9

2.2 路径传播特性/10

2.2.1 直射路径/10

2.2.2 反射路径/11

2.2.3 视线传播的极限距离/13

2.2.4 绕射路径/15

2.3 快衰落与慢衰落/16

2.3.1 无线信道的衰落现象/16

2.3.2 多径衰落——典型的快衰落/16

2.3.3 阴影衰落——典型的慢衰落/18

2.4 多普勒效应/18

2.5 传播模型/19

2.5.1 奥村-哈塔模型/20

2.5.2 COST231-哈塔模型/21

2.5.3 COST231室内损耗模型/21

本章小结/23

复习题/23

第3章 噪声与干扰/24

3.1 噪声/24

3.1.1 噪声与干扰的联系和区别/24

3.1.2 噪声的类别/25

3.1.3 噪声对信息传输速率的影响——香农公式/26

3.2 干扰的类型/28

3.2.1 加性干扰和乘性干扰/28

3.2.2 物理机制上的干扰类型/29

3.3 同频干扰/29

3.3.1 频率复用技术/29

3.3.2 同频复用距离系数/30

3.4 邻频干扰/31

3.4.1 邻频干扰的成因/31

3.4.2 ACLR和ACS/32

3.4.3 杂散辐射/33

3.5 互调干扰/33

3.5.1 电路的非线性特性/33

3.5.2 应对互调干扰之一——增强线性特性/34

3.5.3 应对互调干扰之二——频率规划/34

3.6 阻塞干扰/35

本章小结/37

复习题/38

第4章 抗衰落技术/39

4.1 分集接收/39

4.1.1 分集/39

4.1.2 分集合并方式/40

4.1.3 分集合并方式的比较/41

4.2 RAKE接收/42

4.2.1 RAKE接收原理/42

4.2.2 RAKE技术的应用/43

4.3 检错编码/43

4.3.1 检错编码的原理/43

4.3.2 奇偶校验码/45

4.3.3 CRC校验码/46

4.4 纠错编码/47

4.4.1 纠错编码的原理/47

4.4.2 分组码/49

4.4.3 交织/51

4.5 均衡技术/53

4.5.1 均衡的原理/53

4.5.2 线性均衡与非线性均衡/54

本章小结/56

复习题/56

第5章 组网原理/58

5.1 移动通信网/58

5.1.1 移动通信网的作用/58

5.1.2 空中网络和地面网络/58

5.2 多址接入方式/59

5.2.1 频分多址/60

5.2.2 时分多址/61

5.2.3 码分多址/62

5.2.4 空分多址/62

5.3 区域覆盖/64

5.3.1 基站与区域覆盖/64

5.3.2 小区制网之带状网/64

5.3.3 小区制网之蜂窝网/65

5.3.4 信道配置/66

5.4 网络结构/67

5.4.1 基本网络结构/67

5.4.2 网络子系统/67

5.4.3 基站子系统/68

5.4.4 移动台/68

5.5 容量分析/68

5.5.1 蜂窝系统的容量/68

5.5.2 FDMA和TDMA蜂窝系统的容量/69

5.5.3 CDMA蜂窝系统的容量/69

5.6 信令/71

5.6.1 信令的概念/71

5.6.2 接入信令/72

5.6.3 网络信令/75

5.7 功率控制/78

5.7.1 为什么要控制功率/78

5.7.2 下行功率控制和上行功率控制/78

5.7.3 开环功率控制和闭环功率控制/78

5.8 位置管理和越区切换/80

5.8.1 位置管理/80

5.8.2 位置更新策略/80

5.8.3 越区切换原理/81

5.8.4 硬切换/81

5.8.5 软切换/82

5.9 话务量和呼损率/82

5.9.1 话务量的意义/82

5.9.2 完成话务量/83

5.9.3 呼损率/84

本章小结/85

复习题/85

第6章 前三代移动通信系统/87

6.1 第一代模拟移动通信系统/87

6.1.1 第一代移动通信系统的起步与标准演进/87

6.1.2 结构和功能/88

6.1.3 信道和信令/90

6.2 第二代数字移动通信系统的标准/91

6.2.1 第二代数字移动通信系统标准简介/91

6.2.2 第二代数字移动通信系统的演进/92

6.3 GSM系统/93

6.3.1 GSM系统原理/93

6.3.2 GSM频率规划/95

6.3.3 GSM信道类型和帧结构/97

6.3.4 GSM抗干扰技术/98

6.4 D-AMPS系统和PDC系统/101

6.4.1 D-AMPS系统/101

6.4.2 PDC系统/103

6.5 通用分组无线业务/104

6.5.1 GPRS网络结构/104

6.5.2 GPRS信道/104

6.5.3 GPRS的优势和问题/105

6.6 IS-95标准与系统/106

6.6.1 IS-95标准的特点/106

6.6.2 IS-95系统的信道组成/107

6.6.3 IS-95系统的控制功能/107

6.7 扩频通信基础/109

6.7.1 扩频通信的基本概念/109

6.7.2 扩频通信的理论基础/110

6.7.3 扩频的方法和特点/110

6.8 第三代移动通信系统的标准概述/111

6.8.1 第三代移动通信系统标准演进/111

6.8.2 第三代移动通信系统的目标/113

6.9 WCDMA标准与系统/113

6.9.1 WCDMA概述/113

6.9.2 WCDMA系统结构/114

6.9.3 无线空中接口/116

6.10 CDMA2000标准与系统/119

6.10.1 窄带CDMA的继承者/119

6.10.2 CDMA20001x的网络结构/120

6.10.3 CDMA2000的信道组成/121

6.10.4 CDMA2000的关键技术/121

6.11 时分系统与TD-SCDMA标准/124

6.11.1 时分双工的特点/124

6.11.2 TD-SCDMA的系统结构和技术指标/125

6.11.3 TD-SCDMA的帧结构/126

6.11.4 TD-SCDMA的同步/127

6.12 TD-SCDMA的关键技术/129

6.12.1 动态信道分配/130

6.12.2 智能天线技术/130

6.12.3 接力切换技术/131

6.12.4 联合检测技术/132

6.13 WiMAX标准简介/135

本章小结/136

复习题/137

第7章 LTE系统/139

7.1 LTE的背景/139

7.1.1 众望所归的演进/139

7.1.2 LTE的技术需求/140

7.1.3 LTE网络的全球部署/141

7.2 系统架构/142

7.2.1 系统架构概述/142

7.2.2 演进分组核心网/142

7.2.3 无线接入网/143

7.3 物理层基础/144

7.3.1 OFDM与多址接入方式/144

7.3.2 帧结构/147

7.3.3 物理信道/148

7.3.4 载波聚合/149

7.4 多天线技术/151

7.4.1 MIMO原理/151

7.4.2 下行单用户MIMO/152

7.4.3 上行多用户MIMO/154

7.5 多点协作传输/154

7.5.1 多点协作传输概述/154

7.5.2 分布式天线/155

7.5.3 协作类型/155

7.6 中继/156

7.6.1 电磁信号的“二传手”/156

7.6.2 中继站的种类/156

7.6.3 LTE的中继链路/157

7.7 组网和干扰分析/158

7.7.1 LTE组网方式/158

7.7.2 LTE干扰类别/159

7.7.3 邻区干扰抑制技术/160

7.8 广播多播业务/161

7.8.1 广播多播业务概述/161

7.8.2 广播多播系统结构/161

7.8.3 MBMS会话过程/163

7.9 频谱与射频特征/164

7.9.1 频带部署背景/164

7.9.2 频谱和信道带宽的要求/166

7.9.3 多标准无线基站/167

本章小结/168

复习题/169

第8章 第五代移动通信/171

8.1 系统概述/171

8.1.1 时代的需求/171

8.1.2 世界范围内的研究/172

8.1.3 中国对第五代移动通信的研究/173

8.1.4 第五代移动通信的贡献与前景/174

8.2 网络架构/175

8.2.1 需求决定新架构/175

8.2.2 整体网络架构/175

8.3 大规模天线技术/177

8.3.1 "升级版”的多天线技术/177

8.3.2 系统模型/177

8.4 波形的革新/180

8.4.1 波形革新的原因/180

8.4.2 滤波OFDM技术/180

8.5 频谱利用/182

8.5.1 移动通信的稀缺资源/182

8.5.2 高频段分配/183

8.6 非正交多址接入/185

8.6.1 对多址接入新技术的需求/185

8.6.2 稀疏码分多址接入/186

8.6.3 低密度扩频技术/186

8.6.4 高维QAM调制技术/187

8.7 超密集网络/188

8.7.1 超密集网络部署/188

8.7.2 多连接技术/188

8.7.3 新型无线回传技术/189

8.8 移动边缘计算和网络切片/189

8.9 机器间通信/191

8.9.1 机器间通信的概念/191

8.9.2 机器间通信的标准进展/191

8.9.3 机器间通信的市场规模/192

8.9.4 机遇与挑战/192

本章小结/193

复习题/193

第9章 第六代移动通信/195

9.1 走向第六代移动通信/195

9.1.1 第五代移动通信的限制/195

9.1.2 外在驱动力/196

9.1.3 总体愿景/196

9.2 太赫兹传输/198

9.2.1 毫米波与太赫兹波/198

9.2.2 太赫兹波的传播特性/198

9.2.3 太赫兹通信场景/199

9.3 可见光通信/200

9.3.1 基本特点/200

9.3.2 系统结构/200

9.3.3 关键技术/201

9.4 天线与射频技术/202

9.4.1 轨道角动量/202

9.4.2 片上天线和封装天线/202

9.4.3 光电导天线/203

9.4.4 反射阵列和发射阵列/203

9.4.5 超表面/204

9.5 一体化通信/204

9.5.1 一体化通信的优势/204

9.5.2 一体化多层网络设计/205

9.5.3 增强型非地面通信/206

9.6 区块链技术/207

9.6.1 区块链的概念/207

9.6.2 区块链的特征/208

9.6.3 技术架构/208

9.6.4 区域链在第六代移动通信中的应用/209

9.7 频谱技术和人工智能应用/210

9.7.1 灵活频谱技术/210

9.7.2 人工智能在核心网中的应用/210

本章小结/211

复习题/212

第10章 短距离移动通信/213

10.1 蓝牙概览/213

10.1.1 蓝牙产生的缘由/213

10.1.2 蓝牙的功能与技术要求/214

10.1.3 蓝牙技术的应用/214

10.2 蓝牙传输技术/215

10.2.1 蓝牙协议体系/215

10.2.2 蓝牙频段分配/216

10.2.3 蓝牙设备的硬件配置/217

10.2.4 蓝牙信号的发射与接收/218

10.2.5 蓝牙网218

10.3 紫蜂/220

10.3.1 低速无线个人区域网/220

10.3.2 紫蜂的物理层/221

10.3.3 紫蜂的MAC层帧结构/223

10.3.4 紫蜂的应用层功能/224

10.4 超宽带简述与下层技术/226

10.4.1 超宽带技术的特点/226

10.4.2 多频带正交频分复用/227

10.4.3 功率控制和能源管理/228

10.5 超宽带干扰抑制措施/230

10.5.1 低速数据传输/230

10.5.2 检测与规避/230

10.5.3 十秒规则和户外设施禁用/231

10.5.4 电源连接/231

本章小结/231

复习题/232

附录A 爱尔兰呼损表/233

A.1 制表原理/233

A.2 表格数据/233

附录B 矩阵的奇异值分解/237

B.1 奇异值/237

B.2 奇异值分解的存在性/238

B.3 奇异值分解的方法/239

附录C 人工智能基础/242

C.1 智能和人工智能/242

C.2 人工智能的不同学派/242

C.3 人工智能的技术特征/243

附录D 紫蜂应用实例/245

D.1 物联网与传感器网络/245

D.2 智能农业系统实例/246

D.3 智能家居系统实例/247

参考文献/249

第1章绪论

在通信行业中，移动通信是发展特别迅速的一个领域。在通信界，无论是基础研发人员还是面向客户的供应商，几乎无人质疑移动通信巨大的发展和应用前景。那么，什么是通信以及移动通信?移动通信在我们身边以何种形式存在，对我们又有怎样的影响?作为移动通信课程的开篇，本章将对上述基本问题作简要阐述。

1.1人与通信

1.1.1通信中的“通”和“信”

通信这个概念已伴随人们很多年，然而要准确解释通信这个概念却不是件容易的事。对于初学者而言，我们不妨将通信这个词分解来看。首先是“通”,既然说“通”那么就必然涉及至少两个对象，且它们之间有联系,不处于孤立状态;然后是“信”,对象之间互通是为了什么?为了交流这个“信”，即传递信息。如果说共享“信”是目的,那么“通”则是手段。“通”的方式的不同，便有有线通信和无线通信之分;“信”的内容的不同,成就了通信在儿乎所有行业中的应用。通信领域中的概念或专业术语，都至少与“通”“信”中的一个范畴相关。

……

与国内外同类书相比较，本书的主要特点是：作为教材对大学生的理解难度适中，全书较好地平衡了本领域知识的广度和深度。

本书对移动通信的原理及系统作了较为细致的介绍。全书分为上、下两篇。上篇以讲述基本原理为主，包括绪论、信号的传播、噪声与干扰、抗衰落技术、组网原理五章；涉及通信电磁波的传播特性、噪声和干扰的类别及分析、检错与纠错编码、网络覆盖与性能评估指标等方面。下篇以描述实际系统为主，包括第一、二、三代移动通信系统、LTE系统、第五代移动通信、第六代移动通信、短距离移动通信五章；内容以系统的发展与演进为思路，涉及从第一代模拟移动通信系统到第六代移动通信系统，并选择性地介绍了短距离移动通信。本书在编写过程中，力求做到内容条理清晰，叙述深入浅出，以便于教学和自学。每章开篇有引言，结尾有本章小结和复习题，便于预习和复习。文中穿插了一定数量的阅读材料和选学课文，供课外加深正文内容的理解或扩大知识面之用；也可根据教学时间选择一部分选学课文在课内讲解，由教师灵活掌握。