移動通信原理：普通高等教育“十五”國家級規(guī)劃教材

　　內容簡介目錄 本書以目前第二代（2G）和第三代（3G）移動通信系統(tǒng)為背景，總結移動通信中共同的客觀規(guī)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(shù)量）、可靠性（質量）和安全性出發(fā)，從物理層、網(wǎng)絡層和網(wǎng)絡規(guī)劃層3個層次全面、系統(tǒng)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信道、多址與擴頻、信源編碼、鑒權與加密、調制與信道編碼、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(yè)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、空時編碼與MIMO，以及鏈路自適應技術等；網(wǎng)絡層技術（第14、15章），主要包括基礎知識、網(wǎng)絡結構與組成、網(wǎng)絡運行中呼叫、移動性管理和無線資源管理；網(wǎng)絡規(guī)劃層技術（第16章），主要包括網(wǎng)絡的規(guī)劃、設計與優(yōu)化。內容由淺入深、定性與定量分析并舉，以供不同層次講授需求。本書每章后面附有思考題，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部分內容）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）。對于從事移動通信領域的研究、開發(fā)和維護的專業(yè)技術人員，也可以作為主要技術參考書。前言自20世紀60年代末蜂窩式移動通信問世以來，特別是近20年來移動通信技術的快速發(fā)展，移動通信給社會帶來了深刻的信息化變革，已成為最受青睞的通信手段。社會的需求、現(xiàn)代化的需求是大學人才培養(yǎng)的導向，而教材又是人才培養(yǎng)的主要基礎，其重要性不言而喻。隨著移動通信技術的飛速發(fā)展，國內外介紹移動通信技術的書籍也層出不窮，但是這些書籍絕大多數(shù)是屬于跟蹤技術發(fā)展，重點介紹某種移動通信系統(tǒng)、某代產(chǎn)品等工程技術背景很強的專著或技術介紹，因此不大適合于作為大學教材。作者根據(jù)通信專業(yè)人才發(fā)展的需求，根據(jù)在信息與通信領域四十余載教學、科研的經(jīng)驗，根據(jù)在移動通信領域從事二十余年的研究工作，以信息論為指導，從近二十年移動通信的發(fā)展中總結的一些客觀規(guī)律，試圖提煉出一些共同性的基本理論與核心技術，并將它加工成適合我國國情、有自己特色的教材。雖然這個目標有些過高，但不妨做一嘗試。依據(jù)這一想法，2000年，作者編寫了《移動通信中的關鍵技術》一書投石問路，四年多的實踐證明，學界與社會反映良好，兩次印刷共10000冊，仍供不應求。這次有機會主編普通高等教育"十五"國家級規(guī)劃教材、北京市精品教材《移動通信原理》一書也因此信心大增。本書按照信息論對通信系統(tǒng)的主要3個技術指標：有效性（數(shù)量）、可靠性（質量）和安全性要求，從3個不同層次：物理層、網(wǎng)絡層和網(wǎng)絡規(guī)劃層來全面介紹移動通信發(fā)展的客觀規(guī)律、基本理論和核心技術。傳統(tǒng)的移動通信書籍僅側重介紹物理層的可靠性即抗干擾、抗衰落技術，而較少關注有效性（數(shù)量）和安全性問題，并且對網(wǎng)絡層與網(wǎng)絡規(guī)劃層也涉及不多。但是隨著移動通信技術的發(fā)展和普及，隨著數(shù)據(jù)業(yè)務的迅速增長和移動業(yè)務多媒體化、高速率與寬帶化的發(fā)展，移動通信中的有效性（數(shù)量）、安全性問題日益突出。保證不同業(yè)務的QoS問題、無線資源管理、移動性管理和更高層次上的網(wǎng)絡規(guī)劃設計與優(yōu)化問題也日益重要，因此本書增加了一些與上述內容有關的章節(jié)。同時考慮到未來移動通信技術的發(fā)展，本書還增加了高級物理層技術這一部分。本書內容主要包括：基本物理層技術（第2～8章），主要介紹移動通信中比較成熟的物理層技術，包括對無線傳播與移動信道分析；多址技術與擴頻通信；提高系統(tǒng)有效性的信源編碼與數(shù)據(jù)壓縮技術；提高系統(tǒng)安全性的鑒權與加密技術；提高系統(tǒng)可靠性的抗白噪聲為主的調制與信道編碼、抗空間選擇性衰落的分集技術、抗頻率選擇性衰落和多徑干擾的Rake接收與均衡技術等。高級物理層技術（第9～13章）主要介紹針對未來高速率、寬頻帶多媒體移動業(yè)務所需求的有效性、并行傳輸（時域、空域），抗衰落、抗多用戶干擾等關鍵性技術，包括多用戶檢測技術、OFDM技術、智能天線技術、空時編碼和MIMO技術，以及鏈路自適應技術等。網(wǎng)絡層技術（第14、15章）包括移動通信中的網(wǎng)絡基礎知識、移動網(wǎng)絡的結構與組成、移動網(wǎng)絡運行中呼叫，移動性管理和無線資源管理。網(wǎng)絡規(guī)劃層技術（第16章）包括網(wǎng)絡規(guī)劃、設計與優(yōu)化3個主要組成部分。本書的內容和素材，除了來自引用的參考文獻外，還要歸功于下列幾個方面的研究工作，并且特別感謝眾多研究人員的大力支持：首先是近十多年來，作者所在教研中心和學術梯隊所承擔的十幾個移動通信方面的國家級科研項目和成果；其次是作者近十年來指導的近三十名移動通信領域的博士生及其博士論文，以及近些年來，作者評閱的一百多本本校及外校的移動通信研究方向的博士論文，這里就不一一列舉到參考文獻中，對他們?yōu)楸緯鲐暙I表示真誠的感謝！另外本書的部分素材，還取之于作者對校內外本科生、碩士生、博士生所做的前沿技術講座的資料和教材，以及為中國移動、中國聯(lián)通等公司所做講座的培訓教材。本書共16章，其中第1～8，13～16章主要由吳偉陵執(zhí)筆編寫，第9～12章主要由牛凱博士執(zhí)筆編寫。全書每章后面都附有習題，供讀者留習作和自我檢查之用。全書內容由淺入深、定性分析與定量分析并舉，以適應不同層次教學需求。本書內容及對象主要定位于碩士研究生，但仍可向下兼容大學本科生（主要講授本書中定性分析內容），向上兼容博士生（主要講授本書中定量分析內容和新技術），同時還可以適用于從事本專業(yè)研制、開發(fā)、維護的專業(yè)技術人員作為主要技術參考書。本書編寫得到國家自然科學基金重大項目編號90204001，國家"863"重大項目編號2001AA123016，國家自然科學基金項目編號60172051、60272052、60372099，以及教育部博士點基金項目的大力支持，特此表示感謝！由于作者才疏學淺，書中不當及錯誤之處，熱切希望多提出寶貴意見和具體改正意見，以便進一步修改完善。吳偉陵、牛凱于北京郵電大學2005年1月 第1章緒論1.1移動通信的主要特點1.2移動通信的發(fā)展1.3移動通信的發(fā)展趨勢與展望1.4關于本書的內容與安排1.5本章小結第2章無線傳播與移動信道2.1移動信道的特點2.1.1移動通信信道的3個主要特點2.1.2移動通信信道中的電磁波傳播2.1.3接收信號中的3類損耗與4種效應2.23類主要快衰落2.2.1空間選擇性衰落2.2.2頻率選擇性衰落2.2.3時間選擇性衰落2.2.4實際移動通信中3類選擇性衰落產(chǎn)生的條件2.3傳播類型與信道模型的定量分析2.3.1傳播損耗的初步定量分析2.3.2大范圍的傳播衰耗的定量分析2.3.3中、小范圍的傳播損耗的定量分析2.3.4移動通信中的幾種主要噪聲與干擾2.4多徑信道的其他數(shù)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3.2.1FDMA3.2.2TDMA3.2.3CDMA3.3擴頻通信的基本概念3.3.1窄帶與寬帶通信系統(tǒng)3.3.2直擴式碼分多址DS-CDMA3.3.3直擴系統(tǒng)的主要技術指標3.3.4擴頻通信的優(yōu)缺點3.4碼分多址CDMA中的地址碼3.4.1地址碼分類與設計要求3.4.2信道地址碼3.4.3用戶地址碼3.4.4基站地址碼3.5偽隨機序列和擴頻碼的理論基礎與分析3.5.1偽隨機序列的主要性質3.5.2擴頻序列的相關特性3.6本章小結習題第4章信源編碼與數(shù)據(jù)壓縮4.1語音壓縮編碼4.1.1引言4.1.2數(shù)字通信中的語音編碼4.1.3語音壓縮編碼原理4.2移動通信中的語音編碼4.2.1GSM系統(tǒng)的RPE-LTP聲碼器原理4.2.2IS-96系統(tǒng)的QCELP聲碼器4.2.3CDMA2000系統(tǒng)的EVRC聲碼器4.2.4WCDMA系統(tǒng)中的AMR聲碼器4.3圖像壓縮編碼4.3.1圖像編碼標準簡介4.3.2靜止圖像壓縮標準JPEG4.3.3準活動圖像視頻壓縮標準H.26X4.3.4活動圖像視頻壓縮標準MPEG4.3.5第二代視頻壓縮編碼標準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5.1.2移動環(huán)境中的安全威脅及相應措施5.2保密學的基本原理5.2.1引言5.2.2廣義保密系統(tǒng)的物理、數(shù)學模型5.2.3序列密碼5.2.4分組密碼5.2.5公開密鑰密碼5.2.6認證系統(tǒng)5.3GSM系統(tǒng)的鑒權與加密5.3.1防止未授權非法用戶接入的鑒權（認證）技術5.3.2防止空中接口竊聽的加解密技術5.4.3臨時移動用戶身份碼TMSI更新技術5.3.4防止非法或過期設備接入的用戶識別寄存器（EIR）5.4IS95系統(tǒng)的鑒權與加密5.4.1鑒權認證技術5.4.2加密技術5.5WCDMA系統(tǒng)的信息安全5.5.1認證與密鑰分配（協(xié)商）5.5.2空中接口安全算法5.6其他類型加密算法5.6.1單向Hash函數(shù)和消息摘要算法5.6.2IDEA算法5.7本章小結習題第6章調制理論6.1移動通信系統(tǒng)的物理模型6.1.1理想加性白色高斯（AWGN）信道C16.1.2慢衰落信道C26.1.3快衰落信道C3，C4，C5與C66.1.4傳輸可靠性與抗衰落、抗干擾性能6.2調制/解調的基本功能與要求6.2.1調制/解調的基本功能6.2.2數(shù)字式調制/解調的分類6.2.3基本調制方法原理及性能簡要分析6.3MSK/GMSK調制6.3.1為什么采用GMSK調制6.3.2MSK信號形式6.3.3MSK調制器結構6.3.4MSK信號的特點6.3.5MSK解調器結構6.3.6MSK與GMSK信號的功率譜密度6.3.7MSK與GMSK誤碼（比特）公式6.3.8GMSK調制的小結6.4π/4-DQPSK調制6.4.1π/4-DQPSK差分檢測6.4.2π/4-DQPSKViterbi檢測6.53π/8-8PSK調制6.5.18PSK調制6.5.23π/8-8PSK調制6.6用于CDMA的調制方式6.6.1直擴系統(tǒng)（DS-SS）中BPSK調制6.6.2平衡四相擴頻調制6.6.3復四相擴頻調制（CQPSK）6.6.4控制峰平比：OQPSK與CQPSK調制6.7IEEE802.11采用的擴頻調制方式6.7.1Barker碼6.7.2互補碼鍵控擴頻（CCK）調制6.8本章小結習題第7章信道編碼7.1信道編碼的基本概念7.1.1信道編碼的定義7.1.2信道編碼的分類7.1.3幾種最典型的信道編碼7.2線性分組碼7.2.1線性分組碼7.2.2循環(huán)碼7.2.3檢錯碼7.3卷積碼7.3.1基本概念7.3.2編碼器的結構7.3.3卷積碼的描述7.3.4維特比（Viterbi）譯碼7.4級聯(lián)碼7.4.1基本概念7.4.2級聯(lián)碼的標準與性能7.5Turbo碼7.5.1Turbo碼的編碼原理7.5.2Turbo碼的譯碼器結構7.5.3Turbo碼的主要特性7.6交織編碼7.6.1交織編碼的基本原理7.6.2分組（塊）交織器的基本性質7.7ARQ與HARQ簡介7.7.1ARQ引入原因7.7.2ARQ的分類7.7.3HARQ基本原理7.8信道編碼理論上的潛在能力與最大編碼增益7.9GSM系統(tǒng)的信道編碼7.9.1GSM的信道編碼方案7.9.2全速率語音信道TCH/FS的信道編碼7.10IS-95系統(tǒng)中的信道編碼7.10.1檢錯CRC7.10.2前向糾錯碼（FEC）7.10.3交織編碼7.11CDMA2000系統(tǒng)的信道編碼7.11.1檢錯CRC7.11.2前向糾錯碼FEC7.11.3交織編碼7.12WCDMA系統(tǒng)的信道編碼7.12.1信道編碼/復用流程7.12.2WCDMA中的信道檢錯、糾錯編碼7.12.3WCDMA中不同業(yè)務數(shù)據(jù)的編碼/復用過程7.13本章注記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8.1.1基本概念與分類8.1.2典型的分集與合并技術8.2Rake接收與多徑分集8.2.1Rake接收的基本原理8.2.2IS-95中Rake接收機的工程實現(xiàn)8.2.3WCDMA系統(tǒng)中Rake接收機原理8.3多徑衰落信道中的均衡技術8.3.1時域均衡器的分類8.3.2橫向濾波器8.3.3判決反饋均衡器DFE8.3.4格型濾波器8.3.5分數(shù)間隔均衡器8.3.6均衡器的算法8.4本章注記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(yōu)多用戶檢測技術9.2.1同步最優(yōu)多用戶檢測9.2.2異步最優(yōu)多用戶檢測9.3線性多用戶檢測技術9.3.1解相關檢測器9.3.2MMSE檢測器9.3.3多項式展開（PE）檢測器9.3.4基于訓練序列的自適應多用戶檢測器9.3.5盲自適應多用戶檢測器9.4干擾抵消多用戶檢測器9.4.1串行干擾抵消（SIC）檢測器9.4.2并行干擾抵消（PIC）檢測器9.4.3迫零判決反饋（ZF-DF）檢測器9.5本章小結習題第10章OFDM技術10.1OFDM基本原理10.1.1OFDM信號的生成10.1.2保護時間和循環(huán)前綴10.1.3加窗技術10.1.4OFDM系統(tǒng)設計10.2OFDM中的信道估計10.3OFDM中的同步技術10.3.1頻率同步誤差的影響10.3.2時間同步誤差的影響10.3.3OFDM同步算法分類10.3.4常用OFDM同步算法10.4多載波碼分多址技術10.4.1OFDM與CDMA結合的必要性10.4.2CDMA和OFDM結合方案分類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11.1.1波達方向（DOA）11.1.2陣列響應矢量11.1.3陣列加權矢量11.1.4波束成型與空域濾波11.1.5常用的性能度量準則11.2智能天線技術在移動通信中的應用11.2.1引入智能天線的必要性11.2.2智能天線的上行接收技術11.2.3智能天線的下行發(fā)射技術11.3波束切換方式的智能天線11.3.1Butler矩陣法11.3.2單用戶角度匹配法11.3.3多用戶角度匹配法11.4自適應方式的智能天線11.4.1基于DOA估計的自適應算法11.4.2基于導頻符號的自適應算法11.4.3盲自適應算法11.5智能天線技術的發(fā)展11.5.1軟件天線11.5.2空時多用戶接收機11.6本章小結習題第12章MIMO空時處理技術12.1多天線信息論簡介12.1.1MIMO系統(tǒng)信號模型12.1.2MIMO系統(tǒng)的信道容量推導12.1.3隨機信道響應的MIMO系統(tǒng)容量12.2空時塊編碼（STBC）12.3分層空時碼12.3.1分層空時碼（LST）的分類與結構12.3.2VLST的接收：迫零算法12.3.3VLST的接收：QR算法12.3.4VLST的接收：MMSE算法12.4空時格碼（STTC）12.4.1STTC信號模型12.4.2STTC編碼器結構12.4.3STTC編碼設計準則12.4.4STTC編碼的性能12.5發(fā)分集技術在3G移動通信系統(tǒng)中的應用12.5.1發(fā)送分集分類12.5.2發(fā)送分集在WCDMA系統(tǒng)中的應用12.5.3發(fā)送分集在CDMA2000系統(tǒng)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13.1.1自適應傳輸?shù)谋匾?3.1.2克服慢時變與傳輸信道差異性的主要措施13.2功率控制原理13.2.1引入功率控制的必要性13.2.2功率控制準則13.2.3功率控制的分類與方法13.3功率控制在移動通信系統(tǒng)中的應用13.3.1IS-95系統(tǒng)中的功率控制13.3.2CDMA2000中的功率控制13.3.3WCDMA中的功率控制13.4無線資源的最優(yōu)分配13.4.1注水定理13.4.2多載波信道下的最優(yōu)功率分配13.4.3多天線信道下的最優(yōu)功率分配13.4.4多用戶分集13.5速率自適應13.5.1速率自適應在2G/2.5G移動通信系統(tǒng)中的應用13.5.2速率自適應的典型實例：HDR13.5.3功率與速率聯(lián)合自適應的典型實例：CDMA20001XEV-DV13.5.4WCDMA中增強型技術：高速下行分組接入HSDPA13.6跨層自適應（CrossLayer）技術13.6.1協(xié)作平面13.6.2安全性平面13.6.3QoS平面13.6.4移動性平面13.6.5分層協(xié)作模型13.7本章小結習題第14章移動網(wǎng)絡的結構與組成14.1移動網(wǎng)絡的概念與特點14.1.1引言14.1.2信令與協(xié)議14.1.3路由與交換14.1.4蜂窩式網(wǎng)絡結構14.1.5移動通信的服務質量（QoS）14.1.6愛爾蘭公式與愛爾蘭表格14.2從GSM網(wǎng)絡到GSM/GPRS網(wǎng)絡14.2.1GSM網(wǎng)絡結構14.2.2GSM/GPRS網(wǎng)絡14.3第三代（3G）移動通信與3GPP網(wǎng)絡14.3.1IMT-2000簡介14.3.2WCDMA簡介14.3.3WCDMA的網(wǎng)絡結構14.3.4從第二代（2G）網(wǎng)絡向第三代（3G）網(wǎng)絡的平滑過渡與演進14.4從IS-95到CDMA200014.4.1IS-95和CDMA2000系統(tǒng)簡介14.4.2系統(tǒng)網(wǎng)絡結構14.4.3CDMA2000中的分組數(shù)據(jù)業(yè)務與移動IP14.4.4CDMA20001XEV-DO的網(wǎng)絡協(xié)議14.5TD-SCDMA簡介14.5.1概述14.5.2TD-SCDMA物理層的主要特色14.5.3TD-SCDMA網(wǎng)絡層的主要特色14.6本章小結習題第15章移動網(wǎng)絡運行15.1移動通信中的業(yè)務類型15.1.12G中的GSM業(yè)務15.1.22.5G中的GPRS業(yè)務15.1.3WCDMA的業(yè)務15.1.4移動智能網(wǎng)15.2呼叫建立與接續(xù)15.2.1呼叫建立與接續(xù)的基本原理15.2.2GSM系統(tǒng)的呼叫建立與接續(xù)15.2.3IS-95/CDMA2000系統(tǒng)的呼叫與接續(xù)15.3移動性管理15.3.1位置登記15.3.2越區(qū)切換15.3.33G中位置管理的改進與探討15.4無線資源管理15.4.1資源管理的基本概念15.4.2無線資源管理15.4.3無線資源管理的幾種主要方法與算法15.5本章小結習題第16章網(wǎng)絡規(guī)劃、設計與優(yōu)化16.1引言16.1.1必要性與基本內容16.1.2移動通信中的頻率規(guī)劃16.1.3CDMA中導頻偏移量（又稱導頻相位）規(guī)劃16.2網(wǎng)絡規(guī)劃、設計與優(yōu)化的基本原理16.2.1三者之間的分工16.2.2網(wǎng)絡規(guī)劃與設計的基本原理16.3從覆蓋角度進行小區(qū)規(guī)劃與設計16.3.1無線傳播方程16.3.2上/下行鏈路傳輸方程及其平衡16.4從容量角度的規(guī)劃與設計16.4.1通信容量的概念16.4.2不同多址方式的蜂窩網(wǎng)通信容量16.5網(wǎng)絡設計的系統(tǒng)仿真16.6室內規(guī)劃與設計簡介16.6.1室內網(wǎng)絡規(guī)劃的必要性與復雜性16.6.2室內覆蓋設計16.6.3室內分布系統(tǒng)需解決的主要問題和方法16.6.4室內覆蓋系統(tǒng)的規(guī)劃、設計的主要步驟16.7GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡優(yōu)化16.7.1GSM網(wǎng)絡優(yōu)化概述16.7.2GSM系統(tǒng)網(wǎng)絡測試16.7.3GSM系統(tǒng)的網(wǎng)絡分析、仿真與優(yōu)化16.83G移動通信的網(wǎng)絡規(guī)劃與設計16.8.1基本要求與實現(xiàn)方法16.8.2多層次重疊式立體網(wǎng)絡規(guī)劃16.9本章小結習題

　　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余項，獲國家級獎勵兩次、部級獎勵三次，近年公開發(fā)表論文200余篇，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》?，F(xiàn)任中國電子學會理事、信息論分會主任委員，中國通信學會會士。主要研究方向為變參信道的信息傳輸、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(yè)于北京郵電大學，獲得工學博士學位，已發(fā)表論文數(shù)十篇，申請國家發(fā)明專利6項，主要研究方向為：迭代信道編碼、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(wǎng)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(tǒng)無線傳輸鏈路技術研究”等。