本書以近年來通信領(lǐng)域的若干前沿?zé)狳c(diǎn)問題為研究對(duì)象,并借鑒和參考國內(nèi)外的相關(guān)研究成果而編寫。主要內(nèi)容包括:軟件無線電通信技術(shù)、超寬帶技術(shù)、人體區(qū)域無線通信系統(tǒng)、機(jī)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(guān)課程通信與網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)近距離通信物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用無線傳感器網(wǎng)技術(shù)通信工程管理在內(nèi)容上的呼應(yīng)和互補(bǔ),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(shí)踐應(yīng)用,給出了具體的通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的實(shí)例,有助于學(xué)生加深對(duì)新技術(shù)的理解。本書適合作為普通高學(xué)院校電子信息類專業(yè)的教材,也可作為通信工程、網(wǎng)絡(luò)工程、物聯(lián)網(wǎng)工程等工程技術(shù)人員的參考用書。
隨著電子技術(shù)、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展,傳統(tǒng)通信領(lǐng)域正面臨著沖擊與革新。先進(jìn)的數(shù)字信號(hào)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(kuò)展性。這種軟件無線電技術(shù)已經(jīng)在當(dāng)今移動(dòng)通信基站中加以應(yīng)用,并成為推動(dòng)通信領(lǐng)域發(fā)展的新的助推器。作為當(dāng)前個(gè)體感知技術(shù)的熱點(diǎn),可穿戴設(shè)備及其相關(guān)技術(shù)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(shí)現(xiàn)方式、MAC協(xié)議和終端設(shè)計(jì)方法等。基于機(jī)器到機(jī)器通信方式的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù),已成為通信領(lǐng)域新的熱點(diǎn),在M2M通信協(xié)議、體系架構(gòu)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方面還處于發(fā)展階段,該領(lǐng)域的發(fā)展近年來方興未艾,具有廣闊的應(yīng)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(shù)成為保障信息安全的重要技術(shù)手段,內(nèi)容涉及量子密碼通信、量子遠(yuǎn)程傳態(tài)和量子密集編碼等,該項(xiàng)技術(shù)已逐步從理論走向?qū)嶒?yàn),并向?qū)嵱没较虬l(fā)展。上述新技術(shù)共同推動(dòng)著通信理論和技術(shù)向著更為廣闊的領(lǐng)地發(fā)展。
通信理論和技術(shù)發(fā)展越來越快,新技術(shù)、新系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。作為人才培養(yǎng)主戰(zhàn)場的高等學(xué)校,有責(zé)任將該領(lǐng)域的新理論和技術(shù)傳授給學(xué)生,本書正是在這一背景下進(jìn)行編寫的。本書介紹了通信工程領(lǐng)域的若干熱點(diǎn)和前沿技術(shù)問題,內(nèi)容包括:軟件無線電通信技術(shù)、超寬帶技術(shù)、人體區(qū)域無線通信系統(tǒng)、機(jī)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(guān)課程在內(nèi)容上的呼應(yīng)和互補(bǔ);在內(nèi)容安排上,兼顧通信理論的新發(fā)展和實(shí)踐應(yīng)用,給出了具體的通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的實(shí)例。
本書是中國鐵道出版社與中南大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)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(xué)者的智慧。施榮華教授主持了本套叢書的編寫工作,并指導(dǎo)了本書的內(nèi)容安排。王國才老師負(fù)責(zé)與中國鐵道出版社的聯(lián)絡(luò)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(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)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(qǐng)讀者批評(píng)指正。
編者
2016年7月
第1章軟件無線電通信技術(shù)1
11SDR概述1
12SDR關(guān)鍵技術(shù)2
13SDR系統(tǒng)組成3
14SDR平臺(tái)的架構(gòu)5
141以軟件為中心的SDR 架構(gòu)5
142用于SDR 信號(hào)處理的硬件結(jié)構(gòu)7
15SDR開發(fā)工具9
151基于可控制硬件的軟件無線電平臺(tái)10
152基于可編程硬件的SDR平臺(tái)10
153基于通用處理器的軟件無線電平臺(tái)12
16SDR典型應(yīng)用14
小結(jié)16
思考與練習(xí)17
參考文獻(xiàn)17
第2章超寬帶技術(shù)18
21超寬帶技術(shù)概述18
211超寬帶技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展18
212超寬帶技術(shù)的特點(diǎn)20
22超寬帶通信的關(guān)鍵技術(shù)21
221脈沖成形技術(shù)21
222調(diào)制與多址技術(shù)23
223接收機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)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(shù)的應(yīng)用及研究方向30
241超寬帶技術(shù)的應(yīng)用30
242超寬帶技術(shù)的研究方向32
小結(jié)33
思考與練習(xí)33
參考文獻(xiàn)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(shí)現(xiàn)技術(shù)37
321ZigBee37
322WLAN37
323MICS38
324藍(lán)牙技術(shù)38
325超寬帶技術(shù)38
326WBAN物理鏈路實(shí)現(xiàn)技術(shù)的對(duì)比分析39
33WBAN系統(tǒng)中的MAC協(xié)議40
331IEEE 80215標(biāo)準(zhǔn)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(duì)比分析45
34WBAN通信場景下的MAC協(xié)議的設(shè)計(jì)和模擬46
341UWB-WBAN系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式46
342仿真模型47
343跨層設(shè)計(jì)50
344仿真場景和性能參數(shù)55
345仿真結(jié)果56
35基于超寬帶沖激脈沖的收發(fā)端設(shè)計(jì)60
351UWB發(fā)射機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)60
352UWB接收機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)62
353UWB傳感節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)63
36基于UWB MAC協(xié)議的WBAN系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)65
361跨層MAC協(xié)議實(shí)現(xiàn)65
362多傳感器EGG和溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)67
363雙波段WBAN系統(tǒng)的在線評(píng)估68
小結(jié)73
思考與練習(xí)73
參考文獻(xiàn)73
第4章機(jī)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(yīng)用78
413M2M的發(fā)展81
42M2M通信體系架構(gòu)和標(biāo)準(zhǔn)83
4213GPP MTC架構(gòu)83
422ETSI架構(gòu)84
423EXALTED系統(tǒng)架構(gòu)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(gòu)86
44大規(guī)模M2M網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用分布式編碼方案87
441相關(guān)工作88
442信號(hào)模型89
443靈活的GMSJC91
444性能分析93
445性能評(píng)估98
45IEEE 802154用于M2M網(wǎng)絡(luò)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(jié)111
思考與練習(xí)111
參考文獻(xiàn)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(shù)114
513超糾纏量子通信技術(shù)114
514混雜糾纏量子通信技術(shù)115
515量子通信與光網(wǎng)絡(luò)融合機(jī)理及實(shí)現(xiàn)115
516量子通信系統(tǒng)安全機(jī)制116
52量子通信基本原理及特點(diǎn)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(luò)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(jié)132
思考與練習(xí)132
參考文獻(xiàn)132