移动通信基础_高翟,王德胜,张荣斌_9787577211152_山东红枫叶教育发展有限公司

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，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，包括前三代移动通信系统、LTE系统、第五代移动通信、第六代移动通信、短距离移动通信,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，供课外加深对正文内容的理解或扩大知识面之用,也可根据教学时长选择一部分选学课文在课内讲解，由教师灵活掌握。本书可作为高等院校通信工程或相关专业的移动通信课程教材，也可作为从事通信专业的技术人员、管理人员及通信爱好者的自学参考书。

进入21世纪以来，移动通信技术飞速发展。伴随着移动设备种类的不断增多，周围的每一个人都或多或少地享受到了移动通信带来的便利。人们不经意间拿起手机，使用上面的一项项快捷功能，似乎已成为日常生活中再平常不过的事情。不过通信工程业内人士都知道，即使如此司空见惯的服务，背后也有着复杂而强大的移动通信系统作为支撑。从20世纪70年代第一台民用手机问世到今天，这套系统凝聚着全球通信界研究与设计人员的智慧；他们用心血和才华推动着这套系统在几十年的时间里不断地发展、革新和完善，因此才面向用户有了从通话到短信，再到互联网，再到多媒体互动等越来越强大的功能。不仅如此，移动通信还在持续地将受益面扩大，很多原本信息闭塞的地区因为有了移动通信的覆盖而与外界互联。外面的人由此看到了新奇的风景，里面的人由此见识了缤纷的世界。移动通信似乎成为世界的纽带，将全球化的资讯串联起来。然而，正如世间的事并非那样一帆风顺，移动通信技术的前行亦伴随着不少艰辛与坎坷。从标准话语权的争夺，到设备市场份额的抢占，各层面的明争暗斗不胜枚举。这样的场景在国与国的竞争中尤为明显。我们能够真实感受到的是，为了阻断发展中国家在这一领域的崛起之路，某些发达经济体无视国际法律和贸易规则，肆意打压和制裁相应的个人、企业乃至国家。这是多年前人们完全不曾预料到的事情。不得不说，移动通信的发展正遭遇着迷茫和曲折。处在这个节点上的我们，又该如何面对呢？畏缩和逃避已不可能。在如今这个信息化的时代，越来越多的国家把移动通信的发展上升为国家战略，国际竞争只会变得更激烈。人们越来越清楚地认识到，谁率先抢占了本领域的制高点，谁就有能力在相关领域构成降维打击。因此，只有争分夺秒，迎难而上，始终向世界前沿水平看齐。好在中国通信工程界的斗士们一直就拥有这么一股子犟劲：他们在3G时代克服重重困难，于国际上留下了首个中国拥有自主知识产权的移动通信标准TD-SCDMA；在4G时代，他们又将时分技术发扬光大，形成占有近半壁江山的LTE TDD标准；还有一批中国通信企业和设备制造商正顶住外部压力，用自己的产品打出国际市场上的一片天地。可以说，在赶超世界一流水平方面，本领域的前辈们已经作出了很好的榜样。而现在拿过接力棒的我们，毋需多言，唯有沿着他们的足迹继续向前。本教材的编写，也正是基于这样的动机。 移动通信这门课讲什么？怎么讲？这是教学的核心问题，也是编写教材的核心问题。如果将其定位为研究生课程，那么可以从本领域中提取出若干研究点，以专题的方式选择性地开展讨论，根据意向有重点地进行研究；如果将其定位为本科课程，那么应当从原理和实现两方面入手，让学生对移动通信有一个较为全面的认识。这本书为本科课程而设计，其中的内容被分为上、下两篇，上篇主要讲授基本原理，下篇重点介绍系统应用。顺序大体从理论到实践，细处互有穿插。系统应用以基本原理为指导，原理又被其应用进一步强化，如此互用，理论与实践共同得到提高。移动通信基础前言不论对原理还是对应用，理解都需要兼顾广度和深度。面对一个通信系统，总体的把握不可缺少，它反映了宏观认知的能力；通信系统的功能模块数目大，功能实现的步骤多，对它们的认识又需要一定程度的微观理解能力。基于这一情形，本书始终注意总体和细节的平衡。例如在下篇中，引入新系统的章节一般会对该系统的总体结构进行描述，而上篇中的一些原理则作为系统功能的实现方式在下篇中重现，帮助理解系统运行的机理。由于教学时长和教材篇幅的限制，这里不可能覆盖移动通信的所有细节，所以本书有针对性地筛选了细节内容。各章节中进行微观描述的文字都具用意：要么是重要的思路，代表所在系统的核心技术；要么是典型的设计，可对邻近细节触类旁通；要么是系列的规划，便于不同通信制式间横向类比。移动通信作为一门工科专业课，具有大部分理工科课程逻辑严谨的共性。任何一个数据的获得，任何一种方案的选定，必然经过规范的推理、计算或实验论证。唯有严谨，才能使结果具有说服力。为了整理出严谨的内容，编者常常在网上搜寻资料直到深夜，也常常用整个周末的时间前往图书馆亲自查阅相关文献；如此地较真恰恰因为严谨是这门课程的立足之本，不容许错误的思路和数据来误导读者。同时，移动通信又是一门年轻的课程，它涉及很多前沿技术，这些技术尚在不断地发展和完善中。保持发展的活力就需要其内容有一定的开放性，有一定的弹性，允许对前沿思想和新兴技术有不同的评价甚至大相径庭的改进。所以本书在定量的数据之外，亦有不少定性的说明，它们有些提示发展方向，有些引出话题供讨论，还有些显现相关指标的灵活性供自行选择或调整。从编排上看，这种开放性在介绍*新问世的系统或技术时体现得更明显。综上所述，为了选材合适、讲解得法，本书在编写过程中以三组融合为特色，即理论与实践相融合、宏观与微观相融合、严谨与开放相融合，希望读者在学习移动通信这门课程的过程中，自身的知识储备得到扩充，认知能力和思辨能力也得到提升。倘若本书能激发出读者在学习之余对移动通信领域的研究兴趣，则再好不过了。 本书的编写工作得到了中国地质大学机械与电子信息学院通信工程系的同事们、深圳市讯方技术股份有限公司研发中心同行们的大力支持，在此向他们表达诚挚的谢意！本书在编写过程中参考了许多移动通信及其他相关专业的书籍，在此也对这些书籍的作者和出版者表示感谢。因编者水平有限，书中的疏漏和不妥之处在所难免，衷心希望广大读者批评指正。

第1章绪论/11.1 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/21.2 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/51.3 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/82.1 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/92.2 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/152.3 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/182.4 多普勒效应/182.5 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/243.1 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/263.2 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/293.3 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/303.4 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/333.5 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/343.6 阻塞干扰/35本章小结/37复习题/38第4章抗衰落技术/394.1 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/414.2 RAKE接收/42 4.2.1 RAKE接收原理/42 4.2.2 RAKE技术的应用/434.3 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/464.4 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/514.5 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/585.1 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/585.2 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/625.3 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/665.4 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/685.5 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/695.6 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/755.7 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/785.8 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/825.9 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/876.1 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/906.2 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/926.3 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/986.4 D-AMPS系统和PDC系统/101 6.4.1 D-AMPS系统/101 6.4.2 PDC系统/1036.5 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/1056.6 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/1076.7 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/1106.8 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/1136.9 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/1166.10 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/1216.11 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/1276.12 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/1326.13 WiMAX标准简介/135本章小结/136复习题/137第7章 LTE系统/1397.1 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/1417.2 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/1437.3 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/1497.4 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/1547.5 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/1557.6 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/1577.7 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/1607.8 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/1637.9 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/1718.1 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/1748.2 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/1758.3 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/1778.4 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/1808.5 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/1838.6 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/1878.7 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/1898.8 移动边缘计算和网络切片/1898.9 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/1959.1 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/1969.2 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/1999.3 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/2019.4 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/2049.5 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/2069.6 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/2099.7 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/21310.1 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/21410.2 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21810.3 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/22410.4 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/22810.5 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/233A.1 制表原理/233A.2 表格数据/233附录B 矩阵的奇异值分解/237B.1 奇异值/237B.2 奇异值分解的存在性/238B.3 奇异值分解的方法/239附录C 人工智能基础/242C.1 智能和人工智能/242C.2 人工智能的不同学派/242C.3 人工智能的技术特征/243附录D 紫蜂应用实例/245D.1 物联网与传感器网络/245D.2 智能农业系统实例/246D.3 智能家居系统实例/247参考文献/249

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