无线通信基础与应用

第1章 无线通信概述 1 1.1 无线通信的基本概念 1 1.1.1 困难与挑战 1 1.1.2 无线通信使用的频谱 3 1.2 现有无线通信系统 5 1.2.1 蜂窝移动通信系统 5 1.2.2 卫星通信系统 7 1.2.3 物联网 12 1.2.4 无线局域网 14 1.2.5 蓝牙 16 1.2.6 超宽带无线通信 17 1.3 点到点无线通信系统的组成 17 1.3.1 等效基带原理 18 1.3.2 点到点无线通信等效基带系统 18 1.4 多址和组网技术 20 本章小结 21 第2章 大尺度路径损耗 22 2.1 天线基础知识 22 2.1.1 功率 23 2.1.2 天线增益 24 2.1.3 极化 25 2.2 无线电波传播特性 26 2.2.1 自由空间传播 26 2.2.2 反射与透射 29 2.2.3 散射 31 2.2.4 绕射 32 2.2.5 多普勒频移 35 2.3 大尺度路径损耗模型 36 2.3.1 对数距离路径损耗模型 36 2.3.2 阴影衰落 38 2.4 室外路径损耗模型 41 2.4.1 奥村模型(Okumura Model) 41 2.4.2 哈塔模型(Hata Model) 42 2.4.3 哈塔模型的COST231扩展 42 2.4.4 COST 231WalfishIkegami模型 43 2.5 室内路径损耗模型 44 2.5.1 基础模型 45 2.5.2 衰减因子模型 45 2.5.3 ITUR M.2135/3GPP TR36.814的室内信道模型 46 2.5.4 IEEE 802.11n 46 2.5.5 WINNER Ⅱ模型 47 2.5.6 COST 231 Hata 48 本章小结 48 第3章 小尺度衰落和多径效应 49 3.1 小尺度衰落的表现及成因 49 3.2 无线信道的冲激响应模型 51 3.3 信道的描述参数 54 3.3.1 时间色散参数 55 3.3.2 相干带宽 57 3.3.3 多普勒扩展与相干时间 59 3.4 小尺度衰落的分类 60 3.4.1 平坦衰落 61 3.4.2 频率选择性衰落 62 3.4.3 快衰落与慢衰落 64 3.5 平坦衰落 64 3.5.1 包络与功率分布 65 3.5.2 多普勒谱 67 3.5.3 电平通过率与平均衰落时长 69 3.6 衰落信道仿真 72 3.6.1 抽头时延线模型 72 3.6.2 瑞利衰落的计算机仿真 74 本章小结 76 第4章 单载波调制技术 77 4.1 概述 77 4.2 脉冲成形技术 79 4.2.1 奈奎斯特**准则 82 4.2.2 奈奎斯特第二准则 85 4.2.3 奈奎斯特第三准则 88 4.3 信号空间分析 89 4.3.1 已调信号的空间表示 89 4.3.2 AWGN信道下接收信号的空间表示 92 4.3.3 AWGN信道下的接收机设计 94 4.3.4 AWGN信道下的误码率估计 96 4.4 线性调制技术 97 4.4.1 多进制相位调制(MPSK) 98 4.4.2 二进制移相键控(BPSK) 99 4.4.3 四相移相键控(QPSK) 101 4.4.4 交错四相移相键控(OQPSK) 103 4.4.5 π/4四相移相键控(π/4 QPSK) 104 4.4.6 正交振幅调制(QAM) 107 4.5 恒包络调制 109 4.5.1 二进制移频键控(BFSK) 109 4.5.2 *小移频键控(MSK) 111 4.5.3 高斯*小移频键控(GMSK) 115 4.5.4 多进制频移键控(MFSK) 119 4.6 无线信道中的调制性能 120 4.6.1 平坦衰落信道中的调制性能 120 4.6.2 频率选择性衰落信道中的调制性能 122 本章小结 123 第5章 抗衰落技术——分集与交织 124 5.1 分集原理 124 5.2 分集支路的获取 126 5.2.1 空间分集 127 5.2.2 频率分集 127 5.2.3 时间分集 128 5.2.4 极化分集 128 5.2.5 角度分集 128 5.3 分集合并算法 128 5.3.1 通用模型 129 5.3.2 选择合并 130 5.3.3 *大比合并 134 5.3.4 等增益合并 136 5.4 交织 137 本章小结 140 第6章 抗衰落技术——均衡 141 6.1 均衡的位置与功能 141 6.2 *大似然序列估计 144 6.3 信道均衡 144 6.3.1 迫零均衡 145 6.3.2 MMSE均衡 146 6.4 信道均衡的证明 147 6.4.1 GHG的性质 148 6.4.2 ZF均衡的证明 149 6.4.3 MMSE均衡的证明 151 6.5 信道估计 153 6.6 导频设计 154 6.7 其他均衡方法 156 6.7.1 横向滤波自适应均衡 156 6.7.2 判决反馈均衡 157 6.7.3 分数间隔均衡 158 本章小结 158 第7章 扩频调制 159 7.1 为什么要扩频 159 7.2 伪随机序列 160 7.2.1 m序列的生成 161 7.2.2 m序列的特性 163 7.2.3 基于m序列构造的其它序列 165 7.3 直接序列扩频 165 7.3.1 扩频序列 166 7.3.2 直接序列扩频调制 167 7.3.3 扩频序列同步 171 7.3.4 抗干扰原理 173 7.3.5 抗衰落与RAKE接收 174 7.3.6 码分多址 176 7.4 跳频扩频 177 7.4.1 跳频原理 177 7.4.2 跳频同步 178 7.4.3 跳频多址 179 7.4.4 跳频序列 180 7.5 跳时扩频 181 本章小结 182 第8章 多载波调制 183 8.1 多载波调制原理 183 8.2 OFDM基本原理 185 8.2.1 频谱效率提升——重叠子载波 186 8.2.2 消除符号间干扰——循环前缀 191 8.3 OFDM的DFT实现 193 8.4 OFDM系统设计 195 8.5 OFDM频域均衡 196 8.6 OFDM的挑战及对策 200 8.6.1 峰均比 200 8.6.2 同步 202 8.7 DFTSOFDM 204 8.8 OFDM改进 207 本章小结 208 第9章 多天线技术 209 9.1 多天线技术概述 209 9.2 空间分集 210 9.2.1 接收天线分集 211 9.2.2 发射天线分集 212 9.2.3 时延分集 213 9.2.4 空时编码 214 9.3 空间复用 216 9.3.1 一个简单的空间复用实例 216 9.3.2 MIMO系统模型 217 9.3.3 MIMO信道的并行分解 218 9.3.4 MIMO预编码 220 9.3.5 MIMO信道容量 221 9.4 波束赋形 223 9.4.1 基本原理 223 9.4.2 发射波束赋形 224 9.4.3 接收波束赋形 226 9.5 多用户MIMO 227 本章小结 228 第10章 多址技术 229 10.1 多址技术概述 229 10.1.1 上行链路和下行链路 230 10.1.2 双工方式 231 10.1.3 多址技术分类 233 10.2 频分多址(FDMA) 234 10.3 时分多址(TDMA) 235 10.3.1 时隙结构设计 237 10.3.2 保护间隔与时间提前量 238 10.4 码分多址(CDMA) 242 10.4.1 扩频码序列 242 10.4.2 多址干扰与远近效应 243 10.4.3 码分多址的容量 245 10.4.4 码分多址的特点 247 10.5 空分多址(SDMA) 248 10.6 正交频分多址接入(OFDMA) 249 10.6.1 子信道OFDMA 249 10.6.2 跳频OFDMA 250 本章小结 251 第11章 蜂窝通信基础 252 11.1 移动通信网络概述 252 11.1.1 实例——GSM网络结构 252 11.1.2 接口规范、协议与功能 254 11.2 频率的空间复用 255 11.2.1 大区制与小区制 255 11.2.2 小区与区群 256 11.2.3 区群大小与同频复用距离 258 11.2.4 同频小区的位置与分布 260 11.3 系统干扰 261 11.3.1 同频干扰 261 11.3.2 邻频干扰 264 11.3.3 互调干扰 265 11.4 系统容量 266 11.4.1 系统容量与干扰 266 11.4.2 同频干扰受限条件下的系统容量 267 11.4.3 多址干扰受限条件下的系统容量 269 11.5 提高系统容量的方法 271 11.5.1 小区分裂 272 11.5.2 划分扇区 273 11.5.3 提高CDMA系统容量的方法 274 11.6 小区间干扰协调 275 11.6.1 频域干扰协调 277 11.6.2 时域干扰协调 279 11.6.3 空域干扰协调 280 11.7 移动性管理 281 11.7.1 小区驻留和小区重选 281 11.7.2 过区切换 282 11.7.3 软切换 286 本章小结 286 第12章 4G LTE简介 288 12.1 4G概述 288 12.2 整体架构 288 12.2.1 LTE的版本与技术规范 290 12.2.2 LTE的关键技术 291 12.3 LTE空口协议栈 293 12.3.1 MAC层 295 12.3.2 RLC层 298 12.3.3 物理层 299 12.4 物理传输资源 300 12.4.1 帧结构与双工方式 300 12.4.2 上行物理信道 303 12.4.3 下行物理信道 305 12.4.4 物理传输流程总述 307 12.5 下行同步 309 12.6 上行同步 311 12.6.1 RA前导序列 312 12.6.2 前导序列检测 314 12.6.3 随机接入响应 315 12.6.4 非竞争随机接入和竞争随机接入 316 12.7 物理层: PDSCH个例学习 316 12.7.1 信道编码与速率匹配 317 12.7.2 比特加扰 318 12.7.3 调制映射 319 12.7.4 层映射与预编码 319 12.7.5 资源映射与基带信号生成 319 12.7.6 小区参考信号 320 12.8 多天线技术 321 12.8.1 发射分集(Transmit Diversity) 322 12.8.2 基于码本的空间复用 323 12.8.3 非码本的空间复用 325 12.8.4 多用户MIMO 326 本章小结 326 第13章 5G NR简介 327 13.1 5G概述 327 13.1.1 5G应用场景及关键指标 327 13.1.2 技术演进 329 13.1.3 整体架构 330 13.1.4 NR设计原则 332 13.2 协议栈 334 13.2.1 PDCP层 336 13.2.2 RLC层 336 13.2.3 MAC层 337 13.2.4 物理层 339 13.3 物理传输结构 341 13.3.1 空口波形 341 13.3.2 帧结构与多参数集 342 13.3.3 双工方式 344 13.3.4 部分带宽 346 13.4 大规模MIMO技术 347 13.4.1 数字域多天线预编码 350 13.4.2 波束管理 350 13.5 上下行同步 353 13.5.1 同步信号块SSB 353 13.5.2 SSB的时频位置 355 13.5.3 PBCH承载的信息 357 13.5.4 剩余系统信息 358 13.5.5 随机接入 359 本章小结 362 本书中使用的部分符号说明 363 参考文献 364