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移動通信(第六版)
移動通信是當前發(fā)展最快、應用最廣和最前沿的通信領域之一。本書共分為九章,主要內(nèi)容包括概述、移動通信網(wǎng)絡基礎、 移動通信的電波傳播、數(shù)字調制技術、 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)與GPRS、CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)、第三代移動通信系統(tǒng)(3G)、 第四代移動通信系統(tǒng)(4G)、第五代移動通信系統(tǒng)(5G)。本書是作者近二十年來為本科生、研究生講授“移動通信”課程的教學經(jīng)驗總結,在選材上參考了最新的文獻,因而在內(nèi)容上充分反映了當代移動通信技術的最新進展,在講述上內(nèi)容全面系統(tǒng),結構嚴密,概念清晰,理論與工程相結合,可讀性強。
本書可作為高等院校通信以及電子信息專業(yè)學生的教材,也可作為從事移動通信以及相關專業(yè)工作的工程技術人員的參考書。
歲月如梭! 從本書第一版面世到今年已整整過去了十七年!這十七年正是移動通信技術發(fā)展最迅猛的時代。當人們剛開始品味4G網(wǎng)絡帶來的欣喜時,5G已迎面進入了我們的生活。不遠處,6G在向我們招手了!伴隨著移動通信技術的飛速發(fā)展以及中國電信改革的不斷深入,為了適應時代的發(fā)展和社會對人才的需求,對本書進行修改與補充新內(nèi)容已十分必要。
本次修訂除對各章進行必要的內(nèi)容更新和完善外,主要增加了5G內(nèi)容,并給出了6G的一些新技術介紹與最新的發(fā)展變化。
本書配套的實驗教材《移動通信實驗與實訓》將增加三大主流操作系統(tǒng)手機的編程實驗,以增強學生參與實驗的興趣。
在本次修訂過程中,杭州電子科技大學的肖明波教授、姚英彪教授、曾嶸副教授、曹海燕副教授、趙樓副研究員、許方敏博士、李杰老師、鄭長亮博士、胡志蕊博士、駱懿高級實驗師等同仁參與了討論及部分修訂工作,研究生王旭旭、王路鑫、康帥參與了資料整理和繪圖工作,在此深表感謝。
由于作者水平有限,書中難免有不妥之處,歡迎讀者指正(Email:jwzhang@hdu.edu.cn)。
第1章 概述 1
1.1 移動通信及其特點 1
1.2 移動通信的工作方式 2
1.3 移動通信系統(tǒng)的組成 4
1.4 移動通信系統(tǒng)的頻段使用 7
1.5 多址方式 8
1.5.1 移動通信系統(tǒng)中的多址方式 8
1.5.2 不同多址方式的頻譜效率 10
1.5.3 3G/4G/5G多址接入技術10
1.6 其他常用技術 11
1.6.1 均衡技術 12
1.6.2 分集技術 13
1.6.3 信道編碼技術 14
1.7 移動通信系統(tǒng)的發(fā)展 15
1.7.1 全球移動通信的發(fā)展歷程 15
1.7.2 從2G向3G發(fā)展 17
1.7.3 WiMAX(全球微波互聯(lián)接入)19
1.7.4 從3G向4G發(fā)展21
1.7.5 從4G向5G發(fā)展21
1.7.6 我國的移動通信發(fā)展歷程 22
1.8 第六代移動通信系統(tǒng)(6G) 24
1.8.1 6G通信系統(tǒng)的應用場景與需求 25
1.8.2 6G關鍵技術 26
1.8.3 6G通信系統(tǒng)的前景與挑戰(zhàn)27
思考題與習題 28
第2章 移動通信網(wǎng)絡基礎 30
2.1 引言 30
2.2 移動通信體制 30
2.2.1 大區(qū)制移動通信網(wǎng) 30
2.2.2 小區(qū)制(蜂窩)移動通信網(wǎng) 31
2.3 移動通信的信道結構 33
2.3.1 業(yè)務信道 33
2.3.2 控制信道 33
2.4 蜂窩移動通信系統(tǒng)的頻率配置 33
2.5 移動通信環(huán)境下的干擾 34
2.5.1 同頻道干擾 34
2.5.2 鄰頻道干擾 36
2.5.3 互調干擾 36
2.5.4 阻塞干擾 37
2.5.5 近端對遠端的干擾 37
2.6 蜂窩移動通信網(wǎng)絡的頻率規(guī)劃 38
2.6.1 等頻距分配法 38
2.6.2 信道分配策略 40
2.6.3 CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)的頻率規(guī)劃40
2.7 多信道共用技術 44
2.7.1 話務量與呼損 44
2.7.2 每個信道能容納的用戶數(shù) 48
2.8 移動性管理 48
2.8.1 位置管理 49
2.8.2 切換管理62
2.9 無線資源管理技術 67
2.9.1 功率控制 68
2.9.2 接入控制 68
2.9.3 負載(擁塞)控制 69
2.9.4 信道分配 69
2.9.5 分組調度69
2.10 信道自動選擇方式 70
2.10.1 專用呼叫信道方式 70
2.10.2 循環(huán)定位方式 70
2.10.3 循環(huán)不定位方式 71
2.10.4 循環(huán)分散定位方式 71
思考題與習題 71
第3章 移動通信的電波傳播 73
3.1 VHF、UHF頻段的電波傳播特性 73
3.1.1 直射波 73
3.1.2 視距傳播的極限距離 73
3.1.3 繞射衰耗 74
3.1.4 反射波 74
3.1.5 多徑衰落 75
3.1.6 陰影衰落 76
3.2 電波傳播特性的估算 77
3.2.1 Egli John J.場強計算 77
3.2.2 奧村(Okumura)模型 78
3.2.3 Okumura-Hata模型 88
3.2.4 COST-231-Hata模型 88
3.2.5 Walfisch-Bertoni模型 89
3.2.6 COST-231-WI模型 90
3.2.7 SPM模型 90
3.2.8 SUI模型 91
3.2.9 校正后的SUI傳播模型 91
3.2.10 微蜂窩系統(tǒng)的覆蓋區(qū)預測模式 92
3.3 傳輸模型的校正——路測 94
思考題與習題 95
第4章 數(shù)字調制技術 97
4.1 引言 97
4.1.1 影響數(shù)字調制的因素 97
4.1.2 數(shù)字調制的性能指標 97
4.1.3 當今蜂窩系統(tǒng)、個人通信系統(tǒng)和無繩電話采用的主要調制方式 98
4.2 線性調制技術 99
4.2.1 二進制相移鍵控(BPSK) 99
4.2.2 差分相移鍵控(DPSK) 100
4.2.3 正交相移鍵控QPSK(4PSK) 102
4.2.4 偏移四相相移鍵控(OQPSK) 104
4.2.5 π/4-QPSK 105
4.3 恒包絡調制技術 110
4.3.1 最小頻移鍵控(MSK) 110
4.3.2 高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK) 119
4.4 “線性”和“恒包絡”相結合的調制技術 126
4.4.1 M維相移鍵控(MPSK) 127
4.4.2 M維正交振幅調制(MQAM) 128
4.4.3 M維頻移鍵控(MFSK) 130
4.5 正交頻分復用(OFDM)技術 131
4.5.1 正交頻分復用的原理 131
4.5.2 子載波調制133
4.5.3 正交頻分復用的DFT實現(xiàn) 136
4.5.4 OFDM的特點 137
4.5.5 OFDM系統(tǒng)的關鍵技術 138
4.6 擴頻調制技術 139
4.6.1 PN碼序列 140
4.6.2 直接序列擴頻(DS-SS) 140
4.6.3 跳頻擴頻(FH-SS) 142
4.6.4 直擴的性能 142
4.6.5 跳頻擴頻的性能 144
4.7 在多徑衰落信道中的調制性能分析 145
4.7.1 在慢速平穩(wěn)衰落信道中的數(shù)字調制性能 145
4.7.2 在頻率選擇性移動通信信道中的數(shù)字調制技術 148
思考題與習題 149
第5章 GSM數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)與GPRS 151
5.1 引言 151
5.2 GSM的電信業(yè)務 152
5.2.1 承載業(yè)務 153
5.2.2 電信業(yè)務 153
5.2.3 補充業(yè)務 154
5.3 GSM結構 155
5.3.1 移動臺(MS) 155
5.3.2 基站(BS)及基站收發(fā)信機(BTS) 156
5.3.3 基站控制器(BSC) 157
5.3.4 發(fā)送編碼器和速率適配器單元(TRAU) 157
5.3.5 移動交換中心(MSC) 157
5.3.6 歸屬位置寄存器(HLR) 157
5.3.7 訪問者位置寄存器(VLR) 158
5.3.8 鑒權中心(AuC) 159
5.3.9 設備識別寄存器(EIR)159
5.3.10 操作和維護中心(OMC) 159
5.4 GSM較模擬網(wǎng)的優(yōu)勢 159
5.4.1 GSM系統(tǒng)在抗瑞利衰落及干擾方面的優(yōu)勢 160
5.4.2 GSM系統(tǒng)與TACS系統(tǒng)的性能比較 160
5.5 GSM網(wǎng)絡接口 161
5.5.1 空中接口(Um) 161
5.5.2 A-Bis接口 161
5.5.3 A接口 162
5.5.4 PSTN接口 163
5.5.5 移動應用部分(MAP) 163
5.6 GSM的編號、鑒權與加密 164
5.6.1 編號與路由 164
5.6.2 鑒權與加密 168
5.7 GSM無線信道 171
5.7.1 頻域分析 171
5.7.2 時域分析 171
5.7.3 話音編碼 171
5.7.4 信道編碼 172
5.7.5 交織 173
5.7.6 調制 173
5.7.7 信道組成 173
5.7.8 不連續(xù)發(fā)送和話音激活檢測 176
5.7.9 定時前置和功率控制 176
5.7.10 移動臺接入 177
5.8 GSM呼叫方案 178
5.8.1 移動臺開機后的工作 178
5.8.2 小區(qū)選擇 179
5.8.3 位置登記和位置更新 180
5.8.4 建立通信鏈路 180
5.8.5 起初信息過程 180
5.8.6 鑒權 181
5.8.7 加密 181
5.8.8 位置更新過程 181
5.8.9 通信鏈路的釋放 182
5.8.10 移動臺主叫 182
5.8.11 移動臺被呼 183
5.8.12 切換 185
5.9 GSM的跳頻技術 187
5.9.1 跳頻系統(tǒng)的工作原理 187
5.9.2 跳頻系統(tǒng)的特點 187
5.10 通用分組無線業(yè)務GPRS 188
5.10.1 GPRS標準制定的過程與階段 189
5.10.2 GPRS網(wǎng)絡的邏輯結構 190
5.10.3 GPRS網(wǎng)絡的分層結構 191
5.10.4 增強型GPRS 200
思考題與習題 200
第6章 CDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng) 201
6.1 引言 201
6.1.1 CDMA技術的標準化 202
6.1.2 CDMA系統(tǒng)的特點 203
6.2 CDMA空中接口協(xié)議層 206
6.3 CDMA前向信道 206
6.3.1 前向業(yè)務信道 207
6.3.2 前向廣播信道 213
6.4 CDMA反向信道 215
6.4.1 接入信道 216
6.4.2 反向業(yè)務信道 218
6.5 功率控制 224
6.5.1 反向開環(huán)功率控制 226
6.5.2 反向閉環(huán)功率控制 226
6.5.3 前向功率控制 228
6.6 Rake接收機 228
6.7 CDMA 系統(tǒng)的容量 230
6.7.1 干擾對CDMA容量的影響 230
6.7.2 提高CDMA通信系統(tǒng)容量的有效技術——智能天線技術 231
6.8 CDMA登記 236
6.8.1 漫游的決定因素 237
6.8.2 開機登記 237
6.8.3 關機登記 237
6.8.4 時鐘周期登記 237
6.8.5 基于距離的登記 237
6.8.6 基于區(qū)域的登記 238
6.8.7 基于參數(shù)改變的登記 238
6.9 CDMA切換過程 238
思考題與習題 239
第7章 第三代移動通信系統(tǒng)(3G) 240
7.1 引言 240
7.1.1 IMT-2000和我國3G的三大標準 241
7.1.2 3G的三大標準的演進路徑 243
7.1.3 3G業(yè)務 245
7.2 WCDMA 247
7.2.1 WCDMA系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構 247
7.2.2 WCDMA空中接口的物理信道結構 252
7.2.3 HSDPA和HSUPA 262
7.3 CDMA2000 264
7.3.1 CDMA2000的特點 264
7.3.2 CDMA2000系統(tǒng)的網(wǎng)絡結構 266
7.3.3 CDMA2000空中接口 268
7.4 TD-SCDMA 277
7.4.1 TD-SCDMA發(fā)展歷程 277
7.4.2 TD-SCDMA關鍵技術和技術優(yōu)勢 279
7.4.3 TD-SCDMA網(wǎng)絡結構 283
7.5 3G三種主流標準的方案性能比較 289
第8章 第四代移動通信系統(tǒng)(LTE/4G) 291
8.1 提出LTE/4G的歷史背景291
8.2 LTE/4G的需求292
8.3 LTE/4G關鍵技術292
8.3.1 多載波技術 292
8.3.2 多天線技術 293
8.3.3 無線接口的分組交換技術 293
8.4 LTE/4G協(xié)議綜述294
8.4.1 LTE系統(tǒng)架構 294
8.4.2 LTE協(xié)議棧 294
8.4.3 LTE/4G幀結構 295
8.4.4 無線傳輸方案 296
8.5 LTE/4G應用情況 297
8.5.1 TD-LTE應用情況 297
8.5.2 LTE-FDD應用情況 297
8.5.3 TD-LTE和LTE-FDD的優(yōu)勢比較 298
思考題與習題 299
第9章 第五代移動通信系統(tǒng)(5G)300
9.1 引言 300
9.1.1 5G的業(yè)務需求 300
9.1.2 5G系統(tǒng)承載的業(yè)務和系統(tǒng)的基本特征 301
9.2 5G的關鍵技術 302
9.2.1 網(wǎng)絡切片技術 302
9.2.2 大規(guī)模天線技術 305
9.2.3 邊緣計算技術 307
9.2.4 D2D技術 308
9.3 5G的規(guī)劃與組網(wǎng)技術 309
9.3.1 5G網(wǎng)絡規(guī)劃原則 309
9.3.2 5G網(wǎng)絡規(guī)劃目標 310
9.3.3 5G組網(wǎng)技術 312
9.4 5G的業(yè)務與應用 316
9.4.1 IoT應用技術 316
9.4.2 自動駕駛技術 317
思考題與習題 318
附錄 縮略詞 319
參考文獻 332
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