图书简介:
第一部分 引言第1章 无线业务的应用和需求 1.1 历史 1.1.1 一切是如何开始的 1.1.2 第一个系统 1.1.3 模拟蜂窝系统 1.1.4 GSM及世界范围的蜂窝革命 1.1.5 新无线系统及电信泡沫的爆裂 1.1.6 无线通信的复兴 1.2 业务类型 1.2.1 广播 1.2.2 寻呼 1.2.3 蜂窝电话 1.2.4 集群无线电 1.2.5 无绳电话 1.2.6 无线局域网 1.2.7 个域网 1.2.8 固定无线接入 1.2.9 ad hoc网络和传感器网络 1.2.10 卫星蜂窝通信 1.3 业务需求 1.3.1 数据速率 1.3.2 覆盖范围和用户数目 1.3.3 移动性 1.3.4 能量消耗 1.3.5 频谱的使用 1.3.6 传输方向 1.3.7 服务质量 1.4 经济和社会因素 1.4.1 构建无线通信系统的经济条件 1.4.2 无线通信市场 1.4.3 行为影响力第2章无线通信的技术挑战 2.1 多径传播 2.1.1 衰落 2.1.2 符号间干扰 2.2 频谱限制 2.2.1 频率的分配 2.2.2 受管制频谱的频率重用 2.2.3 非管制频谱的频率重用 2.3 能量限制 2.4 用户移动性第3章噪声受限和干扰受限系统 3.1 引言 3.2 噪声受限系统 3.2.1 链路预算 3.3 干扰受限系统第二部分 无线传播信道第4章 传播机制 4.1 自由空间衰减 4.2 反射和透射 4.2.1 斯涅尔(Snell)定律 4.2.2 分层电介质结构的反射和透射 4.2.3 d-4功率定律 4.3 绕射 4.3.1 单屏或楔形绕射 4.3.2 多屏绕射 4.4 粗糙表面的散射 4.4.1 基尔霍夫理论 4.4.2 微扰理论 4.5 波导 4.6 附录深入阅读第5章 无线信道的统计描述 5.1 引言 5.2 时不变两径模型 5.3 时变两径模型 5.4 不含主导分量的小尺度衰落 5.4.1 一个计算机实验 5.4.2 振幅与相位统计量的数学推导 5.4.3 瑞利分布的性质 5.4.4 瑞利分布场强的衰落余量 5.5 含有主导分量的小尺度衰落 5.5.1 一个计算机实验 5.5.2 振幅和相位分布的推导 5.5.3 Nakagami分布 5.6 多普勒谱 5.6.1 移动中的移动台的时变性 5.6.2 固定无线系统中的时变性 5.7 衰落的时间依赖性 5.7.1 电平通过率 5.7.2 平均衰落持续时间 5.7.3 随机频率调制 5.8 大尺度衰落 5.9 附录深入阅读第6章 宽带和方向性信道的特性 6.1 引言 6.2 延迟色散的成因 6.2.1 两径模型 6.2.2 一般的情况 6.3 无线信道的系统理论描述 6.3.1 确定性线性时变系统的特性 6.3.2 随机系统函数 6.4 WSSUS模型 6.4.1 广义平稳 6.4.2 非相关散射 6.4.3 WSSUS假设 6.4.4 抽头延迟线模型 6.5 精简参数 6.5.1 相关函数的积分 6.5.2 功率延迟分布的矩 6.5.3 多普勒谱的矩 6.5.4 相干带宽和相干时间 6.5.5 窗参数 6.6 超宽带信道 6.6.1 具有大相对带宽的超宽带信号 6.6.2 具有大绝对带宽的超宽带信号 6.7 方向性描述 6.8 附录深入阅读第7章 信道模型 7.1 引言 7.2 窄带模型 7.2.1 小尺度和大尺度衰落模型 7.2.2 路径损耗模型 7.3 宽带模型 7.3.1 抽头延迟线模型 7.3.2 功率延迟分布模型 7.3.3 射线和簇到达时间模型 7.3.4 标准化的信道模型 7.4 方向性模型 7.4.1 一般模型结构及因子分解 7.4.2 基站处的角度色散 7.4.3 移动台处的角度色散 7.4.4 极化 7.4.5 模型实现 7.4.6 标准化方向性模型 7.4.7 多输入多输出矩阵模型 7.5 确定性信道建模方法 7.5.1 射线发射 7.5.2 射线跟踪 7.5.3 有效性考虑 7.5.4 地理数据库 7.6 附录深入阅读第8章 信道探测 8.1 引言 8.1.1 信道探测的必要性 8.1.2 通用探测器结构 8.1.3 无线信道的可辨识性 8.1.4 对测量数据的影响 8.2 时域测量 8.2.1 冲激探测器 8.2.2 相关探测器 8.3 频域分析 8.4 改进的测量方法 8.4.1 扫描延迟互相关器 8.4.2 逆滤波 8.4.3 平均 8.4.4 同步 8.4.5 矢量网络分析仪测量 8.5 可分辨方向测量 8.5.1 接收阵列的数据模型 8.5.2 波束成形 8.5.3 高分辨率算法 8.5.4 多输入多输出测量 8.6 附录深入阅读第9章 天线 9.1 引言 9.1.1 天线的系统集成 9.1.2 天线参量特征 9.2 移动台天线 9.2.1 单极子和偶极子天线 9.2.2 螺旋天线 9.2.3 微带天线 9.2.4 平面倒F形天线 9.2.5 辐射耦合双L形天线 9.2.6 多波段天线 9.2.7 移动台天线的安置 9.3 基站天线 9.3.1 天线类型 9.3.2 阵列天线 9.3.3 改进天线方向图 9.3.4 环境对天线方向图的影响深入阅读 第三部分 收发信机设计和信号处理第10章 无线通信链路结构 10.1 收发信机结构 10.2 简化模型深入阅读第11章 调制 11.1 引言 11.2 基本概念 11.2.1 脉冲幅度调制 11.2.2 多脉冲调制和连续相位调制 11.2.3 功率谱 11.2.4 信号空间图 11.3 几种重要的调制 11.3.1 二进制相移键控 11.3.2 正交相移键控QPSK 11.3.3 π/4 DQPSK 11.3.4 偏移正交相移键控 11.3.5 高阶调制 11.3.6 二进制频移键控 11.3.7 最小频移键控 11.3.8 最小频移键控的解调 11.3.9 高斯最小频移键控 11.3.10 脉冲位置调制 11.3.11 频谱效率小结 11.4 附录深入阅读第12章 解调 12.1 加性高斯白噪声信道中的解调器结构和差错率 12.1.1 信道模型和噪声 12.1.2 信号空间图及最佳接收机 12.1.3 差错率的计算方法 12.2 平坦衰落信道中的差错率 12.2.1 平均误比特率(经典的计算方法) 12.2.2 计算平均差错率的另一种方法 12.2.3 中断概率与平均差错概率 12.3 延迟及频率色散衰落信道中的差错概率 12.3.1 差错基底的物理原因 12.3.2 采用群延迟方法计算差错基底 12.3.3 一般衰落信道: 二次高斯变量法 12.3.4 误比特率深入阅读第13章 分集 13.1 引言 13.1.1 分集的原理 13.1.2 相关系数的定义 13.2 微分集 13.2.1 空间分集 13.2.2 时间分集 13.2.3 频率分集 13.2.4 角度分集 13.2.5 极化分集 13.3 宏分集和同播 13.4 信号的合并 13.4.1 选择式分集 13.4.2 开关分集 13.4.3 合并分集 13.5 在衰落信道中分集接收的差错率 13.5.1 平坦衰落信道中的差错率 13.5.2 频率选择性衰落信道中的差错率 13.6 发射分集 13.6.1 具有信道状态信息的发射机分集 13.6.2 无信道状态信息的发射机分集 13.7 附录深入阅读第14章 信道编码 14.1 编码与信息论基础 14.1.1 编码历史与动机 14.1.2 信息论的基础概念 14.1.3 信道容量 14.1.4 功率与带宽的关系 14.1.5 与实际系统的关系 14.1.6 实际编码的分类 14.2 分组编码 14.2.1 引言 14.2.2 编码 14.2.3 译码 14.2.4 差错识别和纠正 14.2.5 级联码 14.3 卷积码 14.3.1 卷积码原理 14.3.2 维特比译码(经典表示) 14.3.3 维特比算法的改进 14.4 网格编码调制 14.4.1 基本原理 14.4.2 集分割 14.5 比特交织编码调制 14.6 Turbo码 14.6.1 引言 14.6.2 编码器 14.6.3 Turbo译码器 14.7 低密度奇偶校验码 14.7.1 低密度奇偶校验码的定义 14.7.2 低密度奇偶校验码的编码 14.7.3 低密度奇偶校验码的译码 14.7.4 性能改进 14.8 衰落信道的编码 14.8.1 交织 14.8.2 分组码 14.8.3 卷积码 14.8.4 级联码 14.8.5 衰落信道下的网格编码调制 14.9 衰落信道的信息论性能限 14.9.1 各态历经容量与中断容量 14.9.2 仅接收端已知信道状态信息的容量 14.9.3 CSIT和CSIR的容量——注水法 14.10 附录深入阅读第15章 语音编码 15.1 引言 15.1.1 语音电话作为对话多媒体业务 15.1.2 信源编码基础 15.1.3 语音编码器设计 15.2 语音 15.2.1 语音的产生 15.2.2 语言声学 15.2.3 语音感知 15.3 语音信号的随机模型 15.3.1 短时平稳模型 15.3.2 线性预测声码器(LPC) 15.3.3 正弦模型 15.3.4 谐波+噪声模型 15.3.5 循环平稳模型 15.4 量化和编码 15.4.1 标量量化 15.4.2 矢量量化 15.4.3 预编码中的噪声成形 15.4.4 合成分析 15.4.5 信源信道联合编码 15.5 从语音传输到声音的远程呈现 15.5.1 语音激活检测 15.5.2 接收端增强 15.5.3 回声和噪声 15.5.4 远程呈现的业务增强深入阅读第16章 均衡器 16.1 引言 16.1.1 时域和频域均衡 16.1.2 信道和均衡器的模型 16.1.3 信道估计 16.2 线性均衡器 16.2.1 迫零均衡器 16.2.2 最小均方误差准则 16.2.3 均方误差均衡器的自适应算法 16.2.4 其他线性结构 16.3 判决反馈均衡器 16.3.1 最小均方误差判决反馈均衡器 16.3.2 迫零判决反馈均衡器 16.4 最大似然序列估计: 维特比检测器 16.5 均衡器结构的比较 16.6 分数间隔均衡器 16.7 盲均衡 16.7.1 简介 16.7.2 恒模算法 16.7.3 盲最大似然估计 16.7.4 使用二阶或高阶统计特性的算法 16.7.5 评价 16.8 附录深入阅读 第四部分 多址和高级收发信机方案第17章 多址和蜂窝原理 17.1 引言 17.2 频分多址 17.2.1 频率划分实现多址 17.2.2 中继增益 17.3 时分多址 17.4 分组无线电 17.4.1 ALOHA 17.4.2 载波侦听多址 17.4.3 分组预约多址 17.4.4 各方式之间的比较 17.4.5 分组无线电的路由问题 17.5 双工 17.6 蜂窝网络原理 17.6.1 重用距离 17.6.2 小区形状 17.6.3 六边形小区的小区规划 17.6.4 增加容量的方法 17.7 附录深入阅读第18章 扩展频谱系统 18.1 跳频多址 18.1.1 跳频原理 18.1.2 跳频多址(FHMA) 18.2 码分多址 18.2.1 直接序列扩频的基本原理 18.2.2 多址 18.2.3 数学表示 18.2.4 码分多址情况下的多径传播效应 18.2.5 同步 18.2.6 码族 18.3 蜂窝码分多址系统 18.3.1 码分多址原理回顾 18.3.2 功率控制 18.3.3 提升容量的方法 18.3.4 与其他多址方式的结合 18.4 多用户检测 18.4.1 简介 18.4.2 线性多用户检测 18.4.3 非线性多用户检测器 18.5 跳时脉冲无线电 18.5.1 简易脉冲无线电 18.5.2 跳时脉冲无线电 18.5.3 延迟色散信道下的脉冲无线电深入阅读第19章 正交频分复用 19.1 引言 19.2 正交频分复用的原理 19.3 收发信机实现 19.4 频率选择性信道 19.4.1 循环前缀 19.4.2 频率选择性信道中的性能 19.4.3 编码正交频分复用 19.5 信道估计 19.5.1 基于导频符号的方法 19.5.2 基于离散导频的方法 19.5.3 基于特征值分解的算法 19.6 峰平比 19.6.1 峰平比问题的起因 19.6.2 降低峰平比的方法 19.7 载波间干扰 19.8 自适应调制和容量 19.8.1 信道质量估计 19.8.2 参数自适应 19.8.3 选定参数信号发射 19.9 正交频分多址接入 19.10 多载波码分多址 19.11 采用频域均衡的单载波调制深入阅读第20章 多天线系统 20.1 智能天线 20.1.1 什么是智能天线 20.1.2 目的 20.1.3 增大容量 20.1.4 接收机结构 20.1.5 天线权重调整算法 20.1.6 上行链路与下行链路 20.1.7 下行链路中的天线权重自适应算法 20.1.8 网络方面 20.1.9 多用户分集和随机波束成形 20.2 多输入多输出系统 20.2.1 引言 20.2.2 空分复用如何发挥作用 20.2.3 系统模型 20.2.4 信道状态信息 20.2.5 非衰落信道的容量 20.2.6 平坦衰落信道的容量 20.2.7 信道的影响 20.2.8 分层空时结构 20.2.9 分集 20.2.10 分集、波束成形增益和空分复用的权衡 20.2.11 MIMO反馈 20.3 多用户MIMO 20.3.1 性能限制 20.3.2 调度 20.3.3 上行链路线性预编码 20.3.4 下行链路线性预编码 20.3.5 闭环系统和量化反馈 20.3.6 基站协作深入阅读第21章 认知无线电 21.1 问题描述 21.2 认知收发信机结构 21.3 交织原理 21.4 频谱感知 21.4.1 分级系统中的频谱感知 21.4.2 探测器的类型 21.4.3 多节点检测 21.4.4 认知导频 21.5 频谱管理 21.5.1 频谱机会跟踪 21.6 频谱共享 21.6.1 引言 21.6.2 非合作博弈 21.6.3 部分合作博弈 21.6.4 集中式方案 21.7 填充式 21.8 下垫式分级接入: 超宽带系统通信深入阅读第22章 中继、多跳和协作通信 22.1 引言与起缘 22.1.1 中继原理 22.2 中继基础 22.2.1 基本协议 22.2.2 译码转发 22.2.3 放大转发 22.2.4 压缩转发 22.3 多节点并行中继 22.3.1 中继选择 22.3.2 分布式波束成形 22.3.3 正交信道传输 22.3.4 分布式空时码 22.3.5 编码协作 22.3.6 喷泉码 22.4 多跳网络中的路由和资源分配 22.4.1 数学基础 22.4.2 路由协议的目标和分类 22.4.3 源路由 22.4.4 基于链路状态路由 22.4.5 距离矢量路由 22.4.6 基于地理的路由 22.4.7 分级路由 22.4.8 节点移动性的影响 22.4.9 数据驱动路由 22.4.10 功率分配策略 22.4.11 多消息路由——随机网络优化 22.4.12 比例法则 22.5 协作网络中的路由和资源分配 22.5.1 分离边路由和任意路径路由 22.5.2 带有能量累积的路由 22.5.3 喷泉码 22.5.4 其他协作路由问题 22.5.5 比例法则 22.6 各种应用 22.6.1 专用中继 22.6.2 无线自组织网络中的中继和用户协作 22.7 网络编码 22.7.1 双向中继 22.7.2 网络编码基础 22.7.3 网络编码应用于无线网络 22.7.4 干扰对准深入阅读第23章 视频编码 23.1 引言 23.1.1 数字视频表示和格式 23.1.2 视频编码结构 23.2 变换和量化 23.2.1 离散余弦变换 23.2.2 标量量化 23.3 预测 23.3.1 帧内预测 23.3.2 帧间预测 23.4 熵编码 23.4.1 哈夫曼编码 23.4.2 算术编码 23.5 视频编码标准 23.6 分层视频编码 23.6.1 可伸缩视频编码 23.6.2 多视角视频编码(MVC) 23.7 差错控制 23.7.1 传输层机制 23.7.2 视频容错编码 23.7.3 解码端错误掩盖 23.8 视频流深入阅读 第五部分 标准的无线通信系统第24章 全球移动通信系统 24.1 历史回顾 24.2 系统概述 24.2.1 基站子系统 24.2.2 网络和交换子系统 24.2.3 运行支持子系统 24.3 空中接口 24.4 逻辑与物理信道 24.4.1 逻辑信道 24.4.2 逻辑信道与物理信道之间的映射 24.5 同步 24.5.1 频率同步 24.5.2 时间同步 24.5.3 定时提前 24.5.4 突发结构小结 24.6 编码 24.6.1 语音编码 24.6.2 信道编码 24.6.3 加密 24.6.4 跳频 24.7 均衡器 24.8 电路交换数据传输 24.9 建立连接和切换 24.9.1 识别号码 24.9.2 移动用户识别 24.9.3 建立连接的例子 24.9.4 不同类型切换举例 24.10 业务和计费 24.10.1 现有业务 24.10.2 计费 24.11 GSM术语 24.12 附录深入阅读第25章 IS-95和CDMA 2000 25.1 历史回顾 25.2 系统概述 25.3 空中接口 25.3.1 工作频段和双工方式 25.3.2 扩频和调制 25.3.3 功率控制 25.3.4 导频信号 25.4 编码 25.4.1 语音编码器 25.4.2 纠错编码 25.5 扩频和调制 25.5.1 长、短扩频码和Walsh码 25.5.2 上行链路扩频与调制 25.5.3 上行链路数据突发随机化和门控 25.5.4 下行链路扩频和调制 25.5.5 讨论 25.6 逻辑和物理信道 25.6.1 业务信道 25.6.2 接入信道 25.6.3 导频信道 25.6.4 同步信道 25.6.5 寻呼信道 25.6.6 功率控制子信道 25.6.7 将逻辑信道映射为物理信道 25.7 越区切换 25.8 附录深入阅读第26章 WCDMA/UMTS 26.1 历史回顾 26.2 系统概述 26.2.1 物理层概述 26.2.2 网络结构 26.2.3 层次蜂窝结构 26.2.4 数据速率和服务分类 26.3 空中接口 26.3.1 频带和双工 26.3.2 时域双工和频域双工的模式 26.3.3 射频相关的方面 26.4 物理和逻辑信道 26.4.1 逻辑信道 26.4.2 物理信道 26.5 语音编码、复用和信道编码 26.5.1 语音编码 26.5.2 复用和交织 26.6 扩频和调制 26.6.1 帧结构、扩频码和沃尔氏哈达曼(WalshHadamard)码 26.6.2 上行链路 26.6.3 下行链路 26.7 物理层过程 26.7.1 小区搜索和同步 26.7.2 建立连接 26.7.3 功率控制 26.7.4 切换 26.7.5 过载控制 26.8 WCDMA术语深入阅读第27章 3GPP长期演进 27.1 引言 27.1.1 历史 27.1.2 目标 27.2 系统概述 27.2.1 频带和频谱灵活性 27.2.2 网络结构 27.2.3 协议结构 27.2.4 物理层和MAC层概述 27.3 物理层 27.3.1 帧、时隙和符号 27.3.2 调制 27.3.3 映射到物理资源——下行链路 27.3.4 映射到物理资源——上行链路 27.3.5 导频或参考信号 27.3.6 编码 27.3.7 多天线技术 27.4 逻辑和物理信道 27.4.1 数据映射到(逻辑)子信道 27.4.2 同步信号 27.4.3 广播信道 27.4.4 与下行共享信道有关的控制信道综述 27.4.5 物理控制格式指示信道 27.4.6 物理HARQ指示信道 27.4.7 物理下行控制信道 27.4.8 物理随机接入信道 27.4.9 与物理上行共享信道相关的控制信号的一般性质 27.4.10 物理上行控制信道 27.4.11 物理上行共享信道 27.5 物理层过程 27.5.1 建立连接 27.5.2 重传和可靠性 27.5.3 调度 27.5.4 功率控制 27.5.5 切换 27.6 LTE术语深入阅读第28章 WiMAX/IEEE 802.16 28.1 引言 28.1.1 历史 28.1.2 WiMAX与现有的蜂窝系统 28.2 系统概述 28.2.1 物理层概述 28.2.2 频带 28.2.3 媒体接入控制层概述 28.2.4 网络结构 28.3 调制与编码 28.3.1 调制 28.3.2 编码 28.4 逻辑和物理信道 28.4.1 帧和区域 28.4.2 帧结构的细节 28.4.3 数据到(逻辑)子信道的映射 28.4.4 前导和导频的原则 28.4.5 PUSC 28.4.6 TUSC 28.4.7 FUSC 28.4.8 AMC 28.4.9 信道探测 28.5 多天线技术 28.5.1 空时编码和空间复用 28.5.2 MIMO预编码 28.5.3 MIMO中的SDMA和软切换 28.6 链路控制 28.6.1 建立连接 28.6.2 调度和资源请求 28.6.3 服务质量 28.6.4 功率控制 28.6.5 切换和移动性支持 28.6.6 节约功率 28.7 WiMAX术语深入阅读 第29章 无线局域网 29.1 引言 29.1.1 历史 29.1.2 应用 29.1.3 媒体接入控制层与物理层的关系 29.2 802.11a/g——基于正交频分复用的局域网 29.2.1 频段 29.2.2 调制与编码 29.2.3 头部 29.2.4 同步和信道估计 29.3 IEEE 802.11n 29.3.1 概述 29.3.2 调制和编码 29.3.3 多天线技术 29.3.4 20 MHz或40 MHz信道 29.3.5 帧头和前导 29.3.6 信道估计 29.4 802.11 无线局域网中的分组传输 29.4.1 通用MAC结构 29.4.2 帧格式 29.4.3 分组无线电多址 29.5 无线局域网的其他选择和未来的发展 29.6 WLAN术语深入阅读第30章 习题参考文献符号表缩略词表
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译者序无线通信近十余年来获得了蓬勃的发展,已成为社会信息化最重要的推动力量之一,也是当前信息产业的重要支柱。无线通信技术极大地影响着人们的工作方式、生活方式和娱乐方式,个人通信的梦想指日可待。无线通信已经成为通信工程相关专业的一门重要课程,相关研究文献、论著、教材不断问世。无线通信领域的顶级专家、美国南加州大学Molisch教授的这本《无线通信》无疑是这方面的上乘之作。该书于2005年底出版了第一版,当时已堪称最全面清晰的集大成之作之一,中译本于2008年初出版。全书共五部分,第一部分讲述无线业务的应用和需求,无线通信的技术挑战,以及噪声受限和干扰受限系统;第二部分介绍无线传播信道,包括传播机制、无线信道的统计描述、宽带和方向性信道的特性、信道模型、信道探测及天线,体现了无线通信信道传播的所有方面;第三部分讨论无线系统的收发信机设计和信号处理,包括无线通信链路结构、调制、解调、分集、信道编码、语音编码和均衡器;第四部分则讨论多址和高级收发信机方案,讲述了多址和蜂窝原理、扩展频谱系统、正交频分复用及多天线系统等新专题;第五部分则描述了当前主流的无线通信系统和标准。第二版紧跟技术发展,新增了关于认知无线电、协作通信与中继、视频编码、3GPP长期演进和WiMAX等的几章,以及关于多用户MIMO、IEEE 802.11n和信息论等的重要的几节,并结合当前技术发展对全书其他部分做了进一步修订和补充。有些章节尽管内容变化不大,却补充了大量习题,对于理解内容及实践应用有很大帮助。同时,从方便阅读的角度做了不少修改,比如将许多缩略词用全称代替(第一版翻译时也做过一些类似的处理)。专业术语较多的几章,已将专业术语的缩略词表附在该章后面。除此之外,作者花了较大心力进行推敲和润色,有的地方看似仅仅改动了一个虚词、换了一个近义词、增加了一个修饰语,或者增删了一些说明,文字的语气和表达的含义却有了明显变化。我们在翻译时也都逐字逐句核对了这些细微变化,反复推敲译文,以求精确表达作者的本意。第二版保持并强化了第一版内容系统完整、概念清晰、理论严谨而又直观形象的特色,突出了技术发展的最新成果,涵盖了无线通信的最新研究内容与前沿领域,既是通信工程领域的本科和研究生的教材,也可作为无线通信领域研究人员和工程技术人员案头必备的参考书。本书第4章至第7章、第14章、第15章、第21章、第23章和第26章由田斌翻译;第1章至第3章、第8章、第9章、第17章、第18章、第22章、第24章和第25章由帖翊翻译;第10章至第13章、第16章、第19章、第20章,以及第27章至第29章由任光亮翻译;第30章为前面各章的习题,其译文由相应各章的译者分别完成;田斌负责统筹全书。除了作者已给出的勘误,对于原书疑似有误的地方,译文中大多以译者注形式进行了说明,以便读者阅读原著时对照参考。对于公式中的个别错误则直接进行了更正。本书作者Molisch教授非常重视本书的翻译工作,多次和译者进行邮件交流。本书所有中文译稿都寄给过他,他邀请的中国学生和学者阅读后再和他交流,提出了不少有益的建议。西安电子科技大学研究生王奇伟、成波、丛犁、任晓娜、沈东阳、彭任斌、闵泉云、李奕洋、李慕菡、吴迪、龚阳雪、李林甫、冯妙琨和白渊玲等协助做了大量工作。借此机会,一并表示诚挚的谢意。尽管译者尽了最大努力,但由于译者水平和时间所限,肯定存在疏漏和不当之处,敬请读者不吝指正。我们发现错误会及时在http∶//web.xidian.edu.cn/btian提供勘误表。 前言和致谢 从2005年本书推出第一版至今,无线通信的研究与技术持续处于势不可挡的进步中。这一发展状况以及本书第一版所获得的积极回应,促成了第二版的问世。新版本将涵盖近年来出现的一些新课题,这样就能使它与现代化无线通信工程所涉及主题的宽广程度仍保持一致。新版本中有超过150页指英文原著。——编者注的新内容,涵盖了以下几方面: ● 认知无线电(新增的第21章); ● 中断、多跳和协作通信(新增的第22章); ● 视频编码(新增的第23章); ● 3GPP长期演进(新增的第27章); ● WiMAX/IEEE 802.16(新增的第28章)。此外,新版本对以下内容做了扩充和增补: ● MIMO(见第20章),尤其是关于多用户MIMO,新增了一节(20.3节); ● IEEE 802.11n(高吞吐量WiFi,见29.3节); ● 编码(比特交织编码调制,见14.5节); ● 在14.1节、14.9节及附录17(见配套网站)中介绍了信息论; ● 附录7(见配套网站)包含对标准化信道模型的更新内容; ● 许多处小改动和重新阐释(其中有一些基于本书的读者和教师的反馈)。这些扩充对学生(及研究者)学习“新潮”技术至关重要。绝大多数增补内容对于有关高级无线概念和技术的研究生课程应当是最适合不过的了。此外,关于LTE(或WiMAX)的内容,在更基础的课程中,也非常适合作为标准化系统的示例(例如取代关于GSM或WCDMA系统的讨论)。 本书配套网站www.wiley.com/go/molisch包括勘误表、内容更新和补充材料等。采用本书作为教材的教师还可获得演示幻灯片和习题解答手册读者也可登录华信教育资源网(www.hxedu.com.cn),注册后免费下载本书附录等补充资源。采用本书作为教材的教师可联系te_service@phei.com.cn获得相关教辅资源。——编者注。 作者为新增内容的撰写付出了大量心血,同时也得到了南加州大学电气工程系主任Sandy Sawchuk的鼎力支持。特别感谢Anthony Vetro撰写关于视频编码的第23章。还要感谢那些热心评阅新增内容的专家们: Honggang Zhang和Natasha Devroye(第21章),Gerhard Kramer,Mike Neely和Bhaskar Krishnamachari(第22章),Erik Dahlman(第27章),YangSeok Choi Hujun Jin和V. Shashidar(第28章),Guiseppe Caire(第14章和第17章的新增内容),Robert Heath和Claude Oestges(第20章的新增内容),以及Eldad Perahia(29.3节)。若有任何残存错误,由作者本人负责。我也非常感谢南加利福尼亚大学(USC)参加我的多门课程的学生们,同样感谢世界各地的读者和学生们,他们曾提出过有助于内容更正和改进的各种建议。新增章节的习题由Junyang Shen、Hao Fang和Christian Mehlfuehrer编写。感谢Neelesh B. Mehta提供了关于LTE的多幅图片。第一版前言 1994年,当我以讲义的形式为一门无线课程撰写本书的初稿时,其前言是以论证开设这样一门课程的必要性开始的。我详尽地解释了理解无线系统(尤其是数字蜂窝系统)对于通信工程师的重要程度。现在,10多年过去了,这样的论证看上去稍微有些离奇和过时了。无线产业已成为电信产业中增长最快的部分,并且在世界上几乎没有人不是某种形式的无线技术用户。从普遍存在的蜂窝电话到无线局域网,到正在快速增长的无线传感器,人们被无线通信设备包围着。学习无线通信的关键性挑战之一就是影响这一领域的令人惊奇的宽广主题。传统意义上,通信工程师主要关注诸如数字调制和编码理论这样的内容,而天线与电波传播的研究领域是与之完全分离的,人们甚至以为 “这是两条永不相交的平行线”。然而,这种各行其道的方式对于无线通信的学习并不适用。我们需要理解影响系统性能的所有方面,并能使整个系统得以运作。本书就试图提供这样的概括——关注无线通信物理层的运作。另一个挑战在于,不仅是实际的无线系统,作为无线技术基础的科学也处于持续不断的变化中。常常有人认为,无线系统快速地变化,而无线通信的科学基础保持不变,因而工程师们可以依靠以前获取的知识来应付许多轮的系统革新,仅需对他们的一套技能进行微小调整。这种想法听上去很好,遗憾的是它错了。例如,10年以前,诸如多天线系统、OFDM、Turbo码和LDPC码及多用户检测这样的主题通常只被学术界关注,最多只能作为博士阶段的课程内容;今天,它们不仅支配着主流的研究和系统发展,还代表着学生和从业工程师们必须掌握的至关重要的基础知识。我希望通过对新的方面和更多“经典”主题的兼顾处理,本书可以向目前的学生和研究人员提供将来仍有价值的知识和工具。本书是为高年级本科生和研究生,以及从业工程师和研究人员撰写的。尽管在本书相应章节的开始处会简短回顾有关领域的通信基础知识,但我们仍假定读者对通信基本理论(如调制、解调)和电磁场理论的基本内容有所了解。本书的核心材料试图将学生提升到能阅读更高级的专题文章甚至研究论文的程度;对于所有想要更深入学习的读者,大多数章节都包括“深入阅读”小节,其中列举了最重要的参考文献。本教材既包括数学公式,又给出直观的解释。我坚信这种“双管齐下”的方式可以引导学生更深入理解内容。除了作为教材,我也希望本书能成为研究人员和从业者的参考工具书。为了达此目的,我尝试使每个孤立章节更容易阅读,缩略语在每章中第一次出现时会给予解释,并将公式中的常见符号及其含义列于符号表中。频繁地交互引用也将有助于实现这一目的。 本书结构 本书分为五部分。第一部分(引言)对无线通信给出了高层次的综述。第1章首先对不同无线业务进行了分类,并描述了各种不同应用在数据速率、覆盖范围、电能消耗等方面所形成的种种要求。这一章也包括简要的历史回顾,以及对无线通信的经济和社会因素的讨论。第2章描述了无线通信的基本挑战,例如多径传播和受限的频谱资源。第3章讨论了噪声和干扰如何限制无线系统的通信能力,以及链路预算如何作为简单的系统规划工具来提供关于可达覆盖范围和性能的初步设计依据。第二部分描述无线传播信道和天线的各个方面。由于传播信道是通信得以发生的媒介,理解它对本书其余内容的理解是至关重要的。第4章描述了基本传播过程: 自由空间传播、反射、绕射、散射和波导效应。人们发现信号从发射机到接收机可能有不同的传播路径,涉及一种或多种上述传播过程,从而产生了许多的多径分量。对多径传播效应采用统计描述的方式往往是比较适宜的。第5章针对窄带系统给出了一个统计表示,解释了小尺度(瑞利)衰落和大尺度衰落。第6章讨论了宽带系统的一些表示方法,以及在发射机和接收机处可以辨别多径成分方向的系统。第7章介绍了不同传播环境中的传播信道的特定模型,涵盖了路径损耗模型、宽带模型和方向性模型。因为所有的实际信道模型都是基于测量(或者为测量所证实)的,第8章总结了用于测量信道冲激响应的多种技术。最后,第9章简要地讨论了无线应用中使用的天线,特别探讨了在基站和移动台处的不同限制。第三部分讨论无线收发信机的结构和理论。第10章对射频收发信机的组件进行了简短概述,第11章描述无线应用中用到的不同调制制式。对调制制式的讨论不仅包括数学公式和信号空间表示,也包括了针对各种应用目的,其优缺点的评估。第12章的主题是所有这些调制解调器在平坦衰落信道和频率选择性信道中的性能,得到的一个关键性结论是: 衰落会导致差错概率急剧上升,而且增加发射功率并不是改善性能的适宜方式。随后两章以改善这种情况下的性能为动机,分别讨论了分集和信道编码,这两种措施对降低衰落信道下的差错概率非常有效。有关编码的章节也包括了对近年来获得广泛关注的接近香农极限的编码(Turbo码和LDPC码)的讨论。由于语音通信仍然是蜂窝电话和类似设备的最重要的应用,第15章讨论了语音数字化的不同方式,通过压缩信息可使语音在无线信道上高效传输。最后,第16章讨论了均衡器,它被用来降低宽带频率选择性无线信道的有害效应。本部分所有章节都讨论单个链路,即一个发射机与一个接收机之间的链路。然后,第四部分考虑在给定区域内同时运作多条无线链路的客观需求。这个称为多址(multipleaccess)的问题有许多不同的解决方案。第17章讨论频率域的多址(FDMA)和时间域的多址(TDMA),以及分组无线电,后者对数据传输的重要性不断增长。这一章也讨论了蜂窝原理和频率重用概念,这一概念构成了蜂窝系统以及许多其他大容量无线系统的技术基础。第18章描述了扩展频谱技术,尤其是采用不同扩频序列来区分不同用户的码分多址(CDMA)。这一章讨论的多用户检测是一种可大幅降低多址干扰影响的非常先进的接收机方案。第四部分的另一个主题是 “高级收发信机技术”。第19章描述了OFDM(正交频分复用),这种调制方式可在较大延迟扩展的信道中支持非常高的数据速率。最后,第20章讨论了多天线技术,其中 “智能天线”通常被设置在基站处,是一种具备复杂信号处理能力的多天线单元,可用来降低干扰(其众多优点之一),因而也就增加了蜂窝系统的容量。而MIMO(多输入多输出)系统更进一步,允许通过发射机的多天线单元来传输并行数据流,然后由接收机处的多天线单元接收和解调。这些系统相对于单个链路来说可以获得巨大的容量提升。本书最后一部分描述标准化的无线系统。标准化至关重要,因为这样可使不同厂商的设备能够协作,并能支持用户跨越国界时系统的无缝隙运作。本书在第21章至第23章分别描述了最成功的蜂窝无线标准,即GSM(全球移动通信系统),IS95及其高级形式CDMA 2000和宽带CDMA(又称为UMTS)。进而,第24章描述了最重要的无线局域网标准,即IEEE 802.11。 本书配套网站(www.wiley.com/go/molisch)包括一些作者认为有用但放入本书会使之过于庞大的材料,各章的附录以及关于DECT(数字增强型无绳电话)系统的无绳电话标准等补充材料,都可以在这里找到。 课程实施建议 本书涵盖了无线通信的全部内容,从非常基本的主题到相当高级的主题,所提供的素材远超一个学期课程能讲解的内容。教师可以根据学生的不同水平和兴趣,自由定制教学内容。书中包含了精选的例题,并在书末给出了大量的课后习题。教师可通过本书配套网站获得习题答案和授课用幻灯片。 以下包括几种不同要求的课程的内容组织建议: ● 入门性课程: ○ 引言(第1章至第3章); ○ 无线信道基础(4.1节至4.3节、5.1节至5.4节、6.1节、6.2节、7.1节至7.3节); ○ 初级信号处理(第10章、第11章和12.1节、12.2.1节、12.3.1节、13.1节、13.2节、13.4节、14.1节至14.3节、16.1节和16.2节); ○ 多址和系统设计(第17章、第22章和18.2节、18.3节、21.1节至21.7节)。 ● 无线传播 ○ 引言(第2章); ○ 基本传播效应(第4章); ○ 统计信道描述(第5章和第6章); ○ 信道建模和测量(第7章和第8章); ○ 天线(第9章)。此课程也可以结合更多的电磁场理论和天线的基本素材。 ● 无线通信的高级主题 ○ 引言和复习: 教师应根据听众的具体情况进行内容选择; ○ CDMA和多用户检测(18.2节至18.4节); ○ OFDM(第19章); ○ 超宽带通信(18.5节和6.6节); ○ 多天线系统(6.7节、7.4节、8.5节、13.5节、13.6节和第20章); ○ 高级编码(14.5节和14.6节)。 ● 当前的无线系统 ○ 基于TDMA的蜂窝系统(第21章); ○ 基于CDMA的蜂窝系统(第22章和第23章); ○ 无绳系统(配套网站上的补充材料); ○ 无线局域网(第24章); ○ 依据读者的知识水平从之前章节中选出的有关基本理论的素材。 第一版致谢 这本书是我在无线通信领域多年教学和研究的结晶。多年来,我在两所大学\[奥地利的维也纳理工大学(TUV)和瑞典的隆德大学(LU)\]任教,还曾在三个工业研究实验室\[奥地利维也纳的FTW电信研究中心,美国新泽西州AT&T贝尔研究实验室,美国麻省剑桥的三菱电气研究实验室(MERL)\]工作过,与许多同行共事,同时还与在欧洲、美国和日本的其他机构工作的众多研究人员合作过。所有这些人都深深影响了我对无线通信的认识,其影响所及都体现在本书中。我对他们都深怀感激之情。首先,我第一个想要感谢的是奥地利无线通信的先驱和前辈Ernst Bonek,是他开启了这项计划。我曾与他进行过不计其数的探讨,这些讨论涉及本书以及先于本书的讲稿(这些讲稿曾用于在维也纳理工大学我们共同任教的课程)在理论内容和教学方法上的方方面面。没有他的建议和鼓励,这本书永远不可能付梓。我还要对我在维也纳理工大学时的同事和学生,特别是Paulina Eratuuli、Josef Fuhl、Alexander Kuchar、Juha Laurila、Gottfried Magerl、Markus Mayer、Thomas Neubauer、Heinz Novak、Berhard P.Oehry、Mario Paier、Helmut Rauscha、Alexander Schneider、Gerhard Schultes和Martin Steinbauer所给予的帮助深表谢意。我在隆德大学的同事和学生同样为本书做出了非常大的贡献,他们是: Peter Almers、Ove Edfors、Fredrik Floren、Anders Johanson、Johan Karedal、Vincent Lau、Andre Stranne、Fredrik Tufvesson和Shurjeel Wyne。他们的贡献不仅在于就素材如何组织表达方面给出过许多颇具建设性的建议,而且书中用到的图示和例子都出自他们之手,尤其是书中大多数习题及其解答都是由他们完成的,19.5节的内容正是基于Ove Edfors的思想。特别感谢格拉茨理工大学(GUT)的Gernot Kubin,他完成了关于语音编码的第15章。我在FTW、AT&T和MERL的同事和上司: Markus Kommenda、Christoph Mecklenbraueker、Helmut Hofstetter、Jack Winters、Len Cimini、Moe Win、Martin Clark、YangSeok Choi、Justin Chuang、Jin Zhang、Kent Wittenburg、Richard Waters、Neelesh Mehta、Phil Orlik、Zafer Sahinoglu、Daqin Gu (他对第24章做出了很大贡献)、Giovanni Vanucci、Jonathan Yedidia、YvesPaul Nakache 和Hongyuan Zhang同样深深地影响了本书。除了许多具体的帮助和建议,更为他对本书的积极关注和给出的弥足珍贵的意见,我向Larry Greenstein 致以特别的谢意和感激之情。同样特别感谢本书的诸位评阅人。原稿曾被出版社选定的匿名专家们和我的几个在不同研究机构任职的朋友和同事严谨地审读过: John B. Anderson (第11章至第13章)、Anders Derneryd (第9章)、Larry Greenstein (第1章至第3章、第7章、第17章至第19章);Steve Howard (第22章)、Thomas Kaiser (第20章)、Achilles Kogantis (第23章)、Gerhard Kristensson (第4章)、Thomas Kuerner (第21章)、Gerald Matz (第5章和第6章)、Neelesh B. Mehta (第20章)、Bob O’Hara (第24章)、Phil Orlik (17.4节)、John Proakis (第16章)、Said Tatesh (第23章)、Reiner Thomae (第8章)、Chintha Tellambura (第11章至第13章)、Giorgia Vitetta (第16章)、Jonathan Yedidia (第14章)。我向所有这些人都致以至深的感激之情。当然,我应对仍可能存在的任何错漏负全责。出版人Mark Hammond、项目编辑Sarah Hinton 以及助理编辑Olivia Underhill 都来自John Wiley & Sons有限公司,他们曾以专业水平的建议和极大的耐心指导着本书的写作。Manuela Heigl和Katalin Stibli充满激情而又小心谨慎地完成了大量录入和制图工作,Originator公司非常专业地对文稿进行了排版。 Andreas F. Molisch 曾任三菱电机研究实验室的首席无线标准架构师,2009年起任美国南加州大学电气工程系教授,2017年担任工学院主席。为该校无线设备与系统(WiDeS)团队的奠基人。美国发明家学会会士,AAAS会士,IEEE会士,IET会士,IEEE杰出讲师,奥地利科学院院士。获得过无线通信IET成就勋章、IEEE VT协会技术进步奖(Evans Avant-Garde奖)、IEEE通信协会技术进步奖(Edwin Howard Armstrong奖)和Eric Sumner奖(IEEE通信技术领域奖)。主要研究领域为5G及后5G系统的无线信道测量和建模、无线视频分发、混合波束成形、基于UWB/TOA的定位、无线边缘部署缓存,以及新型调制/多址接入技术。撰写4部著作,参加撰写20部书籍,已发表250篇期刊论文及350篇会议论文,拥有60多项专利,参与制定了70个标准。担任国际无线电科学联合会委员会主席,IEEE 802.16m、IEEE 802.15.3a、IEEE 802.15.4及COST273a信道模型小组的主席,以及IEEE 802.11n多带-OFDM联盟可测量性小组主席。曾任多种期刊和特刊的编辑、多个国际会议的大会主席及技术委员会主席。 译者简介田斌 西安电子科技大学教授,博士,综合业务网国家重点实验室研究人员,陕西省创造学会专家咨询委员会委员。出版和翻译教材3部,发表论文60余篇。主要研究方向: 无线通信、卫星通信、通信信号处理等。帖翊 西安电子科技大学副教授。通信工程学院教师,现工作于综合业务网国家重点实验室。主要研究方向: 军用无线通信,跳频、扩频通信等。任光亮 西安电子科技大学教授,IEEE会员,博士研究生导师。出版教材3部,在国内外重要期刊和国际会议发表论文50多篇,获得国家发明专利20余项。主要研究方向: 信息传输、无线通信与信号处理等。
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