前言

写作的初衷

从二十年前入行至今，我时不时地去各种技术论坛逛逛，从中获益良多，但同时也看到许多刚入行的学弟学妹们有时会提出一些基本的通信概念的问题，这使我萌发了将自己平时的学习笔记加以整理的念头。当我决定更认真地考虑这个写作计划时，在如何定位的问题上思考了很长一段时间，最终的选择表现在以下方面。

内容的选取

本书面向在校学生和工业界的从业人员，讨论的范围局限于无线通信系统中的基带处理/算法。在这个过程中，我们偶尔会引用《信息论》中最基本的信道容量这个“高大上”的概念，但更多时候我们把自己当作一个基带算法工程师，从最基本的算法来学习如何设计接收机。

写作风格的定位

对于任何一个知识点，我们首先讨论“为什么需要它”，然后我们将会去寻求“理论上如何做才是最优的”的答案，最后转向“实际系统中又是如何实现”的讨论。

因此，相比于只是平淡地穷举很多可能的实现案例，我们更希望能够给读者提供一个“更系统”的理解这些知识点的可能。

总而言之，作者本着“走心”的原则，精心地选择讨论内容，并在消化、理解的基础上试图用更容易理解的方式讲述一些最基本的通信概念。在这个过程中，为了帮助读者对概念的理解，我们选取了上百个2G/3G/4G系统的例子，并精心地绘制了上百幅插图。如果读者在阅读完本书之后，在某一两个知识点上有了答疑解惑的效果，那就达到了我们的写作目的。

然而，坦白地说，本书很可能还存在下列“缺点”。

过多的数学公式

普通大众早已开始“想当然”地享受无线通信所带来的服务，但是对于从业人员来说，这些成果却“来之不易”，需要相当规模的理论技术知识以及工程实现。尽管人们把通信系统的研发工作称为通信工程，但是在这个工程中，很多问题却有很明确的、可以用数学语言描述的最优准则。因此，在我们不断寻求提高系统性能的过程中，离不开理论分析，因此必然涉及一些数学推导。在本书中，我们力求给出数学推导过程中所有关键步骤的推导过程，以便于读者理解。过多的数学公式可能会吓退部分读者，但是根据作者多年的工作/学习经验，看书可能让你觉得自己已经懂了，但是如果亲手完成推导过程，甚至进一步亲自实现这些算法的仿真实现之后，可能会让您实现从“似懂非懂”到“真正掌握”的转变。举个例子，在我读硕士时，Turbo 码是一个非常火的研究题目，听了学术报告之后反而对其有一种“异常神秘”的感觉；多年后，当自己照着教科书完成一遍公式的推导和仿真代码的编写之后，才发现尽管 Turbo 码的发明绝对是天才的灵光闪现，但是具体到译码过程的实现无非是一个后验概率的具体计算过程而已，根本就没有什么神秘可言。

内容取舍上的个人偏见

在很多知识点上，可能存在多种实现方式。以MIMO接收机算法为例，尽管历史不长，但相信我们可以找到上千篇文献。在我们有限的篇幅中，作者不得不作出一些取舍，在这个过程中难免存在一些个人的喜好所带来的偏见，请谅解。

可能存在的错误

最后需要特别说明的是，本书涉及的内容都是前人的学术成果，作者只是试图用更通俗的语言转述而已。然而，作者水平有限，文中错漏之处在所难免，因此如果读者发现书中存在概念性的错误等，恳请读者批评指正。

涵盖内容以及本书结构

如图1所示：完整的通信系统包括诸多方面。我们在本书中将只讨论无线传输技术方面。更具体地说，我们将侧重于讨论无线通信系统中的基带处理/算法。

本书分为 10 章，按“功能”划分则准备知识、物理层概念和 MAC 层概念三部分。

准备知识

无线通信理论有一定的学习曲线，根据面向的对象不同，需要不同基础学科的支撑。具体到物理层的算法讨论，可能应用最多的就是《概率论与随机过程》了。这其中的许多概念（例如后验概率、线性最小均方误差估计等）将在余下章节中出现，因此我们首先复习概率论和随机过程的基本概念，并着重突出它与无线通信理论中诸多关键概念之间的联系。

无线通信是工作在无线环境中的通信系统。无线信道是把双刃剑，一方面它使通信变得不如有线通信可靠，但另一方面也使得无线通信更加有挑战性。一个好的无线通信系统必然是针对相应的无线传播环境设计的，因此深刻理解无线信道是必不可少的。在第2章中，我们详细讨论了无线传播信道对信号接收所带来的可能影响。

物理层概念

以 LTE 下行链路中的发送/接收过程作为参考（见图2），读者可以看出我们在这部分讨论中试图涵盖所有的物理层概念。第 3 章讨论 AWGN 信道下单个符号的发送与最佳接收机设计原理。在第 4章中我们讨论线性调制在多径信道下的连续发送符号的发送与接收机设计。第 5 章讨论 OFDM 调制方式，并重点讨论非理想工作条件下的接收机性能。第 6 章讨论无线通信系统中所采用的信道编码技术，通过引入冗余来提高系统的可靠性。第 7 章将讨论范围扩展到空间域，了解多天线是如何帮助我们提高系统传输效率的。应该指出：除了第8章的内容，其他部分都是“有章可循”的；换句话说，每一个操作都是有“最佳接收”原理作为支撑的。在第 8 章同步技术的讨论中，我们会看到一个“百花齐放”的世界。抛砖引玉，我们在这章中将以最大似然准则为例来了解时间同步和频率同步。第 9 章将了解无线通信系统设计中是如何通过分集技术来抵抗信道深衰落，从而提高可靠性的。

MAC 层概念

如果我们把一个好的物理层算法设计理解为“如何提高一个点到点的传输链路的可靠性”的问题，在多用户传输情形下，系统设计者多了一个设计灵活性 我们可以共享的（时间和频率等）资源如何在不同用户间分配的策略问题。我们将会看到：调度机制与链路适应有着深厚的理论基础，因此也就不难理解它为什么出现在当今所有流行的无线系统设计中了。