无线通信 读后总结

《Wireless Communications》读书笔记

假期中，老师布置了关于《Wireless Communications》与《Elements Of Information Theory》的阅读任务。我主要是对无线通信这本书进行了学习。

在这本书中，主要对无线通信的基本原理进行了详细介绍，并且使用数学工具进行了推导和分析。然后针对单用户无线系统和多用户无线网络的技术分别展开讨论。让我们对无线系统特性以及实际中的应用有了一定的了解。

本书可以简要的分为三部分：第一部分，即第一章到第六章，是本书的核心部分，对无线通信系统的基本原理进行了详细的介绍和数学分析；第二部分，即第七章到第十三章，主要介绍了单用户无线系统的设计，及其关键技术；第三部分，即第十四章到第十六章，着重讨论了多用户无线系统和网络。

在本书的最开始，对无线通信进行了全面概述。首先简要回顾了无线通信的发展历史，并由此展开了对无线通信的展望，随之，在现有环境下必定面临着许多必须要攻克的技术难题，如资源的有效利用，系统的稳定性与安全性以及无线组网等等。现有的无线系统主要以蜂窝电话，无绳电话，无线局域网，广域无线数据业务，宽带无线接入，卫星通信以及超宽带无线通信等等。在无线通信中，不可忽略的一个问题便是频谱利用，所以还介绍了现有无线系统的频谱分配以及现行标准。所谓无线通信，即在无线信道中的通信，所以对无线信道的深入理解是对无线通信学习的基础。

在第二章中，讲述了无线信道的特性，主要涵盖了无线信道中的路径损耗和阴影衰落所引起的接收信号功率随距离变化的特性。人们对无线电波的了解已经有了将近200年的历史，其传播特性的研究最常用射线跟踪技术，而避开复杂的麦克斯韦方程求解，以最简单的两径模型作为分析对象。其中，路径损耗是发射功率的辐射扩散和信道的传播特性引起的。而阴影效应则是由于发射机与接收机间存在障碍物产生的影响。在较大的距离上这两者都会引起功率的变化，即产生大尺度传播效应。最后给出了路径损耗与阴影衰落的混合模型，并定义了其造成的中断率。

第三章中主要介绍了一类多径叠加的信道下的衰落模型，与第二章不同，本章不再使用确定信道，而以随机时变冲击响应为多径信道建模，最终用统计的方式来描述信道并分析其特性。多径信道中主要存在时延扩展，和由发射机或接收机引发的时变特性。主要以窄带衰落模型和宽带衰落模型分别经行了讨论，而对一些简单分析，又提出用宽带多径模型的离散时间模型进行近似。此外，考虑到分集与容量方面的好处，还介绍了多天线系统条件下的空时信道模型。

在第四章中，主要讲述了无线信道的信道容量，讨论了无线信道的容量极限以及达到该极限的传输方式，但是此时，并没有考虑复杂度以及时延等问题，只是最基本，最经典的信道模型下的容量问题。在第五章和第六章中，主要描述了数字调制与检测以及无线信道中的数字调制的性能。从中不难看出，衰落会明显降低性能，因而衰落技术的研究对高性能的无线通信系统有着不可取代的作用。这些章节，在本科的通信原理等课程中都有所涉及，所以并没有看得很仔细，主要是在后来的阅读中遇到相关问题在返回前面进行查阅。

在后面的章节中介绍了减轻平衰落和频率选择性衰落的主要技术。第七章中介绍了分集技术的原理，其中包括一些可以明显简化性能分析的数学工具，这些能够去除平衰落的大部分不利影响。我们知道，瑞利衰落和对数正态阴影衰落都会很大程度上影响调制性能，造成信号功率损失。能够有效减轻衰落影响的一项技术便是对独立的衰落信号进行分集合并。独立路径在同一时刻经历深衰落的概率很小，所谓分集就是在独立的衰落路径上发送相同的数据，经过适当的合并后接收信号的衰落程度就会减小。根据对抗衰落的类别不同分级可分为对抗多径衰落的微分集技术与对抗阴影效应的宏分集技术。可以通过使用天线阵列和使用不同极化方式的两根发送和接收天线。在衰落信道中，多个衰落路径合并后会有一个较好的概率分布。常用的有选择合并，门限合并，最大比合并和等增益合并。这些合并方式体现了不同的性能和复杂度的折中。最后利用矩母函数对部分分集的平均误码率进行了分析。

以上就是我在暑假中阅读《Wireless Communications》的一些总结和认识，但是很多地方都借助了一些工具书作为辅助阅读，因为在英文阅读方面确实遇到了一些困难。因为时间有限，对信息论我只是翻阅了中文资料，并没有对《Elements Of Information Theory》学习。

我们所说的信息论就是香农信息论，其利用概率论与随机过程的方法对通信系统传输的有效性以及可靠性极限性能进行分析研究。整个信息论的内容可以用一句话概括，即“一个概念，三个定理”。所谓“一个概念”，就是信息熵。信息熵是信源所含信息的量度。这是信息论中最重要的概念，因为整个信息论可以说都是以信息熵也就是信息的量度为基础概念的。它是从平均意义上表征信息总体特征的一个量，表明了信源随机性的大小。当信源输出后，信息熵即可视为解除信源不确定性所需的信息量。“三个定理”就是香农的三大编码定理：无失真信源编码定理，有噪信道编码定理和限失真信源编码定理。香农第一定理，也就是无失真信源编码定理是说，如果信源编码码率不小于信源的熵，就存在无失真编码，反之，则不存在无失真编码。它是信源无损压缩编码的理论基础。在学习中，不仅要掌握香农第一定理的内容，还要了解一些重要的编码方法。香农第二定理，

即有噪信道编码定理的内容是，如果信息传输速率小于信道容量，那么总可以找到一种编码方式使得当编码序列足够长时传输差错任意小，反之不存在使差错任意小的编码。信道容量是信道输入与输出平均互信息的最大值，是信道本身固有特性的反映，与信道的转移概率有关，而与信道的输入概率无关，但是信道输入概率必须与信道匹配才能大道容量。香农第二定理是信道编码的理论基础，但是他只给出了高可靠和高效信道编码的存在性，而没有给出如何实现这种编码方法。香农第三定理，即限失真信源编码定理，其内容是：对任何失真测度大于等于零，只要码字足够长，总可以找到一种编码，使得当信源编码不小于信息率失真函数时，码的平均失真不大于失真测度；反之，如果信源编码的码率小于信息率失真函数，就不存在平均失真不大于失真测度的编码。限失真信源编码定理解决了有损压缩极限的理论问题，也未给出实际的有损信源编码的方法，在各种失真度准则下对信源函数的研究，利用率失真理论对实际有损压缩编码性能的分析，寻找接近或达到理想有损压缩的信源编码方法是该领域研究的主要问题。