第 1 章 概述................................................ 1 1.1 移动通信的主要特点 ....................... 1 1.1.1 移动通信与固定通信 ................ 2 1.1.2 移动通信的主要特点 ................ 2 1.2 移动通信系统的分类 ....................... 3 1.2.1 通信工作方式类别 .................... 3 1.2.2 传输信号模式类别 .................... 5 1.2.3 传输承载业务类别 .................... 5 1.3 常见的移动通信系统 ....................... 6 1.3.1 无线电寻呼系统 ........................ 6 1.3.2 蜂窝移动通信系统 .................... 6 1.3.3 无绳电话系统 .......................... 13 1.3.4 集群移动通信系统 .................. 13 1.3.5 移动卫星通信系统 .................. 18 1.3.6 分组无线网 .............................. 21 1.4 移动通信基本技术 ......................... 22 1.4.1 移动信道中电波传播特性的 研究 .......................................... 22 1.4.2 调制技术 .................................. 23 1.4.3 多址方式 .................................. 24 1.4.4 抗干扰技术 .............................. 24 1.4.5 组网技术 .................................. 25 1.5 本书内容安排 ................................. 27 小结 .......................................................... 28 思考题与习题 .......................................... 28 第 2 章 移动信道的传播特性 .................. 29 2.1 无线电波传播机制 ......................... 29 2.1.1 电波传播方式 .......................... 29 2.1.2 直射 .......................................... 30 2.1.3 反射 .......................................... 31 2.1.4 折射 .......................................... 33 2.1.5 绕射 .......................................... 34 2.1.6 散射 .......................................... 37 2.2 移动信道的特征 ............................. 37 2.2.1 传播路径与信号衰落 .............. 37 2.2.2 阴影效应 .................................. 38 2.2.3 多普勒效应 .............................. 39 2.2.4 多径效应 .................................. 39 2.2.5 多径衰落信道的分类 .............. 51 2.2.6 衰落储备 .................................. 53 2.3 陆地移动信道的场强估算 ............. 53 2.3.1 接收机输入电压、功率与场强的 关系 .......................................... 54 2.3.2 地形、地物分类 ...................... 55 2.3.3 中等起伏地形上传播损耗的 中值 .......................................... 56 2.3.4 不规则地形上传播损耗的 中值 .......................................... 58 2.3.5 任意地形地区的传播损耗的 中值 .......................................... 60 2.4 移动信道的传播模型 ..................... 63 2.4.1 Hata 模型.................................. 63 2.4.2 COST-231/Walfish/Ikegami 模型 .......................................... 63 小结 .......................................................... 66 思考题与习题 .......................................... 66 第 3 章 数字调制解调.............................. 68 3.1 概述 ................................................. 68 3.1.1 数字调制概念 .......................... 68 3.1.2 数字调制分类 .......................... 68 3.1.3 解调 .......................................... 69 3.1.4 数字调制性能指标 .................. 69 3.2 数字调制基础及分析工具 ............. 73 3.2.1 基带信号的复数表示 .............. 73 3.2.2 线性调制和非线性调制 .......... 74 3.2.3 星座图 ...................................... 75 3.2.4 噪声的复基带描述 .................. 76 3.2.5 匹配滤波器及其相关实现....... 77 2 无线通信原理与应用 9 3.2.6 I/Q 调制器解调器及其特性 .... 78 3.3 线性调制 ......................................... 79 3.3.1 BPSK ........................................ 79 3.3.2 四相相移键控（QPSK） ........ 82 3.3.3 M-PSK ...................................... 85 3.3.4 多进制正交幅度调制 （MQAM）................................ 88 3.4 非线性信道的线性调制方案.......... 92 3.4.1 非线性信道的作用 .................. 92 3.4.2 OQPSK ..................................... 95 3.4.3 π/4QPSK 和 π/4DQPSK........... 97 3.5 非线性调制 ..................................... 99 3.5.1 BFSK ...................................... 100 3.5.2 MSK........................................ 101 3.5.3 正交 BFSK 的功率谱 ............ 103 3.5.4 GMSK..................................... 105 3.5.5 MFSK ..................................... 108 3.6 OFDM 调制................................... 109 3.6.1 多载波传输技术的概念......... 109 3.6.2 OFDM 技术原理.................... 111 3.6.3 OFDM 的实现方法和特点..... 113 小结 ........................................................ 114 思考题与习题 ........................................ 115 第 4 章 抗衰落技术................................ 116 4.1 分集技术 ....................................... 116 4.1.1 基本原理 ................................ 116 4.1.2 分集方式 ................................ 117 4.1.3 合并方式 ................................ 118 4.1.4 合并方式性能比较 ................ 119 4.2 均衡技术 ....................................... 123 4.2.1 基本原理 ................................ 123 4.2.2 线性均衡技术 ........................ 125 4.2.3 非线性均衡器 ........................ 129 4.2.4 自适应均衡器 ........................ 132 4.3 信道编码 ....................................... 134 4.3.1 基本原理 ................................ 134 4.3.2 线性分组码 ............................ 139 4.3.3 卷积码 .................................... 145 4.3.4 Turbo 码.................................. 153 4.3.5 低密度奇偶校验 （LDPC）码............................ 154 小结 ........................................................ 156 思考题与习题 ........................................ 157 第 5 章 组网技术.................................... 158 5.1 多址技术 ....................................... 158 5.1.1 频分多址（FDMA）............. 158 5.1.2 时分多址（TDMA）........... 159 5.1.3 码分多址（CDMA） ............ 161 5.1.4 空分多址（SDMA）............. 161 5.1.5 混合多址 ................................ 161 5.1.6 正交频分多址接入 （OFDMA）............................ 162 5.1.7 随机多址 ................................ 163 5.2 多信道共用技术 ........................... 165 5.2.1 多信道共用的话务量分析..... 165 5.2.2 空闲信道的选取方式 ............ 168 5.3 蜂窝小区覆盖技术 ....................... 170 5.3.1 蜂窝小区制移动通信 ............ 170 5.3.2 蜂窝小区的干扰及其抑制...... 174 5.3.3 区域覆盖方式和射频激励 方式 ........................................ 176 5.3.4 区群的信道配置 .................... 177 5.3.5 载频复用和区群结构 ............ 179 5.4 移动通信系统网络结构 ............... 181 5.4.1 概述 ........................................ 181 5.4.2 蜂窝移动通信网络结构 ........ 182 5.4.3 蜂窝移动通信网络结构的 演进 ........................................ 184 5.5 移动通信的信令 ........................... 186 5.5.1 概述 ........................................ 186 5.5.2 接入信令（MS-BSC 之间）... 189 5.5.3 网络信令 ................................ 192 5.6 越区切换 ....................................... 194 5.6.1 概述 ........................................ 194 5.6.2 越区切换涉及的问题 ............ 195 5.6.3 越区切换的类型 .................... 197 5.7 位置管理 ....................................... 197 5.7.1 位置管理的概念 .................... 197 第 1 章 目录 3 5.7.2 位置管理的内容 .................... 198 小结 ........................................................ 201 思考题与习题 ........................................ 201 第 6 章 GSM 蜂窝通信系统.................. 203 6.1 GSM 系统概述.............................. 203 6.1.1 GSM 产生的背景................... 203 6.1.2 GSM 的特点........................... 204 6.1.3 GSM 系统业务功能............... 204 6.2 GSM 系统结构.............................. 205 6.2.1 GSM 系统组成....................... 205 6.2.2 GSM 网络接口....................... 208 6.2.3 GSM 的区域、号码、地址与 识别 ........................................ 209 6.3 GSM 系统无线接口（Um）及 传输技术 ....................................... 212 6.3.1 GSM 无线资源分析............... 212 6.3.2 GSM 无线接口 TDMA 信道 及其相关概念 ........................ 214 6.3.3 GSM 无线接口信号传输 流程 ........................................ 220 6.3.4 GSM 无线接口传输控制 技术 ........................................ 222 6.4 GSM 系统控制与管理................... 224 6.4.1 位置管理 ................................ 224 6.4.2 GSM 的安全性管理............... 226 6.4.3 呼叫处理 ................................ 229 6.4.4 GSM 系统的切换................... 231 6.5 通用分组无线业务（GPRS）及其 演进 ............................................... 233 6.5.1 GPRS 体系结构 ..................... 233 6.5.2 GPRS 系统网络接口及协议 体系 ........................................ 235 6.5.3 GPRS 空中接口信道结构...... 237 6.5.4 GPRS 的技术特点及存在的 问题 ........................................ 240 6.5.5 GPRS 的演进技术— EDGE...................................... 241 小结 ........................................................ 243 思考题与习题 ........................................ 244 第 7 章 CDMA 技术基础 ....................... 245 7.1 CDMA 技术基本原理 .................. 245 7.2 扩频通信系统 ............................... 249 7.2.1 概述 ........................................ 249 7.2.2 扩频通信系统 ........................ 253 7.3 CDMA 码序列 .............................. 260 7.3.1 概述 ........................................ 260 7.3.2 相关函数 ................................ 260 7.3.3 Walsh 码 ................................. 261 7.3.4 可变扩频因子正交码 （OVSF 码）........................... 263 7.3.5 m 序列 .................................... 265 7.3.6 Gold（戈尔德）序列 ............ 274 7.3.7 直接序列扩频通信系统的 同步原理 ................................ 276 7.4 CDMA 蜂窝网的关键技术 .......... 279 7.4.1 功率控制 ................................ 279 7.4.2 RAKE 接收技术..................... 281 7.4.3 软切换技术 ............................ 283 7.5 CDMA 蜂窝通信系统的容量 ...... 284 7.5.1 CDMA 蜂窝通信系统的 容量 ........................................ 285 7.5.2 CDMA 与 FDMA、TDMA 蜂窝 通信系统容量的比较 ............ 287 7.5.3 CDMA 软容量 ....................... 288 小结 ........................................................ 289 思考题与习题 ........................................ 289 第 8 章 窄带 CDMA 移动通信系统....... 291 8.1 系统综述 ....................................... 291 8.1.1 IS-95 标准 .............................. 291 8.1.2 无线信道 ................................ 292 8.1.3 系统时间 ................................ 294 8.1.4 IS-95 系统信道的结构分层..... 295 8.1.5 IS-95 系统基本结构............... 296 8.1.6 IS-95 系统基本特征............... 296 8.2 CDMA 正向传输 .......................... 297 8.2.1 正向信道组成框图 ................ 297 8.2.2 正向 CDMA 的控制信道 ...... 298 8.2.3 正向业务信道 ........................ 303 4 无线通信原理与应用 9 8.3 CDMA 反向传输 .......................... 309 8.3.1 反向信道组成框图 ................ 309 8.3.2 反向接入信道 ........................ 310 8.3.3 反向业务信道 ........................ 314 8.4 系统控制功能 ............................... 317 8.4.1 功率控制 ................................ 317 8.4.2 CDMA 系统切换 ................... 320 8.4.3 呼叫处理 ................................ 322 8.4.4 呼叫流程图 ............................ 324 小结 ........................................................ 327 思考题与习题 ........................................ 327 第 9 章 宽带 CDMA 移动通信系统....... 329 9.1 概述 ............................................... 329 9.1.1 第三代移动通信系统 网络架构 ................................ 332 9.1.2 空中接口协议结构 ................ 334 9.2 WCDMA 系统的无线传输技术.... 335 9.2.1 概述 ........................................ 335 9.2.2 传输信道及物理信道 ............ 336 9.2.3 WCDMA 信道编码与复用.... 339 9.2.4 扩频与调制 ............................ 347 9.3 TD-SCDMA 系统的 无线传输技术 ............................... 354 9.3.1 概述 ........................................ 354 9.3.2 传输信道及物理信道 ............ 354 9.3.3 扩频和调制 ............................ 359 9.3.4 码分配 .................................... 362 9.4 cdma2000 系统的无线传输技术.... 362 9.4.1 概述 ........................................ 362 9.4.2 前向链路 ................................ 363 9.4.3 反向链路 ................................ 371 小结 ........................................................ 376 思考题与习题 ........................................ 376 第 10 章 移动通信未来发展.................. 378 10.1 3GPP LTE 系统 ........................... 378 10.1.1 3GPP 标准的发展................ 378 10.1.2 LTE/SAE 的发展.................. 379 10.1.3 LTE 系统简介 ...................... 380 10.1.4 LTE 的关键技术 .................. 381 10.2 IMT-Advanced 系统.................... 385 10.2.1 IMT-Advanced 系统简介..... 386 10.2.2 IMT-Advanced 系统的 关键技术 ................................ 387 小结 ........................................................ 389 思考题与习题 ........................................ 389 参考文献 .................................................... 390