Theory and Applications of OFDM and CDMA pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Schulze, Henrik/ Luders, Christian

出品人:

页数:420

译者:

出版时间:2005-9

价格:651.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780470850695

丛书系列:

图书标签:

• OFDM
• CDMA
• 无线通信
• 信号处理
• 通信系统
• 正交频分复用
• 码分多址
• 调制解调
• 移动通信
• 通信工程

移动通信系统中的下一代关键技术：MIMO、大规模传感器网络与认知无线电 内容提要 本书深入探讨了当前移动通信、无线网络以及频谱利用领域中的前沿技术，重点聚焦于多输入多输出（MIMO）系统的理论基础与实际部署、大规模传感器网络（WSN）的架构设计与能效优化，以及认知无线电（CR）在动态频谱接入中的核心机制。本书旨在为高级研究人员、系统工程师及博士生提供一个全面的技术蓝图，用以理解和设计面向未来高容量、高可靠性及频谱高效的无线系统。 本书摒弃了对传统单载波或正交多址接入（如OFDM）技术的详细回顾，而是将焦点完全置于超越这些基础技术的复杂系统设计层面。我们假设读者已掌握了通信系统的基本原理、傅里叶分析以及线性代数的基础知识。 --- 第一部分：多输入多输出（MIMO）系统的深度解析与信道模型 第一章：MIMO系统的基础架构与空间复用增益 本章从根本上剖析了MIMO系统的物理层优势，即利用多径环境提供的空间自由度以实现更高的频谱效率。我们首先建立了通用的多输入多输出信道矩阵模型 $mathbf{H}$，并详细讨论了瑞利衰落信道和莱斯衰落信道的统计特性。随后，重点分析了空间复用（Spatial Multiplexing, SM）的理论极限——信道容量，基于水填充算法（Water-filling Algorithm）推导了在已知和未知信道条件下，系统的最大可达容量 $C_{max}$。本章深入探讨了迫零（Zero-Forcing, ZF）预编码和解码技术，分析其在消除层间干扰（Inter-Channel Interference, ICI）方面的性能，并讨论了ZF方案对信噪比（SNR）的惩罚效应。 第二章：MIMO检测技术与低复杂度接收机设计 本章聚焦于接收端如何有效分离和恢复多路并行传输的数据流。除了传统的迫零接收器外，我们详细阐述了最小均方误差（Minimum Mean Square Error, MMSE）检测器的设计原理。MMSE检测器通过引入正则化矩阵，平衡了干扰消除与噪声增强之间的矛盾，并在实际SNR条件下表现出优于ZF的性能。此外，本章还介绍了迭代式接收机的概念，包括基于概率的最大似然（ML）检测器的近似实现，如迫零迭代（ZF-PIC）和软输入软输出（SISO）的迭代处理，以及如何将其集成到现代信道编码框架中。 第三章：预编码、波束赋形与信道互易性利用 在本章中，我们转向发射端的优化技术。重点讨论了预编码矩阵的设计，旨在最大化系统吞吐量或优化用户间的公平性。我们详细分析了块对角化（Block Diagonalization, BD）技术在多用户MIMO（MU-MIMO）场景下实现用户间完全隔离的方法。此外，波束赋形（Beamforming）作为一种空间功率控制手段，其重要性不言而喻。本章区分了单用户波束赋形（SU-BF）和多用户波束赋形，并探讨了在信道互易性（Channel Reciprocity）假设下，如何利用上行反馈信息实现下行波束赋形的精确校准，尤其是在TDD（时分双工）系统中的应用。 --- 第二部分：大规模无线传感器网络（WSN）的能效与拓扑优化 第四章：无线传感器网络的能耗模型与路由机制 本章探讨了WSN的特殊挑战——资源极度受限，特别是能量约束。我们建立并分析了传输能量模型，包括电路能量损耗和信号传播的路径损耗，并引入了阈值效应（Threshold Effect）的概念来指导数据传输的决策。核心内容围绕分簇（Clustering）架构展开，详细分析了LEACH（Low-Energy Adaptive Clustering Hierarchy）及其改进算法，如HEED（Hybrid Energy-Efficient Distributed）。本章着重于如何优化簇头（Cluster Head, CH）的选择和数据汇聚（Data Aggregation）策略，以最大化网络寿命。 第五章：传感器网络的MAC层协议与数据融合 本章深入研究了WSN的媒体访问控制（MAC）协议设计，该设计必须高度重视周期性侦听和睡眠模式的能效平衡。我们分析了基于事件驱动的MAC协议，如S-MAC (Sensor MAC)和T-MAC (Timeout MAC)，并对比了它们在不同业务负载下的性能差异。此外，本章强调了数据融合（Data Fusion）在减少冗余传输、提升网络可靠性方面的关键作用。我们探讨了基于信息论的冗余度量方法，以及如何设计层次化的融合算法来压缩数据后再进行传输。 第六章：大规模网络中的拓扑控制与覆盖问题 随着传感器数量的激增，如何高效地维持网络连通性和空间覆盖成为关键。本章分析了拓扑控制算法，包括基于距离的连接维持（Distance-Based Connectivity Maintenance）和基于能量的自适应重构。对于覆盖问题，我们讨论了最小传感器部署优化问题，引入了概率覆盖模型，并使用几何概率方法评估网络在给定密度下的连通性保障水平，旨在实现用最少节点达到最高的覆盖可靠性。 --- 第三部分：认知无线电（CR）与动态频谱接入 第七章：认知无线电基础与动态频谱接入理论 本章为认知无线电（CR）的概念奠定了理论基础，将其定义为具备感知、学习和决策能力的智能无线通信系统。我们详细区分了动态频谱接入（DSA）的两种主要模式：频谱共享（Spectrum Sharing）和频谱机会（Spectrum Opportunity）。本章的核心是频谱感知（Spectrum Sensing）技术。我们深入研究了基于能量的检测器、匹配滤波检测器，并重点分析了循环平稳检测和基于小波变换的感知方法，特别是它们在低信噪比环境下的性能极限。 第八章：机会主义频谱接入与次用户调度 本章专注于次用户（Secondary User, SU）如何高效地利用主用户（Primary User, PU）留下的频谱空洞。我们详细分析了机会主义接入（Opportunistic Spectrum Access, OSA）的决策框架，包括基于信道感知的接入决策和基于学习的接入决策。对于SU调度，我们探讨了如何优化SU的传输功率和接入时间，以最大化SU的吞吐量，同时确保对PU的干扰满足严格的干扰约束。这包括次用户-主用户干扰对的建模和优化。 第九章：干扰对策与频谱手移（Spectrum Handoff） 在认知网络中，次用户必须时刻警惕主用户的出现。本章详细讨论了干扰对策（Interference Mitigation）技术，例如SU使用功率控制或波束赋形来规避对PU接收机的直接干扰。同时，当主用户回归时，次用户必须执行频谱手移（或称频谱迁移）。本章分析了频谱手移的触发机制、所需的时间延迟评估，以及如何设计平滑的切换策略，以最小化对次用户数据流的影响，从而保证系统服务的连续性。 --- 结论 本书全面地考察了支撑未来高密度、高效率无线系统的三大支柱技术：MIMO的信道资源利用、WSN的低功耗拓扑设计、以及CR的智能频谱管理。通过对这些高级主题的深入剖析，读者将获得设计和分析下一代无线通信系统的关键工具和深刻见解。

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