移動與無線通信

第一篇 認識電磁波

第1章 認識圍繞著我們的鄰居——電磁波 1

1.1 簡易電磁學 2

1.2 認識電磁波 4

1.2.1 電磁波的來源 4

1.2.2 電磁波的種類 5

1.2.3 電磁波的傳播 5

1.3 從電磁波的應用開始認識無線通信 8

1.3.1 電磁波的應用——衛(wèi)星與太空通信 8

1.3.2 電磁波的應用——數(shù)字電視的原理 10

1.3.3 與個人計算機有關的無線通信小常識 11

1.4 電磁波的生物效應 12

1.4.1 電磁波對人體可能產(chǎn)生的危害 12

1.4.2 如何保護自己免受電磁波的危害 13

1.5 科技新發(fā)展——電磁波屏蔽材料 13

常見問題 14

課后習題 14

第2章 承載信號的傳輸介質 15

2.1 傳輸介質的種類 16

2.2 導向介質 17

2.2.1 雙絞線 17

2.2.2 同軸電纜 19

2.2.3 光纖 20

2.3 非導向介質 25

2.3.1 紅外線 25

2.3.2 無線電微波 25

2.3.3 無線電波 26

2.4 可靠的通信方式 26

常見問題 27

課后習題 27

第二篇 通信的原理與技術

第3章 信號與通信 30

3.1 認識信號 30

3.1.1 信號的特征 31

3.1.2 數(shù)據(jù)與信號之間的轉換 35

3.2 無線通信里使用的信號 36

3.2.1 無線電頻譜 37

3.2.2 有線世界里的無限資源與無線世界里的有限資源 38

3.3 傳輸?shù)臏p損 38

3.3...

3.3.1衰減39

3.3.2延遲失真40

3.3.3噪聲40

3.3.4信道容量與奈奎斯特帶寬41

3.3.5香農(nóng)容量公式41

3.4無線電波傳輸?shù)脑砼c特性43

3.4.1理論上預測的模型——大規(guī)模的傳播模型43

3.4.2理論上預測的模型——小規(guī)模的傳播模型47

3.5無線電信號強度的迷惑56

3.5.1電壓駐波比56

3.5.2EIRP的定義57

3.5.3測量的單位57

常見問題59

課后習題60

第4章隱藏在信號中的信息61

4.1通信信道的特征62

4.1.1頻域的特征62

4.1.2時域的特征63

4.1.3數(shù)字通信信道的基本限制64

4.2數(shù)據(jù)與信號的轉換65

4.2.1數(shù)字數(shù)據(jù)轉換成數(shù)字信號65

4.2.2數(shù)字數(shù)據(jù)轉換成模擬信號66

4.2.3模擬數(shù)據(jù)轉換成數(shù)字信號67

4.2.4模擬數(shù)據(jù)轉換成模擬信號68

4.3調制技術簡介68

4.3.1模擬調制技術69

4.3.2數(shù)字調制技術70

4.3.3數(shù)字調制技術的分類75

常見問題78

課后習題79

第5章通信工程：多路復用與交換80

5.1網(wǎng)絡的形成80

5.1.1交換的起源81

5.1.2交換與多路復用在網(wǎng)絡中扮演的角色82

5.1.3多路復用的起源82

5.2架構網(wǎng)絡的通信技術83

5.2.1多路復用技術84

5.2.2通信的協(xié)調85

5.2.3交換技術85

5.3多路復用與交換的設備87

5.3.1多路復用器87

5.3.2交換機89

5.3.3網(wǎng)絡接口90

5.4容量工程91

5.5移動交換中心92

常見問題93

課后習題93

第6章無線通信的多路訪問技術94

6.1共享傳輸介質的原理95

6.2有趣的隱藏節(jié)點問題97

6.3無線訪問技術簡介98

6.3.1無線多路訪問技術的簡單分類98

6.3.2介質訪問控制協(xié)議99

6.4各種多路訪問技術99

6.4.1頻分多址100

6.4.2時分多址101

6.4.3擴頻多址102

6.4.4空分多址104

6.4.5正交頻分多路復用104

6.4.6其他多路訪問技術107

6.4.7多樣性的概念107

6.5蜂窩系統(tǒng)的容量108

常見問題108

課后習題108

第三篇從有線通信網(wǎng)絡到無線通信網(wǎng)絡

第7章電信網(wǎng)絡110

7.1從我們自己家里的電話談起110

7.2通信系統(tǒng)的架構111

7.2.1通信網(wǎng)絡的由來113

7.2.2通信技術與計算機技術的結合114

7.3通信網(wǎng)絡與電信服務115

7.3.1電信網(wǎng)絡的服務與市場化116

7.3.2國際電信法規(guī)變革一覽117

7.4無線網(wǎng)絡與傳統(tǒng)電話網(wǎng)絡相連118

7.4.1互連的組成119

7.4.2互連的操作119

7.4.3互連的類型119

7.5通信運營商互連120

7.6展望電信網(wǎng)絡的未來120

7.6.1PSTN的發(fā)展120

7.6.2VoIP的原理121

7.6.3無線智能網(wǎng)絡123

7.7企業(yè)電話系統(tǒng)的規(guī)劃124

7.8無線交換機125

7.9無線本地回路126

7.9.1無線本地回路的系統(tǒng)與架構128

7.9.2WLL所采用的各種技術129

7.9.3市場上WLL的設備與系統(tǒng)130

常見問題130

課后習題131

第8章計算機網(wǎng)絡132

8.1數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡模型132

8.1.1通信網(wǎng)絡模型133

8.1.2標準化138

8.2常見的分類法138

8.3局域網(wǎng)139

8.3.1局域網(wǎng)協(xié)議與標準化139

8.3.2共享傳輸介質的原理140

8.3.3局域網(wǎng)的未來發(fā)展141

8.4廣域網(wǎng)141

8.5網(wǎng)絡軟件系統(tǒng)143

8.6鳥瞰計算機網(wǎng)絡世界144

8.7網(wǎng)絡的規(guī)劃145

8.7.1需求分析與環(huán)境評估147

8.7.2規(guī)劃方法149

常見問題150

課后習題151

第9章無線通信網(wǎng)絡152

9.1無線通信的定義與簡單的分類152

9.1.1無線通信網(wǎng)絡簡介153

9.1.2從覆蓋范圍來看無線通信網(wǎng)絡154

9.1.3無線網(wǎng)絡的架構155

9.1.4無線網(wǎng)絡的主要介質156

9.2無線通信網(wǎng)絡的歷史157

9.3無線通信的產(chǎn)品159

9.4無線通信的網(wǎng)絡模型159

9.5無線通信的服務與覆蓋的范圍164

9.6與無線通信相關的標準165

9.7無線通信應用的分類167

9.8無線網(wǎng)絡中的隱私與安全問題167

9.8.1隱私與安全問題168

9.8.2無線病毒的作用168

9.8.3蜂窩手機的危機168

9.8.4與網(wǎng)絡安全相關的協(xié)議168

9.9建立無線通信的背景知識170

常見問題170

課后習題170

第10章無線通信系統(tǒng)的工程實踐172

10.1電路與元件設計的層次172

10.1.1元件173

10.1.2電路174

10.2無線通信系統(tǒng)的設計174

10.3無線通信網(wǎng)絡的工程175

10.3.1無線通信系統(tǒng)的塔臺175

10.3.2基站177

10.3.3天線的作用與種類179

10.3.4天線與基站的外觀184

10.3.5無線通信工程的設計工具186

10.4客戶端設備的演進187

10.4.1手機187

10.4.2個人數(shù)字助理189

10.4.3智能手機與平板電腦189

10.5無線通信網(wǎng)絡的設計實例189

10.5.1網(wǎng)絡設計與構建的實例190

10.5.2無線網(wǎng)橋191

10.5.3無線通信改造工程的實例193

常見問題195

課后習題195

第四篇無線通信的代次發(fā)展

第11章無線通信的代次198

11.1移動通信系統(tǒng)的發(fā)展198

11.2第一代199

11.3第二代199

11.4第2.5代201

11.5第三代202

11.5.1各種已經(jīng)發(fā)展出來的3G標準203

11.5.2開發(fā)3G標準的組織205

11.63.5G206

11.73.75G207

11.8什么是4G208

11.9各代次特征的整理209

11.10無線生活的起源210

11.10.13G/4G網(wǎng)卡上網(wǎng)210

11.10.2如何申請移動寬帶的服務211

11.10.3移動網(wǎng)卡的外觀與安裝211

11.11建立無線通信系統(tǒng)的常識212

11.11.1無線電廣播的原理212

11.11.2電視廣播的原理213

11.11.3家庭無線電服務是什么213

11.12網(wǎng)絡規(guī)劃的實例214

11.13網(wǎng)絡的設計216

11.13.1計算機網(wǎng)絡的設計216

11.13.2網(wǎng)絡設計的方法217

11.14計算機網(wǎng)絡的構建221

11.14.1計算機網(wǎng)絡構建工程221

11.14.2網(wǎng)絡部署以后的工作222

常見問題222

課后習題223

第12章無線廣域網(wǎng)224

12.1個人通信服務224

12.1.1個人通信服務簡介225

12.1.2常見的PCS226

12.2尋呼網(wǎng)228

12.3GSM229

12.3.1GSM的架構229

12.3.2GSM網(wǎng)絡的基本特性231

12.3.3GSM提供的服務232

12.3.4GSM的網(wǎng)絡信令機制233

12.3.5GSM的移動性管理234

12.3.6GSM的漫游機制235

12.3.7GSM網(wǎng)絡的管理與應用236

12.3.8GSM構建的實踐237

12.4CDMA2000239

12.5UMTS網(wǎng)絡240

12.6無線數(shù)據(jù)通信簡介243

12.6.1早期的發(fā)展245

12.6.2分組無線網(wǎng)絡245

12.7蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)246

12.8GSM通用分組無線業(yè)務247

12.8.1GPRS網(wǎng)絡的架構248

12.8.2GPRS手機250

12.8.3連上網(wǎng)絡251

12.8.4GPRS的面面觀252

12.9從CDMA來看無線數(shù)據(jù)通信253

12.10其他無線數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)254

12.11與應用系統(tǒng)相關的協(xié)議255

12.12移動性管理256

12.12.1轉接257

12.12.2漫游管理260

常見問題261

課后習題262

第13章無線局域網(wǎng)263

13.1認識各種與我們切身相關的無線網(wǎng)絡264

13.2IEEE802網(wǎng)絡技術概觀266

13.3802.11網(wǎng)絡的架構268

13.3.1802.11網(wǎng)絡的基本結構269

13.3.2802.11網(wǎng)絡的類型270

13.4802.11網(wǎng)絡的工作方式275

13.4.1802.11的網(wǎng)絡服務275

13.4.2移動性的支持277

13.5無線局域網(wǎng)的應用278

13.5.1應用的分類278

13.5.2Wi-Fi是什么279

13.6802.11WLAN標準的比較280

13.7組成部件281

13.7.1PoE設備281

13.7.2其他常見的附件282

13.8基礎設施設備287

13.8.1無線接入點287

13.8.2無線網(wǎng)橋289

13.8.3無線工作組網(wǎng)橋290

13.8.3無線家庭網(wǎng)關291

13.8.5企業(yè)無線網(wǎng)關292

13.9客戶端設備293

13.9.1薄形卡片293

13.9.2無線網(wǎng)絡的轉換器294

13.9.3支持USB接口的客戶端294

13.9.4傳統(tǒng)的PCI與ISA擴展卡295

13.9.5安裝與設置295

13.10認識Wi-Fi296

13.10.1讓Wi-Fi成為簡易的上網(wǎng)方式297

13.10.2讓Wi-Fi成為安全的網(wǎng)絡通道299

13.10.3移動性的支持300

13.10.4網(wǎng)絡的管理問題301

13.10.5Wi-Fi的商業(yè)模式301

13.10.6認識WISP302

13.10.7企業(yè)對于Wi-Fi的運用302

13.11下一代無線局域網(wǎng)303

13.11.1無線局域網(wǎng)與Wi-Fi的普及303

13.11.2IEEE802.11的發(fā)展經(jīng)過：回顧與整理303

13.11.3進入下一代無線局域網(wǎng)的關鍵技術304

13.11.4延伸學習306

常見問題306

課后習題306

第14章短距離無線通信307

14.1自組網(wǎng)絡308

14.2紅外線309

14.3藍牙的起源311

14.3.1藍牙協(xié)議棧313

14.3.2藍牙技術的使用與管理318

14.3.3藍牙的市場與未來發(fā)展320

14.4認識ZigBee322

14.5專屬短距離通信323

常見問題323

課后習題324

第15章無線寬帶技術325

15.1從固網(wǎng)的概念談起326

15.2固定式的無線通信技術327

15.2.1本地多點分配業(yè)務327

15.2.2多路多點分配業(yè)務330

15.3無線城域網(wǎng)332

15.4無線寬帶技術簡介333

15.4.1無線寬帶技術的發(fā)展334

15.4.2無線寬帶技術的歷史335

15.4.3無線寬帶的市場與應用336

15.5WiMAX與其他無線寬帶技術的比較337

15.5.1蜂窩系統(tǒng)337

15.5.2Wi-Fi系統(tǒng)337

15.5.3其他相關的技術338

15.6無線寬帶系統(tǒng)與WiMAX面臨的挑戰(zhàn)338

15.6.1商業(yè)發(fā)展上的挑戰(zhàn)338

15.6.2技術發(fā)展上的挑戰(zhàn)338

15.7長期演進338

15.7.14G發(fā)展的關鍵角色340

15.7.2從UMTS到LTE340

15.7.3從LTE到LTE-Advanced341

15.7.4技術的特征341

15.8協(xié)同通信與中繼技術343

15.8.1協(xié)同通信343

15.8.2中繼技術343

常見問題347

課后習題347

第五篇移動與無線通信的應用

第16章移動因特網(wǎng)和移動IP350

16.1因特網(wǎng)的由來與簡介350

16.1.1從網(wǎng)絡到因特網(wǎng)351

16.1.2IP地址與域名352

16.1.3TCP/IP網(wǎng)絡協(xié)議353

16.1.4因特網(wǎng)的架構355

16.2因特網(wǎng)的重要協(xié)議與原理356

16.2.1MAC層上的尋址357

16.2.2較高層上的尋址359

16.3因特網(wǎng)中IP地址的概念361

16.3.1IP地址的分級361

16.3.2IP地址與網(wǎng)絡結構的關系362

16.4因特網(wǎng)ARP協(xié)議簡介363

16.4.1為什么要有ARP363

16.4.2沖突域與廣播域的概念366

16.4.3揭開網(wǎng)絡通信的奧秘366

16.5認識路由機制368

16.5.1路由器的種類368

16.5.2路由器作用的原理368

16.5.3路由機制的穩(wěn)定性369

16.6移動因特網(wǎng)370

16.7移動IP與IPv6373

16.7.1移動IP工作的原理373

16.7.2IPv6對于移動計算的支持375

16.8移動IP的研究發(fā)展376

常見問題376

課后習題376

第17章基于位置的服務與移動商務377

17.1“移動定位”的定義377

17.2位置識別技術379

17.2.1定位技術的種類380

17.2.2移動定位系統(tǒng)的類型383

17.2.3移動定位的標準化386

17.2.4定位技術的應用387

17.3LBS應用的實例388

17.4移動商務388

17.4.1電子商務簡介389

17.4.2移動商務的定義391

17.4.3促成移動商務的技術393

17.4.4無店鋪商戶的概念393

17.4.5支持移動商務應用的網(wǎng)絡架構396

常見問題396

課后習題397

第18章射頻識別技術398

18.1射頻識別技術簡介398

18.1.1RFID的概念399

18.1.2RFID標簽401

18.1.3RFID普及面臨的挑戰(zhàn)403

18.1.4思考RFID的應用方向406

18.1.5增廣見聞407

18.2RFID的應用案例409

18.2.1天津海關引入RFID技術409

18.2.2中國物聯(lián)網(wǎng)RFID優(yōu)秀應用案例410

18.3近距離無線通信411

18.3.1技術特征411

18.3.2技術的應用413

常見問題413

課后習題413

第19章無線通信平臺的軟件開發(fā)技術與安全問題414

19.1無線通信的技術與應用415

19.2無限可能的無線通信416

19.2.1移動和無線計算網(wǎng)絡417

19.2.2無線通信服務418

19.3JINI與無線世界418

19.3.1網(wǎng)絡精靈JINI419

19.3.2無線世界422

19.4無線通信的開發(fā)工具423

19.4.1手機上執(zhí)行的程序要如何開發(fā)424

19.4.2J2ME424

19.4.3WAP與WML425

19.4.4i-mode428

19.4.5其他語言與工具428

19.5以WEP為例介紹無線網(wǎng)絡安全429

19.5.1WEP的基本原理430

19.5.2WEP的運行431

19.5.3WEP的問題435

19.6WPA437

19.6.1加密的作用437

19.6.2無線局域通信加密安全的演進437

19.6.3家用的無線路由器438

19.6.4通信安全后操作系統(tǒng)才會安全440

19.7WTLS440

19.8建立安全的網(wǎng)絡商務環(huán)境440

常見問題441

課后習題441

第20章無線通信未來的發(fā)展（4G及以上）443

20.1從應用的趨勢談起444

20.1.1從短信服務到多媒體短信服務444

20.1.2公共無線局域網(wǎng)444

20.1.3移動虛擬專用網(wǎng)絡445

20.1.4移動家庭與移動生活447

20.2政府對于無線與移動通信的推動447

20.3無線傳感器網(wǎng)絡451

20.3.1傳感器網(wǎng)絡的基本概念451

20.3.2傳感器網(wǎng)絡的架構451

20.3.3傳感器網(wǎng)絡的設計452

20.3.4傳感器網(wǎng)絡的協(xié)議453

20.4無線通信的未來456

20.4.1移動通信的代次交替457

20.4.2什么是MMS459

20.4.3無線版權管理460

20.4.4移動學習460

20.5二維碼461

20.6云計算462

20.6.1云計算的層次化架構464

20.6.2云計算的特性465

20.6.3云生活的想象465

20.7認識物聯(lián)網(wǎng)466

20.7.1物聯(lián)網(wǎng)的定義466

20.7.2物聯(lián)網(wǎng)的應用468

20.7.3與物聯(lián)網(wǎng)一起生活的一天469

20.8軟件定義無線電470

常見問題471

課后習題471

參考文獻472 2100433B

移動與無線通信技術的迅猛發(fā)展深刻地影響每個人的生活，本書以通俗易懂的語言，結合最新應用與技術,廣泛且深入地探討核心內(nèi)容。全書共分5篇20章，內(nèi)容包括解析電磁波的秘密：正確認知電磁波的無線通信作用和生物效應；認識無線通信的術語：1G、2G、3G與4G，合作式通信與中繼技術，無線寬帶上網(wǎng)。了解無線通信的環(huán)境：詳解基站、無線基站與天線塔臺等無線通信設施；移動與無線通信的應用： SMS、MMS、MVPN、公共無線局域網(wǎng)絡、WiMAX、LTE、NFC、RFID以及移動商務等相關應用與開發(fā)技術； 移動與無線通信技術：App、移動定位服務或云服務。本書每章前有學習概念的提示，章末附常見問題和課后習題，適合作為移動與無線通信相關課程的教材，也可作為手機應用開發(fā)、云計算課程的教學參考書。

無線通信與遙測OFDM 技術

OFDM 是一種多載波調制技術，它把一個寬帶的頻率選擇性信道劃分為 N 個窄帶平坦衰落信道，從而具有很強的抗多徑衰落和抗脈沖干擾的能力。另外，OFDM 子載波間相互重疊并保持正交，所以頻譜利用率高。在 20 世紀五十年代，美國軍方創(chuàng)建了第 1 個多載波系統(tǒng)，它是 OFDM 的雛形。由于受到技術和器件的制約，在接下來的十幾年中，OFDM 的實踐之路走得比較艱難。1971 年，Weinstein 和 Ebert 提出采用離散傅立葉變換(Discrete Fourier Transform，DFT)和離散傅里葉逆變換(Inverse DFT，IDFT)對 OFDM 進行調制解調，1980 年Peled 和 Ruiz 提出采用循環(huán)保護前綴消除符號間干擾的思路，隨著數(shù)字器件的飛速發(fā)展，快速傅里葉變換(FastFourier Transform，F(xiàn)FT)的實現(xiàn)已變得非常容易，其他一些在實現(xiàn)中難以克服的困難也得到了相應的解決，至此，OFDM 走上無線通信的舞臺。到 20 世紀 90 年代，OFDM 開始被歐洲和澳大利亞應用于數(shù)字音頻廣播(Digital AudioBroadcasting，DAB)、高清晰度數(shù)字電視(High-Definition TV，HDTV)和無線局域網(wǎng)(Wireless Local Area Network，WLAN)。目前，OFDM 已廣泛應用于 WiFi,WiMAX，并作為第 4 代無線寬帶多媒體通信系統(tǒng)的主流技術。OFDM 由于其子載波的正交性，導致對于頻偏非常敏感。所以頻偏估計成為 OFDM 的一個關鍵技術，針對這一問題，研究人員進行了大量的研究，提出了許多解決方案。從文獻中可以看出，已有的頻偏估計算法可以分為兩大類，一類是數(shù)據(jù)輔助的估計算法，利用導頻或單獨的訓練符號估計頻偏，這類估計算法性能良好且計算量較小，但是會浪費寶貴的帶寬資源。這類算法的研究已經(jīng)比較完善，不論是算法性能，還是計算復雜度，都足以滿足工程應用的要求。目前關于這類算法的研究大多屬于錦上添花或者只追求學術價值；另一類是盲估計算法，這類算法一般性能較差且計算量大，但是它們具有帶寬利用率高，信號不容易被截獲的優(yōu)點。這類算法的研究還不是很完善，尋找可以與數(shù)據(jù)輔助類算法相比擬的盲估計算法是研究人員奮斗的目標。另外，由于 OFDM 信號是由許多獨立調制的子載波疊加而成，這就有可能在某個時刻出現(xiàn)一個很大的峰值功率，導致峰均功率比問題，即 PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)，這是 OFDM 的另一個關鍵問題。由于峰值功率過高，對功率放大器動態(tài)范圍要求很高，提高了整個系統(tǒng)的成本。若峰值功率超過功放的線性放大范圍，就會引起線性失真。目前，已有大量 PAPR 抑制算法，具有代表性的方法有剪波法，壓擴變換法，加擾方法以及編碼的方法。剪波法實現(xiàn)簡單，能將 PAPR 壓得很低，但是會帶來非線性失真，導致性能惡化；壓擴變換法抑制效果好，且實現(xiàn)簡單，但也會帶來非線性失真，導致性能惡化；加擾是一種無失真 PAPR 抑制方法，但是計算量大，PAPR 改善有限；編碼的方法可以很好地抑制 PARR，但是隨著子載波個數(shù)的增加，計算量呈指數(shù)增長，所以只適合子載波數(shù)較小的情況。總之，目前還沒有一個既簡單而且性能良好的 PAPR 算法，為了解決這一問題，研究人員把注意力集中到功放的線性化——數(shù)字預失真技術(Digital Pre-Distortion，DPD)上來，將 PAPR 抑制與 DPD 綜合考慮，這一思路應該是解決 PAPR 問題的最好途徑。

無線通信與遙測SC/FDE 技術

為了解決 OFDM 的 PAPR 以及頻偏敏感的問題，研究人員提出 SC/FDE 技術，然而開始并未受到重視。直到1995 年，Sari 等人對 SC/FDE 技術進行研究，發(fā)現(xiàn) OFDM 與 SC/FDE 之間具有驚人的相似性，從此 SC/FDE技術漸漸受到關注。它的原理是在發(fā)射端，它省去了 IFFT 處理，簡化了發(fā)射端結構，也避免了產(chǎn)生大 PAPR 的問題；在接收端，通過 FFT 將信號變換到頻域，進行簡單的頻域均衡(因為頻域均衡可以省去卷積運算，實現(xiàn)簡單)，然后再通過 IFFT 變換到時域。與 OFDM系統(tǒng)相比，它不但降低了 PAPR 和功放的線性要求，而其對頻率偏移和相位噪聲的敏感程度遠遠小于 OFDM 系統(tǒng)。此外，它依然具有和 OFDM 系統(tǒng)相同的頻域均衡性能，而且它也可以與 MIMO 技術結合，組成 MIMO-SC/FDE 系統(tǒng)。由于它具有優(yōu)良的性能，而且處理方式和 OFDM 非常相似，2003 年 4 月出臺的 IEEE 802.16a 標準規(guī)定了 OFDM 系統(tǒng)和 SC/FDE 系統(tǒng)兩種傳輸模式。在 B3G/4G 的上行鏈路中，也準備采用此項技術。對于 SC/FDE 的研究，主要集中在 MIMO-SC/FDE 上。

無線通信與遙測MIMO 技術

MIMO 技術是指使用多個相關或者不相關的發(fā)送天線或者接收天線的技術，通常有單發(fā)多收(SIMO)、多發(fā)單收(MISO)和多發(fā)多收(MIMO)等幾種形式，它是繼時域、頻域之后，人們從空域開發(fā)的一項新技術。MIMO 最早是由 Marconi 于 1908 年提出。到 20 世紀 90 年代中后期，Bell 實驗室取得了一系列的研究成果，主要包括：Foshinia 與 Telatar 等人從理論上證明了收發(fā)兩端均使用多個天線，可以使通信鏈路容量成倍增加。即在 Nt發(fā)射天線，Nr 接收天線的 MIMO 系統(tǒng)中，信道容量隨 min[Nt, Nr]線性增加。Foshinia于 1996 年首先提出了分層空時編碼技術，頻譜效率可達到 40 bps/Hz 以上。1998 年，Tarokh 等人提出了空時分組編碼技術。這些研究成果對 MIMO 的研究起了很大的推動作用，開創(chuàng)了無線通信的一場新的技術革命。之后，全世界許多學術機構、大公司對 MIMO 都給予了極大的關注，并投入大量人力財力去研究，使得 MIMO 得到了飛速發(fā)展。目前，3GPP 在標準中已經(jīng)加入了 MIMO 技術，在無線寬帶接入領域，如 802.16e,802.11n,802.20 等都采用了 MIMO 技術。人們普遍認為，在 4G 中 MIMO 是一項必選技術。對于 MIMO 的研究，主要集中在發(fā)射分集和空間復用、數(shù)字波束形成(Digital Beam Forming，DBF)、空時編碼(Space-Time Coding，STC)、信道估計、自適應編碼調制(Adaptive Modulation and Coding，AMC)以及多用戶 MIMO 系統(tǒng)等方面。

無線通信新技術的不斷涌現(xiàn)，推動了遙測技術的發(fā)展。在國際遙測會議 (ITC)中，關于 OFDM,MIMO,MIMO-OFDM 的論文逐年增多。2003 年，加拿大太平洋微波研究中心 Durso報告了他們實驗室的研究成果，他們將 OFDM 技術應用于戰(zhàn)術無人機遙測鏈路，采用編碼 OFDM(COFDM)技術，子載波采用 QPSK 或者16-QAM，信號帶寬 8 MHz，根據(jù)不同的編碼效率與子載波調制方式，傳輸速率為 5 Mbps~20 Mbps，該系統(tǒng)可以有效地對抗多徑干擾，而且可以進行非視距通信。2005 年，國際遙測會議專門設立一個議題討論提高遙測頻譜效率(T&E/S&T Spectrum Efficient Technology)，在這個議題中，美國噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory，JPL)Darden認為在遙測鏈路中，OFDM 是一種先進的技術。Tian 等人將 OFDM 技術用于飛行器電力線高速數(shù)據(jù)傳輸，可以節(jié)約飛行器儀器之間電纜的數(shù)量。2008 年，Lu 與 Roach 等人分析了物理層采用 OFDM 的iNET (增強遙測綜合網(wǎng))性能，并對系統(tǒng)進行了實驗室的測試。2009 年，Ehichioya 與Kamirah研究 OFDM 在航空遙測信道的性能，說明 OFDM 在航空遙測中具有優(yōu)勢。

對于 MIMO 技術的關注，是從 2002 年開始，Jensen 等人研究了空時編碼，并針對航空遙測信道進行了分析。在后面的幾年里，越來越多的遙測研究人員開始關注 MIMO。在 2006 年遙測會議上，組委會專門設計一個議題，交流 MIMO 技術，在 2007 年、2009 年都專門設置分會場討論 MIMO 技術。在 2006 年，美國密蘇里州科技大學遙測學術中心 Chris Potter 等人就開始研究 MIMO 技術，在隨后的幾年中，他與自己導師 Kosbar 每年都在遙測會議上展示他們的研究成果。到 2009 年，他們成功地將 MIMO 應用于航空遙測中，開發(fā)了 1 套 2×2 的MIMO 系統(tǒng)，機上 2 個天線，地面 2 個天線。對于 MIMO，就技術而言，主要集中在信道估計、空時編碼。

從已有的報道來看，目前 OFDM、MIMO 技術在遙測領域的研究和應用主要集中在航空遙測。在航空信道下，當飛行器距離較遠時，受到地球曲率半徑的影響，導致天線仰角很低，此時，地面與山體等反射都進入天線的主波束內(nèi)，形成多徑干擾，而且飛行器需要傳輸大量視頻數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)率高。另外航空信道下的飛行器能源是可以補給的，可采用功率較大的發(fā)射功率。所以在航空遙測領域，OFDM 技術有著廣泛的應用前景。在衛(wèi)星、飛船等遙測中，OFDM、MIMO 的研究和應用還未見報道。這些飛行器能量由電池提供，發(fā)射功率非常有限，功率放大器為非線性，況且衛(wèi)星、飛船基本上不存在多徑干擾，是一個理想的加性高斯白噪聲(Additive White Gaussion Noise，AWGN)信道，就目前而言，不宜采用 OFDM 技術。但是不論是航空遙測，還是衛(wèi)星遙測，使用 MIMO 技術都可以提高信道容量，節(jié)約功率，提高傳輸?shù)目煽啃?，所?MIMO 在遙測領域的應用具有很大潛力。對于 SC-FDE技術，在遙測會議中未見報道，但是根據(jù)它的特點以及優(yōu)異的抗多徑性能，在航空遙測、導彈遙測等存在嚴重多徑干擾的信道下，是一種魯棒的遙測體制，很有必要深入研究。