描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装-胶订是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787111629429
内容简介
本书从数字信号处理的角度，建立了通信原理，包括关键的数学背景、发射机和接收机的信号处理算法、信道模型以及对多个天线的概括。描述了用于实现无线通信链路的特定接收机算法：包括同步、载波频率偏移估计、信道估计和均衡，并把这些概念扩展到当代MIMO系统。本书建立在信号处理基础之上，不需要模拟或数字通信的前期课程，可作为高年级本科和研究生的教材，亦可供工程师阅读参考.
目 录
出版者的话
译者序
前言
致谢
第1章 引言1
1.1 无线通信简介1
1.2 无线系统2
1.3 无线通信的信号处理10
1.4 本书贡献12
1.5 本书框架13
1.6 符号和常用定义14
1.7 小结16
习题16
第2章 数字通信概述18
2.1 数字通信简介18
2.2 单一无线数字通信链路概述18
2.3 无线信道20
2.4 信源编码与译码23
2.5 加密与解密26
2.6 信道编码与译码27
2.7 调制与解调31
2.8 小结37
习题37
第3章 信号处理基础40
3.1 信号与系统40
3.2 统计信号处理61
3.3 频带信号处理76
3.4 多速率信号处理86
3.5 线性估计91
3.6 小结100
习题100
第4章 数字调制与解调112
4.1 用于复脉冲幅度调制的发射机112
4.2 符号映射和星座114
4.3 计算x（t）的带宽和功率119
4.4 AWGN信道中的通信120
4.5 脉冲整形的数字实现133
4.6 小结136
习题137
第5章 处理损伤143
5.1 频率平坦无线信道143
5.2 频率选择性信道的均衡156
5.3 估计频率选择性信道169
5.4 频率选择性信道中的载频偏移校正176
5.5 无线传播简介184
5.6 大尺度信道模型186
5.7 小尺度衰落选择性191
5.8 小尺度信道模型198
5.9 小结202
习题203
第6章 MIMO通信216
6.1 多天线通信简介216
6.2 平坦衰落SIMO系统的接收机分集221
6.3 MISO系统的发射分集227
6.4 MIMO收发机技术235
6.5 MIMO-OFDM收发机技术250
6.6 小结255
习题256
参考文献259
术语表281
译者序
前言
致谢
第1章 引言1
1.1 无线通信简介1
1.2 无线系统2
1.3 无线通信的信号处理10
1.4 本书贡献12
1.5 本书框架13
1.6 符号和常用定义14
1.7 小结16
习题16
第2章 数字通信概述18
2.1 数字通信简介18
2.2 单一无线数字通信链路概述18
2.3 无线信道20
2.4 信源编码与译码23
2.5 加密与解密26
2.6 信道编码与译码27
2.7 调制与解调31
2.8 小结37
习题37
第3章 信号处理基础40
3.1 信号与系统40
3.2 统计信号处理61
3.3 频带信号处理76
3.4 多速率信号处理86
3.5 线性估计91
3.6 小结100
习题100
第4章 数字调制与解调112
4.1 用于复脉冲幅度调制的发射机112
4.2 符号映射和星座114
4.3 计算x（t）的带宽和功率119
4.4 AWGN信道中的通信120
4.5 脉冲整形的数字实现133
4.6 小结136
习题137
第5章 处理损伤143
5.1 频率平坦无线信道143
5.2 频率选择性信道的均衡156
5.3 估计频率选择性信道169
5.4 频率选择性信道中的载频偏移校正176
5.5 无线传播简介184
5.6 大尺度信道模型186
5.7 小尺度衰落选择性191
5.8 小尺度信道模型198
5.9 小结202
习题203
第6章 MIMO通信216
6.1 多天线通信简介216
6.2 平坦衰落SIMO系统的接收机分集221
6.3 MISO系统的发射分集227
6.4 MIMO收发机技术235
6.5 MIMO-OFDM收发机技术250
6.6 小结255
习题256
参考文献259
术语表281
前 言
我写这本书的目的是使无线通信的原理更容易理解。无线通信是互联网接入的主要方法，即设备连接互联网和连接彼此的手段。尽管无线技术无处不在，但对于许多工程师来说，无线通信的原理仍然很模糊。主要原因似乎是无线通信的技术概念是建立在数字通信的基础之上的。然而，数字通信通常是在电气工程本科课程结束阶段才开始学习的，此时已没有时间安排无线通信课程。其他专业的学生，比如计算机科学或航空航天工程等相关领域的学生，对无线通信更是知之甚少，因为他们可能压根也没有学习过数字通信课程。因此，本书提供了学习无线通信以及数字通信的基础知识的方法。
在数字信号处理（DSP）的背景下学习无线通信，是本书的一个前提。DSP方法的实用性源于以下事实：无线通信信号（至少理想情况下）是有限带宽的。利用奈奎斯特定理，可通过离散时间的采样值来表示带限连续时间信号。结果，离散时间可用于表示无线系统中的连续传输和接收的信号。利用该关系，像多径衰落和噪声这样的信道损耗，便可以用离散时间的等效来表示，从而为接收到的信号创建离散时间模型。在这种方式下，数字通信系统可以视为离散时间系统。
许多经典的信号处理函数可在数字通信系统的离散时间等效模型中发挥作用。多径无线信道可用线性时不变系统建模，与冲激响应的卷积作为信道的输出，而解卷积用于均衡信道影响。上采样、下采样和多速率特性适用于发射机脉冲整形和接收机匹配滤波的高效实现。快速傅里叶变换是两种重要的调制/解调技术的基础：正交频分复用和单载波频域均衡。线性估计和最小二乘是用于信道估计（估计未知滤波器响应）和均衡（发现反卷积滤波器）的算法的基础。用于估算噪声中未知正弦波参数的算法则用于载波频率偏移的估计。简而言之，信号处理一直是通信的一部分，因此，可以基于与信号处理的联系来学习数字通信。
第1章介绍无线通信和信号处理，并提供一些历史背景。该章的一个亮点是讨论无线通信的不同应用，包括广播无线电和电视、蜂窝通信、局域网、个人局域网、卫星系统、自组织网络、传感器网络乃至水下通信。对应用的回顾为本书的后续例题和习题提供了上下文联系，这些问题通常借鉴无线局域网、个人局域网或蜂窝通信系统的发展。
在接下来的两章中，讲述建立数字通信和信号处理的基本背景。从第2章的数字通信系统的典型框图开始，解释发射机和接收机的每个框图。包括源编码、加密、信道编码和调制的重要功能，并对无线信道进行讨论。该章的其余部分重点介绍这些功能的一部分，包括调制、解调和信道。为了提供适当的数学背景，在第3章中对信号处理的重要概念进行了概述，包括确知信号和随机信号、频带和多速率信号处理，以及线性估计。该章提供的数学工具可从从信号处理角度描述数字通信发射机和接收机操作。
根据已有的基本原理，在第4章中继续对调制和解调进行更深入的探讨。在该章中，不是对所有的调制方式都进行深入的研究，而是专注于用复脉冲幅度调制表述的方法。这通常足以涵盖商用无线系统中使用的大多数波形情况。解调过程是在加性高斯白噪声信道假设下进行的，包括脉冲成形、最大似然检测和符号错误概率。发射机和接收机的关键部分用多速率信号处理的概念来描述。该章以信号处理的视角介绍经典数字通信。
第5章详细介绍了无线环境下的接收机算法。描述了特定的损耗，包括符号定时偏移、帧定时偏移、载频偏移和频率选择信道。此外，还介绍几种用于减少损耗的方法，包括基于最小二乘估计来估计未知参数的算法，以及利用时域或频域均衡的策略。我关注的是尽可能以最简单的方式处理损耗的算法，为将来可能遇到的更高级的算法奠定基础。该章最后介绍大尺度和小尺度信道模型，并讨论信道的时间和频率选择性特征。该章的内容对于无线系统的设计与实现至关重要。
最后一章，即第6章，将第4章和第5章的概念推广到使用多个发射天线或多个接收天线的系统，通常称为MIMO通信。在该章中，定义了不同的MIMO操作模式，并对它们做了进一步的研究，包括接收机分集、发射机分集和空间复用。从本质上说，前面对信道的大多数表示，通过引入适当的矢量和矩阵符号，均可以推广到MIMO的情形，伴随而来的还有接收机算法中额外增加的复杂度。该章的大部分内容都集中在衰落信道模型上，但最后推广到了频率选择性信道。无线通信基础与目前广泛应用于商业无线系统的通信系统类型之间的重要联系，正是该章的主要内容。
我写本书是因为一门课程“无线通信研究”，这门课是得克萨斯大学奥斯汀分校（UT Austin）为高年级本科生和研究生新生开设的。该课程讲义部分以本书的草稿为基础。实验部分的讲义则采用了我编写的实验手册《Digital Wireless Communication:Physical Layer Exploration Lab Using the NI USRP》，该书由美国国家技术和科学出版社于2012年出版。该实验手册与NI提供的USRP硬件包配套发行。在实验室中，同学们实现了正交幅度调制和解调。他们必须处理一系列更复杂的缺陷，包括噪声、多径信道、符号定时偏移、帧定时偏移和载频偏移。该实验室提供了一种途径，让同学们看到了书中的概念如何在实际无线信号中发
在数字信号处理（DSP）的背景下学习无线通信，是本书的一个前提。DSP方法的实用性源于以下事实：无线通信信号（至少理想情况下）是有限带宽的。利用奈奎斯特定理，可通过离散时间的采样值来表示带限连续时间信号。结果，离散时间可用于表示无线系统中的连续传输和接收的信号。利用该关系，像多径衰落和噪声这样的信道损耗，便可以用离散时间的等效来表示，从而为接收到的信号创建离散时间模型。在这种方式下，数字通信系统可以视为离散时间系统。
许多经典的信号处理函数可在数字通信系统的离散时间等效模型中发挥作用。多径无线信道可用线性时不变系统建模，与冲激响应的卷积作为信道的输出，而解卷积用于均衡信道影响。上采样、下采样和多速率特性适用于发射机脉冲整形和接收机匹配滤波的高效实现。快速傅里叶变换是两种重要的调制/解调技术的基础：正交频分复用和单载波频域均衡。线性估计和最小二乘是用于信道估计（估计未知滤波器响应）和均衡（发现反卷积滤波器）的算法的基础。用于估算噪声中未知正弦波参数的算法则用于载波频率偏移的估计。简而言之，信号处理一直是通信的一部分，因此，可以基于与信号处理的联系来学习数字通信。
第1章介绍无线通信和信号处理，并提供一些历史背景。该章的一个亮点是讨论无线通信的不同应用，包括广播无线电和电视、蜂窝通信、局域网、个人局域网、卫星系统、自组织网络、传感器网络乃至水下通信。对应用的回顾为本书的后续例题和习题提供了上下文联系，这些问题通常借鉴无线局域网、个人局域网或蜂窝通信系统的发展。
在接下来的两章中，讲述建立数字通信和信号处理的基本背景。从第2章的数字通信系统的典型框图开始，解释发射机和接收机的每个框图。包括源编码、加密、信道编码和调制的重要功能，并对无线信道进行讨论。该章的其余部分重点介绍这些功能的一部分，包括调制、解调和信道。为了提供适当的数学背景，在第3章中对信号处理的重要概念进行了概述，包括确知信号和随机信号、频带和多速率信号处理，以及线性估计。该章提供的数学工具可从从信号处理角度描述数字通信发射机和接收机操作。
根据已有的基本原理，在第4章中继续对调制和解调进行更深入的探讨。在该章中，不是对所有的调制方式都进行深入的研究，而是专注于用复脉冲幅度调制表述的方法。这通常足以涵盖商用无线系统中使用的大多数波形情况。解调过程是在加性高斯白噪声信道假设下进行的，包括脉冲成形、最大似然检测和符号错误概率。发射机和接收机的关键部分用多速率信号处理的概念来描述。该章以信号处理的视角介绍经典数字通信。
第5章详细介绍了无线环境下的接收机算法。描述了特定的损耗，包括符号定时偏移、帧定时偏移、载频偏移和频率选择信道。此外，还介绍几种用于减少损耗的方法，包括基于最小二乘估计来估计未知参数的算法，以及利用时域或频域均衡的策略。我关注的是尽可能以最简单的方式处理损耗的算法，为将来可能遇到的更高级的算法奠定基础。该章最后介绍大尺度和小尺度信道模型，并讨论信道的时间和频率选择性特征。该章的内容对于无线系统的设计与实现至关重要。
最后一章，即第6章，将第4章和第5章的概念推广到使用多个发射天线或多个接收天线的系统，通常称为MIMO通信。在该章中，定义了不同的MIMO操作模式，并对它们做了进一步的研究，包括接收机分集、发射机分集和空间复用。从本质上说，前面对信道的大多数表示，通过引入适当的矢量和矩阵符号，均可以推广到MIMO的情形，伴随而来的还有接收机算法中额外增加的复杂度。该章的大部分内容都集中在衰落信道模型上，但最后推广到了频率选择性信道。无线通信基础与目前广泛应用于商业无线系统的通信系统类型之间的重要联系，正是该章的主要内容。
我写本书是因为一门课程“无线通信研究”，这门课是得克萨斯大学奥斯汀分校（UT Austin）为高年级本科生和研究生新生开设的。该课程讲义部分以本书的草稿为基础。实验部分的讲义则采用了我编写的实验手册《Digital Wireless Communication:Physical Layer Exploration Lab Using the NI USRP》，该书由美国国家技术和科学出版社于2012年出版。该实验手册与NI提供的USRP硬件包配套发行。在实验室中，同学们实现了正交幅度调制和解调。他们必须处理一系列更复杂的缺陷，包括噪声、多径信道、符号定时偏移、帧定时偏移和载频偏移。该实验室提供了一种途径，让同学们看到了书中的概念如何在实际无线信号中发
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