具体描述
内容简介
《移动通信技术及工程应用(第二版)》共设计了五个教学单元,从“认识两部手机之间的通信原理”开始,分别引人如何实现两部GSM手机、CDMA手机、3G/4G手机的通信等学习任务。全书以任务为导向,紧密联系移动通信工程实际,由浅入深,由简单到复杂,讲述移动通信技术的知识点和关键技术。读者通过各个任务的学习,能够掌握移动通信必需的基础知识、移动通信组网及接续原理、移动通信硬件设备安装流程、软件配置等移动通信工程技能。
《移动通信技术及工程应用(第二版)》可作为高职高专院校电子信息大类相关专业的教学用书,也可供从事移动通信网络建设、运营管理、业务经营和服务等人员阅读。 目录
单元1 认识两部手机之间的通信原理
任务1.1 介绍我的手机.
1.1.1 国内移动通信的产业价值链
1.1.2 手机的发展历程
1.1.3 手机的功能及其实现
1.1.4 手机SIM/LISIM卡
任务1.2 两部手机之间通话功能的实现
1.2.1 常见的移动通信系统
1.2.2 公共陆地移动网
1.2.3 移动卫星通信系统
1.2.4 手机通话原理简介
任务1.3 实现基站与手机之间的通信
1.3.1 移动通信的传输方式
1.3.2 频率资源及其管理
1.3.3 频率资源的分配
任务1.4 频率资源的有效利用
1.4.1 节约频率资源的措施
1.4.2 多址技术
1.4.3 语音处理技术
1.4.4 语音处理技术应用
任务1.5 影响无线通信质量的因素及改善措施
1.5.1 影响无线信道中电波传播的因素
1.5.2 抗噪声和抗干扰技术
1.5.3 改善无线通信质量的具体方法
单元2 实现两部GSM手机之间的通信
任务2.1 搭建GSM移动通信网络
2.1.1 GSM的区域覆盖
2.1.2 GSM的频率分配
2.1.3 GSM网络结构
2.1.4 GSM发展及演进
任务2.2 GSM系统的接口和信道配置
2.2.1 GSM系统的接口
2.2.2 GSM系统的信道
任务2.3 实现GSM信息的传送
2.3.1 GSM信息处理与传输
2.3.2 CSM系统的无线帧
任务2.4 GSM信令和工作过程分析
2.4.1 GSM系统的编号
2.4.2 GSM工作过程
2.4.3 GSM基本信令流程
2.4.4 GSM的移动性管理
单元3 实现两部CDMA手机之间的通信
任务3.1 认识CDMA移动通信网络
3.1.1 CDMA移动通信网络
3.1.2 CDMA信道及信息传输
3.1.3 CDMA网络规划
3.1.4 CDMA的发展及其标准
任务3.2 CDMA关键技术分析
3.2.1 扩频通信技术
3.2.2 功率控制技术
3.2.3 Rake接收技术
单元4 实现两部3G手机之间的通信
任务4.1 3G移动通信网络比较分析
4.1.1 3G标准演进过程分析
4.1.2 UMTS系统模型
4.1.3 三种主流3G网络结构
4.1.4 3G无线技术比较
任务4.2 RNC设备原理与配置
4.2.1 RNC设备的原理结构
4.2.2 RNC设备的硬件组成
4.2.3 RNC设备硬件配置
4.2.4 RNC数据配置
任务4.3 Node B设备的安装和调试
4.3.1 Node B原理与架构
4.3.2 Node B硬件与配置
4.3.3 Node B组网应用
4.3.4 Node B的数据配置
任务4.4 WCDMA手机通话功能的实现
4.4.1 WCDMA基本原理
4.4.2 WCDMA的无线信道
4.4.3 WCDMA的无线帧和码资源
4.4.4 WCDMA的基本信令流程
任务4.5 TDSCDMA手机通话功能的实现
4.5.1 TDSCDMA基本原理
4.5.2 TDSCDMA的信道
4.5.3 TDSCDMA的无线帧和码资源
4.5.4 TDSCDMA的基本信令流程
单元5 第四代移动通信(4G)技术简介
任务5.1 LTE网络与4G技术
5.1.1 4G无线通信标准
5.1.2 FDDLTE与TDLTE
任务5.2 LTE体系结构、特点及其关键技术
5.2.1 LTE体系结构
5.2.2 E-UTRA的主要特性
5.2.3 LTE网络中的几个关键技术
参考文献 精彩书摘
《移动通信技术及工程应用(第二版)》:
4.分集技术
分集技术是一种利用多径信号来改善系统性能的技术。其理论基础是认为不同支路的信号所受的干扰具有分散性,即各支路信号所受的干扰情况不同,因而,有可能从这些支路信号中挑选出受干扰最轻的信号或综合出高信噪比的信号来。其基本思想是利用移动通信的多径传播特性,在接收端通过某种合并技术将多条符合要求的支路信号合并且输出,从而大大降低多径衰落的影响,改善传输的可靠性。对这些支路信号的基本要求是传输相同信息、具有近似相等的平均信号强度和相互独立衰落特性。
从大范围来讲,分集技术可分为隐分集和显分集两种。隐分集是指分集作用含在传输信号中,在接收端利用信号处理技术实现的分集。它包括交织编码技术、跳频技术等,一般用在数字移动通信系统中。显分集指的是构成明显分集信号的传输方式,多指利用多副天线接收信号的分集方式。人们经常提到的分集技术大都指的是显分集。
按照主要目的不同,显分集又可分为宏分集和微分集两种。
宏分集是以克服长期衰落(即慢衰落)为目的的,一般只应用于蜂窝通信系统中,亦称多基站分集。其做法是把多个基站设置在不同的地理位置上和在不同方向上,同时和小区内的一个移动台进行通信。显然,只要在各个方向上的信号传播不是同时出现严重慢衰落(基站天线的架设可以防止这种情况发生),这种方法就能保持通信不会中断。
微分集是以减小短期衰落(即快衰落)为目的的,在各种无线通信系统中都会使用。按照路径的选择方法不同,微分集又可分为空间分集、频率分集、时间分集、极化分集和角度分集等多种。
(1)空间分集
在移动通信中,空间略有变动就可能出现较大的场强变化,空间分集就是利用场强随空间的随机变化而实现的。空间距离越大,多径传播的差异就越大,所接收场强的相关性就越小。具体来讲,空间分集通常也称为天线分集,它是在发射端采用一副发射天线,接收端采用多副接收天线。只要接收端天线之间的间隔d足够大,就能保证各接收天线输出信号衰落特性的相互独立性。经过测试和统计,ITU建议为了获得满意的分集效果,接收天线之间的间距应大于0.6个波长,即d>0.6λ,并且最好选在λ/4的奇数倍附近。当然,在实际环境中,接收天线之间的间距要视地形、地物等具体情况而定。
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《通信协议深度解析与实践:从基础到前沿》 内容简介 本书旨在为读者提供一个系统、深入的通信协议学习框架,涵盖从基础原理到当前前沿技术的广泛内容。我们不仅关注通信协议的理论基础,更强调其在实际工程应用中的实现与优化。全书内容严谨,结构清晰,力求帮助读者建立扎实的协议理解,并培养独立分析和解决复杂通信问题的能力。 第一部分:通信协议基础与核心概念 本部分将为读者打下坚实的理论基础,是理解后续章节的关键。 第一章:通信系统的演进与协议的重要性 我们将回顾通信技术从早期模拟通信到数字通信,再到如今高度互联的智能时代的宏大演进历程。 详细阐述在不同通信阶段,协议所扮演的核心角色:如何实现设备间的互通、数据的高效传输、网络的可靠运行以及安全性的保障。 深入探讨标准化的意义,以及不同标准组织(如ITU、IEEE、IETF等)在推动通信技术发展中的作用。 分析早期通信协议的特点及其局限性,为理解现代协议的设计奠定历史视角。 第二章:数据链路层协议:帧传输与可靠性保障 介质访问控制(MAC)技术: 详述CSMA/CD(载波侦听多路访问/冲突检测)和CSMA/CA(载波侦听多路访问/冲突避免)的工作原理,特别是在以太网和Wi-Fi等场景下的应用。 分析Aloha、Slotted Aloha及其变种,理解其在共享信道访问中的优缺点。 探讨令牌环(Token Ring)和令牌总线(Token Bus)等确定性访问机制。 介绍面向帧的MAC协议,如UDL、HDLC等,分析其帧结构、控制字段和操作流程。 差错控制: 深入讲解纠错码(ECC)和检错码(如CRC循环冗余校验)的原理,包括各种校验算法的数学基础。 分析停止等待(Stop-and-Wait)ARQ(自动重传请求)协议的优点与缺点,以及其效率瓶颈。 详细阐述回退N帧(Go-Back-N)ARQ协议的工作流程、滑动窗口机制及其实现。 深入分析选择重传(Selective Repeat)ARQ协议,理解其如何提高效率,并讨论其实现复杂度。 流量控制: 分析基于反馈的流量控制方法,如滑动窗口协议。 讲解端到端流量控制的机制,以及如何避免发送方压垮接收方。 探讨拥塞控制与流量控制的区别与联系,为理解网络层协议打下基础。 第三章:网络层协议:路由选择与数据包转发 IP协议(IPv4与IPv6): 详细解析IPv4报文头的结构、字段含义及其分片机制。 深入探讨IPv6报文头的变化,包括地址空间扩展、报头简化以及自动配置特性。 分析IP地址的分配、子网划分(Subnetting)和无类别域间路由(CIDR)技术,以及NAT(网络地址转换)技术在IPv4网络中的作用。 讲解IPv6的地址类型(单播、组播、任播)和配置方式。 路由选择协议: 距离向量路由协议(Distance-Vector Routing Protocols): 详细讲解RIP(路由信息协议)的工作原理、消息格式、周期性更新以及“坏消息传得快”的问题。 链路状态路由协议(Link-State Routing Protocols): 深入分析OSPF(开放最短路径优先)的工作机制,包括邻居发现、链路状态数据库(LSDB)的建立与维护、SPF(最短路径优先)算法的应用以及区域划分。 混合协议: 探讨EIGRP(增强内部网关路由协议)的混合特性。 外部网关协议(Exterior Gateway Protocol): 详细讲解BGP(边界网关协议)作为互联网核心路由协议的工作方式,包括路径向量(Path Vector)的概念、AS(自治系统)间的通信、属性(Attributes)在路径选择中的作用以及BGP的安全机制。 拥塞控制: 分析TCP的拥塞控制算法,如慢启动(Slow Start)、拥塞避免(Congestion Avoidance)、快重传(Fast Retransmit)和快恢复(Fast Recovery)。 讲解RED(随机早期检测)和WRED(加权随机早期检测)等主动队列管理(AQM)技术,理解其如何缓解拥塞。 第四章:传输层协议:端到端可靠性与服务质量 TCP(传输控制协议): 深入分析TCP的三次握手(Three-way Handshake)和四次挥手(Four-way Handshake)过程,理解连接建立与释放的细节。 详细讲解TCP的滑动窗口机制,包括发送窗口、接收窗口和有效窗口,以及其如何实现流量控制。 深入研究TCP的拥塞控制算法,并分析其在不同网络环境下的表现。 探讨TCP的捎带确认(Piggyback ACK)和延迟确认(Delayed ACK)机制。 分析TCP的选项(Options),如MSS(最大段大小)、窗口扩大因子等。 UDP(用户数据报协议): 阐述UDP的无连接、不可靠特性,以及其在需要低延迟、高吞吐量场景下的应用(如DNS、DHCP、VoIP、在线游戏)。 分析UDP报文头的结构。 讨论UDP的优缺点,以及如何通过应用层协议弥补其不足。 第二部分:应用层协议与网络服务 本部分将聚焦于支撑现代互联网和各种网络应用的各类应用层协议。 第五章:网络应用基础协议 HTTP/HTTPS: 详细讲解HTTP/1.0, HTTP/1.1, HTTP/2, HTTP/3(QUIC)的版本演进,包括请求方法、状态码、报头、报文体结构,以及持久连接、管道化(Pipelining)、头部压缩、服务器推送等特性。深入分析HTTPS的TLS/SSL握手过程、证书验证以及加密传输机制。 DNS(域名系统): 阐述DNS的层次化结构、域名解析过程(递归查询、迭代查询)、DNS记录类型(A, AAAA, MX, CNAME, NS, SOA等)以及DNS缓存机制。 DHCP(动态主机配置协议): 讲解DHCP的DORA(Discover, Offer, Request, Acknowledge)过程,IP地址的租用机制以及DHCP选项。 SMTP, POP3, IMAP: 介绍电子邮件协议的工作流程,包括邮件的发送、接收和管理。 第六章:Web与内容分发协议 Websocket协议: 深入分析Websocket协议如何实现浏览器与服务器之间的全双工通信,对比其与HTTP的优势。 流媒体协议: 介绍RTSP(实时流协议)、RTMP(实时消息传输协议)、HLS(HTTP Live Streaming)和DASH(Dynamic Adaptive Streaming over HTTP)等协议,分析其在视频直播和点播中的应用,以及各自的优缺点。 内容分发网络(CDN)原理: 结合协议,探讨CDN如何通过缓存和地理位置优化,提升内容访问速度和用户体验。 第七章:服务质量(QoS)与网络管理协议 QoS机制: 探讨DiffServ(区分服务)和IntServ(综合服务)模型,分析流量整形(Traffic Shaping)、流量监管(Traffic Policing)、队列管理(Queue Management)和拥塞避免(Congestion Avoidance)等QoS技术。 SNMP(简单网络管理协议): 讲解SNMP的代理(Agent)、管理器(Manager)和管理信息库(MIB)概念,以及其在网络设备监控、配置和故障排除中的应用。 NetFlow/sFlow: 介绍这些流量分析协议如何提供网络流量的可见性,用于网络性能监测、安全分析和容量规划。 第三部分:现代通信协议与前沿技术 本部分将深入探讨当前和未来通信领域的重要协议和新兴技术。 第八章:无线通信协议的演进 Wi-Fi协议(IEEE 802.11系列): 从802.11a/b/g到802.11n, 802.11ac, 802.11ax(Wi-Fi 6/6E),分析各代标准的性能提升(吞吐量、延迟、频谱利用率)。 深入讲解MIMO(多输入多输出)、MU-MIMO(多用户MIMO)、OFDMA(正交频分多址接入)等关键技术在802.11ax中的应用。 讨论Wi-Fi的安全协议(WEP, WPA, WPA2, WPA3)。 蜂窝移动通信协议: 简要回顾2G/3G/4G(GSM, WCDMA, LTE)的关键技术和协议特点。 5G NR(新空口)协议: 详细解读5G NR的关键技术,如帧结构、波形、多址方案(OFDMA)、大规模MIMO、波束赋形(Beamforming)、边缘计算(MEC)等。分析其在增强移动宽带(eMBB)、海量机器类通信(mMTC)和超可靠低时延通信(uRLLC)方面的应用。 介绍5G核心网(5GC)架构,如服务化架构(SBA)和网络切片(Network Slicing)。 第九章:物联网(IoT)与低功耗通信协议 MQTT(Message Queuing Telemetry Transport): 讲解MQTT作为轻量级的发布/订阅消息协议,其在资源受限设备和不稳定网络中的优势,以及Broker、Publisher、Subscriber的概念。 CoAP(Constrained Application Protocol): 介绍CoAP协议如何为物联网设备提供RESTful风格的通信,以及其与HTTP的对比。 LoRaWAN/NB-IoT: 分析这些低功耗广域网(LPWAN)技术的工作原理、网络架构、数据速率、功耗特性及其在智能农业、智慧城市等领域的应用。 第十章:软件定义网络(SDN)与网络功能虚拟化(NFV)中的协议 SDN: 讲解SDN的核心概念,即控制平面与数据平面的分离。深入分析OpenFlow协议,理解其如何实现南向接口(Controller-to-Device),以及OpenFlow流表(Flow Table)的工作方式。 NFV: 阐述NFV如何通过虚拟化技术将网络功能从专用硬件迁移到通用服务器上。介绍ETSI NFV架构,以及NFV编排(Orchestration)和管理(Management)中的协议需求。 网络切片(Network Slicing)中的协议: 探讨如何在SDN/NFV框架下,通过协议实现为不同服务定制化的网络资源和功能。 第四部分:协议分析、仿真与实践 本部分将提供实践指导,帮助读者将理论知识转化为实际技能。 第十一章:网络协议抓包与分析工具 Wireshark/tcpdump: 详细介绍如何使用Wireshark和tcpdump等工具捕获网络数据包。 报文过滤与解码: 教授如何高效地过滤出感兴趣的报文,并深入解读各种协议报文的字段和含义。 常见协议分析案例: 通过实际抓包分析,演示TCP三次握手、HTTP请求/响应、DNS查询、ARP过程等。 协议分析的技巧与注意事项: 提供优化分析效率和发现问题的建议。 第十二章:网络仿真器与协议模拟 NS-3/OMNeT++: 介绍并演示如何使用NS-3或OMNeT++等网络仿真器进行协议行为的模拟与性能评估。 创建自定义协议模型: 指导读者如何在仿真环境中构建和测试新的协议或现有协议的变种。 场景设计与参数调优: 讲解如何根据实际需求设计仿真场景,并进行参数调优以获得有意义的结果。 第十三章:协议设计原则与安全考量 高效性、鲁棒性、可扩展性: 探讨优秀协议设计的关键要素。 标准化与互操作性: 强调遵循标准和确保互操作性的重要性。 协议安全漏洞与攻击: 分析常见的协议安全问题,如SYN Flood、DDoS攻击、DNS欺骗、中间人攻击等。 加密、认证与授权机制: 介绍如何在协议设计中融入安全机制。 隐私保护: 探讨如何在协议层面保护用户隐私。 本书特色: 深度与广度兼备: 涵盖了通信协议的方方面面,从基础理论到前沿应用,满足不同层次读者的需求。 理论与实践相结合: 每个章节都力求解释清晰,并辅以实际案例和工具使用指导。 结构化学习: 内容循序渐进,从宏观到微观,帮助读者构建完整的知识体系。 前沿技术聚焦: 重点介绍了5G、IoT、SDN/NFV等当前热点领域的相关协议。 工程师导向: 强调协议在实际工程应用中的挑战与解决方案。 本书适合通信工程、计算机科学、网络工程等专业的学生、研究人员,以及从事网络通信、系统集成、软件开发等工作的工程师阅读。通过本书的学习,读者将能够更深入地理解通信世界的底层逻辑,并为开发和维护更高效、更可靠、更安全的通信系统奠定坚实基础。