Systems Engineering in Wireless Communications pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:John Wiley & Sons Inc

作者:Koivo, H. N.

出品人:

页数:356

译者:

出版时间:2010-2

价格:868.00元

装帧:HRD

isbn号码:9780470021781

丛书系列:

图书标签:

• 无线通信
• 系统工程
• 通信系统
• 无线网络
• 信号处理
• 调制解调
• 信道编码
• 多址接入
• 移动通信
• 网络优化

跨界融合：复杂系统设计与优化原理 一本面向未来挑战的综合性著作，深入探讨现代工程领域中复杂系统的本质、设计方法论、建模与仿真技术，以及在实际应用中遇到的管理与优化难题。 第一部分：复杂系统的基础理论与哲学思辨 本书开篇立足于系统工程的哲学根基与跨学科本质。我们首先界定“复杂系统”的内涵，区分其与传统简单系统的核心差异，特别是强调非线性、涌现性、自组织和不可预测性等关键特征。 1.1 涌现与涌现的挑战 深入剖析涌现现象（Emergence）在自然界、社会系统和工程系统中的表现形式。详细阐述了如何从底层组件的交互中观察到宏观层面的新性质，以及这种性质如何反作用于系统的演化路径。重点探讨了在设计早期阶段预测和约束有害涌现的策略。 1.2 系统思维的演进与范式转换 回顾系统思维（Systems Thinking）从早期控制论到现代复杂适应系统（CAS）理论的发展历程。阐述从还原论（Reductionism）向整体论（Holism）的思维转变，强调在分析高维、多尺度耦合问题时，传统线性分析方法的局限性，并提出基于网络理论和信息熵的新分析框架。 1.3 约束空间与可行性分析 系统设计并非无限自由的探索，而是受制于物理、经济、法规和性能的多重约束。本章详细构建了多目标约束空间模型，教授读者如何在高维约束空间中识别帕累托前沿（Pareto Frontier），并基于权衡分析（Trade-off Analysis）确定最优设计点。讨论了模糊逻辑和概率约束在处理不确定性约束时的应用。 第二部分：复杂系统建模与仿真技术 精确的建模是理解和控制复杂系统的先决条件。本部分聚焦于构建能够反映真实世界动态行为的高保真模型，并利用先进的仿真手段进行验证与迭代。 2.1 多域集成建模方法 现代工程系统往往涉及机械、电子、软件、热力学和控制逻辑的深度集成。本书系统介绍了多领域建模（Multi-Domain Modeling）的理论框架，包括： 物理建模： 基于微分代数方程（DAE）的建模，侧重于物理定律的精确表达。 离散事件建模： 适用于描述系统状态变化和资源调度的模型，如排队论和马尔可夫链。 基于主体的建模（Agent-Based Modeling, ABM）： 专门用于模拟具有自主决策能力的组分（Agent）如何通过局部交互产生全局行为，是理解社会、交通和网络行为的有力工具。 2.2 异构模型集成与模型验证 系统集成过程中，常常需要将不同工具和方法生成的模型（如有限元模型、状态机模型）进行有效耦合。本章详细介绍了功能接口模型（FMI/FMU）标准，以及如何构建“Co-Simulation”环境来执行异构模型的协同仿真。同时，严格阐述了模型验证（Verification）与确认（Validation）的流程，特别是如何利用实验数据对高保真模型进行校准和置信度评估。 2.3 实时仿真与数字孪生（Digital Twin） 探讨了如何将复杂系统模型转化为能够实时运行的虚拟对应物。深入分析了实时仿真对计算资源的要求、时间同步机制以及数据延迟的处理。最后，构建了数字孪生从概念到部署的完整生命周期框架，强调其在预测性维护、运行优化和虚拟调试中的核心作用。 第三部分：系统架构设计与演化 系统架构是复杂系统稳定性和适应性的骨架。本部分专注于如何设计出可扩展、可维护且能够应对未来需求变更的系统结构。 3.1 基于功能的架构分解 系统功能分解是架构设计的起点。本书采用分层和分块相结合的策略，详细介绍了从顶层需求映射到底层组件实现的结构化分解流程。重点讨论了如何量化模块间的耦合度（Coupling）和内聚性（Cohesion），并提供降低不必要依赖的架构模式。 3.2 架构模式与反模式 系统架构并非凭空创造，而是基于一系列成熟的模式（Patterns）。全面介绍了适用于大规模、高可靠性系统的架构模式，例如微服务架构、分层架构、管道-过滤器架构等。同时，警示并分析了常见的“反模式”（Anti-Patterns），如“神殿式架构”（God Object）和过度设计的陷阱，并提供了规避策略。 3.3 架构的演化与遗留系统集成 现实中的复杂系统很少从零开始构建，架构的演化能力至关重要。讨论了如何对具有长期生命周期的系统进行“渐进式重构”，即在不中断核心服务的前提下，逐步替换或升级旧有模块。引入了“绞杀者模式”（Strangler Fig Pattern）在遗留系统现代化中的应用细节。 第四部分：系统优化、控制与决策 复杂系统的优化目标往往是冲突的，且系统动态性要求控制策略必须具备鲁棒性。本部分聚焦于在不确定性下实现系统性能的最大化。 4.1 多目标优化与权衡 针对性能、成本、可靠性等相互竞争的目标，阐述了多目标优化算法（如NSGA-II）的应用。详细分析了如何通过引入权重向量或效用函数来将多目标问题转化为单目标问题，并指导决策者在帕累托前沿上做出明智选择。 4.2 鲁棒控制与适应性 在系统组件参数发生漂移或外部扰动难以预测的情况下，如何保证系统的稳定运行是关键。深入探讨了鲁棒控制理论（如H-无穷控制），其设计目标是保证在所有预定义的不确定性范围内系统性能不受损害。此外，也引入了模型预测控制（MPC）在处理长期约束和系统动态性方面的优势。 4.3 人机交互与决策支持系统 最终的复杂系统优化往往需要人类专家的介入。本章关注如何设计有效的决策支持系统（DSS），以便将复杂的仿真结果和优化输出以直观、易懂的方式呈现给操作人员。讨论了信息可视化技术在揭示系统瓶颈和异常模式中的作用，强调了人机协同决策的可靠性框架。 第五部分：项目管理与生命周期保障 系统工程的实践层面，要求将设计理论转化为可交付的产品。本部分关注在跨职能团队和长生命周期中确保系统质量的工程管理方法。 5.1 需求工程的高阶管理 超越基础的需求捕获，重点讨论了需求的可追溯性、一致性验证以及需求的“脆弱性”分析。如何管理“软需求”（如可用性、可扩展性）的量化评估，并将其纳入系统级验收标准。 5.2 验证、确认与集成测试的策略 系统集成测试是暴露架构缺陷的关键阶段。本书提出了基于“系统功能依赖图”的测试优先级排序方法。详细介绍了增量集成策略（如大爆炸、逐步集成）的风险评估，并强调了在模拟真实运行环境下的压力测试和边界条件测试的重要性。 5.3 可靠性、可维护性与安全性工程（RAMS） 将RAMS要素内建于设计之初，而非后期附加。系统分析了故障树分析（FTA）和事件树分析（ETA）在识别系统薄弱环节中的应用。讨论了如何通过冗余设计、故障检测与隔离机制，以及设计阶段的安全性分析（如HAZOP），来满足高安全等级系统的要求。 本书旨在为工程师、研究人员和技术管理者提供一套全面的工具箱，使其能够驾驭和成功交付当今世界上最复杂的工程挑战。

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