大话移动通信

本书是一本通俗易懂的移动通信技术读物。作者力求用最通俗、幽默、风趣的语言，从身边的通信讲起，历数古代通信到现代通信的发展历程及从最基础、最通用的通信理论与技术到1G、2G、3G、4G通信系统所特有的技术特点。本书用白话风格的语言和生活中的例子，将移动通信的知识娓娓道来。为了增强内容的可读性，书中穿插了多幅专门为本书绘制的漫画，并提供了大量的原理图。阅读完本书，您会发现原来移动通信技术也可以很白话，很生活，很幽默，很好玩……
本书共12章，分3篇。第1篇介绍了移动通信的前世今生、移动通信要用到的基础理论、基本技术、信息安全与无线资源管理技术等。第2篇介绍了从第一代移动通信技术到第四代移动通信技术的网络架构、关键技术、空中接口、基本呼叫与信令流程等技术的演进过程。第3篇介绍了移动通信的标准化，还介绍了移动通信中的网络规划及优化的基础知识与应用。
本书提供了一种全新的阅读体验，将艰深复杂的通信理论进行了通俗的解读，适用于移动开发人员、通信专业的学生、基站建设人员、基站服务人员、移动通信研究人员等阅读。对于那些没有任何通信理论基础的非专业人员，也可以在本书的引领下了解很多与我们生活密不可分的移动通信知识。希望本书能让您在一种愉悦的心境下对移动通信有一个立体而直观的认识，并能快速掌握移动通信的基础理论与基本技术，特别是对3G和超3G、4G（IMT-Advanced）的相关知识有一个初步的认识和整体的概念。
前 言
　　移动也通信可以很白话，很生活，很幽默，很好玩……
　　从移动通信的理论基础到关键技术，从1G到4G的技术演进，一场移动通信的饕餮盛宴，期待您的品尝！
本书创作背景
　　移动通信技术作为当今社会信息化革命的先锋，已经成为最受瞩目的通信技术。近年来移动通信技术的发展十分迅猛，各种新技术、新标准的问世，让人眼花缭乱，目不暇接。3G刚刚商用，4G的标准就已经呼之欲出。3GPP的Release 10规范将于2011年3月冻结。
　　目前图书市场上移动通信类的专业书籍有不少，无论讲基本技术原理的、信令流程的、协议解读的、系统架构的，还是讲授核心网、空中接口的，都可以说是琳琅满目，其中不乏让人拍案叫绝的经典与精品书籍。但是，这些书籍大多数学术性比较强，过于专业和晦涩艰深的语言风格让初学移动通信的读者望而却步。真正从读者的角度，用简单、通俗易懂的语言讲述移动通信技术的书籍还是寥寥无几，十分罕见。仅有的一两本或是站在通信行业管理者和市场营销人员的角度简单介绍具体应用，对移动通信技术的介绍篇幅很少，而且对初学者的关注不够；或是仅仅讲述GSM系统，对于3G知识涉及的篇幅极少，对于B3G和4G技术更是没有提及。
　　本书旨在给读者提供一本通俗易懂、风趣幽默，涵盖移动通信的基本原理和关键技术，以及从第一代移动通信到第四代移动通信的技术演进过程的科学普及读物。
　　本书力图用最通俗、幽默、风趣的语言，给读者提供一种全新的阅读体验，将艰深复杂的移动通信知识进行通俗的解读。书中以白话的方式结合日常生活中的常见例子讲解，还穿插了多幅专门为本书绘制的漫画，并提供了大量的通信原理图，让读者对移动通信的基本原理和关键技术及从第一代移动通信到第四代移动通信技术有一个全面的了解；尤其是对采用CDMA的3G系统和基于OFDM、MIMO技术的超3G系统，乃至4G系统的技术原理和典型商用系统或未来极可能商用的系统，有一个立体而直观的整体认识。
本书内容与写作特色
　　1．行文通俗、幽默、风趣，拒绝晦涩深奥
　　本书大量采用了通俗幽默的语言，讲述复杂而深奥的移动通信原理与技术，尽量避免晦涩的说教。文中的语言充满了笔者的一些人生体验与经历，让读者有一种身临其境的 感觉。
　　2．类比形象、直观，做到简单易懂
　　本书中绝大多数能用类比的技术原理，都用生活中的实例来类比讲述，使读者学习起来形象、直观、通俗、简单易懂。
　　3．绘制多幅漫画，提供大量原理图，做到图文并茂，形象直观，生动有趣
　　为了增强内容的可读性，本书中穿插了多幅专门为本书绘制的漫画，非常生动有趣。另外，对于每一个知识点，本书提供了大量的原理图，做到文字与图画相结合的方式讲解，使读者更加直观而又深入地理解技术的基本原理。
　　4．内容有取有舍，做到重点突出
　　本书重点介绍移动通信中常用的原理与技术，而对于不常用的技术不予介绍。对于多址技术、抗干扰技术、信息安全、无线资源管理等技术予以重点关注。
　　5．涉及的技术全面，讲解鞭辟入里
　　本书涉及的技术面很广，不但对移动通信的前世今生做了回顾，更是从移动通信的基本理论与基本原理一直讲到常用的GSM、IS95的2G、时下很火爆的3G和前途不可限量的4G等技术。
　　6．跟踪技术前沿，做技术的弄潮儿
　　本书中3G与4G的内容占有大量篇幅，读者通过学习LTE、LTE-Advanced可以了解当今世界最先进、最前沿的移动通信技术，也可以了解移动通信标准的制定过程。
本书知识体系与内容介绍
　　第1篇 大话移动通信基础知识（第1~5章）
　　本篇主要介绍通信发展的前世今生及移动通信要用到的基础理论、基本原理与关键技术。主要内容如下：
　　第1章介绍通信的目的、通信的基本形式、最古老的官方通信——快马+驿站、最古老的军事通信——烽火台的狼烟、中国古代民间通信、近现代通信知识等。
　　第2章介绍信号与系统、概率论与随机过程、模拟通信系统、数字通信系统、移动通信中的三大损耗、移动通信的四种效应。
　　第3章介绍多址技术、调制、信源编码、信道编码、分集与均衡等移动通信的基础 知识。
　　第4章介绍移动通信中的2G、3G、4G中的信息安全协议与架构。
　　第5章介绍移动通信中的无线资源管理技术，如无线资源分配、接纳控制、分组调度、功率控制、移动性管理、位置管理、负载均衡等。
　　第2篇 大哥大、2G、3G、4G各领风骚（第6~10章）
　　本篇主要介绍从第一代移动通信技术到第四代移动通信技术的网络架构、关键技术、空中接口、基本呼叫与信令流程等技术的演进过程。主要内容如下：
　　第6章从整体上介绍第一代移动通信系统采用的基本技术，如模拟话音技术、多址接入技术等，然后分析了大哥大的商用情况与技术上的不足。
　　第7章重点讲解第二代移动通信系统，包括GSM的基本技术与特点、网络架构与接口、GSM的信道、GSM的呼叫流程、IS-95的技术特点、软容量与软切换、IS-95的功率控制、IS-95的呼叫流程等。
　　第8章介绍第三代移动通信系统（3G）的相关知识。首先介绍GSM的演进——WCDMA，包括WCDMA的主要技术参数、网络架构与接口、关键技术、信令流程等；然后介绍IS-95的演进——CDMA2000，包括CDMA2000的主要技术参数、网络架构、信令流程；最后介绍中国人提出的移动通信标准——TD-SCDMA，包括TD-SCDMA的信道与帧结构、接力切换、智能天线等。
　　第9章介绍3.9G时代的LTE技术参数、正交频分复用、多输入多输出、LTE层1层2的关键技术与扁平化的网络架构。
　　第10章介绍LTE-Advanced的需求、载波聚合、CoMP、自组织网络、家庭基站、移增强型MIMO与中继等第四代移动通信（4G）的核心技术。
　　第3篇 移动通信的标准化、网络规划与优化（第11、12章）
　　本篇介绍了移动通信的标准化、移动通信中的网络规划及优化的基础知识与应用。
　　第11章介绍了移动通信标准化组织概览、3GPP的组织架构和工作方法等。
　　第12章介绍了移动通信网络规划与优化的基本概念与技术。
本书读者对象
* 移动通信初学者；
* 大中专院校通信专业的学生；
* 移动通信从业人员；
* 移动开发人员；
* 基站建设与服务人员；
* 移动设备服务人员；
* 移动通信爱好者与研究者。
　　
　　由于平时科研任务繁重，笔者一般是在夜里、周末等课余时间进行写作。在这里，首先要感谢父母、家人对我长期的鼓励，你们默默的支持给了我不竭的动力；感谢我的导师对我学业的指导！感谢我的老师、同窗们！最后感谢胡丹萍女士为本书绘制大部分插图！感谢编辑们的精益求精。由于时间仓促及作者学识所限，书中内容难免会有欠妥之处，恳请读者批评指正。
目 录
第1篇 大话移动通信基础知识
第1章 移动通信的前世今生 2
1.1 初识通信 2
1.1.1 为何要通信——我们要信息 2
1.1.2 通信的基本形式 8
1.2 古代通信——通信基本靠吼 9
1.2.1 最古老的官方通信——快马+驿站 9
1.2.2 最古老的军事通信——烽火台的狼烟 10
1.2.3 中国古代民间通信 11
1.2.4 中外古代其他通信方式 12
1.3 近现代通信 14
1.3.1 电报——人人都是余则成 15
1.3.2 电话——人声若只是初现 17
1.3.3 移动通信——我的电话我做主 19
1.3.4 光通信——挑战速度极限 21
1.4 小结 22
第2章 通信基础理论 23
2.1 信号与系统 23
2.1.1 何为信号？何为系统 23
2.1.2 信号与系统的分类 26
2.1.3 卷积的概念 28
2.1.4 傅里叶级数分析与傅里叶变换 30
2.2 概率论与随机过程 31
2.2.1 概率论——掷骰子的故事 31
2.2.2 随机过程——随机过程不随机 33
2.2.3 马尔科夫过程——由爱情呼叫转移想到的 34
2.2.4 排队论——人多很拥挤？排队吧 35
2.3 模拟通信系统 37
2.3.1 初识模拟通信 37
2.3.2 模拟信号的调制 38
2.3.3 模拟系统举例——童年的收音机 42
2.4 数字通信系统 43
2.4.1 数字模拟大比武——我们喜欢容易控制的技术 43
2.4.2 模拟信号与数字信号的转换 44
2.5 移动通信中的三大损耗 51
2.5.1 路径损耗——俗称路损 52
2.5.2 慢衰落损耗——俗称慢衰 54
2.5.3 快衰落损耗——俗称快衰 54
2.6 移动通信的四大效应 56
2.6.1 阴影效应——阳光不能普照 57
2.6.2 远近效应——CMDA特有的效应 57
2.6.3 多径效应——余音绕梁 58
2.6.4 多普勒效应——你跑得太快了，我跟不上 59
2.7 小结 59
第3章 移动通信基本技术概述 60
3.1 多址技术 60
3.1.1 多址与复用的纠结 60
3.1.2 寸金难买寸“频率” 62
3.1.3 FDMA——频分多址 64
3.1.4 TDMA——时分多址 65
3.1.5 CDMA——码分多址 67
3.1.6 SDMA——空分多址 69
3.1.7 OFDMA——正交频分多址 71
3.2 移动通信的调制 74
3.2.1 调制——不仅仅是搬频谱 74
3.2.2 各种调制解调方式 75
3.3 信源编码——别废话，拣主要的说 78
3.3.1 信息熵——你说的话到底有多少信息量 79
3.3.2 信源编码方式ABC 81
3.4 信道编码 82
3.4.1 信道编码的奥秘 82
3.4.2 信道编码在移动通信系统中的应用 89
3.5 分集与均衡 91
3.5.1 分集——兼听则明 91
3.5.2 分集技术的分类 92
3.5.3 分集的合并方式 96
3.5.4 均衡——减少符号间的干扰 98
3.5.5 均衡器一览 99
3.6 小结 100
第4章 鉴权与加密——安全性的考虑 102
4.1 移动通信信息安全初体验 102
4.1.1 手机窃听 103
4.1.2 手机盗号 104
4.1.3 短信诈骗 105
4.2 牛刀小试——2G中的信息安全 108
4.2.1 GSM的信息安全——潜伏和风声的故事 108
4.2.2 IS-95的信息安全 117
4.3 登堂入室——3G中的信息安全 118
4.3.1 3G信息安全概览——保镖升级 119
4.3.2 WCDMA的信息安全 122
4.3.3 CDMA2000的信息安全 127
4.3.4 TD-SCDMA的信息安全 130
4.3.5 3G的安全漏洞——缺憾美 130
4.4 轻车熟路——B3G与4G的信息安全 132
4.4.1 WiMax的系统安全架构 133
4.4.2 LTE的安全需求 135
4.4.3 LTE中UE与EPS之间的保密流程 137
4.4.4 WiMax的系统安全架构 143
4.4.5 WiMax的PKM协议 144
4.4.6 WiMax的密钥使用 150
4.4.7 多播广播密钥更新算法 152
4.5 小结 154
第5章 无线资源管理——管理无线资源 155
5.1 无线资源分配——资源的稀缺性 156
5.1.1 无线资源分类 157
5.1.2 功率分配——传说中的注水定理 158
5.2 接纳控制——名校招生在行动 161
5.2.1 接纳控制初识——录我还是他 161
5.2.2 接纳准则——招生原则 162
5.2.3 怎么判断接纳控制准则的好坏 164
5.3 分组调度——军事指挥中的兵力调配 166
5.3.1 分组调度初识——兵力分配的学问 167
5.3.2 调度算法——怎么分配兵力 167
5.4 功率控制——别吵，我听不见了 171
5.4.1 功率控制的必要性——为啥俺就这么受欢迎呢 171
5.4.2 功率控制也要讲原则 172
5.4.3 功率控制分类——掰指数一数 175
5.5 移动性管理——也谈跳槽的艺术 181
5.5.1 切换——看好了你再跳 182
5.5.2 小区重选 193
5.5.3 LTE系统内的移动性管理 193
5.5.4 LTE的测量 197
5.5.5 LTE的随机接入过程 199
5.5.6 LTE与其他接入网间的移动性管理 201
5.5.7 LTE宏基站与家庭基站间的切换 208
5.6 位置管理——老婆查岗 209
5.6.1 位置管理初识 210
5.6.2 跟踪区更新 210
5.7 负载均衡——平衡我的负荷 211
5.8 小结 213
第2篇 大哥大、2G、3G、4G各领风骚
第6章 第一代移动通信大哥大一统江湖 216
6.1 模拟语音风靡江湖 216
6.1.1 大哥大的起源 216
6.1.2 什么是移动通信 217
6.1.3 模拟技术+频分多址 218
6.2 “无敌砖头”的商用情况 220
6.2.1 第一代移动通信的收费模式 220
6.2.2 商用之初 221
6.2.3 我国的商用情况 222
6.3 “大砖头”的不足之处 224
6.4 小结 225
第7章 2G时代——GSM与IS-95的捉对厮杀 226
7.1 来自欧洲的GSM——成熟商用的典范 226
7.1.1 GSM的基本技术与特点 227
7.1.2 网络架构与接口——GSM的骨架 228
7.1.3 GSM的信道——动脉 231
7.1.4 GSM的呼叫流程——电话是这么打通的 232
7.2 来自北美的后起之秀IS-95 232
7.2.1 IS-95的技术特点 233
7.2.2 软容量与软切换——弹性更好 234
7.2.3 IS-95的功率控制 235
7.2.4 IS-95的呼叫流程——电话还可以这么打 235
7.3 小结 235
第8章 3G时代来了——第三代移动通信之三足鼎立 237
8.1 WCDMA——GSM的演进 237
8.1.1 WCDMA的主要技术参数 238
8.1.2 网络架构与接口——WCDMA的骨架 239
8.1.3 WCDMA的关键技术 241
8.1.4 WCDMA的基本信令流程 242
8.2 CDMA2000——IS-95的演进 244
8.2.1 CDMA2000的主要技术参数 244
8.2.2 网络架构——CDMA2000的骨架 245
8.2.3 CDMA2000的基本信令流程 246
8.3 TD-SCDMA—孩子还是自己的好 250
8.3.1 TD-SCDMA——中国人提的移动通信标准 250
8.3.2 网络架构——TD-SCDMA的骨架 251
8.3.3 TD-SCDMA的信道与帧结构 252
8.3.4 接力切换——快速准确的交接棒 253
8.3.5 智能天线——指哪打哪的六脉神剑 255
8.4 小结 256
第9章 UMTS的长期演进——3.9G时代的LTE 257
9.1 印象LTE 257
9.1.1 系统参数概述 258
9.1.2 两种帧结构 259
9.1.3 资源栅格 261
9.1.4 信道——功用不同的道路 262
9.2 核心技术之正交频分复用 265
9.3 核心技术之多输入多输出 266
9.3.1 传输分集 266
9.3.2 空间复用 267
9.3.3 波束赋形 268
9.4 LTE层1层2关键技术 269
9.4.1 功率控制 270
9.4.2 干扰抑制——别干扰我说话 270
9.5 架构扁平化——精兵简政 272
9.5.1 S1接口——校长与老师的沟通方式 273
9.5.2 X2接口——老师之间的交流媒介 276
9.6 小结 278
第10章 4G欲来风满楼——LTE- Advanced 280
10.1 LTE-Advanced的需求 280
10.1.1 峰值速率与延迟要求 281
10.1.2 系统性能需求 281
10.2 LTE-Advanced的技术演进 282
10.2.1 载波聚合——资源整合 282
10.2.2 CoMP——众人拾柴火焰高 283
10.2.3 自组织网络——自己的事情自己做 285
10.2.4 家庭基站——我不是Wi-Fi 285
10.2.5 增强型MIMO 289
10.2.6 中继——不是简单的直放站 289
10.3 小结 295
第3篇 移动通信的标准化、网络规划与优化
第11章 移动通信的标准化 298
11.1 标准化组织概览 298
11.1.1 3GPP初识 298
11.1.2 3GPP2简介 298
11.1.3 WiMax标准演进 299
11.2 3GPP的组织架构——天地会模式 299
11.2.1 组织架构 300
11.2.2 标准化文档输出 301
11.3 工作方法——一份提案的自白 302
11.3.1 工作方法 302
11.3.2 我要提提案 303
11.4 小结 303
第12章 网络规划与优化 304
12.1 规划与优化——为了有更好的通信质量 304
12.1.1 网络规划入门 304
12.1.2 网络优化ABC 305
12.1.3 网规网优的自动化 305
12.2 网络规划 305
12.2.1 基站间距与天线高度 306
12.2.2 基站选址 307
12.2.3 中继与家庭基站的部署 308
12.3 网络优化——参数的调整 308
12.3.1 移动鲁棒性优化 308
12.3.2 负载均衡优化 309
12.4 小结 309
参考文献 311
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