移动通信技术及应用.pdf

职业教育课程改革创新规划教材职业教育课程改革创新规划教材 移动通信技术及应用 彭利标 主编 王奉良 李冰玉 田 野 参编 Publishing House of Electronics Industry 北京BEIJING 内 容 简 介 本书介绍了移动通信、GPS 和蓝牙技术的基本知识，包括移动通信概论，移动通信的主要业务，组网技术和多址技术，移动信道的基本特性，数字信号的基本调制方法，移动通信的信令技术，典型的移动通信系统，如 GSM 系统、CDMA 系统、3G 系统、4G 系统、GPS 系统和蓝牙系统，还介绍了移动系统的安全管理和移动管理，功率控制和小区切换及通用分组无线业务等。对第三代移动通信系统的三大主流技术，即WCDMA 技术、CDMA2000 技术、TD-SCDMA 技术标准作了重点分析。对双网双待的概念和 4G 移动通信系统也进行了简单介绍。从应用角度对 GPS 定位测量原理、GPS 定位坐标系统和时间系统进行了详细阐述，列举了 GPS 测量技术设计与外业施测实例，说明了 GPS 定位测量技术应用和测量方法。最后介绍了蓝牙技术原理与协议，蓝牙的物理信道与链路、蓝牙分组与数据通信及蓝牙信息安全等。本书可作为应用型本科、职业学校通信及信息类专业的教材，也可供从事移动通信系统和 GPS 定位测量技术人员的网络研究、规划、设计、使用、管理和维护的工程技术人员参考。为方便教师教学，本书还配有电子教学参考资料包，详见前言。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 移动通信技术及应用/彭利标主编.北京：电子工业出版社，2012.3 职业教育课程改革创新规划教材 ISBN 978-7-121-15818-6.移 .彭 .移动通信通信技术教材 .TN929.5 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2012）第 016564 号 策划编辑：张 帆 责任编辑：刘真平 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：7871 092 1/16 印张：13.5 字数：363 千字 印 次：2012 年 3 月第 1 次印刷 定 价：25.40 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888。质量投诉请发邮件至 ，盗版侵权举报请发邮件至 。服务热线：（010）88258888。北京中新伟业印刷有限公司北京中新伟业印刷有限公司前 言 近年来，移动通信技术凭借其自身优越性及相关学科的支持，得到了飞速发展，在人类向信息社会迈进的过程中扮演着越来越重要的角色，移动通信与卫星通信、光纤通信一起构成了长途通信的三大支柱。随着新型器件的产生、新兴技术的应用，新型的移动系统也层出不穷，获得了迅速而全面的发展。本书系统地阐述了现代蜂窝移动通信的基本原理、基本技术，以及典型的第二代（2G）、第三代（3G）蜂窝移动通信系统，并对第三代蜂窝移动通信系统的演进和双网双待做了介绍，将蓝牙和 GPS 技术合并到本书中，并把移动通信、蓝牙和 GPS 有共性的原理和技术放在一起讲解，减少了内容重复，节约了篇幅。本书较充分地反映了当前移动通信的新技术。在编写过程中力求理论体系的系统性和完整性，采取概念论述和简单数学推导相结合的方法，循序渐进、由浅入深地对移动通信、GPS和蓝牙技术的基本知识进行了较深入的讲述。全书共分 8 章，第 1 章移动通信概论，主要介绍移动通信概况，典型移动通信系统，移动通信的发展和应用状况，移动通信的主要业务。第 2章移动信道及数字调制技术，介绍了无线电波的传播方式，移动无线信道特征，抗信道衰落技术和移动通信的数字调制技术。第 3 章组网技术，主要介绍蜂窝移动通信基本概念，移动通信的多址技术，区域覆盖和频率分配，蜂窝移动通信中的信令技术，移动通信网络结构和越区切换与位置管理。第 4 章 GSM 移动通信系统，主要介绍 GSM 系统的编码方式及应用，无线接口与协议，移动性管理和安全管理，通用分组无线业务等。第 5 章 CDMA 移动通信系统，介绍了 CDMA 的基本原理、CDMA 功率控制及软切换技术、CDMA 系统信道结构和 CDMA 系统的主要业务。第 6 章第三代移动通信系统，介绍了 3G 通信中的 WCDMA 技术、CDMA2000技术、TD-SCDMA 技术三大主流标准，3G 与 4G 移动通信系统和双网双待基础。第 7 章 GPS定位测量原理与实施，主要介绍了 GPS 定位坐标系统和时间系统，GPS 定位原理，GPS 测量技术设计与外业施测，GPS 定位测量技术应用。第 8 章蓝牙技术原理与协议，主要介绍蓝牙的物理信道与链路，蓝牙分组与数据通信，蓝牙信息安全，蓝牙技术应用与产品开发等。本书尽可能反映当前移动通信技术的新技术、新发展，以满足当前和稍长一段时间教学和工作的需要。立足于基础，注重联系工程实际，理论分析深入浅出，文字叙述通俗易懂，图文并茂，注重实用，帮助学生提高分析、解决问题的能力，考虑适合不同层次读者的需要。在讲述中配有例题，突出应用和工程实践，每章后面附有习题，供读者练习和自我检查用，通过练习，帮助读者加深理解。本书可作为应用型本科、职业学校通信及信息类专业的教材，也可供从事移动通信系统和GPS 定位测量技术人员的网络研究、规划、设计、使用、管理和维护的工程技术人员参考。本书的第 1、第 3 和第 8 章由天津理工大学中环信息学院的彭利标编写，第 2 章由王奉良编写，第 4、第 5 章由田野编写，第 6、第 7 章由李冰玉编写。本书由彭利标主编，并负责全书的统稿工作。虽然作者多年来从事移动通信和光纤通信的教学和技术研究，但由于通信技术发展十分迅速，加之作者水平有限，书中难免存在遗漏和错误，敬请读者批评指正。为了方便教师教学，本书还配有电子教学参考资料包，内容包括电子教案、教学指南及习题答案，请有此需要的教师登录华信教育资源网（）下载，或与电子工业出版社联系，我们将免费提供。E-mail: 编 者 2011 年 10 月 目 录 V 目 录 第 1 章 移动通信概论.1 1.1 移动通信概述.1 1.1.1 移动通信的基本概念.1 1.1.2 移动通信的特点.2 1.1.3 移动通信技术中常用到的关键词及含义.3 1.1.4 移动通信的工作频段与工作方式.4 1.2 典型移动通信系统.6 1.2.1 蜂窝移动通信系统.6 1.2.2 无绳电话系统.7 1.2.3 集群移动通信系统.8 1.2.4 移动卫星通信系统.10 1.2.5 其他移动通信系统.12 1.3 移动通信的发展与应用.13 1.3.1 移动通信发展历程及未来发展方向.14 1.3.2 3G 移动通信标准特点.14 1.4 移动通信的业务.17 1.4.1 移动通信的主要业务.17 1.4.2 3G 移动通信的主要业务.17 1.5 习题.19 第 2 章 移动信道及数字调制技术.22 2.1 无线电波的传播方式.22 2.1.1 电波传播方式.22 2.1.2 自由空间的电波传播.23 2.1.3 大气中的电波传播.23 2.2 移动无线信道特征.26 2.2.1 无线信道的概念.26 2.2.2 移动通信信道的多径传播特性.26 2.2.3 移动通信的信道特征.29 2.3 抗信道衰落技术.32 2.3.1 分集接收技术.32 2.3.2 差错控制技术.33 2.3.3 RAKE 接收技术.37 VI 2.3.4 均衡技术.38 2.4 移动通信的数字调制技术.39 2.4.1 数字调制技术的概念.39 2.4.2 数字频率调制.40 2.4.3 数字相位调制.43 2.4.4 MQAM 调制.48 2.5 习题.49 第 3 章 组网技术.52 3.1 蜂窝移动通信基本概念.52 3.1.1 提高频率资源利用率.53 3.1.2 蜂窝移动电话的工作过程.54 3.2 移动通信的多址技术.56 3.2.1 多址接入方式.56 3.2.2 频分多址（FDMA）方式.56 3.2.3 时分多址（TDMA）方式.61 3.2.4 码分多址（CDMA）方式.63 3.2.5 空分多址（SDMA）方式.64 3.3 区域覆盖和频率分配.65 3.3.1 区域覆盖.65 3.3.2 频率分配.66 3.4 蜂窝移动通信中的信令技术.68 3.5 移动通信网络结构.73 3.6 越区切换与位置管理.77 3.6.1 越区切换.77 3.6.2 位置管理.78 3.7 习题.81 第 4 章 GSM 移动通信系统.84 4.1 GSM 概述.84 4.1.1 GSM 系统的发展历史.84 4.1.2 GSM 系统的特点.85 4.1.3 GSM 系统的网络结构.85 4.1.4 GSM 系统的主要业务.87 4.2 GSM 系统的编码方式及应用.89 4.3 GSM 系统的无线接口与协议.91 4.3.1 GSM 系统信道结构.91 4.3.2 GSM 网络接口.92 4.3.3 GSM 协议结构.93 4.4 GSM 系统的移动性管理.95 目 录 VII 4.4.1 位置更新.95 4.4.2 呼叫建立.97 4.4.3 越区切换与漫游.100 4.5 GSM 系统的安全管理.101 4.5.1 鉴权.102 4.5.2 加密.102 4.6 通用分组无线业务.104 4.6.1 高速电路交换数据的概念.104 4.6.2 通用分组无线业务简介.104 4.7 习题.106 第 5 章 CDMA 移动通信系统.109 5.1 CDMA 概述.109 5.1.1 CDMA 的发展.109 5.1.2 CDMA 的特点.110 5.1.3 CDMA 移动通信系统的基本特性.111 5.2 CDMA 的基本原理.111 5.2.1 扩频通信的基本原理.111 5.2.2 常用的扩频方法.112 5.2.3 扩频通信的优点.115 5.2.4 伪随机序列与正交编码.116 5.3 CDMA 功率控制及软切换技术.118 5.3.1 CDMA 系统的功率控制.118 5.3.2 CDMA 系统的软切换.122 5.4 CDMA 系统信道结构.123 5.5 CDMA 系统的主要业务.124 5.5.1 CDMA2000-1X 网络的业务定位.124 5.5.2 CDMA 系统的主要业务.125 5.6 习题.127 第 6 章 第三代移动通信系统.130 6.1 3G 通信概述.130 6.1.1 3G 通信的标准化进程.130 6.1.2 3G 的频谱分配.131 6.1.3 3G 通信的关键技术.133 6.1.4 3G 的主要业务.134 6.2 WCDMA 技术.135 6.2.1 WCDMA 概述.135 6.2.2 WCDMA 系统组成与接口协议.135 6.2.3 WCDMA 信道结构.137 VIII 6.3 CDMA2000 技术.138 6.3.1 CDMA2000 概述.138 6.3.2 CDMA2000 无线接口协议.141 6.4 TD-SCDMA 技术.144 6.4.1 TD-SCDMA 概述.144 6.4.2 TD-SCDMA 关键技术.145 6.4.3 TD-SCDMA 系统结构与空中接口技术.146 6.4.4 3 种主流 3G 技术标准比较.147 6.5 B3G 与 4G 移动通信系统.148 6.5.1 B3G 移动通信系统.148 6.5.2 4G 移动通信系统.149 6.6 双网双待基础.151 6.6.1 双网双待的概念.151 6.6.2 双网双待与双卡双待.151 6.7 习题.152 第 7 章 GPS 定位测量原理与实施.157 7.1 GPS 概述.157 7.1.1 卫星定位技术发展概况.157 7.1.2 GPS 的特点.158 7.1.3 GPS 系统组成.159 7.2 GPS 定位坐标系统