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内容简介

本书涵盖了所有类型的无线通信，从卫星通信、蜂窝通信到局域网和个域网。内容分为四部分：背景技术、无线通信技术、无线个人区域网络、无线网络和移动应用。涉及无线信道、信号编码技术、正交频分复用、扩频、无线局域网技术和IEEE802.11无线局域网标准、蓝牙和IEEE802.15、蜂窝无线网络、第四代通信系统、移动应用和移动IP等。本书可作为通信和计算机专业本科生和研究生的教材或教学参考书。对于从事无线通信和网络方面研究的科研和工程技术人员，本书也是很好的参考书。

作者简介

William Stallings，拥有美国麻省理工学院计算机科学博士学位，现任教于澳大利亚新南威尔士大学国防学院（堪培拉）信息技术与电子工程系。他是世界知名的计算机学者和畅销教材作者，已经撰写了17部著作，出版了40多本书籍，内容涉及计算机安全、计算机网络和计算机体系结构等方面，堪称计算机界的全才。他曾九次荣获美国“教材和学术专著作者协会”颁发的“年度佳计算机科学教材”奖。

目录

目　录
Wireless Communication Networks and Systems

出版者的话
译者序
前言
第1章　概述1
　1.1　无线通信的发展史1
　1.2　全球蜂窝网络2
　1.3　移动设备革命3
　1.4　未来趋势4
　1.5　无线技术挑战5
第一部分　技术背景
第2章　信号传输基础8
　2.1　传递信息的信号8
　　2.1.1　时域概念8
　　2.1.2　频域概念10
　　2.1.3　数据速率和带宽之间的关系11
　2.2　模拟信号和数字信号传输13
　　2.2.1　模拟数据和数字数据13
　　2.2.2　模拟信号和数字信号14
　　2.2.3　模拟传输和数字传输16
　2.3　信道容量17
　　2.3.1　奈奎斯特带宽17
　　2.3.2　香农容量公式18
　2.4　传输介质19
　　2.4.1　地面微波21
　　2.4.2　卫星微波22
　　2.4.3　广播无线电23
　　2.4.4　红外线23
　2.5　多路复用23
　2.6　阅读建议27
　2.7　关键术语、复习题和问题27
　附录2A　分贝与信号强度29
第3章　通信网络31
　3.1　广域网、局域网和城域网31
　　3.1.1　广域网31
　　3.1.2　局域网32
　　3.1.3　城域网32
　3.2　交换技术32
　3.3　电路交换34
　3.4　分组交换36
　　3.4.1　基本操作38
　　3.4.2　数据包大小40
　　3.4.3　电路交换和分组交换的比较41
　3.5　服务质量43
　　3.5.1　语音、音频和视频流量43
　　3.5.2　数据流量43
　　3.5.3　提供服务质量44
　3.6　推荐阅读45
　3.7　关键术语、复习题和问题45
第4章　TCP/IP协议47
　4.1　协议体系结构的需求47
　4.2　TCP/IP协议的体系结构48
　　4.2.1　TCP/IP层48
　　4.2.2　TCP和IP操作49
　　4.2.3　TCP/IP应用50
　4.3　OSI模型51
　4.4　网络互联52
　　4.4.1　路由器53
　　4.4.2　网络互联实例53
　4.5　推荐阅读56
　4.6　关键术语、复习题和问题56
　附录4A　因特网协议57
　附录4B　传输控制协议64
　附录4C　用户数据报协议67
第二部分　无线通信技术
第5章　无线通信概述70
　5.1　频谱的考虑因素70
　　5.1.1　监管措施70
　　5.1.2　传播模式71
　5.2　视距传播72
　　5.2.1　5种基本传播机制72
　　5.2.2　天线72
　　5.2.3　自由空间损耗73
　　5.2.4　实际系统中的路径损耗指数75
　　5.2.5　基于实证测量的模型76
　　5.2.6　噪声77
　　5.2.7　Eb/N0表达式77
　5.3　移动环境的衰落78
　5.4　信道校正机制81
　　5.4.1　前向纠错81
　　5.4.2　自适应均衡82
　　5.4.3　分集技术和MIMO82
　　5.4.4　扩频与OFDM84
　　5.4.5　自适应调制和编码84
　　5.4.6　带宽扩展84
　5.5　数字信号编码技术85
　5.6　编码与差错控制87
　　5.6.1　差错检测87
　　5.6.2　分组纠错码92
　　5.6.3　分组编码原理93
　　5.6.4　低密度奇偶校验码97
　　5.6.5　卷积码97
　　5.6.6　自动重传请求100
　5.7　OFDM103
　　5.7.1　OFDM基础103
　　5.7.2　机会调度106
　5.8　扩频107
　　5.8.1　扩频的概念107
　　5.8.2　跳频扩频107
　　5.8.3　直接序列扩频109
　　5.8.4　码分多址111
　5.9　推荐阅读111
　5.10　关键术语、复习题和问题111
第6章　无线信道115
　6.1　天线115
　　6.1.1　辐射方向图115
　　6.1.2　天线类型116
　　6.1.3　天线增益118
　6.2　频谱的考虑因素119
　　6.2.1　监管措施119
　　6.2.2　传播模式120
　　6.2.3　传输与反射特性122
　6.3　视距传播123
　　6.3.1　5种基本传播机制123
　　6.3.2　衰减123
　　6.3.3　自由空间损耗124
　　6.3.4　实际系统中的路径损耗指数125
　　6.3.5　基于实际测量的信道模型127
　　6.3.6　噪声128
　　6.3.7　Eb/N0表达式129
　　6.3.8　大气吸收131
　　6.3.9　多径131
　　6.3.10　折射131
　6.4　移动环境中的衰落132
　6.5　信道纠错机制136
　　6.5.1　前向纠错136
　　6.5.2　自适应均衡137
　　6.5.3　自适应调制和编码137
　　6.5.4　分集技术和MIMO138
　　6.5.5　OFDM和扩频141
　　6.5.6　带宽扩展141
　6.6　推荐阅读142
　6.7　关键术语、复习题和问题142
第7章　信号编码技术146
　7.1　信号编码准则147
　7.2　数字数据、模拟信号148
　　7.2.1　幅移键控149
　　7.2.2　频移键控149
　　7.2.3　相移键控150
　　7.2.4　性能153
　　7.2.5　最小频移键控155
　　7.2.6　正交振幅调制156
　7.3　模拟数据、模拟信号157
　　7.3.1　振幅调制157
　　7.3.2　角度调制159
　7.4　模拟数据、数字信号161
　　7.4.1　波形编码162
　　7.4.2　基于模型的编码和声码器165
　　7.4.3　性能166
　7.5　推荐阅读166
　7.6　关键术语、复习题和问题167
第8章　正交频分复用170
　8.1　正交频分复用简介170
　　8.1.1　正交性171
　　8.1.2　OFDM的优点172
　　8.1.3　OFDM实现172
　　8.1.4　OFDM的缺点174
　8.2　正交频分多址176
　8.3　单载波频分多址177
　8.4　推荐阅读179
　8.5　关键术语、复习题和问题179
第9章　扩频181
　9.1　扩频的概念181
　9.2　跳频扩频182
　　9.2.1

前言/序言

前　言Wireless Communication Networks and Systems目标无线技术已成为电信和网络中最令人兴奋的领域。移动电话使用的快速增长，各种卫星服务、无线网络，以及现在的无线智能手机、平板电脑、4G手机、应用程序和物联网等给电信和网络领域带来了巨大变化。夸张地说，无线技术彻底改变了人们的工作方式，互相交流的方式，甚至影响了社会结构的构成和转变。本书对整个无线通信领域进行了概述。它全面涵盖了从卫星和蜂窝到局域网和个域网的所有类型的无线通信。
本书的内容组织结构尝试将这个很大的主题划分为更易理解的多个部分，并一部分一部分地调研最先进的技术。本书重点讨论无线系统的各个方面——无线通信技术、用于构建无线网络的协议与介质访问控制，并介绍无线系统的部署和管理，以协调整个网络设备（基站、路由器、智能手机、传感器）。完整的无线系统的范例是4G长期演进（Long Term Evolution，LTE）系统。
本书讨论了无线通信新的研究领域中最重要的技术和体系结构方面的基本原理和主题。之后，本书对一些前沿的主题进行了详细讨论，包括千兆Wi-Fi、物联网、ZigBee以及4G LTE-Advanced。
本书的主题如下。
●技术和体系结构：一小部分技术可以用来表征和区分无线通信与组网方式，其中包括：频段、信号编码技术、纠错技术，以及网络体系结构。
●网络类型：本书涵盖了无线网络的多个重要类型，包括无线局域网、无线个域网、蜂窝、卫星和固定无线接入网络。
●设计方法：本书探讨了针对特定通信需求的替代原则和方法，可以加深读者对无线系统设计的关键原则的理解。
●标准：本书提供了一个理解具体无线标准的全面指南，如ITU、IEEE 802、3GPP颁布的标准以及其他组织制定的标准。这些标准着重反映了标准在定义一个领域的产品和未来研究方向方面的重要性。
●应用：一些重要的操作系统和应用程序（通常称为“app”）已经吸引了无线设备消费者的注意。本书探讨了这些app，它们使无线设备更加便于用户访问，还详细介绍了这些平台和应用程序的开发过程。
本书包括大量的在线词汇表，并列出常用的缩略语，以及参考书目。每章都包括为进一步阅读提供的问题和建议。每章还包括用于内容回顾的关键术语和一些复习题。
目标读者本书在内容编排上主要面向对无线通信网络和系统感兴趣的广大读者和学生。本书内容能够在以下几个方面提供很好的灵活性。
●多个学科的读者：本书提供一些基础背景材料和更具深度的材料从而使多个学科的读者也可以从中受益。
■对于具有计算机科学与信息技术背景知识的读者，本书提供了信号和系统方面易于接受和足够的背景知识。除了学习整个无线系统外，读者可以特别研究支持LTE和移动设备操作系统与程序设计的演进的分组系统。
■对于电气工程、计算机工程专业（甚至其他工程领域）的读者，网络和协议是必须掌握的内容，本书提供了这些高年级本科通信课程的详细内容，而没有必要去学习另一门通信课程。第6～10章深入介绍了无线传输、调制技术、OFDM、CDMA和差错控制编码。本书后续章节中的技术可以用来作为这些技术的例子。本书不仅提供了基本原理，还介绍了目前和未来将要使用的无线技术。
■不同基础的读者：对于那些在无线通信方面甚至在通信技术方面刚刚入门的读者，通过本书的学习，他们也可以对无线通信非常精通。对于那些已有一定基础知识的读者，通过阅读本书能够了解无线网络的最新进展。
■不同深度的内容：本书提供了不同深度的选项以覆盖不同的内容。最值得注意的是，第5章覆盖了所有的无线概念，这种教程级的概念有助于理解本书其他章节的内容。第6～10章涵盖了相同的主题，有助于部分读者对这部分内容进行更深入的了解。这种内容编排使得具有不同兴趣、不同知识水平和不同专业知识的读者都能够受益。
内容安排本书的目的是在无线通信的基本原理、无线网络和无线应用等方面提供一个全面的技术研究。本书的主要内容可以分为4个部分，如图P-1所示。
图P-1　无线主题第一部分：介绍数据与数据包通信过程，以及协议层、TCP/IP和数据网络。
第二部分：覆盖关于发送无线信号的过程和对抗无线信道的影响的所有信息。第5章对这些内容进行了简要介绍，并通过第6～10章进行了详细介绍。
第三部分：对IEEE 802.11、IEEE 802.15、蓝牙、物联网以及ZigBee等内容进行了详细介绍。
第四部分：包括蜂窝移动通信系统原理、LTE、智能手机和移动应用等内容，还涵盖了卫星、固定无线和WiMAX等长距离通信。
本书易于开展课程教学，书中包括大量的图表。下面给出更多的细节。每一章还包括关键术语、复习题、问题，以及推荐阅读。本书还包括常用的缩略语以及参考文献清单。
学习的顺序对于这样广泛的内容，需要根据学生和课程情况对选学内容进行仔细规划。本书提供了一些灵活性。例如，本书中的内容不需要逐章学习。事实上，根据作者的经验，学生和教师能够更快地投入其所需的技术本身中。其中的一个作者在他的课程中经常只需要直接研究IEEE 802.11（第11章）而并不需要集中学习无线通信的全部细节。如果学生已经研究了实际的技术，则也可能需要首先跳过一些物理层的细节（例如，暂时跳过11.5节和11.6节），使学生能够更好地参与并开展实际项目研究。
以下是本书的学习建议：
●第5章与第6～10章介绍的主题相同，只是详略程度不同，可以二选一。反过来，如果需要学习第6～10章，则可以跳过第5章。
●第三部分可以放在第二部分之前，以忽略一些关于物理层的细节，这些细节可以在后面再次详细学习。然而，第二部分应放在第四部分之前。
●第2～4章可以作为课外阅读作业。
●在第三部分中，每章都或多或少是独立的，可以按照任何顺序来学习，主要取决于感兴趣的程度。
●除了第13章和第14章中的蜂窝系统和LTE应该归为同一个单元来研究外，第四部分中的各章也可以按任何顺序进行研究。
●计算机科学和信息技术课程可以更专注于第11章、第12章和第15章中的Wi-Fi、IEEE 802.15以及移动应用等内容，然后学习MAC协议和移动设备编程。
●电气工程和工程技术专业的学生可以重点关注第6～10章中用于IEEE 802.11和LTE系统中的调制和差错控制编码相关的内容。
教辅资源本书的主要目标是使它成为这一令人兴奋和快速发展学科的一种有效的教学工具。这一目标反映在本书的结构和辅助材料中。本书提供了下列补充材料来帮助教师进行教学�　」赜诒臼榻谈ㄗ试矗�只有使用本书作为教材的教师才可以申请，需要的教师请填写本书最后一页“教学支持申请表”，并通过邮件同时发给培生与我方。——编辑注�。�
●答案手册：给出了所有章后面的复习题和问题的解答。
●补充问题：提供了本书内容以外的其他问题。
●项目手册：给出了下一节中列出的所有项目类别的建议项目任务。
●幻灯片：提供了覆盖所有章节配套的教学幻灯片。
●PDF文件：本书中所有的图和表的副本。
致谢本书得益于多名无私地奉献他们的时间和专业知识的审稿专家。以下教授和老师对本书进行了详细的审稿：Alex WijesIinha(陶森大学)、Ezzat Kirmani博士(州立圣克劳德大学)、Feng Li博士(普渡大学印第安那波利斯分校)、Guillermo A. Francia III博士(杰克森维尔州立大学)、Kamesh Namuduri博士(北德州大学)、Melody Moh博士(圣何塞州立大学)、Wuxu Peng博士(德克萨斯州立大学)、Frank E.Green (马里兰大学，巴尔的摩县)、Gustavo Vejarano(洛约拉马利蒙特大学)、Ilker Demirkol(罗切斯特理工学院)、Prashant Krishnamurthy(匹兹堡大学)和Russell C.Pepe(新泽西理工学院)。
密苏里大学堪萨斯分校的几位学生为绘图做出了非常有价值的贡献。Pedro Tonhozi de Oliveira、Rahul Arun Paropkari和Naveen Narasimhaiah也致力于项目开发并提供了很大的帮助。
Kristopher Micinski提供了第15章中的大多数关于移动应用的材料。
最后，我们感谢许多负责本书出版的工作人员，他们一如既往地出色完成了整个工作。这包括Pearson的员工，特别是编辑Tracy Johnson、项目经理Carole Snyder和产品经理Bob Engelhardt。我们也感谢Mahalatchoumy Saravanan以及Jouve India生产人员优秀、快速的工作。我们也感谢Pearson的营销和销售人员，没有他们的努力本书不会出现在你面前。
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