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《大话无线通信》源于通信人家园09年度热帖“无线通信原理通俗解读”
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目录
水煮篇
第1章 快速理解无线通信 2
1.1 引言 2
1.2 空中接口和无线信道 2
1.3 无线通信的困惑 3
1.3.1 困惑一:基站如何区分手机 4
1.3.2 困惑二:手机如何找到基站 6
1.3.3 困惑三:基站如何找到手机 7
1.3.4 困惑四:如何识别手机用户的身份 11
1.3.5 困惑五:如何保证对话不被他人窃听 12
1.3.6 困惑六:如何保证“移动”着打电话不会有问题 13
1.4 水煮GSM——无线通信系统的实现 15
1.4.1 静静的湘水 15
1.4.2 飘荡在夜空的莫尔斯电码 17
1.4.3 胜负手 22

基础理论篇
第2章 通信的本质——通信系统概述 28
2.1 狼烟与驿站的故事——漫谈中国古代的通信 28
2.2 画虎画皮先画骨——通信系统构架 31
2.2.1 电话之父——贝尔 31
2.2.2 模拟通信系统架构 33
2.2.3 数字通信系统架构 35
2.2.4 数字通信为何独领风骚 36
2.3 信号的基础知识 37
2.3.1 信号的概念——从狼烟到电磁波 37
2.3.2 信号的时域概念 38
2.3.3 信号的频域概念 40
2.4 信号分析的利器——傅里叶级数和傅里叶分析 42
2.4.1 傅里叶级数与傅里叶分析的由来 43
2.4.2 周期信号的数学表达——傅里叶级数 45
2.4.3 非周期信号的数学阐述——傅里叶分析 47
2.5 模拟信号如何转变为数字信号 49
2.5.1 声音是如何变成比特流的——奈奎斯特采样定理 49
2.5.2 从原始分到标准分——量化 51
2.5.3 从《蒹葭》和《在水一方》说起——也谈编码 54
2.6 这是多此一举吗——也谈调制的意义 59
2.7 信道与信道容量 62
2.7.1 无噪声的完美信道——奈奎斯特带宽 63
2.7.2 有噪声的真实信道——香农容量 63
2.8 无线信道的衰落 64
2.8.1 大尺度效应 64
2.8.2 小尺度效应 65

第3章 GSM空中接口技术 67
3.1 稀缺的无线资源及其复用技术 67
3.1.1 无价的战略资源——空中接口的频率 68
3.1.2 6MHz联通VS 29MHz移动——工作频段分配 69
3.1.3 从大课堂到小课堂——空分复用与蜂窝 71
3.1.4 也谈广电架构与电信架构的异同——频分复用与时分复用 73
3.1.5 3G的基础——码分多址 75
3.1.6 游走在功率与频率之间——载干比与频宽 81
3.2 如何应对无线信道的以下挑战:多径效应及瑞利衰落 83
3.2.1 当老师的艺术——语音编码与信道编码 83
3.2.2 也论当校长的艺术——分集技术之交织 86
3.2.3 当心和自家的鱼雷亲密接触哦——分集技术之跳频 90
3.2.4 刺刀在前,刺刀在后——时间提前量(TA值) 94
3.2.5 训练序列的由来——时间色散与均衡 97
3.3 如何降低手机的功耗及对系统的干扰 99
3.3.1 请小点声,再小点声——功率控制 100
3.3.2 无话可说时就请闭嘴——不连续发射(DTX) 105
3.3.3 老师不点名我就继续睡觉——不连续接收(DRX) 106

实战篇
第4章 商业蜂窝通信系统的典范——GSM 110
4.1 引言——从实验室通信走向商业通信 110
4.2 GSM系统的发展历史及技术规范 112
4.2.1 GSM发展的历史背景 112
4.2.2 GSM系统的技术规范 114
4.3 GSM网络组成及接口 115
4.3.1 GSM网络组成 115
4.3.2 “跑马圈地”与“免费搬迁”——Abis接口引发的商业策略 117
4.4 移动信息专家——SIM卡 120
4.5 从电台到基站——也谈手机与BTS 124
4.5.1 手机与点对点通信 124
4.5.2 劳模CTU和它的团队——BTS 130
4.6 计算机与通信的交融——BSC 135
4.6.1 总线的概念 135
4.6.2 BSC中的总线 138
4.7 交换子系统——MSC、VLR与HLR 146
4.7.1 移动交换中心(MSC) 146
4.7.2 GSM中的根DNS——归属位置寄存器(HLR) 152
4.7.3 GSM中的本地DNS——访问位置寄存器(VLR) 153
4.7.4 GSM系统的守护神——鉴权中心(AuC) 153
4.8 这是你的门牌号码——GSM编号计划 155

第5章 源于频率的困惑——GSM空中接口物理层的设计 164
5.1 TDMA空中接口技术 165
5.2 铁路的管理艺术——突发脉冲的应用 172
5.2.1 客运火车——业务信道(TCH) 174
5.2.2 候车厅的大喇叭——FCCH 174
5.2.3 现在是北京时间八点整——SCH 175
5.2.4 “我的地盘,我的业务”——BCCH 176
5.2.5 想上车,请先买票——RACH/AGCH 177
5.2.6 “×××,你的家属在广播室找你”——PCH 178
5.2.7 列车导乘员——SDCCH 178
5.2.8 列车上的服务员——FACCH/SACCH 179
5.3 复帧的应用 180

第6章 无线通信的特质——也谈GSM第三层协议 191
6.1 固定通信与移动通信的区别 191
6.2 频率贵如黄金,吾等自应珍惜——无线资源管理(RRM) 192
6.2.1 好的开始是成功的一半——RRM的初始化阶段 192
6.2.2 多宽的车走多宽的路——RR的传输管理 194
6.2.3 跳槽还需细思量——切换的目的及依据 195
6.2.4 炒炒冷饭——功率的控制与时间提前量 196
6.2.5 要唱戏还得先搭台——小区信道的配置与分配 196
6.2.6 念念这本经——RRM协议 198
6.3 移动性与安全性的博弈——移动性管理(MM) 209
6.3.1 位置区域的管理 212
6.3.2 也谈SIM卡的破解——安全性管理 215
6.4 从路由到计费——接续管理(CM) 218
6.4.1 也谈路由的查询——MSISDN与MSRN的索引功能 219
6.4.2 漫游费的由来 220

第7章 要把文章写好,先要学好语法——也谈七号信令 224
7.1 信令的基础 225
7.1.1 研究信令的手段——分类 225
7.1.2 从结构形式到控制方式——信令的剖析 227
7.2 从流水线和产业链说起——也谈OSI七层模型与七号信令 231
7.3 唐僧开物流公司——也谈MTP-1和MTP-2 235
7.3.1 白龙马的世界级企业梦想——信令数据链路级MTP-1 236
7.3.2 任劳任怨的沙和尚——信令链路控制级MTP-2 236
7.4 八戒掌握了物流调度大权——MTP-3 247
7.5 孙悟空重出江湖——SCCP 253
7.6 长袖善舞的太白金星——TCAP 269

第8章 妙手著文章——通过信令流程让GSM系统运作起来 278
8.1 GSM的信令与协议 278
8.1.1 接口与协议 278
8.1.2 Um空中接口&Abis接口 283
8.1.3 A接口的协议 292
8.2 手机在通用模式和专用模式下都在干什么 296
8.3 小区选择与重选 298
8.3.1 哪家信号好我选哪家——小区选择 299
8.3.2 功率!功率!还是功率!——C1算法三要素 304
8.3.3 你信号不好了我就跟你说拜拜——小区重选 306
8.4 随机接入与信道分配 307
8.5 你是谁——鉴权的用途及算法 310
8.6 加密 314
8.6.1 加密原理与流程 314
8.6.2 代号“海狼行动”——TMSI再分配 317
8.7 记得给妈妈打电话报平安——位置更新与IMSI附着 318
8.7.1 位置区的设置 319
8.7.2 位置更新信令流程 320
8.8 让我们来搭积木——MS主叫流程分析 325
8.9 路由,关键就是路由——MS被叫流程 331
8.9.1 被叫的寻址过程 331
8.9.2 被叫接续过程 333
8.10 来试试空中接力——切换原因及流程 334
8.10.1 测量报告的由来 336
8.10.2 切换考虑的因素 338
8.10.3 切换的信令流程 341
8.11 本章小结 346

参考文献 347

序言
今天,无线通信技术在深刻地影响着我们每个人的生活。随着通信技术的飞速发展和通信产业链的不断成熟,手机从最初只是高端商务群体才能拥有的奢侈品,到现在已飞入寻常百姓家,成为一种大众通信工具。无论你走到天涯海角,只要在有通信信号的地方,你都可以通过手机与他人取得联系。而随着时代的发展,手机也逐渐由一个单一的通信工具演变成一个综合的个人信息平台,财经、体育、娱乐等各种信息都可以通过手机轻松获得。
这些年无线通信行业发展迅猛,吸引了大批有志青年和年轻学子投身其中。应当注意的是,虽然无线通信业务和应用的种类繁多,但是无线通信技术本质的东西并没有发生根本的变化。就理论而言,现代通信技术依然基于香农的信息论,各种通信技术所应用的底层调制解调和编码译码等技术并没有本质的区别;就实际网络而言,无线通信系统从2G到3G依然遵循着“无线收发信机一无线收发信机控制器一移动交换中心”这样的体系架构。因此,我十分赞同作者的看法,不同无线通信技术之间并没有本质的区别,先搞明白一种无线通信技术,再去理解其他无线通信技术就会轻松很多。
应当说无线通信所涵盖的知识是比较多的,内容也较为复杂。如何快速而有效地学习这些知识是一个值得思考的问题。作者在本书中另辟蹊径,从相对简单的有线通信入手,以轻松诙谐的语言揭示无线通信与有线通信的传承与区别,为读者学习无线通信提供了一个不错的切入点。接下来全书大量采用类比的方式来讲解无线通信从空口到信令的相关技术知识,从无线侧到交换侧的相关内容。书中所举的例子生动活泼,十分便于读者理解和学习这些知识。
通信类图书通常是专业性较强,理解起来有一定难度。本书的作者别出心裁,以轻松活泼和更贴近读者的方式来阐述无线通信技术,这无疑是一次非常有益的探索。希望本书能为广大学子和从业人员学习无线通信技术知识提供一些帮助,为促进通信行业的人才培养起到一定的作用。

文摘
插图:

大话无线通信

大话无线通信
基站的处理方式与此颇为类似,它总是一刻不停地向外广播信息,以方便手机找到它。然而手机又如何才能听到基站的广播信息,从而去锁定基站呢?
对于GSM系统而言,不同的基站广播信息时所使用的频率不同,这样GSM手机必须扫描整个频段,按信号的强度从最强信号开始逐一检查,直到找到合适的基站的广播信息。这很有点像我们在学校里听广播,我们拿着收音机调啊调,调到一个信号最强的台然后收听广播。不过咱们是手动挡,人家手机是自动挡。
CDMA手机锁定基站的方式要简单得多。在CDMA系统里,基站固定使用一个频率(控制载频)广播信息,手机只要调谐到这个频率,就可以收到基站的指引信息,从而找到基站。系统的控制载频在整个CDMA通信网络中是统一的,这有点儿像无论在哪里,只要拨打110就可以得到警察的帮助一样,手机只要记住控制载频这个频率,、接下来的事情就好办了。
2.广播的内容
话说基站是通过广播指引信息让手机找到基站,那么基站都广播一些什么内容呢?
对于GSM系统而言,另外,由于手机需要调整接收频率以正确接收广播信息,那么首先需要广播频率校正信号。由于GSM是一个时分复用系统,时间的同步很重要,那么接下来的信息就是同步信号。
当然还会有一些其他信息,比如基站的标识、空中接口的结构参数(比如这个基站都使用了哪些频率、属于哪个位置区、手机选择该小区的优先级等)。这很好理解,就好比旅行团的导游会介绍一下当地有哪些景色、游完要花多少时间、需要多少花费等一些详细信息。你觉得合适就跟团,觉得不合适再听其他团的介绍换团也可以(根据小区的各项信息,如果当前小区不适合停留,则换到别的小区去)。
CDMA系统与GSM系统类似,首先是广播导频信号和同步信号,然后再广播基站的标识和空中接口的结构参数。
3.广播之间避免干扰
由上可知,广播信息不但帮助手机找到和锁定基站,还能为手机提供大量当前小区所必需的信息。因为我们希望广播之间不要互相干扰,不然带来很多麻烦。
GSM相邻的基站采取不同的频率,工作的频率不同,自然不会产生干扰。就好比两个人唱歌,一个唱男低音,一个唱花腔女高音,谁也干扰不着谁。
CDMA系统中采用的是一个固定的频率,但是扩频码不一样,也不会产生干扰。就好比一堆导游,一个说中文,一个说英文,一个说意大利语,谁也干扰不着谁。

内容简介
《大话无线通信》是一本介绍无线通信的通俗书,首先介绍了有线通信向无线通信的演进、通信系统的理论基础知识和无线通信的空中接口技术,然后以GSM系统为范例详细介绍了一个无线通信系统的组成、空中接口物理层、Um接口的第三层协议、七号信令和通信的信令流程。
《大话无线通信》来源于通信人家园(http://bbs.c114.net)非常热门的技术帖“无线通信原理通俗解读”。全书采用了独特的行文风格,大量采用“水煮”的方式来帮助读者快速而轻松地对无线通信技术有一个整体的认识。《大话无线通信》在写法上没有采取先摆结论后进行解说的方式,而是先提出问题,再逐步给出解决问题的方法,希望读者知其然也能知其所以然,向读者揭示无线通信的奥秘。对于初学者而言,这种方式尤其有效。
《大话无线通信》可供无线通信技术的初学者和自学者阅读参考,也可作为无线通信从业人员的参考书。

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