Fundamentals of Wireless Communication--Cambridge University Pre...

### 无线通信基础 #### 一、导论与书籍目标 本书由加州大学伯克利分校的大卫·特塞（David Tse）教授与伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的普拉莫德·维斯瓦纳特（Pramod Viswanath）教授共同撰写，旨在为读者提供一个全面而深入的无线通信理论框架。本书的主要目标是为那些希望了解无线通信系统基本原理及其设计原则的学生与研究人员提供一个坚实的基础。 **书籍目标：** - 建立一套系统的无线通信基础知识体系。 - 提供对无线信道物理模型的深入了解。 - 探讨不同类型的无线系统。 - 讨论无线通信中的关键技术和挑战。 - 分析并解释多种无线通信场景下的信号处理技术。 - 引导读者理解复杂无线环境中的信号传输机制。 #### 二、无线系统概述 无线通信是指在没有物理连接的情况下通过电磁波进行信息传输的技术。随着移动互联网、物联网等领域的快速发展，无线通信技术变得越来越重要。本书涵盖了以下几种主要的无线系统： - **移动通信系统**：如手机网络，包括2G、3G、4G及最新的5G技术。 - **卫星通信系统**：用于覆盖广阔的地理区域，例如全球定位系统(GPS)。 - **Wi-Fi和蓝牙技术**：适用于短距离通信的无线局域网(WLAN)技术。 - **无线传感器网络**：用于监测和收集数据的分布式网络。 #### 三、无线信道的物理建模 无线信道的特性对无线通信系统的设计至关重要。本书详细介绍了无线信道的各种物理模型，并探讨了它们如何影响信号的传输。 - **自由空间模型**：描述了在理想条件下信号传播的行为。 - **固定天线**：讨论了在固定发射和接收天线之间的信号传输特性。 - **移动天线**：分析了当接收或发射天线处于运动状态时的信号衰减情况。 - **反射模型**：考虑了信号在经过反射后到达接收器的情况。 - **固定天线**：当反射发生在固定位置时的信号特性。 - **移动天线**：当反射发生在动态环境中时的信号变化。 - **地面反射模型**：特别关注了地面反射对信号的影响。 - **功率衰减与阴影效应**：分析了随着距离增加信号强度的下降以及障碍物造成的信号衰减现象。 - **多径反射**：探讨了多个反射路径如何影响信号的接收质量。 #### 四、无线信道的输入输出模型 无线信道可以被视为一个线性时变系统。本节讨论了如何建立这种模型，并介绍了几种不同的模型形式。 - **无线信道作为线性时变系统**：探讨了如何将无线信道视为一个线性系统，并分析了时间变化对其特性的影响。 - **基带等效模型**：介绍了如何简化无线信道模型，以便更容易地进行数学分析。 - **离散时间基带模型**：提供了进一步简化的模型，便于数字信号处理的应用。 - **加性白噪声**：讨论了信道中普遍存在的噪声源，以及它如何影响信号的传输质量。 - **时间和频率相干性**：分析了信号在时间和频率维度上的稳定性，这对于理解和优化无线通信系统至关重要。 #### 五、统计信道模型 为了更好地模拟实际通信环境中的信道行为，需要构建统计模型来描述信道的随机特性。 - **建模哲学**：阐述了构建统计信道模型的基本思路和方法。 - **瑞利和莱斯衰落**：介绍了两种最常见的衰落类型，并分析了它们对信号的影响。 - **塔普增益自相关函数**：探讨了不同塔普增益之间的关系，这对于理解多径效应非常重要。 - **克拉克模型**：提供了一个具体的例子，展示了如何利用统计模型来描述特定的信道特性。 #### 六、点对点通信：检测、分集与信道不确定性 本书还深入讨论了在点对点通信中如何有效地进行信号检测，并考虑了分集技术在提高通信质量和鲁棒性方面的作用。 - **瑞利衰落信道中的检测**：探讨了在存在瑞利衰落的环境中进行信号检测的方法。 - **非相干检测**：适用于没有先验信息的情况。 - **相干检测**：利用相位信息来进行更精确的检测。 - **分集技术**：介绍了几种提高系统可靠性的策略。 - **时间分集**：通过重复发送信号来提高可靠性。 - **天线分集**：利用多个天线来改善接收质量。 - **频率分集**：通过在不同的频率上发送信号来减少衰落的影响。 - **多输入多输出(MIMO)**：讨论了使用多个天线进行通信的优势，特别是在提高数据速率和容量方面。 以上内容为本书《无线通信基础》的主要知识点概述。通过对这些内容的学习，读者能够获得关于无线通信系统设计、信道建模以及信号处理等方面的深入理解。