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出版者:Springer Verlag

作者:Biglieri, Ezio

出品人:

頁數:427

译者:

出版時間:

價格:1150.95元

裝幀:HRD

isbn號碼:9781402080838

叢書系列:

圖書標籤:

• 無綫通信
• 信道編碼
• 信息論
• 無綫信道
• 通信係統
• 信號處理
• 編碼理論
• 調製解調
• 無綫網絡
• 糾錯編碼

《電磁波下的信息之舞：現代通信係統設計與優化》 內容提要： 本書深入剖析瞭現代無綫通信係統的核心理論、關鍵技術及其工程實現。麵對日益增長的數據速率需求和日益復雜的電磁環境，本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且實用的視角，理解如何設計齣高效、可靠且適應性強的無綫傳輸係統。全書結構清晰，從基礎的信號處理和信道建模入手，逐步深入到先進的編碼、調製、多址接入技術以及新興的頻譜共享策略。 --- 第一章：無綫信道的本質與建模 本章首先奠定瞭無綫通信的理論基石。我們不再將無綫信道視為理想的傳輸介質，而是探討其固有的局限性——衰落、噪聲和乾擾。 1.1 傳播基礎： 詳細闡述瞭電磁波的傳播機製，包括自由空間傳播、反射、繞射和散射等現象，為理解路徑損耗奠定基礎。 1.2 衰落特性分析： 深入探討瞭快衰落（瑞利、萊斯）和慢衰落（陰影效應）的統計模型。我們不僅展示瞭這些模型的數學推導，更側重於如何利用這些模型來預測係統性能。特彆引入瞭信道衝激響應（Channel Impulse Response, CIR）的概念，解釋多徑效應如何導緻符號間乾擾（ISI）。 1.3 信道估計與均衡： 鑒於信道對信號傳輸的破壞性影響，本章詳盡介紹瞭信道狀態信息（CSI）獲取的重要性。內容涵蓋瞭基於最小均方誤差（MMSE）和迫近均衡（ZF）的均衡技術，旨在消除或減輕ISI對接收信號的乾擾。此外，還討論瞭低復雜度自適應均衡算法在實際移動環境中的應用。 第二章：數字化與頻譜效率的提升 本章聚焦於如何將模擬信息轉化為高效的數字信號，並最大化單位帶寬內的信息傳輸量。 2.1 采樣與量化理論的深化： 迴顧瞭奈奎斯特-香農采樣定理，並擴展討論瞭欠采樣技術在特定高頻應用中的可行性。在量化部分，重點分析瞭非均勻量化（如$mu$-律和A律）在語音和數據壓縮中的作用。 2.2 先進的調製技術： 從經典的幅移鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）齣發，本書重點剖析瞭正交幅度調製（QAM）係列，特彆是高階QAM（如64-QAM, 256-QAM）如何通過增加星座點密度來提升頻譜效率，同時分析瞭其對信噪比（SNR）的嚴苛要求。此外，引入瞭幅度與相位聯閤調製（APSK）的概念，作為優化星座圖效率的一種途徑。 2.3 脈衝整形與濾波： 詳細討論瞭如何通過精確的脈衝成形來控製帶外輻射並最小化ISI。深入分析瞭升餘弦（Raised Cosine）和平方根升餘弦（Root Raised Cosine, RRC）濾波器在發送端和接收端的設計與實現，並討論瞭它們在時域和頻域的性能權衡。 第三章：抗衰落與可靠性保障：信道編碼 可靠性是無綫通信的生命綫。本章全麵覆蓋瞭現代前嚮糾錯（FEC）編碼的理論與實踐，這是確保信息在噪聲和衰落信道中準確恢復的關鍵技術。 3.1 經典編碼迴顧與結構： 闡述瞭分組碼（如漢明碼、BCH碼）和捲積碼（如Viterbi譯碼）的基本原理。 3.2 現代高性能編碼： 本章的核心在於對現代高性能編碼方案的深入解析。 Turbo 碼： 詳細分析瞭交織器、兩個並行的捲積編碼器以及迭代譯碼的機製，重點探討瞭最大後驗概率（MAP）譯碼算法的復雜度與性能。 低密度奇偶校驗碼（LDPC）： 闡述瞭其稀疏校驗矩陣的優勢，以及基於概率傳播（Belief Propagation, BP）譯碼的強大糾錯能力，並討論瞭在5G/Wi-Fi 6等標準中的應用。 3.3 自動重傳請求（ARQ）與混閤自動重傳請求（HARQ）： 結閤FEC，討論瞭ARQ（如停止等待、迴退N、選擇重傳）的工作原理。重點分析瞭Type-I、Type-II和Type-III HARQ方案，展示瞭如何在保持低延遲的同時，通過軟閤並技術顯著提升吞吐量。 第四章：多址接入與資源調度 在有限的頻譜資源上服務多個用戶是無綫通信係統的核心挑戰。本章分析瞭不同的多址接入技術及其在資源高效利用中的作用。 4.1 傳統多址技術： 梳理瞭頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）的優缺點，並分析瞭CDMA中的擴頻和正交性問題。 4.2 正交頻分復用（OFDM）的精髓： 深入探討瞭OFDM如何通過將高速數據流分解成大量低速子載波來剋服信道引起的ISI，並詳細介紹瞭快速傅裏葉變換（IFFT/FFT）在OFDM收發機中的核心地位。同時，本章批判性地分析瞭OFDM的固有缺陷，如高峰均功率比（PAPR）問題及其抑製技術（如DFT-Spread-OFDM/SC-FDMA）。 4.3 資源調度策略： 探討瞭如何根據信道質量、用戶優先級和服務質量（QoS）要求，在時域、頻域和空域上動態分配資源。內容包括比例公平（Proportional Fair）、最大吞吐量調度以及麵嚮能效的調度算法。 第五章：空間維度與MIMO係統 本書的最後一部分將視角從一維信號傳輸拓展到多維空間，介紹瞭多輸入多輸齣（MIMO）技術如何革命性地提升係統容量和可靠性。 5.1 MIMO基礎理論： 解釋瞭MIMO係統如何利用多根天綫實現空間復用（提升數據速率）和空間分集（提升可靠性）。引入瞭信道容量的福剋斯-阿特金森定理（F-A Theorem）在MIMO情境下的應用。 5.2 空分復用（Spatial Multiplexing, SM）： 詳述瞭串行/並行迭代預編碼（SISO/MISO）和迫零（ZF）/MMSE檢測器的算法細節，闡述瞭如何在多用戶環境下分離齣獨立的並行數據流。 5.3 波束賦形（Beamforming）與大規模MIMO（Massive MIMO）： 深入討論瞭數字波束賦形和模擬波束賦形的設計，以及如何通過大規模天綫陣列（Massive MIMO）實現信道極化和零強乾擾，從而極大地提高頻譜效率和能量效率。 5.4 認知無綫電與動態頻譜接入： 作為一個前沿補充，本章探討瞭在認知無綫電框架下，次級用戶如何感知主用戶活動，動態選擇空閑信道，實現非授權頻譜的共享與接入，這是未來動態頻譜管理的重要方嚮。 --- 適用讀者： 本書內容嚴謹，兼具理論深度和工程實用性，非常適閤通信工程、電子信息專業的高年級本科生、研究生，以及在無綫通信、射頻設計、基帶處理領域工作的工程師和研究人員。閱讀本書需要具備紮實的概率論、綫性代數和基礎通信原理知識。

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這本書的封麵設計著實讓人眼前一亮，那深邃的藍色背景上點綴著流動的光綫，仿佛在暗示著信息在無形介質中穿梭的奧秘。我是在一個技術論壇上偶然看到有人推薦的，說是對現代通信原理有瞭非常深刻且獨到的見解。我抱著極大的好奇心翻開瞭第一頁，首先吸引我的是它清晰的邏輯脈絡。作者似乎非常擅長將復雜的數學模型以一種直觀易懂的方式呈現齣來。例如，在討論信道編碼的冗餘設計時，書中引用的例子並非那種枯燥的教科書式推導，而是結閤瞭實際應用場景，比如衛星通信中的噪聲抑製，讓我瞬間感覺自己不再是旁觀者，而是親身參與到解決問題的工程師隊伍中。它的敘述風格兼具學術的嚴謹性和科普的流暢性，不會讓你在深奧的理論前望而卻步。而且，書中對不同調製方案的性能對比分析做得尤為精彩，圖錶的質量極高，數據支撐非常紮實，遠超我以往閱讀的同類書籍。我尤其欣賞作者在每章末尾設置的“思考與拓展”部分，它巧妙地引導讀者去探索更前沿的研究方嚮，保持瞭知識的鮮活度。這本書更像是一位經驗豐富的前輩，耐心地為你鋪陳齣一條通往高階理解的階梯，每一步都踩得堅實有力。

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我通常對技術書籍的閱讀速度比較慢，因為我習慣於停下來驗證每一個關鍵的數學推導，確保理解無誤。這本書在這方麵的“友好度”非常高。它在引入新的數學工具時，總是會事先提供必要的背景知識迴顧，比如傅裏葉分析在頻域處理中的應用，或者矩陣分解在信道估計中的角色。這使得即便是對某些子領域知識稍有遺忘的讀者，也能快速跟上節奏。令我印象深刻的是，書中對信道估計技術的討論，它細緻地對比瞭最小二乘法（LS）、最小均方誤差（MMSE）等方法的計算復雜度和收斂速度。作者通過大量的仿真結果圖錶，清晰地展示瞭在不同信噪比下，這些算法的實際錶現差異，這對於我們進行資源受限環境下的係統設計決策至關重要。這本書的深度在於它沒有滿足於描述“是什麼”，而是深入探究瞭“為什麼會這樣”以及“在特定條件下如何優化”，這種層層遞進的分析結構，讓我的知識體係構建得異常牢固。讀完之後，我感覺自己不再隻是會應用現有的算法，而是有能力去設計和改進它們瞭。

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初次接觸這本書時，我正為手頭的一個項目中遇到的信號衰減問題焦頭爛額，急需尋找一種能提供係統性解決方案的參考資料。這本書恰好填補瞭我的空白。它不僅僅停留在理論層麵，更重要的是，它深入挖掘瞭“工程實現”中的那些微妙之處。比如說，書中關於多徑效應的建模，它沒有簡單地套用Rayleigh分布，而是詳細剖析瞭不同地理環境下（城市峽榖、開闊地帶）的散射特性差異，這對於我後續優化算法的參數設置至關重要。我發現作者在處理信道脈衝響應時，特彆注重對時延擴展和相乾時間的物理意義的闡釋，這比單純記住公式要有效得多。閱讀過程中，我感覺作者的視角非常宏大，他似乎總能看到底層物理現象與上層協議設計之間的聯係。書中對MIMO係統的預編碼技術講解得極為透徹，它不僅解釋瞭“怎麼做”，更著重闡述瞭“為什麼用這種方式”，從信息論的角度論證瞭其最優性，這讓我的理解上升到瞭一個新的高度。這本書的價值在於，它成功地架起瞭理論基礎與工程實踐之間那座看似遙遠卻又至關重要的橋梁，讓晦澀的物理過程變得觸手可及。

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這本書的排版和插圖質量堪稱業界典範。在數字通信領域，圖文的配閤至關重要，而這本書在這方麵做得非常齣色。每一個重要的概念，無論是維特比譯碼的網格圖，還是OFDM的子載波間隔示意圖，都繪製得清晰、精確且信息密度適中。我特彆喜歡它對高階星座圖的描繪，那些細微的能量差異和決策邊界被刻畫得淋灕盡緻，使得我們在分析誤碼率性能時，能夠立刻在大腦中建立起立體的空間模型。文字風格上，它呈現齣一種冷靜而有力的學者風範，用詞精準，極少有含糊不清的錶述。相比於那些堆砌術語的教材，這本書更注重概念的內化。例如，在解釋香農定理的極限時，作者沒有直接拋齣那個著名的公式，而是通過一個逐步逼近的“理想通信係統”的思維實驗來構建，引導讀者自己“推導齣”那個極限，這種教學方法極大地增強瞭讀者的參與感和成就感。我幾乎可以肯定，任何一個認真研讀過這本書的人，都會對信道容量和噪聲裕度的關係有一個全新的、深刻的認識。

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這本書給我帶來的最大啓發是它對於未來無綫技術演進趨勢的洞察力。它不是一本僅僅停留在現有4G/5G標準層麵的書，而是將視野投嚮瞭更遠的地方，比如太赫茲通信、可見光通信（VLC）等新興領域中，信道模型可能齣現的根本性變化。作者大膽地預測瞭，隨著工作頻率的提高，傳統的多徑衰落模型可能需要被重新審視，而新的物理限製，如分子吸收和材料散射，將成為主導因素。這種前瞻性的視野非常寶貴，它幫助我跳齣瞭當前技術框架的束縛，思考更底層的物理規律。此外，書中對安全通信和信息論的結閤也令人耳目一新，它探討瞭在存在竊聽者的情況下，如何通過資源分配最大化閤法用戶的傳輸速率，這為理解物理層安全提供瞭一個堅實的理論基礎。總而言之，這本書像是一座燈塔，不僅照亮瞭腳下的路，更指引瞭遠方的航嚮，對於任何希望在無綫通信領域進行深入研究或高階設計的人來說，都是一本不可或缺的寶典。

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