室内无线通信：从原理到实现 pdf下载

本书深入而透彻地论述了室内无线通信的各种技术、传播机制及进行系统设计和实施过程中的关键要素。

*本书提供了一个有关室内无线通信的一体化综合性介绍。

*本书讨论了大量无线通信技术（不仅仅是蜂窝），例如，无线局域网、蓝牙、无线个域网、室内光通信、无线城域网、通用移动通信系统、全球移动通信系统、超宽带和无线射频识别。

*本书说明了内部建筑的传播机制，并提供了信道的建模和传播工具，以及室内天线的覆盖范围。

*本书提供了理论和实践的均衡整合，包括一个有关室内系统的关键要求及其设计和实施的全面概述。

　　《室内无线通信：从原理到实现》结合理论和实践，深入而透彻地论述了室内无线通信的各种技术、传播机制及进行系统设计和实施过程中的关键要素，极具参考价值！
　　书中讨论了大量无线通信技术（不仅仅是蜂窝），例如，无线局域网、蓝牙、无线个域网、室内光通信、无线城域网、通用移动通信系统、全球移动通信系统、超宽带和无线射频识别。
　　《室内无线通信：从原理到实现》说明了内部建筑的传播机制，并提供了信道的建模和传播工具，以及室内天线的覆盖范围。
　　《室内无线通信：从原理到实现》提供了理论和实践的有机整合，包括一个有关室内系统的关键要求及其设计和实施的全面概述。

　　Alejandro Aragon-Zavala，毕业于蒙特雷技术学院克雷塔罗校区。2003年开始担任蒙特雷技术学院克雷塔罗校区的本科课程的学术主任，并于同年开始作为电子和通信技术工程师及顾问，具有较高的理论水平和实践水平。

第1章 引言
1．1 写作目的
1．2 宏异构网络的演进
1．3 面临的挑战
1．4 本书结构

第2章 室内无线技术
2．1 蜂窝
2．1．1 蜂窝的概念
2．1．2 GSM
2．1．3 UMTS
2．1．4 HSPA
2．1．5 LTE
2．2 Wi-Fi
2．2．1 历史
2．2．2 媒体接入控制子层
2．2．3 物理层
2．2．4 工业机构
2．2．5 Wi-Fi标准
2．2．6 频谱
2．2．7 Wi-Fi使用的调制方案
2．2．8 多址接入技术
2．2．9 功率电平
2．2．10 性能指标
2．2．11 目标信号电平和链路预算
2．2．12 干扰的挑战
2．2．13 信道的规划
2．2．14 移动性问题
2．3 蓝牙
2．4 ZigBee
2．5 射频识别
2．6 专用移动无线电
2．6．1 PMR组成
2．6．2 性能
2．6．3 TETRA
2．7 数字增强无绳通信
……

第3章 系统要求
第4章 无线电传播
第5章 信道建模
第6章 室内无线通信中的天线
第7章 无线电测量
第8章 容量规划和定量计算
第9章 射频设备和分布式系统
第10章 小蜂窝
第11章 室内案例研究
术语表

第5章信 道 建 模

无线信号以各种路径方式在真实的室内环境中传播。由于电磁波传播受不同类型障碍物的影响，使得对建筑内的信道建模具有很大挑战。第4章介绍了电磁波传播过程中不同类型的传播效应。在系统规划和设计中，必须对建筑物内的区域信号强度以及其他重要参数(如功率延迟分布)进行预测，以保证系统性能、配置满足空间内实现良好通信所需的资源。

本章重点介绍常用于室内无线通信系统的信道模型和建模技术，以便为设计此类系统的工程师提供有效的辅助工具。虽然本章大部分章节着重于描述用于局部均值估计的窄带模型，但是因为宽带信道模型在很大程度上可以确定网络可实现的最大数据传输速率，而最大传输速率的确定对网络性能具有重要意义，所以本章也介绍宽带信道建模。

5.1信道建模的重要性

天线和辐射电缆的基本参数可以与对传播机制的理解一起使用，以计算无线通信系统的覆盖范围。数学表达式或模型是描述不同环境下的信号传播特征的一种有效方法，完成的模型可用于预测类似场景下的信号强度，是根据参数与机理计算无线通信系统覆盖范围的有效手段。天线和辐射电缆将成为第6章的研究主题； 而室内信号传播模型将作为核心在本章中介绍。

当通信系统设计工程师使用信道模型辅助预测建筑物内通信系统性能时，准确的信道模型可以估计出与真实值密切相关的可用信号覆盖范围结果。因此，准确的信道模型可以确保经评估预测后的系统达到良好的性能。

选择正确的信号传播模型之后，即使在对建筑物进行实地勘测之前，也可以对大致的天线覆盖范围与潜在的架设地点进行快速预测。虽然正确的室内信号传播模型对于需要部署数百个天线的大型建筑(例如机场、购物中心、体育馆等)来说显得更加迫切，但它也适用于多种无线技术与各式各样的室内场所。

室内通信系统性能预测对一些特殊场景十分有效。例如，许多建筑物中存在特定的访问限制区域无法测量，从而导致使用模型进行信号覆盖预测成为唯一选择。

信号传播模型也可以用来预测建筑物中任何地方的信号强度和路径损耗，并可在无须重复测量的情况下优化天线的架设位置。例如，若所使用的模型足够准确，则某一天线可以在模型中移动到任意位置，并使用模型预测后执行优化； 这种方法使得工程师不用到处出差以对不同天线位置进行实地测量(如果建筑物距通信系统设计工程师百公里以外，这种方法就显得相当便捷)。

5.2信号传播模型建模过程中的挑战

对于自然界中物理现象的建模是一项具有挑战性的任务。科学家和科研工作者花费了大量时间以建立描述关键物理机制运作的数学模型。幸运的是，对于人类文明而言，一旦人们掌握了数学模型，基于数学模型的实验就可以实现，数学模型就可以导致科学与技术的显著的发展。

在建筑物内部署无线通信系统而建立模型时，会遇到以下挑战。

 信号传播模型与频率、收发信机距离、天线架设高度等设计参数之间均存在较强的变量关系。这意味着一些模型经常使用明确的数学表达式来解释设计参数所产生的效应，并且需要给出参数的限制范围。也就是说，一个具体的模型只能在特定的频率范围内和天线架设高度范围内使用。

 不同建筑的构筑形式、材料、布局等参数存在较大差异，这使室内无线通信模型更难用一个“通用”的模型进行表示，因此其中需要一些“可以调谐”的参数。

 建筑物内部的信号传播效应相当复杂，而对信号传播模型精确建模时，需要考虑多种信号传播效应，这就导致精确建模很困难，因为在很多情况下很难将不同的信号传播效应分开进行考虑。

 使用无线测量方法进行模型调整和验证这一方法在原理上简单可行，但在实际操作中可能会遇到很多复杂的问题。例如，在一个坐满观众的大型露天体育场内，我们如何针对观众的身体损耗和反射进行后期的细化设计测量与验证？

5.3模 型 分 类

室内传播模型可以从信道特征、传播环境以及设计方式等方面进行多种分类，下面将简要介绍这些分类。

5.3.1信道带宽

当传递音频和低比特速率数据应用的时候，移动通信系统考虑使用窄带信道，但是对于支持多媒体服务的移动通信系统则考虑使用宽带信道以支持高比特速率数据的传递。对于非移动通信系统，如电视和有线网络，其宽带信道特征是非常明显的。

在窄带信道中，由于近邻色散导致的射线之间产生小的路径差异会导致多经衰落，这些差异大约为几个波长，但是会导致很严重的相位差异。不过实际上所有射线会同时到达，宽带内的所有频率受到的影响是相同的。

与此相对应，如果在基站和移动设备之间的大圆路径之外存在强散射，那么时差将变得非常重要。如果相对时延和在信道中所传输信息的基本单元(如一个比特或者一个符号)相比足够大，信号则会发生失真，且失真在信道带宽内随频率变化而变化。此时的信道为宽带信道，且任何模型都需要考虑这些效应。

首先可以根据无线信道的自然特性进行分类： 如果估计局域均值和可能遮挡情况为窄带； 如果考虑如功率延迟分布和其他相关参数的表征则为宽带。

5.3.2传播环境

根据信道的自然情况(宽带和窄带)，传播模型需要考虑环境因素： 室外、室内(建筑物内)和室外到室内三种情况。本书主要考虑后两种模型，主要应用于建筑物内无线网络的设计。

5.3.3模型构建

另外一种分类方式是根据模型所依赖的构建基础。如果模型基于物理结构，则称为物理模型； 如果模型基于和测试数据的拟合公式，则称为经验模型； 如果模型基于随机分布，则称为统计模型。在实际建筑物内使用何种模型需要根据实际情况来决定。

表5.1给出了经验模型和物理模型的对比。总之，经验模型速度快且简单，无须提供详细的建筑物数据而可以利用一般情况下的经验数据预测建筑物分布，由于它依赖大量的测量数据，因而不能保证预测精度。由于在模型中建筑物和环境是固定的硬件，如果工作频率发生变化，那么模型需要根据建筑物重新校准计算。而物理模型则很好地弥补了这些缺陷，可以拥有更多的参数和范围，可以提供路径损耗、到达角度以及多径之间的相互关系，但是值得注意的是，由于电气特性和详细的结构很难获得，导致很难完成计算并且需要很长的计算时间。

表5.1经验模型和物理模型的对比

经 验 模 型物 理 模 型

优点 计算简单速度快；

 无须提供详细的建筑物数据；

 是一种利用通用的模型预测特殊建筑物的好途径 潜在的高精度： 考虑了实际场景具体情况；

 宽泛的参数范围： 一个模型可以适应不同建筑物类型和宽频率范围；

 可以提供路径损耗、到达角度以及多径之间的相互关系

缺点 精度中等，不能包含具体信息；

 需要大量精确的测量；

 很难分类： 难道所有开放式办公室都是一样的吗？

 应用范围受限： 对于不同工作频率需要全部重新校准

 即使建筑物几何尺寸可以得到，但是电气特性和详细的结构很难获得；

 实施起来比较复杂；

 耗时

　　近年来，移动设备大多在室内使用，室内无线通信迅速发展起来。然而，在满足现代移动用户对室内移动通信的需求方面，传统架构的能力越来越有限。因此，室内无线通信系统的规划和设计变得非常重要，只有遵循合理的科学布局和工程实施方法，才能得到一个性能优良的室内无线通信系统。
　　本书作者Alejandro Aragon-Zavala先生是无线通信领域的专家，在无线设计方面有着非常丰富的经验。室内无线通信方向的参考书籍非常稀少，使得广大工程技术人员在规划和设计时没有太多先例可寻，致使室内无线通信技术从一定程度上来说发展缓慢。本书自出版以来，一直深受国内外读者好评，被认为是室内无线通信方面不可多得的优秀参考书籍。为了进一步促进室内无线通信在我国的发展，同时也得益于清华大学出版社的大力支持和鼓励，我们决定翻译这部优秀作品，将它推荐给我国的广大工程师及高等院校。
　　本书是Alejandro Aragon-Zavala先生在室内无线通信领域多年学习和研究的总结，从建筑物的基本特征和需要设计的传输网络开始描述，涵盖了更加复杂的传播模型和容量计算，最后利用了一个章节来介绍室内无线传输系统的实际设计案例。本书不仅可以作为参与设计和规划室内无线通信系统广大工程技术人员的参考书，也可以作为高等院校相关专业的教材。
　　华东师范大学信息科学技术学院的研究生王博冉、赵亮、孔令强等参与了本书的翻译工作，在此对他们表示衷心的感谢！
　　由于译者水平有限，翻译过程中缺点在所难免，恳请大家对阅读过程中发现的问题能够不吝指正，欢迎各位读者向我们反馈。万分感谢！
　　最后还要感谢清华大学出版社对本书翻译工作的大力支持，感谢各位编辑在翻译和审校等环节的辛勤付出。