上篇 基础理论

第1章 无线通信网络概述

无线通信的发展极大地丰富了人们的生活。无论是曾经风靡一时的无线电台，还是如今随处可见的移动电话，无线通信使人们摆脱了空间上的束缚，做到在各个地方都能使人们获得丰富的信息与高质量的互连通信。在过去十几年中，蜂窝网络经历了指数级的快速增长，从1G到如今的4G，通信更加快速与可靠，据《2017年国际电信联盟年度报告》显示，截至2017年年底，全球手机注册量为每100人103.5部。可以说，无线网络已经成为现在社会人们生活与工作中不可或缺的一部分。

进入21世纪以来，数字和射频电路的突破性进展以及新一代大规模集成电路的出现，使得移动设备有着更小的体积（见图1-1），更低的能耗，更高的可靠性以及更便宜的价格，这极大地推动了无线通信的发展。另一个不容忽视的现象就是互联网的繁荣壮大，无论是搜索引擎的出现与完善，还是社交网络、电子商务的发展，都让互联网构成了一个庞大繁杂的信息世界，让人们有更多的渠道去交流、获取信息。

尤其近些年来，随着硬件设备的爆发式升级以及互联网的飞速发展，人们通过很多高级无线终端设备，如智能手机、个人数字助理（PDA）、笔记本电脑等，可以随时随地连接到互联网中，获取自己感兴趣的信息。正是因为这样，无线通信网络的发展也不仅仅局限于移动通信业务，而是更多地与因特网相结合起来。

目前，世界上约有48%的人口在使用互联网。其中，青少年群体占据了很大的比例，数据显示，15~24岁的网民占全球互联网用户的23.4%。根据调查，2014年新网民最主要的上网设备是手机，使用率为64.1%，由于手机带动网民增长的作用有所减弱，故新网民手机使用率低于2013年的73.3%。由于2014年新增网民学生群体占比为38.8%，远高于老网民中的22.7%，而学生群体的上网场景多为学校、家庭，故新网民使用台式计算机的比例相比2013年上升明显，达51.6%。新网民互联网接入设备使用情况如图1-2所示。

正是无线通信的迅猛发展，使得无线传感网络、智能系统、无人汽车等项目从研究设想转变到真正的工业实现。然而，想要设计出能支持这些技术的高效、可靠的无线网络，人们还面临许多技术上的挑战。尤其是随着技术的发展，如今很多新兴的网络问题还需要进一步研究才能更好地运用于工业界中。例如，让能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的物联网（Internet of Things），为了解决频谱资源匮乏动态分配频谱资源的软件定义网络（Software Defined Network），还有针对大数据信息时代提出的云计算（Cloud Computing）服务。正是这些挑战使得无线通信网络一直活跃在科研与工业界的最前端，相信在不久的将来，无线通信网络会有更好、更快的发展。