Wireless Networks

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出版者:
作者:Feng, Jia
出品人:
页数:401
译者:
出版时间:
价格:129
装帧:
isbn号码:9781606924617
丛书系列:
图书标签:
  • 无线网络
  • 无线通信
  • 网络安全
  • 移动通信
  • 无线局域网
  • WLAN
  • Wi-Fi
  • 5G
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具体描述

经典文献导读:探寻信息时代基石的恢弘画卷 本书并非聚焦于我们日常接触和使用的无线网络技术,而是致力于深入挖掘和剖析支撑现代信息社会运转的那些更为基础、更为宏大,且在技术发展史上具有里程碑意义的经典理论与历史文献。我们试图搭建一座桥梁,连接那些被时间沉淀下来的、对信息科学和通信理论产生深远影响的智慧结晶,而非探讨当前主流的Wi-Fi标准、5G部署或物联网连接的具体实现细节。 第一部分:信息论的奠基与信息之熵的哲学深度 本书的首篇将目光投向克劳德·香农(Claude Shannon)的开创性工作。我们不会停留在对“香农公式”的简单应用层面,而是将其视为理解信息本质的哲学入口。 一、 香农时代的黎明:信息之熵的再诠释 我们详尽梳理了《通信的数学理论》(A Mathematical Theory of Communication)的诞生背景,重点分析了香农如何成功地将“信息”这一抽象概念转化为可量化的数学实体。这部分内容将详细探讨“信息熵”(Entropy)的数学推导及其在概率论中的地位。更重要的是,我们将深入挖掘熵在物理学(与玻尔兹曼的熵概念的对比和联系)、统计学以及决策理论中的跨学科影响。我们关注的是,当信息被视为一种资源或不确定性的度量时,其在信息论框架内所蕴含的深刻含义,而不是如何利用这些信息去优化一个特定的无线链路的吞吐量。 二、 信道编码与信源编码的理论极限 本书将重点解析无噪声信道编码定理和有噪声信道编码定理的理论意义。我们将追溯这些定理在提出之初,对工程实践的局限性与未来方向的指导作用。例如,我们探讨了低密度奇偶校验码(LDPC)和Turbo码的理论渊源,分析它们如何一步步逼近香农限的数学美感,而非详细介绍这些编码方案在现代无线通信协议栈中的具体比特流处理流程。我们关注的是“极限在哪里”,而不是“如何达到这个极限”。 第二部分:控制论与反馈机制的统一视角 在信息论之后,本书转向了早期关于系统、控制和反馈机制的探索,这些理论为后来的自适应通信系统提供了抽象的数学模型。 三、 维纳的视野:控制、预测与噪声 我们将对诺伯特·维纳(Norbert Wiener)的《控制论》(Cybernetics)进行细致的导读。这里的重点在于“控制”和“反馈回路”的思想如何跨越生物学、机械工程和通信系统,构建起一个统一的动态系统模型。我们关注的是如何利用过去的信息(反馈)来最优地控制未来系统的状态,这与现代无线系统中闭环功率控制或波束赋形背后的抽象数学思想是一脉相承的,但本书着重于控制论的普适性原理,例如“信号与噪声的”滤波问题,而不是在具体数字通信系统中如何实现最小均方误差(MMSE)滤波器。我们将分析维纳滤波理论的数学结构及其在信号处理领域早期的应用场景,如雷达和自动控制。 第三部分:交换与路由的早期逻辑构建 现代网络的核心在于数据包的交换与路由。本书将回溯到早期的网络拓扑结构和分组交换理论的萌芽阶段。 四、 随机过程在数据包到达建模中的应用 在探讨网络拥塞和性能分析时,本书将聚焦于排队论(Queuing Theory)的经典模型,特别是对M/M/1、M/G/1等模型的基础性介绍。我们分析这些模型如何用泊松过程和指数分布来描述随机到达的通信请求,以及如何计算等待时间和系统饱和度。这部分内容是理解任何基于分组的通信系统(无论是早期的ARPANET还是现代互联网)性能瓶颈的理论基石,其关注点在于随机事件流的数学刻画,而非具体的TCP/IP协议栈的握手过程。 五、 路由的抽象:图论与网络流 我们将引入图论在网络连接问题中的应用。这包括对最短路径算法(如Dijkstra算法的理论基础)的审视,以及对网络最大流/最小割定理的解析。这些理论为数据如何在复杂的互连系统中寻找最优路径提供了纯粹的数学框架。我们讨论的是网络连接的拓扑结构和流的约束,而不是BGP或OSPF等具体路由协议的实现细节。 第四部分:电磁波理论的宏观回溯与挑战 尽管本书主体远离现代无线网络,但对电磁波传播的经典理解是不可或缺的理论背景。 六、 麦克斯韦方程组的工程解读与波动方程的几何光学近似 本书简要回顾麦克斯韦方程组的统一性,并重点分析其在自由空间传播中的简化形式——波动方程。我们将探讨惠更斯-菲涅尔原理在理解波的衍射和散射中的作用,以及几何光学对射线传播的近似在早期通信和雷达系统中的应用。这里的重点是电磁场在宏观上的行为规律,而非特定频率下的信道衰落模型(如瑞利或莱斯衰落)的具体参数估计。 总结:理论的永恒与实践的更迭 本书的最终目的,是引导读者跳出对特定技术规范的沉迷,回溯到支撑一切现代通信系统的那些坚实、优雅且跨越时代的数学和理论框架。这些理论是信息时代的哲学基石,其深刻性并未因技术代际的更迭而有丝毫减弱。我们探讨的是“如何用数学描述通信的本质”,而非“如何配置最新的无线路由器”。本书提供的是对信息科学底层逻辑的深刻洞察,是理解任何通信技术演进脉络的必备理论工具箱。

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用户评价

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我向来认为,一本好的技术书籍,其价值不仅在于它告诉了你“是什么”,更在于它告诉你“为什么不应该这样做”。这本书在这方面做得尤为出色,它在讨论各种主流无线接入技术时,总会留出专门的篇幅来“批判性地审视”其设计上的缺陷或性能瓶颈。举个例子,当介绍蜂窝网络中的软切换机制时,作者并没有停留在介绍切换流程本身,而是深入剖析了切换失败对用户体验的影响,并对比了基于信号强度和基于信道质量的切换判据在不同移动场景下的优劣,甚至给出了一个关于切换延迟与掉线率的帕累托最优曲线的分析。更让我感到惊喜的是,书中对功耗管理的探讨,它没有停留在简单的睡眠模式切换,而是详尽地分析了射频前端、基带处理单元以及MAC层调度算法之间的功耗耦合关系。作者甚至构建了一个多目标优化模型,旨在平衡系统的吞吐量、公平性与整体能耗,并展示了在特定负载条件下,激进的能耗节省策略如何导致不可接受的网络抖动。这种全景式的、带着批判性思维的审视角度,极大地拓宽了我的视野,让我明白在工程实践中,任何技术选择都是一系列妥协的艺术,而这本书恰恰教会了我如何更好地权衡这些妥协。

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我是在为下一代物联网(IoT)设备的低功耗通信协议做研究时接触到这本书的。我本意是想找一本关于 LoRaWAN 或 NB-IoT 深度解析的书籍,但意外地在这本《Wireless Networks》中发现了对这些前沿技术更深层次的、跨协议的思考框架。书中虽然没有直接用“NB-IoT”这样的名字去命名章节,但它用非常精辟的语言描述了超窄带(UWB)通信的脉冲整形、能量检测的门限设置,以及在极低信噪比环境下如何通过提升接收机的集成时间来提高灵敏度。这些原理性的讨论,直接对应了当前许多LPWAN技术的核心设计思路。更让我受益的是,作者花了好几章的篇幅来讨论网络切片(Network Slicing)和虚拟化在无线资源管理中的应用前景。他们没有仅仅停留在概念层面,而是深入探讨了如何使用SDN(软件定义网络)控制器来动态调整物理资源的隔离粒度,以满足不同“切片”对延迟和带宽的差异化需求。书中对这种分层控制架构的建模和仿真结果的展示,为我思考如何为不同的IoT应用(例如,对延迟敏感的自动驾驶和对带宽敏感的视频监控)设计定制化的网络服务,提供了坚实的理论基础和工程参考。可以说,这本书提供的是一种“元知识”,关于如何设计任何未来无线系统的底层思维模式,而非仅仅是当前流行技术的说明手册。

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这本书的排版和插图质量简直是业界典范,这对于理解那些抽象的信号处理概念至关重要。特别是关于波束形成和多天线阵列的部分,作者避免了使用那种拥挤不堪、线条交叉的二维示意图。相反,他们采用了优雅的三维透视图,清晰地展示了波束在空间中的主瓣和旁瓣的相对位置,以及当用户移动时,阵列响应面如何平滑地跟踪目标方向。我特别喜欢其中对于“信道状态信息”(CSI)获取难度在实际环境中的可视化处理。作者用一系列不同颜色和透明度的图层叠加,来模拟实际链路中CSI反馈的时延和量化误差,这使得“信道估计误差”这个抽象的概念立刻变得具体可感。此外,书中对算法流程的描述采用了大量的伪代码块,这些伪代码块不仅格式清晰,而且注释详尽,几乎可以直接被移植到仿真环境中去验证。相比于那些只有文字和公式堆砌的书籍,这种注重“可视化和可操作性”的编排方式,极大地降低了学习曲线,让原本晦涩的算法细节变得触手可及。每次我感到理论理解有些模糊时,翻到相应的插图和伪代码处,总能立即找到清晰的线索,这无疑是这本书作为工具书的巨大优势。

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这本书的行文风格极其冷峻且逻辑严密,充满了浓厚的学术气息,仿佛作者的每一个论断都必须建立在无可辩驳的数学证明之上。我对其中关于容量极限与干扰协调的章节印象最为深刻。它没有使用太多比喻或者生活化的例子来解释夏农极限的推导过程,而是直接给出了完整的积分形式和相关的约束条件,每一步的变换都清晰地列出了所依据的定理或引理。对于我这种追求“知其所以然”的读者来说,这种“硬核”的表达方式简直是醍醐灌顶。特别是涉及到大规模MIMO(Massive MIMO)系统的预编码矩阵设计时,作者引入了奇异值分解(SVD)和瑞利商分布的统计特性分析,计算量之大让人望而生畏,但一旦你跟上作者的思路,你会发现所有看似复杂的优化问题,最终都可以归结为对特定矩阵性质的巧妙利用。书中对非正交多址接入(NOMA)的讨论也极具前瞻性,它并未简单地宣扬NOMA的优势,而是非常冷静地分析了其在实际网络中引入的复杂干扰管理挑战,并提出了几种基于功率域划分的解耦方案,这些方案的细节处理得非常精妙,涉及到大量的线性代数和优化理论的应用。阅读这部分内容时,我的笔记本上画满了各种流程图和矩阵,深感这是一部需要搭配高级微积分和概率论知识才能真正消化的著作,它的深度远超一般行业白皮书的水平。

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这本书的封面设计简洁得近乎朴素,灰蓝色的底调,配上纤细的白色字体,仿佛在宣告其内容的严谨与专业。我拿到它的时候,首先被其厚重感所吸引,这本《Wireless Networks》无疑是那种需要投入大量时间去啃读的参考书。我原以为它会像许多同类书籍一样,开篇就扎入802.11协议的深层技术细节,或者一头栽进复杂的信道编码理论中去。然而,初翻之下,我发现它的叙事方式显得异常沉稳,更像是一位经验丰富的老工程师在向新晋的同事传授“野外生存”的经验,而不是冰冷的教科书堆砌公式。它似乎花费了大量的篇幅来构建一个宏大的背景框架,详细梳理了无线通信从早期跳频技术到现代OFDM、MIMO系统演进的历史脉络。尤其是关于频谱资源分配的历史争论和标准制定过程中的政治博弈,作者用了相当生动的笔触进行了描绘,这让原本枯燥的技术发展史变得引人入胜。它没有急于展示最新的Wi-Fi 7特性,而是花了整整两章的篇幅来深入剖析了隐藏在日常连接背后的物理层基础,比如瑞利衰落模型在不同环境下的修正应用,以及如何通过波束赋形的概念来克服视距传输的限制。这种由宏观到微观,由历史到现实的铺陈,让读者在真正接触具体的技术名词之前,就已经对整个无线世界的运行逻辑有了深刻的、结构化的理解。读完前三分之一,我感觉自己像是完成了一次漫长的攀登,终于站在了一个可以俯瞰整个技术森林的高地,对后续的深入探索充满了信心和期待。

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