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第一部分 引言2

第1章 无线业务的应用和需求2

1.1 历史2

1.1.1 一切是如何开始的2

1.1.2 第一个系统3

1.1.3 模拟蜂窝系统4

1.1.4 GSM及世界范围的蜂窝革命4

1.1.5 新无线系统及电信泡沫的爆裂5

1.1.6 无线通信的复兴6

1.2 业务类型7

1.2.1 广播7

1.2.2 寻呼8

1.2.3 蜂窝电话9

1.2.4 集群无线电10

1.2.5 无绳电话10

1.2.6 无线局域网11

1.2.7 个域网12

1.2.8 固定无线接入12

1.2.9 ad hoc网络和传感器网络12

1.2.10 卫星蜂窝通信13

1.3 业务需求13

1.3.1 数据速率14

1.3.2 覆盖范围和用户数目14

1.3.3 移动性15

1.3.4 能量消耗16

1.3.5 频谱的使用17

1.3.6 传输方向18

1.3.7 服务质量18

1.4 经济和社会因素19

1.4.1 构建无线通信系统的经济条件19

1.4.2 无线通信市场20

1.4.3 行为影响力21

第2章 无线通信的技术挑战22

2.1 多径传播23

2.1.1 衰落23

2.1.2 符号间干扰25

2.2 频谱限制26

2.2.1 频率的分配26

2.2.2 受管制频谱的频率重用28

2.2.3 非管制频谱的频率重用28

2.3 能量限制29

2.4 用户移动性30

第3章 噪声受限和干扰受限系统31

3.1 引言31

3.2 噪声受限系统31

3.2.1 链路预算33

3.3 干扰受限系统36

第二部分 无线传播信道40

第4章 传播机制40

4.1 自由空间衰减40

4.2 反射和透射41

4.2.1 斯涅尔（Snell）定律41

4.2.2 分层电介质结构的反射和透射43

4.2.3 d-4 功率定律45

4.3 绕射46

4.3.1 单屏或楔形绕射46

4.3.2 多屏绕射50

4.4 粗糙表面的散射54

4.4.1 基尔霍夫理论54

4.4.2 微扰理论55

4.5 波导56

4.6 附录56

深入阅读56

第5章 无线信道的统计描述57

5.1 概述57

5.2 时不变两径模型58

5.3 时变两径模型60

5.4 不含主导分量的小尺度衰落61

5.4.1 一个计算机实验61

5.4.2 振幅与相位统计量的数学推导64

5.4.3 瑞利分布的性质65

5.4.4 瑞利分布场强的衰落余量67

5.5 含有主导分量的小尺度衰落68

5.5.1 一个计算机实验68

5.5.2 振幅和相位分布的推导69

5.5.3 Nakagami分布71

5.6 多普勒谱72

5.6.1 移动中的移动台的时变性72

5.6.2 固定无线系统中的时变性74

5.7 衰落的时间依赖性75

5.7.1 电平通过率75

5.7.2 平均衰落持续时间76

5.7.3 随机频率调制77

5.8 大尺度衰落78

5.9 附录81

深入阅读81

第6章 宽带和方向性信道的特性82

6.1 概述82

6.2 时延色散的成因82

6.2.1 两径模型82

6.2.2 一般的情况84

6.3 无线信道的系统理论描述86

6.3.1 确定性线性时变系统的特性86

6.3.2 随机系统函数87

6.4 WSSUS模型88

6.4.1 广义平稳88

6.4.2 非相关散射89

6.4.3 WSSUS假设89

6.4.4 抽头延迟线模型90

6.5 精简参数91

6.5.1 相关函数的积分91

6.5.2 功率时延谱的矩91

6.5.3 多普勒谱的矩92

6.5.4 相干带宽和相干时间93

6.5.5 窗参数95

6.6 超宽带信道96

6.6.1 具有大相对带宽的超宽带信号96

6.6.2 具有大绝对带宽的超宽带信号97

6.7 方向性描述97

6.8 附录100

深入阅读100

第7章 信道模型101

7.1 概述101

7.2 窄带模型102

7.2.1 小尺度和大尺度衰落模型102

7.2.2 路径损耗模型102

7.3.3 宽带模型103

7.3.1 抽头延迟线模型103

7.3.2 功率时延谱模型104

7.3.3 射线和簇到达时间模型105

7.3.4 标准化的信道模型106

7.4 方向性模型106

7.4.1 一般模型结构及因子分解106

7.4.2 基站处的角度色散107

7.4.3 移动台处的角度色散107

7.4.4 极化108

7.4.5 模型实现108

7.4.6 标准化方向性模型110

7.4.7 多输入多输出矩阵模型111

7.5 确定性信道建模方法111

7.5.1 射线发射112

7.5.2 射线跟踪113

7.5.3 有效性考虑114

7.5.4 地理数据库115

7.6 附录115

深入阅读115

第8章 信道探测117

8.1 引言117

8.1.1 信道探测的必要性117

8.1.2 通用探测器结构117

8.1.3 无线信道的可辨识性119

8.1.4 对测量数据的影响120

8.2 时域测量121

8.2.1 冲激探测器121

8.2.2 相关探测器122

8.3 频域分析123

8.4 改进的测量方法123

8.4.1 扫描时延互相关器123

8.4.2 逆滤波124

8.4.3 平均125

8.4.4 同步126

8.4.5 矢量网络分析仪测量126

8.5 可分辨方向测量127

8.5.1 接收阵列的数据模型128

8.5.2 波束成形129

8.5.3 高分辨率算法130

8.5.4 多输入多输出测量132

8.6 附录133

深入阅读133

第9章 天线134

9.1 引言134

9.1.1 天线的系统集成134

9.1.2 天线参量特征134

9.2 移动台天线137

9.2.1 单极子和偶极子天线137

9.2.2 螺旋天线138

9.2.3 微带天线139

9.2.4 平面倒F形天线140

9.2.5 辐射耦合双L形天线141

9.2.6 多波段天线141

9.2.7 移动台天线的安置141

9.3 基站天线142

9.3.1 天线类型142

9.3.2 阵列天线142

9.3.3 改进天线方向图143

9.3.4 环境对天线方向图的影响143

深入阅读145

第三部分 收发信机和信号处理149

第10章 无线通信链路结构149

10.1 收发信机结构149

10.2 简化模型153

深入阅读153

第11章 调制154

11.1 概述154

11.2 基本概念155

11.2.1 脉冲幅度调制155

11.2.2 多脉冲调制和连续相位调制157

11.2.3 功率谱158

11.2.4 信号空间图159

11.3 几种重要的调制161

11.3.1 二进制相移键控161

11.3.2 正交相移键控QPSK163

11.3.3 π/4-DQPSK165

11.3.4 偏移正交相移键控167

11.3.5 高阶调制168

11.3.6 二进制频移键控169

11.3.7 最小频移键控171

11.3.8 最小频移键控的解调173

11.3.9 高斯最小频移键控174

11.3.10 脉冲位置调制175

11.3.11 频谱效率小结177

11.4 附录177

深入阅读177

第12章 解调178

12.1 加性高斯白噪声信道中的解调器结构和差错率178

12.1.1 信道模型和噪声178

12.1.2 信号空间图及最佳接收机179

12.1.3 差错率的计算方法181

12.2 平坦衰落信道中的差错率186

12.2.1 平均误比特率（经典的计算方法）186

12.2.2 计算平均差错率的另一种方法188

12.2.3 中断概率与平均错误概率191

12.3 时延及频率色散衰落信道中的差错概率192

12.3.1 差错基底的物理原因192

12.3.2 采用群时延法计算差错基底196

12.3.3 一般衰落信道：二次高斯变量法197

12.3.4 误比特率199

深入阅读199

第13章 分集200

13.1 引言200

13.1.1 分集的原理200

13.1.2 相关系数的定义201

13.2 微分集201

13.2.1 空间分集202

13.2.2 时间分集204

13.2.3 频率分集205

13.2.4 角度分集206

13.2.5 极化分集207

13.3 宏分集和同播207

13.4 信号的合并208

13.4.1 选择式分集208

13.4.2 开关分集210

13.4.3 合并分集211

13.5 在衰落信道中分集接收的差错率215

13.5.1 平坦衰落信道中的差错率215

13.5.2 频率选择性衰落信道中的差错率217

13.6 发射分集219

13.6.1 具有信道状态信息的发射机分集220

13.6.2 无信道状态信息的发射机分集220

13.7 附录221

深入阅读221

第14章 信道编码222

14.1 编码与信息论基础222

14.1.1 编码历史与动机222

14.1.2 信息论的基础概念222

14.1.3 信道容量224

14.1.4 功率与带宽的关系225

14.1.5 与实际系统的关系226

14.1.6 实际编码的分类226

14.2 分组编码227

14.2.1 引言227

14.2.2 编码228

14.2.3 译码229

14.2.4 差错识别和纠正230

14.2.5 级联码231

14.3 卷积码231

14.3.1 卷积码原理231

14.3.2 维特比译码（经典表示）233

14.3.3 维特比算法的改进235

14.4 网格编码调制236

14.4.1 基本原理236

14.4.2 集分割238

14.5 比特交织编码调制240

14.6 Turbo码241

14.6.1 引言241

14.6.2 编码器241

14.6.3 Turbo译码器242

14.7 低密度奇偶校验码243

14.7.1 低密度奇偶校验码的定义244

14.7.2 低密度奇偶校验码的编码244

14.7.3 低密度奇偶校验码的译码245

14.7.4 性能改进247

14.8 衰落信道的编码248

14.8.1 交织248

14.8.2 分组码250

14.8.3 卷积码250

14.8.4 级联码251

14.8.5 衰落信道下的网格编码调制251

14.9 衰落信道的信息论性能限252

14.9.1 各态历经容量与中断容量252

14.9.2 仅接收端已知信道状态信息的容量253

14.9.3 CSIT和CSIR的容量——注水法253

14.10 附录254

深入阅读254

第15章 语音编码255

15.1 概述255

15.1.1 语音电话作为对话多媒体业务255

15.1.2 信源编码基础255

15.1.3 语音编码器设计256

15.2 语音257

15.2.1 语音的产生257

15.2.2 语言声学258

15.2.3 语音感知260

15.3 语音信号的随机模型261

15.3.1 短时平稳模型261

15.3.2 线性预测声码器（LPC）262

15.3.3 正弦模型264

15.3.4 谐波+噪声模型264

15.3.5 循环平稳模型264

15.4 量化和编码265

15.4.1 标量量化265

15.4.2 矢量量化266

15.4.3 预编码中的噪声成形268

15.4.4 合成分析270

15.4.5 信源信道联合编码271

15.5 从语音传输到声音的远程呈现272

15.5.1 语音激活检测272

15.5.2 接收端增强273

15.5.3 回声和噪声273

15.5.4 远程呈现的业务增强273

深入阅读274

第16章 均衡器275

16.1 引言275

16.1.1 时域和频域均衡275

16.1.2 信道和均衡器的模型276

16.1.3 信道估计277

16.2 线性均衡器278

16.2.1 迫零均衡器279

16.2.2 最小均方误差准则279

16.2.3 均方误差均衡器的自适应算法281

16.2.4 其他线性结构283

16.3 判决反馈均衡器283

16.3.1 最小均方误差判决反馈均衡器284

16.3.2 迫零判决反馈均衡器285

16.4 最大似然序列估计：维特比检测器285

16.5 均衡器结构的比较287

16.6 分数间隔均衡器288

16.7 盲均衡288

16.7.1 简介288

16.7.2 恒模算法289

16.7.3 盲最大似然估计289

16.7.4 使用二阶或高阶统计特性的算法290

16.7.5 评价290

16.8 附录290

深入阅读290

第四部分 多址和高级收发信机方案293

第17章 多址和蜂窝原理293

17.1 引言293

17.2 频分多址293

17.2.1 频率划分实现多址293

17.2.2 中继增益295

17.3 时分多址298

17.4 分组无线电299

17.4.1 ALOHA300

17.4.2 载波侦听多址301

17.4.3 分组预约多址302

17.4.4 各方式之间的比较302

17.4.5 分组无线电的路由问题303

17.5 双工304

17.6 蜂窝网络原理305

17.6.1 重用距离305

17.6.2 小区形状305

17.6.3 六边形小区的小区规划306

17.6.4 增加容量的方法308

17.7 附录310

深入阅读310

第18章 扩展频谱系统311

18.1 跳频多址311

18.1.1 跳频原理311

18.1.2 跳频多址（FHMA）312

18.2 码分多址313

18.2.1 直接序列扩频的基本原理314

18.2.2 多址315

18.2.3 数学表示316

18.2.4 码分多址情况下的多径传播效应317

18.2.5 同步320

18.2.6 码族320

18.3 蜂窝码分多址系统324

18.3.1 码分多址原理回顾324

18.3.2 功率控制325

18.3.3 提升容量的方法327

18.3.4 与其他多址方式的结合328

18.4 多用户检测328

18.4.1 简介328

18.4.2 线性多用户检测329

18.4.3 非线性多用户检测器330

18.5 跳时脉冲无线电332

18.5.1 简易脉冲无线电332

18.5.2 跳时脉冲无线电333

18.5.3 时间色散信道下的脉冲无线电335

深入阅读337

第19章 正交频分复用338

19.1 引言338

19.2 正交频分复用的原理338

19.3 收发信机实现339

19.4 频率选择性信道340

19.4.1 循环前缀341

19.4.2 频率选择性信道中的性能342

19.4.3 编码正交频分复用344

19.5 信道估计345

19.5.1 基于导频符号的方法345

19.5.2 基于离散导频的方法345

19.5.3 基于特征值分解的算法346

19.6 峰平比347

19.6.1 峰平比问题的起因347

19.6.2 降低峰平比的方法348

19.7 载波间干扰349

19.8 自适应调制和容量353

19.8.1 信道质量估计353

19.8.2 参数自适应353

19.8.3 选定参数信号发射355

19.9 正交频分多址接入355

19.10 多载波码分多址357

19.11 采用频域均衡的单载波调制358

深入阅读359

第20章 多天线系统360

20.1 智能天线360

20.1.1 什么是智能天线360

20.1.2 目的360

20.1.3 增大容量361

20.1.4 接收机结构363

20.1.5 天线权重调整算法366

20.1.6 上行链路与下行链路371

20.1.7 下行链路中的天线权重自适应算法372

20.1.8 网络方面374

20.1.9 多用户分集和随机波束成形374

20.2 多输入多输出系统376

20.2.1 简介376

20.2.2 空分复用如何发挥作用376

20.2.3 系统模型377

20.2.4 信道状态信息378

20.2.5 非衰落信道的容量378

20.2.6 平坦衰落信道的容量380

20.2.7 信道的影响383

20.2.8 分层空时结构387

20.2.9 分集389

20.2.10 分集、波束成形增益和空分复用的权衡391

20.2.11 MIMO反馈392

20.3 多用户MIMO395

20.3.1 性能限制396

20.3.2 调度397

20.3.3 上行链路线性预编码397

20.3.4 下行链路线性预编码398

20.3.5 闭环系统和量化反馈401

20.3.6 基站协作402

深入阅读403

第21章 认知无线电404

21.1 问题描述404

21.2 认知收发信机结构406

21.3 交织原理407

21.4 频谱感知408

21.4.1 分级系统中的频谱感知408

21.4.2 探测器的类型409

21.4.3 多节点检测410

21.4.4 认知导频411

21.5 频谱管理412

21.5.1 频谱机会跟踪412

21.6 频谱共享412

21.6.1 引言412

21.6.2 非合作博弈412

21.6.3 部分合作博弈413

21.6.4 集中式方案414

21.7 填充式415

21.8 下垫式分级接入：超宽带系统通信416

深入阅读420

第22章 中继、多跳和协作通信421

22.1 引言与缘起421

22.1.1 中继原理421

22.2 中继基础422

22.2.1 基本协议422

22.2.2 译码转发424

22.2.3 放大转发426

22.2.4 压缩转发427

22.3 多节点并行中继427

22.3.1 中继选择429

22.3.2 分布式波束成形430

22.3.3 正交信道传输431

22.3.4 分布式空时码432

22.3.5 编码协作432

22.3.6 喷泉码435

22.4 多跳网络中的路由和资源分配435

22.4.1 数学基础436

22.4.2 路由协议的目标和分类437

22.4.3 源路由438

22.4.4 基于链路状态路由439

22.4.5 距离向量路由440

22.4.6 基于地理的路由441

22.4.7 分级路由442

22.4.8 节点移动性的影响442

22.4.9 数据驱动路由443

22.4.10 功率分配策略444

22.4.11 多消息路由——随机网络优化444

22.4.12 比例法则447

22.5 协作网络中的路由和资源分配448

22.5.1 分离边路由和任意路径路由448

22.5.2 带有能量累积的路由449

22.5.3 喷泉码450

22.5.4 其他协作路由问题451

22.5.5 比例法则452

22.6 各种应用453

22.6.1 专用中继454

22.6.2 无线自组织网络中的中继和用户协作454

22.7 网络编码455

22.7.1 双向中继455

22.7.2 网络编码基础456

22.7.3 网络编码应用于无线网络457

22.7.4 干扰对准457

深入阅读458

第23章 视频编码460

23.1 引言460

23.1.1 数字视频表示和格式460

23.1.2 视频编码结构461

23.2 变换和量化462

23.2.1 离散余弦变换462

23.2.2 标量量化463

23.3 预测464

23.3.1 帧内预测464

23.3.2 帧间预测465

23.4 熵编码466

23.4.1 哈夫曼编码466

23.4.2 算术编码467

23.5 视频编码标准468

23.6 分层视频编码469

23.6.1 可伸缩视频编码469

23.6.2 多视角视频编码（MVC）471

23.7 差错控制471

23.7.1 传输层机制471

23.7.2 视频容错编码472

23.7.3 解码端错误掩盖474

23.8 视频流474

深入阅读475

第五部分 标准的无线系统479

第24章 全球移动通信系统479

24.1 历史回顾479

24.2 系统概述480

24.2.1 基站子系统480

24.2.2 网络和交换子系统481

24.2.3 运行支持子系统482

24.3 空中接口482

24.4 逻辑与物理信道486

24.4.1 逻辑信道486

24.4.2 逻辑信道与物理信道之间的映射488

24.5 同步490

24.5.1 频率同步490

24.5.2 时间同步491

24.5.3 定时提前491

24.5.4 突发结构小结492

24.6 编码492

24.6.1 语音编码492

24.6.2 信道编码493

24.6.3 加密495

24.6.4 跳频496

24.7 均衡器496

24.8 电路交换数据传输498

24.9 建立连接和切换498

24.9.1 识别号码498

24.9.2 移动用户识别499

24.9.3 建立连接的例子500

24.9.4 不同类型切换举例501

24.10 业务和计费504

24.10.1 现有业务504

24.10.2 计费506

24.11 GSM术语507

24.12 附录510

深入阅读510

第25章 IS-9 5和CDMA 2000511

25.1 历史回顾511

25.2 系统概述511

25.3 空中接口512

25.3.1 工作频段和双工方式512

25.3.2 扩频和调制512

25.3.3 功率控制512

25.3.4 导频信号513

25.4 编码513

25.4.1 语音编码器513

25.4.2 纠错编码514

25.5 扩频和调制515

25.5.1 长、短扩频码和Walsh码515

25.5.2 上行链路扩频与调制516

25.5.3 上行链路数据突发随机化和门控517

25.5.4 下行链路扩频和调制518

25.5.5 讨论520

25.6 逻辑和物理信道520

25.6.1 业务信道520

25.6.2 接入信道521

25.6.3 导频信道521

25.6.4 同步信道521

25.6.5 寻呼信道521

25.6.6 功率控制子信道522

25.6.7 将逻辑信道映射为物理信道522

25.7 越区切换522

25.8 附录523

深入阅读523

第26章 WCDMA/UMTS524

26.1 历史回顾524

26.2 系统概述525

26.2.1 物理层概述525

26.2.2 网络结构525

26.2.3 层次蜂窝结构527

26.2.4 数据速率和服务分类527

26.3 空中接口528

26.3.1 频带和双工528

26.3.2 时域双工和频域双工的模式528

26.3.3 无线频率相关的方面528

26.4 物理和逻辑信道530

26.4.1 逻辑信道530

26.4.2 物理信道531

26.5 语音编码、复用和信道编码533

26.5.1 语音编码533

26.5.2 复用和交织534

26.6 扩谱和调制537

26.6.1 帧结构、扩频码和沃尔氏-哈达曼（Walsh-Hadamard）码537

26.6.2 上行链路537

26.6.3 下行链路541

26.7 物理层过程543

26.7.1 小区搜索和同步543

26.7.2 建立连接544

26.7.3 功率控制544

26.7.4 切换545

26.7.5 过载控制546

26.8 WCDMA术语547

深入阅读548

第27章 3GPP长期演进549

27.1 引言549

27.1.1 历史549

27.1.2 目标549

27.2 系统概述550

27.2.1 频带和频谱灵活性550

27.2.2 网络结构552

27.2.3 协议结构552

27.2.4 物理层和MAC层概述553

27.3 物理层554

27.3.1 帧、时隙和符号554

27.3.2 调制556

27.3.3 映射到物理资源——下行链路557

27.3.4 映射到物理资源——上行链路558

27.3.5 导频或参考信号558

27.3.6 编码562

27.3.7 多天线技术563

27.4 逻辑和物理信道565

27.4.1 数据映射到（逻辑）子信道565

27.4.2 同步信号566

27.4.3 广播信道567

27.4.4 与下行共享信道有关的控制信道综述568

27.4.5 物理控制格式指示信道568

27.4.6 物理HARQ指示信道568

27.4.7 物理下行控制信道568

27.4.8 物理随机接入信道570

27.4.9 与物理上行共享信道相关的控制信号的一般性质571

27.4.10 物理上行控制信道571

27.4.11 物理上行共享信道572

27.5 物理层过程573

27.5.1 建立连接573

27.5.2 重传和可靠性574

27.5.3 调度575

27.5.4 功率控制575

27.5.5 切换575

27.6 LTE术语576

深入阅读577

第28章 WiMAX/IEEE 802.16 578

28.1 引言578

28.1.1 历史578

28.1.2 WiMAX与现有的蜂窝系统579

28.2 系统概述579

28.2.1 物理层概述579

28.2.2 频带580

28.2.3 媒体接入控制层概述580

28.2.4 网络结构581

28.3 调制与编码582

28.3.1 调制582

28.3.2 编码583

28.4 逻辑和物理信道585

28.4.1 帧和区域585

28.4.2 帧结构的细节585

28.4.3 数据到（逻辑）子信道的映射587

28.4.4 前导和导频的原则587

28.4.5 PUSC588

28.4.6 TUSC593

28.4.7 FUSC593

28.4.8 AMC595

28.4.9 信道探测595

28.5 多天线技术596

28.5.1 空时编码和空间复用596

28.5.2 MIMO预编码598

28.5.3 MIMO中的SDMA和软切换599

28.6 链路控制599

28.6.1 建立连接599

28.6.2 调度和资源请求600

28.6.3 服务质量601

28.6.4 功率控制601

28.6.5 切换和移动性支持601

28.6.6 节约功率602

28.7 WiMAX术语603

深入阅读603

第29章 无线局域网604

29.1 引言604

29.1.1 历史604

29.1.2 应用605

29.1.3 媒体接入控制层与物理层的关系606

29.2 802.11 a/g——基于正交频分复用的局域网606

29.2.1 频段607

29.2.2 调制与编码608

29.2.3 头部609

29.2.4 同步和信道估计610

29.3 IEEE 802.11 n610

29.3.1 概述610

29.3.2 调制和编码611

29.3.3 多天线技术612

29.3.4 20 MHz或40 MHz信道613

29.3.5 帧头和前导614

29.3.6 信道估计615

29.4 802.11 无线局域网中的分组传输616

29.4.1 通用MAC结构616

29.4.2 帧格式617

29.4.3 分组无线电多址617

29.5 无线局域网的其他选择和未来的发展619

29.6 WLAN术语619

深入阅读620

第30章 习题621

参考文献655

缩略词表679

符号表701