移动通信工程理论和应用(第二版)

目　录

引言　1

第1章　移动无线电信号环境　15
1.1　移动无线电通信媒介　15
1.2　传播路径损耗　19
1.3　由于散射因素引起的多径衰落　23
1.4　热噪声和人为噪声特性　29
1.4.1　热噪声特性　29
1.4.2　人为噪声特性　31
1.5　时延扩散　34
1.6　相干带宽　38
1.7　在800～900MHz范围内的多径衰落现象　39
练习题　40
参考文献　42

第2章　统计通信理论　44
2.1　统计方法　44
2.2　平均值　45
2.3　遍历过程　46
2.4　累计概率分布(CPD)　47
2.5　概率密度函数(PDF)　47
2.5.1　单个变量的PDF　47
2.5.2　两个变量的联合PDF　48
2.5.3　边缘PDF　49
2.5.4　联合特征函数　50
2.5.5　条件PDF　50
2.6　有效概率密度函数　52
2.6.1　均匀分布　52
2.6.2　高斯分布　53
2.6.3　瑞利分布　53
2.6.4　对数分布　55
2.6.5　二项式分布　56
2.6.6　泊松分布　57
2.7　电平交叉率(LCR)　57
2.8　衰落持续期　60
2.9　相关函数　61
2.9.1　自相关　62
2.9.2　互相关　62
2.10　功率谱密度和连续谱密度　63
2.11　采样分布　64
2.12　置信区间　67
2.13　差错概率　68
2.14　脉冲响应测量　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　使均方误差最小(MSE算法)　72
2.15.3　构成一个自动均衡器　72
2.15.4　均衡器的讨论　72
练习题　73
参考文献　74

第3章　在平坦地面上的路径损耗　76
3.1　用模型分析法预测路径损耗　76
3.1.1　无线电水平线　76
3.1.2　空中反射　77
3.1.3　信号平均　77
3.1.4　终端在移动　77
3.1.5　移动台天线高度　77
3.1.6　地面波的影响　78
3.2　传播损耗――在光滑地面上　78
3.3　传播损耗――在粗糙地面上　81
3.3.1　正态分布的表面特性　83
3.3.2　表面粗糙度是距离的函数　84
3.3.3　地形数据的分辨间隔　85
3.3.4　有效散射地区的分析　85
3.4　双波模型――解释移动无线电路径的损耗和天线高度的作用　87
3.5　计算平均信号强度(本地均值)的规则　90
3.5.1　中值法　90
3.5.2　均值法　90
3.5.3　确定L值　91
3.6　预测传播路径损耗的模型　92
3.6.1　用于UHF的预测模型　92
3.6.2　Okumura等人的模型　94
3.6.3　经过不同环境的路径损耗的通用公式　96
练习题　97
参考文献　98

第4章　在丘陵地形中的路径损耗和常用的预测方法　100
4.1　基于模型分析的路径损耗预测　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　绕射损耗　105
4.3　圆拱形小山的绕射损耗　110
4.4　路径间隙标准　112
4.5　Lee的宏小区模型　112
4.5.1　人为影响――用不同的方法解释路径损耗　113
4.5.2　地形的影响　114
4.5.3　Lee的宏小区预测模型　115
4.6　Lee的微小区模型　116
4.7　建筑物内的预测模型　119
4.7.1　路径损耗斜率　119
4.7.2　总的接收功率　120
4.8　场强预测的效果　121
4.8.1　街道定向的影响　121
4.8.2　植被的影响　121
4.8.3　隧道内衰减的影响　123
4.8.4　大楼和建筑物的影响　123
4.8.5　路径损耗和局部均值之间的关系　123
4.9　信号门限的预测　124
4.10　信号覆盖地域的预测　124
4.10.1　方法Ａ　124
4.10.2　方法B　127
4.10.3　两种方法的比较　127
4.11　宽带信号传播　128
4.11.1　宽带信号的路径损耗　128
4.11.2　宽带的多径损耗特性　129
练习题　131
参考文献　132

第5章　系统RF设计对传播的影响　135
5.1　天线设计的影响　135
5.2　天线方向性的影响　138
5.3　天线方向图波动影响　140
5.4　高增益天线的影响　144
5.5　移动无线电环境中的电场和磁场的独立性　145
5.6　无线电波极化的影响　148
练习题　152
参考文献　152

第6章　接收信号的包络特性　154
6.1　短时限与长时限衰落的比较　154
6.2　短时限衰落的模型分析　156
6.3　累积概率分布(CPD)　157
6.3.1　来自E场信号r0(t)的CPD　157
6.3.2　H场分量信号的CPD　160
6.3.3　来自定向天线rd(t)的CPD　161
6.3.4　求角电波到达的PDF　161
6.4　电平交叉率(LCR)　162
6.4.1　来自E场信号的re(t)的LCR　163
6.4.2　磁场分量的rhx,rhy的LCR　165
6.4.3　定向天线的rd(t)的LCR166算衰落平均持续时间　169
6.6　基于时间分隔的移动接收信号的包络相关性　172
6.7　基于时间和空间分隔的移动接收信号的包络相关性　174
6.8　基于频率和时间分隔的移动接收信号的包络相关性　176
6.9　基于频率分隔的基站接收信号的包络相关性　178
6.10　功率谱分析　180
练习题　181
参考文献　181?お?

第7章　接收信号相位特性　183
7.1　与移动无线电信号有关的随机变量　183
7.1.1　求随机变量的协方差　183
7.1.2　信号s(t)的功率谱　184
7.1.3　协方差矩阵　188
7.2　相位相关特性　189
7.2.1　ψ(t)的相位相关特性　189
7.2.2　在频率和时间间隔中的相位相关性　191
7.3　随机FM的特性　192
7.3.1　随机FM的概率分布　192
7.3.2　随机FM的功率谱　193
7.3.3　随机FM的电平交叉率(LCR)　195
7.4　喀呖噪声的特性　197
7.4.1　喀呖噪声　197
7.4.2　求p(n, n,ψn,ψn)的过程　198
7.4.3　平均喀呖声速率　199
7.5　模拟模型　200
7.5.1　瑞利多径衰落模拟器　200
7.5.2　多径衰落和选择性衰落模拟器　203
练习题　204
参考文献　204

第8章　调制技术　207
8.1　系统的应用　207
8.2　调频移动无线电　207
8.2.1　无衰落情况　208
8.2.2　瑞利衰落情况　213
8.3　数字调制　218
8.3.1　无衰落情况　218
8.3.2　衰落情况(移动无线电环境)　222
8.4　恒定包络调制　224
8.4.1　四相移键控(QPSK)　224
8.4.2　交错四相相移键控(OQPSK)　225
8.4.3　π/4-四相差分相移键控(π/4-DQPSK)　227
8.4.4　副载波QPSK　228
8.4.5　高斯滤波最小频移键控(GMSK)　228
8.5　非恒定包络调制　232
8.6　OFDM调制解调器　234
8.7　扩频系统　236
8.8　跳频差分相移键控(FH-DPSK)系统　237
8.9　FH-DPSK系统的差错率和系统效率　240
8.9.1　单有源基站小区内部的干扰　240
8.9.2　多基站小区间干扰　241
8.9.3　多径衰落环境　243
8.10　频谱效率和每个小区的信道数　243
8.11　扩频调制――直接序列(DS)　245
8.11.1　用DS信号降低干扰　246
8.11.2　相关器和瑞克接收机　247
8.12　改进的单边带(SSB)系统　247
练习题　248
参考文献　249

第9章　分集方案　251
9.1　移动无线电系统的功能设计――分集方案　251
9.2　宏观分集方案――在不同站址上天线的应用　251
9.3　微观分集方案――应用在同址天线上　252
9.4　空间分集　252
9.4.1　在移动台　253
9.4.2　在基站　253
9.5　场分量分集　256
9.6　极化分集　257
9.7　角分集　257
9.7.1　在基站　257
9.7.2　在移动台　258
9.8　频率分集　260
9.8.1　与频率统计相关　260
9.8.2　相关性与频率的关系　261
9.8.3　相干带宽　262
9.8.4　具有两个不相干带宽的两个频率　262
9.8.5　具有相干带宽的两个频率　262
9.9　时间分集　263
练习题　263
参考文献　264

第10章　合并技术　265
10.1　用宏观分集的合并技术　265
10.1.1　选择性分集合并　265
10.1.2　用选择性合并改善平均信噪比　265
10.2　微观分集的合并技术　267
10.3　预检测和后检测合并　267
10.3.1　使用预检测方法　267
10.3.2　使用后检测方法　267
10.4　选择性分集合并　268
10.4.1　第一种情况：所有Γk=Γ　269
10.4.2　第二种情况：γ<<Γk，k=1,…，M　269
10.4.3　第三种情况：ΓM＜γ<<(Γ1，…，ΓM-1)　270
10.4.4　第四种情况：相关信号　270
10.5　转换式合并　273
10.6　最大比值合并　275
10.6.1　计算概率密度分布　277
10.6.2　特殊情况　279
10.7　等增益合并　282
10.7.1　计算概率密度函数　282
10.7.2　累积概率分布　283
10.7.3　计算电平交叉率(LCR)　284
10.7.4　求出基站站址上的电平交叉率　285
10.7.5　求出在移动台站址上的LCR(电平交叉率)　288
10.8　馈送合并技术　291
10.9　前馈合并　291
10.9.1　使用无导频信号　291
10.9.2　延迟信号合并　292
10.9.3　使用具有通信信号的导频信号　293
10.9.4　另一种导频信号方法　293
10.10　反馈合并(Granlund合并器)　293
10.11　多支路天线阵的合并技术　294
10.11.1　CNR分析方法　296
10.11.2　累积分布方法　297
10.12　用分集合并减少时延扩展　298
练习题　300
参考文献　301

第11章　信号处理　302
11.1　移动无线电系统的功能设计――信号问题　302
11.1.1　距离相关因子　302
11.1.2　速度相关因子　303
11.2　比特流波形分析　303
11.2.1　时延扩展相关因子　303
11.2.2　比特流波形的分析　304
11.2.3　随机数据序列的功率谱密度　305
11.2.4　波形整形　306
11.2.5　双二进制波形信号　308
11.3　位同步和帧同步　311
11.3.1　位同步　311
11.3.2　帧同步　312
11.4　音节压缩扩张　314
练习题　316
参考文献　317

第12章　干扰问题　319
12.1　干扰的影响　319
12.2　同信道干扰　319
12.2.1　无衰落环境　320
12.2.2　瑞利衰落环境　324
12.3　邻道干扰　327
12.3.1　无衰落环境　327
12.3.2　瑞利衰落情况　329
12.3.3　带外邻道干扰　330
12.4　近端远端比干扰　330
12.5　互调(IM)干扰　331
12.5.1　调幅调相转换　331
12.5.2　天线端接失配　333
12.5.3　共址发射天线　333
12.6　符号间干扰　334
练习题　336
参考文献　337

第13章　信号差错分析与系统性能　339
13.1　系统和信号规范　339
13.1.1　性能规范　339
13.1.2　测试规范　339
13.1.3　等效性能规范　340
13.2　线性分组码　341
13.2.1　单奇偶校验检测码　341
13.2.2　奇偶校验检测矩阵　341
13.2.3　编码增益　342
13.2.4　编码强度　343
13.2.5　检错和纠错　344
13.2.6　擦除纠错(软判决)　344
13.2.7　检错和纠错算法　344
13.2.8　循环冗余检测码(CRC)　345
13.3　卷积码　346
13.3.1　卷积码编码器　346
13.3.2　树图　347
13.3.3　格形图(篱图)　348
13.3.4　维特比卷积码的译码算法　349
13.4　格形编码调制(TCM)　349
13.5　信号错误类型　352
13.6　基于M分支最大比率合并器的比特差错分析　354
13.7　衰落对误字率的影响　355
13.7.1　快衰落条件　355
13.7.2　慢衰落条件　356
13.8　基于大数判决处理减少差错　357
13.8.1　快衰落条件　357
13.8.2　慢衰落条件　358
13.9　基于相关信号的比特差错分析　360
13.9.1　快衰落条件　360
13.9.2　慢衰落条件　361
13.10　由于随机FM引起的不可降低的差错率　362
13.10.1　DPSK系统　362
13.10.2　数字FM(FSK)系统　362
13.11　由频率选择性衰落引起的不可降低的差错率　363
13.12　非相干匹配滤波器接收机的差错概率　364
13.13　差分相干接收机差错概率　367
练习题　370
参考文献　370

第14章　话音质量分析与系统性能　372
14.1　移动电话的话音特性　372
14.1.1　平均话音功率分布　372
14.1.2　瞬时振幅概率　374
14.1.3　话音功率谱　374
14.2　参数的确定　375
14.3　FM系统中的话音处理　376
14.3.1　预加重和去加重　377
14.3.2　压扩器：压缩和扩张　378
14.4　FM系统性能的主观分析　379
14.4.1　无压扩器的预加重和去加重　380
14.4.2　有和没有压扩时的预加重和去加重　381
14.5　话音信号的数字处理　383
练习题　383
参考文献　384

第15章　多址(MA)方案　385
15.1　引言　385
15.2　噪声受限环境　385
15.2.1　C/I＞1系统　386
15.2.2　C/I＜1系统　387
15.3　干扰受限环境　388
15.3.1　在干扰受限环境中的容量　388
15.3.2　C/I＞1系统――FDMA/SDM系统和TDMA/SDM方案　38