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出版者:Prentice Hall PTR

作者:C. Britton Rorabaugh

出品人:

页数:592

译者:

出版时间:2004-06-27

价格:USD 100.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780130222688

丛书系列:

图书标签:

• Wireless
• Simulation
• C++
• 无线通信
• 模拟仿真
• 通信系统
• 信道建模
• 无线电传播
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• Simulink
• 性能分析
• 无线网络
• 信号处理

深度解析：现代通信系统的仿真与性能评估 作者：[此处留空，或填写一个虚构的、符合专业性的作者姓名] 出版社：[此处留空，或填写一个虚构的、符合专业性的学术出版社名称] ISBN：[此处留空，或填写一个虚构的、符合专业性的ISBN] --- 书籍概述 本书旨在为电气工程、电子信息、通信工程等领域的科研人员、高级工程师及研究生提供一套全面且深入的理论框架与实践指南，专注于现代通信系统从基础原理到实际建模、仿真与性能分析的完整流程。本书严格避开了特定软件或工具（如 MATLAB/Simulink、Python 库、专用射频工具等）的直接操作指导，而是聚焦于底层数学原理、系统设计理论、性能指标的推导与验证方法，使读者能够独立构建和理解任何通信系统的抽象模型，从而在面对未来新兴技术时，具备强大的自适应建模能力。 全书内容组织严密，逻辑层次清晰，力求在不依赖任何特定仿真平台的前提下，揭示通信系统性能优化的核心驱动力。本书的核心价值在于，它提供的是“如何思考”通信系统仿真的哲学和方法论，而非“如何点击”软件界面的步骤。 第一部分：通信系统建模的数学基础与抽象化（约 350 字） 本部分奠定了所有后续系统分析的数学基石。首先，我们对随机过程理论进行了深入回顾，重点阐述了平稳性、遍历性、高斯过程在信道建模中的应用。不同于简单的噪声叠加，本章详细推导了加性高斯白噪声（AWGN）的功率谱密度函数及其在离散时间系统中的采样特性。 随后，本书引入了数字基带等效建模的概念，解释了为什么可以在不涉及复杂载波相位和频率的情况下，准确地分析许多通信系统的性能。这涉及到复基带信号表示法的严谨推导，特别是在处理带通信号时的有效性与局限性。我们详细分析了符号映射（如 BPSK, QPSK, M-ary PAM, M-ary QAM）的几何星座图特性及其对欧氏距离和最小判决距离的影响，为计算误码率（BER）的理论界限打下基础。 最后，本部分探讨了系统性能的统计特性，引入了蒙特卡洛方法的理论基础，但重点在于如何设计高效且收敛的仿真实验，而非具体编程实现。关键在于理解置信区间、方差降低技术（如重要性抽样）的数学原理。 第二部分：信道建模与环境效应的精细化（约 450 字） 本部分是理解系统鲁棒性的关键。我们系统地解构了无线信道固有的复杂性，并将其转化为可量化的数学模型。 首先，本书详尽分析了多径传播的物理机理，包括反射、绕射和散射。在此基础上，我们导出了瑞利（Rayleigh）和莱斯（Rician）衰落模型的概率密度函数及其参数的物理意义。读者将学习如何根据实际环境（如城市峡谷、开阔地带）选择合适的衰落模型。 针对时间维度上的变化，本书深入探讨了多普勒效应的建模。我们推导了基于Jakes模型的多普勒功率谱，并解释了如何利用该谱来模拟接收信号的瞬时频率偏移和相干时间的限制，这对移动性场景的仿真至关重要。 此外，本书还专门辟章节讨论了非理想信道特性： 1. 频率选择性衰落： 基于多重路径的脉冲响应函数（Channel Impulse Response, CIR）的构建及其对宽带信号（如 OFDM 的前身）的影响分析。 2. 群时延和相位失真： 阐述这些非线性效应如何影响信号的均衡需求。 3. 干扰建模： 区分同频干扰 (Co-Channel Interference, CCI) 和邻信道干扰 (Adjacent Channel Interference, ACI) 的统计特性，并构建了统一的SINR (信噪加干扰比) 评估框架，这比单纯的 SNR 分析更为贴近实际。 第三部分：接收机设计原理与性能评估指标（约 450 字） 本部分将理论模型应用于接收端，关注如何从数学上设计最优或次优的检测器，并量化其性能。 首先，本书聚焦于最优接收器理论。我们从贝叶斯最小错误概率准则出发，推导了最大似然检测器 (MLD) 和最大后验概率检测器 (MAP) 的判决规则，特别是针对已知信道状态信息（CSIT）和未知信道状态信息（CSIR）的两种情况。 随后，我们详细分析了线性均衡技术的数学原理，包括迫零（ZF） 和最小均方误差（MMSE） 均衡器。本书通过矩阵代数形式，清晰展示了 MMSE 均衡器如何通过最小化期望误差功率来实现性能折衷，并推导了其在不同 SINR 条件下的理论性能增益。 在非线性检测方面，本书概述了软判决译码（如维特比译码的理论基础）如何通过利用更丰富的信道信息来超越硬判决的性能极限，为信道编码增益的理论奠定基础。 性能评估部分，本书超越了单纯的 BER 曲线，引入了吞吐量分析、时延分布等面向系统级性能的指标。我们详细分析了香农信道容量定理在不同衰落信道下的应用，指导读者理解性能的物理极限。 第四部分：系统级仿真与未来挑战的理论映射（约 250 字） 本部分着眼于如何将前述的数学模型整合，并展望下一代通信系统的建模需求。 我们讨论了系统的抽象层级：从物理层（PHY）的精确建模到系统层（System Level, SL）的统计聚合。重点在于如何通过高层级的参数集（如平均 SNR、遮挡概率、用户密度）来有效近似复杂的低层物理过程，从而实现大规模场景的仿真效率。 此外，本书探讨了新兴技术对现有仿真范式的冲击： 1. 大规模 MIMO (Massive MIMO) 的信道估计挑战： 涉及维度灾难和联合统计特性的建模。 2. 非正交多址接入 (NOMA)： 及其对公平性与系统容量的权衡。 3. 可见光通信 (VLP) 的独特信道特性： 例如对照明环境的依赖。 本书的最终目标是提供一个坚实的理论框架，使用户能够独立构建、验证和优化任何给定的通信系统模型，无论其底层技术如何演变。本书强调的是设计思维和数学严谨性，而非对特定工具的依赖。

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对于我这样一名在无线通信领域摸爬滚打多年的工程师来说，很多基础的概念都已经比较熟悉了。所以，我更关注的是那些能够帮助我解决实际工程难题、或者让我对前沿技术有更深入理解的内容。这本书的“高级信道衰落模型”和“智能反射面（RIS）在无线通信中的仿真应用”这两个章节，就恰好满足了我的需求。在解释多径衰落的复杂变种时，作者并没有止步于常见的L-CIR模型，而是深入探讨了如Clarke-Fading, Epstein-Fading等更为精细的模型，并分析了它们在不同物理环境下的仿真效果。这对于我正在进行的一个需要精确模拟复杂城市峡谷环境的项目来说，简直是雪中送炭。而在RIS的部分，作者更是将仿真的焦点放在了如何通过优化RIS的反射特性来提升信号覆盖和降低干扰，这与我目前研究的重点不谋而合。让我印象深刻的是，作者在介绍RIS的仿真时，详细讲解了如何构建RIS单元模型，如何将RIS的部署位置和数量纳入仿真参数，以及如何评估RIS对系统性能的影响。这不仅仅是理论的介绍，更是实操层面的指导。我甚至觉得，这本书的某些章节，可以作为我们团队内部技术交流的参考资料。

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作为一个喜欢刨根问底的读者，我对书中关于“仿真模型的验证与校准”这一部分的讲解，给予了高度的评价。作者并没有回避仿真模型可能存在的误差和不确定性，而是非常坦诚地指出了仿真与实际系统之间的差异，并提供了多种方法来验证和校准仿真模型。例如，在解释如何通过实际测量数据来验证信道模型时，作者详细阐述了数据采集、预处理、模型参数估计以及模型性能评估等一系列步骤。这让我意识到，仿真并不是“一次性”的工作，而是一个持续迭代和优化的过程。我特别欣赏作者在介绍模型校准时，提出的“以实际数据为导向”的原则，这使得仿真结果更贴近真实世界的表现。此外，书中还讨论了不确定性量化（UQ）在仿真中的重要性，以及如何通过各种技术来量化仿真结果的不确定性，从而更准确地评估系统的鲁棒性。这对于我来说，是一个非常新的视角，让我意识到在做出关键设计决策时，不能仅仅依赖于单一的仿真结果，而是需要充分考虑其内在的不确定性。

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这本书的内容对我来说，更像是一位经验丰富的老友在分享他的智慧，而不是一本冰冷的技术手册。我之所以这么说，是因为作者在讲解一些相对复杂的仿真技术时，总能恰到好处地运用一些生动的比喻或者形象的图示，帮助我理解那些抽象的概念。例如，在解释“协同仿真”的概念时，作者并不是直接给出其定义，而是将其比作一个多国语言交流的场景，不同的仿真模块就像拥有不同语言的专家，而协同仿真就是要建立一个“翻译官”，让他们能够顺畅地进行信息交互。这样的比喻，一下子就让我茅塞顿开。而且，作者在讲解每一个仿真模块的功能和交互时，都辅以非常详细的流程图，这让我能够清晰地看到数据如何在不同的模块之间流动，以及各个模块是如何协同工作的。这对于我理解一个完整的无线通信仿真流程至关重要。我发现，这本书的编写风格非常注重细节，每一个图表、每一个公式，都经过了精心的设计，力求清晰易懂。

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我是一个对代码和算法实现非常看重的人，所以当我在书中看到关于“仿真算法的优化”和“并行仿真技术”的讨论时，我立刻来了兴趣。这本书在讲解这些内容时，并没有停留于表面，而是深入剖析了不同仿真算法的时间复杂度和空间复杂度，以及在实际应用中可能遇到的性能瓶颈。例如，在讨论如何加速蒙特卡洛仿真时，作者不仅介绍了重要性采样等理论方法，还给出了相应的代码实现思路和性能对比分析。这对于我这种需要处理大规模数据集和进行长时间仿真的工程师来说，非常有价值。我之前也尝试过自己优化仿真代码，但总觉得不得要领，而这本书正好填补了我的知识空白。另外，书中对于并行计算技术在无线通信仿真中的应用也进行了详细的介绍，包括如何利用多核CPU、GPU甚至分布式计算平台来加速仿真过程。这让我看到了提升仿真效率的全新可能，也让我对如何构建高性能仿真平台有了更清晰的规划。我尤其欣赏作者在介绍这些技术时，能够结合具体的仿真场景，给出具体的优化建议，而不是泛泛而谈。

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我一直觉得，一本好的技术书籍，不应该仅仅停留在理论的堆砌，而是要能够引导读者去思考，去实践。在阅读了这本书的开头部分后，我深刻地体会到了这一点。作者在介绍无线通信仿真的基本概念时，并没有直接抛出复杂的数学公式，而是先从一个非常宏观的视角，阐述了为什么我们需要仿真，仿真在无线通信系统设计和优化过程中扮演着怎样的角色，以及它能够帮助我们解决哪些实际问题。这种“先讲why，再讲how”的思路，非常有助于我建立起对整个仿真领域的系统性认知。我特别欣赏作者在讲解信道模型时，并没有仅仅罗列几种常见的模型，而是深入分析了每种模型的适用场景、优缺点，以及在不同环境下如何进行选择和调整。例如，在介绍瑞利衰落模型时，作者不仅给出了其数学表达式，还详细解释了其背后的物理含义，以及在城市密集区域、开阔地带等不同场景下，该模型能够反映出哪些关键特性。这种细致的讲解，让我能够真正理解模型背后的原理，而不是死记硬背。此外，书中对于仿真参数的设置和分析方法也进行了相当深入的探讨，比如如何选择合适的采样率、如何评估仿真结果的准确性，这些都是在实际仿真工作中非常关键的细节。我感觉这本书在这些方面都给予了非常详尽的指导，让我受益匪浅，也让我对后续更深入的学习充满了信心。

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这本书的深度和广度都让我感到非常惊喜。我原本以为它会是一本侧重于某个特定仿真技术的书籍，但没想到它竟然涵盖了从基础理论到前沿应用的方方面面。在阅读过程中，我时常会发现一些我之前从未接触过的仿真概念或技术，但作者总是能够用清晰、简洁的语言将其解释清楚，并给出相应的仿真示例。我印象最深刻的是，在讨论“人工智能在无线通信仿真中的应用”这一章时，作者不仅介绍了如何利用机器学习来预测信道状态，还探讨了如何利用深度学习来优化天线阵列的设计，甚至是如何利用强化学习来动态调整通信参数以提升系统性能。这些内容都让我大开眼界，也让我对无线通信仿真领域的未来发展充满了期待。我感觉这本书不仅仅是一本教材，更是一份关于无线通信系统仿真未来发展趋势的指南。它让我看到了技术发展的无限可能，也激发了我不断学习和探索的动力。

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老实说，我是一个比较感性的读者，在阅读技术书籍时，有时候会被一些细节所打动。这本书在讲解一些复杂概念的时候，常常会穿插一些作者自己的思考和见解，或者引用一些行业内的实际案例，这让原本枯燥的技术内容变得生动有趣起来。我记得在读到关于“误码率（BER）仿真”的那一章时，作者并没有简单地给出公式和仿真代码，而是先描绘了一个场景：假设我们在一个信号质量不佳的环境下，需要通过仿真来预测我们的通信系统能够稳定运行的概率，以及需要采取哪些措施来改善信号传输的可靠性。然后，作者才逐步引导我们去理解如何通过仿真来计算误码率，以及如何分析误码率与信噪比（SNR）之间的关系。这种“故事化”的讲解方式，让我更容易将抽象的理论与实际应用联系起来，也更能激发我对问题的思考。此外，书中对于各种仿真软件和工具的使用也进行了一些介绍，虽然并没有直接给出具体的教程，但提供了很多关于如何选择和评估这些工具的思路，这对于我这种还在摸索阶段的读者来说，是非常宝贵的建议。我喜欢作者那种循循善诱的教学风格，他似乎总能站在读者的角度， anticipating 我们的困惑，并提前给出解答。

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我一直认为，一本优秀的专业书籍，应该能够激发读者的思考，而不是仅仅提供答案。这本书在这方面做得非常出色。作者在介绍完某个仿真技术或模型之后，常常会抛出一些引人深思的问题，引导读者去思考其潜在的应用场景、局限性，或者如何进一步改进。例如，在讲解“低功耗广域网（LPWAN）仿真”时，作者在详细介绍了LoRa和NB-IoT等技术的仿真方法后，并没有止步于此，而是提出了“如何在复杂的城市环境中优化LPWAN的覆盖和功耗？”、“如何设计更具鲁棒性的LPWAN协议以应对干扰？”等问题，并鼓励读者去探索答案。这种开放式的提问方式，让我感觉自己不是在被动地接受知识，而是在主动地参与到知识的构建过程中。而且，书中还为读者提供了很多拓展阅读的建议，以及一些开源仿真平台的链接，这为我进一步深入研究提供了宝贵的资源。我喜欢这种能够引导我独立思考、自主学习的风格。

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这本书的封面设计倒是挺吸引人的，那种科技蓝和银色搭配，给人一种专业、前沿的感觉，尤其是在书架上，它能立刻抓住我的目光。我刚拿到手的时候，就迫不及待地翻看了目录，虽然我对无线通信的仿真领域还不是特别精通，但目录里列出的那些章节，比如“信道建模与仿真”、“多径衰落效应分析”、“干扰与噪声仿真技术”等等，都让我觉得这本书覆盖的范围相当广泛，而且逻辑性很强，从基础理论到具体的应用场景，好像都安排得井井有条。我个人对其中的“大规模MIMO系统仿真”和“5G及未来通信网络仿真”部分尤其感兴趣，因为这些是目前无线通信领域最热门也是最具挑战性的技术，我一直希望能找到一本能够深入浅出地介绍这些技术仿真方法的书籍，而这本书的目录似乎给了我这样的希望。它的章节划分也很细致，感觉不是那种大而泛泛的介绍，而是真的要把每一个仿真环节都掰开揉碎了讲清楚，这对于我这种想要深入学习的人来说，是非常重要的。而且，我注意到书中似乎还包含了一些案例研究或者实际项目的仿真示例，这对于我将理论知识转化为实际操作技能非常有帮助。这本书的装帧质量也不错，纸张厚实，印刷清晰，拿在手里很有质感，阅读体验也会很好。总的来说，从外观和目录来看，这本书给我留下了非常好的第一印象，让我对它接下来的内容充满了期待，希望它真的能像它的封面和目录所展示的那样，成为我学习无线通信系统仿真领域的得力助手。

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这本书的排版和设计，给人一种非常现代、精致的感觉。我注意到，书中的公式都采用了统一的、易于识别的字体，而且图表也清晰美观，色彩搭配也很舒适，不会让人产生视觉疲劳。我特别喜欢书中在介绍算法时，采用了代码片段和伪代码相结合的方式，这既保证了算法的严谨性，又使得代码的逻辑一目了然。而且，书中的代码片段都经过了精心挑选，并没有冗余的部分，可以直接拿来参考和学习。我在阅读过程中，也尝试着将一些代码片段在自己的开发环境中运行，发现它们都能够正确地工作，这让我对作者的严谨性留下了深刻的印象。此外，我注意到书中还加入了一些“技巧提示”或者“注意事项”的小栏目，这些小提示虽然篇幅不长，但却非常实用，能够帮助我避免一些常见的错误，或者提高仿真的效率。我感觉作者在编写这本书的时候，真的是站在读者的角度，考虑到了我们可能遇到的各种问题。

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