内容简介
《高级无线通信:4G认知与协作宽带技术(第2版)》分三部分进行研究:第一部分给出了4G移动系统的基础知识, 分析了信道自适应技术、空时编码和多载波技术;第二部分研究实际系统中的关键技术, 介绍了多用户通信、UWB和阵列天线技术;第三部分对4G移动通信系统进行全面研究, 讲述了4G网络信道建模和测量、自适应4G及认知网络和协作发送技术, 此外还给出了具有相邻小区干扰的基于博弈论的模型 以及ad hoc网络中的资源共享和协作处理。书中所涉及问题均属无线通信的前沿内容, 具有较高的理论研究和工程实际价值。
目录
目 录
第1章 概述
1.1 4G与本书编排
1.2 4G信号的一般结构
评注
参考文献第2章 自适应编码
2.1 自适应与可重配置分组码
2.2 自适应和可重配置的卷积码
2.3 交织级联码
2.4 自适应编码的应用与展望
2.5 分布式信源编码
附录2.1 最大后验检测
参考文献第3章 自适应与可重配置调制
3.1 编码调制
3.2 衰落信道的自适应编码调制
参考文献第4章 空时编码
4.1 分集增益
4.2 空时编码
4.3 空时分组码的正交设计方法
4.4 不完善信道估计
4.5 准正交空时分组码
4.6 空时卷积码
4.7 代数空时码
4.8 差分空时调制
4.9 基于广义正交设计的多发射天线差分检测
4.10 分层空时码
4.11 级联空时分组码
4.12 MIMO信道的估计
4.13 频率选择性信道中空时编码
4.14 MIMO系统的优化
4.15 有星座旋转的MIMO系统
4.16 对角代数空时分组码
附录4.1 QR分解
附录4.2 空时码的格型译码器
附录4.3 MIMO信道容量
参考文献第5章 多用户通信
5.1 伪随机序列
5.2 多用户CDMA接收机
5.3 最小均方误差(MMSE)线性多用户检测
5.4 频率选择性衰落信道上单用户LMMSE接收机
5.5 CDMA系统中基于信号子空间的信道估计
5.6 分层空时编码的迭代接收机
5.7 附录5.1线性和矩阵代数
参考文献第6章 信道估计与均衡
6.1 数字数据传输系统均衡
6.2 LMS均衡器
6.3 统计已知的时变信道的检测
6.4 多径衰落信道上LMS自适应MLSE均衡
6.5 自适应信道辨识和数据解调
6.6 Turbo均衡
6.7 基于卡尔曼滤波器的联合信道估计和衰落信道数据检测
6.8 利用高阶信号统计的均衡
参考文献第7章 正交频分复用——OFDM与多载波CDMA
7.1 OFDM中的定时和频偏
7.2 OFDM系统的衰落信道估计
7.3 OFDM信号的64DAPSK和64QAM
7.4 OFDM信号的空时编码
7.5 MIMO OFDM的分层空时编码
7.6 空时编码的TDMA/OFDM系统的重构效率
7.7 多载波CDMA系统
7.8 多载波DS�睠DMA广播系统
7.9 逐帧自适应速率编码的多载波DS�睠DMA系统
7.10 多载波CDMA系统中的互调干扰抑制
7.11 多载波CDMA系统中串行干扰消除
7.12 多载波CDMA的MMSE检测
7.13 空时编码的多载波CDMA系统最佳多用户接收机近似
7.14 在时变多径衰落信道上OFDM系统的并行干扰消除
7.15 时变多径衰落信道中的迫零OFDM均衡器
7.16 采用多接收天线技术的OFDM系统信道估计
7.17 基于OFDM的MIMO系统的Turbo迭代处理
7.18 OFDM信号的降低PAPR技术
参考文献第8章 UWB无线电
8.1 高斯信道中UWB多址接入
8.2 UWB信道
8.3 M进制调制UWB系统
8.4 M进制PPM的UWB多址系统
8.5 编码UWB方案
8.6 UWB无线中的多用户检测
8.7 UWB的空时处理
8.8 UWB无线电的波束成形
参考文献第9章 MIMO信道线性预编码
9.1 MIMO信道空时预编码器和均衡器
9.2 基于凸优化理论的线性预编码
9.3 基于凸优化理论的波束成形
参考文献第10章 认知无线电
10.1 能量有效的认知无线电
10.2 线性多用户检测中认知无线电体系结构
10.3 可重配置ASIC结构
评注
参考文献第11章 无线网络中协作分集
11.1 系统模型
11.2 协作分集协议
11.3 分布式空时编码
11.4 基于协作分集的分布式空时编码的推广
附录11.1 近似积累分布函数的逼近
附录11.2 放大转发互信息
附录11.3 达到传输分集限的输入分布
评注
参考文献第12章 认知UWB通信
12.1 引言
12.2 信号和干扰模型
12.3 接收机结构和性能
12.4 性能举例
参考文献第13章 无线网络中的定位
13.1 蜂窝网络中移动台的定位
13.2 无线传感网络中的相对定位技术
13.3 圆周和双曲定位的平均性能
参考文献第14章 4G中的信道模型与测量
14.1 宏小区环境(1.8 GHz)
14.2 城市宏蜂窝/微蜂窝小区中空间无线电信道(2.154 GHz)
14.3 微蜂窝小区和微微小区环境下的MIMO信道(1.71/2.05 GHz)
14.4 室外移动信道(5.3 GHz)
14.5 微小区信道(8.45 GHz)
14.6 无线MIMO局域网环境(5.2 GHz)
14.7 室内WLAN信道(17 GHz)
14.8 室内无线局域网信道(60 GHz)
14.9 UWB信道模型
参考文献第15章 自适应4G网络
15.1 自适应MAC层
15.2 最小能耗对等移动无线网络
15.3 无线网络中最小阻尼路由
15.4 保证TCP层QoS的无线网络功率最佳路由
评注
参考文献第16章 认知网络和博弈论
16.1 认知功率控制
16.2 保证QoS的功率控制博弈
16.3 功率控制博弈和多用户检测
16.4 MIMO系统中的功率控制博弈
16.5 ad hoc网络中基于MAC的博弈论
16.6 ad hoc网络中基于包转发策略的针锋相对(TFT)博弈理论
16.7 基于能量限制的节点协作模型的TFT博弈论
16.8 基于动态贝叶斯博弈的包转发模型
16.9 无线传感网络中路由的博弈论模型
16.10 认知网络中的利益驱动路由
16.11 具有感知社会的认知网络中灵活频谱共享的博弈论模型
16.12 时隙ALOHA协议的博弈论模型
16.13 竞争无线网络中接纳的博弈论模型
16.14 接入点定价的动态博弈模型
评注
参考文献
前言/序言
《现代通信系统原理与实践》 第一版 作者:[待定] 出版社:[待定] 概述 《现代通信系统原理与实践》旨在为读者提供一个全面而深入的现代通信系统知识体系。本书聚焦于通信系统的核心原理,并结合实际应用,详细阐述了各类通信技术的发展脉络、关键技术要素、系统架构以及面临的挑战与未来趋势。本书的目标是帮助读者建立扎实的理论基础,同时培养解决实际通信工程问题的能力。 内容梗概 本书内容按照通信系统的不同层面和关键技术模块进行组织,从基础理论到高级应用,层层递进。 第一部分:通信系统基础 第一章:通信系统概述 1.1 通信系统的定义与分类: 介绍通信系统的基本概念,包括信息源、信道、调制解调、接收端等关键组成部分。探讨通信系统的不同分类方式,如模拟与数字通信、有线与无线通信、单播与组播等。 1.2 通信系统的基本组成: 详细解析发送端、接收端、传输媒质、信道编码、调制、解调等基本模块的功能与作用。 1.3 信息论基础: 引入香农信息论的核心概念,包括信息量、熵、信道容量等,为理解信息传输的极限提供理论支撑。 1.4 信号与系统: 回顾傅里叶变换、拉普拉斯变换等信号处理的基本工具,以及线性时不变系统(LTI)的分析方法,强调其在通信系统分析中的重要性。 1.5 噪声与干扰: 深入分析通信系统中常见的噪声类型(如热噪声、散粒噪声)和干扰,探讨其对通信质量的影响,并初步介绍抗噪声技术。 第二章:模拟通信系统 2.1 模拟信号的调制: 详细介绍调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)等模拟调制技术,分析其原理、优缺点及在通信系统中的应用。 2.2 模拟信号的解调: 阐述各种模拟解调方法的实现原理,如包络检波、相干解调等。 2.3 模拟通信系统的性能分析: 从信噪比、带宽等角度评估模拟通信系统的性能,并分析其局限性。 第三章:数字通信系统 3.1 数字信号的表示与采样: 介绍奈奎斯特定理,以及脉冲编码调制(PCM)等将模拟信号转化为数字信号的过程。 3.2 基带传输: 阐述数字信号在基带传输中的关键技术,如码型(单极性、双极性、曼彻斯特码等)、基带成形滤波器的作用,以及码间串扰(ISI)问题及其对策。 3.3 带通传输: 介绍数字信号如何进行带通调制,包括幅度键控(ASK)、频率键控(FSK)、相移键控(PSK)和正交幅度调制(QAM)等。 3.4 数字信号的接收: 讲解匹配滤波器、最佳接收机原理,以及比特同步和符号定时同步的重要性。 3.5 数字通信系统的性能分析: 从误码率(BER)的角度分析数字通信系统的性能,并与模拟通信系统进行对比。 第二部分:高级通信技术 第四章:信源编码 4.1 信源编码的目标与基本原理: 介绍信源编码是为了压缩数据量,提高传输效率。 4.2 统计编码: 详细讲解霍夫曼编码(Huffman Coding)和算术编码(Arithmetic Coding)等无损压缩算法,分析其编码效率。 4.3 预测编码: 介绍差分脉冲编码调制(DPCM)等有损压缩技术,以及它们在语音和图像编码中的应用。 4.4 变换编码: 阐述离散余弦变换(DCT)等变换编码技术,如JPEG图像压缩和MPEG视频压缩中的应用。 第五章:信道编码 5.1 信道编码的作用与分类: 介绍信道编码是为了提高通信系统的抗干扰能力,增加冗余信息。分类包括纠错码和检错码。 5.2 线性分组码: 深入分析海明码(Hamming Code)、循环冗余校验码(CRC)等线性分组码的编码与译码原理,及其在差错检测与纠正中的作用。 5.3 卷积码: 讲解卷积码的生成过程、状态图、树形图和格形图,以及维特比译码算法(Viterbi Algorithm)等高效译码方法。 5.4 现代纠错码: 介绍Reed-Solomon码、BCH码等性能更优越的纠错码,及其在CD/DVD、卫星通信等领域的应用。 5.5 Turbo码与LDPC码: 探讨新一代纠错码的技术,如Turbo码和低密度奇偶校验码(LDPC码),分析其接近香农极限的性能。 第六章:数字调制与解调技术 6.1 M进制相移键控(M-PSK): 详细介绍M-PSK的原理,如BPSK、QPSK、8-PSK等,以及其功率谱特性。 6.2 M进制幅度键控(M-ASK): 分析M-ASK的原理与性能,以及其与M-PSK的比较。 6.3 M进制正交幅度调制(M-QAM): 深入讲解M-QAM的原理,包括星座图设计、功率效率与频谱效率的权衡,以及其在现代通信中的广泛应用。 6.4 频移键控(FSK): 介绍FSK的原理,以及其在高可靠性通信中的应用。 6.5 调制解调器的设计与实现: 探讨实际调制解调器的设计考虑,包括硬件实现、软件定义无线电(SDR)等。 第七章:多址技术 7.1 多址技术概述: 介绍多址技术是为了允许多个用户共享通信资源。 7.2 频分多址(FDMA): 讲解FDMA的原理,用户占用不同频段,以及其优缺点。 7.3 时分多址(TDMA): 阐述TDMA的原理,用户轮流占用同一频段的时隙,以及其在移动通信中的应用。 7.4 码分多址(CDMA): 详细分析CDMA的原理,用户使用不同扩频码,能够在同一频段同时传输,探讨其抗干扰能力和保密性。 7.5 正交频分复用(OFDM): 深入介绍OFDM的原理,将高速数据流分解为多个低速子载波传输,有效解决多径衰落和 ISI,是4G、5G等技术的基础。 7.6 空分多址(SDMA)与混合多址技术: 探讨利用天线阵列实现空间隔离的SDMA,以及各种多址技术的融合应用。 第三部分:通信系统设计与应用 第八章:无线通信系统 8.1 无线信道的特性: 深入分析无线信道的衰落(如瑞利衰落、莱斯衰落)、多径效应、多普勒效应等,以及其对无线信号传输的影响。 8.2 蜂窝移动通信系统: 介绍蜂窝网络的基本原理,包括小区划分、频率复用、切换等,并回顾第一代(1G)到第三代(3G)移动通信技术的演进。 8.3 智能天线技术: 探讨波束赋形(Beamforming)、分集接收(Diversity)、MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)等智能天线技术,以及它们如何提高无线通信的性能。 8.4 无线局域网(WLAN): 介绍Wi-Fi等无线局域网的技术标准(如802.11系列),及其在家庭和办公环境中的应用。 8.5 其他无线通信技术: 简要介绍蓝牙、Zigbee等短距离无线通信技术。 第九章:现代通信网络架构 9.1 网络协议栈: 介绍OSI七层模型和TCP/IP四层模型,深入分析各层协议的功能与作用,如IP、TCP、UDP、HTTP等。 9.2 交换技术: 阐述电路交换、报文交换和分组交换的原理与区别,以及它们在不同网络中的应用。 9.3 路由技术: 介绍静态路由和动态路由协议(如RIP、OSPF、BGP)的工作原理,以及路由器在网络中的作用。 9.4 接入网技术: 介绍DSL、光纤到户(FTTH)、同轴电缆网络等宽带接入技术。 9.5 核心网技术: 讲解IP核心网、分组交换核心网(PS Core)等构建大型通信网络的关键技术。 第十章:通信系统的性能评估与优化 10.1 关键性能指标: 详细阐述吞吐量、延迟、抖动、可靠性、可用性等通信系统性能指标的定义与测量方法。 10.2 链路预算分析: 介绍如何进行链路预算,预测信号在传输路径上的损耗,确保通信链路的可靠性。 10.3 拥塞控制与流量工程: 探讨网络拥塞产生的原因,以及TCP的拥塞控制机制、流量整形与控制技术。 10.4 资源管理与调度: 分析在有限的通信资源下,如何进行有效的资源分配与调度,以最大化系统性能。 10.5 系统仿真与测试: 介绍使用仿真软件(如MATLAB/Simulink)和实际测试设备进行通信系统性能验证的方法。 第十一章:通信系统中的安全 11.1 通信安全威胁: 分析窃听、篡骗、拒绝服务攻击等常见的通信安全威胁。 11.2 加密技术: 介绍对称加密(如AES)和非对称加密(如RSA)的原理,以及公钥基础设施(PKI)的应用。 11.3 身份认证与访问控制: 探讨用户身份验证机制(如密码、数字证书)和访问控制策略。 11.4 防火墙与入侵检测: 介绍防火墙的原理和工作模式,以及入侵检测系统的作用。 11.5 安全协议: 讲解TLS/SSL、IPsec等用于保护网络通信安全的协议。 第十二章:未来通信技术展望 12.1 5G及其后续技术: 探讨5G移动通信技术的关键特性,如高速率、低时延、大连接,以及未来6G等技术的发展方向。 12.2 物联网(IoT)通信: 分析物联网通信的特点与挑战,以及低功耗广域网(LPWAN)技术。 12.3 卫星通信: 介绍低地球轨道(LEO)卫星星座等新型卫星通信系统。 12.4 量子通信: 探讨量子通信的潜在应用,如量子密钥分发(QKD)。 12.5 人工智能在通信中的应用: 展望AI在网络优化、故障诊断、智能调度等方面的应用前景。 本书特点 理论与实践结合: 每一章节都力求在阐述基本原理的同时,引入相关的实际应用案例和工程考量。 循序渐进的结构: 内容从基础概念逐步深入到高级技术,适合不同层次的读者。 全面的技术覆盖: 涵盖了现代通信系统中的绝大多数关键技术模块。 清晰的数学推导: 在必要的地方进行严谨的数学推导,帮助读者理解技术背后的原理。 丰富的图表与示例: 大量使用图示、表格和具体示例,增强内容的可理解性。 前沿技术展望: 关注通信领域的前沿发展,为读者指明未来的学习方向。 目标读者 本书适合于通信工程、电子工程、计算机科学等相关专业的本科生、研究生,以及在通信行业工作的工程师、技术研究人员和产品开发者。对于希望系统学习通信系统知识的初学者,或者需要深入了解特定通信技术的专业人士,本书都将是极佳的学习资源。 结语 《现代通信系统原理与实践》致力于为读者构建一座连接理论与实践的桥梁,帮助他们在日新月异的通信技术领域打下坚实的基础,迎接未来的挑战。