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第1章 概述1

1.1远程通信1

1.2无线远程通信系统介绍13

1.2.1电磁载波方式的无线通信历史13

1.2.2天线的概念14

1.2.3无线发射机和接收机的基本模块16

1.2.4通信协议的必要性18

1.3无线通信系统发展19

1.3.1支持低移动性的无线手机介绍20

1.3.2蜂窝式移动通信介绍20

1.3.3移动手机介绍21

本章参考文献27

第2章 移动通信系统的问题分析29

2.1无线信道介绍29

2.2无线信道信号传输的影响31

2.2.1反射31

2.2.2衍射31

2.2.3散射32

2.3信号衰减和路径损耗32

2.4链路预算分析34

2.5多径效应35

2.6延时扩展36

2.7多普勒扩展38

2.8衰落40

2.8.1大尺度衰落40

2.8.2小尺度衰落40

2.8.3平坦衰落42

2.8.4频率选择性衰落42

2.8.5快衰落42

2.8.6慢衰落42

2.9信号衰落统计43

2.9.1赖斯分布44

2.9.2瑞利分布44

2.9.3对数正态分布45

2.10干扰45

2.10.1符号间干扰45

2.10.2同道干扰45

2.10.3邻道干扰46

2.11噪声46

2.11.1双端口电路的噪声46

2.11.2热噪声47

2.11.3白噪声47

2.11.4闪烁噪声48

2.11.5相位噪声48

2.11.6突发噪声48

2.11.7散粒噪声49

2.11.8雪崩噪声49

2.11.9噪声系数（NF ）49

本章参考文献50

第3章 手机的基带设计51

3.1概述51

3.2分集技术51

3.2.1时间分集52

3.2.2频率分集55

3.2.3空间分集55

3.3信道估计和均衡55

3.3.1信道特性的研究-信道估计55

3.3.2均衡58

3.3.3均衡器的实现59

3.3.4信号模型60

3.3.5均衡器的类型61

3.4不同干扰抑制技术65

3.4.1 跳频65

3.4.2不连续发送（DTX）65

3.4.3小区扇形化65

3.4.4自适应多速率（AMR ）编解码器的应用66

3.4.5 MIMO66

3.5信道编码68

3.5.1分组码69

3.5.2卷积码71

3.5.3 Turbo码85

3.6自动重复请求（ARQ）和增量冗余86

3.7交织86

3.8调制87

3.8.1模拟调制88

3.8.2数字调制89

3.9比特率、波特率和符号速率95

3.10带内信令96

本章参考文献96

第4章 移动RF收、发射机的设计方案99

4.1 RF收、发射机的概述99

4.2混频器的实现102

4.3接收机前端架构103

4.3.1射频下变频技术103

4.3.2零差接收机107

4.3.3低中频接收机113

4.3.4宽带中频接收机115

4.4 RF接收机性能评估参数117

4.5发射机前端架构118

4.5.1功率受限和带宽受限的数字通信系统设计问题118

4.5.2调制和放大器非线性的折中分析121

4.6发射机架构设计122

4.6.1非线性发射机122

4.6.2线性发射机122

4.6.3非线性和线性发射机的通用架构123

4.6.4极化发射机124

4.7发射机性能测量126

本章参考文献127

第5章 移动电话信道多址接入技术129

5.1多址接入技术介绍129

5.1.1时分复用129

5.1.2频分复用130

5.2双工技术133

5.2.1频分双工（FDD）133

5.2.2时分双工（TDD）133

5.3频谱效率133

5.4码分多址133

5.4.1扩频134

5.4.2数学概念135

5.4.3相关136

5.4.4自相关136

5.4.5互相关136

5.4.6正交性136

5.4.7实现137

5.4.8使用CDMA的多址技术139

5.4.9 CDMA的商业化140

5.4.10扩频序列的产生142

5.4.11处理增益142

5.4.12扩频处理的分类143

5.5正交频分复用多址（OFDMA）148

5.5.1正交的重要性149

5.5.2 OFDM的数学表达152

5.5.3从数学理论到实际实现153

5.5.4傅里叶变换的数字 实现153

5.5.5 OFDM历史154

5.5.6 OFDM传输机制的主要优点154

5.5.7 OFDM技术的不足155

本章参考文献155

第6章GSM系统（2G）概述157

6.1简介157

6.2 GSM历史157

6.3 GSM网络架构概述158

6.3.1移动台（MS）159

6.3.2基站子系统（BSS）159

6.3.3网络子系统（NSS）160

6.3.4运营和维护子系统（OMSS）161

6.4 PLMN和网络运营商161

6.4.1 GSM网络实体层级161

6.4.2 GSM网络区域163

6.4.3 GSM PLMN的目标163

6.4.4 PLMN164

6.5 GSM移动性和漫游164

6.6 GSM PLMN业务165

6.7 GSM接口165

6.7.1无线接口（MS至BTS）165

6.7.2 Abis接口（BTS至BSC）165

6.7.3 A接口（BSC至）166

6.8 GSM用户和设备识别码166

6.8.1国际移动设备识别码（IMEI ）166

6.8.2国际移动用户识别码（IMSI）167

6.8.3临时国际移动用户识别码（TMSI ）（译者注，原文为TIMSI， GSM规范中检查不到）167

6.8.4移动用户ISDN序列号（MS-ISDN）167

6.8.5移动台漫游号码（MSRN）168

6.8.6位置区域识别码（LAI）168

6.8.7本地移动用户识别码（LMSI）168

6.8.8小区识别码（CI）169

6.8.9基站识别码（BSIC）169

6.8.10 MSC和位置寄存器的识别169

6.8.11 PIN和PUK169

本章参考文献169

第7章GSM基带模块的设计：从话音到射频电波171

7.1简介171

7.2 GSM逻辑信道174

7.2.1业务信道174

7.2.2信令信道175

7.2.3小区广播信道178

7.3 GSM物理信道178

7.4 GSM的突发脉冲179

7.5脉冲RF输出谱183

7.6信道分配186

7.7 GSM帧结构188

7.8逻辑信道到物理帧结构的组合映射189

7.8.1 TCH、SACCH到TDMA帧的映射190

7.8.2 SDCCH到TDMA帧的映射191

7.8.3广播和公共信道到TDMA帧的映射192

7.9逻辑信道发送和接收过程的物理层处理195

7.9.1业务信道发送过程（从语音到无线电波）195

7.9.2 TCH上的用户数据传输200

7.9.3信令信道传输过程201

7.10 GSM无线调制解调器发射机和接收机模块的设计207

本章参考文献208

第8章GSM手机软件设计211

8.1 GSM手机软件介绍211

8.2操作系统软件212

8.2.1 Symbian212

8.2.2 RT- Linux213

8.2.3 Palm213

8.3设备驱动软件214

8.4 GSM系统协议软件214

8.4.1 GSM手机协议栈215

8.4.2空中接口（Um）协议216

8.4.3 Abis接口220

8.4.4 A接口221

8.5语音和多媒体应用软件222

8.5.1语音声码器222

8.5.2音频声码器229

8.5.3图像230

8.5.4视频231

本章参考文献232

第9章GSM手机的操作和进程235

9.1手机开机之后的初始化过程235

9.1.1小区选择235

9.1.2同步237

9.1.3手机首次实现捕获的流程图238

9.2空闲模式239

9.2.1寻呼和非连续接收（DRX）239

9.2.2小区重选240

9.2.3 PLMN选择240

9.3位置更新241

9.4安全进程242

9.4.1 PIN码保护242

9.4.2匿名机制243

9.4.3鉴权243

9.4.4加密和解密245

9.4.5 GSM安全性的不足246

9.5接入模式246

9.5.1移动台作为主叫的通话建立（MO）过程246

9.5.2手机作为被叫的通话建立过程的信道配合248

9.6切换250

9.6.1切换过程251

9.6.2切换过程示例253

9.7无线资源控制过程256

9.8移动性管理进程256

9.9呼叫路由257

9.10功率控制257

9.11非连续发送和接收258

9.12跳频258

本章参考文献259

第10章GSM手机的解析261

10.1 GSM手机的介绍261

10.2 GSM手机的功能模块262

10.3移动手机的硬件框图264

10.4 GSM发送和接收模块265

10.5天线268

10.5.1天线参数268

10.5.2常规手机天线270

10.6模数转换（ADC）模块272

10.7自动增益控制模块273

10.8自动频率纠正模块274

10.8.1模拟VC-TCXO275

10.8.2数字控制晶体振荡器——DCXO275

10.8.3 GSM手机的典型AFC的实现276

10.9扬声器277

10.10麦克风（MIC ）277

10.11用户识别模块（SIM）279

10.12应用进程单元280

10.13相机281

10.14 LCD显示屏281

10.15键盘282

10.16连接设备283

10.16.1蓝牙283

10.16.2 USB284

10.17电池286

10.17.1干电池286

10.17.2可充电电池286

10.17.3电池充电电路287

10.17.4睡眠模式288

10.18时钟机制288

10.19提示信号的产生288

10.20存储器289

10.20.1只读存储器（ROM）289

10.20.2 Flash存储器289

10.20.3随机存取存储器 （RAM）291

10.21 GSM接收机性能292

10.21.1灵敏度和噪声系数要求293

10.21.2参考千扰电平293

10.21.3发送频率的指标要求293

本章参考文献294

第11章GPRS和EDGE网络295

11.1简介295

11.2系统架构295

11.3业务296

11.4会话管理、移动性管理以及路由选择298

11.5 GPRS的协议体系结构300

11.5.1传输平面300

11.5.2信令平面302

11.6空中接口——物理层303

11.6.1物理信道304

11.6.2逻辑信道304

11.6.3信道分配305

11.7分组数据跨层传输308

11.8信道编码和打孔311

11.9小区重选312

11.10无线电环境监测313

11.11多信道类型313

11.12双传输模式（DTM）315

11.13 EDGE（增强型数据速率GSM演进技术）概述316

11.13.1物理层316

11.13.2链路自适应319

11.13.3 RLC层320

11.13.4数据传输322

11.13.5媒介接入控制（MAC）322

11.13.6支持EDGE对空中接口和设备的影响323

11.14 GERAN（GSM/GPRS/EDGE无线接入网）的最新进展324

11.14.1 EDGE的演进324

11.14.2自适应多用户正交子信道提供的语音业务（VAMOS）324

本章参考文献332

第12章UMTS系统（3G）综述333

12.1简介333

12.2 3G网络的演进334

12.2.1同步和异步网络336

12.2.2 UMTS网络架构337

12.3 UTRAN架构337

12.3.1无线网络控制器（RNC）338

12.3.2 Node B339

12.3.3用户设备（UE ）339

12.4 UMTS系统中不同的接口339

12.5支持的数据速率340

12.6业务需求和频谱340

12.7小区结构342

12.8 UTRAN功能描述342

12.8.1整体系统接入控制342

12.8.2安全性和隐私343

12.8.3切换343

12.8.4无线资源管理和控制343

12.9 Iub的功能划分345

本章参考文献345

第13章UMTS无线调制解调器设计：从语音到射频波347

13.1简介347

13.2频带348

13.3无线链路帧结构349

13.4信道结构350

13.4.1逻辑信道350

13.4.2传输信道351

13.4.3物理信道354

13.5扩频、加扰和调制355

13.5.1下行链路（DL）扩频和调制356

13.5.2上行链路扩频和调制359

13.6上行链路物理信道360

13.6.1专用上行物理信道360

13.6.2公共上行物理信道362

13.7下行链路物理信道366

13.7.1专用下行物理信道366

13.7.2公共下行物理信道368

13.8物理信道的定时关系374

13.9发射机特性374

13.10各种情况下的信道利用375

13.11压缩模式376

本章参考文献377

第14章UMTS终端的软件及操作379

14.1 UMTS协议架构介绍379

14.2协议架构381

14.3 UE协议架构381

14.3.1物理层382

14.3.2媒体接入控制（MAC）382

14.3.3无线链路控制（RLC）384

14.3.4无线资源控制（RRC）386

14.3.5分组数据会聚协议（PDCP）388

14.3.6呼叫控制（CC）388

14.3.7移动性管理（MM ）388

14.3.8会话管理（ SM）389

14.3.9通用用户识别模块（USIM）接口389

14.3.10人机界面（MMI）389

14.3.11互通单元（IWU）390

14.4 UE内的进程390

14.4.1空闲模式下的进程390

14.4.2 UTRAN选择和重选390

14.4.3小区选择和重选391

14.4.4位置注册391

14.4.5连接模式下的进程391

14.5连接模式下的移动管理进程392

14.6连接模式下的其他进程392

14.7安全进程393

14.7.1 UMTS安全性概述393

14.7.2完整性保护397

14.7.3加密398

14.7.4 UMTS安全性方面的缺陷400

14.8测量进程400

14.9切换进程401

14.10小区更新404

14.11高速下行链路分组接入（HSDPA）405

14.12高速上行链路分组接入（HSUPA）408

14.13 IP多媒体系统（IMS）408

本章参考文献410

第15章UMTS手机解析411

15.1简介411

15.2手机系统架构411

15.3 UE硬件架构和构件413

15.3.1 RF前端架构414

15.3.2基带架构414

15.4多速率用户数据传输418

15.5 UE系统过程的实现420

15.5.1小区搜索进程422

15.5.2功率控制424

15.6 UMTS L1工作状态机的设计426

本章参考文献428

第16章 下一代手机429

16 1简介429

16.1.1现有无线技术（1G、2G和3G）的局限性429

16.1.2 4G无线技术的需求430

16.1.3 4G的演进430

16.2 3GPP LTE431

16.3 LTE系统设计432

16.3.1 RF432

16.3.2物理层/基带432

16.3.3协议架构437

16.3.4主要LTE进程437

16.4 IEEE 802.16系统438

16.4.1 IEEE 802.16架构概述439

16.4.2业务类别445

16.4.3移动性支持445

16.4.4功率控制445

16.5 4G移动系统447

16.6 4G移动系统设计和研究领域内的关键挑战447

16.7认知无线电449

16.7.1系统概述450

16.7.2系统架构450

16.7.3关键挑战和研究领域451

本章参考文献452

第17章 手机系统设计中的竞争优势455

17.1简介455

17.2手机系统设计的关键挑战455

17.3系统设计目标455

17.4协议架构设计优化456

17.5硬件/软件分割459

17.6系统性能460

17.6.1 CPU选择461

17.6.2存储器选择461

17.6.3操作系统选择462

17.6.4掉电模式462

17.6.5自适应时钟/电压机制463

17.6.6算法选择463

17.6.7 MIPS需求463

17.7适应性463

17.7.1与不同物理层实现方案的适配464

17.7.2与不同应用的适配464

17.7.3与不同操作系统的适配464

17.7.4与不同空中接口标准的适配465

17.8验证，确认和测试465

17.9产品化466

本章参考文献466