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| 內容簡介： |
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本书以无线，网络为研究背景，对目前主要的无线网络和定位技术做了系统而全面的阐述。本书展示了广域网、局域网和个域网中用来提供无线接入和定位的基础设施设计和部署原则。*部分（第2章至第4章）介绍了传输和接入基础，讲解了无线媒体的特点，详细论述了无线网络物理层特性和媒体接入方法。第二部分（第5章至第7章）详细介绍了网络底层设计的原理，深入阐述了无线网络的应用、操作及安全问题。第三部分（第8章至第10章）概括了无线局域网络接入技术，其中详细介绍了无线局域网、低功率传感器网络及无线以太网接入技术。第四部分（第11章至第13章）论述了无线广域网接入技术，内容涵盖TDMA蜂窝网、CDMA蜂窝网、OFDM和MIMO蜂窝网。第五部分（第14章至第16章）详细介绍了无线定位技术，在引入地理位置信息系统的基础上，详细介绍了射频定位的基本原理，*后阐述了实际应用中的定位技术。本书通过实际案例和图表对原理、标准与核心技术进行了辅助说明，并设计了具有针对性的习题、思考题以供读者参考学习，学生可以利用MATLAB进行仿真来解决这些问题。
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| 關於作者： |
Kaveh Pahlavan，伍斯特理工学院电子与通信工程系教授，计算机系教授，以及无线信息网络研究中心主任。也是芬兰奥卢大学电信实验室和无线通信中心的访问教授。研究领域包括位置感知的宽带传感器和ad hoc网络。无线信息网络国际杂志的创始人和主编，该期刊于1994年创刊，是当代无线网络的首个专业杂志。Prashant Krishnamurthy，美国匹兹堡大学电信与网络研究生项目副教授。研究兴趣包括无线网络安全，无线数据网络，无线网络的定位。已撰写大量期刊论文。
Kaveh Pahlavan，伍斯特理工学院电子与通信工程系教授，计算机系教授，以及无线信息网络研究中心主任。也是芬兰奥卢大学电信实验室和无线通信中心的访问教授。研究领域包括位置感知的宽带传感器和ad hoc网络。无线信息网络国际杂志的创始人和主编，该期刊于1994年创刊，是当代无线网络的首个专业杂志。Prashant Krishnamurthy，美国匹兹堡大学电信与网络研究生项目副教授。研究兴趣包括无线网络安全，无线数据网络，无线网络的定位。已撰写大量期刊论文。
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| 目錄：
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第1章概要
1.1概要
1.2信息网络的要素
1.2.1应用、设备和网络的发展
1.2.2信息网络基础结构和无线接入
1.2.3无线接入与定位之间的关系
1.2.4信息网络的标准化组织
1.2.5无线组网标准发展的四个市场
1.2.6无线数据应用的发展趋势
1.3无线接入到PSTN的发展
1.3.1无绳电话系统
1.3.2蜂窝电话网络
1.4无线接入到因特网的发展
1.4.1局域无线数据网络
1.4.2广域无线数据网络
1.5无线定位技术的发展
1.5.1基于TOA的无线定位
1.5.2基于RSS的定位
1.6本书的结构
1.6.1第一部分： 空中接口设计的基本原则
1.6.2第二部分： 网络基础设施设计的基本原则
1.6.3第三部分： 无线局域接入
1.6.4第四部分： 广域无线接入
1.6.5第五部分： 无线定位
思考题
项目
第一部分空中干扰设计
第2章无线媒体特性
2.1引言
2.1.1多径传播的产生
2.1.2多径传播的影响
2.1.3无线通信应用的应用信道模型
2.2大规模RSS 模型、路径损耗模型和阴影衰落模型
2.2.1大规模RSS的一般特征
2.2.2Friis 等式和自由空间的路径损耗模型
2.2.3路径损耗梯度的经验确定法
2.2.4阴影衰落和衰落余量
2.2.5常用的路径损耗和阴影衰落模型
2.3RSS波动模型和多普勒谱
2.3.1Friis等式和几何射线追踪
2.3.2小尺度衰落建模
2.3.3多普勒谱
2.4多路径特点的宽带模型
2.4.1冲激响应和多径强度以及带宽
2.4.2多径扩散和符号间串扰以及带宽
2.4.3标准化组织的宽带信道模型
2.4.4仿真信道行为
2.5新兴信道模型
2.5.1地理定位宽带信道模型
2.5.2 单输入多输出（SIMO）和多输入多输出（MIMO）信道模型
附录A2： 什么是分贝
思考题
习题
项目
第3章无线网络物理层的可选方案
3.1引言
3.2物理层基础： 数据传输速率、带宽和功率
3.2.1数据率和带宽
3.2.2功率和差错率
3.2.3可提高数据率的香农哈特利约束
3.3多径无线信道的性能
3.3.1平坦衰落的影响
3.3.2基于多径的ISI影响
3.4无线传输技术
3.4.1功率高效的短距离基带传输
3.4.2高效带宽的载波调制传输技术
3.5抗多径技术
3.5.1平坦衰落、天线分集和MIMO
3.5.2跳频扩频传输
3.5.3FH-CDMA和OFDM
3.5.4直接序列扩频传输
3.5.5DSCDMA和M进制正交编码
3.5.6DSSS、FHSS和OFDM的比较
3.6无线通信的编码技术
3.6.1块编码
3.6.2卷积码
3.6.3Turbo码和其他的先进编码
3.6.4空时编码
3.6.5自动重传请求方案
3.6.6块交织
3.6.7扰码
3.6.8语音编码
3.7认知无线电和动态频谱接入
附录A3
思考题
习题
项目
第4章媒体接入方法
4.1简介
4.2集中分配接入方法
4.2.1频分多址
4.2.2时分多址
4.2.3码分多址（CDMA）
4.2.4码分多址、时分多址和频分多址的比较
4.2.5分配接入方法的性能
4.3面向数据网络的分布式随机接入方法
4.3.1数据服务随机接入方法
4.3.2局域网接入方法
4.3.3随机接入方法性能
4.4话音和数据业务集成
4.4.1集成服务的接入方法
4.4.2面向话音网络的数据集成
4.4.3面向数据网络的话音集成
思考题
习题
第二部分网络基础设施设计原则
第5章无线网络的部署
5.1引言
5.2无线网络架构
5.2.1基于拓扑的无线网络的分类
5.2.2基于覆盖范围的无线网络的分类
5.3无线网络中的干扰
5.3.1干扰范围
5.3.2干扰概率
5.3.3实验结果
5.4无线局域网的部署
5.5蜂窝拓扑结构、蜂窝基础和频率复用
5.5.1蜂窝概念
5.5.2蜂窝层次
5.5.3蜂窝基础和频率复用
5.5.4信干比计算
5.6容量扩展技术
5.6.1扩展容量的建设方案
5.6.2信道分配技术和容量扩展
5.6.3迁移到数字系统
5.7CDMA系统的网络规划
5.7.1CDMA网络规划中的问题
5.7.2传统系统的迁移
5.8毫微微蜂窝
思考题
习题
第6章无线网络的运行
6.1概要
6.1.1蜂窝电话网络的运行
6.1.2无线局域网的运行
6.1.3无线个域网的运行
6.2小区搜索与注册
6.3移动性管理
6.3.1位置管理
6.3.2转交管理
6.3.3移动IP与IMS
6.4无线电资源与功率管理
6.4.1调整链路质量
6.4.2功率控制
6.4.3无线网络中的功率节省机制
6.4.4能量高效的设计
6.4.5能量高效的软件方法
思考题
习题
项目： 阴影衰落与转交的仿真
第7章无线网络安全
7.1简介
7.1.1一般的安全威胁
7.1.2安全加密协议
7.2无线局域网的安全
7.2.1安全威胁
7.2.2安全协议
7.3无线个人网络安全
7.3.1安全威胁
7.3.2安全协议
7.4广域无线网络安全
7.4.1安全威胁
7.4.2安全协议
7.5其他问题
附录A7加密和加密协议概述
加密原语
思考题
习题
项目
第三部分无线本地接入
第8章无线局域网
8.1简介
8.1.1早期经验
8.1.2免授权频段的出现
8.1.3产品、频段及标准
8.1.4市场策略的转变
8.2无线局域网及标准
8.2.1WLAN标准与802.11标准的活动
8.2.2以太网和IEEE 802.11
8.2.3IEEE 802.11概述
8.3IEEE 802.11 WLAN操作
8.3.1拓扑与结构
8.3.2IEEE 802.11 MAC层
8.3.3物理层
8.3.4基本结构WLAN的容量
8.3.5IEEE 802.11的安全问题及实现
思考题
习题
项目
第9章低功耗传感器网络
9.1简介
9.2蓝牙
9.2.1整体结构
9.2.2协议栈
9.2.3物理层
9.2.4MAC机制
9.2.5帧格式
9.2.6连接管理
9.2.7安全性
9.3IEEE 802.15.4和ZigBee
9.3.1整体结构
9.3.2协议栈及操作
9.3.3物理层
9.3.4MAC层
9.3.5帧结构
9.3.6ZigBee与蓝牙和WiFi的比较
9.4IEEE 802.15.6体域网
9.4.1什么是BAN
9.4.2整体结构及应用
9.4.3信道测量及建模
9.4.4物理层和MAC层
思考题
习题
第10章千兆无线技术
10.1简介
10.1.13.1~10.6 GHz的超宽带UWB组网
10.1.260 GHz的千兆无线技术
10.23.1~10.6 GHz的UWB通信技术
10.2.1脉冲无线电和跳时接入
10.2.2直接序列UWB
10.2.3多频带正交频分复用
10.2.4UWB通信的信道模型
10.360 GHz的千兆无线技术
10.3.1体系架构和应用场景
10.3.2传输和媒体接入
10.3.360 GHz毫米波网络的信道模型
思考题
习题
第四部分广域无线接入
第11章TDMA蜂窝系统
11.1简介
11.2什么是TDMA蜂窝
11.2.1传统业务和不足
11.2.2蜂窝网络参考体系结构
11.3支持移动环境的机制
11.3.1注册
11.3.2呼叫建立
11.3.3切换
11.3.4安全
11.4通信协议
11.4.1第一层： 物理层
11.4.2第二层： 数据链路层
11.4.3第三层： 网络层
11.5蜂窝网络的信道模型
11.5.1蜂窝网络路径损耗模型
11.5.2蜂窝网络散射函数模型
11.6TDMA蜂窝网络的传输技术
11.7用于因特网接入的TDMA演进
11.7.1体系结构和MAC层的改变
11.7.2TDMA分组交换网络的数据率
思考题
习题
第12章CDMA蜂窝系统
12.1简介
12.2为什么需要CDMA
12.3基于CDMA的蜂窝系统
12.4直接序列扩频
12.4.1直接序列扩频的接收处理
12.4.2使用正交序列实现信道分离
12.4.3多径分集与PN序列
12.5范例CDMA系统中的通信信道和协议
12.5.12G CDMA系统
12.5.23G UMTS系统
12.6CDMA里的小区搜索、移动性和无线电资源管理
12.6.1小区搜索
12.6.2软切换
12.6.3功率控制
12.7高速分组接入
思考题
习题
第13章OFDM和MIMO蜂窝系统
13.1引言
13.2为什么要用OFDM
13.2.1多径色散下的鲁棒性
13.2.2资源的灵活配置
13.2.3OFDM的挑战
13.3多输入多输出
13.3.1分集
13.3.2空间复用
13.3.3波束赋形
13.4WiMax
13.4.1WiMAX的总体结构
13.4.2WiMAX的MAC层
13.4.3WiMAX的物理层
13.5长期演进
13.5.1结构和协议栈
13.5.2LTE系统的下行链路
13.5.3LTE系统的上行链路
13.5.4LTE系统操作问题
13.5.5杂项
13.6LTE Advanced
思考题
习题
项目
第五部分无 线 定 位
第14章地理定位系统
14.1引言
14.2无线定位是什么
14.2.1无线紧急服务
14.2.2地理定位系统的性能指标
14.3射频位置检测和定位方法
14.3.1通用结构
14.3.2定位算法
14.3.3蜂窝电话系统的定位标准
14.4蜂窝系统的定位服务架构
14.4.1蜂窝网络架构
14.4.2定位服务体系结构
14.4.3定位服务的空中（接入网络）通信
14.4.4在固定基础设备（核心网络）提供定位服务的信令
14.4.5移动定位协议（MLP）
14.5ad hoc和传感网络定位
思考题
习题
课题
第15章射频定位基础
15.1介绍
15.2射频传感器表征模型
15.2.1RSS传感器表征模型
15.2.2到达时间传感器表征模型
15.2.3DOA表征模型
15.3距离测量的性能界
15.3.1估计理论和CRLB基本原理
15.3.2基于RSS定位
15.3.3基于TOA的定位系统
15.3.4基于DOA的定位系统
15.4无线定位算法
15.4.1测距和定位间的关系
15.4.2基于RSS模式识别算法
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| 內容試閱：
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译者序
我们很高兴向各位读者推荐Pahlavan教授的新书《无线接入与定位原理与技术》。
Kaveh Pahlavan教授是国际上知名的无线网络与定位技术专家。他是美国伍斯特理工学院无线信息网络研究中心主任，电子与通信工程系教授和计算机系教授，他也是芬兰奥卢大学电信实验室和无线通信中心的访问教授。他的研究领域是基于位置感知的宽带传感器和自组织网络，出版了多部有关无线网络的书籍。
本书凝聚了Pahlavan教授的研究精华。在书中，他以多年深厚的无线网络研究功底为依托，对目前主要的无线网络和定位技术进行了系统而全面的阐述。本书分析了广域网、局域网和个域网中用来提供无线接入和定位的基础设施设计和部署原则。本书第一部分讲解了无线媒体的特点，详细论述了无线网络物理层特性和媒体接入方法。第二部分探讨了网络底层设计的原理，深入阐述了无线网络的应用、操作及安全问题。第三部分则概括了无线局域网络接入技术，其中详细介绍了无线局域网、低功率传感器网络及无线以太网接入技术。第四部分论述了无线广域网接入技术，内容涵盖TDMA蜂窝网、CDMA蜂窝网、OFDM和MIMO蜂窝网。第五部分详细介绍了无线定位技术，在引入地理位置信息系统的基础上，详细介绍了射频定位的基本原理，最后阐述了实际应用中的定位技术。本书通过实际案例和图表对原理、标准与核心技术进行了辅助说明，并设计了具有针对性的习题、思考题以供读者参考学习，学生可以利用MATLAB仿真来解决这些问题。本书可用作高年级信息与通信工程专业本科生、研究生的教材，对从事无线通信、网络研究的教学和科研人员及工程技术人员也有很好的参考价值。同时适合对无线通信和网络相关领域感兴趣的读者自学。
本书第1章、第11章和第12章由王海翻译，第2章至第5章由郭艳翻译，第6章由胡磊翻译，第7章由秦恒加翻译，第8章和第9章由陈涓翻译，第10章由庄洁琼翻译，第13章由谢劼劼翻译，第14章由连良翻译，第15章由苏国强翻译，第16章由王玉鑫翻译。全文由王海、张娟统校。
由于译者水平有限，本书中翻译错误和不当之处在所难免，敬请读者提出宝贵意见。来信请寄haiwang@ieee.org。
前言
工科领域正在经历一场变革，即从传统的目标式课程教学向多学科课程和交叉学科研究领域迁移，以培养学生的创新和创业能力。这一现状需要更加频繁的课程更新和调整，以项目为导向提供教学内容，以及在研究课题里形成跨学科协作的能力。这种形式的成功转型需要创业精神以及前瞻能力，以适应这些频繁的变化和业界的经验，将变革引向新兴的交叉学科领域。无线接入和定位是在过去几十年里出现的一个极好的样板，它是多学科研究和学术领域融合的标杆。无线接入和定位的教学内容包含诸如信号处理、数字通信、排队论、检测和估算理论，以及导航等多个学科。无线接入和定位的课程内容对传统的电子和计算机工程（ECE）与计算机科学（CS）学生以及新出现的多学科交叉领域如机器人和生物医学工程，甚至传统的机械和土木工程领域都有益处。传统的机械和土木工程也像ECE一样，正在向交叉学科课程迁移。未来网络物理系统在这些多学科和交叉学科领域的工程项目里将起到重要的作用，无线接入和定位在将所有这些系统集成在一起时至关重要。因此，有必要在院校里开设课程，采用详细的教材实施无线接入和定位原则这一多学科课题的教学。
要准备一本适合在院校教学的涉及多学科领域的课程教材，需要从多个学科的大量实践环节里选择适合的内容，从而给用户一个直观的感受，以了解这些学科是如何工作和互相交互的。在本书中，为了达到此目标，我们将描述重要的无线组网标准和定位技术，从逻辑上厘清其潜在的科学和工程问题，同时详细描述成功转化为实际应用的科学和工程案例。在一个拥有纷繁多样技术规则的多学科领域里选择详细的技术素材非常具有挑战性，尤其是在教授无线接入和定位这一领域时更是如此，因为在这个领域里，课堂上需要掌握的重点技能随时间在不断变更。
20世纪90年代，无线信息网络的成功催生了一系列介绍广域和局域无线网络的教科书\[Pah95，Goo97，Wal99，Rap03，Pah02\]。这些教材的技术重点放在描述广域蜂窝网络和无线局域网络，由电气工程和计算机工程领域的教授编著，不同程度地侧重于无线网络的底层问题以及系统工程方面实现细节的描述。在过去十年里，无线定位的重要作用越来越凸显，而前述教材却没有将无线定位技术的细节作为重点。因此，目前尚没有一本教材综合讲述无线接入和定位技术。无线接入和定位在应用以及设计和工作模式上高度相关，在理解物理层实现和理解无线电波的环境传播原理上，两种技术均有非常多的共同点。
本书详细阐述了无线接入和定位技术。本书的新颖之处在于重点研究了在不同网络里的无线电传播与物理层问题，这些问题与如何形成和发送分组、接收到的信号如何被用作无线电定位有关。本书的结构和顺序最初来源于第一作者在马萨诸塞州伍斯特工学院（WPI）为研究生院授课时使用的系列讲稿，名为无线接入与定位。第一作者还在不同的会议和大学里讲授过这两个专题的短课程。本书的合著者在匹兹堡大学为信息科学和电信专业的一年级研究生和低年级高年级本科生讲授过书中部分内容。
本书的结构组织如下。首先概述基于公共交换电话网（PSTN）以及基于因特网的用于传输面向话音和面向数据信息的无线接入技术发展，然后概述无线定位技术。接下来分为四个部分，每个部分包含数章。第一部分包含第2章到第4章，解释了无线网络物理层的设计和分析原则。在第2章中，我们在该部分的开头描述了无线信道在室内和市区内的多径传输特性，这一特性对于新出现的智能无线终端的无线接入和定位都适用。然后解释了信号的多径到达将如何影响波形的传输，从而影响无线接入和定位。在第3章、第4章中，我们将分别讨论比特信息如何传输，以及分组信息如何形成并传输。本书的第二部分专门讨论设计无线网络基础设施的原则，本部分包含三章，即第5~7章，分别讲述这些网络的部署、运行和安全。
第三部分专门讨论无线局域接入技术。本部分的章节覆盖了传统的无线局域网（第8章）和低功率传感器技术（第9章）以及面向吉比特无线接入的技术（第10章）。本书的第四部分描述了广域无线蜂窝网采用的技术，其中的三章分别讨论TDMA技术（第11章），CDMA技术（第12章），以及在2G、3G和4G蜂窝网络中使用的OFDMMIMO技术（第13章）。第五部分讨论无线定位技术，其中的三章分别描述系统问题（第14章）、无线定位的原则（第15章）以及这些技术的实用问题（第16章）。
本书的结构划分，使得不同学科的教师能够灵活地选取必需的教学内容。我们认为，对于学生来说难点在于第2~5章以及第15、16章，这些章节概括性地提供了各种技术和算法的数学描述。本书的其余章节从数学上看起来简单一些，但是包含了系统如何工作的更多细节。为了使学生更容易理解难点部分，教师可以对这些主题适当进行穿插融合。举例来说，本书的第一作者曾经在本科生的一门无线网络课程中讲授了相似的内容：
首先介绍信道行为（第2章），接下来在讲解TDMA蜂窝网络（第11章）之前介绍了指定的接入方法（第4章），然后，介绍扩频调制和编码技术（第3章）以及CDMA蜂窝网络（第4章和第12章的一部分），最后在论述无线局域网（第8章）之前先讲述了多维星座图（第3章）。他所开的关于无线接入和定位的新研究生课程则深入阐述第1~5章和第14~16章。
实际上，我们相信这是一个能够帮助学生理解无线接入与定位基础概念的有效方法。因此，根据对内容的取舍、所涵盖范围的深度和学生、老师的不同背景，本书可以用作为计算机科学、电子与通信工程、机器人、生物医学、机械或土木工程高年级本科生以及一、二年级研究生开设的一门或两门系列课程的教材。
作者第一次产生编写本书的想法是在2007年，当时要修订作者以前出版的Principles of Wireless Network： A unified Approach一书，将其扩展以包含新出现的无线定位技术。当本书于2013年新年前刚刚完成时，我们发现本书已经与前书有了本质的区别，因此决定将其作为一本独立的书籍出版，并给其起了一个更恰当的书名《无线接入与定位原理与技术》。
本书第一作者的大部分写作是其2011年春季学期离开马萨诸塞州伍斯特市的伍斯特理工学院，而在马萨诸塞州剑桥市的哈佛大学工程和应用科学学院渡过的学术假期里完成的。在此对伍斯特理工学院和哈佛大学给他提供这一机会表示深深感谢。特别感谢哈佛大学的Vahid Tarokh教授及时地安排访学，感谢哈佛大学工程和应用科学学院院长Cherry A.Murray批准作者的访学。同时也感谢WPI ECE系主任Fred Looft教授，以及WPI的John A. Orr 教务长，感谢他们对作者在学术假期里从事本书撰写的支持。
有关定位和体域网的大量新素材取自于WPI无线信息网络研究中心（CWINS）学生的研究工作。我们非常有幸感谢这些学生和同事的贡献，以协助我们理解无线信道的特点及其在无线接入和定位技术上的应用。作者要特别感谢CWINS的Xinrong Li 博士、Bardia Alavi博士、Nayef Alsindi博士、Mohammad Heidari博士、Ferit Akgul 博士、Muzzafer Kannaan博士、Yunxing Ye博士和Umair Kan，WPI的Sergey Makarov教授、Turfs 大学的Pratap Misra教授，以及Ted Morgan先生和Skyhook 无线通信公司的Farshid Alizadeh博士，他们直接或间接地帮助作者扩展了这方面的知识，并协助作者明晰了在准备本书新素材上的思路。我们还需要特别感谢美国国家科学基金会（NSF），国防远景研究规划局（DARPA），国家标准和技术委员会（NIST）、国防部（DoD）以上均是美国的机构
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