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探索前沿：当代信息科学与工程的广阔图景 本书汇集了当代信息科学、通信工程、电子信息技术等多个交叉领域的最新研究成果与创新实践。它并非聚焦于特定学术团体的年会论文，而是以更宏大、更具前瞻性的视角，系统梳理了当前信息技术革命浪潮下的关键技术突破、理论创新及工程应用。 第一部分：基础理论与信息传输的基石 本部分深入探讨了信息论、编码理论以及信号处理领域的核心进展。内容涵盖了香农理论在极端信道条件下的最新拓展，例如在量子噪声环境和高衰落信道中实现信息容量极限的理论模型。我们详细分析了新一代信道编码技术，包括低密度奇偶校验码（LDPC）在5G/6G系统中的优化设计，以及极化码（Polar Codes）在纠错性能与编解码复杂度之间的平衡策略。 在信号处理方面，本书重点介绍了高效的稀疏信号恢复算法和大数据背景下的实时谱分析技术。特别关注了基于深度学习的信号重建方法，如何利用神经网络强大的特征提取能力，克服传统傅里叶变换在非平稳信号分析上的局限性。此外，自适应滤波、盲源分离等经典技术在复杂电磁环境下的鲁棒性增强研究，也得到了详尽的论述。 第二部分：无线通信系统的演进与突破 本部分是全书的核心之一，聚焦于未来移动通信系统的架构设计与关键技术。 1. 6G愿景与太赫兹通信： 我们超越了当前5G技术的瓶颈，详细阐述了迈向太赫兹（THz）频段所面临的挑战，包括大气吸收、器件实现难度及大规模MIMO（Massive MIMO）的波束赋形精度问题。书中展示了新型超材料天线阵列的设计方案，以及结合智能超表面（RIS）技术，实现空域与频域的联合优化，以克服高频段的路径损耗。 2. 认知无线电与频谱共享： 探讨了如何构建更加灵活、高效的频谱使用机制。内容包括基于强化学习的动态频谱接入策略，使通信系统能够实时感知环境变化，自主决策最佳的传输参数。此外，对干扰消除技术，特别是多用户MIMO系统中的正交化技术，进行了深入的仿真和理论分析。 3. 非地面网络（NTN）： 随着低轨卫星星座（LEO）的快速部署，本书着重分析了地面蜂窝网络与卫星网络的融合架构。研究了卫星链路的时延补偿、多普勒频移校正算法，以及如何设计统一的接入和切换协议，确保在空地一体化网络中的无缝体验。 第三部分：网络架构与智能管理 本部分将视角从物理层拓展到网络层和应用层，探讨了软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）在通信领域带来的深刻变革，以及人工智能在网络运维中的应用。 1. 软件定义与网络切片： 深入分析了如何利用SDN/NFV技术实现网络的快速重构和定制化服务。重点介绍了端到端网络切片（Network Slicing）的管理与隔离技术，包括资源抽象模型、跨域编排策略以及保障关键业务SLA（服务等级协议）的机制。 2. 网络安全与隐私保护： 在万物互联的背景下，网络安全成为重中之重。本书介绍了基于区块链技术的去中心化身份认证（DID）在物联网（IoT）设备中的应用，以增强设备接入的信任度。同时，探讨了在数据传输过程中利用同态加密和联邦学习技术，实现数据价值挖掘与用户隐私保护的平衡方案。 3. 边缘计算与分布式智能： 边缘计算的兴起要求计算能力下沉。本章详细研究了边缘节点的能力规划、任务卸载的优化决策，以及如何利用联邦学习（Federated Learning）在分布式边缘设备上训练统一的AI模型，有效降低数据回传的延迟和带宽压力。 第四部分：新兴领域交叉与融合 本部分探索了通信技术与前沿科学的交叉融合点。 1. 通信与感知一体化（ISAC）： 这是一个极具潜力的研究方向。本书详细阐述了如何利用同一套通信信号和硬件平台，同时实现高精度目标定位、成像与数据传输。研究了基于正交频分复用（OFDM）信号的雷达测距技术，以及在毫米波频段实现的高分辨率成像算法。 2. 量子通信与后量子密码学： 介绍了量子密钥分发（QKD）的最新实验进展，尤其关注了城际和城内量子网络构建的技术难题，如量子中继器的可行性研究。同时，针对经典密码体系面临的量子计算威胁，本书系统梳理了格密码、多变量二次方程密码等后量子密码学算法的设计原理、安全分析及标准化进程。 3. 智能体的协作与博弈论： 在未来的复杂通信场景中，大量自主智能体需要进行资源竞争与协同。本书运用博弈论工具，分析了智能体在频谱分配、功率控制和路由选择中的纳什均衡点，并提出了适应性学习机制，以引导系统达到全局最优或近似最优状态。 本书力求全面、深入地展现当代信息科学研究的广度和深度，为相关领域的科研人员、工程师和高等院校师生提供一个了解当前技术热点、启发未来研究方向的综合性参考资料。
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