移動通信原理

移動通信(Mobile communication)是移動體之間的通信，或移動體與固定體之間的通信。移動體可以是人，也可以是汽車、火車、輪船、收音機等在移動狀態中的物體。移動通信系統由兩部分組成：(1) 空間系統；(2)地面系統：①衛星移動無線電台和天線；②關口站、基站。

移動通信系統從20世紀80年代誕生以來，到2020年將大體經過5代的發展歷程，而且到2010年，將從第3代過渡到第4代（4G）。到4G，除蜂窩電話系統外，寬頻無線接入系統、毫米波LAN、智能傳輸系統（ITS）和同溫層平台（HAPS）系統將投入使用。未來幾代移動通信系統最明顯的趨勢是要求高數據速率、高機動性和無縫隙漫遊。實現這些要求在技術上將面臨更大的挑戰。此外，系統性能（如蜂窩規模和傳輸速率）在很大程度上將取決於頻率的高低。考慮到這些技術問題，有的系統將側重提供高數據速率，有的系統將側重增強機動性或擴大覆蓋範圍。從用戶角度看，可以使用的接入技術包括：蜂窩移動無線系統，如3G；無繩系統，如DECT；近距離通信系統，如藍牙和DECT數據系統；無線區域網(WLAN）系統；固定無線接入或無線本地環系統；衛星系統；廣播系統，如DAB和DVB-T；ADSL和Cable Modem。

本書是以第二代（2G）和第三代（3G）移動通信系統為背景，總結移動通信中共同的客觀規律、基本理論和核心技術。從移動通信技術的3項主要技術指標――有效性（數量）、可靠性（質量）和安全性出發，從物理層、網路層和網路規劃層3個層次全面、系統地介紹移動通信原理。其內容包含4個方面：基本物理層技術（第2-8章），主要介紹較成熟的物理層技術，包括無線傳播與移動通道、多址與擴頻、信尖編碼、鑒權與加密、調製與通道編碼、分集接收與均衡；高級物理層技術（第9-13章），主要針對高速率、寬頻帶多媒體業務和未來移動通信中的物理層關鍵技術：OFDM、智能天線、多用戶檢測、空間編碼與MIMO，以及鏈路處適應技術等；網路層技術（第14-15章），主要包括基礎知識、網路結構與組成、網路運行中呼叫、移動性管理和無線資源管理；網路規劃層技術（第14、15章），主要包括網路的規劃、設計與優化。內容由淺入深、定性與定量分析並舉，以供不同層次講授需求。本書每章後面附有思考題，供讀者作習題和自我檢查用。

本書可作為大學信息與通信及相關領域碩士生教材，也可作為大學本科生（主要講授本書中定性分析都分內容）教材，還可以作為博士生參考教材（主要以本書中定量分析部分內容和新技術內容）。對於人事移動通信領域的研究、開發和維護的專業技術人員，也可以作為主要技術參考書。

吳偉陵，北京郵電大學信息工程學院教授、博士生導師，長期從事信息與通信領域教學和科研工作，曾主持和參與國家級科研項目十餘項，獲國家級獎勵兩次、部級獎勵三次，公開發表論文200餘篇，專利5項，教材與專著3本：《信息處理與編碼》、《移動通信中的關鍵技術》、《通信原理》。現任中國電子學會理事、資訊理論分會主任委員，中國通信學會會士。主要研究方向為變參通道的信息傳輸、移動通信及信息理論與編碼。牛凱，北京郵電大學信息工程學院講師，2003年畢業於北京郵電大學，獲得工學博士學位，已發表論文數十篇，申請國家發明專利6項，主要研究方向為：迭代通道編碼、MIMO信號處理與空時編碼等，曾參加國家自然基金重大項目“高速信息網無線接入理論與技術研究”、國家“863”項目“新一代蜂窩移動通信系統無線傳輸鏈路技術研究”等。

第1章緒論

1．1 移動通信的主要特點

1．2 移動通信的發展

1．3 移動通信的發展趨勢與展望

1．4 關於本書的內容與安排

1．5 本章小結

第2章 無線傳播與移動通道

2．1 移動通道的特點

2．2 3類主要快衰落

2．3 傳播類型與通道模型的定量分析

2．4 多徑通道的其他數學模型

2．5 本章小結

習題

第3章多址技術與擴頻通信

3．1 多址技術的基本概念

3．2 移動通信中的典型多址接入方式

3．3 擴頻通信的基本概念

3．4 碼分多址CDMA中的地址碼

3．5 偽隨機序列和擴頻碼的理論基礎與分析

3．6 本章小結

習題

第4章信源編碼與數據壓縮

4．1 語音壓縮編碼

4．2 移動通信中的語音編碼

4．3圖像壓縮編碼

4．4 本章小結

習題

第5章移動通信中的鑒權與加密

5．1 概述

5．1.1 移動通信中的安全需求

5．2 保密學的基本原理

5．3GSM系統的鑒權與加密

5．4 IS-95系統的鑒權與加密

5．5 WCDMA系統的信息安全

5．6 其他類型加密演演算法

5．7 本章小結

習題

第6章調製理論

6．1 移動通信系統的物理模型

6．2 調製/解調的基本功能與要求

6．3 MSK/GMSK調製

⒍4 π/4-DQPSK調製

6．5 3π/8-8PSK調製

6．6 用於CDMA的調製方式

6．7IEEE 802.11採用的擴頻調製方式

6．8 本章小結

習題

第7章通道編碼

7．1 通道編碼的基本概念

7．2 線性分組碼

7．3 卷積碼

7．4 級聯碼

7．5Turbo碼

7．6 交織編碼

7．7 ARQ與HARQ簡介

7．8 通道編碼理論上的潛在能力與最大編碼增益

7．9 GSM系統的通道編碼

7．10 IS-95系統中的通道編碼

7．11 CDMA2000系統的通道編碼

7．12 WCDMA系統的通道編碼

7．13 本章註記

7．14 本章小結

習題

第8章分集與均衡

8．1 分集技術的基本原理

8．2 Rake接收與多徑分集

8．3 多徑衰落通道中的均衡技術

8．4 本章註記

8．5 本章小結

習題

第9章多用戶檢測技術

9．1 多用戶檢測的基本原理

9．2 最優多用戶檢測技術

9．3 線性多用戶檢測技術

9．4 干擾抵消多用戶檢測器

9．5 本章小結

習題

第10章OFDM技術

10．1 OFDM基本原理

10．2 OFDM中的通道估計

10．3 OFDM中的同步技術

10．4 多載波碼分多址技術

10．5 本章小結

習題

第11章智能天線技術

11．1 智能天線的基本原理

11．2 智能天線技術在移動通信中的應用

11．3 波束切換方式的智能天線

11．4 自適應方式的智能天線

11．5 智能天線技術的發展

11．6 本章小結

習題

第12章MIMO空時處理技術

12．1 多天線資訊理論簡介

12．2 空時塊編碼（STBC)

12．3 分層空時碼

12．4 空時格碼（STTC)

12．5 發分集技術在3G移動通信系統中的應用

12．6 本章小結

習題

第13章鏈路自適應技術

13．1 引言

13．2 功率控制原理

13．3 功率控制在移動通信系統中的應用

13．4 無線資源的最優分配

13．5 速率自適應

13．6 跨層自適應(Cross Layer）技術

13．7 本章小結

習題

第14章移動網路的結構與組成

14．1 移動網路的概念與特點

14．2 從GSM網路到GSM/GPRS網路

14．3 第三代（3G）移動通信與3GPP網路

14．4 從IS-95到CDMA2000

14．5TD-SCDMA簡

14．6 本章小結

習題

第15章移動網路運行

15．1 移動通信中的業務類型

15．2 呼叫建立與接續

15．3 移動性管理

15．4 無線資源管理

15．5 本章小結

習題

第16章網路規劃、設計與優化

16．1 引言

16．2 網路規劃、設計與優化的基本原理

16．3 從覆蓋角度進行小區規劃與設計

16．4 從容量角度的規劃與設計

16．5 網路設計的系統模擬

16．6 室內規劃與設計簡介

16．7 GSM系統的網路優化

16．8 3G移動通信的網路規劃與設計

16．9 本章小結