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第1章 概要1

1.1 概要1

1.2 信息网络的要素2

1.2.1 应用、设备和网络的发展4

1.2.2 信息网络基础结构和无线接入5

1.2.3 无线接入与定位之间的关系8

1.2.4 信息网络的标准化组织8

1.2.5 无线组网标准发展的四个市场10

1.2.6 无线数据应用的发展趋势11

1.3 无线接入到PSTN的发展13

1.3.1 无绳电话系统14

1.3.2 蜂窝电话网络15

1.4 无线接入到因特网的发展16

1.4.1 局域无线数据网络17

1.4.2 广域无线数据网络19

1.5 无线定位技术的发展22

1.5.1 基于TOA的无线定位22

1.5.2 基于RSS的定位23

1.6 本书的结构24

1.6.1 第一部分：空中接口设计的基本原则25

1.6.2 第二部分：网络基础设施设计的基本原则25

1.6.3 第三部分：无线局域接入26

1.6.4 第四部分：广域无线接入27

1.6.5 第五部分：无线定位28

思考题28

项目29

第一部分 空中干扰设计31

第2章 无线媒体特性31

2.1 引言31

2.1.1 多径传播的产生31

2.1.2 多径传播的影响32

2.1.3 无线通信应用的应用信道模型34

2.2 大规模RSS模型、路径损耗模型和阴影衰落模型35

2.2.1 大规模RSS的一般特征35

2.2.2 Friis等式和自由空间的路径损耗模型37

2.2.3 路径损耗梯度的经验确定法40

2.2.4 阴影衰落和衰落余量41

2.2.5 常用的路径损耗和阴影衰落模型43

2.3 RSS波动模型和多普勒谱47

2.3.1 Friis等式和几何射线追踪48

2.3.2 小尺度衰落建模54

2.3.3 多普勒谱55

2.4 多路径特点的宽带模型56

2.4.1 冲激响应和多径强度以及带宽57

2.4.2 多径扩散和符号间串扰以及带宽58

2.4.3 标准化组织的宽带信道模型60

2.4.4 仿真信道行为61

2.5 新兴信道模型62

2.5.1 地理定位宽带信道模型63

2.5.2 单输入多输出（SIMO）和多输入多输出（MIMO）信道模型65

附录A2：什么是分贝66

思考题67

习题67

项目72

第3章 无线网络物理层的可选方案77

3.1 引言77

3.2 物理层基础：数据传输速率、带宽和功率77

3.2.1 数据率和带宽78

3.2.2 功率和差错率78

3.2.3 可提高数据率的香农-哈特利约束81

3.3 多径无线信道的性能83

3.3.1 平坦衰落的影响83

3.3.2 基于多径的ISI影响85

3.4 无线传输技术87

3.4.1 功率高效的短距离基带传输87

3.4.2 高效带宽的载波调制传输技术88

3.5 抗多径技术93

3.5.1 平坦衰落、天线分集和MIMO94

3.5.2 跳频扩频传输96

3.5.3 FH-CDMA和OFDM98

3.5.4 直接序列扩频传输100

3.5.5 DS-CDMA和M进制正交编码102

3.5.6 DSSS、FHSS和OFDM的比较103

3.6 无线通信的编码技术106

3.6.1 块编码107

3.6.2 卷积码108

3.6.3 Turbo码和其他的先进编码109

3.6.4 空时编码109

3.6.5 自动重传请求方案110

3.6.6 块交织110

3.6.7 扰码111

3.6.8 语音编码112

3.7 认知无线电和动态频谱接入113

附录A3114

思考题114

习题115

项目119

第4章 媒体接入方法120

4.1 简介120

4.2 集中分配接入方法121

4.2.1 频分多址122

4.2.2 时分多址124

4.2.3 码分多址（CDMA）127

4.2.4 码分多址、时分多址和频分多址的比较129

4.2.5 分配接入方法的性能132

4.3 面向数据网络的分布式随机接入方法135

4.3.1 数据服务随机接入方法135

4.3.2 局域网接入方法141

4.3.3 随机接入方法性能146

4.4 话音和数据业务集成152

4.4.1 集成服务的接入方法153

4.4.2 面向话音网络的数据集成153

4.4.3 面向数据网络的话音集成158

思考题164

习题164

第二部分 网络基础设施设计原则169

第5章 无线网络的部署169

5.1 引言169

5.2 无线网络架构170

5.2.1 基于拓扑的无线网络的分类171

5.2.2 基于覆盖范围的无线网络的分类173

5.3 无线网络中的干扰174

5.3.1 干扰范围175

5.3.2 干扰概率177

5.3.3 实验结果179

5.4 无线局域网的部署182

5.5 蜂窝拓扑结构、蜂窝基础和频率复用186

5.5.1 蜂窝概念186

5.5.2 蜂窝层次188

5.5.3 蜂窝基础和频率复用189

5.5.4 信干比计算190

5.6 容量扩展技术193

5.6.1 扩展容量的建设方案194

5.6.2 信道分配技术和容量扩展201

5.6.3 迁移到数字系统207

5.7 CDMA系统的网络规划208

5.7.1 CDMA网络规划中的问题208

5.7.2 传统系统的迁移209

5.8 毫微微蜂窝210

思考题211

习题211

第6章 无线网络的运行213

6.1 概要213

6.1.1 蜂窝电话网络的运行213

6.1.2 无线局域网的运行216

6.1.3 无线个域网的运行217

6.2 小区搜索与注册218

6.3 移动性管理219

6.3.1 位置管理220

6.3.2 转交管理224

6.3.3 移动IP与IMS231

6.4 无线电资源与功率管理235

6.4.1 调整链路质量236

6.4.2 功率控制236

6.4.3 无线网络中的功率节省机制240

6.4.4 能量高效的设计241

6.4.5 能量高效的软件方法244

思考题245

习题245

项目：阴影衰落与转交的仿真247

第7章 无线网络安全251

7.1 简介251

7.1.1 一般的安全威胁251

7.1.2 安全加密协议253

7.2 无线局域网的安全253

7.2.1 安全威胁253

7.2.2 安全协议254

7.3 无线个人网络安全258

7.3.1 安全威胁258

7.3.2 安全协议260

7.4 广域无线网络安全261

7.4.1 安全威胁261

7.4.2 安全协议263

7.5 其他问题266

附录A7 加密和加密协议概述267

加密原语267

思考题276

习题276

项目277

第三部分 无线本地接入279

第8章 无线局域网279

8.1 简介279

8.1.1 早期经验279

8.1.2 免授权频段的出现280

8.1.3 产品、频段及标准281

8.1.4 市场策略的转变282

8.2 无线局域网及标准284

8.2.1 WLAN标准与802.11标准的活动285

8.2.2 以太网和IEEE 802.11286

8.2.3 IEEE 802.11概述287

8.3 IEEE 802.11 WLAN操作289

8.3.1 拓扑与结构289

8.3.2 IEEE 802.11 MAC层293

8.3.3 物理层299

8.3.4 基本结构WLAN的容量307

8.3.5 IEEE 802.11的安全问题及实现309

思考题311

习题312

项目316

第9章 低功耗传感器网络319

9.1 简介319

9.2 蓝牙320

9.2.1 整体结构321

9.2.2 协议栈322

9.2.3 物理层324

9.2.4 MAC机制325

9.2.5 帧格式326

9.2.6 连接管理331

9.2.7 安全性333

9.3 IEEE 802.15.4和ZigBee333

9.3.1 整体结构333

9.3.2 协议栈及操作335

9.3.3 物理层336

9.3.4 MAC层338

9.3.5 帧结构339

9.3.6 ZigBee与蓝牙和WiFi的比较340

9.4 IEEE 802.15.6体域网341

9.4.1 什么是BAN341

9.4.2 整体结构及应用342

9.4.3 信道测量及建模343

9.4.4 物理层和MAC层348

思考题349

习题350

第10章 千兆无线技术351

10.1 简介351

10.1.1 3.1～10.6GHz的超宽带（UWB）组网351

10.1.2 60 GHz的千兆无线技术353

10.2 3.1～10.6GHz的UWB通信技术354

10.2.1 脉冲无线电和跳时接入354

10.2.2 直接序列UWB357

10.2.3 多频带正交频分复用360

10.2.4 UWB通信的信道模型362

10.3 60 GHz的千兆无线技术366

10.3.1 体系架构和应用场景367

10.3.2 传输和媒体接入368

10.3.3 60 GHz毫米波网络的信道模型370

思考题372

习题372

第四部分 广域无线接入375

第11章 TDMA蜂窝系统375

11.1 简介375

11.2 什么是TDMA蜂窝376

11.2.1 传统业务和不足376

11.2.2 蜂窝网络参考体系结构377

11.3 支持移动环境的机制381

11.3.1 注册381

11.3.2 呼叫建立382

11.3.3 切换383

11.3.4 安全384

11.4 通信协议385

11.4.1 第一层：物理层386

11.4.2 第二层：数据链路层392

11.4.3 第三层：网络层392

11.5 蜂窝网络的信道模型394

11.5.1 蜂窝网络路径损耗模型394

11.5.2 蜂窝网络散射函数模型397

11.6 TDMA蜂窝网络的传输技术398

11.7 用于因特网接入的TDMA演进401

11.7.1 体系结构和MAC层的改变401

11.7.2 TDMA分组交换网络的数据率403

思考题404

习题405

第12章 CDMA蜂窝系统407

12.1 简介407

12.2 为什么需要CDMA408

12.3 基于CDMA的蜂窝系统409

12.4 直接序列扩频410

12.4.1 直接序列扩频的接收处理411

12.4.2 使用正交序列实现信道分离412

12.4.3 多径分集与PN序列415

12.5 范例CDMA系统中的通信信道和协议419

12.5.1 2G CDMA系统419

12.5.2 3G UMTS系统427

12.6 CDMA里的小区搜索、移动性和无线电资源管理428

12.6.1 小区搜索429

12.6.2 软切换430

12.6.3 功率控制433

12.7 高速分组接入435

思考题437

习题438

第13章 OFDM和MIMO蜂窝系统441

13.1 引言441

13.2 为什么要用OFDM442

13.2.1 多径色散下的鲁棒性442

13.2.2 资源的灵活配置446

13.2.3 OFDM的挑战447

13.3 多输入多输出450

13.3.1 分集450

13.3.2 空间复用452

13.3.3 波束赋形453

13.4 WiMax453

13.4.1 WiMAX的总体结构455

13.4.2 WiMAX的MAC层457

13.4.3 WiMAX的物理层457

13.5 长期演进458

13.5.1 结构和协议栈458

13.5.2 LTE系统的下行链路461

13.5.3 LTE系统的上行链路463

13.5.4 LTE系统操作问题463

13.5.5 杂项465

13.6 LTE Advanced465

思考题466

习题466

项目467

第五部分 无线定位470

第14章 地理定位系统470

14.1 引言470

14.2 无线定位是什么471

14.2.1 无线紧急服务472

14.2.2 地理定位系统的性能指标473

14.3 射频位置检测和定位方法474

14.3.1 通用结构474

14.3.2 定位算法475

14.3.3 蜂窝电话系统的定位标准481

14.4 蜂窝系统的定位服务架构483

14.4.1 蜂窝网络架构484

14.4.2 定位服务体系结构485

14.4.3 定位服务的空中（接入网络）通信486

14.4.4 在固定基础设备（核心网络）提供定位服务的信令487

14.4.5 移动定位协议（MLP）487

14.5 ad hoc和传感网络定位488

思考题489

习题490

课题491

第15章 射频定位基础492

15.1 介绍492

15.2 射频传感器表征模型493

15.2.1 RSS传感器表征模型493

15.2.2 到达时间传感器表征模型494

15.2.3 DOA表征模型496

15.3 距离测量的性能界497

15.3.1 估计理论和CRLB基本原理497

15.3.2 基于RSS定位498

15.3.3 基于TOA的定位系统499

15.3.4 基于DOA的定位系统501

15.4 无线定位算法502

15.4.1 测距和定位间的关系503

15.4.2 基于RSS模式识别算法504

15.4.3 基于TOA的最小二乘法510

思考题511

习题512

第16章 无线定位实践514

16.1 引言514

16.2 无线定位技术的出现514

16.2.1 Wi-Fi定位的发展515

16.2.2 Wi-Fi定位：TOA和RSS516

16.2.3 基于RSS的Wi-Fi定位是怎样工作的517

16.3 Wi-Fi定位系统的对比517

16.3.1 RTLS：RFID应用的Wi-Fi定位518

16.3.2 WPS：软件GPS520

16.4 实际的TOA测量523

16.4.1 使用窄带载波相位测量TOA524

16.4.2 宽带TOA测量和超分辨率算法525

16.4.3 UWB TOA测量526

16.5 没有DP情况下的定位527

16.5.1 没有DP时的测距误差527

16.5.2 带宽的影响528

16.5.3 利用多径分集定位529

16.5.4 使用空间分集的协同定位530

16.6 人体内部定位的挑战532

16.6.1 在人体内部基于RSS定位的性能界限533

16.6.2 在人体内基于TOA射频定位的挑战535

16.6.3 人体内传播的宽带射频建模536

思考题538

习题539

项目539

参考文献541