内容简介
《无线传输与接入技术》包括无线传输和宽带无线接入两部分内容,共8章。内容涉及无线传输和宽带无线接入技术的基本概念、信号的调制与解调、电波传播理论、卫星通信中的多址技术、卫星通信与无线通信系统中的线路噪声分析及线路链路参数计算等。此外,《无线传输与接入技术》根据国内外无线通信方面的最新技术发展现状,介绍了卫星通信系统、无线局域网、WiMAX无线城域网、3G无线接入网、LTE系统以及下一代无线通信系统与网络等内容。
《无线传输与接入技术》可作为高等院校通信工程、无线电技术及计算机通信网专业本科生的专业教材或研究生的教学参考书,也可供从事通信、计算机方面工作的工程技术人员参考。
内页插图
目录
第1章 概述1
1.1 无线传输的基本概念1
1.2 无线传输的实现方式3
1.2.1 无线通信网的构成3
1.2.2 利用地球轨道卫星的无线接入技术4
1.2.3 各种陆地无线接入技术及其特点5
1.3 无线通信的频率配置11
小结13
习题14
第2章 数字信号的编码与调制15
2.1 数字信号的编码技术15
2.1.1 信源编码技术15
2.1.2 信道编码技术16
2.2 数字信号的调制技术19
2.2.1 无线通信中的调制技术的特点和应用种类19
2.2.2 时分复用与数字信号的调制与解调21
2.2.3 扩频调制技术42
2.3 正交频分复用技术43
2.3.1 正交频分复用的基本概念及特点43
2.3.2 正交频分复用的基本理论44
2.3.3 正交频分复用系统的基本结构47
2.3.4 正交频分复用系统参数设计50
小结52
习题53
第3章 电波传播55
3.1 电波传播模式及衰落55
3.1.1 电波传播模式及电波传播机制55
3.1.2 自由空间的电波传播57
3.1.3 地面反射对电波传播的影响58
3.1.4 障碍物对电波传播的影响59
3.1.5 大气折射对电波传播的影响60
3.1.6 电波传播的衰落特性61
3.1.7 抗衰落技术64
3.2 移动通信系统中的电波传播68
3.2.1 移动通信中电波传播的特点68
3.2.2 电波传播所产生的几种效应69
3.2.3 移动通信中的无线链路参数计算70
3.3 卫星通信系统中的电波传播84
3.3.1 卫星通信中电波传播的特点84
3.3.2 卫星接收机载噪比与C/T值87
小结94
习题96
第4章 卫星通信系统97
4.1 卫星通信系统的组成97
4.1.1 卫星通信系统的基本概念97
4.1.2 卫星通信系统的组成98
4.2 多址及随机多址访问方式107
4.2.1 多址技术的基本概念及信道分配方式107
4.2.2 频分多址技术110
4.2.3 时分多址技术117
4.3 卫星移动通信系统122
4.3.1 卫星移动通信系统的基本概念及其分类122
4.3.2 卫星移动通信技术128
4.3.3 卫星移动通信原理130
4.3.4 卫星移动通信系统中的交换方式135
4.4 VSAT卫星通信系统137
4.4.1 VSAT的概念及通信业务类型137
4.4.2 VSAT卫星通信系统的组成及工作原理138
4.4.3 VSAT网络应用143
小结145
习题146
第5章 第三代移动通信接入网147
5.1 无线接入网概述147
5.1.1 无线接入网系统结构147
5.1.2 无线接入网接口148
5.1.3 无线接入网分类149
5.2 2G向3G网络的演进149
5.2.1 移动通信概述149
5.2.2 移动通信系统组成152
5.2.3 第三代移动通信系统154
5.2.4 2G向3G网络的演进159
5.3 UTRAN的体系结构165
5.3.1 UTRAN的功能165
5.3.2 UTRAN的结构165
5.3.3 UTRAN地面接口通用协议模型166
5.3.4 无线信道168
5.4 3GPPIP承载标准及各接口协议171
5.4.1 协议体系结构172
5.4.2 相关接口标准173
5.4.3 HSDPA技术174
5.4.4 HSUPA技术178
5.5 多媒体业务在3G无线接入网络中的实现182
5.5.1 IMS系统架构182
5.5.2 IMS信令协议184
5.5.3 IP多媒体会话流程185
小结186
习题187
第6章 无线城域网189
6.1 WiMAX的基本概念及特点189
6.2 WiMAX网络及其系统协议框架191
6.2.1 WiMAX网络191
6.2.2 网络参考模型192
6.2.3 WiMAX协议栈195
6.3 WiMAX关键技术197
6.3.1 WiMAX物理层关键技术197
6.3.2 WiMAXMAC层关键技术214
6.4 移动性管理221
6.4.1 支持移动性的网络模型221
6.4.2 睡眠模式223
6.4.3 空闲模式225
6.4.4 切换技术228
6.5 WiMAX的业务应用234
6.5.1 基于业务的调度策略234
6.5.2 基于WiMAX的IPTV应用系统235
6.5.3 基于WiMAX的多播和广播业务238
小结239
习题242
第7章 无线局域网243
7.1 WLAN基本概念243
7.1.1 无线局域网的概念及特点243
7.1.2 无线局域网的网络结构类型244
7.1.3 无线局域网的频段分配245
7.1.4 无线局域网体系结构247
7.2 WLAN标准248
7.2.1 IEEE802.1 1系列标准248
7.2.2 HiperLAN标准253
7.2.3 蓝牙标准255
7.2.4 HomeRF标准257
7.2.5 IrDA标准258
7.3 WLAN物理层关键技术259
7.3.1 WLAN物理层关键技术259
7.3.2 物理层的数据传送机制265
7.4 WLANMAC层关键技术268
7.4.1 WLANMAC层体系结构268
7.4.2 MAC帧结构269
7.4.3 MAC层关键技术271
7.5 WLAN技术应用276
7.5.1 常用无线局域网硬件设备276
7.5.2 WLAN应用实施方案281
7.5.3 WLAN与3G的融合283
小结289
习题290
第8章 下一代无线通信系统与网络291
8.1 无线通信的发展与演进291
8.2 LTE技术292
8.2.1 LTE的主要技术特征292
8.2.2 LTE无线接入网体系结构及接口协议293
8.2.3 LTE无线传输关键技术296
8.2.4 LTE无线空中接口协议305
8.2.5 LTE业务实现过程314
8.3 下一代无线通信系统与网络321
8.3.1 4G的概念和要求321
8.3.2 4G中的IP网络架构323
8.3.3 移动通信的发展趋势324
小结328
习题329
附录 英文缩写对照表330
参考文献344
精彩书摘
(b)通信管理。通信管理提供了与运行有关的功能以此来保证系统正常工作。通信管理提供的功能包括为防止对星座越权指挥的安全方面的功能,为保证网络控制中心与所有卫星之间保持不间断联络所必须的支持功能,把发给卫星的指令和遥测信息编档保存所必需的功能等。
值得注意的是,在不同的中、低轨卫星移动通信系统中,卫星测控中心和网络控制中心所执行的功能并不一定完全相同,这与系统设计和中、低轨卫星移动通信系统的功能有关。
(2)中、低轨卫星移动通信系统的切换。在中、低轨卫星移动通信系统中,由于卫星运行轨道较低,因此它围绕地球运动的速度很高,换句话说,即地面卫星移动终端不同时刻是由卫星星座中的不同卫星为其提供服务的,这样对于一个已经建立起来的通信链路来说,就有可能出现通信链路中断的现象,显然这是不允许的,因此这就要求在中断原有卫星服务信道的同时寻找新的卫星,重新进行信道分配以保证此呼叫链路的连续性,完成这一过程所进行的操作就称为切换。
①切换的种类。在中、低轨卫星移动通信系统中,由于卫星、关口站、卫星移动通信终端和系统控制中心之间都存在相对运动,这种相对运动使得通信链路中断。这样就需要相应的切换操作来支持以确保通信链路不中断。下面我们就以它们之间的相对运动关系来分析切换操作的分类。
a.针对卫星移动终端与卫星星座之间的相对运动影响而采取的切换操作。此时为保证卫星移动终端与卫星之间的通信链路不中断,则必须由两种切换过程来支持。
(a)卫星间的卫星移动终端的切换。卫星星座中的每一颗卫星仅覆盖地球表面的一定区域,由于卫星处于高速运动状态之中,不同时刻卫星移动终端将由不同卫星提供服务,这样如果卫星移动终端从A卫星的覆盖区进入B卫星的覆盖区,那么此时需中断A卫星所建立的通信链路,并在B卫星中重新为其建立通信链路,从而保证卫星移动终端通信的连续性。这种切换就是卫星间的卫星移动终端切换。
(b)卫星内的卫星移动终端的切换。在中、低轨卫星移动通信系统中,可以使用多波束通信卫星,这样当卫星高速运动时,地面上的某一卫星移动终端可能会从该卫星的A波束覆盖区进入相邻的B波束覆盖区,这就要求卫星能够及时地进行信道重新分配,即中断A波束覆盖区与卫星移动终端之间的通信链路,重新在B波束覆盖区为卫星移动终端分配链路,将卫星移动终端中断的通信业务转移到此新分配的信道内。这种切换就是卫星内的卫星移动终端切换。
b.针对关口站与卫星星座之间的相对运动影响而采取的切换操作。同样关口站与通信卫星之间存在高速相对运动,因而也存在以下两种切换。
(a)卫星间关口站切换。卫星间关口站切换是指关口站从卫星A的覆盖区进入卫星B的覆盖区时,其与卫星间的通信链路从A卫星转移到B卫星的过程。
(b)卫星内关口站切换。卫星内关口站切换是指在采用多波束通信卫星情况下,关口站从卫星的A波束覆盖区进入B波束覆盖区时,其与卫星间的通信链路从A波束覆盖区转移到B波束覆盖区的过程。
前言/序言
在过去的十几年中,无线传输与接入技术发展迅速,成为有线网络的有效补充,特别是随着多媒体应用的商用化,用户对无线网络服务质量的要求越来越高,这推动了无线通信网络发生本质性变革。对以语音为主的传统业务的需求将逐渐被以数据为主的应用所取代,进而以电路交换型端到端无线系统和网络的设计理念将由全IP分组交换无连接体系所取代;传统的无线系统与网络的分层体系将面临着跨层优化设计的巨大挑战,先前明确定义的七层开放系统互连(OSI)各层之间的界限正在逐渐消失;微电子技术的发展,使便携式移动用户终端更加轻便,同时又具有足够高的智能以适应工作环境的变化;无线链路的传输容量也大大增加,从1995年GSM系统的9.6 kbit/s到2005年WCDMA系统的2Mbit/s,其数据速率高速增长了200多倍。目前国际研究机构将无线系统的发展方向定位于“超三代”无线系统与网络,其峰值速率可以到达500Mbit/s,未来的4G无线系统与网络将能够提供更高的业务峰值速率(1Gbit/s)。正是由于无线传输与接入技术具有高带宽、双向数据传输的特点,可提供多种交互式数据及多媒体业务,能够满足各种用户的不同要求,它必将给我们的生活带来深刻的影响。本书具有以下特点。1.内容全面本书内容包括无线传输的基本概念及其特点;无线传输系统的整体框架结构;无线接入方式的选择:信号的调制与解调;OFDM技术基础;电波传播理论;多址接入技术基础;卫星移动通信系统;VSAT卫星通信系统;移动通信系统;移动通信系统中的链路计算问题;卫星通信系统中的链路计算问题;无线城域网、无线广域网和无线局域网的概念与划分原则;WiMAX网络;WLAN网络;下一代无线通信技术与网络。
本书力求做到结构合理、逻辑性强,便于从应用的角度全面理解无线传输与接入技术。
2.技术先进
本书对无线通信新技术,如OFDM技术、MIMO技术、自适应调制编码技术和移动性管理等作了详细阐述,同时介绍了卫星移动通信网、WiMAX网络、Wi-Fi网络、第三代移动通信接入系统、LTE系统等先进实用系统,以及多媒体业务在3G无线接入系统中的应用等内容。
3.便于自学
该书内容丰富,论述力求准确,思路清晰,语言流畅,逻辑性强,且通俗易懂,便于自学。
本书可作为高等院校通信工程、无线电技术及计算机通信网专业本科生的专业教材或研究生的教学参考书,也可供从事通信、计算机方面工作的工程技术人员参考。
深入探索无线世界:从基础到前沿的通信奥秘 本书是一部聚焦于无线传输与接入技术的专业学术著作,旨在为信息与通信工程领域的学子及从业者提供系统、深入的学习材料。它不局限于单一的技术细节,而是从宏观的通信系统原理出发,逐步剖析构成现代无线通信网络的关键要素,并展望未来发展趋势。本书的编写力求理论与实践相结合,既有扎实的理论基础,又不乏实际应用的案例分析,为读者构建一个全面而立体的无线通信知识体系。 第一篇:无线通信的基石——信号与系统 无线通信的核心在于信息的载体——电磁波,而信息的传输与处理则依赖于精妙的信号与系统理论。本篇将带领读者回顾和巩固这些最基础但至关重要的概念。 信号的本质与分类: 我们将首先探讨信号的定义,区分连续信号与离散信号,周期信号与非周期信号,能量信号与功率信号。理解不同信号类型的特性,是后续深入分析的前提。例如,傅里叶级数和傅里叶变换将作为分析周期和非周期信号频谱特性的有力工具,帮助我们理解信号在频域的表现形式,这对于理解无线通信中的频率分配、带宽限制等问题至关重要。 系统的基本性质与分析: 线性、时不变、因果性、稳定性等系统性质是判断系统行为的关键。我们将通过各种实例,如滤波器、放大器等,来阐述这些性质的意义。卷积定理作为系统分析的核心运算,将被详细讲解,它揭示了输入信号与系统冲激响应如何共同决定输出信号。对于研究无线信道(如多径效应、衰落等)的特性,理解系统如何影响信号,即系统的冲激响应,是不可或缺的。 通信系统模型: 一个典型的通信系统模型,包括信源、信宿、发送端、接收端、信道等组成部分,将被细致地剖析。我们将重点关注在无线传输过程中,信号会经历哪些变换,以及信道对信号的影响。这包括模拟调制与解调,如调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)等,以及数字调制与解调,如幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)、正交幅度调制(QAM)等。每种调制方式的原理、优缺点、频谱特性和抗噪声能力都将进行深入探讨,帮助读者理解它们在不同应用场景下的适用性。 噪声与失真: 在无线传输过程中,信号不可避免地会受到各种噪声和失真的影响。本篇将详细介绍热噪声、散粒噪声、干扰噪声等主要噪声类型,以及它们的统计特性。同时,非线性失真、相位失真等也会被纳入讨论范围。理解噪声和失真的来源及其对信号质量的影响,是设计高效、可靠无线通信系统的基础。信噪比(SNR)等评价指标的引入,也将帮助读者量化评估通信系统的性能。 第二篇:无线传输的奥秘——电磁波与信道 电磁波是无线通信的生命线,而无线信道则是电磁波传播的载体。本篇将深入探究电磁波的传播特性以及无线信道所带来的挑战。 电磁波的产生与传播: 从麦克斯韦方程组出发,我们将解析电磁波的产生机制,以及其在自由空间、地表、大气层中的传播规律。这包括惠更斯原理、菲涅尔区域等概念,以及不同频率电磁波的传播特性,如短波的电离层反射,微波的直线传播等。 无线信道的模型: 无线信道并非理想的传输介质,它会受到多径效应、衰落、多普勒效应、非线性效应等多种因素的影响。本篇将详细介绍这些信道效应,并引入各种信道模型来描述其统计特性,例如瑞利衰落模型、莱斯衰落模型等。这些模型对于仿真和分析无线通信系统的性能至关重要。 多径效应与衰落: 多径效应是无线信道最显著的特点之一,信号经过不同路径到达接收端,产生时间和幅度上的差异,导致接收信号的失真和衰落。我们将深入分析相干叠加和非相干叠加造成的衰落,以及快衰落和慢衰落的区别。 空间传播模型: 了解信号在不同环境下的传播损耗是设计的关键。本书将介绍自由空间路径损耗模型,以及考虑遮挡、反射、衍射等因素的更复杂的传播模型,如Okumura-Hata模型、COST 231 Hata模型等,它们为预测覆盖范围和进行网络规划提供了理论依据。 其他信道特性: 除此之外,我们还会探讨频率选择性衰落、时间选择性衰落,以及多普勒效应带来的频率偏移等对无线信号的影响,并介绍相应的信道均衡技术。 第三篇:无线接入的艺术——多址技术与系统架构 在有限的无线频谱资源下,如何有效地为多用户提供服务是无线通信面临的核心挑战。本篇将聚焦于各种多址技术和典型的无线接入系统架构。 多址技术(Multiple Access Technologies): 频分多址(FDMA): 将总带宽划分为若干个独立的子信道,分配给不同的用户。我们将分析其原理、优缺点以及应用场景。 时分多址(TDMA): 将一个通信周期划分为若干个时隙,分配给不同的用户轮流使用。我们将深入探讨其帧结构、同步问题以及在GSM等系统中的应用。 码分多址(CDMA): 利用扩频技术,将不同用户的信号叠加在同一频带上传输,通过不同的扩频码区分用户。我们将详细讲解扩频原理、伪随机码、扩频序列的选择原则,以及其在IS-95、CDMA2000等系统中的应用,并分析其容量和抗干扰能力。 空分多址(SDMA): 利用天线阵列形成定向波束,将不同的空间资源分配给不同的用户,进一步提高频谱利用率。我们将介绍波束赋形、多用户MIMO等概念。 正交频分复用(OFDM): 将高速数据流分割成多个低速数据流,通过不同的子载波并行传输,有效地对抗频率选择性衰落。我们将深入讲解OFDM的原理、IFFT/FFT变换、循环前缀(CP)的作用,以及其在Wi-Fi、LTE、5G等现代通信系统中的核心地位。 无线接入系统架构: 蜂窝移动通信系统: 从第一代模拟系统到第四代数字系统,再到第五代移动通信,我们将梳理蜂窝系统的演进历程。详细介绍基站、移动交换中心(MSC)、归属位置寄存器(HLR)、用户终端等关键组成部分,以及其工作流程,包括注册、切换、寻呼等。 无线局域网(WLAN): 介绍Wi-Fi标准(IEEE 802.11系列)的演进,包括MAC层协议、物理层技术(如DSSS、OFDM)、安全机制等,以及其在家庭、办公、公共场所的应用。 其他无线接入技术: 简要介绍蓝牙、Zigbee、NFC等短距离无线通信技术,以及卫星通信、无线传感器网络等特定领域的无线接入方式。 第四篇:现代无线通信的演进——从4G到5G及未来 技术的进步永无止境,本篇将聚焦于当前和未来的无线通信技术发展,重点探讨4G、5G的核心技术及其对通信产业的深远影响,并展望未来发展方向。 4G(LTE/LTE-Advanced)技术: 深入分析OFDMA和SC-FDMA的在下行和上行链路中的应用,MIMO(多输入多输出)技术的不同体制(如闭环、开环MIMO),载波聚合(Carrier Aggregation)如何提高数据速率,以及eMBB(增强移动宽带)、mMTC(海量机器类通信)、uRLLC(超可靠低时延通信)三大场景的实现。 5G(第五代移动通信)技术: 关键技术: 重点讲解大规模MIMO(Massive MIMO)、毫米波(mmWave)通信、网络切片(Network Slicing)、边缘计算(Edge Computing)、波束赋形(Beamforming)、超密集组网(UDN)等核心技术。 应用场景: 详细阐述5G如何赋能高清视频、VR/AR、自动驾驶、工业物联网、远程医疗等新兴应用。 网络架构: 介绍5G新的网络架构,如服务化架构(SBA)、核心网的部署模式(如SA和NSA),以及软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)在5G中的作用。 面向未来的无线通信: 6G愿景与挑战: 探讨6G可能采用的频谱(如太赫兹)、新的通信范式(如通信与感知融合、全息通信),以及对AI、大数据、区块链等新兴技术的融合。 智能化与绿色化: 讨论如何利用人工智能优化无线网络资源分配、提高能效,以及应对日益增长的能源消耗问题。 安全与隐私: 探讨在日益复杂的无线通信环境中,如何保障数据安全、用户隐私以及网络免受攻击。 本书的编写团队由多位在信息与通信工程领域具有丰富理论研究和工程实践经验的教授、研究员和工程师组成。他们倾注了大量心血,力求将最前沿的知识和最实用的技术呈现给读者。本书不仅适合高等院校信息与通信工程专业的本科生和研究生作为教材使用,也同样适用于从事相关技术研发、网络规划、系统优化以及产品设计的工程师和技术人员。通过学习本书,读者将能够深刻理解无线传输与接入技术的原理,掌握现代无线通信系统的设计与优化方法,并对未来的发展趋势有清晰的认识,从而在快速发展的无线通信领域中,具备更强的竞争力。