內容簡介
本書集美國著名學府和科研機構的專家、學者的智慧，向讀者講述了無線電的歷史與發展趨勢，以及促成其發展的各種無線技術。全書介紹了無線電產生、天線技術、無線傳播、無線收發機、通信協定、頻譜擴展、射頻功放、鎖相環、OFDM、頻譜認知技術；以帆州等當代高速無線網路為重點，介紹了無線區域網路的基礎、網路安全、規劃部署與測試最佳化等內容：稍後討論了無線對等網路、無線感知網路、無線網狀網、軟體定義無線電、射頻識別、超寬頻通信規範及其頻譜擴展技術；基於對射頻網路中頻譜管理、干擾迴避等問題的分析，闡明了認知無線電產生的必然趨勢，以及軟體定義無線平台與頻譜認知技術。
本書沒有晦澀的理論推導，涉及的內容和基本概念清楚明了，為從事無線和射頻工作的廣大工程和技術人員、院校師生提供了很好的素材和方向性指導。本書還配有電子資料包，詳見前言。
目錄
第1章 射頻和無線技術綜述 1
1.1 無線通信簡史 1
1.2 我們身在何處 3
1.2.1 固定位置系統 4
1.2.2 局域系統 5
1.2.3 廣域系統 6
1.2.4 套用 7
1.2.5 我們將走向何方 8
1.3 結論 11
1.4 參考文獻 11
第2章 通信協定與調製 12
2.1 基帶數據格式與協定 12
2.1.1 狀態變化源數據 12
2.1.2 跳碼定址 14
2.1.3 數據域 15
2.1.4 連續數字數據 16
2.1.5 模擬傳輸 17
2.2 基帶編碼 17
2.2.1 數字系統 17
2.2.2 模擬基帶整形 19
2.3 射頻頻率和頻寬 20
2.4 調製 21
2.4.1 數字事件通信中的調製 21
2.4.2 連續數字通信 22
2.4.3 數字調製方式比較 23
2.4.4 高級數字調製 25
2.4.5 擴展頻譜 29
2.5 射頻識別 33
2.6 總結 34
2.7 參考文獻 34
第3章 發射機 35
3.1 射頻源 35
3.1.1 LC控制 35
3.1.2 SAW諧振器 35
3.1.3 晶體振盪器 37
3.1.4 合成器控制 38
3.1.5 直接數字合成（DDS） 40
3.2 調製 40
3.2.1 ASK 40
3.2.2 FSK 41
3.2.3 PSK 42
3.3 放大器 42
3.4 濾波 42
3.5 天線 43
3.6 小結 44
3.7 參考文獻 44
第4章 接收機 45
4.1 調諧無線電頻率 45
4.2超再生接收機46
4.3 超外差接收機 47
4.4 直接變換接收機 48
4.5數字接收機49
4.6 中繼器 50
4.7 小結 51
4.8 參考文獻 51
第5章 無線電波傳播 52
5.1 無線電波傳播機制 52
5.2 開闊地傳播 53
5.3 衍射 55
5.4 散射 56
5.5 路徑損耗 56
5.6 多徑現象 57
5.7 平坦衰落 58
5.7.1 瑞利衰落 58
5.8 分集技術 60
5.8.1 空間分集 60
5.8.2 頻率分集 61
5.8.3 極化分集 61
5.8.4 分集實施 61
5.8.5 統計性能方法 62
5.9 噪聲 62
5.10 總結 64
5.11 參考文獻 64
第6章 天線基礎Ⅰ 65
6.1 電磁波 65
6.1.1 空間裡的電磁波 66
6.1.2 傳輸線里的電磁波 68
6.1.3 電磁波里的功率 70
6.2 極化 72
6.3 短偶極子 74
6.3.1 輻射模式 75
6.3.2 電路特性 77
6.4 小環 79
6.4.1 電路特性 80
6.5 方向性、效率和增益 82
6.5.1 前後比 82
6.5.2半功率波束寬度82
6.5.3旁瓣電平82
6.6 參考文獻 83
第7章 天線基礎Ⅱ 84
7.1 頻寬和品質因數Q 84
7.2 阻抗匹配與系統效率 89
7.2.1 窄帶匹配 89
7.2.2 寬頻匹配網路 90
7.2.3 系統效率 92
7.3 接收 92
7.3.1 有效高度 93
7.3.2 有效面積 94
7.3.3 接收模式 94
7.4 地面效應 94
7.4.1鏡像原理94
7.4.2 理想地平面上的垂直偶極子 95
7.4.3 理想導體平面上方的水平偶極子 97
7.4.4 地-源天線 99
7.4.5 平衡 99
7.4.6 地面效應小結 100
7.5 改進措施 100
7.6 參考文獻 101
第8章 無線區域網路基礎 102
8.1 大型和小型網路 102
8.2 從LAN到WLAN 104
8.3 802.11 WLAN 105
8.3.1 802.11體系結構 106
8.3.2 MAC和CSMA/CA 107
8.3.3 經典802.11的直接序列物理層 109
8.3.4 802.11標準概覽 113
8.3.5 Wi-Fi物理層（802.11b） 114
8.3.6 802.11a物理層 116
8.3.7 802.11g物理層 121
8.3.8 802.11安全性 122
8.4HIPERLAN和HiperLAN2 125
8.5 從LAN到PAN 125
8.5.1 藍牙——作為丹麥人卻可以不向丹麥納稅 126
8.5.2 增強PAN：802.15.3 128
8.5.3 UWB PAN：進展報告 130
8.6 總結 134
8.7 進一步的閱讀材料 134
第9章 室外網路 136
9.1 不管雨雪、炎熱還是黑夜 136
9.2 視距內的站 136
9.3 室外覆蓋網路 138
9.3.1 傳播 138
9.3.2 干擾 145
9.3.3 回傳 146
9.4 點對多點網路 149
9.5 點對點網橋 151
9.6 長的免許可鏈路 152
9.7 安全注意事項 156
9.8 摘要 157
9.9 進一步的閱讀材料 158
第10章 基於Wi-Fi和其他無線技術上的語音業務 160
10.1 介紹 160
10.2 進行中的802.11標準工作 160
10.2.1 802.11n 162
10.2.2 802.11p 163
10.2.3 802.11s 163
10.2.4 802.11t 163
10.2.5 802.11u 163
10.3 Wi-Fi和蜂窩網路 164
10.3.1 雙模問題 164
10.3.2 融合策略 165
10.4 WiMax 171
10.5 VoWi-Fi和藍牙 171
10.6 VoWi-Fi和DECT 174
10.7 VoWi-Fi和其他不斷發展中的802.X無線項目 176
10.7.1802.20176
10.7.2 802.21 176
10.7.3802.22177
10.8 結論 177
10.9 參考文獻 177
第11章 無線區域網路的安全性 178
11.1 介紹 178
11.2 802.11中的密鑰建立 178
11.2.1 有什麼問題 179
11.3 802.11的匿名性 179
11.4 802.11中的鑒權 180
11.4.1 開放系統鑒權 181
11.4.2 共享密鑰鑒權 181
11.4.3 鑒權和切換 182
11.4.4 802.11鑒權存在什麼問題 183
11.4.5 偽鑒權算法 184
11.5 802.11加密 184
11.5.1 WEP存在什麼問題 185
11.6 802.11中的數據完整性 187
11.7 802.11安全漏洞 189
11.8 WPA 189
11.8.1 密鑰建立 190
11.8.2 鑒權 193
11.8.3 機密性 195
11.8.4 完整性 196
11.8.5 總體構架——機密性+完整性 196
11.8.6 WPA是如何修補WEP漏洞的 197
11.9 WPA2（802.11i） 198
11.9.1 密鑰建立 198
11.9.2 鑒權 198
11.9.3 加密 198
11.9.4 完整性 199
11.9.5 總體構架——機密性+完整性 200
第12章 系統規劃 203
12.1 系統設計概覽 203
12.2 位置和房地產考慮 203
12.3 基於用戶需求的系統選擇 208
12.4 設備需求標識 209
12.5 設備位置標定 211
12.6 信道分配、信噪比和復用規劃 215
12.7 網路互聯和點對點無線方案 217
12.8 成本 219
12.9 系統規劃的5個C 220
第13章 系統部署、測試和最佳化 221
13.1 真實世界設計的例子 221
13.2 例一——當地咖啡廳 221
13.3 例二——辦公室LAN部署 222
13.3.1 2.4GHz RF覆蓋結果 224
13.3.2 5.6GHz RF覆蓋結果 225
13.3.3 容量需求 225
13.3.4 系統設計分析 225
13.3.5 NEC（美國國家電氣規程）、防火和安全規則考慮 227
13.4 例三——社區WISP（無線Internet業務供應商） 227
13.4.1 社區——花園型複式公寓 228
13.4.2 社區——小的覆蓋面積 232
13.4.3 社區——服務於商業用戶的城區或者城郊 234
13.4.4 社區——消費者和商業用戶的小城鎮系統 235
13.5 例四——移動寬頻網路 236
13.5.1 初始模型 236
13.5.2 初步資料 237
13.5.3 覆蓋建模 237
13.5.4 容量建模 237
13.5.5 成本建模 237
13.5.6 真實世界的設計 238
13.6 本章總結 239
第14章 下一代無線網路——構架和技術的演進 240
14.1 為什麼會提出“下一代”網路 240
14.2 第一代無線網路——無線接入 240
14.3 第二代無線網路——移動接入 241
14.3.1 移動管理 242
14.3.2 第二代後無線網路 245
14.4 第三代無線網路——無線加移動至高頻寬接入 245
14.4.1 無線頻譜 245
14.4.2異構網路環境246
14.5 第四代無線網路及四代以上網路——多網路環境下的統一接入 250
14.5.1 無縫全球漫遊 251
14.5.2 基於Internet的移動性 252
14.6 結論 256
14.7 參考文獻 256
第15章 移動對等網路 259
15.1 物理層與MAC 260
15.1.1 依賴位置的載波檢測 261
15.1.2 衝突檢測是不可能的 262
15.1.3 IEEE 802.11 262
15.2 對等網路中的路由機制 269
15.2.1主動路由協定271
15.2.2 反應式路由協定 272
15.2.3 混合路由協定 274
15.2.4 對等路由中的其他一些概念 274
15.3 結論 276
15.4 參考文獻 277
第16章 無線感測器網路 281
16.1 套用 281
16.2 工廠網路輪廓 282
16.3 工廠網路結構 283
16.4 感測器子網選擇 283
16.5 功能需求 284
16.6 技術權衡和存在的問題 285
16.6.1 頻寬和範圍 285
16.6.2 每個網路中感測器的數量 286
16.6.3 EMC 286
16.6.4 頻譜管理 287
16.6.5 無線網路標準 287
16.6.6 時間的同步和分發 288
16.6.7 供電 288
16.6.8 重要的智慧型感測器特性 288
16.6.9 繫繩RF鏈路 289
16.7 結論 290
16.8 參考文獻 290
第17章 用於工業套用的可靠無線網路 291
17.1 使用無線的好處 291
17.2 部署無線系統面臨的問題 291
17.2.1 控制和感知網路Vs. 數據網路 292
17.2.2 要求1：可靠性 292
17.2.3 要求2：適應性 293
17.2.4 要求3：可擴展性 293
17.3 無線的格式 293
17.3.1點對點鏈路293
17.3.2 點對多點鏈路 293
17.4 無線網狀網 294
17.5 無線網狀網的工業套用 296
17.5.1 取代有線系統 296
17.5.2 分散式控制 296
17.5.3 分散式控制的維護要便宜一些嗎 296
17.5.4 診斷監控 296
17.6 案例研究——水處理 297
17.7 結論 298
第18章 軟體定義無線電 299
18.1 什麼是軟體定義無線電 299
18.2 SDR的幾個方面 300
18.2.1 多頻段 300
18.2.2 多載波 300
18.2.3 多模式 300
18.3 SDR的歷史和演進 301
18.4 軟體定義無線電的用途和需求 303
18.4.1 互操作性 303
18.4.2 攔截 303
18.4.3 生產平台 304
18.5 架構 304
18.5.1 接收機 304
18.5.2 傳輸 308
18.6 部署中的問題 309
18.6.1 模擬前置機 310
18.6.2 數據轉換 314
18.6.3 數字處理 316
18.7 案例分析——CDMA 2000和UMTS SDR接收機 319
18.8 結論 323
18.9 參考文獻 323
第19章 射頻識別技術基礎 325
19.1 廠商自動識別（AIM） 325
19.2 什麼是RFID 325
19.3 無線通信與空中接口 325
19.3.1 載波頻率 326
19.3.2 範圍和功率電平 327
19.4 RFID系統的組成部分 328
19.4.1 轉發器和標籤 328
19.4.2 RFID轉發器的基本特點 329
19.4.3 閱讀器/查詢器 331
19.4.4 RF轉發器編程器 331
19.5 RFID系統的分類 332
19.6 RFID的套用領域 332
19.7 標準化 333
19.8 結論 333
19.9 參考文獻 334
第20章 UWB頻譜及其管理 335
20.1 對UWB設備的監管性測試 335
20.2 UWB規範術語 335
20.3 測試基礎設施 336
20.3.1電波暗室336
20.3.2 可選擇的其他測試環境 338
20.3.3 寬頻和窄帶 339
20.3.4 測試設備 340
20.3.5 時域 340
20.3.6 頻域 341
20.4 監管概況 342
20.4.1 子部分A——概述 343
20.4.2 子部分B——無意輻射體 344
20.4.3 子部分C——有意輻射體 344
20.4.4 子部分F——UWB的運行 344
20.4.5 基本的UWB無線概述 344
20.4.6 對室內和手持UWB系統的要求 346
20.4.7 峰值功率輻射限制 354
20.4.8 適用於室內和室外UWB系統的附加技術要求 356
20.5 UWB放棄條款對技術要求的影響 356
20.5.1 套用放棄條款（套用豁免） 357
20.6 UWB設備的國際監管情況 357
20.7 參考文獻 358
第21章 干擾和共存 360
21.1 保護工作頻段記憶體在的其他服務 361
21.1.1 美國 362
21.1.2 歐洲 364
21.1.3 日本 367
21.1.4 國際大視圖 368
21.2 確保共存 369
21.2.1 技術和市場挑戰 369
21.3 檢測和迴避 369
21.3.1 檢測 370
21.3.2 避免 371
21.4 根據不斷變化的需求進行調整 373
21.5 尋找平衡點 373
21.6 參考文獻 374
第22章 直接序列UWB 375
22.1 直接序列UWB 375
22.2 DS-UWB的二進制信號 376
22.3 DS-UWB的M-ary二進制信號 376
22.3.1 MBOK的編碼增益377
22.3.2 採用卷積編碼的MBOK 379
22.4 好的編碼的特性 379
22.4.1 符號間干擾 379
22.4.2 峰值/平均值比率 380
22.4.3 自相關特性 381
22.4.4 交叉相關特性 381
22.5 二進制編碼 382
22.5.1 沃爾什編碼 382
22.5.2 巴克序列 382
22.5.3 m-序列 383
22.5.4 川崎序列 383
22.5.5 黃金序列 383
22.6 三進制編碼 383
22.6.1 增加可用編碼數量 383
22.6.2 三進制編碼的自相關特性 384
22.6.3 脈衝無線電和三進制編碼 384
22.6.4 Ipatov三進制序列 384
22.7 處理增益 385
22.8 DS-UWB的優點和非擴展頻譜方法 385
22.8.1 高的處理增益 385
22.8.2 對失真的免疫性 385
22.8.3 更寬的頻寬 385
22.8.4 更大的信道容量 386
22.8.5 衰落免疫 386
22.9 發射機的結構 386
22.9.1 發射機的設計選擇 387
22.9.2 系統時鐘選擇 387
22.10 接收機的結構 388
22.10.1 匹配濾波器培訓 388
22.10.2 接收機的設計選擇 388
22.11 仿真結果 389
22.12 參考文獻 389
第23章 對UWB多頻段的探討 390
23.1 介紹和概述 390
23.2 多頻段UWB傳輸方案的詳細動機 392
23.2.1 對頻譜掩蔽的控制 392
23.2.2 接收機採樣速率問題 394
23.2.3 有源電路頻寬和功耗 394
23.2.4 ADC和DAC採樣速率 395
23.2.5 易受強幹擾影響的弱點 396
23.3 在序列多頻段接收機中的多徑能量收集397
23.3.1 案例研究 397
23.3.2 案例研究結論 400
23.4 和本地振盪器生成有關的問題 400
23.4.1 問題和候選方案 400
23.4.2 多重並行振盪器 400
23.4.3 使用SSB混頻原則產生頻率 401
23.5 和多頻段UWB傳輸有關的監管性問題 401
23.5.1 最小頻寬要求 402
23.5.2 平均功率要求 402
23.5.3 多頻段傳輸系統對受干擾接收機的影響 402
23.6 結論 405
23.7 參考文獻 405
第24章認知無線電技術的歷史與背景 406
24.1 認知無線電的願景 406
24.2 導致認知無線電的歷史與背景 406
24.3 軟體定義無線電簡史 408
24.4 基本的軟體定義無線電 410
24.4.1 SDR的硬體體系結構 411
24.4.2 SDR中的運算處理資源 413
24.4.3 SDR的軟體體系結構 414
24.4.4 在認知無線電里的Java反射 415
24.4.5 認知無線電里的智慧型天線 415
24.5 頻譜管理 416
24.5.1 管理無執照頻譜 417
24.5.2 噪聲匯聚 418
24.5.3 集中頻譜需求和使用轉租方法 418
24.5.4 接入優先權 419
24.6 美國政府在認知無線電里的角色 419
24.6.1 DARPA（美國國防部高級研究項目署） 419
24.6.2 FCC（美國聯邦通信委員會） 420
24.6.3 NSF/cstb研究 420
24.7 多智慧型是有用的 420
24.8 參考文獻 421
第25章 軟體無線電——認知無線的平台 422
25.1 引言 422
25.2 硬體架構 423
25.2.1 框圖 423
25.2.2基帶處理器機理 427
25.2.3 基帶處理實現 430
25.2.4 多核系統和在片系統 431
25.3 軟體架構 432
25.3.1 設計理念和模式 432
25.4 SDR開發與設計 434
25.4.1Gnuradio434
25.4.2 軟體通信架構（SCA） 434
25.5 套用 443
25.5.1 套用軟體 443
25.6 開發 445
25.6.1 元件開發 445
25.6.2 波形開發 446
25.7 認知波形開發 447
25.8 小結 448
25.9 參考文獻 449
第26章 認知無線電——所需要的技術 450
26.1 簡介 450
26.2 無線電靈活性和能力 450
26.2.1 無線電靈活性和能力之連續性 451
26.2.2 軟體功能無線電的例子 451
26.2.3 軟體可程式無線電例子 452
26.2.4 SDR例子 452
26.3 感知、自適應和認知無線電 454
26.3.1感知無線電455
26.3.2 自適應無線電 455
26.3.3 認知無線電 456
26.4 無線電功能和性能比較 456
26.5 認知無線電資用技術 457
26.5.1 地理定位 457
26.5.2 頻譜感知和頻率占用 458
26.5.3 生物特徵識別 458
26.5.4 時間 459
26.5.5 空間感知或情景感知 459
26.5.6 軟體技術 459
26.5.7 頻譜感知和轉租或借用的潛能 463
26.6 CR中的投資與研究 464
26.6.1 認知地理定位套用 464
26.6.2 動態頻譜接入和頻譜感知 466
26.6.3 匯合問題 469
26.6.4 CR身份認證套用 470
26.7 CR時間線 471
26.7.1 決策、指導和標準 471
26.7.2 新產品生產商 471
26.8 小結和結論 472
26.9 參考文獻 473
第27章 頻譜認知 475
27.1 引言 475
27.2 規避干擾問題 475
27.3 認知無線電角色 476
27.4 頻譜足跡最小化 477
27.5 建立頻譜認知 478
27.5.1 頻譜使用報告 478
27.5.2 頻譜感知 479
27.5.3 潛在干擾分析 479
27.5.4 鏈路匯聚 481
27.5.5 分布感知與操作 481
27.6 信道認知和空間多信號 481
27.7 頻譜認知網路 483
27.8 塗層和襯底技術 484
27.9 自適應頻譜對於認知無線電硬體的含義 485
27.10 小結——認知無線電工具 486
27.11 參考文獻 486
附錄：傳播能量損耗 487
第28章 直接序列和跳頻頻譜擴展 488
28.1 直接序列擴展頻譜 488
28.1.1 擴展和去擴展 488
28.1.2 處理增益 489
28.1.3 干擾容限 490
28.1.4 干擾抑制 491
28.1.5 擴展代碼產生 491
28.1.6 同步 492
28.1.7 近-遠干擾 493
28.1.8 帶外信號敏感性 494
28.1.9 射頻信噪比 495
28.1.10 去擴展器位置 495
28.1.11 距離解析/多徑（RAKE） 495
28.1.12 DSSS系統舉例 496
28.2 跳頻 498
28.2.1 擴展與去擴展 498
28.2.2 快或慢跳頻 499
28.2.3 處理增益 499
28.2.4 干擾容限 499
25.2.5 干擾抑制 500
28.2.6 擴展代碼產生 500
28.2.7 同步 500
28.2.8 近-遠干擾 501
28.2.9 帶外信號敏感性 502
28.2.10 射頻信噪比 503
28.2.11 去擴展器位置 503
28.2.12 FHSS系統舉例 503
28.3 結論 505
28.4 參考文獻 505
第29章 射頻功率放大器 507
29.1 功率放大器工作分類 507
29.1.1 A類工作模式 507
29.1.2 B類工作模式 508
29.1.3 AB類工作模式 510
29.1.4 C類工作模式 511
29.1.5 各類放大器的用途 511
29.1.6互調失真簡介 512
29.1.7 A類放大器性能 512
29.1.8 A類偏置電路 513
29.1.9 A類放大的局限性 514
29.1.10B類放大器性能 515
29.1.11AB類放大器性能 516
29.1.12 AB類偏置電路 517
29.1.13 C類放大器性能 518
29.1.14 各類放大器小結 518
29.2 結論 519
29.3 參考文獻 519
第30章 現代通信系統中的鎖相環技術520
30.1 用於頻率合成的鎖相環技術 520
30.1.1 電荷泵鎖相環（CPLL或DPLL） 524
30.2 鎖相環里的子塊 527
30.2.1 相位檢測器、相位頻率檢測器、電荷泵 527
30.2.2 電荷泵 530
30.3 壓控振盪器（VCO） 532
30.3.1 LC槽路VCO 532
30.3.2 相位噪聲 533
30.3.3 相位噪聲模型 535
30.3.4環形振盪器542
30.3.5 分頻器 545
30.4 套用——一種適於GSM和CDMA標準的全集成雙模頻率合成器 554
30.5 參考文獻 555
第31章 正交頻分復用（OFDM） 558
31.1 OFDM基礎 559
31.2 OFDM對無線環境的影響 560
31.3 OFDM系統編碼 561
31.4 交織 562
31.5 峰值-平均封裝功率比問題 562
31.6 信道預估 564
31.7 同步 565
31.8 結論 566
31.9 參考文獻 566
