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出版者:Prentice Hall

作者:Wang, Xiaodong/ Poor, H. Vincent

出品人:

页数:704

译者:

出版时间:2002-3

价格:$ 135.60

装帧:HRD

isbn号码:9780130214355

丛书系列:

图书标签:

• 无线通信
• 通信系统
• 无线网络
• 信号处理
• 移动通信
• 无线技术
• 天线
• 调制解调
• 信道编码
• 多址接入

深入理解现代信息传输的核心：无线通信系统基础 本书旨在为读者构建一个全面且深入的无线通信系统知识体系，覆盖从基础理论到前沿技术的广泛领域。本书的深度和广度确保了读者不仅能掌握现有技术的原理，更能为未来技术的发展奠定坚实的基础。我们避免了对特定商业化产品或软件的深入介绍，而是专注于那些构成所有现代无线系统的底层物理、数学和工程原理。 --- 第一部分：无线信道与信号传播的物理基础 本部分是理解无线通信系统的基石，详细阐述了电磁波如何在真实环境中传播，以及这些传播特性对系统性能的影响。 第一章：电磁波传播基础 本章首先回顾了麦克斯韦方程组在线性介质中的应用，聚焦于平面波和球波的辐射特性。随后，深入探讨了自由空间路径损耗（FSPL）模型，并引入了更复杂的传播模型，如欧德斯（Oudart）模型和詹尼斯（Jain）模型。重点分析了信号在不同环境（城市、郊区、室内）中的衰减机制，包括绕射（Diffraction）、反射（Reflection）和散射（Scattering）的几何光学和物理光学解释。 第二章：无线信道的统计特性 无线信道是时变的、随机的系统。本章详细分析了影响信号质量的关键随机过程。我们从瑞利（Rayleigh）衰落、莱斯（Rician）衰落模型的推导和应用入手，解释了这些模型如何准确描述非视距（NLOS）和存在主导路径（LOS）的信道条件。多径效应（Multipath）是无线通信的固有特性，本章深入探讨了其对信号的展宽效应，并引入了时延扩展（Delay Spread）和相干带宽（Coherence Bandwidth）的概念，为后续的均衡技术打下理论基础。此外，还分析了多普勒效应（Doppler Effect）对信号频谱的影响，以及如何通过多普勒扩展来估计移动速度。 第三章：噪声、干扰与信息论基础 本章将通信系统置于实际的噪声环境中进行分析。详细介绍了加性高斯白噪声（AWGN）的统计特性及其在接收端的影响。更重要的是，本章侧重于非高斯噪声（如脉冲噪声）的建模，以及如何通过数字滤波技术有效抑制其影响。在干扰方面，本章区别讨论了同频干扰（Co-channel Interference, CCI）和邻道干扰（Adjacent Channel Interference, ACI）的来源、数学建模和对信噪比（SNR）的影响。最后，引入香农-哈特利定理，探讨了在给定信道条件下的理论最大信息传输速率，为系统性能评估设定了上限。 --- 第二部分：数字调制与编码技术 本部分聚焦于如何高效、可靠地将数字信息映射到模拟信号上进行传输，以及如何在接收端恢复这些信息。 第四章：基础数字调制方案 本章系统地回顾和分析了线性调制方案，包括振幅键控（ASK）、频率键控（FSK）和相移键控（PSK）。重点在于对这些方案在AWGN信道下的误码率（BER）性能曲线进行严格的数学推导和比较分析。随后，深入探讨了正交幅度调制（QAM），包括16-QAM、64-QAM等，分析了星座图的几何结构如何影响功率效率和抗噪声能力。本章还探讨了脉冲成形（Pulse Shaping）技术，如升余弦滤波器（Raised Cosine Filter）的设计，以最小化符号间干扰（ISI）。 第五章：高级调制与多载波技术 为了应对日益增长的数据速率需求，本章深入研究了更高阶的调制技术，如M进制调制的理论极限和实际挑战。重点分析了正交频分复用（OFDM）的底层原理，包括其如何利用IFFT/FFT将宽带信号分解为多个窄带正交子载波，从而有效对抗频率选择性衰落和ISI。本章详细推导了OFDM系统的时域和频域表示，并分析了循环前缀（CP）在消除ISI和保持子载波正交性中的作用。同时，探讨了单载波与多载波系统的性能权衡，包括峰均功率比（PAPR）问题及其抑制技术（如塑性处理和削波技术）。 第六章：信道编码与纠错理论 信道编码是保证数据可靠传输的关键。本章从编码增益的角度审视了编码技术的价值。首先，详细分析了线性分组码，包括汉明码（Hamming Codes）的构造和纠错原理，以及更强大的BCH码和里德-所罗门码（RS Codes）在移动通信和存储系统中的应用。随后，深入探讨了卷积码的编码结构，重点分析了使用Viterbi译码算法进行最大似然序列译码的过程及其性能。最后，对现代系统广泛采用的Turbo码和低密度奇偶校验码（LDPC Codes）的迭代译码原理进行了概念性介绍，强调了它们如何逼近香农极限的性能。 --- 第三部分：接收机原理与系统性能提升 本部分关注如何设计高效的接收机前端和处理模块，以最大限度地从接收到的信号中提取有用信息。 第七章：同步技术 在无线接收机中，时间同步和频率同步是至关重要的预处理步骤。本章详细分析了载波同步的数学基础，包括基于鉴相器（Phase Detector）的方法（如科斯塔斯同步器）和基于最大似然估计的同步器。对于定时同步（Timing Synchronization），本章探讨了基于零交法和卖克尔-拜尔（Muller-Bauer）算法的实现，分析了这些技术在低信噪比环境下的鲁棒性。 第八章：信道均衡与干扰消除 针对多径信道导致的ISI问题，本章提供了多种均衡技术。从线性均衡器（如迫零均衡器和最小均方误差均衡器MMSE）的推导出发，分析了其在信道反演中的局限性。随后，重点讲解了非线性均衡技术，特别是最大似然序列估计（MLSE）及其通过维特比算法实现的有效性。此外，本章还引入了干扰消除（IC）技术，包括串行干扰消除（SIC）和并行干扰消除（PIC）在多用户场景下的应用原理。 第九章：多址接入技术 现代通信系统的核心挑战之一是如何允许多个用户共享有限的无线资源。本章系统对比了主要的多址接入（Multiple Access）技术。对频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）的原理和优缺点进行了总结。重点深入分析了码分多址（CDMA），包括扩频序列（如Walsh-Hadamard序列）的设计、伪随机码（PN Sequence）的特性，以及在接收端如何利用相关性实现用户分离。此外，也探讨了正交频分多址（OFDMA）在应对频率选择性衰落和简化多用户调度方面的优势。 --- 第四部分：先进系统架构与理论扩展 本部分扩展了读者的视野，涵盖了对提高系统容量和频谱效率至关重要的多天线技术和先进网络概念。 第十章：多输入多输出（MIMO）系统基础 MIMO技术是提高频谱效率的革命性手段。本章从信道矩阵的概念出发，解释了空间复用（Spatial Multiplexing）如何通过多个数据流同时传输来提升速率，并分析了空间分集（Spatial Diversity）如何通过多径传播来提高可靠性。详细阐述了信道容量分析，特别是针对全相关和独立信道的容量公式推导。此外，本章也介绍了预编码（Precoding）和迫零检测（ZF Detection）等关键的发射和接收处理技术。 第十一章：认知无线电与频谱共享 面对频谱资源日益紧张的现状，本章引入了认知无线电（CR）的概念，将其视为一种智能地利用未授权频谱的技术。详细分析了CR系统的核心功能：频谱感知（Spectrum Sensing）的检测理论（如能量检测和特征检测），频谱管理和频谱接入策略。探讨了协作感知的必要性及其在提高感知准确性方面的作用。 第十二章：物理层安全与可靠性 随着数据传输的普及，保证信息不被窃听成为关键。本章从物理层角度探讨信息安全。引入了物理层安全（PLS）的概念，分析了信道容量与窃听者容量之间的关系，并介绍了保密信息速率的计算方法。讨论了通过预编码技术和干扰技术来最大化合法用户信道增益并最小化窃听者信道增益的策略，以实现信息论意义上的绝对安全传输。 总结 本书通过严谨的数学推导、清晰的物理模型和对关键工程问题的深入剖析，为读者提供了一个坚实的无线通信系统知识框架。它不仅是理解当前（如4G/5G核心技术）的必要工具，更是探索未来无线技术发展的理论基石。

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我是一名在职的射频工程师，主要负责基站侧的维护和优化工作，手头已经积累了不少关于LTE和5G NR现场经验。坦白说，市面上很多号称“系统”的书籍，要么是停留在五十年前的模拟通信原理，要么是直接跳到最新的MIMO/波束赋形细节，中间的“桥梁”部分介绍得过于简略，让人抓不住全貌。这本书在这方面做得相当出色。它花了相当大的篇幅来深入探讨无线信道估计和均衡技术的演进，从传统的迫几乎合和MMSE均衡到基于信道互易性的零迫处理，其间的算法细节和计算复杂度都有清晰的图表展示。特别是关于干扰抑制的部分，作者对干扰消除技术（如SIC和多用户检测MUD）的阐述，结合了仿真结果和实际吞吐量的性能曲线，这对我理解为什么在某些高负载场景下，我们需要牺牲一部分计算能力来换取更稳定的连接质量非常有帮助。我特别注意到，书中对功率控制机制的讨论非常细致，不仅仅是提到了开环和闭环，还对比了不同标准下功率分配的策略对相邻小区间干扰的影响，这对于我日常在规划小区功率和设置切换门限时，提供了一个扎实的理论后盾。这本书更像是一本技术白皮书与教科书的完美结合体，既有学院派的严谨，又不失工程界的务实。

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我是一名非电子通信背景的软件架构师，我的工作是开发运行在无线网络之上的应用平台，对底层协议的理解深度一直是个痛点。我购买这本书的初衷是希望能够补齐我对“无线”这个物理层限制的认知缺口。这本书的语言风格非常注重可读性，即便是涉及到复杂的傅里叶变换和随机过程，作者也尽量用清晰的文字流来引导读者理解其物理意义，而不是一味地展示数学推导。我特别喜欢它对“频率复用”和“蜂窝网络规划”的章节。它用非常直观的图示说明了如何通过小区间化和频率规划来最大化系统容量，并且详细解释了为什么在移动性高的区域，频率重用因子必须设计得更保守。这让我立刻明白了，为什么我们APP的性能在地铁里会急剧下降——这根本就不是我们软件层面的问题，而是信道资源分配的硬伤。这本书成功地将复杂的无线物理层问题“翻译”成了所有技术人员都能理解的业务和资源限制问题。读完后，我能够更有效地与底层通信工程师进行有效沟通，提出的架构优化方案也更能考虑到网络侧的实际约束。

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这本书的排版和插图质量令人印象深刻。在许多技术书籍中，公式的排版往往是潦草或者错位的，但这本书的数学符号清晰、对齐完美，即便是涉及复杂的矩阵运算或希尔伯特空间的操作，也显得井井有条。我尤其欣赏作者在介绍波束赋形技术时所使用的三维空间示意图。这些图示不仅仅是简单的平面投影，而是用透明度和阴影来清晰地标示出能量集中的方向和旁瓣的衰减程度，这对于理解大规模MIMO系统的空间复用增益至关重要。在内容方面，它对新兴技术领域的切入点把握得非常精准。例如，它在探讨下一代通信系统时，没有将重点放在炒作“太赫兹”或“可见光通信”这些前沿概念，而是聚焦于更具实际落地意义的“非授权频谱接入”和“认知无线电”的动态频谱共享机制。它详尽分析了监测、决策和适应这三个核心步骤中的挑战，并对比了不同MAC层协议（如CSMA/CA在动态环境下的局限性）。这种脚踏实地的分析，为读者提供了一个清晰的路线图，告诉我们未来几年无线系统在频谱效率瓶颈上的突破点在哪里，而不是停留在科幻层面的描述。

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作为一名正在准备博士入学考试的学生，我需要一本既能打好理论基础，又能在研究方向上有所启发的参考书。这本书给我的感觉是，它站在一个非常高的抽象层次来审视整个无线通信领域，但又巧妙地将我们熟悉的具体协议和标准作为实例嵌入其中。我最欣赏它在系统级性能评估上的方法论。书中没有简单地给出“误码率”的曲线，而是详细讨论了如何设计一个有效的仿真框架来捕捉不同物理层特性对端到端用户体验（QoE）的影响。比如，它在讨论拥塞控制时，不仅讲解了TCP窗口机制，还将队列管理算法（如RED/AQM）与无线信道状态反馈的耦合效应进行了探讨，这对于理解如何平衡有线和无线侧的性能瓶颈至关重要。此外，书中对频谱效率和能量效率这对矛盾体的分析非常深刻。它用信息论的框架来界定这些指标的理论极限，然后逐步展示现代技术（如LDPC/Polar编码、高阶调制）是如何努力逼近这些极限的。这种从宏观（信息论）到微观（具体编码块）的推进方式，极大地拓宽了我对系统设计边界的认识，远超一般教材的范畴。

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这本书的封面设计相当吸引人，那种深沉的蓝色背景搭配着跃动的白色和橙色线条，立刻让人联想到高频电磁波在空气中穿梭的场景。我原本以为这会是一本偏向理论推导的枯燥读物，毕竟“系统”这个词常常意味着大量的数学公式和晦涩的定义。然而，翻开第一章后，我的顾虑被完全打消了。作者似乎非常擅长将复杂的物理现象用生活化的比喻来解释。比如，在讲解多径效应时，他没有直接抛出瑞利衰落或莱斯衰落的模型，而是通过描述一个朋友在空旷地带和高楼林立的峡谷中打电话信号质量的变化来引入概念，这一下子就让那些抽象的衰减系数变得具体可感。更让我欣赏的是，书中对不同通信体制的权衡分析非常到位。它没有盲目推崇某一种技术，而是清晰地梳理了时分、频分、码分这些基础多址技术的优缺点，并结合实际的频谱效率和硬件复杂度进行了横向对比。读起来感觉就像是在听一位经验丰富的老工程师在为你拆解一个庞大而精密的无线网络架构，每一个模块的取舍都有着深刻的实践依据。对于初学者来说，这本书提供了一个绝佳的、由浅入深的认知路径，它没有跳过那些关键的数学基础，但总能在关键节点处提供足够的直觉解释，避免读者迷失在公式的海洋里。

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