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出版者:人民邮电出版社

作者:[美] 美国业余无线电转播联盟

出品人:

页数:256

译者:匡磊

出版时间:2011-2

价格:55.00元

装帧:

isbn号码:9787115244994

丛书系列:业余无线电丛书

图书标签:

• 天线
• HAM
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现代通信系统中的电磁波传播与链路优化 本书简介 本书深入探讨了现代通信系统中至关重要的一个环节——电磁波在不同介质中的传播机理，以及如何基于这些机理对无线链路进行系统性的优化设计。我们旨在为工程师和研究人员提供一套全面、深入且具有高度实践指导意义的理论框架与工程工具，以应对日益复杂的无线环境挑战。 第一部分：电磁波基础理论与传播模型 本部分首先回顾了麦克斯韦方程组在描述电磁波传播中的核心地位，并在此基础上，详细阐述了平面波、球面波在自由空间中的传播特性。随后，我们将焦点转向实际环境，系统性地介绍了电磁波在不同场景下的传播模型。 第1章：电磁场理论的工程应用回顾 本章以工程应用为导向，精炼地回顾了矢量微积分在电磁场分析中的作用。重点分析了坡印廷矢量（Poynting Vector）在能量流密度计算中的应用，为后续的功率预算分析奠定基础。特别关注了材料本构关系（如介电常数、导磁率）如何影响波的相速和衰减。 第2章：自由空间与近地表面传播 详细分析了弗里斯传输公式（Friis Transmission Formula）的推导过程及其在视距（LOS）通信中的适用性。随后，深入剖析了地面反射的影响，引入了二径信道模型（Two-Ray Ground Reflection Model），精确计算了阴影衰减因子和相位差对接收信号的影响。通过大量的数值示例，展示了不同地形对信号强度的修正作用。 第3章：对流层与电离层的影响 讨论了大气层对电磁波传播的非线性影响。重点分析了大气折射对传播路径的弯曲效应，并引入了有效地球半径模型（Effective Earth Radius Model）来简化工程计算。对于高频（HF）乃至更高频段的传播，本章详述了电离层对短波通信的影响，包括斯通纳（Stoner）模型在D、E、F层反射和吸收特性上的应用。 第4章：散射、衍射与穿透传播 在非视距（NLOS）环境中，散射和衍射是决定通信质量的关键因素。本章详细介绍了基尔霍夫衍射理论（Kirchhoff Diffraction Theory）及其在简单障碍物（如尖锐边缘）上的近似应用，如克努森衍射模型（Knudsen Diffraction Model）。对于城市峡谷环境，我们引入了射线跟踪（Ray Tracing）技术的基础概念，并结合菲涅尔椭球（Fresnel Ellipsoid）的几何分析，评估了障碍物对第一菲涅尔区的影响。散射方面，重点阐述了瑞利（Rayleigh）散射和米（Mie）散射的适用范围，以及粗糙表面散射的统计特性分析。 第二部分：无线信道建模与统计特性分析 本部分转向描述复杂无线信道对信号的影响，建立起从物理传播到统计模型之间的桥梁。 第5章：多径效应与时延扩展 深入剖析了多径传播（Multipath Propagation）的本质，即接收信号是来自不同路径、携带不同时延和衰减的信号之叠加。本章详细推导了信道脉冲响应（Channel Impulse Response, CIR）的概念，并重点介绍了功率延迟谱（Power Delay Profile, PDP）的测量与分析方法。通过PDP，我们量化了均方根时延扩展（RMS Delay Spread），该参数是评估信道码间干扰（ISI）潜力的关键指标。 第6章：衰落模型与概率分布 本章系统地介绍了无线信道中信号幅度波动的统计描述。对于小范围内的快速衰落，详细分析了瑞利分布（Rayleigh Distribution）和莱斯分布（Rician Distribution）的数学特性及其物理成因（有无主导直射信号）。对于大范围内的阴影衰落，引入了对数正态分布（Lognormal Distribution）来描述由大型障碍物引起的缓慢功率变化。本章提供了大量参数估计方法，如矩估计法和最大似然估计法，用于从实际测量数据中提取分布参数。 第7章：室内与室外信道参数化模型 结合实际应用需求，本章侧重于可用于系统仿真的经验模型。对室内环境，详述了COST 231-Hata模型和Okumura-Hata模型在不同频率和环境分类（城市、郊区、乡村）下的参数调整。对于室内（In-Building）传播，介绍了基于频率的路径损耗模型，以及考虑墙体穿透损耗（Wall Loss Factor）的修正方法。 第三部分：链路优化与抗干扰技术 基于对信道特性的深入理解，本部分着重于如何设计和优化通信链路，以最大化吞吐量并提高可靠性。 第8章：接收端信号处理与分集技术 本章探讨了对抗多径衰落的关键技术——分集技术（Diversity Techniques）。详细分析了空分复用（Spatial Diversity）、频率分集（Frequency Diversity）和时间分集（Time Diversity）的原理。对接收机侧的组合技术，如最大比合并（Maximal Ratio Combining, MRC）和选择性合并（Selection Combining, SC），进行了性能比较分析，并计算了它们在不同衰落环境下误码率（BER）的提升效果。 第9章：MIMO系统中的空间复用与波束赋形 引入多输入多输出（MIMO）系统的概念。阐述了信道容量的提升（香农容量公式在MIMO下的扩展）。详细介绍了空间复用（Spatial Multiplexing）技术，如迫零（ZF）和最小均方误差（MMSE）检测器的设计原则。同时，探讨了波束赋形（Beamforming）技术在提升信噪比（SNR）和实现空间复用中的作用，特别是自适应波束形成算法（如最小化干扰加噪声功率，MINT）的实现流程。 第10章：动态信道估计与跟踪 在实际动态环境中，信道参数是随时间变化的。本章聚焦于信道状态信息（CSI）的获取。介绍了基于导频序列的最小二乘（LS）信道估计和维纳滤波（Wiener Filtering）在抑制噪声和提高估计精度方面的优势。此外，还讨论了卡尔曼滤波（Kalman Filtering）在跟踪快速变化的信道时的应用潜力，并分析了CSI反馈延迟对系统性能的限制。 结论与展望 本书总结了当前电磁波传播研究的前沿方向，包括太赫兹通信中的传播损耗、可见光通信（VLC）中的信道特性，以及智能反射面（RIS）在未来无线环境中对传播路径的重塑潜力，为读者未来的研究和工程实践指明了方向。 本书适合通信工程、电子信息工程、微波技术及相关领域的本科高年级学生、研究生以及致力于无线系统设计的工程师和科研人员参考。

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我必须强调这本书在结构安排上的匠心独运。它以一种近乎音乐般的节奏展开，从宏大的背景铺垫，到核心原理的精细分解，再到高级主题的逐步引入，层次分明，过渡自然。它避免了那种常见的“堆砌知识点”的低效做法，而是围绕着几个核心的设计理念进行螺旋式上升的阐述。例如，关于参数提取和模型建立的部分，作者并没有简单地罗列公式，而是将这些数学工具置于整个设计流程的上下文之中，清晰地展示了每一步计算背后的工程意义和适用范围。更值得一提的是，书中对仿真工具的使用和结果解读的讨论，展现了作者对现代工程实践的深刻洞察。他清晰地指出了仿真模型的局限性，并告诫读者不要盲目相信软件的输出，而是要结合物理直觉进行验证。这种对工具的批判性使用，是许多初级教材所缺失的宝贵视角。这本书帮助我建立了一种结构化的设计框架，让我在面对复杂系统设计时，不再感到无从下手，而是能有条不紊地拆解问题，逐一击破。

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这本书的阅读体验是极其流畅和富有启发性的，它成功地在理论的严谨性和实际应用的可操作性之间架起了一座坚固的桥梁。最让我惊喜的是它对“遗留问题”的处理方式。作者并没有回避那些在实际工程中经常遇到的棘手问题，比如寄生效应、串扰以及热稳定性等。相反，他将这些视为设计过程中不可避免的一部分，并提供了经过时间检验的调试和解决策略。这种基于经验的分享，远比纯粹的数学推导来得宝贵。比如，书中对特定封装技术带来的电磁兼容性挑战的分析，简直就像是打开了另一扇门，让我明白为什么同样的设计在不同的制造批次中会出现性能波动。而且，书中引用了大量的案例研究，这些案例并非凭空捏造，而是基于真实世界的项目，这极大地增强了内容的可信度和吸引力。对于正在从事项目研发的工程师来说，这本书提供的不是理论知识，而是可以直接应用于工作中的“工具箱”和“最佳实践”。它不是让你死记硬背，而是引导你去思考如何避免那些看似微小却能导致项目失败的陷阱。

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这本书给我带来的最深刻印象，是它所蕴含的对精确性和鲁棒性的极致追求。它不仅仅教授如何设计出“能工作”的东西，更重要的是，它教会读者如何设计出“在各种环境下都能稳定可靠地工作”的东西。这种对系统可靠性的关注贯穿了全书。我特别欣赏作者在讲解性能指标时所采用的统计学方法，这使得最终的设计方案不仅仅是一个点，而是一个具有可接受风险范围的区间。书中关于测试和验证方法的详细描述，也极大地拓宽了我的视野。它不仅仅停留在理论层面，还涵盖了实际测试中如何设置测试台、如何排除环境干扰等实用的技巧。读完这些章节，我深刻体会到，一个真正优秀的设计，必然是经过了严苛的、多维度的验证的。这本书的文字风格冷峻而精准，没有丝毫多余的浮夸，每一个句子都像一个经过精心打磨的逻辑单元，直指核心。它像是一本资深专家的备忘录，记录了他多年来在无数次成功与失败中提炼出的真知灼见，对于任何希望在专业领域达到精深境界的人来说，都是不可多得的宝藏。

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我对这本书的评价可以用“震撼”来形容，因为它彻底颠覆了我对传统教科书的刻板印象。它的深度和广度都令人印象深刻，绝非泛泛而谈的科普读物，而是深入到工程实践的核心地带。特别是书中对于系统级设计的论述，简直是教科书级别的范例。作者没有满足于仅仅描述“是什么”，而是深入剖析了“为什么会这样”以及“如何才能做得更好”。我尤其欣赏它在权衡设计目标（比如带宽、增益、噪声系数）时的那种精妙的平衡艺术的描述。许多其他同类书籍往往只提供标准化的解决方案，但这本书却鼓励读者去质疑既有的假设，去探索优化的边界。其中关于材料选择对性能影响的章节，分析得极其透彻，让我明白了即便是微小的材料差异，在高性能系统中也会被放大成巨大的性能差距。这本书更像是一部工程哲学的体现，它教会的不仅仅是技术，更是一种解决问题的思维方式。读完它，我感觉自己看待任何电子系统的方式都变得更加全面和批判性了，从设计之初的宏观构想到最终的实现细节，都有了更深刻的理解。

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这本书简直是本令人耳目一新的入门指南，特别是对于那些初次接触复杂电子工程概念的人来说。作者的叙述方式非常平易近人，就像一位经验丰富的导师在旁边耐心讲解一样。我记得第一次翻开它的时候，还担心那些生涩的术语和公式会让我望而却步，但事实证明我的担忧完全是多余的。书中对基础物理原理的阐述非常扎实，没有急于求成地跳到高深的理论层面，而是花了大量的篇幅来打地基。举例来说，它用非常直观的方式解释了电磁波的传播特性，我甚至能想象出那些波形在空间中起伏的样子。书中配图的质量也值得称赞，那些清晰的示意图和流程图，极大地帮助我理解了抽象的概念。虽然内容涉及工程领域，但作者成功地将枯燥的技术细节融入到实际的应用场景中，让人感觉这些知识是“活的”，而不是躺在书页上的死知识。读完第一部分，我感觉自己对整个射频和微波领域的宏观图景有了一个清晰的认识，为后续深入学习打下了坚实的基础。这本书的价值在于它提供的清晰度和可操作性，它真的做到了让初学者感到“我能行”。

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