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出版者:Kluwer Academic Pub

作者:Stuber, Gordon L.

出品人:

页数:776

译者:

出版时间:2000-12

价格:$ 157.07

装帧:HRD

isbn号码:9780792379980

丛书系列:

图书标签:

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移动通信原理：连接世界的基石 移动通信，一个看似熟悉的概念，却承载着现代社会信息流动和人际交互的全部重量。从口袋里方寸大小的智能设备，到覆盖全球的卫星网络，移动通信技术的发展深刻地改变了我们的生活方式、工作模式乃至社会形态。本书旨在深入剖析支撑这一宏伟工程的底层原理，揭示隐藏在每一次通话、每一次数据传输背后的科学奥秘，为您呈现一个清晰、系统且引人入胜的移动通信世界。 第一章：信号的诞生与演进——从模拟到数字的飞跃 我们生活在一个充满信号的世界。声音、光线、电磁波，它们无时无刻不在传递信息。移动通信的起点，便是对这些信号的有效捕捉、处理与传输。本章将追溯通信信号的历史轨迹，从早期的模拟调制技术，如调幅（AM）和调频（FM），探讨它们如何将语音信息编码到载波之上，以及它们的局限性。随后，我们将重点介绍数字信号处理（DSP）的核心概念，包括采样、量化和编码。理解这些基础，是理解现代移动通信高效与可靠性的关键。我们将深入解析脉冲编码调制（PCM）等技术，并探讨数字信号的优势，如更高的抗干扰能力、更强的保密性和更灵活的数据处理能力，为后续章节构建坚实的理论基础。 第二章：无线传输的魔法——电磁波的奥秘与频谱的运用 无线通信的本质，在于利用电磁波在空间中传递信息。然而，电磁波的传播并非一帆风顺，它受到多种因素的影响。本章将深入探讨电磁波在自由空间、室内和室外的传播特性，包括路径损耗、阴影衰落、多径效应和瑞利衰落等现象。我们将介绍无线电波传播模型，如自由空间传播模型、对数距离传播模型等，并分析这些模型在不同环境下的适用性。更重要的是，我们将揭示频谱资源的重要性。无线电频谱是稀缺的宝贵资源，如何有效地划分、分配和利用频谱，是移动通信系统设计的核心挑战。本章将介绍频谱划分的原则，如频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）等早期多址技术，以及它们在不同代际移动通信系统中的应用，为理解现代频谱效率的提升奠定基础。 第三章：蜂窝网络架构——连接的骨架与协同的智慧 我们之所以能够随时随地进行移动通信，离不开精心设计的蜂窝网络架构。本章将详细阐述蜂窝网络的基本原理。我们将从“蜂窝”的概念入手，解释如何将广阔的地理区域划分为小的“小区”，并通过小区内的基站与移动终端进行通信。我们将深入探讨小区规划、基站选址、切换（Handover）等关键技术，理解移动终端如何在不同小区之间平滑地切换，以保持持续的通信连接。此外，本章还将介绍核心网（Core Network）的功能，包括用户身份验证、呼叫控制、数据路由和计费等，它如同网络的“大脑”，协调着整个网络的运行。通过对这些基础设施的深入理解，您将能够更清晰地认识到蜂窝网络是如何实现大规模、高效率的移动通信服务的。 第四章：编码与复用——信息压缩与高效传输的艺术 为了在有限的频谱资源上传输更多的数据，并保证信息的准确性，编码与复用技术扮演着至关重要的角色。本章将重点介绍信源编码（Source Coding）和信道编码（Channel Coding）。信源编码的目标是在不丢失关键信息的前提下，对原始信号进行压缩，减少传输的数据量。我们将介绍冗余度量、熵编码（如霍夫曼编码）等技术，以及它们如何在保证数据量的同时，保留信息的可感知性。信道编码则是在数据传输过程中，引入冗余信息，以检测和纠正错误。本章将深入解析线性分组码（如汉明码）、卷积码（Convolutional Codes）以及现代Turbo码和LDPC码等纠错编码技术，理解它们如何显著提高数据传输的可靠性。同时，我们也将探讨多路复用（Multiplexing）技术，如统计时分多址（Statistical TDMA）和正交频分复用（OFDM），它们如何实现多个用户共享同一通信链路，进一步提升频谱利用率。 第五章：调制解调——数字信号的“化妆师” 将数字信息转换成适合无线传输的模拟信号，以及在接收端将模拟信号还原成数字信息，是调制解调器的核心任务。本章将详细介绍各种重要的调制技术。我们将从基本的幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）开始，理解它们如何通过改变载波的幅度、频率或相位来编码数字比特。随后，我们将深入探讨更高级的调制技术，如正交幅度调制（QAM），它通过组合幅度和相位来编码更多的比特，从而显著提高传输速率。我们将分析不同调制方案的频谱效率、抗噪声能力和实现复杂度，并探讨在实际移动通信系统中，如何根据信道条件和性能需求选择合适的调制技术。 第六章：多址技术——共享频谱的智慧 如何在同一片频谱上支持大量用户同时通信，是移动通信系统设计的核心挑战之一。本章将系统性地梳理和分析各种多址技术。我们将从早期的频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）出发，理解它们如何将频谱或时间资源进行静态划分。接着，我们将重点介绍码分多址（CDMA）的原理，解释如何通过不同的编码序列，让多个用户在同一频率和时间上进行通信，并探讨其在提高频谱效率和抗干扰方面的优势。最后，我们将转向现代移动通信系统中占主导地位的正交频分多址（OFDM）和其与多址技术的结合，如OFDMA。我们将详细分析OFDMA的原理，它如何将频率资源划分为许多小的子载波，并动态地分配给不同的用户，实现更高的灵活性和频谱利用率。 第七章：移动通信的演进——从1G到5G及未来展望 移动通信技术并非一成不变，它经历了波澜壮阔的演进历程。本章将带领您回顾从第一代（1G）模拟移动通信系统到如今的第五代（5G）移动通信系统的发展历程。我们将逐一介绍每一代系统的关键技术和特点，例如1G的语音通信、2G的数字通信与短信、3G的数据传输能力提升、4G的高速数据传输和IP化网络。我们将重点分析5G的核心技术，如毫米波通信、大规模MIMO、网络切片和边缘计算，以及它们如何实现超高带宽、超低时延和海量连接。此外，本章还将展望未来移动通信的发展方向，如6G的研究热点和潜在应用，为读者描绘下一代通信技术的蓝图。 第八章：网络安全与隐私——守护通信的信任之盾 随着移动通信的广泛应用，网络安全与用户隐私保护的重要性日益凸显。本章将探讨移动通信网络面临的安全威胁，包括窃听、欺骗、拒绝服务攻击等。我们将深入分析移动通信系统中所采用的安全机制，如加密技术、身份认证、密钥管理和安全协议。我们将讨论用户在通信过程中如何保护自己的隐私，以及运营商在维护网络安全方面的责任。本章还将探讨新兴的安全挑战，例如物联网（IoT）设备的安全问题，以及如何在复杂的通信环境中构建更加健壮和可信赖的移动通信生态系统。 通过对本书内容的深入学习，您将不仅掌握移动通信的科学原理，更能理解这项技术如何驱动着现代社会的进步。从微观的信号处理到宏观的网络架构，从技术的演进到未来的展望，本书将为您打开一扇通往移动通信世界的大门，让您在信息时代中更加游刃有余。

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这本书最让人拍案叫绝的地方，在于其对系统演进历史脉络的梳理，以及对未来技术趋势的精准预判。它并非仅仅停留在对某个特定代际（比如2G或3G）技术的细节描述上，而是以一种宏大的视角，将整个移动通信技术的发展视为一个不断迭代和优化的过程。作者巧妙地将不同的通信标准（尽管没有明确点出具体的代际编号，但其描述的特征足以让人联想到）放在同一个理论框架下进行对比，使得读者能够理解技术进步背后的根本驱动力——资源的稀缺性和用户需求的爆发性增长。例如，书中对“信道感知（Channel-Aware）”传输思想的阐述，清晰地勾勒出了从“固定资源分配”到“动态自适应”的转变路径，这正是后续所有高速率移动通信系统的核心思想。这种历史观和前瞻性的结合，让这本书的保质期大大延长，它不仅仅是回顾过去，更像是为我们打开了一扇通往未来无线系统设计的大门。我常常在阅读过程中停下来思考，作者是在哪个时间点写下这些预测的，它们竟然如此精准地应验了后来的技术发展方向，这本身就是一种非凡的洞察力。

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这部著作的深入程度简直令人叹为观止，它不仅仅是一本教科书，更像是一本技术人员的“武功秘籍”。我原本以为我对蜂窝网络的基础概念已经有了相当的掌握，但阅读后才发现，自己之前的理解不过是冰山一角。书中对信道编码和调制技术的讲解，那种层层递进的逻辑，简直是教科书级别的示范。作者似乎将所有复杂的数学推导都化繁为简，但又不牺牲严谨性，比如在讨论扩频技术（Spread Spectrum）时，对各种伪随机序列的特性分析得极其透彻，让人能够清晰地把握为什么这些看似随机的序列能够在复杂的电磁环境中实现高效复用和抗干扰。尤其让我印象深刻的是，它对多址接入（Multiple Access）方案的比较分析，无论是FDMA、TDMA还是CDMA，书中都详细阐述了各自的性能瓶颈和适用场景，并且结合实际的系统案例进行了印证。这使得我在面对实际工程问题时，能够迅速定位到最合适的底层技术选择，而不是盲目地套用公式。对于那些打算深入底层协议栈或者从事射频前端设计的人来说，这本书提供的底层物理层知识的扎实度，绝对是无可替代的基石。我甚至花了好几天时间重新推导了其中关于衰落信道模型的部分，那种豁然开朗的感觉，是很多其他泛泛而谈的参考资料无法给予的。

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坦白说，这本书的文字风格对我来说，初读时略显晦涩，它显然是面向那些已经具备一定电子工程背景的读者群体的，完全没有迎合大众读者的倾向。它更像是一位经验极其丰富的老工程师在向他的得意门生传授多年心血，节奏紧凑，信息密度极高。我尤其欣赏它在讨论功率控制和切换（Handover）机制时的那种务实态度。很多关于移动通信的书籍在谈到小区切换时，往往只是简单地描述了“基于信号强度”的切换准则，但在这里，作者细致地剖析了切换过程中的时延、悬挂（Hysteresis）参数设置对用户体验的影响，甚至深入到了测量报告的生成和上报机制的优化策略。这部分内容对于理解现代4G甚至5G系统中的平滑切换至关重要。我感觉自己不是在“读书”，而是在“解密”一个高度复杂的系统是如何在物理世界中高效运行的。对于那些渴望从“知道如何使用手机”晋升到“知道手机为什么能工作”的读者，这本书是必经之路。它的深度使得任何试图快速浏览的尝试都将以失败告终，它要求你慢下来，用笔在草稿纸上跟着作者的思路一步步走下去，才能真正领会其精髓。

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对于我个人而言，这本书的价值在于它成功地建立了我对“移动性”这一核心概念的深刻理解。在数字通信领域，我们习惯于处理固定链路，但“移动”带来的信道时变性（Time-Varying Channel）是最大的挑战。这本书用大量篇幅系统性地探讨了多径效应（Multipath Effect）的统计特性，以及如何利用分集技术（Diversity Techniques）来对抗这种不确定性。从瑞利衰落模型到莱斯衰落模型，从选择性衰落到频率选择性衰落，作者的讲解逻辑严密，层次分明。它教会了我如何用概率和统计的语言来描述一个不确定的物理环境，并设计出鲁棒的解决方案。这不仅仅是学习如何实现某个功能，而是学习了一种看待和分析无线系统复杂性的方法论。如果你想成为一个真正理解无线电波在空间中如何“跳舞”的工程师，而不是仅仅会配置设备的“配置员”，那么这本书提供的这种方法论层面的熏陶是极其宝贵的。它提升了我的理论高度，让我能够更自信地去面对那些尚未被标准化的、全新的无线挑战。

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阅读体验上，这本书的排版和图示设计，虽然算不上是视觉上的饕餮盛宴，却展现出极强的工程实用性。所有的示意图，无论是网络拓扑图还是信号流程图，都异常清晰，直观地揭示了抽象概念的物理意义。例如，书中对小区规划和频率复用的插图，直观地展示了如何通过几何布局来最小化同频干扰，这种视觉辅助工具的有效性远胜于纯文字的描述。不过，我也必须指出，对于完全没有接触过无线电传播理论的新手来说，开篇关于电磁波传播特性的回顾可能略显不足，它假定读者已经对麦克斯韦方程组和天线理论有基本的了解。但一旦度过最初的几章，内容便开始展现其强大的内功。特别是关于噪声和干扰对系统容量（Spectral Efficiency）影响的量化分析，书中给出了非常详尽的数学模型和仿真结果对比，这对于进行系统级性能评估的人来说，提供了宝贵的量化依据。总而言之，这是一部“工具箱”式的书籍，它的价值不在于阅读的愉悦感，而在于它能为你解决实际工程难题提供的坚实理论支撑。

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stuber的大作。

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