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现代无线通信原理与实践：下一代移动网络的构建 作者： [此处可填写虚构作者姓名] 出版社： [此处可填写虚构出版社名称] --- 简介 本书深入探讨了驱动当前及未来无线通信系统的核心理论、关键技术与实际应用。面对日益增长的数据速率需求、爆炸性的移动设备连接，以及对极致可靠性和低延迟的追求，传统通信范式正面临严峻挑战。本书旨在为电子工程、通信工程、计算机科学领域的学生、研究人员及行业专业人士提供一个全面且深入的知识框架，着重于超越现有主流技术（如LTE/5G的某些基础层面）的、更前沿、更具创新性的信号处理和系统架构。 全书结构紧凑，逻辑清晰，从信息论的基石出发，逐步构建起对高级物理层设计和网络层优化的深刻理解。我们不局限于单一的调制或接入技术，而是将视野投向更广阔的频谱利用效率、能效优化和对极端信道环境的鲁棒性设计。 第一部分：信息论与信道建模的深化理解 本部分将回顾并深化读者对香农信息论的理解，并将其扩展到非理想和受限的实际无线环境中。 第一章：超越香农极限的探寻：容量与可靠性的权衡 本章从基本的信息论速率定义出发，探讨了在有限功率、有限带宽以及存在干扰和噪声的真实信道中，如何精确量化系统容量。重点分析了高斯信道下的容量限制，并引入了非高斯信道（如脉冲噪声、带限信道）的容量计算方法。我们将深入研究极化码（Polar Codes） 和 LDPC 码 在高代码率和高信噪比下的性能边界，探讨它们在实现接近香农极限通信中的关键作用，并分析实际编码/解码复杂度与性能增益的权衡。 第二章：复杂多径信道的统计建模与参数估计 无线信道是影响通信性能的首要因素。本章超越传统的瑞利或莱斯衰落模型，重点研究了超大规模MIMO（Massive MIMO） 环境下信道相关性和时变性对系统性能的影响。我们详细分析了基于智能反射面（RIS） 或可重构超表面（Reconfigurable Intelligent Surfaces, RIS） 的信道建模，这些模型需要同时考虑电磁波的传播特性和表面单元的相移/幅度控制。此外，本章还探讨了深度学习驱动的信道估计技术，如何利用神经网络的强大拟合能力，在低导频开销下实现更精确的信道状态信息（CSI）获取。 第二部分：先进物理层传输技术 本部分专注于创新性的信号发射、接收和处理技术，旨在最大化频谱利用率并提高系统对动态环境的适应能力。 第三章：多天线技术的新范式：空时编码与波束赋形的高级应用 本章不再局限于传统的预编码和空间复用，而是着重探讨了正交时频波束赋形（OTFS） 技术。OTFS通过在多普勒域和时延域进行编码，极大地提高了在高速移动场景（如高铁通信、无人机网络）中的信道保持能力和抗多普勒扩展的鲁棒性。我们详细分析了OTFS的信道模型转换、基于矩阵分解的等效信道分析，以及其在非正交多址接入（NOMA） 场景下的联合优化。同时，本章也涵盖了大规模MIMO 系统的有限精度量化对预编码性能的影响及低复杂度量化策略。 第四章：频谱共享与异构网络中的动态接入 随着频谱资源的日益稀缺，如何高效共享频谱成为关键。本章深入研究认知无线电（CR） 系统的动态频谱接入策略。我们详细讨论了基于博弈论的次级用户频谱决策机制，以及如何设计高效的频谱感知算法来避免对主用户造成干扰。此外，本章还探讨了非授权频谱接入（如License-by-Sharing）在工业物联网（IIoT）中的应用，包括载波侦听多址接入（CSMA） 的改进和基于信道预测的接入决策。 第五章：面向全双工与干扰消除的收发机设计 全双工（Full Duplex, FD）通信是实现频谱效率倍增的潜力技术。本章的重点在于自干扰消除（Self-Interference Cancellation, SIC） 技术的深度剖析。我们将分析模拟域和数字域SIC的联合优化策略，包括非线性失真处理和宽带噪声整形技术，以应对极高隔离度要求下的挑战。此外，本章还将探讨在异构网络中，如何利用先进的干扰对齐（IA） 技术来管理跨层干扰，实现不同接入技术间的共存。 第三部分：面向未来网络的系统集成与优化 本部分将视角从物理层提升至网络层和应用层，讨论如何利用先进的优化工具和人工智能技术来构建更智能、更灵活的下一代网络架构。 第六章：面向低延迟与高可靠性的调度与资源分配 在5G及未来6G系统中，超可靠低延迟通信（URLLC）是核心指标。本章聚焦于确定性网络调度的理论基础。我们分析了基于时间敏感网络（TSN） 原理的无线资源调度方法，如何通过资源预留和时间同步来保证传输的时延界限。针对极小分组传输，本章研究了随机时隙接入的优化，以及如何利用预测性调度算法来最小化排队延迟和重传概率。 第七章：基于强化学习的端到端网络优化 本章探索将深度强化学习（DRL） 引入无线网络控制。与传统的模型驱动优化不同，DRL允许网络自主学习最优策略。我们将重点讨论DRL在以下场景的应用：动态功率控制以平衡覆盖和服务质量、跨层联合优化（物理层调制与网络层路由的耦合决策）、以及移动边缘计算（MEC） 中任务卸载的实时优化，旨在最大化系统吞吐量或最小化总体能耗。 第八章：安全通信与隐私保护在物理层中的实现 随着网络攻击面的扩大，通信的安全性至关重要。本章超越传统加密手段，着重探讨物理层安全技术。我们分析了基于信道互信息的安全速率计算，以及如何利用加性随机化（Randomization） 增强对窃听者的抵抗力。此外，本章还讨论了在大规模分布式传感网络中，如何结合差分隐私技术来保护用户移动轨迹和行为数据，确保在数据收集的同时维护用户隐私。 结论与展望 本书最后总结了当前无线通信面临的关键挑战，并展望了向太赫兹（THz）通信、可见光通信（VLC）以及全频谱感知网络发展的方向。本书强调，未来的无线系统将是跨层感知、智能决策、异构融合的复杂集成体。 --- 本书特点： 深度与广度并重： 内容覆盖从底层物理层到上层控制层，对关键技术进行数学推导和系统级分析。 前沿聚焦： 侧重于超越现有标准的创新性技术，如OTFS、RIS辅助通信、以及DRL在网络控制中的应用。 实践导向： 结合大量案例分析和算法复杂度讨论，帮助读者理解理论如何转化为可实现的系统设计。
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