Mobile Communications (Li Zhaoyu)

This book introduces the basic concepts, basic principles, basic technologies and typical systems of mobile communications in detail. The book has 7 chapters. First, it introduces the basic technologies and networking technologies of mobile communications, the propagation characteristics and prediction models of mobile channels, and anti-fading technologies. Secondly, combined with the development of mobile communication networks, it grasps the mainstream technologies of global mobile communication development, GSM (GPRS) → WCDMA (HSDPA/HSUPA) → LTE, and introduces them in detail, such as system structure, physical layer process, basic process, new technology, etc. Finally, it introduces the current development of mobile communications and some hot spots in current mobile communication research. In order to facilitate readers to better understand, the textbook has a large number of charts and examples, and the language is simple and easy to understand. There is a study guide at the beginning of each chapter, and exercises and thinking questions at the end. The combination of principles and systems is strong, and the practical content is new, creating a comprehensive, concise and practical textbook and teaching book. This book strives to take into account the basic theory and application system of mobile communications. The content is from shallow to deep, which can meet the learning needs of people at different levels. Chapter 1 Overview of Mobile Communications 1 1.1 Characteristics of Mobile Communications 1 1.2 Commonly Used Mobile Communications Systems 3 1.3 The Development of Cellular Mobile Communications 7 1.4 Use of Frequency Bands in Mobile Communication Systems 11 1.5 Basic Technologies of Mobile Communications 14 1.5.1 Source Coding Technology 14 1.5.2 Channel Coding Technology 16 1.5.3 Modulation Technology 18 1.5.4 Research on the Propagation Characteristics of Mobile Communication Radio Waves 19 1.6 Networking Technologies for Cellular Mobile Communications 20 1.6.1 Multiple Access Technology 20 1.6.2 Frequency Reuse and Cellular Cells 28 1.6.3 Multi-Channel Sharing Technology 38 [1] 1.6.4 Network Structure 43 1.6.5 Network Control and Management 47 Exercises and Questions 1 52 Chapter 2 Propagation Characteristics and Models of Mobile Channels 54 2.1 Propagation Characteristics of Radio Waves 54 2.1.1 Radio Wave Propagation Modes 54 2.1.2 2.1.3 Reflected wave 56 2.1.4 Diffraction wave 57 2.1.5 Scattered wave 59 2.2 Characteristics of mobile channels 59 2.2.1 Propagation path and signal fading 60 2.2.2 Description of fast fading characteristics 65 2.2.3 Slow fading characteristics and fading margin 70 2.3 Calculation of median transmission loss of mobile channels 74 2.3.1 Outdoor propagation model 74 2.3.2 Indoor propagation model 84 2.4.3 High frequency radio wave propagation model 86 Questions and exercises 2 88 Chapter 3 Anti-fading technology 89 3.1 Diversity reception technology 90 3.1.1 Basic concepts and classification 90 3.1.2 Combining technology 92 3.2 Channel coding technology 100 3.2.1 Basic concepts and classification 100 3.2.2 Linear block code 102 3.2.3 3.2.1 System Structure 142 4.2.2 Protocol Stack and Interface 143 4.3 Radio Channel 144 4.3.1 Frequency Band Division 144 4.3.2 Radio Frame Structure 148 4.3.3 Logical Channel 149 4.3.4 Time Slot Format 152 Chapter 4 GSM Mobile Communication System 141 4.1 Overview 141 4.2 GSM Overall Structure 142 4.2.1 System Structure 142 [1] 4.2.2 Protocol Stack and Interface 143 4.3 Radio Channel 144 4.3.1 Frequency Band Division 144 4.3.2 Radio Frame Structure 148 4.3.3 Logical Channel 149 4.3.4 Time Slot Format 152 4.3.5 Logical Channel and Physical Channel Mapping 155 4.3.6 Signal Processing Flow 157 4.4 Call Processing Flow 159 4.4.1 Address Identification 159 4.4.2 Communication Security 161 4.4.3 Air Interface Signaling Flow 164 4.4.4 DTE-DCE Protocol Application 181 4.4.5 Short Number Application 183 Exercises and Questions 4 184 Chapter 5 WCDMA Mobile Communication System 185 5.1 Overview of WCDMA System 185 5.1.1 Evolution of WCDMA Network 186 5.1.2 WCDMA System Architecture 188 5.1.3 UTRAN Interface Protocol 191 5.2 Key Technologies of WCDMA System 194 5.2.1 Basic Technologies of WCDMA System 194 5.2.2 RAKE Reception 197 5.2.3 Power Control Technology 199 5.2.4 5.3 WCDMA Air Interface 206 5.3.1 Layered Structure of Air Interface 207 5.3.2 Radio Resource Control Layer RRC 209 5.3.3 Channel Types and Their Mapping Relationships 212 [1] 5.3.4 Physical Channel Structure 220 5.4 WCDMA Physical Layer 229 5.4.1 Data Processing from MAC Layer to Physical Layer 229 5.4.2 WCDMA Physical Layer Workflow 231 5.4.3 Coding and Multiplexing Sublayer 234 5.4.4 Spread Spectrum Modulation Sublayer 245 5.4.5 Example of Mapping from Transport Channel to Physical Channel 253 5.5 WCDMA Basic Workflow 256 5.5.1 WCDMA Synchronization Process 256 5.5.2 Call Establishment Process 259 Exercises and Questions 5 264 Chapter 6 LTE Mobile Communication System 265 6.1 6.1.1 LTE Launch Background 265 6.1.2 LTE Main Technical Specifications 266 6.1.3 LTE Basic Transmission Scheme 267 6.1.4 OFDM Basic Principles 267 6.2 LTE System Structure and Interface 277 6.2.1 LTE System Structure 277 6.2.2 LTE Interface Protocol 280 [1] 6.3 LTE Air Interface 284 6.3.1 LTE Frame Structure 284 6.3.2 LTE Physical Channels and Physical Signals 291 6.3.3 Multi-antenna Transmission in LTE System 306 6.3.4 HARQ 308 6.3.5 Inter-cell Interference Cancellation 308 6.4 LTE System Physical Layer Process 311 6.4.1 TD-LTE Cell Search Process 311 6.4.2 TD-LTE Random Access Process 314 6.4.3 Power Control and Power Allocation of TD-LTE 317 Exercises and Questions 6 321 Chapter 7 New Generation Broadband Mobile Communications 322 7.1 Overview 322 7.2 Fifth Generation Mobile Communication System 324 7.2.1 5G Standardization and Industrialization Process 324 7.2.2 Key Technologies of 5G 328 7.3 Sky-Ground Integrated Network 337 References 342