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出版者:哈尔滨工程大学出版社

作者:张兴周

出品人:

页数:248

译者:

出版时间:2003-3

价格:20.00元

装帧:

isbn号码:9787810734202

丛书系列:

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跨越时空的数字脉动：先进信息传输系统的理论与实践 本书聚焦于信息时代的核心驱动力——如何以前所未有的速度、容量和可靠性将信息从一点传输到另一点。本书旨在为工程师、研究人员和高年级学生提供一个深入、全面的视角，探讨除光纤通信之外，当前主导或新兴的各类先进信息传输技术及其背后的物理原理、系统架构和工程挑战。 --- 第一部分：无线电频谱的精妙运用——下一代无线通信的基石 本部分深入剖析了电磁波在空气中传输时所面临的复杂环境，以及人类如何巧妙地利用有限的无线电频谱资源来实现海量数据的实时交换。 第一章：蜂窝网络演进与频谱效率的极限 本章首先回顾了从 1G 到 4G 技术的关键技术飞跃，重点阐述了 OFDM（正交频分复用） 技术在 4G LTE 中的核心地位及其在对抗多径衰落中的作用。随后，我们将视角投向 5G NR（新空口）。 我们详细分析了 毫米波（mmWave） 频段的特性，包括其巨大的潜在带宽与严苛的传播损耗之间的矛盾。在此基础上，本书探讨了 大规模多输入多输出（Massive MIMO） 系统的原理，包括预编码、波束赋形（Beamforming）的设计与实现。特别是，如何通过精准的波束管理和跟踪算法来维持高可靠性的空口连接，是本章的重点。此外，对于非正交多址接入（NOMA） 技术的潜力及其在实现用户公平性与系统容量提升之间的权衡，也进行了细致的建模与仿真分析。 第二章：卫星通信系统的高速化与低延迟挑战 随着全球互联需求的激增，卫星通信正经历一场革命。本书不再关注传统地球同步轨道（GEO）卫星，而是聚焦于 低地球轨道（LEO） 和 中地球轨道（MEO） 巨型星座的系统设计。 我们将探讨 LEO 星群带来的巨大挑战：极高的多普勒频移补偿、复杂的星间链路（ISL）组网与切换机制，以及地面网关与空间网络的无缝对接。对于 高通量卫星（HTS） 采用的 频段和空间波束的动态分配 技术，本书提供了详细的资源调度模型。此外，激光星间链路作为未来卫星网络的核心，其 自由空间光通信（FSO） 的链路预算、瞄准与跟踪技术，是本章不可或缺的组成部分。 第三章：短距离与物联网（IoT）的无线协议栈 本章关注低功耗、高密度的设备连接。我们详细对比分析了 Wi-Fi 6/6E (802.11ax) 中引入的 OFDMA 和 TWT（目标唤醒时间） 如何提升室内网络效率和能效。 针对物联网应用，本书对 LPWAN（低功耗广域网） 技术进行了深入研究，包括 LoRaWAN 的扩频调制技术、NB-IoT 的窄带调制特性以及 Sigfox 的超窄带技术。着重分析了这些技术在不同应用场景（如智能城市、资产追踪）中，电池寿命、覆盖范围和数据速率之间的工程取舍。 --- 第二部分：电磁波的边界——自由空间光通信（FSO）与水声通信 在某些极端环境下，传统的射频或有线介质无法满足需求。本部分探索了利用空气和水作为传输媒介的技术。 第四章：大气湍流中的自由空间光通信（FSO） FSO 技术利用激光在空气中直接传输数据，具有极高的潜在带宽和部署的灵活性。然而，大气湍流是其最大的敌人。 本书深入研究了 湍流引起的光束漂移、闪烁（强度起伏） 和 光束展宽 等物理效应。针对这些问题，我们详细介绍了自适应光学（Adaptive Optics） 技术的基本原理，包括使用变形镜和波前传感器来实时补偿大气畸变。此外，我们还分析了通过 多模态光束合成 或 空间复用 技术来提高系统抗衰落能力的设计策略。 第五章：水下声学通信的挑战与信号处理 水下是电磁波传播的“禁区”，因此声波成为了主要的通信手段。水声通信的挑战在于极低的传输速率、巨大的时延、频率依赖性的传播损耗和复杂的海洋信道模型。 本章详细介绍了 高频窄带通信 和 宽带脉冲通信 的系统结构对比。我们重点探讨了多载波技术在水声信道中的应用，特别是如何设计鲁棒的信道均衡器来消除多途效应（回声）。此外，对于 水下网络的组网、路由 协议（例如，基于延迟容忍网络的路由策略）也进行了详尽的讨论。 --- 第三部分：先进信号处理与信道编码的革新 高效的传输不仅依赖于物理介质，更依赖于先进的算法来对抗噪声和干扰。 第六章：后 4G/5G 时代的信道编码理论 信道编码是现代数字通信的灵魂。本书将重点放在 新一代纠错编码 技术上，这些技术旨在突破香农极限，尤其是在低信噪比条件下。 我们详细阐述了 LDPC（低密度奇偶校验码） 和 极化码（Polar Codes） 的编码与译码算法。对于 LDPC，深入分析了其在迭代译码过程中的性能优势和实现复杂度。对于极化码，重点讲解了其在构造过程中的“极化”现象以及如何在实际系统中进行高效的串化（Successive Cancellation）译码。 第七章：软件定义无线电与认知通信系统 软件定义无线电（SDR） 已经成为研究和部署新型通信系统的主要平台。本章首先介绍了 SDR 的硬件架构（高性能 ADC/DAC、FPGA/GPU 加速），并重点讨论了如何利用其灵活性实现复杂的调制解调方案。 在此基础上，我们探讨了 认知无线电（CR） 的核心概念——频谱感知（Spectrum Sensing）。详细分析了能量检测、匹配滤波检测和基于循环平稳性的检测算法的优缺点。最后，本书讨论了如何通过机器学习技术来优化动态频谱接入策略，实现对未授权频谱资源的智能利用。 --- 第四部分：信息安全与量子通信的未来图景 本部分展望了信息传输的未来安全需求和颠覆性技术方向。 第八章：物理层安全与抗干扰技术 随着信息泄露风险的增加，通信系统自身的安全性变得至关重要。本书分析了如何利用无线信道固有的物理层特性来保障安全。 重点介绍了 机密性增强技术，包括基于信道互信息理论的密钥生成方法，以及如何利用波束赋形和功率分配来故意使窃听者的信道条件恶化（即主动干扰）。此外，对于高功率干扰环境下的 抗干扰通信 方案，如跳频、扩频通信的抗干扰机理，也进行了严格的分析。 第九章：量子信息传输的理论基础与工程实现 虽然尚未大规模商用，但量子通信代表着信息传输的终极安全形态。本章介绍了 量子密钥分发（QKD） 的基本协议，如 BB84 协议的原理和其对侧信道攻击的防御机制。 随后，我们探讨了 量子中继器 的必要性，这是实现远距离量子通信的关键瓶颈。本书还简要概述了 量子隐形传态 的物理基础，并探讨了未来 量子互联网 的可能架构和需要攻克的工程难题，包括量子存储器的性能要求。 --- 总结： 本书提供了一个广阔的视野，从地面蜂窝网络到深空通信，从电磁波到声波，再到前沿的量子领域。它专注于那些与光纤技术并驾齐驱、或正在挑战现有传输范式的关键技术领域，为读者构建一个全面、立体的现代信息传输系统知识体系。

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这本书的排版和图表设计，绝对是业界的一股清流。要知道，涉及大量波导结构和光场分布的专业书籍，图文的清晰度至关重要。但很多时候，我们拿到的书籍要么是图示模糊不清，要么就是图注难以对应。然而，这本著作在这方面做得非常出色。无论是描述光纤的模场直径变化，还是展示高阶模式的耦合效率，那些彩色的剖面图和仿真结果图都极其精美且富有信息量。特别是关于光纤耦合器设计的示意图，其三维透视感极强，让我不必反复去脑补复杂的空间结构。此外，书中的术语表和缩写索引做得十分完备，这对于我们这些需要经常在不同标准间切换的专业人士来说，简直是救星。这种对细节的极致追求，体现了编辑团队的专业素养和对读者的尊重，极大地提升了阅读体验的流畅度，让人可以心无旁骛地沉浸在技术细节中。

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从一个资深从业者的角度来看，这本书最难能可贵的一点，在于它对于“系统集成”层面挑战的深刻洞察。很多教材往往只关注单一组件（比如光源或探测器）的性能，却忽略了将这些组件拼装成一个稳定、可运维的实际系统时会遇到的所有麻烦。这本书却反其道而行之，它花了大量篇幅去讨论光电器件的封装可靠性、温漂对系统的长期稳定性的影响，以及在多厂商互联环境下的协议兼容性问题。作者甚至引入了可靠性工程的视角，探讨了如何通过冗余设计和预测性维护来确保网络的“五个九”可用性。这种从“部件级优化”到“系统级韧性”的思维跃迁，是这本书最具含金量的内容之一。它成功地将冰冷的技术参数与苛刻的商业运营要求紧密地联系起来，使得全书的论述不再是纯粹的学术探讨，而是真正服务于电信运营商和数据中心建设者的实战指南。

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初读这本大部头，我立刻被它那宏大而又细致的叙事结构所吸引。作者似乎拥有一种将复杂理论化繁为简的魔力，书中对于信息论基础的阐述，简直是教科书级别的清晰。我记得有一章专门讲了信道容量的极限问题，它不是简单地罗列公式，而是通过一系列生动的工程案例，将香农的伟大思想融入到了实际的光波传输场景中。特别令人印象深刻的是，作者对量子噪声在高速率传输中的影响进行了深入的探讨，那些关于噪声统计特性的描述，严谨得让人拍案叫绝。虽然主题听起来十分高深，但行文之间却充满了对初学者的友好。每当引入一个新概念，总会配有大量的图示和必要的数学推导，保证了知识点的层层递进，绝不含糊。读完这部分内容，我对整个通信系统的物理层架构有了脱胎换骨的认识，感觉自己仿佛站在了光纤链路的起点，亲手搭建起了数据传输的桥梁。这本书在理论深度上的把控，实在令人佩服，它成功地架起了理论与工程之间的鸿沟。

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让我颇感惊喜的是，本书在回顾历史脉络和展望未来趋势方面所花费的心思。章节的过渡并非生硬的知识点堆砌，而是像在讲述一场波澜壮阔的技术演进史。从最早的阶跃型光纤到后来的渐变折射率光纤，再到掺铒光纤放大器的发明，作者对每一个里程碑事件的描述都充满了敬意，同时也毫不留情地指出了其局限性。更让我感到兴奋的是，书中对下一代超高容量传输技术——如空分复用和空频联合复用——的探讨，其前瞻性令人振奋。那些关于新型传输介质和人工智能在网络优化中的应用预测，让我看到了行业未来五到十年的发展方向。它不仅是一本技术手册，更像是一份行业未来发展的路线图。阅读时，我能清晰地感受到技术人员那种不断突破物理极限的激情，这种精神感染力，是很多枯燥的技术书籍所不具备的。

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这本书的实用价值，在涉及到系统设计和优化时，展现得淋漓尽致。我尤其欣赏作者在讨论如何应对光纤非线性效应时的那种务实态度。他没有停留在理论的象牙塔里，而是直接切入到实际工程中常见的偏振模色散（PMD）和四波混频（FWM）的处理策略。书中详细对比了多种补偿技术的优劣，从传统的基于DSP的数字信号处理方法，到一些前沿的空分复用技术，每一个方案的描述都附带了实际的性能指标和部署成本的考量。我拿着自己正在进行的一个小型承载网升级项目对比着书中的案例进行分析，发现书中的经验之谈，比我们过去依赖的几篇零散的行业白皮书还要精炼可靠。对于一个现场工程师来说，这种能立即转化为生产力的知识才是王道。它不只是告诉你“是什么”，更重要的是告诉你“该怎么做”以及“为什么这样做”。这种以结果为导向的叙述方式，极大地提高了我的工作效率。

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