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出版者:人民邮电出版社

作者:邓忠礼

出品人:

页数:511

译者:

出版时间:2001-9

价格:52.0

装帧:平装

isbn号码:9787115095046

丛书系列:

图书标签:

• 光纤通信
• 数字传输系统
• 同步技术
• 测试技术
• 光同步
• 通信工程
• 网络工程
• 信息技术
• 测试测量
• 光传输系统

现代通信网络中的前沿技术：超宽带（UWB）与毫米波（mmWave）集成系统设计与优化 图书简介 本书深入探讨了当前无线通信领域最受关注的两大技术分支——超宽带（Ultra-Wideband, UWB）技术和毫米波（Millimeter Wave, mmWave）技术——在构建下一代高速、高密度通信系统中的集成应用、挑战与解决方案。本书旨在为通信工程师、系统架构师、科研人员以及相关专业的高年级学生提供一份全面、详尽的参考指南，帮助他们理解并掌握UWB和mmWave技术从物理层到网络层的关键设计原理、性能评估指标以及实际部署策略。 第一部分：基础理论与关键技术栈 第1章：超宽带通信系统的原理与新兴应用 本章首先界定了UWB技术的频谱特性、调制机制（如脉冲位置调制PPM、多载波调制MC-UWB）及其在高精度定位（如室内导航、资产跟踪）和安全短距离数据传输中的独特优势。重点分析了UWB在面对多径衰落和窄带干扰时的鲁棒性设计，包括先进的波形选择和接收机均衡技术。此外，详细阐述了UWB在非视距（NLoS）环境下的信道建模，并对比了其在雷达成像和物联网（IoT）领域的最新进展。 第2章：毫米波通信的物理层挑战与机遇 毫米波频段（通常指24 GHz至100 GHz）因其拥有巨大的可用带宽，被视为实现Gbps乃至Tbps数据速率的关键。本章详细剖析了高频信号的传播特性，包括路径损耗的急剧增加、雨雪天气的影响以及对天线设计提出的严苛要求。内容涵盖了大规模MIMO（Massive MIMO）在毫米波场景下的具体实现，如波束赋形（Beamforming）和混合预编码技术，用以克服高频段的传播损耗。此外，还探讨了毫米波系统中的集成电路（RFIC）设计，包括低噪声放大器（LNA）和功率放大器（PA）的能效优化问题。 第3章：面向高密度部署的信道建模与测量 准确的信道模型是系统仿真的基石。本章超越传统的经验模型，专注于UWB与mmWave的混合信道特性。针对mmWave，详细介绍基于几何射线追踪（Ray-Tracing）的高级模型构建方法，并讨论了大尺度衰落（Path Loss）和小尺度衰落（Fading）的统计特性。对于UWB，重点分析了超宽带脉冲的瞬态响应及其在复杂室内环境下的时间弥散特性。章节末尾收录了多个行业标准（如IEEE 802.11ad/ay、IEEE 802.15.3z）中对这些信道的规范要求和测量规范。 第二部分：系统集成与异构网络架构 第4章：UWB与mmWave的协同通信机制 本书的核心内容之一在于探索如何将UWB的高精度时延测量能力与mmWave的超高数据速率相结合。本章设计了多种集成架构，例如： 1. 双模接入（Dual-Mode Access）：利用UWB进行初始的快速握手和精确同步，随后切换至mmWave进行高速数据传输。 2. 辅助波束管理：利用UWB的低功耗、全向性，辅助mmWave系统快速搜索和跟踪目标方向，从而加速波束的建立和维持。 章节详细分析了切换机制的时延分析、功耗权衡，以及在异构网络中实现无缝漫游的协议设计。 第5章：面向低延迟应用的资源分配与调度 在下一代无线接入网络（如6G的某些应用场景）中，毫秒级的延迟是不可妥协的要求。本章聚焦于如何利用UWB和mmWave的特性进行联合调度。讨论了基于软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）的动态资源分配策略，以最小化队列延迟和传输时延。内容涉及时间-频率联合资源块（RB）分配、非正交多址接入（NOMA）在宽带和窄带资源上的适配性，以及如何通过快速反馈机制优化波束追踪的性能。 第6章：安全性和隐私保护在混合系统中的强化 UWB因其极窄的脉冲特性在物理层安全方面具有先天优势。本章系统地探讨了如何在集成系统中利用这些优势。内容包括：基于到达时间（ToA）/到达角度（AoA）的物理层身份验证，以及利用信道指纹识别对抗窃听和欺骗攻击。同时，针对mmWave的窄波束特性，分析了旁瓣泄露对安全性的影响，并提出了干扰抑制技术和物理层加密的最佳实践。 第三部分：先进算法与性能优化 第7章：基于深度学习的信道估计与波束追踪 传统基于最小均方误差（MMSE）的信道估计方法在超大规模天线阵列和极高频下计算复杂度过高。本章转向深度学习（DL）驱动的解决方案。详细介绍了卷积神经网络（CNN）和循环神经网络（RNN）在快速、盲（Blind）信道估计中的应用。重点展示了如何利用历史波束信息和环境上下文，训练DL模型进行前瞻性波束预测（Predictive Beam Steering），以应对移动性带来的波束丢失问题。 第8章：能效优化与能耗模型 在任何大规模部署中，能效都是决定系统经济性的关键因素。本章建立了一个涵盖射频前端、基带处理和波束管理过程的端到端能耗模型。讨论了动态电压和频率调节（DVFS）在UWB和mmWave基带处理单元中的应用，以及休眠/唤醒机制的优化策略。通过仿真和实际测试数据，展示了如何在不牺牲关键性能指标（如吞吐量和定位精度）的前提下，实现系统级的能耗降低。 第9章：面向边缘计算的联合优化框架 随着计算能力下沉到无线接入边缘，如何高效地利用UWB和mmWave的混合能力支持移动边缘计算（MEC）成为新的研究热点。本章提出了一个分布式优化框架，其中UWB用于高精度用户定位和低延迟的控制信令，而mmWave负责密集的数据卸载。探讨了如何将计算任务的分配、数据传输速率的调整和波束管理集成在一个统一的凸优化问题中求解，以最小化总延迟和总能耗。 总结与展望 本书最后总结了UWB和mmWave集成系统在实现下一代空间感知通信（Sensing and Communication Convergence）中的巨大潜力。指出了未来研究方向，包括太赫兹（THz）频段的过渡、基于RIS（可重构智能表面）的无源波束控制，以及如何在极端移动场景下维持系统的鲁棒性。本书提供了大量MATLAB/Python仿真代码片段和实际系统仿真结果，以支持读者将理论知识转化为可验证的工程实践。

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