Голдсмит А. Беспроводные коммуникации. Основы теории и технологии беспроводной связи

М.: Техносфера, 2011. — 904 с.Приведен обзор беспроводных систем и стандартов, представлены характеристики беспроводных каналов, включая ограничения их пропускной способности. Детально рассматриваются различные методы модуляции и кодирования, а также схемы обработки сигнала, включая современную адаптивную модуляцию, технологии широкополосной передачи, модуляции нескольких несущих. Подробно рассмотрены технологии многоэлементных антенных систем. Последние главы посвящены системам множественного доступа, созданию сотовых систем и специальных беспроводных систем.Далее в оглавлении:
Жирным выделены названия глав
Курсивом - параграфы текущей главы
простым шрифтом - пункты параграфаПредисловие
Сокращения
Обозначения
Обзор систем беспроводной связи
История беспроводной связи
Перспективы развития беспроводной связи
Технические решения
Современные беспроводные системы
Сотовые телефонные системы
Беспроводные телефоны
Беспроводные локальные вычислительные сети - беспроводные ЛВС
Региональные беспроводные сети передачи данных
Широкополосный беспроводный доступ
Пейджинговые системы
Спутниковые сети
Недорогая радиосвязь малой мощности: Вluetooth и ZigBee
Системы сверхширокополосной радиосвязи
Беспроводный спектр
Методы распределения спектра
Распределение спектра частот в существующих системах
Стандарты
Задачи
Литература
Потери на трассе распространения радиоволн и экранирование
Распространение радиоволн
Модели передачи и приема сигнала
Потери при распространении сигнала в свободном пространстве
Построение траекторий лучей
Двулучевая модель
Десятилучевая модель (диэлектрическое ущелье)
Общая схема построения лучей
Среднее значение локальной принимаемой мощности
Экспериментальные модели потерь в тракте распространения сигнала
Модель Окумуры
Модель Хата
Расширенная модель COST 231 Хата
Кусочно-линейная модель (с несколькими склонами)
Параметры затухания при распространении внутри зданий
Упрощенная модель потерь в тракте передачи
Замирания экранирования
Комбинация потерь в тракте передачи и экранирования
Вероятность перерывов связи в тракте передачи из-за потерь и экранирования
Зона покрытия сотовой связи
Задачи
Литература
Статистические модели каналов многолучевого распространения
Импульсная характеристика не стационарного канала
Модели замираний в узкополосных каналах
Автокорреляция, взаимная корреляция и спектральная плотность мощности
Огибающая и распределение мощности
Скорость пересечения уровней и средняя продолжительность замираний
Каналы с конечным числом состояний Маркова
Модели замираний в широкополосных каналах
Профиль задержек
Полоса когерентности
Доплеровский спектр мощности и время когерентности канала
Преобразования автокорреляции и функции рассеяния
Дискретно-временная модель
Пространственно-временные модели каналов
Задачи
Литература
Пропускная способность беспроводных каналов
Пропускная способность канала с аддитивным белым гауссовым шумом - AWGN
Пропускная способность каналов с амплитудными замираниями
Модель канала и системы
Известная информация о канальном распределении
Наличие дополнительной информации о канале в приемнике
Наличие дополнительной информация о канале в передатчике и приемнике
Пропускная способность канала с разнесенным приемом
Сравнительная оценка пропускной способности
Пропускная способность каналов с частотно-селективными замираниями
Стационарные каналы
Не стационарные каналы
Задачи
Литература
Цифровая модуляция и демодуляция
Анализ пространства сигналов
Модель сигнала и системы
Геометрическое представление сигналов
Структура приемник а и достаточная статистика
Области решений и критерий максимального правдоподобия
Вероятность ошибки и граница объединения
Принципы модуляции в ограниченной полосе пропускания
Амплитудная и фазовая модуляция
Амплитудно-импульсная модуляция - АИМ
Фазовая манипуляция - ФМН
Квадратурная амплитудная модуляция - КАМ
Относительная модуляция
Формирование созвездий
Квадратурный сдвиг
Частотная модуляция
Частотная манипуляция ЧМН и манипуляция с минимальным сдвигом (MSK)
Частотная манипуляция с непрерывной фазой - ЧМН-НФ
Некогерентное детектирование при ЧМН
Формирование импульсов
Символьная синхронизация и восстановление фазы несущего сигнала
Структура приемника с восстановлением тактовой частоты и фазы
Оценка фазы по критерию максимального правдоподобия
Оценка сигнала тактовой частоты по критерию максимального правдоподобия
Задачи
Литература
Характеристики цифровой модуляции в беспроводных каналах
Каналы с аддитивным белым шумом AWGN
Отношение сигнал-шум и энергия на бит или символ
Вероятность ошибки при ФМ2 и ФМ4
Вероятность ошибки при ФМН
Вероятность ошибки при АИМ и КАМ
Вероятность ошибки при ЧМН и ЧМН-НФ
Приближенные значения вероятности ошибки при когерентной модуляции
Вероятность ошибки при относительной модуляции
Альтернативное представление Q-Функции
Замирания
Вероятность перерывов радиосвязи
Средняя вероятность ошибки
Расчет средней вероятности ошибки через производящую функцию моментов
Комбинация вероятности нарушения связи со средней вероятностью ошибки
Доплеровское расширение
Межсимвольная интерференция
Задачи
Литература
Разнесение сигналов на приеме и передаче
Реализация каналов снезависимыми замираниями
Разнесение сигналов в приемнике
Модель системы
Селективное объединение
Пороговое объединение
Суммирование дифференциально-взвешенных сигналов
Линейное объединение сигналов равной мощности
Разнесение сигналов в передатчике
Информация о канале, известная передатчику
Схема Аламоути - передатчику неизвестна информация о канале
Анализ разнесения с помощью производящих функций моментов
Анализ разнесенного приема при дифференциальном взвешивании MRC
Анализ разнесения при линейном ЕСС и селективном SC сложении сигналов
Анализ разнесенного приема при некогерентной и дифференциальной когерентной модуляции
Задачи
Литература
Кодирование в беспроводных каналах
Обзор систем кодирования
Линейные блочные коды
Двоичные линейные блочные коды
Порождающая матрица
Матрица контроля четности и синдромный контроль
Циклические коды
Декодирование с жестким решением
Вероятность ошибки при декодировании с жестким решением в канале с аддитивным белым шумом AWGN
Вероятность ошибки при декодировании с мягким решением в канале с аддитивным белым шумом AWGN
Примеры распространенных линейных блочных кодов
Недвоичные блочные коды: код Рида-Соломона
Сверточные коды
Характеристика кода: решетчатая диаграмма
Декодирование методом максимального правдоподобия
Алгоритм Витерби
Свойства расстояния
Диаграммы состояния и передаточные функции
Вероятность ошибки сверточных кодов
Каскадные коды
Турбо-коды
Коды с проверкой на четность низкой плотности
Кодовая модуляция
Кодирование и чередование в каналах с замираниями
Блочное кодирование с чередованием
Сверточное кодирование с чередованием
Кодовая модуляция с чередованием символов/бит
Коды с неравномерной защитой от ошибок
Совместное кодирование источника и канала
Задачи
Литература
Адаптивная модуляция и кодирование
Система с адаптивной передачей
Методы адаптации
Методы адаптации, основанные на изменении скорости передачи
Методы адаптации, основанные на изменении мощности
Различная вероятность ошибки
Методы переменного кодирования
Гибридные методы
МКАМ с переменной скоростью и переменной мощностью
Граничные значения вероятности ошибок
Схемы с адаптацией скорости и мощности
Инверсия в канале с фиксированной скоростью
Адаптация при дискретной скорости
Средняя продолжительность зоны замираний
Точная вероятность цифровой ошибки в сравнении с приближенноЙ
Ошибка оценивания и задержка
Адаптивная кодовая модуляция
Основные виды многоуровневой модуляции
Адаптация с непрерывной скоростью
Адаптация с дискретной скоростью
Среднее заданное значение коэффициента ошибок BER
Адаптивные методы при сочетании быстрых и медленных замираний
Задачи
Литература
Многоэлементные антенны и пространственно-временные методы передачи
Модель узкополосного канала MIMO
Параллельное разложение канала MIMO
Пропускная способность канала MIMO
Статичные каналы
Каналы с замираниями
Выигрыш от разнесения в системах MIMO: формирование диаграммы направленности антенны
Компромиссы между разнесенным приемом и мультиплексированием
Пространственно-временная модуляция и кодирование
Детектирование по максимуму правдоподобия и вероятность парной ошибки
Критерии ранга и определителя
Пространственно-временные решетчатые и блочные коды
Пространственное мультиплексирование и архитектуры BLAST
Каналы MIMO с частотно-селективными замираниями
Умные антенны
Задачи
Литература
Выравнивание - коррекция каналов
Повышение корректором шума
Типы выравнивателей
Сжатый спектр и условия передачи без межсимвольных искажений ISI
Линейные корректоры
Фильтры с обращением в нуль незначащих коэффициентов (ZF)
Корректоры с минимальной среднеквадратичной ошибкой (MMSE)
Максимально правдоподобная оценка последовательности
Выравнивание с решающей обратной связью
Другие методы выравнивания канала
Адаптивные фильтры: настройка и слежение
Задачи
Литература
Модуляция на нескольких несущих
Передача информации с использованием нескольких несущих
Модуляция на нескольких несущих с перекрывающимися подканалами
Ослабление замираний поднесущей
Кодирование с чередованием по времени и частоте
Коррекция частоты
Предварительное кодирование
Адаптивная нагрузка
Дискретная реализация модуляции на нескольких несущих
ДПФ и его свойства
Циклический префикс
Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов - ортогональное ЧРК-ОЧРК
Матричное представление ОЧРК
Векторное кодирование
Проблемы систем с несколькими несущими
Отношение пиковой и средней мощностей
Частотный и временной сдвиг
Рассмотрение конкретного случая: стандарт локальных беспроводных сетей IEEE 802.11а
Задачи
Литература
Широкополосные системы передачи
Принципы широкополосной передачи
Метод расширения спектра прямой последовательностью - DSSS
Модель системы DSSS
Расширяющие коды для подавления межсимвольных помех ISI: случайные, псевдослучайные и m-последовательности
Синхронизация
Приемники RAKE
Расширение спектра методом скачкообразной перестройки частоты (FHSS)
Многопользовательские многоканальные системы с модуляцией прямой последовательностью DSSS
Расширяющие коды в многопользовательской DSSS
Нисходящие каналы
Каналы восходящего направления
Многоканальное детектирование
Многочастотная МДКР (CDMA) - MC-CDMA
Многопользовательская - многоканальная система с расширением спектра методом частотного скачка FHSS
Задачи
Литература
Многопользовательские многоканальные системы
Групповые (многопользовательские) каналы радиодоступа: восходящий и нисходящий каналы
Многостанционный доступ
Многостанционный доступ с частотным разделением - МДЧР (FDMA)
Многостанционный доступ с временным разделением - МДВР (TDMA)
Многостанционный доступ с кодовым разделением - МДКР (CDMA)
Многостанционный доступ с пространственным разделением - МДПР (SDMA)
Гибридные методы
Случайный доступ
Простой алгоритм ALOHA
Синхронизированный алгоритм ALOHA
Многостанционный доступ с контролем несущей - CSMA
Планирование
Регулирование мощности
Пропускная способность нисходящего (вещательного) канала
Модель канала
Пропускная способность канала с аддитивным белым шумом AWGN
Общие данные
Пропускная способность при замираниях
Пропускная способность многоэлементных антенн
Пропускная способность канала восходящего направления (многостанционный доступ)
Пропускная способность канала с аддитивным белым гауссовым шумом AWGN
Емкость канала при замираниях
Емкость каналов с многоэлементными антеннами
Двойственность восходящего и нисходящего направлений канала связи
Разнесение каналов многих пользователей
Многопользовательские системы MIMO
Задачи
Литература
Сотовые системы и беспроводные сети с базовой инфраструктурой
Основы сотовых систем
Повторное использование каналов
Емкость соты и отношение сигнал-помеха
Ортогональные системы МДВР (TDMA) и МДЧР (FDMA)
Неортогональные системы МДКР (CDMA)
Методы снижения помех
Динамическое распределение ресурсов
Планирование
Динамическое распределение каналов
Регулирование мощности
Основополагающие ограничения скорости
Пропускная способность Шеннона в сотовых сетях
Эффективность использования спектральной области
Задачи
Литература
Специализированные беспроводные сети
Приложения
Сети передачи данных
Сети зданий
Сети устройств
Сети датчиков
Распределенные системы управления
Принципы разработки и трудности
Уровни протоколов
Разработка физического слоя
Разработка уровня доступа
Разработка сетевого уровня
Разработка транспортного уровня
Разработка прикладного уровня
Межуровневое проектирование
Предельная пропускная способность сети
Сети с ограничениями по энергопотреблению
Модуляция и кодирование
Системы MIMO и MIMO с взаимодействием
Доступ, маршрутизация и режим ожидания
Межуровневое проектирование в условиях ограниченного энергоснабжения
Пропускная способность на единицу энергии
Задачи
Литература
Приложение А Представление полосовых сигналов и каналов
Приложение Б Теория вероятностей, случайные величины и случайные процессы
Теория вероятностей
Случайные величины
Случайные процессы
Гауссовские процессы
Литература
Приложение В Матрицы: определения, операции и свойства
Матрицы и векторы
Операции с матрицами и векторами
Разложение матриц
Литература
Приложение Г Обзор стандартов беспроводной связи
Стандарты сотовой телефонии
Аналоговые системы первого поколения
Цифровые системы второго поколения
Эволюция систем второго поколения
Системы третьего поколения
Беспроводные локальные сети
Стандарты беспроводных сетей ближней связи
Литература
Предметный указатель