前言

寫作的初衷

從二十年前入行至今，我時不時地去各種技術論壇逛逛，從中獲益良多，但同時也看到許多剛入行的學弟學妹們有時會提出一些基本的通信概念的問題，這使我萌發了將自己平時的學習筆記加以整理的念頭。當我決定更認真地考慮這個寫作計劃時，在如何定位的問題上思考了很長一段時間，最終的選擇表現在以下方面。

內容的選取

本書面向在校學生和工業界的從業人員，討論的范圍局限于無線通信系統中的基帶處理/算法。在這個過程中，我們偶爾會引用《信息論》中最基本的信道容量這個“高大上”的概念，但更多時候我們把自己當作一個基帶算法工程師，從最基本的算法來學習如何設計接收機。

寫作風格的定位

對于任何一個知識點，我們首先討論“為什么需要它”，然后我們將會去尋求“理論上如何做才是最優的”的答案，最后轉向“實際系統中又是如何實現”的討論。

因此，相比于只是平淡地窮舉很多可能的實現案例，我們更希望能夠給讀者提供一個“更系統”的理解這些知識點的可能。

總而言之，作者本著“走心”的原則，精心地選擇討論內容，并在消化、理解的基礎上試圖用更容易理解的方式講述一些最基本的通信概念。在這個過程中，為了幫助讀者對概念的理解，我們選取了上百個2G/3G/4G系統的例子，并精心地繪制了上百幅插圖。如果讀者在閱讀完本書之后，在某一兩個知識點上有了答疑解惑的效果，那就達到了我們的寫作目的。

然而，坦白地說，本書很可能還存在下列“缺點”。

過多的數學公式

普通大眾早已開始“想當然”地享受無線通信所帶來的服務，但是對于從業人員來說，這些成果卻“來之不易”，需要相當規模的理論技術知識以及工程實現。盡管人們把通信系統的研發工作稱為通信工程，但是在這個工程中，很多問題卻有很明確的、可以用數學語言描述的最優準則。因此，在我們不斷尋求提高系統性能的過程中，離不開理論分析，因此必然涉及一些數學推導。在本書中，我們力求給出數學推導過程中所有關鍵步驟的推導過程，以便于讀者理解。過多的數學公式可能會嚇退部分讀者，但是根據作者多年的工作/學習經驗，看書可能讓你覺得自己已經懂了，但是如果親手完成推導過程，甚至進一步親自實現這些算法的仿真實現之后，可能會讓您實現從“似懂非懂”到“真正掌握”的轉變。舉個例子，在我讀碩士時，Turbo 碼是一個非常火的研究題目，聽了學術報告之后反而對其有一種“異常神秘”的感覺；多年后，當自己照著教科書完成一遍公式的推導和仿真代碼的編寫之后，才發現盡管 Turbo 碼的發明絕對是天才的靈光閃現，但是具體到譯碼過程的實現無非是一個后驗概率的具體計算過程而已，根本就沒有什么神秘可言。

內容取舍上的個人偏見

在很多知識點上，可能存在多種實現方式。以MIMO接收機算法為例，盡管歷史不長，但相信我們可以找到上千篇文獻。在我們有限的篇幅中，作者不得不作出一些取舍，在這個過程中難免存在一些個人的喜好所帶來的偏見，請諒解。

可能存在的錯誤

最后需要特別說明的是，本書涉及的內容都是前人的學術成果，作者只是試圖用更通俗的語言轉述而已。然而，作者水平有限，文中錯漏之處在所難免，因此如果讀者發現書中存在概念性的錯誤等，懇請讀者批評指正。

涵蓋內容以及本書結構

如圖1所示：完整的通信系統包括諸多方面。我們在本書中將只討論無線傳輸技術方面。更具體地說，我們將側重于討論無線通信系統中的基帶處理/算法。

本書分為 10 章，按“功能”劃分則準備知識、物理層概念和 MAC 層概念三部分。

準備知識

無線通信理論有一定的學習曲線，根據面向的對象不同，需要不同基礎學科的支撐。具體到物理層的算法討論，可能應用最多的就是《概率論與隨機過程》了。這其中的許多概念（例如后驗概率、線性最小均方誤差估計等）將在余下章節中出現，因此我們首先復習概率論和隨機過程的基本概念，并著重突出它與無線通信理論中諸多關鍵概念之間的聯系。

無線通信是工作在無線環境中的通信系統。無線信道是把雙刃劍，一方面它使通信變得不如有線通信可靠，但另一方面也使得無線通信更加有挑戰性。一個好的無線通信系統必然是針對相應的無線傳播環境設計的，因此深刻理解無線信道是必不可少的。在第2章中，我們詳細討論了無線傳播信道對信號接收所帶來的可能影響。

物理層概念

以 LTE 下行鏈路中的發送/接收過程作為參考（見圖2），讀者可以看出我們在這部分討論中試圖涵蓋所有的物理層概念。第 3 章討論 AWGN 信道下單個符號的發送與最佳接收機設計原理。在第 4章中我們討論線性調制在多徑信道下的連續發送符號的發送與接收機設計。第 5 章討論 OFDM 調制方式，并重點討論非理想工作條件下的接收機性能。第 6 章討論無線通信系統中所采用的信道編碼技術，通過引入冗余來提高系統的可靠性。第 7 章將討論范圍擴展到空間域，了解多天線是如何幫助我們提高系統傳輸效率的。應該指出：除了第8章的內容，其他部分都是“有章可循”的；換句話說，每一個操作都是有“最佳接收”原理作為支撐的。在第 8 章同步技術的討論中，我們會看到一個“百花齊放”的世界。拋磚引玉，我們在這章中將以最大似然準則為例來了解時間同步和頻率同步。第 9 章將了解無線通信系統設計中是如何通過分集技術來抵抗信道深衰落，從而提高可靠性的。

MAC 層概念

如果我們把一個好的物理層算法設計理解為“如何提高一個點到點的傳輸鏈路的可靠性”的問題，在多用戶傳輸情形下，系統設計者多了一個設計靈活性 我們可以共享的（時間和頻率等）資源如何在不同用戶間分配的策略問題。我們將會看到：調度機制與鏈路適應有著深厚的理論基礎，因此也就不難理解它為什么出現在當今所有流行的無線系統設計中了。