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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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