LTE教程：原理与实现

《LTE教程：原理与实现》伴随大家走过了LTE的起步阶段，《LTE教程：原理与实现（第2版）》伴随大家走过了LTE的发展阶段，现在《LTE教程：原理与实现》（第3版）将伴随大家走过LTE的成熟阶段以及5G的起步阶段。为了达到这样的效果，作者在《LTE教程：原理与实现》（第3版）第1章和第4章中更新了相关内容，特别是引入了5G的简要信息。

“LTE丛书之学好LTE系列”是专为LTE学习而打造的，内容脱胎于作者深受好评的LTE在线培训课程，并加以完善和增补，循序渐进，娓娓道来，非常适合LTE学习。本书是“LTE丛书之学好LTE系列”的开篇，浓墨重彩地介绍了LTE的两大关键技术：OFDM和多天线技术的原理以及实现方法。在OFDM原理部分，揭开了OFDM技术不为人知的许多内情，其中的能量正交概念会让读者耳目一新。在OFDM实现部分，还会发布很多颠覆性的内容，比如IFFT算法不是生成OFDM信号的**算法，等等。在多天线原理部分，分门别类地介绍了多天线技术的三大特点。在多天线实现部分，作者定量分析了LTE中各种发射模式（TM）的差异，详细介绍了LTE中的多天线处理过程。作者的眼光并不局限在LTE上，本书同时还穿插介绍了各种移动通信系统和WiFi技术，让读者具有更全面的技术视野。本书适合从零起点到已经对LTE技术有所了解的人士阅读，并且可以作为LTE自学和培训的教材。

孙宇彤：高级工程师，硕士毕业于浙江大学，LTE学习大使，长期从事2G、3G、4G和5G无线网络的规划设计、产品管理以及在线培训等工作，出版了多部移动通信方面的技术专著。

目 录
第1章 LTE技术概述 1
本章导读 2
1．1 LTE技术 2
1．1．1 什么是LTE 2
1．1．2 LTE：一统江湖 5
1．1．3 LTE：架构的革命 6
1．1．4 LTE：功能的演进 7
1．1．5 LTE：技术的突破 8
1．1．6 LTE：性能的飞跃 10
1．1．7 LTE：后浪推前浪 11
1．1．8 LTE：演进无极限 12
1．1．9 LTE-A：更高速率、更大容量 13
1．1．10 NB-IoT与5G：风云再起 15
1．1．11 强强对话：LTE与WiFi 16
1．2 LTE核心网 17
1．2．1 CS域与PS域 18
1．2．2 CS域与PS域的设备 19
1．2．3 EPC的组成 20
1．2．4 MME 21
1．2．5 SGW 22
1．2．6 PGW 23
1．2．7 EPC：漫游业务的处理 24
1．2．8 EPC：与其他网络的连接 24
1．3 LTE无线网络 26
1．3．1 LTE无线网络的组成 26
1．3．2 LTE无线网络的功能 27
1．3．3 LTE无线网络与信息传递 28
1．3．4 LTE空中接口的分层结构 30
1．3．5 基站物理层处理过程 33
1．3．6 基站的种类与结构 33
1．4 LTE终端 35
1．4．1 LTE终端的类别 35
1．4．2 LTE终端的频段 37
1．4．3 中国的LTE频段 39
1．4．4 LTE终端 40
1．4．5 LTE基带芯片 41
1．5 全书导读 43
本章练习答案 45
本章思考题 45
第2章 移动通信：从点对点到网络 46
本章导读 47
2．1 点对点的无线通信 47
2．1．1 无线通信的模型 47
2．1．2 形形色色的信号 49
2．1．3 A/D：从模拟信号到数字信号 52
2．1．4 调制：从基带信号到射频信号 54
2．1．5 天线：从射频信号到无线电波 63
2．1．6 无线电波的传播 67
2．1．7 双工：接收与发送 70
2．2 干扰下的移动通信 72
2．2．1 噪声与干扰 73
2．2．2 移动信道特点 76
2．2．3 信道编码：优化传输性能 77
2．2．4 信道的容量 79
2．3 多用户的移动通信 81
2．3．1 复用与正交 81
2．3．2 多址技术 86
2．3．3 身份识别 88
2．3．4 安全 90
2．4 网络中的移动通信 91
2．4．1 蜂窝技术与频率规划 92
2．4．2 多区技术 94
2．4．3 小区广播 98
2．4．4 寻呼 98
2．4．5 切换 99
2．4．6 多网络 100
2．5 总结 102
本章练习答案 104
本章思考题 104
第3章　OFDM原理 105
本章导读 106
3．1 OFDM前传：FDM 106
3．1．1 OFDM与FDM 106
3．1．2 从单载波到多载波 107
3．1．3 从多载波到FDM 110
3．1．4 其实FDM也是正交技术 112
3．2 OFDM为什么是正交技术 113
3．2．1 OFDM正交的含义 113
3．2．2 OFDM为何是正交技术 115
3．2．3 深入理解OFDM的能量正交 120
3．3 为何使用OFDM 122
3．3．1 为什么要用OFDM 122
3．3．2 OFDM面临的挑战 125
3．4 OFDM信号的波形与频谱 132
3．4．1 OFDM信号的处理过程 132
3．4．2 发生过程的波形与频谱 133
3．4．3 接收过程的波形与频谱 136
3．5 总结 137
本章练习答案 139
本章思考题 139
第4章 OFDM技术的实现 140
本章导读 141
4．1 OFDM信号的发生方法 141
4．1．1 分立器件发生方法 141
4．1．2 集成处理发生方法 143
4．2 OFDM中的IFFT 145
4．2．1 DFT：从合到分 145
4．2．2 IDFT：从分到合 147
4．2．3 IFFT的作用 148
4．3 OFDM信号的发生算法 149
4．3．1 离散余弦变换 149
4．3．2 反向离散哈特利变换（IDHT） 157
4．3．3 实数IDFT变换 159
4．3．4 复数IDFT变换 160
4．3．5 各种OFDM生成算法对比 163
4．4 基于复数IFFT的OFDM信号发生 164
4．4．1 输入参数的处理 165
4．4．2 输出结果的处理 166
4．4．3 发生OFDM信号的数据流程 166
4．4．4 射频信号的产生 168
4．5 WiFi、LTE与5G中的OFDM技术 170
4．5．1 WiFi中的OFDM 170
4．5．2 LTE中的OFDM 172
4．5．3 5G中的OFDM 174
4．5．4 深入理解OFDM相关术语 175
4．6 总结 177
本章练习答案 178
本章思考题 178
第5章　多天线技术原理 179
本章导读 180
5．1 多天线概述 180
5．1．1 什么是多天线 180
5．1．2 什么是多天线系统 180
5．1．3 多天线系统的缺点 181
5．1．4 多天线系统的应用 182
5．1．5 多天线系统的优点 182
5．1．6 多天线技术的类型 183
5．2 波束赋形：提升信号强度 184
5．2．1 提升信号强度的方法 184
5．2．2 提升天线增益的原理 185
5．2．3 提升天线增益的方式 186
5．2．4 多振子天线的波束 187
5．2．5 多振子天线面临的挑战 188
5．2．6 进一步提升天线的增益 188
5．2．7 垂直面上的赋形 190
5．2．8 水平面上的赋形 191
5．2．9 波束赋形的发展 192
5．2．10 小结 192
5．3 分集：提升信号稳定性 193
5．3．1 什么是信号稳定性 193
5．3．2 信号为什么不稳定 194
5．3．3 如何提升信号的稳定性 194
5．3．4 分集信号的合并 195
5．3．5 支持分集的多天线 197
5．3．6 接收分集与发射分集 198
5．3．7 接收分集的实施 199
5．3．8 发射分集的实施 199
5．4 空间复用：提高频谱利用率 202
5．4．1 空间复用的效果 202
5．4．2 层：空间复用的关键 202
5．4．3 层的数量 205
5．4．4 分离各层的数据 206
5．4．5 是MIMO还是DEMO 207
5．5 总结 208
本章练习答案 210
本章思考题 210
第6章　多天线技术的实现 212
本章导读 213
6．1 WiFi中的多天线 213
6．1．1 WiFi 2/3 213
6．1．2 WiFi 4 213
6．2 LTE系统中的多天线 214
6．2．1 多天线的特点 214
6．2．2 FDD LTE系统中的天线 215
6．2．3 TD-LTE系统中的天线 216
6．3 LTE多天线技术中的TM 217
6．3．1 什么是TM 217
6．3．2 常用的发射模式（TM） 219
6．3．3 发射模式（TM）的定量分析 219
6．3．4 发射模式（TM）的应用场景 222
6．3．5 发射模式（TM）的选择 223
6．4 LTE多天线技术的处理过程 224
6．4．1 业务数据的处理过程 224
6．4．2 2天线的处理过程 227
6．4．3 8天线的处理过程 230
6．4．4 极化复用vs空间复用 231
6．5 总结 233
本章练习答案 234
本章思考题 235
附录A 常用数学公式 236
附录B 子载波带宽 237
B．1 多路信号的带宽 237
B．2 正交子载波的带宽 238
B．3 OFDM符号的带宽 239
B．4 解析OFDM信号时的带宽 240
B．5 小结：子载波的带宽 240
参考文献 241

第3版前言

《LTE教程：原理与实现》（第2版）出版后，承蒙读者们的喜爱，有了修订的机会。

这一方面是LTE技术在中国高歌猛进，成为设备厂商、运营商以及用户的首选，并已经成为通信领域的主宰；另外一方面，NB-IoT以及5G技术纷纷崭露头角，特别是正值第3版修订之时，中国政府颁发了5G牌照，中国已经正式进入了5G时代。5G技术与LTE技术之间关系紧密，学好LTE，才能学好5G。可以想象，大家学习LTE的热情又会被点燃。

《LTE教程：原理与实现》伴随大家走过了LTE的起步阶段，《LTE教程：原理与实现》（第2版）伴随大家走过了LTE的发展阶段，现在《LTE教程：原理与实现》（第3版）将伴随大家走过LTE的成熟阶段以及5G的起步阶段。

为了达到这样的效果，笔者在《LTE教程：原理与实现》（第3版）第1章和第4章中更新了相关内容，特别引入了5G的简要信息。

考虑到本书已经成为普遍使用的LTE教材，为了帮助授课老师和自学者更好地使用本教材，第3版调整了内容结构，在每节后引入了练习题，帮助大家明确学习进度。在每章的最后，还加入了“扩展阅读”和“思考题”等环节，“思考题”的解题思路可以在微信小程序“LTE教程小助手”中找到，该小程序还支持全文检索与术语查询。

本书由孙宇彤编著，汪洲参与了本书的编写工作，孙沛然、杨慧瑞、汪中位、张秋娥协助了本书的编写工作；在本书修订过程中，空中接口学园诸多热心网友提出了不少改进建议，在此一并表示感谢。笔者还要感谢家人为本书修订做出的贡献，感谢电子工业出版社宋梅编审对本书修订的大力支持。

读者在学习过程有任何问题，想要与笔者联系，可以关注笔者的微信公众号（LTE学习大使）。大家还可以加入QQ群“学好LTE丛书（291725936）”，交流学习中的问题。采用本书作为教材的老师，可以通过readhere@163.com与笔者联系，以获得教学支持。

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最后，预祝各位读者都能通过阅读“LTE丛书之学好LTE系列”，读懂LTE，学好LTE，进而学好5G。

孙宇彤

于2020年春