移動通信工程理論和應(yīng)用

                   
 引言　1                   
                   
 第1章　移動無線電信號環(huán)境　15                   
 1.1　移動無線電通信媒介　15                   
 1.2　傳播路徑損耗　19                   
 1.3　由于散射因素引起的多徑衰落　23                   
 1.4　熱噪聲和人為噪聲特性　29                   
 1.4.1　熱噪聲特性　29                   
 1.4.2　人為噪聲特性　31                   
 1.5　時延擴(kuò)散　34                   
 1.6　相干帶寬　38                   
 1.7　在800～900MHz范圍內(nèi)的多徑衰落現(xiàn)象　39                   
 練習(xí)題　40                   
 參考文獻(xiàn)　42                   
                   
 第2章　統(tǒng)計通信理論　44                   
 2.1　統(tǒng)計方法　44                   
 2.2　平均值　45                   
 2.3　遍歷過程　46                   
 2.4　累計概率分布(CPD)　47                   
 2.5　概率密度函數(shù)(PDF)　47                   
 2.5.1　單個變量的PDF　47                   
 2.5.2　兩個變量的聯(lián)合PDF　48                   
 2.5.3　邊緣PDF　49                   
 2.5.4　聯(lián)合特征函數(shù)　50                   
 2.5.5　條件PDF　50                   
 2.6　有效概率密度函數(shù)　52                   
 2.6.1　均勻分布　52                   
 2.6.2　高斯分布　53                   
 2.6.3　瑞利分布　53                   
 2.6.4　對數(shù)分布　55                   
 2.6.5　二項式分布　56                   
 2.6.6　泊松分布　57                   
 2.7　電平交叉率(LCR)　57                   
 2.8　衰落持續(xù)期　60                   
 2.9　相關(guān)函數(shù)　61                   
 2.9.1　自相關(guān)　62                   
 2.9.2　互相關(guān)　62                   
 2.10　功率譜密度和連續(xù)譜密度　63                   
 2.11　采樣分布　64                   
 2.12　置信區(qū)間　67                   
 2.13　差錯概率　68                   
 2.14　脈沖響應(yīng)測量　69                   
 2.15　均衡器　70                   
 2.15.1　使峰值失真最小(迫零均衡器)　71                   
 2.15.2　使均方誤差最小(MSE算法)　72                   
 2.15.3　構(gòu)成一個自動均衡器　72                   
 2.15.4　均衡器的討論　72                   
 練習(xí)題　73                   
 參考文獻(xiàn)　74                   
                   
 第3章　在平坦地面上的路徑損耗　76                   
 3.1　用模型分析法預(yù)測路徑損耗　76                   
 3.1.1　無線電水平線　76                   
 3.1.2　空中反射　77                   
 3.1.3　信號平均　77                   
 3.1.4　終端在移動　77                   
 3.1.5　移動臺天線高度　77                   
 3.1.6　地面波的影響　78                   
 3.2　傳播損耗--在光滑地面上　78                   
 3.3　傳播損耗--在粗糙地面上　81                   
 3.3.1　正態(tài)分布的表面特性　83                   
 3.3.2　表面粗糙度是距離的函數(shù)　84                   
 3.3.3　地形數(shù)據(jù)的分辨間隔　85                   
 3.3.4　有效散射地區(qū)的分析　85                   
 3.4　雙波模型--解釋移動無線電路徑的損耗和天線高度的作用 87                   
 3.5　計算平均信號強度(本地均值)的規(guī)則　90                   
 3.5.1　中值法　90                   
 3.5.2　均值法　90                   
 3.5.3　確定L值　91                   
 3.6　預(yù)測傳播路徑損耗的模型　92                   
 3.6.1　用于UHF的預(yù)測模型　92                   
 3.6.2　Okumura等人的模型　94                   
 3.6.3　經(jīng)過不同環(huán)境的路徑損耗的通用公式　96                   
 練習(xí)題　97                   
 參考文獻(xiàn)　98                   
                   
 第4章　在丘陵地形中的路徑損耗和常用的預(yù)測方法　100                   
 4.1　基于模型分析的路徑損耗預(yù)測　100                   
 4.1.1　二次反射波存在　101                   
 4.1.2　二次反射波不存在　103                   
 4.1.3　一次反射波不存在　104                   
 4.2　繞射損耗　105                   
 4.3　圓拱形小山的繞射損耗　110                   
 4.4　路徑間隙標(biāo)準(zhǔn)　112                   
 4.5　Lee的宏小區(qū)模型　112                   
 4.5.1　人為影響--用不同的方法解釋路徑損耗　113                   
 4.5.2　地形的影響　114                   
 4.5.3　Lee的宏小區(qū)預(yù)測模型　115                   
 4.6　Lee的微小區(qū)模型　116                   
 4.7　建筑物內(nèi)的預(yù)測模型　119                   
 4.7.1　路徑損耗斜率　119                   
 4.7.2　總的接收功率　120                   
 4.8　場強預(yù)測的效果　121                   
 4.8.1　街道定向的影響　121                   
 4.8.2　植被的影響　121                   
 4.8.3　隧道內(nèi)衰減的影響　123                   
 4.8.4　大樓和建筑物的影響　123                   
 4.8.5　路徑損耗和局部均值之間的關(guān)系　123                   
 4.9　信號門限的預(yù)測　124                   
 4.10　信號覆蓋地域的預(yù)測　124                   
 4.10.1　方法Ａ　124                   
 4.10.2　方法B　127                   
 4.10.3　兩種方法的比較　127                   
 4.11　寬帶信號傳播　128                   
 4.11.1　寬帶信號的路徑損耗　128                   
 4.11.2　寬帶的多徑損耗特性　129                   
 練習(xí)題　131                   
 參考文獻(xiàn)　132                   
                   
 第5章　系統(tǒng)RF設(shè)計對傳播的影響　135                   
 5.1　天線設(shè)計的影響　135                   
 5.2　天線方向性的影響　138                   
 5.3　天線方向圖波動影響　140                   
 5.4　高增益天線的影響　144                   
 5.5　移動無線電環(huán)境中的電場和磁場的獨立性　145                   
 5.6　無線電波極化的影響　148                   
 練習(xí)題　152                   
 參考文獻(xiàn)　152                   
                   
 第6章　接收信號的包絡(luò)特性　154                   
 6.1　短時限與長時限衰落的比較　154                   
 6.2　短時限衰落的模型分析　156                   
 6.3　累積概率分布(CPD)　157                   
 6.3.1　來自E場信號r0(t)的CPD　157                   
 6.3.2　H場分量信號的CPD　160                   
 6.3.3　來自定向天線rd(t)的CPD　161                   
 6.3.4　求角電波到達(dá)的PDF　161                   
 6.4　電平交叉率(LCR)　162                   
 6.4.1　來自E場信號的re(t)的LCR　163                   
 6.4.2　磁場分量的rhx,rhy的LCR　165                   
 6.4.3　定向天線的rd(t)的LCR166算衰落平均持續(xù)時間　169                   
 6.6　基于時間分隔的移動接收信號的包絡(luò)相關(guān)性　172                   
 6.7　基于時間和空間分隔的移動接收信號的包絡(luò)相關(guān)性　174                   
 6.8　基于頻率和時間分隔的移動接收信號的包絡(luò)相關(guān)性　176                   
 6.9　基于頻率分隔的基站接收信號的包絡(luò)相關(guān)性　178                   
 6.10　功率譜分析　180                   
 練習(xí)題　181                   
 參考文獻(xiàn)　181                   
                   
 第7章　接收信號相位特性　183                   
 7.1　與移動無線電信號有關(guān)的隨機變量　183                   
 7.1.1　求隨機變量的協(xié)方差　183                   
 7.1.2　信號s(t)的功率譜　184                   
 7.1.3　協(xié)方差矩陣　188                   
 7.2　相位相關(guān)特性　189                   
 7.2.1　ψ(t)的相位相關(guān)特性　189                   
 7.2.2　在頻率和時間間隔中的相位相關(guān)性　191                   
 7.3　隨機FM的特性　192                   
 7.3.1　隨機FM的概率分布　192                   
 7.3.2　隨機FM的功率譜　193                   
 7.3.3　隨機FM的電平交叉率(LCR)　195                   
 7.4　喀嚦噪聲的特性　197                   
 7.4.1　喀嚦噪聲　197                   
 7.4.2　求p(n, n,ψn,ψn)的過程　198                   
 7.4.3　平均喀嚦聲速率　199                   
 7.5　模擬模型　200                   
 7.5.1　瑞利多徑衰落模擬器　200                   
 7.5.2　多徑衰落和選擇性衰落模擬器　203                   
 練習(xí)題　204                   
 參考文獻(xiàn)　204                   
                   
 第8章　調(diào)制技術(shù)　207                   
 8.1　系統(tǒng)的應(yīng)用　207                   
 8.2　調(diào)頻移動無線電　207                   
 8.2.1　無衰落情況　208                   
 8.2.2　瑞利衰落情況　213                   
 8.3　數(shù)字調(diào)制　218                   
 8.3.1　無衰落情況　218                   
 8.3.2　衰落情況(移動無線電環(huán)境)　222                   
 8.4　恒定包絡(luò)調(diào)制　224                   
 8.4.1　四相移鍵控(QPSK)　224                   
 8.4.2　交錯四相相移鍵控(OQPSK)　225                   
 8.4.3　π/4-四相差分相移鍵控(π/4-DQPSK)　227                   
 8.4.4　副載波QPSK　228                   
 8.4.5　高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)　228                   
 8.5　非恒定包絡(luò)調(diào)制　232                   
 8.6　OFDM調(diào)制解調(diào)器　234                   
 8.7　擴(kuò)頻系統(tǒng)　236                   
 8.8　跳頻差分相移鍵控(FH-DPSK)系統(tǒng)　237                   
 8.9　FH-DPSK系統(tǒng)的差錯率和系統(tǒng)效率　240                   
 8.9.1　單有源基站小區(qū)內(nèi)部的干擾　240                   
 8.9.2　多基站小區(qū)間干擾　241                   
 8.9.3　多徑衰落環(huán)境　243                   
 8.10　頻譜效率和每個小區(qū)的信道數(shù)　243                   
 8.11　擴(kuò)頻調(diào)制--直接序列(DS)　245                   
 8.11.1　用DS信號降低干擾　246                   
 8.11.2　相關(guān)器和瑞克接收機　247                   
 8.12　改進(jìn)的單邊帶(SSB)系統(tǒng)　247                   
 練習(xí)題　248                   
 參考文獻(xiàn)　249                   
                   
 第9章　分集方案　251                   
 9.1　移動無線電系統(tǒng)的功能設(shè)計--分集方案　251                   
 9.2　宏觀分集方案--在不同站址上天線的應(yīng)用　251                   
 9.3　微觀分集方案--應(yīng)用在同址天線上　252                   
 9.4　空間分集　252                   
 9.4.1　在移動臺　253                   
 9.4.2　在基站　253                   
 9.5　場分量分集　256                   
 9.6　極化分集　257                   
 9.7　角分集　257                   
 9.7.1　在基站　257                   
 9.7.2　在移動臺　258                   
 9.8　頻率分集　260                   
 9.8.1　與頻率統(tǒng)計相關(guān)　260                   
 9.8.2　相關(guān)性與頻率的關(guān)系　261                   
 9.8.3　相干帶寬　262                   
 9.8.4　具有兩個不相干帶寬的兩個頻率　262                   
 9.8.5　具有相干帶寬的兩個頻率　262                   
 9.9　時間分集　263                   
 練習(xí)題　263                   
 參考文獻(xiàn)　264                   
                   
 第10章　合并技術(shù)　265                   
 10.1　用宏觀分集的合并技術(shù)　265                   
 10.1.1　選擇性分集合并　265                   
 10.1.2　用選擇性合并改善平均信噪比　265                   
 10.2　微觀分集的合并技術(shù)　267                   
 10.3　預(yù)檢測和后檢測合并　267                   
 10.3.1　使用預(yù)檢測方法　267                   
 10.3.2　使用后檢測方法　267                   
 10.4　選擇性分集合并　268                   
 10.4.1　第一種情況：所有Γk=?！?69                   
 10.4.2　第二種情況：γ TDMA和CDMA之間無線電容量的比較　392                   
 15.4.1　C/I＜1系統(tǒng)--FDMA和TDMA系統(tǒng)　392                   
 15.4.2　C/I＜1系統(tǒng)--CDMA系統(tǒng)　392                   
 15.4.3　CDMA系統(tǒng)的容量更大　393                   
 15.5　處理增益(P.G.)　394                   
 15.6　蜂窩和PCS頻段中的環(huán)境噪聲及其對CDMA系統(tǒng)容量和覆蓋范圍的影響　395                   
 15.6.1　引言　395                   
 15.6.2　理論　395                   
 15.6.3　計算結(jié)果　396                   
 15.6.4　結(jié)論　398                   
 15.7　CDMA系統(tǒng)抵消干擾的限制　399                   
 15.8　虛擬信道的多址方案　401                   
 15.8.1　ALOHA　401                   
 15.8.2　時隙ALOHA　403                   
 15.8.3　CSMA　403                   
 15.8.4　預(yù)約ALOHA　404                   
 15.8.5　PRMA　404                   
 15.8.6　PRMA**405                   
 15.8.7　BTMA　405                   
 15.8.8　CSMA/CD　405                   
 15.8.9　DSMA　405                   
 15.8.10　ISMA　405                   
 15.8.11　RAMA　405                   
 15.8.12　CDPA　405                   
 15.8.13　結(jié)論　406                   
 15.9　移動衛(wèi)星系統(tǒng)　407                   
 15.9.1　GEO. MEO和LEO系統(tǒng)的比較　409                   
 15.9.2　LEO工作的簡述　410                   
 15.9.3　LEO的工作原理　412                   
 15.10　在SDMA系統(tǒng)中同信道干擾的性質(zhì)　413                   
 15.11　外來干擾容限的要求　415                   
 15.11.1　無線通信系統(tǒng)的設(shè)計　416                   
 15.11.2　計算特定的電平X　417                   
 15.11.3　求出容許干擾電平　418                   
 15.11.4　外來系統(tǒng)可容許的最大干擾電平　419                   
 練習(xí)題　419                   
 參考文獻(xiàn)　419                   
                   
 第16章　幾個敏感課題概念的闡明　422                   
 16.1　編寫本章的動力　422                   
 16.2　60年代的研究方向　422                   
 16.2.1　移動無線電環(huán)境　422                   
 16.2.2　移動無線電環(huán)境對信號的影響　423                   
 16.3　AWGN信道　424                   
 16.4　移動無線電的衰落模型　425                   
 16.5　天線高度的影響　426                   
 16.6　路徑損耗預(yù)測與本地平均值預(yù)測之間的不同　427                   
 16.6.1　路徑損耗曲線的產(chǎn)生　427                   
 16.6.2　路徑損耗的標(biāo)準(zhǔn)偏差　427                   
 16.6.3　本地平均值預(yù)測　428                   
 16.6.4　人造建筑物的影響　428                   
 16.7　合并信號分集　429                   
 16.7.1　分集增益　430                   
 16.7.2　分集不改善檢波后合并的C/I　430                   
 16.7.3　分集改善檢波前合并的C/I　430                   
 16.7.4　分集接收與天線陣接收是不同的　430                   
 16.7.5　發(fā)射或接收分集　431                   
 16.8　天線高度增益和分集增益　432                   
 16.9　時延擴(kuò)散Δ　434                   
 16.9.1　時延擴(kuò)散不影響模擬話音信號　435                   
 16.9.2　對FDMA和CDMA的影響比對TDMA小　435                   
 16.9.3　用分集方案能減小時延擴(kuò)散　435                   
 16.10　噪聲系數(shù)(NF)問題　435                   
 16.10.1　環(huán)境噪聲　435                   
 16.10.2　接收機噪聲　436                   
 16.10.3　天線溫度噪聲　437                   
 16.11　功率受限和帶寬受限系統(tǒng)　438                   
 16.11.1　功率受限系統(tǒng)　438                   
 16.11.2　帶寬受限系統(tǒng)　438                   
 16.12　移動臺和便攜臺的覆蓋范圍　439                   
 16.12.1　移動臺的覆蓋范圍　439                   
 16.12.2　便攜臺的覆蓋范圍　439                   
 16.13　射線跟蹤和積木式部件方法　440                   
 16.13.1　射線跟蹤方法　440                   
 16.13.2　積木式部件方法　441                   
 16.14　編碼方案和可變的突發(fā)差錯間隔　441                   
 16.15　天線向下傾斜　442                   
 16.15.1　電子向下傾斜　442                   
 16.15.2　機械向下傾斜　443                   
 16.15.3　傾斜天線的影響　446                   
 16.16　互調(diào)　446                   
 16.17　移動臺位置　450                   
 16.17.1　基于基站的定位　450                   
 16.17.2　基于移動臺的定位　450                   
 16.17.3　討論　450                   
 16.18　用天線高度的角擴(kuò)展及其應(yīng)用　450                   
 練習(xí)題　454                   
 參考文獻(xiàn)　454                   
                   
 第17章　新概念　456                   
 17.1　瑞利衰落環(huán)境中的信道容量　456                   
 17.1.1　高斯噪聲環(huán)境中的信道容量　456                   
 17.1.2　瑞利衰落環(huán)境中的信道容量　456                   
 17.1.3　在瑞利衰落環(huán)境中具有M支路分集方案時的信道容量　458                   
 17.1.4　極端情況　458                   
 17.1.5　結(jié)論　459                   
 17.2　實時運行平均值　460                   
 17.2.1　脫機平均值　461                   
 17.2.2　實時平均值　462                   
 17.2.3　討論　464                   
 17.2.4　無線電通信環(huán)境　465                   
 17.3　GSM和CDMA之間的鏈路容量與呼叫中斷的比較　467                   
 17.3.1　乒乓切換的呼叫中斷率　467                   
 17.3.2　求出δ和μ值　468                   
 17.3.3　δ和μ的公式　468                   
 17.3.4　小結(jié)和結(jié)論　469                   
 17.4　通過蜂窩系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸　469                   
 17.4.1　引言　469                   
 17.4.2　理論推導(dǎo)　470                   
 17.4.3　分析　474                   
 17.4.4　總結(jié)　475                   
 17.5　CDMA的多用戶檢測　477                   
 17.5.1　最佳的多用戶干擾抵消　478                   
 17.5.2　連續(xù)的干擾抵消　479                   
 17.6　無線本地環(huán)路系統(tǒng)的頻譜和技術(shù)　480                   
 17.6.1　圖17.14所示出的WLL系統(tǒng)的特征　480                   
 17.6.2　部署無線系統(tǒng)的概念　481                   
 17.6.3　部署WLL系統(tǒng)的考慮　481                   
 17.6.4　計算WLL系統(tǒng)的容量　485                   
 17.6.5　WLL的TDD　488                   
 17.7　小波(Wavelet)表達(dá)式　489                   
 練習(xí)題　490                   
 參考文獻(xiàn)　490                   
                   
 第18章　軍事移動通信　492                   
 18.1　干擾環(huán)境中使用的策略　492                   
 18.1.1　干擾策略　492                   
 18.1.2　電子反干擾(ECCM)技術(shù)　492                   
 18.2　擴(kuò)展頻譜方案--跳頻(FH)　493                   
 18.3　編碼方案　497                   
 18.4　在干擾環(huán)境中組合編碼. 分集和跳頻　498                   
 18.4.1　二進(jìn)制R-S碼　498                   
 18.4.2　非二進(jìn)制R-S碼　503                   
 18.5　自適應(yīng)天線調(diào)零　505                   
 18.5.1　使用自適應(yīng)天線陣的可能性　505                   
 18.5.2　需要考慮的問題　506                   
 練習(xí)題　506                   
 參考文獻(xiàn)　507