本書以近年來通信領域的若干前沿熱點問題為研究對象,并借鑒和參考國內(nèi)外的相關研究成果而編寫。主要內(nèi)容包括:軟件無線電通信技術、超寬帶技術、人體區(qū)域無線通信系統(tǒng)、機器間通信系統(tǒng)和量子通信系統(tǒng)。在編寫的過程中,注意與前后相關課程通信與網(wǎng)絡現(xiàn)代通信網(wǎng)絡技術近距離通信物聯(lián)網(wǎng)技術與應用無線傳感器網(wǎng)技術通信工程管理在內(nèi)容上的呼應和互補,保持了整套教材的自洽性。在內(nèi)容安排上,兼顧通信理論的新發(fā)展和實踐應用,給出了具體的通信系統(tǒng)實現(xiàn)的實例,有助于學生加深對新技術的理解。本書適合作為普通高學院校電子信息類專業(yè)的教材,也可作為通信工程、網(wǎng)絡工程、物聯(lián)網(wǎng)工程等工程技術人員的參考用書。
隨著電子技術、數(shù)字信號處理技術和互聯(lián)網(wǎng)技術的飛速發(fā)展,傳統(tǒng)通信領域正面臨著沖擊與革新。先進的數(shù)字信號處理方法配以高速數(shù)字處理系統(tǒng)可以取代傳統(tǒng)的通信系統(tǒng),且具有良好的兼容性和可擴展性。這種軟件無線電技術已經(jīng)在當今移動通信基站中加以應用,并成為推動通信領域發(fā)展的新的助推器。作為當前個體感知技術的熱點,可穿戴設備及其相關技術發(fā)展迅猛,由此衍生出人體區(qū)域無線通信系統(tǒng)的概念,內(nèi)容涉及鏈路層的物理實現(xiàn)方式、MAC協(xié)議和終端設計方法等;跈C器到機器通信方式的物聯(lián)網(wǎng)通信技術,已成為通信領域新的熱點,在M2M通信協(xié)議、體系架構、系統(tǒng)實現(xiàn)方面還處于發(fā)展階段,該領域的發(fā)展近年來方興未艾,具有廣闊的應用前景。另外,高效安全的信息傳輸日益受到人們的重視,近年來發(fā)展起來的量子通信技術成為保障信息安全的重要技術手段,內(nèi)容涉及量子密碼通信、量子遠程傳態(tài)和量子密集編碼等,該項技術已逐步從理論走向實驗,并向實用化方向發(fā)展。上述新技術共同推動著通信理論和技術向著更為廣闊的領地發(fā)展。
通信理論和技術發(fā)展越來越快,新技術、新系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。作為人才培養(yǎng)主戰(zhàn)場的高等學校,有責任將該領域的新理論和技術傳授給學生,本書正是在這一背景下進行編寫的。本書介紹了通信工程領域的若干熱點和前沿技術問題,內(nèi)容包括:軟件無線電通信技術、超寬帶技術、人體區(qū)域無線通信系統(tǒng)、機器間通信系統(tǒng)和量子通信系統(tǒng)。本書在編寫過程中,注意與前后相關課程在內(nèi)容上的呼應和互補;在內(nèi)容安排上,兼顧通信理論的新發(fā)展和實踐應用,給出了具體的通信系統(tǒng)實現(xiàn)的實例。
本書是中國鐵道出版社與中南大學信息科學與工程學院合作出版的電子信息大類叢書之一,從選題、編寫到定稿,集合了眾多學者的智慧。施榮華教授主持了本套叢書的編寫工作,并指導了本書的內(nèi)容安排。王國才老師負責與中國鐵道出版社的聯(lián)絡合作事宜。
本書由雷文太、董健任主編,石金晶任副主編。具體編寫分工:雷文太編寫了第1、3、4章,董健編寫了第2章,石金晶編寫了第5章,全書由雷文太統(tǒng)稿。在編寫過程中得到了中南大學信息科學與工程學院領導和老師們的大力支持,在此致以誠摯的謝意。
由于編者水平有限,書中疏漏與不妥之處在所難免,敬請讀者批評指正。
編者
2016年7月
第1章軟件無線電通信技術1
11SDR概述1
12SDR關鍵技術2
13SDR系統(tǒng)組成3
14SDR平臺的架構5
141以軟件為中心的SDR 架構5
142用于SDR 信號處理的硬件結構7
15SDR開發(fā)工具9
151基于可控制硬件的軟件無線電平臺10
152基于可編程硬件的SDR平臺10
153基于通用處理器的軟件無線電平臺12
16SDR典型應用14
小結16
思考與練習17
參考文獻17
第2章超寬帶技術18
21超寬帶技術概述18
211超寬帶技術的產(chǎn)生與發(fā)展18
212超寬帶技術的特點20
22超寬帶通信的關鍵技術21
221脈沖成形技術21
222調(diào)制與多址技術23
223接收機的關鍵技術25
23超寬帶通信的系統(tǒng)方案27
231單頻帶系統(tǒng)28
232多頻帶系統(tǒng)29
24超寬帶技術的應用及研究方向30
241超寬帶技術的應用30
242超寬帶技術的研究方向32
小結33
思考與練習33
參考文獻34
第3章人體區(qū)域無線通信系統(tǒng)36
31WBAN概述36
32WBAN物理鏈路實現(xiàn)技術37
321ZigBee37
322WLAN37
323MICS38
324藍牙技術38
325超寬帶技術38
326WBAN物理鏈路實現(xiàn)技術的對比分析39
33WBAN系統(tǒng)中的MAC協(xié)議40
331IEEE 80215標準41
332基于PSMA和ER的MAC協(xié)議42
333UWB242
334U-MAC和DCC-MAC43
335沖激脈沖UWB的多波段MAC44
336脈沖串44
337僅發(fā)射的MAC44
338WBAN系統(tǒng)中MAC協(xié)議對比分析45
34WBAN通信場景下的MAC協(xié)議的設計和模擬46
341UWB-WBAN系統(tǒng)實現(xiàn)方式46
342仿真模型47
343跨層設計50
344仿真場景和性能參數(shù)55
345仿真結果56
35基于超寬帶沖激脈沖的收發(fā)端設計60
351UWB發(fā)射機設計技術60
352UWB接收機設計技術62
353UWB傳感節(jié)點設計63
36基于UWB MAC協(xié)議的WBAN系統(tǒng)實現(xiàn)65
361跨層MAC協(xié)議實現(xiàn)65
362多傳感器EGG和溫度監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)67
363雙波段WBAN系統(tǒng)的在線評估68
小結73
思考與練習73
參考文獻73
第4章機器間通信系統(tǒng)75
41M2M通信概述75
411M2M基本概念75
412M2M通信的典型應用78
413M2M的發(fā)展81
42M2M通信體系架構和標準83
4213GPP MTC架構83
422ETSI架構84
423EXALTED系統(tǒng)架構85
43M2M傳輸模型86
4313GPP和ETSI中的M2M傳輸模型86
432M2M傳輸模型架構86
44大規(guī)模M2M網(wǎng)絡的實用分布式編碼方案87
441相關工作88
442信號模型89
443靈活的GMSJC91
444性能分析93
445性能評估98
45IEEE 802154用于M2M網(wǎng)絡通信的有效性分析102
451信道訪問方案102
452模型建立103
453數(shù)值仿真和性能分析107
小結111
思考與練習111
參考文獻112
第5章量子通信系統(tǒng)113
51量子通信系統(tǒng)概述113
511量子密碼通信系統(tǒng)113
512非最大糾纏量子通信技術114
513超糾纏量子通信技術114
514混雜糾纏量子通信技術115
515量子通信與光網(wǎng)絡融合機理及實現(xiàn)115
516量子通信系統(tǒng)安全機制116
52量子通信基本原理及特點116
521量子通信系統(tǒng)模型116
522量子信道120
523量子密鑰分發(fā)系統(tǒng)120
524量子隱形傳態(tài)121
525量子密集編碼123
526量子通信網(wǎng)絡123
53量子通信協(xié)議125
531量子密鑰分發(fā)125
532量子秘密共享128
533量子匿名通信129
54量子通信發(fā)展現(xiàn)狀與展望129
小結132
思考與練習132
參考文獻132