本書以LTE技術為主線，對LTE的關鍵技術和規(guī)范展開了深入的探討。書中首先介紹LTE所涉及的OFDM、MIMO和鏈路自適應等關鍵技術；在此基礎上重點闡述LTE技術規(guī)范及工作過程，包括小區(qū)搜索過程、上/下行物理層傳輸過程以及隨機接入過程等；最后介紹LTEAdvanced及第五代(5G)移動通信系統(tǒng)的基本思想和關鍵技術。
本書各章均配有小結(jié)與思考題，方便學生課后復習與總結(jié)；書中還穿插多個知識拓展，以補充學生相關通信知識。
本書可作為通信相關專業(yè)研究生及高年級本科生的教材，還可作為通信網(wǎng)絡和無線通信等相關領域工程技術人員的參考書。
隨著現(xiàn)代通信技術的飛速發(fā)展，全球移動用戶數(shù)量有了大幅增加。雖然第三代(3G)移動通信系統(tǒng)在無線通信的性能上得到了很大提高，但其在應對市場挑戰(zhàn)和滿足用戶需求等領域還有很多局限。用戶和市場都在呼吁傳輸速率更快、時延更短、頻帶更寬以及運營成本更低的網(wǎng)絡誕生。
LTE(Long Term Evolution，長期演進)是由3GPP(The 3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計劃)組織制定的UMTS(Universal Mobile Telecommunications System，通用移動通信系統(tǒng))長期演進標準，于2004年12月在3GPP多倫多會議上正式立項并啟動。LTE具有傳輸速度快、延遲率低、移動性好的特點，可以帶給用戶全新的體驗。
LTE系統(tǒng)的主要目標是設計一種高性能無線接口標準，在20 MHz頻譜帶寬提供下行100 Mb/s、上行50 Mb/s的峰值速率，改善小區(qū)邊緣用戶的使用性能，提高小區(qū)容量，降低系統(tǒng)時延，支持100 km半徑的小區(qū)覆蓋，能夠為350 km/h高速移動用戶提供大于100 kb/s的接入服務，支持成對或非成對頻譜，并可靈活配置1.4~20 MHz多種帶寬等。
為了實現(xiàn)上述目標性能，LTE系統(tǒng)引入了OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交頻分復用)和MIMO(MultiInput MultiOutput，多輸入多輸出)等關鍵技術，顯著提高了頻譜效率和數(shù)據(jù)傳輸速率。LTE系統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)更加扁平化、簡單化，降低了網(wǎng)絡節(jié)點和系統(tǒng)復雜度，從而減小了系統(tǒng)時延，也降低了網(wǎng)絡部署和維護成本。
本書共11章。為了便于對LTE技術規(guī)范的學習，在介紹LTE技術規(guī)范之前，本書在第一章至第四章對LTE相關技術進行了剖析，目的是使讀者對相關技術有充分的理解和認識。第一章敘述了LTE的發(fā)展；第二章描述了OFDM技術，包括單載波調(diào)制與多載波調(diào)制、OFDM的基本原理、OFDM系統(tǒng)的抗多徑原理等；第三章對MIMO多天線技術做了介紹，包括空間分集技術、MIMO空時編碼技術與空間復用技術等；第四章闡述了鏈路自適應及無線資源調(diào)度，包括自適應編碼調(diào)制、HARQ、OFDM和MIMO鏈路自適應技術以及多用戶資源調(diào)度等。上述內(nèi)容為介紹后續(xù)內(nèi)容提供了必要的基礎。
第五章至第九章主要介紹了LTE技術規(guī)范，是本書的核心部分，包括LTE物理層概述、LTE小區(qū)搜索和隨機接入過程、物理層上行傳輸過程和下行傳輸過程等。第五章對LTE物理層的工作頻帶與帶寬、物理/邏輯與傳輸信道、幀結(jié)構(gòu)及雙工方式等進行了描述；第六章介紹了LTE小區(qū)搜索，主要包括小區(qū)搜索流程、同步信號時頻結(jié)構(gòu)、同步序列設計、SCH/BCH發(fā)送分集等內(nèi)容；第七章講述物理層上行傳輸過程，描述了不同信道的傳輸過程，并詳細闡述了上行信道編碼、PUSCH與PUCCH傳輸過程等；第八章介紹了物理層下行傳輸過程；第九章講述LTE隨機接入過程，包括隨機接入概況、基于競爭的隨機接入流程、隨機接入時頻結(jié)構(gòu)、隨機接入基帶信號生成等。
本書在最后兩章還對移動通信新技術展開研究，其中，第十章對LTEAdvanced技術增強做了詳細介紹，包括載波聚合技術、中繼技術、多點協(xié)作技術等；第十一章介紹了第五代（5G）移動通信新技術，包括網(wǎng)絡體系架構(gòu)、空間接口技術、大規(guī)模MIMO技術、毫米波無線通信技術、同時同頻全雙工技術等。
本書是在多年來對LTE/LTEAdvanced以及5G移動通信技術研究的基礎上，結(jié)合當前移動通信領域國內(nèi)外最新技術編寫而成的。全書內(nèi)容豐富，敘述深入淺出。通過本書的學習，讀者不僅可以了解LTE基礎原理和技術規(guī)范，而且可以通過學習移動通信的新技術，為日后從事下一代移動通信系統(tǒng)的研發(fā)奠定理論與技術基礎。
本書由李曉輝、付衛(wèi)紅和黑永強編著。感謝參與本書材料整理和校對工作的楊冬華、袁靖雅、蒙丹鳳、黃絲等研究生，感謝西安電子科技大學通信工程學院各位領導和老師給予的幫助和支持。本書的出版得到了西安電子科技大學研究生院精品教材建設項目的資助和支持，在此表示感謝！
由于作者水平有限，加上時間倉促，書中不足之處在所難免，懇請廣大讀者批評指正。
第一章 LTE的發(fā)展 1
1.1 移動通信發(fā)展歷程 1
1.2 LTE概述 4
1.3 3GPP演進系統(tǒng)架構(gòu) 5
1.3.1 分組核心網(wǎng) 5
1.3.2 共享無線接口 6
1.3.3 基站的組成 7
1.3.4 其他接入技術 9
1.4 LTE關鍵技術 9
1.5 移動通信技術的發(fā)展 10
1.5.1 LTEAdvanced 10
1.5.2 下一代移動通信技術 13
本章小結(jié) 15
思考題1 15
第二章 OFDM技術 16
2.1 單載波調(diào)制與多載波調(diào)制 16
2.2 OFDM的優(yōu)缺點 17
2.3 OFDM基本原理 19
2.4 OFDM的IFFT實現(xiàn) 20
2.5 OFDM系統(tǒng)的抗多徑原理 21
2.6 OFDM系統(tǒng)中的信道估計技術 22
2.6.1 基于導頻的信道估計方法 22
2.6.2 信道盲估計方法 26
2.7 OFDM中的同步技術 30
2.7.1 同步誤差對OFDM的影響 30
2.7.2 同步的一般過程 31
2.8 MCCMDA(OFDMCDMA)技術 32
本章小結(jié) 34
思考題2 34
第三章 MIMO多天線技術 35
3.1 MIMO的引入 35
3.2 空間分集技術 36
3.2.1 分集技術概述 36
3.2.2 多天線分集技術 39
3.2.3 分集接收合并方法 39
3.3 MIMO空時編碼技術 41
3.3.1 空時網(wǎng)格碼 42
3.3.2 空時分組碼 42
3.3.3 酉空時碼 46
3.3.4 差分空時碼 47
3.4 MIMO空間復用技術 47
3.4.1 DBLAST 48
3.4.2 VBLAST 49
3.4.3 TBLAST 52
3.5 MIMO預編碼技術 53
3.5.1 單用戶MIMO預編碼算法 53
3.5.2 多用戶MIMO預編碼算法 56
3.6 MIMO與OFDM技術的結(jié)合 58
3.7 MIMO其他相關技術 59
3.7.1 虛擬MIMO 60
3.7.2 認知MIMO技術 61
本章小結(jié) 61
知識拓展 MIMO信道模型 62
思考題3 63
第四章 鏈路自適應及無線資源調(diào)度 64
4.1 信道狀態(tài)信息 64
4.2 自適應編碼調(diào)制 66
4.3 HARQ鏈路自適應技術 68
4.4 OFDM鏈路自適應技術 70
4.4.1 注水算法及功率分配 70
4.4.2 OFDM自適應調(diào)制 72
4.5 MIMO自適應調(diào)制技術 75
4.6 多用戶資源調(diào)度 77
4.6.1 常用多用戶資源調(diào)度算法 77
4.6.2 MIMOOFDM資源調(diào)度 78
本章小結(jié) 79
思考題4 80
第五章 LTE物理層概述 81
5.1 工作頻帶及帶寬 81
5.1.1 LTE頻帶劃分 81
5.1.2 LTE帶寬分配 83
5.2 物理信道、傳輸信道、邏輯信道及其映射關系 84
5.2.1 物理信道 85
5.2.2 傳輸信道 86
5.2.3 邏輯信道 87
5.2.4 信道映射關系 88
5.3 幀結(jié)構(gòu) 89
5.3.1 第1類幀結(jié)構(gòu) 89
5.3.2 第2類幀結(jié)構(gòu) 89
5.4 資源塊及其映射 92
5.4.1 下行鏈路的時隙結(jié)構(gòu) 92
5.4.2 物理資源塊和虛擬資源塊 93
5.4.3 下行物理信道資源塊映射 94
5.4.4 上行時隙結(jié)構(gòu)和物理資源塊映射 95
5.5 雙工方式 96
5.5.1 時分雙工方式 96
5.5.2 頻分雙工方式 97
5.5.3 雙工技術特點對比 98
5.5.4 幀結(jié)構(gòu)和鏈路的差異 99
本章小結(jié) 99
知識拓展 LTE信道模型 99
思考題5 104
第六章 LTE小區(qū)搜索 105
6.1 小區(qū)搜索流程 105
6.1.1 小區(qū)搜索基本流程 106
6.1.2 小區(qū)選擇過程 107
6.2 同步信號時頻結(jié)構(gòu) 109
6.3 同步序列設計 112
6.3.1 主同步信號序列 112
6.3.2 輔同步信號序列 113
6.3.3 系統(tǒng)信息 114
6.4 SCH/BCH發(fā)送分集 118
本章小結(jié) 120
思考題6 120
第七章 物理層上行傳輸過程 121
7.1 上行傳輸概述 121
7.2 上行信道編碼 121
7.3 SCFDMA 125
7.4 PUSCH傳輸過程 127
7.5 PUCCH傳輸過程 131
7.6 上行參考信號 139
7.7 時間提前量與上行鏈路定時 141
7.8 上行調(diào)度與鏈路自適應 142
本章小結(jié) 144
思考題7 144
第八章 物理層下行傳輸過程 145
8.1 物理層下行傳輸一般過程 145
8.2 PDSCH傳輸過程 146
8.2.1 調(diào)制 146
8.2.2 層映射 146
8.2.3 預編碼 148
8.3 PDCCH傳輸過程 152
8.3.1 下行控制信息(DCI) 153
8.3.2 PDCCH的有效載荷 160
8.3.3 PDCCH物理層過程 160
8.4 PCFICH及PHICH傳輸過程 161
8.4.1 PCFICH 161
8.4.2 PHICH 163
8.5 PBCH傳輸過程 163
8.6 下行參考信號 164
8.7 OFDM信號的產(chǎn)生 166
8.8 下行資源調(diào)度及鏈路自適應 167
8.9 限制小區(qū)間干擾的方法 169
8.10 eMBMS 171
本章小結(jié) 173
思考題8 173
第九章 LTE隨機接入過程 174
9.1 隨機接入概況 174
9.1.1 應用場景 174
9.1.2 隨機接入過程分類 174
9.2 基于競爭的隨機接入流程 175
9.2.1 隨機接入前導 176
9.2.2 隨機接入響應 179
9.2.3 調(diào)度請求 179
9.2.4 競爭決策 180
9.2.5 物理層與上層間的交互模型 181
9.3 隨機接入時頻結(jié)構(gòu) 181
9.3.1 隨機接入前導碼結(jié)構(gòu) 181
9.3.2 非同步隨機接入的時頻結(jié)構(gòu) 183
9.3.3 同步隨機接入的時頻結(jié)構(gòu) 186
9.4 隨機接入基帶信號的生成 187
9.4.1 前導序列生成 187
9.4.2 基帶信號生成 190
本章小結(jié) 190
思考題9 191
第十章 LTEA技術增強 192
10.1 LTEA中的載波聚合技術 192
10.1.1 載波聚合技術的引入 192
10.1.2 載波聚合的分類 193
10.1.3 載波聚合實現(xiàn)方式 195
10.1.4 控制信道設計 196
10.1.5 載波聚合方式 197
10.1.6 載波聚合中的隨機接入過程 197
10.1.7 載波聚合中的資源管理 200
10.2 LTEA中的中繼技術 203
10.2.1 中繼的原理及特點 203
10.2.2 中繼分類 205
10.2.3 3GPP中繼系統(tǒng)框架 205
10.2.4 中繼雙工方式 208
10.3 LTEA中的多點協(xié)作技術 211
10.3.1 多點協(xié)作基本概念 211
10.3.2 多點協(xié)作分類 211
10.3.3 多點協(xié)作傳輸方案 213
本章小結(jié) 215
思考題10 216
第十一章 第五代移動通信新技術 217
11.1 第五代移動通信概述 217
11.2 網(wǎng)絡體系架構(gòu) 218
11.3 空中接口技術 219
11.4 大規(guī)模MIMO技術 221
11.4.1 大規(guī)模MIMO概述 221
11.4.2 大規(guī)模MIMO關鍵技術 222
11.4.3 大規(guī)模MIMO的預編碼技術 223
11.5 毫米波無線通信技術 225
11.5.1 毫米波通信概述 225
11.5.2 單用戶混合波束成形 226
11.5.3 多用戶混合波束成形 227
11.6 同時同頻全雙工技術 232
11.6.1 靈活雙工概述 232
11.6.2 全雙工系統(tǒng)干擾分析 233
11.6.3 全雙工系統(tǒng)中的自干擾消除技術 234
本章小結(jié) 236
知識拓展 毫米波信道模型 236
思考題11 237
附表 縮略詞表 238
參考文獻 246
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