衰落信道數(shù)字通信基礎(chǔ)

前言

　　移動(dòng)通信技術(shù)深刻地影響了人們的生活方式，它是當(dāng)前發(fā)展最為迅速、應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最新的通信領(lǐng)域。預(yù)期移動(dòng)通信將來(lái)還會(huì)有相當(dāng)大的發(fā)展?！　∫苿?dòng)通信技術(shù)的發(fā)展面臨許多新的問(wèn)題，問(wèn)題之一是需要進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)無(wú)線(xiàn)信道特性深刻而全面的認(rèn)識(shí)及利用。無(wú)線(xiàn)信道是指發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間存在的傳送無(wú)線(xiàn)電信號(hào)的物理介質(zhì)。對(duì)于現(xiàn)實(shí)的無(wú)線(xiàn)通信而言，無(wú)線(xiàn)信道可以用線(xiàn)性時(shí)變系統(tǒng)模型來(lái)足夠精確地描述。無(wú)線(xiàn)信道不同于恒參數(shù)信道（如光纖、同軸電纜、傳輸線(xiàn)信道等），其信道參數(shù)具有隨機(jī)性和時(shí)變性，對(duì)信號(hào)的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)恒參數(shù)信道對(duì)信號(hào)的影響。移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道，由于存在多徑傳輸和多普勒頻移，使得信道具有明顯的衰落特性，即信號(hào)經(jīng)過(guò)移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道傳輸時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)劇烈的幅度變化、碼間干擾及載頻偏移，致使通信系統(tǒng)的性能明顯下降。因此移動(dòng)無(wú)線(xiàn)信道又經(jīng)常被稱(chēng)為衰落信道。衰落信道的復(fù)雜特性導(dǎo)致了對(duì)衰落信道的分析方法的復(fù)雜性。　　無(wú)線(xiàn)信道建模與分析是移動(dòng)通信技術(shù)的理論基礎(chǔ)。移動(dòng)衰落信道的建模、分析與仿真是移動(dòng)通信傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用的基礎(chǔ)。本書(shū)是為研究生編寫(xiě)的一本教材，主要講述衰落信道的基本原理，衰落信道的分析方法，衰落信道上的最佳接收技術(shù)，衰落信道上的單信道接收機(jī)性能，衰落信道上的多信道接收機(jī)性能，衰落信道上的最佳接收機(jī)性能，衰落信道多用戶(hù)技術(shù)及衰落信道容量等方面的知識(shí)?！　【帉?xiě)本書(shū)的目的有兩個(gè)。第一個(gè)目的是隨著移動(dòng)通信的飛速發(fā)展，與衰落信道有關(guān)的種種問(wèn)題凸現(xiàn)，被廣大從事無(wú)線(xiàn)電通信技術(shù)的研究人員、工程人員所關(guān)注。但現(xiàn)在研究生們對(duì)衰落信道的熟悉程度不夠，市場(chǎng)上也缺乏以衰落信道為主要研究?jī)?nèi)容的教材，學(xué)生在專(zhuān)業(yè)知識(shí)方面出現(xiàn)空缺。編寫(xiě)本書(shū)的目的是想填補(bǔ)這樣一個(gè)空缺，使學(xué)生們能熟悉衰落信道通信這個(gè)重要領(lǐng)域。　　由于分析衰落信道的數(shù)學(xué)工具繁雜，理論分析艱澀，研究的結(jié)果不易和物理實(shí)際相呼應(yīng)。編寫(xiě)本書(shū)的第二個(gè)目的是從我國(guó)研究生的實(shí)際出發(fā)，希望尋求一種從重概念，重建模，重分析到嚴(yán)格數(shù)學(xué)描述的兩步走的方法，使學(xué)生能正確建立起衰落信道的概念及掌握分析、解決衰落信道通信的方法。本書(shū)內(nèi)容的編排就是這樣的一個(gè)嘗試。

內(nèi)容概要

本書(shū)主要講述衰落信道的基本原理，衰落信道的分析方法，衰落信道上的最佳接收技術(shù)，衰落信道上的單信道接收機(jī)性能，衰落信道上的多信道接收機(jī)性能。衰落信道上的最佳接收性能，衰落信道多用戶(hù)技術(shù)及衰落信道容量等方面的知識(shí)。    本書(shū)內(nèi)容分為兩部分，第一部分包括：準(zhǔn)備知識(shí)，多徑衰落信道模型，平衰落信道，頻率選擇性信道，多普勒衰落信道，衰落信道上的單信道接收機(jī)性能分析及衰落信道上多信道接收機(jī)(前半部分)。這一部分的對(duì)象是通信專(zhuān)業(yè)及相近專(zhuān)業(yè)的研究生，追求建立清晰的衰落信道的物理概念，熟悉分析衰落信道的方法，了解衰落信道與高斯信道的主要區(qū)別，以及對(duì)抗衰落的基本方法。    第二部分包括：衰落信道上的多信道接收機(jī)(后半部分)，衰落信道接收機(jī)的中斷概率，衰落信道多用戶(hù)技術(shù)及衰落信道容量等。這一部分的對(duì)象是通信專(zhuān)業(yè)高年級(jí)研究生及對(duì)衰落信道知識(shí)感興趣的學(xué)生或教師。第二部分從嚴(yán)格的數(shù)學(xué)分析入手，重點(diǎn)研究衰落信道的最佳接收機(jī)及多用戶(hù)技術(shù)的有關(guān)方面知識(shí)。

書(shū)籍目錄

第1章　緒論　1.1　衰落信道的一般描述　1.2　幾種典型的無(wú)線(xiàn)信道　1.3　對(duì)抗衰落的基本技術(shù)　1.4　本書(shū)的內(nèi)容組織結(jié)構(gòu)第2章　隨機(jī)變量和隨機(jī)過(guò)程  2.1　隨機(jī)變量及其分布  2.2　平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程  小結(jié)  習(xí)題第3章　無(wú)線(xiàn)信道與衰落  3.1　無(wú)線(xiàn)信道傳播特性  3.2　大規(guī)模衰落  3.3　小規(guī)模衰落  3.4　陰影衰落  3.5　多徑衰落信道  3.6　多普勒時(shí)變衰落信道  3.7　深衰落與電平通過(guò)率  小結(jié)  習(xí)題第4章　衰落信道最佳接收機(jī)　4.1  幅度與相位及延時(shí)均為已知時(shí)的相干檢測(cè)　4.2  已知相位與延時(shí)，未知幅度時(shí)的檢測(cè)　4.3  已知幅度與延時(shí)，未知相位時(shí)的檢測(cè)　4.4　已知延時(shí)，未知幅度及相位時(shí)的檢測(cè)　4.5　未知幅度、相位及延遲的情況　小結(jié)第5章　衰落信道上的單信道接收機(jī)性能　5.1　高斯信道接收機(jī)性能　5.2　衰落信道接收機(jī)性能　小結(jié)　習(xí)題第6章　多信道分集接收機(jī)性能　6.1  合并分集　6.2　最大比合并　6.3　等增益合并　6.4　選擇合并　6.5　切換分集　小結(jié)第7章　多用戶(hù)通信系統(tǒng)中斷性能　7.1　干擾受限系統(tǒng)的中斷概率　7.2　最小期望信號(hào)功率受限系統(tǒng)的中斷概率　7.3　雙支路選擇合并和切換一駐留合并分集中斷概率　7.4　多用戶(hù)通信系統(tǒng)的中斷率和平均中斷持續(xù)時(shí)間　小結(jié)第8章　最優(yōu)合并——有干擾的衰落信道通信的分集技術(shù)　8.1　獨(dú)立同分布衰落下，存在單個(gè)干擾時(shí)，最優(yōu)合并　8.2　獨(dú)立同分布衰落下，存在多個(gè)等功率干擾時(shí)，最優(yōu)合并　8.3　最優(yōu)合并(OC)與最大比合并(MRC)性能比較　8.4　獨(dú)立同分布衰落下，存在多個(gè)任意功率干擾時(shí)，最優(yōu)合并　小結(jié)第9章　衰落信道的容量  9.1　信道和系統(tǒng)模型  9.2　最佳功率一傳輸速率聯(lián)合自適應(yīng)  9.3　恒定發(fā)射功率下的傳輸速率自適應(yīng)  9.4　固定速率的信道反演  9.5　舉例  小結(jié)附錄定義式推導(dǎo)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　如果要回答從20世紀(jì)下半葉到現(xiàn)在，哪一種技術(shù)深刻地影響了人們的生活方式，無(wú)疑移動(dòng)通信技術(shù)將是可能的答案之一?！　∈紫?，我們簡(jiǎn)單地回顧一下移動(dòng)通信的發(fā)展歷程?！　?0世紀(jì)40年代，移動(dòng)通信是以基站為中心，覆蓋70～80km半徑的服務(wù)范圍，頻率從150MHz到450MHz，，由于受到頻率資源的限制，容量?jī)H為幾百個(gè)用戶(hù)。在當(dāng)時(shí)，移動(dòng)通信僅能提供為政府、大企業(yè)、軍方及少數(shù)特殊人群的昂貴服務(wù)。隨著20世紀(jì)下半葉模擬蜂窩技術(shù)的引入，公眾移動(dòng)通信業(yè)務(wù)開(kāi)始出現(xiàn)了巨大的市場(chǎng)。這種第一代蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，使用頻率為800～900MHz，可以和市話(huà)網(wǎng)和長(zhǎng)話(huà)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。由于采用了頻率復(fù)用技術(shù)，用戶(hù)總數(shù)顯著增加。大區(qū)制的覆蓋范圍為20-30km，城市中的小區(qū)制覆蓋范圍為幾千米。從20世紀(jì)80年代末開(kāi)始，GSM和窄帶CDMA等數(shù)字移動(dòng)通信系統(tǒng)，即第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)（2G），投入使用，它提供更高的頻率利用率、更好的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以及更先進(jìn)的漫游服務(wù)，使得移動(dòng)通信技術(shù)擁有了更大的市場(chǎng)。2G的頻率除了800-900MHz頻段外，還增加了l800-1900MHz頻段。城市市區(qū)中的小區(qū)制最小覆蓋范圍大約為幾百米，而已經(jīng)開(kāi)始大量使用微蜂窩和微微蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)，其覆蓋范圍更小。為了達(dá)到更高比特率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)和更好的頻率利用率，目前第三代（3G）移動(dòng)通信系統(tǒng)已在多國(guó)正式開(kāi)通，它可提供一系列的新業(yè)務(wù)，如多媒體通信、高速業(yè)務(wù)處理、遙測(cè)業(yè)務(wù)以及用戶(hù)通過(guò)移動(dòng)通信網(wǎng)接入因特網(wǎng)或企業(yè)網(wǎng)等?！　≡诮?0年來(lái)，移動(dòng)通信是我國(guó)持續(xù)發(fā)展最為迅速的產(chǎn)業(yè)，截止到2007年12月底，全國(guó)移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)總數(shù)已突破5億戶(hù)，達(dá)到54728.6萬(wàn)戶(hù)，移動(dòng)電話(huà)的普及率已達(dá)到41.6部／百人，在電信用戶(hù)中，所占比重已達(dá)到60％。2003-2007年間，我國(guó)移動(dòng)通信發(fā)展情況如表1.1所示?！?/pre>








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