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出版者:

作者:Cordeiro, Jose 编

出品人:

页数:346

译者:

出版时间:

价格:$ 90.34

装帧:

isbn号码:9783540682578

丛书系列:

图书标签:

• Web信息系统
• Web技术
• 信息系统
• Web开发
• 互联网技术
• 数据管理
• Web应用
• 软件工程
• 计算机科学
• 信息技术

现代通信技术前沿：从理论到实践 图书简介 本书聚焦于信息时代的基石——现代通信技术，深入剖析了从基础理论到尖端应用的完整技术栈。它旨在为电子工程、计算机科学、信息安全领域的学生、研究人员以及工程师提供一个全面、深入且具有前瞻性的知识框架。全书结构严谨，内容涵盖了传统通信系统的优化，以及5G/6G、物联网（IoT）、卫星通信等新兴领域的关键技术与挑战。 --- 第一部分：通信系统基础与信号处理的深度解析 本书的第一部分奠定了坚实的理论基础，这是理解任何现代通信系统的先决条件。我们首先从信息论的视角出发，详尽阐述了香农-哈特利定理的实际意义及其在信道容量规划中的应用。 1.1 随机过程与噪声理论： 深入探讨了高斯过程、平稳过程、遍历性等关键概念，并将其应用于实际的通信信道模型中。重点分析了热噪声、散粒噪声以及它们如何限制系统的性能。对于如何使用功率谱密度（PSD）和自相关函数来表征随机信号，我们提供了大量的工程案例解析。 1.2 调制与编码技术革新： 数字调制方案的精细化分析： 不仅限于传统的ASK、FSK、PSK，我们对高阶M-QAM、正交幅度调制（QAM）在不同信噪比条件下的误码率（BER）性能进行了精确的数学推导和仿真验证。特别关注了恒包络调制的优势及其在功率受限环境下的应用。 信道编码的演进： 详细介绍了经典的前向纠错（FEC）编码，如卷积码、分组码，并着重分析了现代高效编码，如Turbo码和低密度奇偶校验码（LDPC）。本书通过对比不同编码的译码复杂度与纠错增益，为读者选择合适的编码方案提供了实践指导。 1.3 匹配滤波与同步技术： 匹配滤波器作为最优线性接收器的核心，其设计原理和在抗噪声干扰中的作用被深入剖析。在同步方面，本书详细讨论了载波同步（如科斯塔斯-朱算法）和定时同步（如零交检测），这些是实现可靠数据恢复的关键环节。 --- 第二部分：无线信道的复杂性与多址接入策略 现代通信系统的核心挑战在于如何有效地管理和利用受限的无线频谱。第二部分专注于理解无线信道对信号的影响，并介绍业界领先的多址接入技术。 2.1 传播模型与衰落分析： 本章系统梳理了电磁波在不同环境下的传播特性，包括视距（LOS）、多径传播（Multipath Fading）。我们对瑞利（Rayleigh）和莱斯（Rician）衰落模型进行了细致的数学描述，并引入了信道状态信息（CSI）估计的算法，这是自适应调制的物理基础。 2.2 扩频技术与抗干扰能力： 深入研究了扩频通信（Spread Spectrum）的原理，特别是直接序列扩频（DSSS）和跳频扩频（FHSS）。本书重点讲解了伪随机噪声（PN）序列的生成、自相关和互相关特性，并展示了扩频技术如何在强干扰环境下实现通信。 2.3 多址接入技术详解： 本部分是理解蜂窝网络架构的关键。 频分多址（FDMA）与时分多址（TDMA）： 概述其历史地位和局限性。 码分多址（CDMA）： 详细剖析了正交与近正交CDMA系统的容量限制和近远端效应，这是3G网络的核心技术。 正交频分复用（OFDM）： 作为4G/5G的主流技术，OFDM的原理、循环前缀（CP）的应用、子载波间的正交性维护，以及其在应对频率选择性衰落方面的巨大优势被详尽阐述。 --- 第三部分：蜂窝网络架构的演进与关键技术 本部分将理论知识应用于实际的移动通信系统，重点关注从3G到5G的核心技术演进。 3.1 4G LTE/LTE-Advanced： 关键技术： 深度解析了基于OFDM的下行链路（SC-FDMA/OFDMA）设计，以及MIMO（多输入多输出）技术如何通过空间复用和分集增益来极大地提升系统吞吐量。本书提供了MIMO信道矩阵的奇异值分解（SVD）分析方法。 网络架构： 简述了EPC（演进的分组核心网）的扁平化架构及其与接入网（eNodeB）的接口协议。 3.2 5G新空口（NR）与下一代挑战： 灵活的帧结构与波束赋形： 详细介绍了5G NR为支持多种服务（eMBB, mMTC, uRLLC）而设计的灵活时域和频域资源分配机制。波束赋形（Beamforming）作为提升频谱效率和覆盖的关键技术，其基于相控阵天线的原理、预编码矩阵设计及实现细节被重点介绍。 毫米波（mmWave）通信： 讨论了高频段带来的巨大带宽潜力，同时也分析了其在穿透损耗、大气吸收和对高精度波束管理的需求等方面的严峻挑战。 3.3 网络功能虚拟化与软件定义网络（NFV/SDN）： 阐述了5G核心网如何利用NFV将网络功能从专用硬件中解耦，并通过SDN实现集中控制和灵活调度，这是构建弹性、可编程无线接入网（RAN）的软件基础。 --- 第四部分：面向未来的通信范式 本书的最后一部分将目光投向了超越传统蜂窝边界的前沿领域，探索未来通信技术的潜力。 4.1 卫星通信系统的最新发展： 区别于传统的地球同步轨道（GEO）卫星，本书重点研究了低地球轨道（LEO）巨型星座（如Starlink）的体系结构。分析了LEO系统对星间链路（Inter-Satellite Links, ISL）的需求、多普勒频移的补偿技术以及非均匀覆盖问题的解决策略。 4.2 物联网（IoT）的关键通信协议： 探讨了针对海量低功耗设备接入的优化方案。详细对比了窄带物联网（NB-IoT）和长期演进机器类通信（LTE-M）在功耗、时延和覆盖范围上的技术取舍。对于新兴的低功耗广域网（LPWAN）技术如LoRa，本书也提供了其物理层操作和网络拓扑的分析。 4.3 认知无线电与频谱共享： 引入了认知无线电（CR）的概念，即“感知环境，动态使用频谱”。重点阐述了频谱感知技术（如能量检测、盲源分离），以及次级用户如何在不干扰主用户的前提下接入频谱资源，以实现频谱利用率的最大化。 4.4 通信安全基础： 针对日益增长的网络威胁，本书概述了现代通信系统中的安全威胁模型，包括干扰攻击、欺骗攻击和物理层安全（Physical Layer Security）的基本概念，后者利用信道特性固有的不确定性来保障信息传输的机密性。 --- 结语 本书的结构设计旨在引导读者建立起从第一性原理到复杂系统实现的完整认知链条。它不仅仅是一本教科书，更是一部反映当前通信领域工程实践与未来研究热点的参考手册。通过对数学模型的严谨推导和对前沿技术的深入剖析，本书确保读者能够掌握在新一代通信基础设施建设与创新中所需的深厚理论功底和实战能力。

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