﹝美﹞William C.Y.Lee編

本書是享有盛譽的移動通信專家William C.Y.Lee(李建業)在他1982年出版的《移動通信工程》一書基礎上作了大量修改和補充編寫成的，是一部很有影響的移動通信新著。 　　全書分3個部分，共18章。第1、2章講述移動通信信號環境和統計通信理論；第3、4章描述在不同地形條件下的路徑損耗；第5章介紹了系統RF設計對傳播的影響；第6、7章講述接收信號的包絡和相位特性；第8章至第12章分別介紹調制、分集、合并、信號處理和干擾等技術；第13、14章分別講述信號差錯和話音性能的分析與系統性能；第15章介紹多址方案；第16章闡明了幾個敏感課題概念；第17章提出了幾個新概念；第18章介紹了軍事移動通信。 　　本書對從事移動通信的領導、管理人員、技術人員和大專院校師生都有相當高的參考價值，也可作為教科書和教學輔導書。

William C.Y.Lee（李建業）是在Walnut Creek和California的Airtouch通信公司從事應用研究的副總裁和首席科學家。李建業博士是移動通信領域中最著名的教育家之一，也是由Mc-Graw-Hill出版發行的最暢銷的Mobile Cellular Telecommunications（《移動蜂窩通信》）一書的作者。

目　錄

引言　1

第1章　移動無線電信號環境　15
1.1　移動無線電通信媒介　15
1.2　傳播路徑損耗　19
1.3　由于散射因素引起的多徑衰落　23
1.4　熱噪聲和人為噪聲特性　29
1.4.1　熱噪聲特性　29
1.4.2　人為噪聲特性　31
1.5　時延擴散　34
1.6　相干帶寬　38
1.7　在800～900MHz范圍內的多徑衰落現象　39
練習題　40
參考文獻　42

第2章　統計通信理論　44
2.1　統計方法　44
2.2　平均值　45
2.3　遍歷過程　46
2.4　累計概率分布(CPD)　47
2.5　概率密度函數(PDF)　47
2.5.1　單個變量的PDF　47
2.5.2　兩個變量的聯合PDF　48
2.5.3　邊緣PDF　49
2.5.4　聯合特征函數　50
2.5.5　條件PDF　50
2.6　有效概率密度函數　52
2.6.1　均勻分布　52
2.6.2　高斯分布　53
2.6.3　瑞利分布　53
2.6.4　對數分布　55
2.6.5　二項式分布　56
2.6.6　泊松分布　57
2.7　電平交叉率(LCR)　57
2.8　衰落持續期　60
2.9　相關函數　61
2.9.1　自相關　62
2.9.2　互相關　62
2.10　功率譜密度和連續譜密度　63
2.11　采樣分布　64
2.12　置信區間　67
2.13　差錯概率　68
2.14　脈沖響應測量　69
2.15　均衡器　70
2.15.1　使峰值失真最小(迫零均衡器)　71
2.15.2　使均方誤差最小(MSE算法)　72
2.15.3　構成一個自動均衡器　72
2.15.4　均衡器的討論　72
練習題　73
參考文獻　74

第3章　在平坦地面上的路徑損耗　76
3.1　用模型分析法預測路徑損耗　76
3.1.1　無線電水平線　76
3.1.2　空中反射　77
3.1.3　信號平均　77
3.1.4　終端在移動　77
3.1.5　移動臺天線高度　77
3.1.6　地面波的影響　78
3.2　傳播損耗——在光滑地面上　78
3.3　傳播損耗——在粗糙地面上　81
3.3.1　正態分布的表面特性　83
3.3.2　表面粗糙度是距離的函數　84
3.3.3　地形數據的分辨間隔　85
3.3.4　有效散射地區的分析　85
3.4　雙波模型——解釋移動無線電路徑的損耗和天線高度的作用　87
3.5　計算平均信號強度(本地均值)的規則　90
3.5.1　中值法　90
3.5.2　均值法　90
3.5.3　確定L值　91
3.6　預測傳播路徑損耗的模型　92
3.6.1　用于UHF的預測模型　92
3.6.2　Okumura等人的模型　94
3.6.3　經過不同環境的路徑損耗的通用公式　96
練習題　97
參考文獻　98

第4章　在丘陵地形中的路徑損耗和常用的預測方法　100
4.1　基于模型分析的路徑損耗預測　100
4.1.1　二次反射波存在　101
4.1.2　二次反射波不存在　103
4.1.3　一次反射波不存在　104
4.2　繞射損耗　105
4.3　圓拱形小山的繞射損耗　110
4.4　路徑間隙標準　112
4.5　Lee的宏小區模型　112
4.5.1　人為影響——用不同的方法解釋路徑損耗　113
4.5.2　地形的影響　114
4.5.3　Lee的宏小區預測模型　115
4.6　Lee的微小區模型　116
4.7　建筑物內的預測模型　119
4.7.1　路徑損耗斜率　119
4.7.2　總的接收功率　120
4.8　場強預測的效果　121
4.8.1　街道定向的影響　121
4.8.2　植被的影響　121
4.8.3　隧道內衰減的影響　123
4.8.4　大樓和建筑物的影響　123
4.8.5　路徑損耗和局部均值之間的關系　123
4.9　信號門限的預測　124
4.10　信號覆蓋地域的預測　124
4.10.1　方法Ａ　124
4.10.2　方法B　127
4.10.3　兩種方法的比較　127
4.11　寬帶信號傳播　128
4.11.1　寬帶信號的路徑損耗　128
4.11.2　寬帶的多徑損耗特性　129
練習題　131
參考文獻　132

第5章　系統RF設計對傳播的影響　135
5.1　天線設計的影響　135
5.2　天線方向性的影響　138
5.3　天線方向圖波動影響　140
5.4　高增益天線的影響　144
5.5　移動無線電環境中的電場和磁場的獨立性　145
5.6　無線電波極化的影響　148
練習題　152
參考文獻　152

第6章　接收信號的包絡特性　154
6.1　短時限與長時限衰落的比較　154
6.2　短時限衰落的模型分析　156
6.3　累積概率分布(CPD)　157
6.3.1　來自E場信號r0(t)的CPD　157
6.3.2　H場分量信號的CPD　160
6.3.3　來自定向天線rd(t)的CPD　161
6.3.4　求角電波到達的PDF　161
6.4　電平交叉率(LCR)　162
6.4.1　來自E場信號的re(t)的LCR　163
6.4.2　磁場分量的rhx,rhy的LCR　165
6.4.3　定向天線的rd(t)的LCR166算衰落平均持續時間　169
6.6　基于時間分隔的移動接收信號的包絡相關性　172
6.7　基于時間和空間分隔的移動接收信號的包絡相關性　174
6.8　基于頻率和時間分隔的移動接收信號的包絡相關性　176
6.9　基于頻率分隔的基站接收信號的包絡相關性　178
6.10　功率譜分析　180
練習題　181
參考文獻　181

第7章　接收信號相位特性　183
7.1　與移動無線電信號有關的隨機變量　183
7.1.1　求隨機變量的協方差　183
7.1.2　信號s(t)的功率譜　184
7.1.3　協方差矩陣　188
7.2　相位相關特性　189
7.2.1　ψ(t)的相位相關特性　189
7.2.2　在頻率和時間間隔中的相位相關性　191
7.3　隨機FM的特性　192
7.3.1　隨機FM的概率分布　192
7.3.2　隨機FM的功率譜　193
7.3.3　隨機FM的電平交叉率(LCR)　195
7.4　喀嚦噪聲的特性　197
7.4.1　喀嚦噪聲　197
7.4.2　求p(n, n,ψn,ψn)的過程　198
7.4.3　平均喀嚦聲速率　199
7.5　模擬模型　200
7.5.1　瑞利多徑衰落模擬器　200
7.5.2　多徑衰落和選擇性衰落模擬器　203
練習題　204
參考文獻　204

第8章　調制技術　207
8.1　系統的應用　207
8.2　調頻移動無線電　207
8.2.1　無衰落情況　208
8.2.2　瑞利衰落情況　213
8.3　數字調制　218
8.3.1　無衰落情況　218
8.3.2　衰落情況(移動無線電環境)　222
8.4　恒定包絡調制　224
8.4.1　四相移鍵控(QPSK)　224
8.4.2　交錯四相相移鍵控(OQPSK)　225
8.4.3　π/4-四相差分相移鍵控(π/4-DQPSK)　227
8.4.4　副載波QPSK　228
8.4.5　高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK)　228
8.5　非恒定包絡調制　232
8.6　OFDM調制解調器　234
8.7　擴頻系統　236
8.8　跳頻差分相移鍵控(FH-DPSK)系統　237
8.9　FH-DPSK系統的差錯率和系統效率　240
8.9.1　單有源基站小區內部的干擾　240
8.9.2　多基站小區間干擾　241
8.9.3　多徑衰落環境　243
8.10　頻譜效率和每個小區的信道數　243
8.11　擴頻調制——直接序列(DS)　245
8.11.1　用DS信號降低干擾　246
8.11.2　相關器和瑞克接收機　247
8.12　改進的單邊帶(SSB)系統　247
練習題　248
參考文獻　249

第9章　分集方案　251
9.1　移動無線電系統的功能設計——分集方案　251
9.2　宏觀分集方案——在不同站址上天線的應用　251
9.3　微觀分集方案——應用在同址天線上　252
9.4　空間分集　252
9.4.1　在移動臺　253
9.4.2　在基站　253
9.5　場分量分集　256
9.6　極化分集　257
9.7　角分集　257
9.7.1　在基站　257
9.7.2　在移動臺　258
9.8　頻率分集　260
9.8.1　與頻率統計相關　260
9.8.2　相關性與頻率的關系　261
9.8.3　相干帶寬　262
9.8.4　具有兩個不相干帶寬的兩個頻率　262
9.8.5　具有相干帶寬的兩個頻率　262
9.9　時間分集　263
練習題　263
參考文獻　264

第10章　合并技術　265
10.1　用宏觀分集的合并技術　265
10.1.1　選擇性分集合并　265
10.1.2　用選擇性合并改善平均信噪比　265
10.2　微觀分集的合并技術　267
10.3　預檢測和后檢測合并　267
10.3.1　使用預檢測方法　267
10.3.2　使用后檢測方法　267
10.4　選擇性分集合并　268
10.4.1　第一種情況：所有Γk=Γ　269
10.4.2　第二種情況：γ<<Γk，k=1,…，M　269
10.4.3　第三種情況：ΓM＜γ<<(Γ1，…，ΓM-1)　270
10.4.4　第四種情況：相關信號　270
10.5　轉換式合并　273
10.6　最大比值合并　275
10.6.1　計算概率密度分布　277
10.6.2　特殊情況　279
10.7　等增益合并　282
10.7.1　計算概率密度函數　282
10.7.2　累積概率分布　283
10.7.3　計算電平交叉率(LCR)　284
10.7.4　求出基站站址上的電平交叉率　285
10.7.5　求出在移動臺站址上的LCR(電平交叉率)　288
10.8　饋送合并技術　291
10.9　前饋合并　291
10.9.1　使用無導頻信號　291
10.9.2　延遲信號合并　292
10.9.3　使用具有通信信號的導頻信號　293
10.9.4　另一種導頻信號方法　293
10.10　反饋合并(Granlund合并器)　293
10.11　多支路天線陣的合并技術　294
10.11.1　CNR分析方法　296
10.11.2　累積分布方法　297
10.12　用分集合并減少時延擴展　298
練習題　300
參考文獻　301

第11章　信號處理　302
11.1　移動無線電系統的功能設計——信號問題　302
11.1.1　距離相關因子　302
11.1.2　速度相關因子　303
11.2　比特流波形分析　303
11.2.1　時延擴展相關因子　303
11.2.2　比特流波形的分析　304
11.2.3　隨機數據序列的功率譜密度　305
11.2.4　波形整形　306
11.2.5　雙二進制波形信號　308
11.3　位同步和幀同步　311
11.3.1　位同步　311
11.3.2　幀同步　312
11.4　音節壓縮擴張　314
練習題　316
參考文獻　317

第12章　干擾問題　319
12.1　干擾的影響　319
12.2　同信道干擾　319
12.2.1　無衰落環境　320
12.2.2　瑞利衰落環境　324
12.3　鄰道干擾　327
12.3.1　無衰落環境　327
12.3.2　瑞利衰落情況　329
12.3.3　帶外鄰道干擾　330
12.4　近端遠端比干擾　330
12.5　互調(IM)干擾　331
12.5.1　調幅調相轉換　331
12.5.2　天線端接失配　333
12.5.3　共址發射天線　333
12.6　符號間干擾　334
練習題　336
參考文獻　337

第13章　信號差錯分析與系統性能　339
13.1　系統和信號規范　339
13.1.1　性能規范　339
13.1.2　測試規范　339
13.1.3　等效性能規范　340
13.2　線性分組碼　341
13.2.1　單奇偶校驗檢測碼　341
13.2.2　奇偶校驗檢測矩陣　341
13.2.3　編碼增益　342
13.2.4　編碼強度　343
13.2.5　檢錯和糾錯　344
13.2.6　擦除糾錯(軟判決)　344
13.2.7　檢錯和糾錯算法　344
13.2.8　循環冗余檢測碼(CRC)　345
13.3　卷積碼　346
13.3.1　卷積碼編碼器　346
13.3.2　樹圖　347
13.3.3　格形圖(籬圖)　348
13.3.4　維特比卷積碼的譯碼算法　349
13.4　格形編碼調制(TCM)　349
13.5　信號錯誤類型　352
13.6　基于M分支最大比率合并器的比特差錯分析　354
13.7　衰落對誤字率的影響　355
13.7.1　快衰落條件　355
13.7.2　慢衰落條件　356
13.8　基于大數判決處理減少差錯　357
13.8.1　快衰落條件　357
13.8.2　慢衰落條件　358
13.9　基于相關信號的比特差錯分析　360
13.9.1　快衰落條件　360
13.9.2　慢衰落條件　361
13.10　由于隨機FM引起的不可降低的差錯率　362
13.10.1　DPSK系統　362
13.10.2　數字FM(FSK)系統　362
13.11　由頻率選擇性衰落引起的不可降低的差錯率　363
13.12　非相干匹配濾波器接收機的差錯概率　364
13.13　差分相干接收機差錯概率　367
練習題　370
參考文獻　370

第14章　話音質量分析與系統性能　372
14.1　移動電話的話音特性　372
14.1.1　平均話音功率分布　372
14.1.2　瞬時振幅概率　374
14.1.3　話音功率譜　374
14.2　參數的確定　375
14.3　FM系統中的話音處理　376
14.3.1　預加重和去加重　377
14.3.2　壓擴器：壓縮和擴張　378
14.4　FM系統性能的主觀分析　379
14.4.1　無壓擴器的預加重和去加重　380
14.4.2　有和沒有壓擴時的預加重和去加重　381
14.5　話音信號的數字處理　383
練習題　383
參考文獻　384

第15章　多址(MA)方案　385
15.1　引言　385
15.2　噪聲受限環境　385
15.2.1　C/I＞1系統　386
15.2.2　C/I＜1系統　387
15.3　干擾受限環境　388
15.3.1　在干擾受限環境中的容量　388
15.3.2　C/I＞1系統——FDMA/SDM系統和TDMA/SDM方案　388
15.3.3　C/I＜1系統——CDMA/SDM方案　390
15.4　FDMA、TDMA和CDMA之間無線電容量的比較　392
15.4.1　C/I＜1系統——FDMA和TDMA系統　392
15.4.2　C/I＜1系統——CDMA系統　392
15.4.3　CDMA系統的容量更大　393
15.5　處理增益(P.G.)　394
15.6　蜂窩和PCS頻段中的環境噪聲及其對CDMA系統容量和覆蓋范圍的影響　395
15.6.1　引言　395
15.6.2　理論　395
15.6.3　計算結果　396
15.6.4　結論　398
15.7　CDMA系統抵消干擾的限制　399
15.8　虛擬信道的多址方案　401
15.8.1　ALOHA　401
15.8.2　時隙ALOHA　403
15.8.3　CSMA　403
15.8.4　預約ALOHA　404
15.8.5　PRMA　404
15.8.6　PRMA**405
15.8.7　BTMA　405
15.8.8　CSMA/CD　405
15.8.9　DSMA　405
15.8.10　ISMA　405
15.8.11　RAMA　405
15.8.12　CDPA　405
15.8.13　結論　406
15.9　移動衛星系統　407
15.9.1　GEO、MEO和LEO系統的比較　409
15.9.2　LEO工作的簡述　410
15.9.3　LEO的工作原理　412
15.10　在SDMA系統中同信道干擾的性質　413
15.11　外來干擾容限的要求　415
15.11.1　無線通信系統的設計　416
15.11.2　計算特定的電平X　417
15.11.3　求出容許干擾電平　418
15.11.4　外來系統可容許的最大干擾電平　419
練習題　419
參考文獻　419

第16章　幾個敏感課題概念的闡明　422
16.1　編寫本章的動力　422
16.2　60年代的研究方向　422
16.2.1　移動無線電環境　422
16.2.2　移動無線電環境對信號的影響　423
16.3　AWGN信道　424
16.4　移動無線電的衰落模型　425
16.5　天線高度的影響　426
16.6　路徑損耗預測與本地平均值預測之間的不同　427
16.6.1　路徑損耗曲線的產生　427
16.6.2　路徑損耗的標準偏差　427
16.6.3　本地平均值預測　428
16.6.4　人造建筑物的影響　428
16.7　合并信號分集　429
16.7.1　分集增益　430
16.7.2　分集不改善檢波后合并的C/I　430
16.7.3　分集改善檢波前合并的C/I　430
16.7.4　分集接收與天線陣接收是不同的　430
16.7.5　發射或接收分集　431
16.8　天線高度增益和分集增益　432
16.9　時延擴散Δ　434
16.9.1　時延擴散不影響模擬話音信號　435
16.9.2　對FDMA和CDMA的影響比對TDMA小　435
16.9.3　用分集方案能減小時延擴散　435
16.10　噪聲系數(NF)問題　435
16.10.1　環境噪聲　435
16.10.2　接收機噪聲　436
16.10.3　天線溫度噪聲　437
16.11　功率受限和帶寬受限系統　438
16.11.1　功率受限系統　438
16.11.2　帶寬受限系統　438
16.12　移動臺和便攜臺的覆蓋范圍　439
16.12.1　移動臺的覆蓋范圍　439
16.12.2　便攜臺的覆蓋范圍　439
16.13　射線跟蹤和積木式部件方法　440
16.13.1　射線跟蹤方法　440
16.13.2　積木式部件方法　441
16.14　編碼方案和可變的突發差錯間隔　441
16.15　天線向下傾斜　442
16.15.1　電子向下傾斜　442
16.15.2　機械向下傾斜　443
16.15.3　傾斜天線的影響　446
16.16　互調　446
16.17　移動臺位置　450
16.17.1　基于基站的定位　450
16.17.2　基于移動臺的定位　450
16.17.3　討論　450
16.18　用天線高度的角擴展及其應用　450
練習題　454
參考文獻　454

第17章　新概念　456
17.1　瑞利衰落環境中的信道容量　456
17.1.1　高斯噪聲環境中的信道容量　456
17.1.2　瑞利衰落環境中的信道容量　456
17.1.3　在瑞利衰落環境中具有M支路分集方案時的信道容量　458
17.1.4　極端情況　458
17.1.5　結論　459
17.2　實時運行平均值　460
17.2.1　脫機平均值　461
17.2.2　實時平均值　462
17.2.3　討論　464
17.2.4　無線電通信環境　465
17.3　GSM和CDMA之間的鏈路容量與呼叫中斷的比較　467
17.3.1　乒乓切換的呼叫中斷率　467
17.3.2　求出δ和μ值　468
17.3.3　δ和μ的公式　468
17.3.4　小結和結論　469
17.4　通過蜂窩系統的數據傳輸　469
17.4.1　引言　469
17.4.2　理論推導　470
17.4.3　分析　474
17.4.4　總結　475
17.5　CDMA的多用戶檢測　477
17.5.1　最佳的多用戶干擾抵消　478
17.5.2　連續的干擾抵消　479
17.6　無線本地環路系統的頻譜和技術　480
17.6.1　圖17.14所示出的WLL系統的特征　480
17.6.2　部署無線系統的概念　481
17.6.3　部署WLL系統的考慮　481
17.6.4　計算WLL系統的容量　485
17.6.5　WLL的TDD　488
17.7　小波(Wavelet)表達式　489
練習題　490
參考文獻　490

第18章　軍事移動通信　492
18.1　干擾環境中使用的策略　492
18.1.1　干擾策略　492
18.1.2　電子反干擾(ECCM)技術　492
18.2　擴展頻譜方案——跳頻(FH)　493
18.3　編碼方案　497
18.4　在干擾環境中組合編碼、分集和跳頻　498
18.4.1　二進制R-S碼　498
18.4.2　非二進制R-S碼　503
18.5　自適應天線調零　505
18.5.1　使用自適應天線陣的可能性　505
18.5.2　需要考慮的問題　506
練習題　506
參考文獻　507