本书以现实世界中的网络问题和解决方案为重点，揭示了所有关键无线技术（包括蓝牙，WiFi，WiMAX和LTE）的基本要点。本书由约翰霍普金斯大学无线网络的教师和研究人员编写，用最小的理论来解释每个技术，覆盖模型、使用、规约、标准化、部署、性能和趋势。

本书以现实世界中的无线网络问题和解决方案为重点，系统地阐述和总结了目前无线网络技术的历史沿革、关键技术、研究现状和发展趋势。全书共11章，主要内容包括无线个域网、无线局域网、无线城域网、第二代蜂窝通信、第三代蜂窝通信等关键技术和方法。
本书由约翰霍普金斯大学无线网络的教师和研究人员编写，内容紧跟研究前沿和技术发展，提纲挈领论述关键技术，精心挑选实际应用案例，高度概括理论基础和最新发展。可供从事无线网络通信的工程师、科研和管理人员阅读，也可作为高等院校通信类、计算机类、信息类、电子类等专业高年级本科生或低年级研究生的教材或参考书。

主要内容包括
讲述无线标准化过程，包括标准制定组织，从IEEE到WiFi联盟。
探讨无线个域网和无线局域网，从蓝牙和超宽带到无线局域网技术。
回顾了无线城域网，包括固定WiMAX技术及其过渡到的蜂窝无线网络。
讨论了2G、3G和4G蜂窝通信，从GSM和GPRS到CDMA2000和LTE-Advanced。
解释了什么是移动互联网络，以及网络层和传输层的考虑。

前
杰克 L. 伯班克
（Jack L. Burbank）
分别于1994年和1998年获得北卡罗来纳州立大学电气工程学士和硕士学位。作为约翰霍普金斯大学应用物理实验室通信和网络技术小组的一员，他主要负责研究通过测试、评估和技术创新来评估与提高无线网络技术的性能。他的主要研究领域是无线组网和建模及仿真，研究兴趣主要涉及认知网络、跨层设计和自组织网等方面；出版了许多关于无线组网方面的技术论文和书籍，并经常担任期刊杂志的技术审稿人。他是《IEEE Communications Magazine》杂志的技术副编辑，与人合作出版了《无线网络建模和仿真》一书。他在约翰霍普金斯大学负责组网和无线组网方面的课程教学，是美国电气和电子工程师协会（IEEE）和美国工程教育协会（ASEE）会员。
茱莉亚·安朱森克
（Julia Andrusenko）
于2002年毕业于费城德雷克塞尔大学电气工程专业并取得学士和硕士学位，目前在约翰霍普金斯大学应用物理实验室担任通信工程师。她的研究领域包括通信理论、无线组网、通信系统的计算机仿真、进化计算、遗传算法和编程设计。最近她主要研究射频（RF）传播预测、卫星通信、无线组网、通信漏洞挖掘和多输入多输出（MIMO）技术。她是IEEE通信学会的会员。
杰瑞德 S. 埃弗雷特
（Jared S. Everett）
2007年毕业于北卡罗来纳州立大学，同时获得电气工程和计算机工程学士学位及人文学士学位，2009年获得电气工程硕士学位。自2009年以来，他一直担任约翰霍普金斯大学应用物理实验室通信和组网技术小组的无线通信研发工程师，主要研究蜂窝网络空中接口技术，包括长期演进（LTE）、宽带码分多址接入（WCDMA）和全球移动通信系统（GSM）。曾在北卡罗来纳州的索尼爱立信移动通信北美研发总部研发GSM手机，其间的工作经验对此书的撰写起到了很大作用。他的研究领域涵盖无线通信的多个方面，包括下一代蜂窝网络、差错控制编码、物理层安全和水下自由空间光通信等。他是IEEE通信学会和信息理论学会的会员。
威廉 T. M. 卡施
（William T. M. Kasch）
于2000年获得佛罗里达理工学院电气工程学士学位，2003年在约翰霍普金斯大学获得电气和计算机工程硕士学位。目前是约翰霍普金斯大学应用物理实验室通信和组网技术小组的高级专业人员及助理小组主管。他目前的研究方向包括软件定义网络和异构多出口网络的鲁棒移动路由协议设计。

后
季新生
现任国家数字交换系统工程技术研究中心总工，教授，博士生导师。国家“十二五”863计划信息领域网络与通信主题专家，《国家中长期科技发展规划》中期评估咨询专家，中国通信学会高级会员，教育部优秀博士学位论文评审专家库专家，全军学科拔尖创新人才培养对象，军队院校育才银奖，总参优秀科技创新群体和河南省科技创新群体的团队带头人，获新世纪百千万人才工程国家级人选并授予有突出贡献中青年专家，荣立二等功1次，三等功4次，享受军队优秀专业技术人才二类岗位津贴。
移动通信网络方向学科带头人，长期从事信令网、移动通信网及其安全技术研究。主持完成国家863计划重点项目1项、发改委专项工程重点课题1项、军队型号和演示验证项目各1项，在研国家重大专项“新一代宽带无线移动通信网”重点课题2项、国家863计划主题项目1项。在核心期刊和国际学术会议上发表论文70余篇，参与编写内部专著3部，申请国家和国防发明专利20余项，获得国家科技进步一等奖3项、军队和省部级科技进步一等奖各1项。
黄开枝
清华大学通信与信息系统专业博士，现任国家数字交换系统工程技术研究中心移动通信部部长，教授，博士生导师，“网络通信与交换技术”国家科技进步奖创新团队成员，河南省“无线移动通信创新型科技团队”和“总参优秀科技创新群体”主要带头人之一，长期从事无线移动通信网络和信息安全研究。近5年作为子课题负责人参研国家863计划、国家自然科学基金、总装型号、总装演示验证等各类课题10余项。获国家科技进步二等奖1项，军队和省部级科技进步一等奖、二等奖各1项，申请国家和国防发明专利30余项，在核心期刊和国际学术会议上发表学术论文90余篇，其中SCI检索10余篇，EI检索50余篇，出版译著5本。获军队院校育才奖银奖、河南省优秀硕士论文指导老师，获全军教学成果三等奖1项。

在信息化时代初期，人们陶醉于家用个人电脑，通过有线网络获取、分享信息，通过各种有线技术进行“互联网”体验。随着人们对信息的需求不断增加，这些有线技术也变得更加先进，功能更强大。但是，随着时间的推移，人们开始渴望更多的功能，更便捷的通信，而笔记本电脑的普及和无线网络技术的出现，使得这一需求得到满足。虽然最初的无线网络技术只提供了一些基本功能，但它们前景可观，其后通信迅速转向信息设备移动化，人们可以更加随心所欲地访问信息。伴随着“宽带大众化”的口号，无线互联网的时代已经到来。
但是，高效的无线网络互联仍然面临着一些关键性的技术难题。更高的容量、更多的功能以及更少的使用限制，这是人们对于无线技术的需求，但这些需求却很难同时得到满足。另外，业界面临的频谱资源短缺的问题日益突出，这要求无线通信能更高效地利用稀缺的频谱资源。这些问题对于网络行业的发展是很大的挑战。为了满足不断增长的用户需求，市场上已经出现了各种各样相互竞争的无线技术。
我们认为这是一个激动人心的时代。在过去的15年间，我们很高兴见证了技术的进步，甚至也为业界做出了一些贡献。我们觉得竞争是好事，虽然有时会产生一些不好的影响，但总体上竞争有利于行业健康发展。事实上，即使某些技术没有获得市场的认可，却仍可能在业界极具影响力。技术进步的道路上充满了商业上的失败，却孕育了整个业界的创新。
不可否认的是，当前无线网络的情况非常复杂，很多相互竞争的技术试图解决同样的问题。保持知识和专业技能与时俱进无疑是一个艰巨的任务，我们也面临着这个问题。如果你去看看我们的办公室，你会发现我们有大量图书，涵盖了你可以想到的关于无线技术的所有主题。对于某些特定主题，我们有自己最喜爱的内容，并在书上相应的地方做了标记，从而可以反复翻阅这些重要的文字和图表。但让我们沮丧的是，目前业界缺少一本能够涵盖所有我们感兴趣的话题的书籍。为什么一本书不能同时涵盖Wi-Fi和全球移动通信系统（Global System for Mobile Communications, GSM）？为什么一本书不能同时考虑无线环境中的蓝牙和传输控制协议（Transmission Control Protocol, TCP）的性能？毕竟，在这个复杂的无线互联世界里，对我们任何一个人而言，很难把工作范围限定在某个特定技术。我们一直期盼能有一本书涵盖我们关心的所有方面。有太多次，我们以为找到了一本这样的书，最后却发现它对我们关心的方面只是浅尝辄止，大部分内容都是一般的工程性主题，而那些内容在其他书中已经出现过无数次。还有些书只是对技术规范长篇大论，仅仅陈述了某些技术是什么（what），却没有说清楚该技术为什么（why）要这样以及该技术怎样（how）达到目的。我们一些人在大学教授关于无线网络的课程，却一直苦恼于没有合适的教材。简而言之，我们还没有发现符合我们要求的有关无线组网（网络）技术的书，这就是我们决定写本书的原因。
本书的目的是全面概述整个无线组网技术领域，但没能在书中面面俱到，否则那将是一本特别厚重的书。我们将10000+页的规范整合进400+页的书中，并专注于无线技术“重要”和“有趣”的方面。我们没有花费太多篇幅去讲解基础内容，目前已经有了很多相关方面的资料可供读者参考。本书并没有讲解技术规范中的每一个细节，而是聚焦于有趣的部分。收进本书的内容是我们看书时反复翻阅并做标记的内容，都是一些比较重要的文字和图表。
我们不仅陈述了某项技术是什么（what），同时还试图说清楚该技术为什么（why）要这样以及该技术怎样（how）实现。我们希望编写一本浓缩了关键内容和关键图表的书，并希望本书值得你一次又一次地在上面做标记、加书签，使它成为你寻找答案的首要选择。我们还希望本书不仅能够帮助你掌握无线网络的现状，还能够帮助你理解它的历史和发展趋势。最后，我们希望你阅读本书时能乐在其中，正如我们写书时一样。
致谢
我们在此对本书编写过程中所有帮助过我们的朋友深表谢意。非常感谢Brian Haberman 和Phil Chimento两位博士，他们在组网方面具有丰富的经验，与他们多年的合作对我们在专业方面的成长和本书的编写工作帮助很大。衷心感谢在MIMO通信技术方面具有丰富经验的Feng Ouyang博士帮助撰写该部分内容。
感谢约翰霍普金斯大学应用物理实验室对本书编写的支持。
还要特别感谢Robert Nichols对我们在该领域的研究给予了长期的支持。
最后，对于朋友和家人在我们编写本书的过程中给予的关爱和支持表示衷心感谢。

Jack L. Burbank
Julia Andrusenko
Jared S. Everett
William T.M. Kasch

计算机\网络

本书以现实世界中的无线网络问题和解决方案为重点，系统地阐述和总结了目前无线网络技术的历史沿革、关键技术、研究现状和发展趋势。全书共11章，主要内容包括无线个域网、无线局域网、无线城域网、第二代蜂窝通信、第三代蜂窝通信等关键技术和方法。

本书由约翰霍普金斯大学无线网络的教师和研究人员编写，内容紧跟研究前沿和技术发展，提纲挈领论述关键技术，精心挑选实际应用案例，高度概括理论基础和最新发展。可供从事无线网络通信的工程师、科研和管理人员阅读，也可作为高等院校通信类、计算机类、信息类、电子类等专业高年级本科生或低年级研究生的教材或参考书。

主要内容包括：
 讲述无线标准化过程，包括标准制定组织，从IEEE到WiFi联盟。
 探讨无线个域网和无线局域网，从蓝牙和超宽带到无线局域网技术。
 回顾了无线城域网，包括固定WiMAX技术及其过渡到蜂窝无线网络。
 讨论了2G、3G和4G蜂窝通信，从GSM和GPRS到CDMA2000和LTE-Advanced。
 解释了什么是移动互联网络，以及网络层和传输层的考虑。

季新生 黄开枝 陈亚军 易鸣 周游 译：暂无简介

无线组网（网络）技术摆脱了有线的束缚，可实现更便捷、更自由的通信。无线组网技术的初步应用可追溯到50年前第二次世界大战期间，当时美国陆军采用无线电信号研发出一套无线电传输技术，并且采用高强度的加密技术，得到美军和盟军的广泛应用。这项技术让许多学者得到灵感并开始投入研究，1971年夏威夷大学的研究员创造了一个称为ALOHNET的网络，从这时开始，无线组网技术可以说正式诞生了。
近年来，无线组网技术发展非常迅速，大量新标准、新系统不断涌现。伴随着这些具体标准和系统出现的是大量新技术、新理论，以及分析问题的新方法。由Jack L. Burbank、Julia Andrusenko和William T.M. Kasch 等人合著的这本书系统地阐述和总结了目前无线组网技术的历史沿革、关键技术、研究现状和发展趋势。本书共11章，主要包括无线个域网、无线局域网、无线城域网、第二代蜂窝通信、第三代蜂窝通信等关键技术和方法。本书内容丰富、新颖，语言简洁、易懂，结构清晰、合理。书中避免了烦琐的技术细节内容，能帮助读者从宏观上认识和了解现有的主流无线组网技术。
通过对本书内容的学习，不但能够让读者了解当前无线组网技术领域的各种最新技术和主要研究成果，快速地对无线组网技术有一个全面、系统的认识，而且能够使读者在无线组网技术方面打下坚实的理论基础，以便进一步从事相关的研究和技术工作。
基于上述原因，当看到本书的英文版时，我们认为非常值得将它翻译成中文，以方便国内读者学习和阅读。希望本书中文版的出版能够帮助无线组网技术领域的研究人员准确把握当前无线组网技术的发展方向，促进新型无线组网技术的研究。
本书的翻译主要由季新生、黄开枝、陈亚军完成，季新生、黄开枝、陈亚军、易鸣、周游、刘彩霞、肖帅芳对全书进行了统稿和审订。同时，实验室的杨静、王文、张青、卢干强、朱宸、赵鹏飞、邹羿、钟智豪、张波、房晓阳等硕士研究生负责了部分章节的翻译工作。在此对参与和支持本书翻译的老师、学生表示衷心的感谢。
感谢机械工业出版社的朱劼老师和其他工作人员，是他们的远见使得本书能够尽快有机会与读者朋友见面。
在翻译过程中，我们力争以通俗易懂、简洁达意的中文术语再现原文作者的意图，但由于译者水平有限，译文中难免存在疏漏与不妥之处，敬请读者朋友批评指正，我们将不胜感激。

出版者的话
译者序
前言
第1章　引言　1
1.1　数据网络与蜂窝网络　1
1.2　无线互联网的历史　2
1.3　无线与有线的差异　3
1.4　无线互联网：不同的模型　4
1.5　分层通信模型　6
1.6　无线数据网络技术概述　9
1.6.1　WPAN　10
1.6.2　WLAN　11
1.6.3　WMAN　13
1.7　蜂窝网络技术概述　15
第2章　无线生态系统　18
2.1　无线标准化过程　18
2.2　IEEE　18
2.3　IETF　20
2.4　3GPP　22
2.5　3GPP2　24
2.6　国际电信联盟　25
2.7　Wi-Fi联盟　29
2.8　WiMAX论坛　30
2.9　蓝牙SIG　31
2.10　总结　32
第3章　无线个域网　33
3.1　蓝牙　33
3.1.1　LE蓝牙　42
3.1.2　蓝牙应用示例　45
3.1.3　蓝牙性能　45
3.2　ZigBee　46
3.2.1　IEEE 802.15.4　46
3.2.2　ZigBee联盟和规范　60
3.2.3　802.15.4的性能　69
3.3　UWB　69
第4章　无线局域网　73
4.1　最初的802.11规范　73
4.1.1　802.11无线网络　74
4.1.2　最初的802.11媒体访问控制　75
4.1.3　最初的IEEE 802.11物理层　81
4.1.4　最初的IEEE 802.11部署　83
4.2　IEEE 802.11b　83
4.2.1　IEEE 802.11b 5.5Mbps HR-DSSS PHY　84
4.2.2　IEEE 802.11b 5.5Mbps HR-DSSS接收机　84
4.2.3　IEEE 802.11b 11Mbps HR-DSSS PHY　85
4.2.4　IEEE 802.11b DSSS 帧结构　85
4.3　IEEE 802.11a　86
4.4　IEEE 802.11g　89
4.5　IEEE 802.11e　89
4.5.1　IEEE 802.11e MAC　90
4.5.2　混合协调功能　90
4.5.3　EDCF中的QoS支持　90
4.5.4　EDCF中的信道接入　91
4.6　IEEE 802.11n　92
4.6.1　IEEE 802.11n PHY增强　93
4.6.2　MIMO　93
4.6.3　三类MIMO技术：空间分集、空间复用和波束赋形　93
4.6.4　信道结构　95
4.6.5　802.11n调制和编码方案　102
4.6.6　IEEE 802.11n MAC增强　108
4.7　IEEE 802.11安全模型　113
4.7.1　有线等效加密　113
4.7.2　802.11i　115
4.7.3　WiFi安全接入　116
4.8　其他的WLAN技术　116
4.8.1　高性能无线局域网　116
4.8.2　WAPI　119
4.9　IEEE 802.11 WLAN技术的性能　119
4.9.1　最初的IEEE 802.11 MAC性能分析　119
4.9.2　IEEE 802.11b物理层标准的性能　120
4.9.3　802.11g性能　122
4.9.4　IEEE 802.11a性能　123
4.9.5　IEEE 802.11的性能　123
4.10　IEEE 802.11未来的发展　126
扩展阅读及在线资源　127
第5章　WMAN　128
5.1　固定WiMAX技术概览　131
5.1.1　IEEE 802.16网络概述　133
5.1.2　IEEE 802.16 MAC层　134
5.1.3　IEEE 802.16物理层　149
5.1.4　系统配置　161
5.2　应用　161
5.3　演进　162
5.4　WiMAX到蜂窝技术的过渡　162
扩展阅读　163
第6章　第二代蜂窝通信　164
6.1　历史视角　164
6.2　第二代蜂窝通信技术概述　165
6.3　2G部署　166
6.4　本章概览　166
6.5　GSM介绍　166
6.5.1　GSM的历史　168
6.5.2　GSM早期历史　169
6.5.3　阶段1、阶段2、阶段2+概述　171
6.5.4　GERAN以及向3GPP的演进　172
6.5.5　GSM版本概述　172
6.6　GSM技术概要　175
6.6.1　CS域和PS域　176
6.6.2　GSM网络架构　176
6.6.3　标识符和地址　184
6.6.4　空中接口整体架构　187
6.6.5　GSM物理和逻辑信道　191
6.7　GSM物理层　198
6.7.1　物理层参考配置　198
6.7.2　信道编码和交织　199
6.7.3　突发建立　200
6.7.4　调制　201
6.7.5　PHY附加功能　201
6.8　GSM空中接口信令　202
6.8.1　GSM层2信令：LAPDm　203
6.8.2　GSM层3信令　203
6.9　GPRS概述　204
6.9.1　GPRS附着　205
6.9.2　GPRS移动性管理状态模型　207
6.9.3　PDP上下文　208
6.9.4　服务质量的配置　209
6.9.5　路由、隧道和封装　210
6.9.6　无线资源操作模式　212
6.9.7　GPRS协议架构　214
6.9.8　分段和封装　215
6.9.9　GPRS物理层　216
6.9.10　RLC/MAC层　218
6.9.11　GPRS LLC层　224
6.9.12　GPRS SNDCP层　226
6.9.13　GPRS GMM/SM层　226
6.10　GSM安全　227
6.10.1　保密　227
6.10.2　认证　227
6.10.3　加密　227
6.11　EDGE增强　228
6.11.1　自适应调制编码　228
6.11.2　增量冗余　230
6.12　GSM演进　230
6.12.1　GERAN（Rel-5）　231
6.12.2　EDGE演进（Rel-7）　232
6.12.3　VAMOS（Rel-9）　236
6.13　全球移动通信系统应用　237
GSM扩展阅读　238
致谢　239
第7章　第三代蜂窝通信　240
7.1　通用移动通信系统/宽带码分多址接入　240
7.1.1　W-CDMA 历史背景　240
7.1.2　W-CDMA演进　242
7.1.3　UMTS/WCDMA技术概述　243
7.1.4　UMTS密钥特点　249
7.1.5　WCDMA 物理层　253
7.1.6　高速分组接入（HSPA）　258
7.1.7　WCDMA的应用　263
7.1.8　其他UMTS读物推荐　263
7.2　移动WiMAX　263
7.2.1　WiMAX网络参考模型　264
7.2.2　固定WiMAX和移动WiMAX技术　265
7.2.3　移动WiMAX的OFDMA物理层　266
7.2.4　高级天线系统　269
7.2.5　移动WiMAX的新前向纠错　270
7.2.6　混合自动重传请求　270
7.2.7　移动WiMAX切换支持　271
7.2.8　移动WiMAX的安全机制　271
7.2.9　新MAC信息　271
7.2.10　带宽请求机制　272
7.2.11　带宽分配机制　272
7.2.12　移动WiMAX设备类型和分类　272
7.2.13　移动WiMAX中的睡眠模式　273
7.2.14　TDD和FDD　273
7.2.15　移动WiMAX的信道带宽　274
7.2.16　移动WiMAX的工作频段　275
7.2.17　多播和广播服务　275
7.2.18　移动WiMAX总结　276
7.3　CDMA2000　276
7.3.1　CDMA2000的历史背景　276
7.3.2　CDMA2000的演进　277
7.3.3　技术概述　280
7.3.4　1X Advanced　292
7.3.5　1X Advanced的发展　294
7.3.6　CDMA2000 EV-DO　294
7.3.7　1XEV-DO Revision B　304
7.3.8　DO Advanced　304
7.3.9　CDMA2000的应用　305
致谢　305
参考读物推荐　305
第8章　第四代蜂窝通信　306
8.1　LTE　306
8.1.1　LTE发展历程　307
8.1.2　LTE版本总结　309
8.1.3　3GPP术语介绍　311
8.1.4　系统架构演进　311
8.1.5　用户设备　313
8.1.6　E-UTRAN　314
8.1.7　演进型分组核心网　315
8.1.8　与其他无线接入技术互联　318
8.1.9　承载模型和QoS概念　320
8.1.10　标识符和地址　322
8.1.11　协议架构　323
8.1.12　信道架构　325
8.1.13　LTE空中接口概述　328
8.1.14　LTE中的多天线技术　343
8.1.15　E-UTRA物理层　346
8.1.16　E-UTRA无线协议概述　352
8.1.17　LTE应用　356
8.1.18　扩展阅读　359
8.2　LTE-Advanced　359
8.2.1　载波聚合　360
8.2.2　MIMO空间复用技术增强　361
8.2.3　中继　361
8.2.4　增强对异构网络部署的支持　362
8.2.5　扩展阅读　364
8.3　IEEE 802.16m　364
致谢　365
第9章　移动互联　366
9.1　何谓移动互联　366
9.2　网络层的分析　367
9.2.1　寻址　367
9.2.2　路由　369
9.3　传输层　378
9.3.1　TCP概述　378
9.3.2　TCP的变体和选项　383
第10章　无线关键技术趋势　388
10.1　MIMO　389
10.1.1　MIMO引言　389
10.1.2　MIMO技术概述　390
10.2　多载波调制　393
10.2.1　OFDM背景　393
10.2.2　OFDM调制　394
10.2.3　OFDM正交性　395
10.2.4　实际OFDM信号的生成和接收　395
10.2.5　循环前缀　396
10.2.6　OFDM的优点和缺点　397
10.2.7　OFDMA　398
10.3　认知无线电　399
10.4　跨层无线电　402
10.5　网络编码　402
10.5.1　网络编码方法　403
10.5.2　网络编码在无线系统中的应用　404
第11章　构建无线互联网　406
11.1　性能指标　406
11.1.1　数据速率　406
11.1.2　通信范围　407
11.1.3　电源效率　408
11.1.4　频谱效率　408
11.1.5　移动性支持　409
11.1.6　安全　409
11.1.7　管理　410
11.2　结论　410
参考文献　411
缩略词　427
索引　448