推荐一本好书WIRELESS COMMUNICATIONS

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WIRELESS COMMUNICATIONS
Andrea Goldsmith
Stanford University
目录
1 Overview ofWireless Communications 1
1.1 History of Wireless Communications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Wireless Vision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.3 Technical Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.4 Current Wireless Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4.1 Cellular Telephone Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.4.2 Cordless Phones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.4.3 Wireless LANs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.4.4 Wide Area Wireless Data Services . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4.5 Broadband Wireless Access . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.6 Paging Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.7 Satellite Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.4.8 Low-Cost Low-Power Radios: Bluetooth and Zigbee . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.4.9 Ultrawideband Radios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.5 The Wireless Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.5.1 Methods for Spectrum Allocation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.5.2 Spectrum Allocations for Existing Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.6 Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2 Path Loss and Shadowing 24
2.1 Radio Wave Propagation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2 Transmit and Receive Signal Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.3 Free-Space Path Loss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.4 Ray Tracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4.1 Two-Ray Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4.2 Ten-Ray Model (Dielectric Canyon) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.4.3 General Ray Tracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.4.4 Local Mean Received Power . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.5 Empirical Path Loss Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
2.5.1 The Okumura Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.5.2 Hata Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
2.5.3 COST 231 Extension to Hata Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.5.4 Piecewise Linear (Multi-Slope) Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.5.5 Indoor Attenuation Factors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
2.6 Simplified Path Loss Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
2.7 Shadow Fading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.8 Combined Path Loss and Shadowing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.9 Outage Probability under Path Loss and Shadowing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.10 Cell Coverage Area . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
3 StatisticalMultipath Channel Models 58
3.1 Time-Varying Channel Impulse Response . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
3.2 Narrowband Fading Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.2.1 Autocorrelation, Cross Correlation, and Power Spectral Density . . . . . . . . . . . . . . 64
3.2.2 Envelope and Power Distributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.2.3 Level Crossing Rate and Average Fade Duration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
3.2.4 Finite State Markov Channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
3.3 Wideband Fading Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
3.3.1 Power Delay Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
3.3.2 Coherence Bandwidth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
3.3.3 Doppler Power Spectrum and Channel Coherence Time . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.3.4 Transforms for Autocorrelation and Scattering Functions . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.4 Discrete-Time Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
3.5 Space-Time Channel Models . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
4 Capacity ofWireless Channels 91
4.1 Capacity in AWGN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.2 Capacity of Flat-Fading Channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.2.1 Channel and System Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.2.2 Channel Distribution Information (CDI) Known . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.2.3 Channel Side Information at Receiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
4.2.4 Channel Side Information at Transmitter and Receiver . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.2.5 Capacity with Receiver Diversity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.2.6 Capacity Comparisons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
4.3 Capacity of Frequency-Selective Fading Channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.3.1 Time-Invariant Channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
4.3.2 Time-Varying Channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108
5 Digital Modulation and Detection 116
5.1 Signal Space Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
5.1.1 Signal and System Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
5.1.2 Geometric Representation of Signals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
5.1.3 Receiver Structure and Sufficient Statistics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.1.4 Decision Regions and the Maximum Likelihood Decision Criterion . . . . . . . . . . . . 124
5.1.5 Error Probability and the Union Bound . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
5.2 Passband Modulation Principles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.3 Amplitude and Phase Modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
5.3.1 Pulse Amplitude Modulation (MPAM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
5.3.2 Phase Shift Keying (MPSK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
5.3.3 Quadrature Amplitude Modulation (MQAM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
5.3.4 Differential Modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
5.3.5 Constellation Shaping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.3.6 Quadrature Offset . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
5.4 Frequency Modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
5.4.1 Frequency Shift Keying (FSK) and Minimum Shift Keying (MSK) . . . . . . . . . . . . . 142
5.4.2 Continuous-Phase FSK (CPFSK) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
5.4.3 Noncoherent Detection of FSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
5.5 Pulse Shaping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
5.6 Symbol Synchronization and Carrier Phase Recovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.6.1 Receiver Structure with Phase and Timing Recovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148
5.6.2 Maximum Likelihood Phase Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 150
5.6.3 Maximum Likelihood Timing Estimation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
6 Performance of Digital Modulation overWireless Channels 159
6.1 AWGN Channels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.1.1 Signal-to-Noise Power Ratio and Bit/Symbol Energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159
6.1.2 Error Probability for BPSK and QPSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
6.1.3 Error Probability for MPSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
6.1.4 Error Probability for MPAM and MQAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163
6.1.5 Error Probability for FSK and CPFSK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.1.6 Error Probability Approximation for Coherent Modulations . . . . . . . . . . . . . . . . 166
6.1.7 Error Probability for Differential Modulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
6.2 Alternate Q Function Representation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.3 Fading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
6.3.1 Outage Probability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
6.3.2 Average Probability of Error . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
6.3.3 Moment Generating Function Approach to Average Error Probability . . . . . . . . . . . 171
6.3.4 Combined Outage and Average Error Probability . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
6.4 Doppler Spread . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
6.5 Intersymbol Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7 Diversity 190
7.1 Realization of Independent Fading Paths . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
7.2 Receiver Diversity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
7.2.1 System Model . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
7.2.2 Selection Combining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
7.2.3 Threshold Combining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
7.2.4 Maximal Ratio Combining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
7.2.5 Equal-Gain Combining . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
7.3 Transmitter Diversity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
7.3.1 Channel Known at Transmitter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
7.3.2 Channel Unknown at Transmitter - The Alamouti Scheme . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
7.4 Moment Generating Functions in Diversity Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
7.4.1 Diversity Analysis for MRC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
7.4.2 Diversity Analysis for EGC and SC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
7.4.3 Diversity Analysis for Noncoherent and Differentially Coherent Modulation . . . . . . . . 209
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总体看来是很不错的一本，但是需要有一定的英语基础