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产品特色

编辑推荐

　　完全针对移动与无线通信主题设计，广泛且深入地探讨核心内容，并结合*新应用与技术，如LTE、无线局域网的发展、软件定义的无线电、物联网、云计算、App、NFC、Femtocell、MIMO等。

内容简介

　　移动与无线通信技术的迅猛发展深刻地影响每个人的生活，本书以通俗易懂的语言，结合*新应用与技术,广泛且深入地探讨核心内容。全书共分5篇20章，内容包括解析电磁波的秘密：正确认知电磁波的无线通信作用和生物效应；认识无线通信的术语：1G、2G、3G与4G，合作式通信与中继技术，无线宽带上网；了解无线通信的环境：详解基站、无线基站与天线塔台等无线通信设施；移动与无线通信的应用：SMS、MMS、MVPN、公共无线局域网络、WiMAX、LTE、NFC、RFID以及移动商务等相关应用与开发技术；移动与无线通信技术：App、移动定位服务或云服务。
　　本书每章前有学习概念的提示，章末附常见问题和课后习题，适合作为移动与无线通信相关课程的教材，也可作为手机应用开发、云计算课程的教学参考书。

内页插图

目录

*篇 认识电磁波
第1章 认识围绕着我们的邻居——电磁波 1
1.1 简易电磁学 2
1.2 认识电磁波 4
1.2.1 电磁波的来源 4
1.2.2 电磁波的种类 5
1.2.3 电磁波的传播 5
1.3 从电磁波的应用开始认识无线通信 8
1.3.1 电磁波的应用——卫星与太空通信 8
1.3.2 电磁波的应用——数字电视的原理 10
1.3.3 与个人计算机有关的无线通信小常识 11
1.4 电磁波的生物效应 12
1.4.1 电磁波对人体可能产生的危害 12
1.4.2 如何保护自己免受电磁波的危害 13
1.5 科技新发展——电磁波屏蔽材料 13
常见问题 14
课后习题 14
第2章 承载信号的传输介质 15
2.1 传输介质的种类 16
2.2 导向介质 17
2.2.1 双绞线 17
2.2.2 同轴电缆 19
2.2.3 光纤 20
2.3 非导向介质 25
2.3.1 红外线 25
2.3.2 无线电微波 25
2.3.3 无线电波 26
2.4 可靠的通信方式 26
常见问题 27
课后习题 27
第二篇 通信的原理与技术
第3章 信号与通信 30
3.1 认识信号 30
3.1.1 信号的特征 31
3.1.2 数据与信号之间的转换 35
3.2 无线通信里使用的信号 36
3.2.1 无线电频谱 37
3.2.2 有线世界里的无限资源与无线世界里的有限资源 38
3.3 传输的减损 38
3.3.1 衰减 39
3.3.2 延迟失真 40
3.3.3 噪声 40
3.3.4 信道容量与奈奎斯特带宽 41
3.3.5 香农容量公式 41
3.4 无线电波传输的原理与特性 43
3.4.1 理论上预测的模型——大规模的传播模型 43
3.4.2 理论上预测的模型——小规模的传播模型 47
3.5 无线电信号强度的迷惑 56
3.5.1 电压驻波比 56
3.5.2 EIRP的定义 57
3.5.3 测量的单位 57
常见问题 59
课后习题 60
第4章 隐藏在信号中的信息 61
4.1 通信信道的特征 62
4.1.1 频域的特征 62
4.1.2 时域的特征 63
4.1.3 数字通信信道的基本限制 64
4.2 数据与信号的转换 65
4.2.1 数字数据转换成数字信号 65
4.2.2 数字数据转换成模拟信号 66
4.2.3 模拟数据转换成数字信号 67
4.2.4 模拟数据转换成模拟信号 68
4.3 调制技术简介 68
4.3.1 模拟调制技术 69
4.3.2 数字调制技术 70
4.3.3 数字调制技术的分类 75
常见问题 78
课后习题 79
第5章 通信工程：多路复用与交换 80
5.1 网络的形成 80
5.1.1 交换的起源 81
5.1.2 交换与多路复用在网络中扮演的角色 82
5.1.3 多路复用的起源 82
5.2 架构网络的通信技术 83
5.2.1 多路复用技术 84
5.2.2 通信的协调 85
5.2.3 交换技术 85
5.3 多路复用与交换的设备 87
5.3.1 多路复用器 87
5.3.2 交换机 89
5.3.3 网络接口 90
5.4 容量工程 91
5.5 移动交换中心 92
常见问题 93
课后习题 93
第6章 无线通信的多路访问技术 94
6.1 共享传输介质的原理 95
6.2 有趣的隐藏节点问题 97
6.3 无线访问技术简介 98
6.3.1 无线多路访问技术的简单分类 98
6.3.2 介质访问控制协议 99
6.4 各种多路访问技术 99
6.4.1 频分多址 100
6.4.2 时分多址 101
6.4.3 扩频多址 102
6.4.4 空分多址 104
6.4.5 正交频分多路复用 104
6.4.6 其他多路访问技术 107
6.4.7 多样性的概念 107
6.5 蜂窝系统的容量 108
常见问题 108
课后习题 108
第三篇 从有线通信网络到无线通信网络
第7章 电信网络 110
7.1 从我们自己家里的电话谈起 110
7.2 通信系统的架构 111
7.2.1 通信网络的由来 113
7.2.2 通信技术与计算机技术的结合 114
7.3 通信网络与电信服务 115
7.3.1 电信网络的服务与市场化 116
7.3.2 国际电信法规变革一览 117
7.4 无线网络与传统电话网络相连 118
7.4.1 互连的组成 119
7.4.2 互连的操作 119
7.4.3 互连的类型 119
7.5 通信运营商互连 120
7.6 展望电信网络的未来 120
7.6.1 PSTN的发展 120
7.6.2 VoIP的原理 121
7.6.3 无线智能网络 123
7.7 企业电话系统的规划 124
7.8 无线交换机 125
7.9 无线本地回路 126
7.9.1 无线本地回路的系统与架构 128
7.9.2 WLL所采用的各种技术 129
7.9.3 市场上WLL的设备与系统 130
常见问题 130
课后习题 131
第8章 计算机网络 132
8.1 数据通信与网络模型 132
8.1.1 通信网络模型 133
8.1.2 标准化 138
8.2 常见的分类法 138
8.3 局域网 139
8.3.1 局域网协议与标准化 139
8.3.2 共享传输介质的原理 140
8.3.3 局域网的未来发展 141
8.4 广域网 141
8.5 网络软件系统 143
8.6 鸟瞰计算机网络世界 144
8.7 网络的规划 145
8.7.1 需求分析与环境评估 147
8.7.2 规划方法 149
常见问题 150
课后习题 151
第9章 无线通信网络 152
9.1 无线通信的定义与简单的分类 152
9.1.1 无线通信网络简介 153
9.1.2 从覆盖范围来看无线通信网络 154
9.1.3 无线网络的架构 155
9.1.4 无线网络的主要介质 156
9.2 无线通信网络的历史 157
9.3 无线通信的产品 159
9.4 无线通信的网络模型 159
9.5 无线通信的服务与覆盖的范围 164
9.6 与无线通信相关的标准 165
9.7 无线通信应用的分类 167

精彩书摘

　　第4章 隐藏在信号中的信息
　　本章的重要概念
　　1. 编码（encoding）是什么？
　　2. 调制（modulation）是什么？
　　3. 信息是如何隐藏在信号中的？
　　4. 数字通信技术有什么优点？
　　5. 信号的特性对数据传输速率有什么影响？
　　模拟或数字信息都可以转换成模拟或数字信号，这种转换也称为编码，编码的方式取决于通信需求、所用介质与通信设施。信号在传送之前必须调制（modulate）成承载介质所用的信号特征，例如某个频段（spectrum），接收端收到信号以后再经过解调（demodulate）得到原来的信号。数字调制技术在无线通信系统中扮演着非常重要的角色，一旦无线电频谱的分配确定之后，这些技术可以帮我们将信息转换成所分配的承载频率能传送的信号，而且能在接收端还原为原来的信息。
　　假如数据传输时必须以数字信号的形式来处理（digital signaling），那么不管原来的数据是数字还是模拟的，都要先编码（encode）成数字信号。若数据传输时必须以模拟信号的形式来处理（analog signaling），则不管原来的数据是数字还是模拟的，都要先调制（modulate）成模拟信号。图4-1所示为编码与调制技术的信号处理示意图。
　　图4-1 编码与调制技术
　　调制时的输入信号称为调制信号（modulating signal）或基带信号（baseband signal），调制的结果是载波信号（carrier signal），也称为已调制信号（modulated signal）。传输时所用的模拟信号的带宽可以用中心频率（center frequency，fc）来表示，可以算是一种带限（bandlimited）信号，或称为带通（bandpass）信号。
　　4.1 通信信道的特征
　　通信信道（或通信频道）是指物理介质与设备组成的系统，可用来传送信息。通常通信信道可以用来进行数字或模拟通信，数字通信所传送的信号取决于所要传送的0与1的序列，模拟通信所传送的信号取决于原来的模拟数据的特性。一般我们可以从频率或时间的角度来分析通信信道的特征，通过这样的分析来了解频道对所收到的信号有什么样的影响。
　　4.1.1 频域的特征
　　图4-2显示了一个以频率f(Hz)振荡的正弦波通过一个频道后的特征，通常频道输出的信号频率也是f，但是在振幅与相位上会改变，假设输入的信号为 ，那么输出的信号y(t)可以如下表示：
　　图4-2 频域的频道特征
　　频道对于信号振幅的影响可以用振幅响应函数（amplitude-response function）A(f)来表示，也就是输出信号的振幅除以输入信号的振幅。另外，对相位（phase）的影响称为相移（phase shift）?( f )，表示输出信号与输入信号之间相位差。振幅响应函数与相移都与信号的频率有关，从前面的式子可以看到y ( t )是输入x( t )被衰减A( f )与延迟?( f )的结果。我们可以改变频率f，然后计算A( f )与?( f )。得到的结果代表频道在频域（frequency domain）的特征。通常频率越高，频道的衰减也越大，图4-3所示为典型的低通频道（low-pass channel）的特性，频率非常高的部分可忽略，低频的信号组成相位几乎不变，频率非常高的部分相移几乎达90度。
　　图4-3 振幅响应函数与相移函数
　　简单地说，从频域来了解信号与通信频率就相当于探索通信使用的各种信号频率，由于复合信号（composite signal）是由多种频率的信号所组成的，以这种方式来分析就可以很清楚地了解组成的信号有哪几种频率。
　　4.1.2 时域的特征
　　图4-4显示了时域（time domain）的频道特征，在时间t = 0的时候有一个方波进入了频道，接收端在一段传送时间之后收到的信号的能量变成h(t)，h(t)被称为频道的脉冲响应（impulse response），我们可以看到h(t)扩展的效应，波形的宽度代表输出信号是否跟得上输入信号，以及信号在频道上传送得有多快。在数字通信中，单位时间内传送的脉冲越多代表数据传输速率越高，因此连续脉冲之间的间隔长短是很重要的因素，基本上取决于相邻信号之间的干扰情况。
　　图4-4 时域的频道特征
　　假设我们在频道上使用0Hz~W Hz的频率，而且经由滤波器（filter）的使用让频道具有低通（low-pass）的特性。也就是说，若A( f ) = 1、?( f ) = 2πftd，则系统的脉冲响应可以表示如下：
　　相当于下面s(t)延迟的结果：
　　图4-5所示为s(t)的曲线，当t=0时，s(t)=1，脉冲主要集中在-T与T之间，所以脉冲的宽度约为1/W秒。当带宽W增加时，脉冲的宽度变小，脉冲之间的间隔更短，表示数据传输速率可以提高。我们可以看到输出的h(t)在t=0之前就有输出，在实践中只能看成是一种理想滤波器的情况，无法实现，不过s(t)可以在真实的系统中做到。
　　图4-5 s(t)的曲线
　　4.1.3 数字通信信道的基本限制
　　基频传输（baseband transmission）是指在低通（low-pass）信道上传送数字信息，数字传输系统的质量取决于数据传输速率，即比特率（Bit Rate）与位误码率（Bit Error Rate，BER），这两个因素会受到信道带宽与SNR的影响。下面用一个简单的传输系统来探讨相关的概念，假设p(t)代表接收端收到的基本波形，t=0时送出*个脉冲，若输入的位为1，则收到的信号为+Ap(t)，若输入的位为0，则收到的信号为?Ap(t)，假设传送延迟为0。T秒之后，发送器送出另一个脉冲，可能的值为+Ap(t?T)t或?Ap(t?T)t。接收端所收到的信号可以用下面的式子来表示：
　　当接收端在查看所收到的脉冲时，所见到的其实是上面的式子，也就是在查看时间之间所有抵达的脉冲的和，这样会造成码间干扰（Intersymbol Interference，ISI）。假如所用的基本波形在t=kT（k不为0）时刚好为0，例如图4-5的s(t)，那么t=kT时刚好都无码间干扰，s(t)是一种奈奎斯特脉冲（Nyquist pulse）。奈奎斯特数据（Nyquist rate）可以定义为在没有码间干扰的情况下，一个低通信道所能达到的信号速率（signaling rate），这就是数字通信信道的基本限制。假如带宽为W Hz，那么奈奎斯特信号速率可以表示为：
　　rmax=2W脉冲/秒
　　4.2 数据与信号的转换
　　既然数据在传送前必须先转换成信号，通信技术要能够把数字或模拟形式的数据转变成数字或是模拟信号。我们可以考虑4种可能的转换技术：数字数据→数字信号、模拟数据→数字信号、数字数据→模拟信号以及模拟数据→模拟信号。虽然数据和信号之间的转换有这些复杂的步骤，对于现代通信设备来说，诸如此类的操作都能在瞬间完成，而且相当稳定。
　　4.2.1 数字数据转换成数字信号
　　线路编码（Line Coding）技术就是数字通信系统中把二进制信息（binary information）转换成数字信号的方法。数字信号（Digital Signal）可以看成是一连串不连续的电压脉冲（Voltage Pulse），每个脉冲代表一个信号码元（Signal Element）。数字数据（Digital Data）是一连串0与1的组合。把0与1的组合（即数字数据）转换成信号码元（即数值信号）的技术叫作“编码方案”（Encoding Scheme）。另一种说法是把二进制信息转换成数字信号，这种方法也叫作线路编码。图4-6所示为两种编码方法的例子。0或1各代表一个二进制位。这两种方法分别代表两大类的数字信号编码。
　　（1）以当前状态来编码：例如高电压表示0，低电压表示1。
　　（2）以状态转变来编码：例如在时限内由高电压到低电压表示0，由低电压到高电压表示1。
　　图4-6 两种编码方法的例子
　　非归零反相编码（Non -Return to Zero Inverted，NRZI）在传送一个位（bit）的时间内（也称作One-bit time）保持一定的电压，假如传送之初有电压的变化（即从低电压到高电压或从高电压到低电压），那么所传送的是1，假如传送之初没有电压的变化，所传送的就是0；曼彻斯特（Manchester）编码方法则是以传送一个位的时间内所产生的电压变化来代表0或1，假如在位传送时间的中点电压由高变低，就代表0，假如电压由低变高，就代表1。
　　有两个和编码相关的重要概念：数据传输速率（Data Rate）与调制速率（Modulation Rate）。数据传输速率以每秒传送的位数来表示（b/s）；调制速率以每秒产生的信号码元数量来表示，以波特（Baud）为度量的单位。我们把数字信号调制编码技术的主要概念综合一下，数字数据用数字信号的形式来传送，需要用到编码方案，编码方案大致可以分为以下两类：
　　1．非归零（Non-Return to Zero，NRZ）编码
　　（1）非归零电平（NRZ-L）编码
　　（2）非归零反相（NRZ-I）编码
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前言/序言

　　序
　　移动与无线通信对我们的生活影响非常大，经常低头玩智能手机的人都是移动与无线通信的用户，要以一本书的篇幅来仔细探讨这个领域是不容易的。本书试着从初学者的角度来看移动与无线通信技术，当我们赞赏移动通信带来的神奇应用时，不妨花点时间思考一下是什么造就了这一切？未来可以期待什么样的新用途？这些都是本书的内容希望带来的启发。
　　本书的起源与目的
　　中国（含港澳台地区）无线通信的产业与市场相当庞大，手机的数量、GSM网络和3G网络的部署早已经是世界*，现在4G以后的服务也开始迅速推广。无线通信的原理与无线通信网络的特征却少有书籍进行详细而完整的介绍。本书在内容上分成以下几个部分。
　　（1）解开电磁波的迷惑：无线通信带来的方便是大家所喜爱的，但是电磁波的生物效应却是个隐忧，所以建立正确的认知是很重要的。
　　（2）通信的原理：详细介绍通信的信号（signal）、调制（modulation）与多路访问（multiple access）技术，帮助读者建立在通信原理方面的专业背景知识。
　　（3）认识无线通信的术语：移动与无线通信的专业术语多且有分歧，如1G、2G、3G与4G代表什么？CDMA与TDMA有什么不同？IMT 2000与UMTS有什么关联？什么是无线宽带上网？在本书里均有相当直白而清楚的解说。
　　（4）了解无线通信的环境：天线在生活中经常看得到，但是我们可能很少去注意它。本书中有基站、无线基站与天线塔台等无线通信设施的照片与介绍，所谓百闻不如一见，引导大家发现这些生活中的邻居。
　　（5）想象移动与无线通信的应用

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