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加Mohamed Ibnkahla 穆罕默德 本卡 著

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• 无线电技术
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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121307881

商品编码：29661132339

包装：平装-胶订

出版时间：2017-09-01

基本信息

书名:认知无线电网络

定价：59.00元

售价：40.1元,便宜18.9元,折扣67

作者:(加)Mohamed Ibnkahla ( 本卡赫拉)

出版社：电子工业出版社

出版日期：2017-09-01

ISBN：9787121307881

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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《认知无线电网络》从网络体系角度建立认知无线电网络的总体概念。采用5层网络模型描述，重点介绍认知无线电网络的物理层、数据链路层和网络层。

内容提要

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本书共12章。章概述认知无线电的基本概念、框架和功能，第2章开始介绍认知无线电物理层，第3章和第4章论述合作频谱的获取，第5章描述频谱感知测量与设计。从第6章起介绍数据链路层和媒体接入子层，第7章介绍认知无线电网络MAC层的特殊性，第8章研究认知无线电局部控制原理，第9章研究认知无线电Ad Hoc网络的介质访问控制，0章研究认知无线电网络的多跳路由技术，1章和2章分别就认知无线电网络的经济性和安全性进行描述。

目录

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章 认知无线电概论
1.1 概述
1.2 认知无线电网络架构
1.3 认知无线电架构的功能
1.3.1 收发器结构
1.3.2 设计面临的主要挑战
1.3.3 频谱管理进程的功能
1.4 认知无线电模式
1.4.1 交织模式
1.4.2 重叠(底层)模式
1.4.3 覆盖模式
1.4.4 小结
1.5 本书的结构
参考文献
第2章 频谱感知
2.1 概述
2.2 频谱感知
2.2.1 匹配滤波(相干检测器)
2.2.2 能量检测器
2.2.3 特征检测
2.2.4 比较
2.2.5 设计权衡与挑战
2.3 多频带频谱感知
2.3.1 引言
2.3.2 串行频谱感知技术
2.3.3 并行频谱感知(多频带检测器)
2.3.4 小波感知
2.3.5 压缩感知
2.3.6 基于角的感知
2.3.7 盲感知
2.3.8 其他算法
2.3.9 比较
2.4 本章小结
参考文献
第3章 协同频谱感知
3.1 概率
3.2 协同频谱感知的基础
3.2.1 硬结合
3.2.2 软结合
3.2.3 混合结合
3.2.4 协同频谱访问多频带认知无线电网络
3.3 典型协同频谱感知技术
3.3.1 基于能量检测的协同频谱感知决策
3.3.2 性能分析
3.4 协同传输技术
3.4.1 追踪融合混合自动请求重发
3.4.2 协同分集
3.5 选择协同频谱感知策略
3.5.1 双门限选择性
3.5.2 大协同频谱感知策略
3.5.3 大小协同频谱感知策略
3.5.4 比较与探讨
3.5.5 小结
3.6 本章小结
参考文献
第4章 干扰条件下协同频谱感知
4.1 概述
4.2 追踪获取合并型混合自动重传请求(HARQ)
4.3 再生型协同分集
4.3.1 平均频谱功率
4.3.2 中断概率
4.3.3 差错概率
4.3.4 仿真结果
4.3.5 小结
4.4 频谱重叠
4.4.1 重叠访问
4.4.2 解码转发中继
4.4.3 放大转发中继
4.4.4 增量中继
4.4.5 模拟结果与图解
4.4.6 差错概率
4.5 本章小结
参考文献
第5章 频谱感知性能标准和设计权衡
5.1 概述
5.2 接收机工作原理
5.2.1 单频段
5.2.2 协同频谱感知
5.2.3 多频段认知无线电
5.3 吞吐量性能标准
5.4 基本限制和权衡
5.4.1 感知时间优化
5.4.2 多样性和采样权衡
5.4.3 功率控制和干扰限制权衡
5.4.4 资源分配权衡
5.5 本章小结
参考文献
第6章 频谱切换
6.1 概述
6.2 频谱移动
6.3 频谱切换策略
6.3.1 无切换策略
6.3.2 被动切换策略
6.3.3 主动切换策略
6.3.4 混合切换策略
6.3.5 对比
6.4 频谱移动管理的设计需求
6.4.1 传输层协议修改
6.4.2 跨层链路维护和优化
6.4.3 寻找佳备用信道
6.4.4 频谱切换时的信道竞争
6.4.5 公共控制信道
6.5 性能标准
6.6 频谱切换数学模型
6.6.1 频谱切换策略的性能
6.6.2 频谱切换的关系模式
6.7 多频段认知无线电网络切换
6.8 本章小结
参考文献
第7章 认知无线电网络的MAC 协议
7.1 概述
7.1.1 无线通信频谱访问中MAC 协议的功能
7.1.2 传统MAC 与认知无线电MAC 之间的差异
7.1.3 集中式与分布式体系结构的对比
7.1.4 认知无线电MAC 中的公共控制信道概念
7.1.5 MAC 协议的分类
7.2 帧间间隔与无公共控制信道的MAC 挑战
7.2.1 基于CSMA/ CA 的协议中的帧间间隔
7.2.2 无公共控制信道的MAC 挑战
7.2.3 无公共控制信道的网络设置
7.2.4 公共控制信道中的公平分配
7.3 认知无线电MAC 中的服务质量
7.3.1 服务质量保障的分布式认知无线电MAC 协议(QC-MAC)
7.3.2 服务质量感应MAC 协议
7.4 移动管理
7.4.1 带有公共控制信道的授权用户体验与移动性支持
7.4.2 无公共控制信道移动支持
7.5 本章小结
参考文献
第8章 认知无线电自组网和传感器———网络模型和局部控制方案
8.1 概述
8.2 认知无线电网络与认知无线电自组网
8.3 认知无线电自组网中的频谱共享
8.4 认知无线电自组网中的介质访问控制协议
8.5 认知无线电网络中的量度规则
8.6 认知无线电自组网模型
8.6.1 频谱可用性图谱
8.6.2 频谱可用性概率(SAP)
8.6.3 可变大小的频段
8.6.4 多频道多无线电支持
8.6.5 合成频道模型
8.6.6 接收端和全局信息
8.6.7 频谱管理的局部控制
8.6.8 博弈方法
8.6.9 基于图着色的算法
8.6.10 部分可观测马尔可夫决策过程
8.6.11 仿生方案
8.7 频谱共享的局部控制方案
8.7.1 如何在认知无线电自组网中应用局部控制方案
8.7.2 局部控制方案框架
8.7.3 频谱共享公平性
8.7.4 协议设计与图解
8.8 本章小结
参考文献
第9章 认知无线电Ad Hoc 网络介质访问层
9.1 概述
9.2 网络模型和需求
9.2.1 系统模型
9.2.2 需求
9.3 CM-MAC:基于CSMA / CA MAC 协议的认知无线电自组网
9.3.1 协议描述
9.3.2 信道聚合
9.3.3 频谱访问和共享
9.3.4 移动性支持
9.4 结构分析
9.4.1 移动性影响
9.4.2 吞吐量
9.4.3 案例研究
9.5 数值结果
9.6 本章小结
参考文献
0章 多跳认知无线电网络路由协议
10.1 概述
10.2 认知无线电网络中的路由问题
10.3 认知无线电网络的分类
10.3.1 频谱知识
10.3.2 主用户活动
10.4 集中和基本的分布式协议
10.4.1 集中协议
10.5 分布式协议
10.5.1 控制信息
10.5.2 基于源或目标的路由
10.6 动态网络中基于地理信息的协议
10.6.1 初始路由建立
10.6.2 贪婪转发
10.6.3 主用户避免
10.6.4 联合信道路径优化
10.6.5 仿真验证
10.7 认知无线电多跳协议
10.7.1 协议概述
10.7.2 认知多跳网络性能标准
10.7.3 概率表达
10.7.4 进一步改进
10.7.5 仿真结果说明
10.8 协议小结
10.9 本章小结
参考文献
1章 认知无线电经济学
11.1 概述
11.2 博弈论
11.2.1 战略型博弈模型
11.2.2 市场演化与均衡
11.3 认知无线电合作交易模型
11.4 固定价格交易模型
11.5 拍卖模型
11.5.1 单边拍卖
11.5.2 双边拍卖
11.6 模拟与说明
11.6.1 固定价格市场
11.6.2 单边拍卖
11.7 后续研究
11.8 本章小结
参考文献
2章 认知无线电网络安全
12.1 概述
12.2 认知无线电网络的安全属性
12.3 认知无线电中的信任
12.3.1 信任评估基础
12.3.2 信任的基础公理
12.3.3 信任模型
12.3.4 信任管理的效果
12.4 路由破坏攻击
12.4.1 概述
12.4.2 Liu-Wang 安全机制
12.4.3 对Liu-Wang 安全机制的说明
12.5 干扰攻击
12.5.1 概述
12.5.2 系统模型
12.5.3 有完备知识时的优化策略
12.5.4 对Wu-Wang-Liu 模型的说明
12.6 主用户仿冒攻击
12.6.1 面向频谱感知的信号发射机验证模式
12.6.2 Chen-Park-Reed 主信号发射机的非交互定位
12.6.3 Chen-Park-Reed 方法的模拟结果
12.7 本章小结
参考文献

作者介绍

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Mohamed Ibnkahla

加拿大安大略省金斯顿市女王大学电气和计算机工程系教授。他毕业于法国图卢兹国立理工学院,分别于1996年和1998年获得博士学位和指导研究生资格。Ibnkahla博士负责开展了多项无线通信、无线传感网络和认知无线电技术领域的国际项目。其研究兴趣包括认知无线电网络、认知网络、无线传感器网络以及在电子化社会、神经网络和自适应信号处理中的应用。他撰写了5本书籍、50篇以上的论文和100多篇会议论文。为各种国际会议和研讨会给予了大量的指导并应邀发言。Ibnkahla博士担任多种国际期刊和著作集编辑，并且是安大略省的注册职业工程师。

文摘

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序言

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智慧频谱的未来：动态无线通信的革命 在信息爆炸的时代，无线通信的需求以前所未有的速度增长，而有限的无线电频谱资源却日益捉襟见肘。传统的固定频谱分配模式已经难以满足日益增长的通信需求，由此带来的频谱拥堵、资源浪费等问题，正成为制约无线技术发展的重要瓶颈。在此背景下，一种革新性的通信理念应运而生——认知无线电（Cognitive Radio, CR），它以“智慧”的姿态，试图解决频谱资源利用效率的难题，开启无线通信的新篇章。 本书并非仅止于对认知无线电技术本身进行枯燥的罗列和阐述，而是力求深入剖析这一技术背后的核心思想、关键技术、发展现状以及它如何深刻地改变我们对无线网络的认知和应用。我们将一同踏上一段探索智慧频谱奥秘的旅程，理解如何在动态变化的环境中，让无线设备变得“聪明”，能够感知、学习、推理，并自主地做出最佳的频谱利用决策。 理解智慧的根基：认知无线电的核心理念 认知无线电的核心在于其“智能”的感知和决策能力。它不再是 passively 接收和发送信号，而是 actively 地观察和分析周围的无线电环境。这意味着CR设备能够实时监测频谱的使用情况，识别哪些频段是空闲的（即“白空间”），哪些频段正在被合法用户使用，以及这些用户的使用模式。更重要的是，CR设备拥有学习能力，能够根据历史数据和实时观测，预测频谱使用的趋势，从而做出更前瞻性的决策。 这种智能化的核心体现在认知循环（Cognitive Cycle）中，它包含感知（Sensing）、决策（Decision）、重构（Reconfiguration）和学习（Learning）四个关键阶段。 感知（Sensing）：这是CR系统的“眼睛”，它负责监测无线环境，包括频谱占用情况、信道质量、信号强度、干扰水平等。感知技术的发展是CR实现的基础，包括能量检测、特征检测、匹配滤波等多种方法，每种方法都有其优势和劣势，适用于不同的场景和需求。 决策（Decision）：基于感知到的信息，CR系统需要做出智能决策，以确定最适合当前环境的通信参数。这包括选择可用的频谱频段、调整发射功率、选择调制编码方案（Modulation and Coding Scheme, MCS）、调整信道接入策略等。这一阶段通常需要复杂的算法，如机器学习、强化学习、模糊逻辑等，以实现最优的资源分配和性能。 重构（Reconfiguration）：一旦做出决策，CR系统就需要根据决策结果调整自身的通信参数。这涉及到软件定义无线电（Software Defined Radio, SDR）的技术基础，使得无线电设备的硬件能够通过软件进行灵活的配置和重构，从而适应不同的通信协议和工作模式。 学习（Learning）：CR系统不仅仅是执行命令，它更重要的是从每一次的感知、决策和重构过程中学习。通过不断地学习，CR系统能够优化其决策算法，提高频谱利用效率，并更好地适应不断变化的无线环境。这种学习能力使得CR系统能够随着时间的推移变得更加高效和智能。 破局频谱瓶颈：认知无线电的应用前景 认知无线电的出现，为解决频谱短缺问题提供了全新的视角和强有力的工具。它能够动态地、智能地利用原本被浪费的频谱资源，极大地提高频谱利用效率。这种效率的提升，将直接转化为更广泛、更可靠、更高速度的无线通信服务。 更高效的频谱利用：CR技术能够实时发现并利用空闲的“白空间”，这些空间在传统通信系统中是未被使用的。例如，在电视广播频段（TV White Space, TVWS）中，CR设备可以在不干扰电视信号的情况下，使用这些低频段进行数据传输，实现更远的覆盖范围和更好的穿透能力。 增强的通信可靠性：通过智能地感知信道质量和干扰，CR设备可以动态地选择最优的通信路径和参数，避开拥挤或干扰严重的频段，从而提高通信的可靠性和稳定性。 提升网络容量和吞吐量：通过更精细的频谱管理和更灵活的资源分配，CR技术能够有效地缓解频谱拥堵，增加网络容量，并显著提升数据传输的吞吐量，满足未来大数据、高清视频等应用的需求。 支持新的无线应用：CR技术的灵活性和智能性，为开发全新的无线应用提供了可能。例如，在物联网（IoT）领域，CR可以帮助大量低功耗设备在拥挤的ISM频段中找到可用的通信机会；在紧急通信领域，CR可以在灾难发生、传统通信设施瘫痪时，自动搜寻和利用任何可用的频谱进行通信。 技术驱动的创新：实现认知无线电的关键技术 认知无线电并非一个单一的技术，而是众多前沿技术相互融合的产物。理解这些关键技术，是把握CR发展脉络的基石。 软件定义无线电（SDR）：SDR是CR实现频谱重构的硬件基础。它通过将传统无线通信系统中的许多硬件功能（如调制解调、滤波等）转移到软件实现，使得无线设备能够通过软件更新或配置，灵活地改变其工作频率、调制方式、协议等，从而实现频谱的动态切换和适应。 信号感知技术：这是CR的“耳朵”，用于检测和识别无线电环境中的信号。高效、精确的信号感知是CR做出正确决策的前提。研究人员正在不断探索更鲁棒、更低功耗的感知算法，例如盲信号分离、深度学习在信号识别中的应用等。 机器学习与人工智能（AI）：AI技术是CR实现“智慧”的核心驱动力。通过机器学习算法，CR系统可以从海量的环境数据中学习，识别信号模式，预测频谱使用趋势，并优化频谱分配策略。强化学习尤其适用于CR领域，能够让CR设备在与环境的交互中不断学习和改进其决策能力。 频谱共享与协同：CR技术不仅关注单个设备的智能，更强调多个CR设备之间的协同工作，以及CR与传统固定用户之间的频谱共享。如何设计有效的协同机制、频谱接入协议（Spectrum Access Protocol, SAP）以及公平的频谱分配算法，是CR领域的重要研究方向。 安全与隐私：随着CR系统越来越普及，其安全性和隐私性也成为关注的焦点。CR系统需要抵御恶意攻击，防止非法用户窃取频谱资源，同时也要保护用户数据的隐私。 走向未来：认知无线电的挑战与展望 尽管认知无线电展现出巨大的潜力，但其广泛部署和应用仍面临诸多挑战。 标准化与互操作性：目前，CR领域缺乏统一的国际标准，不同厂商的CR设备可能难以互通，这阻碍了CR技术的规模化应用。制定统一的标准，确保不同CR设备和系统之间的互操作性，是未来的重要任务。 性能与能效：CR设备的复杂性可能导致较高的功耗和处理开销，尤其对于资源受限的设备而言，如何平衡性能与能效是一个挑战。 监管与政策：CR技术的出现，对现有的频谱管理法规提出了挑战。各国政府需要积极研究和制定相应的政策，以支持CR技术的健康发展，同时保障现有频谱用户的权益。 社会接受度：CR技术涉及频谱资源的动态分配，可能会引起用户对通信质量和公平性的担忧。提高公众对CR技术的认知，建立信任机制，是推广CR的重要一环。 尽管存在挑战，认知无线电作为一项革命性的技术，其发展前景无疑是广阔的。随着SDR、AI、大数据等技术的不断成熟，CR系统将变得更加智能、高效和普适。它有望在未来的5G、6G通信网络中扮演核心角色，甚至催生出全新的通信范式，为人类社会带来更智能、更互联的未来。 本书将深入探讨这些挑战，并分析潜在的解决方案，为读者呈现一幅全面而深刻的认知无线电图景。我们不仅会关注技术本身的演进，更会探讨CR技术如何与现有通信基础设施融合，如何影响未来的无线网络架构，以及它将如何重塑我们的通信体验。 这是一次关于智慧频谱的探索，一次对未来无线通信的畅想，期待与您一同揭开智慧无线世界的面纱。

评分☆☆☆☆☆

令人耳目一新的是，作者在处理前沿研究与工程实践的结合点上，展现了高超的驾驭能力。全书的理论推导固然令人称道，但其更难得之处在于，每一项复杂的算法背后，都有着清晰的工程动机和社会应用背景。例如，当谈到能源效率优化时，它不仅仅给出了数学公式，还结合了移动设备续航的实际限制，并探讨了如何将功耗模型融入到频谱决策框架中。这种“从宏观需求到微观实现”的闭环思考方式，极大地提升了本书的实用价值。我尤其欣赏附录中给出的几个仿真环境搭建的建议，它们不是敷衍了事，而是真正指出了不同仿真参数对结果的敏感性。这本书像是一个经验丰富的导师，他不仅教会你如何解开复杂的数学题，更重要的是，他教会你如何识别出一个真正值得去解决的、有价值的工程难题，并提供了一整套从理论到实践的工具箱。

评分☆☆☆☆☆

老实说，这本书的阅读体验是具有挑战性的，但正是在这种挑战中，我体验到了真正的智力上的满足感。它不像市面上那些畅销的科普读物那样试图用比喻和故事来“抚慰”读者，它采取的是一种近乎冷峻的、严谨的学术态度。我记得有一章专门讲解了多用户干扰下的最优功率分配策略，那简直是一场关于博弈论和优化理论的精彩对决。作者对凸优化问题的处理手法，清晰得令人赞叹，每一步的推导都逻辑严密，没有任何跳跃或含糊不清的地方。我甚至怀疑作者是不是在每一个公式的后面都默默地写下了数百字的解释，但最终选择了用最简洁的数学语言呈现。这要求读者必须具备扎实的数学基础，否则很容易在中途迷失方向。但请相信我，一旦你成功地跟上了作者的思维节奏，你会发现自己对无线网络性能极限的理解，达到了一个前所未有的高度。这本书更像是一把精密的手术刀，而不是一把宽泛的扫帚，它精准地切割着复杂的问题，暴露出最本质的结构。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我最大的惊喜在于它对“智能决策”的系统性构建。在我接触过的文献中，很多都将“自适应”视为一种被动的调整，但该书却将“智能”提升到了一个主动预测和规划的层面。特别是在描述了基于贝叶斯推断的信道状态信息获取方法时，我被那种兼顾准确性和实时性的设计理念深深吸引。作者没有回避现实世界的噪声和不确定性，反而将其视为系统设计中必须充分利用的资源。读到关于频谱共享机制的部分，我看到了传统固定分配模式的僵硬与低效是如何被彻底瓦解的。它描绘了一个“按需分配、实时互换”的动态生态系统，每个节点都在为整体的网络效能做出最优的个体贡献。这不仅仅是技术的进步，更像是一种管理哲学在信息工程领域的完美投射。读完后，我感觉自己看世界的角度都变了，看待日常生活中遇到的网络拥堵问题，都能瞬间联想到背后的频谱调度算法是否得当。

评分☆☆☆☆☆

这本书的行文风格，说实话，非常“硬核”，但正是这种不加修饰的硬核，构建了其强大的说服力。作者在引言中就明确表示，本书的目标读者是那些不满足于“知道它能用”的工程师和研究人员。通篇贯穿着严密的逻辑链条，尤其是在探讨干扰协调技术时，那种对理论可行性和实际部署难度之间平衡的探讨，显得尤为老练。例如，对于“邻居发现”协议的探讨，书中不仅罗列了各种成熟的算法，还深入分析了在面对大规模网络时的计算复杂度和通信开销的权衡。它不像某些新书那样热衷于追逐最新的名词，而是沉下心来，对那些已经被反复验证的经典理论进行了深度挖掘和重新组织。这使得全书的知识体系异常稳固，即便是几年后回顾，其核心价值也不会褪色。我甚至将它作为我后续撰写技术报告时的参考标准，因为它为“如何严谨地论证一个技术方案”提供了范本。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计给我留下了极其深刻的印象，那种沉稳的蓝色调搭配着简洁的几何图形，仿佛预示着即将展开一场严谨而又充满智慧的旅程。我本来是带着对前沿科技一丝模糊的好奇心翻开它的，结果一头扎进了信息论的深海。作者在开篇对于频谱稀缺性的论述，简直是教科书级别的精准和犀利，丝毫没有拖泥带水，直击核心。阅读过程中，我时常需要停下来，反复咀嚼那些关于信道建模的复杂公式，它们并非简单的数学堆砌，而是精妙地映射了真实世界中电磁波的舞蹈与挣扎。尤其欣赏它对“环境感知”这一概念的阐述，那种将网络节点拟人化，赋予其对周围电磁环境进行实时、动态判断的能力，实在是极富想象力，同时也奠定了后续所有高级功能的基础。我感觉自己仿佛在跟随一位经验丰富的向导，穿越迷雾笼罩的无线电森林，每一步都踏得异常扎实，每一步都能看到更广阔的风景。对于那些想真正理解无线通信底层逻辑，而不是仅仅停留在应用层面的技术人员来说，这本书绝对是不可多得的宝藏。它教会我的，不仅仅是“如何做”，更是“为什么必须这样做”。