本书是一本高等学校无线通信课程的权威教材。全书深入浅出地讨论了无线通信技术与系统设计方面的内容,包括无线网络涉及的所有基本课题(特别是3G系统和无线局域网),并且讲解了无线网络技术的*新发展和全球主要的无线通信标准。全书共分为11章,集中讨论了蜂窝的概念、移动无线电传播、调制技术、多址技术及无线系统与标准,并结合理论对无线通信系统的各个方面进行精辟的论述和统计分析。本书的语言生动、流畅,并以详细的讲解和实际的例子来阐明重要的知识点。 无线通信原理与应用-第二版_Theodore S.Rappaport(西奥多 S.拉帕波特)著_电子工业出版社_

目 录 第1章 无线通信系统概述 1
1.1 移动无线通信的发展 1
1.2 美国移动无线电话 3
1.3 全球移动通信系统 4
1.4 无线通信系统的实例 6
1.5 蜂窝无线通信和个人通信的发展趋势 12
1.6 习题 13
第2章 现代无线通信系统 16
2.1 2G蜂窝网络 17
2.2 3G无线网络 22
2.3 无线本地环路(WLL)与LMDS 26
2.4 无线局域网(WLAN) 30
2.5 蓝牙和个域网(PAN) 34
2.6 小结 36
2.7 习题 36
第3章 蜂窝的概念:系统设计基础 38
3.1 概述 38
3.2 频率复用 38
3.3 信道分配策略 41
3.4 切换策略 41
3.5 干扰和系统容量 45
3.6 中继和服务等级 51
3.7 提高蜂窝系统容量 58
3.8 小结 65
3.9 习题 65
第4章 移动无线电传播:大尺度路径损耗 72
4.1 无线电波传播介绍 72
4.2 自由空间传播模型 73
4.3 电场和功率 75
4.4 三种基本传播机制 77
4.5 反射 78
4.6 地面反射(双线)模型 82
4.7 绕射 86
4.8 散射 93
4.9 运用路径损耗模型进行实际的链路预算设计 95
4.10 室外传播模型 99
4.11 室内传播模型 108
4.12 建筑物信号穿透 114
4.13 射线跟踪和特定站址建模 114
4.14 习题 114
第5章 移动无线电传播:小尺度衰落和多径效应 122
5.1 小尺度多径传播 122
5.2 多径信道的冲激响应模型 124
5.3 小尺度多径测量 131
5.4 移动多径信道的参数 135
5.5 小尺度衰落类型 141
5.6 瑞利和莱斯分布 144
5.7 多径衰落信道的统计模型 147
5.8 小尺度衰落无线信道的多径成型因子理论 159
5.9 小结 171
5.10 习题 172 第6章 移动无线电中的调制技术 177
6.1 调频与调幅 177
6.2 幅度调制 178
6.3 角度调制 183
6.4 数字调制概述 193
6.5 波形编码 195
6.6 脉冲成形技术 197
6.7 调制信号的几何表示 203
6.8 线性调制技术 205
6.9 恒包络调制 217
6.10 线性和恒包络组合调制技术 225
6.11 扩频调制技术 230
6.12 衰落和多径信道中的调制性能 238
6.13 习题 245
第7章 均衡、分集和信道编码 249
7.1 概述 249
7.2 均衡原理 250
7.3 一种常用的自适应均衡器 251
7.4 一种通信接收机的均衡器 254
7.5 均衡技术分类 255
7.6 线性均衡器 256
7.7 非线性均衡器 258
7.8 自适应均衡算法 261
7.9 部分间隔均衡器 266
7.10 分集技术 266
7.11 RAKE接收机 274
7.12 交织 275
7.13 信道编码原理 276
7.14 分组码和有限域 277
7.15 卷积码 286 7.16 编码增益 288
7.17 网格编码调制 289
7.18 turbo码 289
7.19 习题 289
第8章 语音编码 292
8.1 概述 292
8.2 语音信号的特性 293
8.3 量化技术 294
8.4 自适应差分脉冲编码调制(ADPCM) 297
8.5 频域语音编码 298
8.6 声码器 301
8.7 线性预测编码器 303
8.8 为移动通信选择语音编解码器 306
8.9 GSM编解码器 308
8.10 USDC编解码器 309
8.11 语音编码器的性能评估 311
8.12 习题 312
第9章 无线通信多址接入技术 314
9.1 概述 314
9.2 频分多址(FDMA) 316
9.3 时分多址(TDMA) 318
9.4 扩频多址(SSMA) 320
9.5 空分多址(SDMA) 323
9.6 分组无线电(PR) 324
9.7 蜂窝系统的容量 329
9.8 习题 342
第10章 无线网络 344
10.1 概述 344
10.2 无线网络和固定电话网的区别 345
10.3 无线网络的发展 348
10.4 固定网络传输层次 350
10.5 无线网络中的业务路由 351
10.6 无线数据业务 353
10.7 公共信道信令(CCS) 356
10.8 综合业务数字网(ISDN) 357
10.9 7号信令系统(SS7) 359
10.10 SS7的一个实例:全球蜂窝网络互操作性 363
10.11 个人通信业务与个人通信网(PCS/PCN) 364
10.12 网络接入的协议 368
10.13 网络数据库 369
10.14 通用移动通信系统(UMTS) 370
10.15 小结 370
第11章 无线系统和标准 372
11.1 AMPS和ETACS 372
11.2 美国数字蜂窝标准(IS-54和IS-136) 377
11.3 全球移动系统(GSM) 382
11.4 CDMA数字蜂窝标准(IS-95) 394
11.5 无绳电话中的CT2标准 403
11.6 欧洲数字无绳电话(DECT) 404
11.7 个人接入通信系统(PACS) 407
11.8 太平洋数字蜂窝(PDC) 409
11.9 个人手提电话系统(PHS) 410
11.10 美国PCS和ISM频段 410
11.11 美国无线微波频段电视 411
11.12 全球标准总结 412
11.13 习题 414
附录A 中继理论 416
附录B 链路预算中的噪声系数计算 424
附录C 成型因子理论中的方差率关系式 427
附录D 成型因子理论中的近似空间自协方差函数 429
附录E 扩频CDMA的高斯近似 431
附录F Q、erf和erfc函数 447
附录G 数学公式表 451
附录H 缩略词 459
附录I 参考文献 471
索引 487

译 者
序如今在信息通信领域里,发展*快、应用*广的就是无线电通信技术,其在移动中实现的无线通信又称为移动通信。现在,人们把二者合称为无线(wireless)移动(mobile)通信。这一应用已深入到人们生活和工作的各个方面。在该领域工作和学习的学生、大学教师、研究人员、工程技术人员及管理人员,都非常希望有一本在理论、技术和应用方面讲解得系统而又全面的教材。本书就是为满足这一需求而进行的有益探索。众所周知,作为大学的本科生和研究生的教材,首先要保证提供一定深度和广度的基本理论,从而为学生的未来学习和工作打下扎实的基础。尽管技术和应用的发展日新月异,但是只要掌握好这些基本理论,就能不断地通过继续学习而跟上技术的飞速发展。掌握基本理论对学生、研究人员和技术人员是非常重要的,本书在基本理论方面进行了从易到难的阐述,并为读者提供了大量的习题和实例,从而能更好地掌握与运用基本理论。由于本书阐述的**是无线电通信系统(含个人通信),因此作者在讲述了一定的基础理论之后,介绍了一些技术开发、设计和应用的相关内容。这样,认真学习过本书的学生在毕业后就可以顺利地成为一名称职的研究设计人员和工程师。而一些正在从事研究、开发、设计和应用的工作人员,也能通过学习本书来指导有关的工作。如前所述,无线移动通信系统的飞速发展要求我们不但要掌握它的过去、现在,还要掌握它的未来。本书中也简要介绍了一些与无线移动通信系统(含个人通信)相关的标准和发展方向,以帮助读者掌握未来,与时俱进。由于本书作者既是大学教师和研究人员,也负责过工程技术培训,因此他知道如何结合以上三种实践经验才能写出一本受多方面人员欢迎的图书。时代在飞速发展,技术也是千变万化,因此不可能撰写出一直可用的、内容无需变化的相关著作。但我们相信作者会随着理论、技术和应用的进展而不断对本书进行修改和完善。谢谢在信息与通信领域学习和工作的人们,特别是那些在无线移动通信与因特网(个人通信)领域工作的精英们,是你们的勤奋和努力为人类的学习、工作和生活创造了美好未来。相信本书会为你实现这一目标做出贡献。本书翻译工作由周文安和付秀花负责,同时为本书翻译提供帮助的还有王志辉、刘露、金旭、何新、陈刚、张玲玲、刘娜、孙博辉、胡浩、王家政、胡萍、刘博、罗戈锋、胡伟俊、徐波、吕婷、刘颖兮、刘雁、董丽蓉、陈少蓓、赵莹、宋希东、解冰,在此表示感谢。全书*后由周文安、付秀花、王志辉进行统稿与校对工作,并由宋俊德教授进行了审校。虽然我们在翻译的过程中尽了*大努力,但是由于水平有限,加之时间仓促,不当和疏漏之处在所难免,敬请读者不吝指正。宋俊德北京邮电大学电子工程学院
前 言 撰写本书第二版的目的是引导初学者进入并了解当今世界发展*快的工程领域之一
—个人无线通信。本书按照先易后难的思路,对无线通信系统的核心设计、应用工具、研究与开发中涉及的重要技术概念及其不断发展的标准进行了详尽介绍。本书的作者既是一名教师和研究人员,同时也担任着技术培训和咨询等工作,因此有着丰富的教学经验和实践经验。书中的内容继续沿用了1990年**次引入电子工程专业的课程模式,在那时全世界只有不到五百万的无线电话用户。到了21世纪,已经有超过6亿人成为无线电话服务的使用者,占到了世界人口的10%,并且这个数字将在2010年到达50%。本书在**版的基础上又进行了修改和更新,可作为工程师和研究人员的参考用书,也可作为本科生和研究生的专业教材。本书包含了无线通信中的基础理论和实际应用,适合所有的无线技术人员使用。为了强调重要概念,书中提供了大量的工程实例和课后习题。第二版中又增加了*近更新的无线工程技术标准,使其更加适合企业的短期培训课程及其他领域的人员使用。书中引用了若干篇期刊文章,以提供给感兴趣的读者阅读,这些文章对于掌握其他领域的技术是很有必要的。为了方便初学者,应电气和电子工程师协会(IEEE)之邀,作者还编写了两册无线技术期刊摘要,这些期刊包含了无线通信产业所用到的相关技术内容。摘要丛书对于读者理解无线通信技术很有帮助,但不是必需的,可以作为本书的补充材料使用。本书提供了详尽的自学教程和丰富的参考资料,可以作为读者的自学用书、教学参考书或使用手册。同时,为了帮助读者巩固所学知识,本书还提供了大量的例子和习题。本书面向那些已经掌握诸如概率论、通信原理和电磁学基础等技术概念的学生和工程师。然而,就如同无线通信产业本身一样,书中综合了许多不同技术学科的内容,所以并不是所有读者对本书讲解的主题都学习过预备课程。为了提供广泛的背景知识,本书中的重要概念都是首先围绕原理展开,以便于读者掌握无线通信技术的基础。本书可作为工业应用中的指导手册或作为课堂上的教材。本书的内容和章节的顺序采用1991年作者在弗吉尼亚综合理工学院和州立大学研究生一年级课程的教学中所使用的授课方式。第1章介绍了无线通信技术的发展,以及无线系统从**代模拟技术到第二代数字技术的演进;讲述了世界范围内蜂窝无线通信的增长和20世纪90年代中期无线通信产业的状况。第2章总体介绍了21世纪重要的现代无线通信系统,比如第三代(3G)移动通信、无线局域网(WLAN)、本地多点业务分配系统(LMDS)及蓝牙技术。通过阅读第2章的内容,可以使读者体会到无线技术中的各种业务(如语音服务、数据业务、多媒体业务等)是如何深入到我们的日常生活中。第3章介绍了诸如频率复用、切换等蜂窝无线通信中的基本概念,这些概念是利用有限频带向移动用户提供无线通信服务的核心。第3章也讲述了中继效率的原理,以及移动台和基站间的干扰是怎样影响蜂窝系统容量的。第4章介绍了无线传输路径损耗、链路预算和对数正态阴影衰落的问题,并描述了许多不同的运营环境中无线电波传播的大尺度效应的建模和预测方法。第5章讲述了无线电波传播的小尺度效应问题(比如衰落、时延扩展和多普勒扩展),并讲述了如何测量和建模不同信号带宽和运动速度通过多径信道对瞬时接收信号所产生的影响。无线电波的传播已经成为有史以来*难分析和设计的问题,因为它不像有线通信系统那样能够提供一个稳定、固定的传播路径。当通信的一端运动的时候,无线电信道是随机的,并且经历阴影衰落和多径衰落。第5章还新增了在智能天线和定位系统发展与分析中至关重要的空-时信道建模。第6章介绍了无线通信中*常用的模拟和数字调制技术,并讲述了在选择调制方式时的评价方法。此外还阐述了诸如接收机的复杂度、调制和解调的实现、衰落信道的误比特率(BER)与频谱利用率等问题。信道编码、自适应均衡和天线分集等概念在第7章进行了讲解。在人们步行和驾车时使用的便携式无线通信系统中,可以单独地或综合地使用这些方法,以提高在衰落和噪声环境下的数字移动无线通信的质量(即减少BER)。第8章介绍了语音编码技术。在过去的十年里,语音编码技术在降低高质量数字化语音传输系统中所需要的传输数据速率方面取得了显著的进展,这使无线系统设计者能够将终端用户的业务和网络的体系结构进行匹配。在本章中还提到了推动自适应脉冲编码调制和线性预测编码发展的原理,同时也讨论了如何使用这些技术在已有的和将来的蜂窝、无线与个人通信系统中评估语音质量。第9章介绍了时分、频分和码分多址技术,以及*新的分组预留和空分多址等多址接入技术。第9章还讲述了每种接入方式是如何容纳大量移动用户的,并解释了多址接入技术如何影响蜂窝系统的容量和网络结构。第10章描述了广域无线通信系统的组网问题,并提供了目前世界上已经投入使用或将来**使用的蜂窝、无线和个人通信系统采用的组网方案。第11章通过描述和比较现有的第二代蜂窝、无绳和个人通信系统,总结了前9章的主要内容。第11章还提出了个人通信系统的设计和实现中的一些折中方法,这一章讨论的主要电信标准的相关信息可以单独作为某些商用的广域无线系统的参考资料。附录中包含中继理论、噪声系数、噪声计算和扩频码分系统的高斯近似法,为那些对解决实际无线通信问题感兴趣的读者提供了详细的参考内容。附录中还包括了几百个工程中用到的数学公式和恒等式。作者尝试将更多的有用信息放在附录中,这样会使学生们在使用时更加方便,实际工程师也利用它们解决超出本书讲解之外的更多问题。如果本书作为工业界人士的使用,第1章~第4章、第9章及第11章对那些在蜂窝系统设计和射频测试/维护领域工作的工程师会有所帮助。而第1章、第2章、第6章~第8章和第11章则是为刚进入无线领域的技术人员和现代数字信号处理工程师精心准备的。对于更广泛的读者,如网络操作者、管理人员、运营商及相关的专业政策管理人员等,相信他们会和工程师一样对第1章、第2章和第10章、第11章的内容感兴趣。如果在本科教学中使用这本教材,指导教师可能会集中讲解第1章~第6章或第1章~第5章及第9章,在本科生课程的第二学期或是研究生课程中可以按层次讲解其他章节。同样,第1章、第2章、第3章、第4章、第6章、第8章、第9章及第10章的有用材料可以很容易加到有关通信和网络原理的本科生课程中。如果在研究生课程中使用这本教材,那么可在半学期内完成第1章~第6章及第10章的授课,并在接下来的学期教授第7章~第8章及第11章的内容。在第2章、第10章和第11章中,作者添加了那些在实际网络实施和世界标准中重要的但是很少写出来的内容。如果没有早先的几位弗吉尼亚综合理工学院研究生的帮助和创造性的工作,那么就不可能完成这本书的撰写。我很高兴得到Rias
Muhamed、Varun Kapoor、Kevin Saldanha和Anil
Doradla的帮助与鼓励,他们是我在教授蜂窝无线电和个人移动通信课程时认识的。Kevin
Saldanha还为这本书制作了排版文件(这可不是一件小任务)。在编辑和修改这本书中的一些章节时,这些同学的帮助是不可估量的,他们在整个过程中不断地给我鼓励。另外,以下各位对本书