无线通信中的极化信息处理 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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郭彩丽，刘芳芳，冯春燕，曾志民 著

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• 无线通信
• 极化
• 信息处理
• 信号处理
• 通信工程
• 电磁场与微波技术
• 无线电技术
• 天线
• MIMO
• 无线网络

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115376855

版次：1

商品编码：11720081

包装：平装

开本：16开

出版时间：2015-07-01

用纸：胶版纸

页数：304

正文语种：中文

编辑推荐

1.在国际上率先深入开展了无线极化信道建模，无线信号极化调制，无线信号极化感知，无线极化频谱共享等一系列新理论和新方法的研究.
2.本书的研究均来自作者从事的实际研究工作，部分内容汇总了所承担的国家自然科学基金“基于认知与极化信号处理的功放能效研究”（项目编号：61271177）和“极化域频谱感知理论与技术研究”（项目编号：60902047）等项目的突出研究成果.
3.该书成果将开创无线通信极化信息处理的新的理论体系，并进一步丰富和完善极化信息处理基础理论。

4.该书的出版有望填补国内外关于无线通信领域极化信号处理研究的空白。

内容简介

极化作为电磁波的固有性质，是线通信可资利用的重要信息。但在线通信中，对这一信息资源研究开发的深度和广度还远远不能与其重要性相称。本书围绕线通信中极化信息处理的理论与技术展开，共分为7章。第1~2章介绍了极化信息处理概况及极化基础理论；第3~6章深入探讨了线通信中极化信息处理的理论和方法，包括极化信道建模，极化调制/解调，极化频谱感知，极化频谱共享等；第7章展示了实验验证平台在极化频谱共享方面的功能和成果。

作者简介

郭彩丽， 2008年6月毕业于北京邮电大学，现在北京邮电大学信息与通信工程学院从事教学与科研工作，IEEE WCM ,IEEE ICC, IEEE Globlecom等通信领域期刊和会议审稿人，中国高科技产业化研究会信号与信息处理专家委员会委员。

内页插图

目录

目录

前言．．． 1
第1章概论 2
1．1 引言 2
1．2 极化的历史 2
1．3 极化信息处理概况 3
1．3．1 雷达通信中的极化信息处理 3
1．3．2 光通信中的极化信息处理 8
1．3．3 卫星通信中的极化信息处理 10
1．3．4 线通信中的极化信息处理 11
1．4 线通信中极化信息处理面临的主要问题 13
参考文献 15
第2章 极化基础理论 19
2．1极化概述 19
2．1．1电磁波基本场方程 19
2．1．2 极化概念与极化椭圆 21
2．2 电磁波的极化表征 27
2．2．1 完全极化波表征 27
2．2．2部分极化波表征 32
2．2．3 瞬态极化波表征 36
2．2．4随机极化波表征 38
2．2．5 电磁波极化表征方法的相互关系 43
2．3极化基及其变换 45
2．4极化时频分布表征 46
2．4．1 电磁波瞬态极化短时傅里叶变换 47
2．4．2电磁波瞬态极化Wigner-Ville分布 48
2．5 任意极化状态的产生 52
2．6极化电波的最佳接收问题 53
2．6．1 任意极化接收原理 54
2．6．2极化匹配与失配 55
参考文献 58
第3章 线极化信道 59
3．1概述 59
3．2经典MIMO信道模型 59
3．3线极化信道模型 61
3．3．1极化信道物理模型 62
3．3．2极化信道解析模型 71
3．3．3标准化工作中的极化信道模型 77
3．4线信道去极化效应分析 82
3．4．1极化相关性与极化功率不平衡 83
3．4．2极化模式色散和极化相关损耗 87
3．5线极化信道未来挑战及研究方向 94
参考文献 95
第4章 线信号极化调制与解调 98
4．1 概述 98
4．2 线信号极化调制解调理论 98
4．2．1极化调制原理 98
4．2．2极化解调原理 100
4．2．3极化调制收发信机设计 102
4．2．4极化调制性能 103
4．3 极化和传统幅-相联合调制解调理论 107
4．3．1联合调制原理 108
4．3．2联合解调原理 109
4．3．3 PAPM收发信机设计 110
4．4 极化调制理论在绿色线通信中的应用 111
4．4．1基于极化调制理论的功放能效优化 112
4．4．2基于联合调制理论的功放能效优化 122
4．4．3基于联合调制理论的多载波系统功放能效优化 128
4．5 线信号极化调制未来挑战及研究方向 134
参考文献 135
第5章极化频谱感知 138
5．1概述 138
5．2极化感知模型 138
5．3极化似然比检验 140
5．3．1基于似然比检验的极化感知 141
5．3．2加性高斯白噪声下的极化似然比检验 144
5．4极化匹配滤波器 147
5．5极化能量感知 149
5．5．1基于能量最优加权的极化感知 149
5．5．2基于虚拟变极化的极化能量感知 153
5．5．3极化能量感知性能仿真分析 156
5．6基于广义似然比检验的极化感知 160
5．6．1 已知， 未知的广义似然比检验 161
5．6．2 已知， 未知的广义似然比检验 162
5．6．3 和 均未知的极化盲感知算法 164
5．6．4感知性能仿真分析 168
5．7基于瞬态Stokes矢量的极化感知 172
5．7．1基于瞬态归一化Stokes矢量的极化感知 172
5．7．2基于瞬态Stokes子矢量的极化感知 177
5．7．3感知性能仿真分析 181
5．8考虑PMD现象的极化感知 183
5．8．1PMD现象及其对感知性能的影响 184
5．8．2频域差分极化感知算法设计 186
5．8．3极化距离方差盲感知算法设计 188
5．8．4感知性能分析 192
5．9非理想噪声下的极化感知 195
5．9．1非理想噪声问题 195
5．9．2非理想噪声下的极化盲感知 196
5．9．3基于预白化的极化感知 198
5．9．4 非理想噪声下的极化感知性能分析 200
5．10考虑空间到达角的极化感知 202
5．10．1极化频谱感知中的到达角问题 202
5．10．2 未知， 和 已知的广义似然比检验 205
5．10．3 和 未知， 已知的广义似然比检验 206
5．10．4 ， 和 未知的广义似然比检验 207
5．10．5感知性能仿真分析 209
5．11未来可能研究方向 211
参考文献 212
第6章线极化频谱共享 216
6．1 概述 216
6．2 基于变极化的极化域频谱共享 216
6．2．1系统及信号描述 216
6．2．2 极化域频谱共享模型 218
6．2．3 基于干扰约束的极化域频谱共享算法(IC-PSS) 220
6．2．4 基于半盲极化适配的极化域频谱共享算法（SBPA-PSS） 222
6．2．5 频谱效率分析 224
6．2．6 仿真分析 227
6．3 基于联合变极化和波束赋形的极化-空域频谱共享 231
6．3．1 系统及信号描述 232
6．3．2 极化-空域频谱共享模型 234
6．3．3 基于联合变极化和波束赋形的极化-空域频谱共享算法 237
6．3．4 理论分析 240
6．3．5 仿真分析 243
6．4 PMD现象下的极化域/极化-空域频谱共享 250
6．4．1 影响PMD现象的因素分析 251
6．4．2 PMD现象对极化频谱共享的影响分析 252
6．4．3 基于子载波分簇的极化频谱共享算法 253
6．4．4 实验和仿真分析 256
6．5 具有极化频谱共享功能的OFDM发射机原理框图设计 259
6．5．1 具有PSS功能的OFDM发射机原理框图 259
6．5．2 具有PSSS功能的OFDM发射机原理框图 260
6．5．3 具有DCPSS功能的OFDM发射机原理框图 261
6．6 极化频谱共享未来挑战及研究方向 263
参考文献 264
第7章基于极化信息处理的线频谱共享系统实验平台 266
7．1 平台结构设计 266
7．1．1 平台网络结构 266
7．1．2 平台节点架构 267
7．2 平台的设计与实现 270
7．2．1 物理层的设计与实现 270
7．2．2 MAC层的设计与实现 273
7．2．3 PHY-MAC接口设计与实现 278
7．3 遇到的问题及解决方法 279
7．3．1 RFX2400子板引入的相位差问题 279
7．3．2 平台发送端相位差校准问题 282
7．3．3 调制/解调方式选择问题 283
7．4 平台测试及分析 284
7．4．1 相位差校准测试及分析 284
7．4．2 任意极化状态的发送和识别测试及分析 285
7．4．3 极化域频谱共享平台的性能测试 286
参考文献 289
附录　英文缩略语 291

前言/序言

《无线通信中的极化信息处理》 核心内容与应用前瞻 本书深入探讨了无线通信领域中极化信息处理这一前沿性理论与技术。在信息传输日益密集、数据需求爆炸式增长的当下，如何高效、可靠地在复杂无线环境中传递信息，成为通信技术发展的核心挑战。极化码（Polar Codes）作为一种能够达到香农容量极限的线性分组码，以其独特的编码构造和译码机制，为解决这一难题提供了革命性的解决方案。 本书旨在为读者提供一个全面且深入的理解，从极化码的基本原理出发，逐步深入到其在现代无线通信系统中的设计、实现与优化。我们将从信息论的基石——香农定理出发，阐释信道容量的概念，并引出极化码的数学基础。随后，将详细介绍极化码的构造过程，包括极化信道的概念、信道极化现象的数学证明，以及如何通过信道极化构建出性能卓越的极化码。读者将学习到极化码的两种主要构造方式：基于高斯近似（GA）的构造和基于蒙特卡洛（MC）的构造，并理解它们各自的优劣及适用场景。 在编码构造之后，本书将重点阐述极化码的译码算法。作为极化码性能的关键，高效的译码算法对于其实际应用至关重要。我们将深入剖析几种主流的极化码译码算法，包括： 连续删除译码（SCD）： 作为最早也是最直观的译码算法之一，SCD在理解极化码译码原理方面具有重要意义。本书将详细介绍其工作流程、复杂度以及在理论性能上的局限性。 广义连续删除译码（GSCD）： 对SCD的改进，GSCD在译码性能上有所提升。我们将分析GSCD的算法细节，以及它如何通过引入更精细的度量来优化译码决策。 贝叶斯近邻传播译码（BP）： BP算法是实现接近理论性能的关键。本书将深入讲解BP算法的原理，包括其在极化码上的具体实现方式，如BP-SCA（Successive Cancellation with Auxiliary）和BP-Fast算法。读者将理解BP算法如何通过迭代信息传递来逼近最优后验概率判决。 串行极化译码（SCL）： SCL算法是当前最受欢迎和性能最优的极化码译码算法之一。本书将详细介绍SCL算法的工作原理，包括其列表译码（List Decoding）的机制，以及如何通过增加列表大小来显著提升译码性能。我们将分析SCL算法的复杂度与性能之间的权衡，并探讨其在实际系统中的应用策略。 改进型SCL算法（如FC-SCL）： 针对SCL算法在长码字和高码率下的性能瓶颈，本书还将介绍一些先进的改进型SCL算法，例如全连接SCL（FC-SCL），分析其优化思路和带来的性能提升。 除了基础的编码与译码，本书还将拓展到极化码在各种先进无线通信场景中的应用，这些场景对通信的可靠性、速率和安全性提出了更高的要求： 5G及未来通信系统： 极化码已经被3GPP标准化，成为5G NR（New Radio）通信系统中的控制信道编码方案。本书将详细分析极化码在5G NR中的具体应用，包括其在物理下行控制信道（PDCCH）和物理上行控制信道（PUCCH）中的编码设计、码率匹配、性能评估等。同时，也将展望极化码在6G及未来通信系统中的潜在发展方向，如与AI、量子通信等技术的融合。 信息论安全（Physical Layer Security）： 在追求通信安全性的同时，物理层安全以其固有的安全机制成为一种重要的补充。本书将探讨如何利用极化码的特性来增强物理层安全性。例如，通过设计安全的极化码，使得合法用户能够可靠地接收信息，而窃听者则难以破译。我们将分析极化码在安全通信协议中的应用，以及其在抵御不同类型窃听攻击方面的潜力。 高效硬件实现： 实际部署的无线通信系统需要高效的硬件实现来满足实时性和功耗要求。本书将探讨极化码的硬件实现挑战，包括译码器的并行化设计、内存访问优化、以及低功耗设计策略。我们将介绍一些经典的硬件架构，例如基于FPGA和ASIC的实现方案，并分析不同算法在硬件实现上的复杂度与性能权衡。 与其他先进编码技术的比较与融合： 在无线通信领域，除了极化码，还有LDPC码、Turbo码等成熟的编码技术。本书将对极化码与LDPC码、Turbo码在性能、复杂度、码率适应性等方面的优劣进行详细比较，帮助读者理解它们各自的适用场景。此外，还将探讨极化码与LDPC码、Turbo码等其他编码技术进行混合编码或联合设计的可能性，以期在特定场景下获得更优的整体性能。 读者对象与价值 本书适合以下读者群体： 高校研究生与博士生： 对信息论、编码理论、通信原理等有浓厚兴趣，希望深入研究极化码及其在无线通信中的应用的研究生和博士生。 通信工程师与研发人员： 致力于无线通信系统设计、优化与实现的工程师，希望了解和掌握极化码这一关键技术，以提升产品性能和技术竞争力。 科研人员： 从事信息论、编码理论、信号处理等相关领域研究的科研人员，可以从中获取最新的研究进展和理论分析。 本书的价值在于： 系统性： 提供了一个从理论基础到实际应用，再到前沿研究的完整知识体系。 前沿性： 聚焦于极化码这一当前通信领域最热门的技术之一，涵盖最新的研究成果和发展趋势。 深入性： 对极化码的编码、译码原理和算法进行了详尽的阐述，并对其在不同应用场景下的挑战与机遇进行了深入分析。 实践性： 关注硬件实现和与其他技术的融合，为实际工程应用提供了理论指导。 前瞻性： 展望了极化码在未来通信技术中的发展潜力，为读者提供了新的研究思路和技术方向。 通过研读本书，读者将能够深刻理解极化信息处理的核心机制，掌握其在不同无线通信场景下的设计与优化方法，并为迎接下一代通信技术的挑战做好准备。本书旨在成为一本权威的参考书，赋能读者在无线通信领域实现更高效、更可靠、更安全的信息传输。

评分☆☆☆☆☆

阅读这本书，就像是在参加一场由顶尖科学家主导的学术研讨会，每一页都充满了智慧的碰撞和思想的火花。作者的写作风格非常鲜明，既有严谨的学术推理，又不乏对未来发展趋势的深刻洞察。他不仅仅停留在描述现有技术，更重要的是，他会引导读者去思考，去预测，去创造。书中对一些前沿研究方向的探讨，例如基于极化的新型调制解调技术，以及如何利用极化信息实现更安全的通信，让我感到耳目一新。我尤其欣赏作者在引用大量经典文献和最新研究成果的同时，依然能保持自己独特的分析视角和论证逻辑。这让我感觉，这不是一本简单的教科书，而是一位资深研究者多年心血的结晶。他鼓励读者质疑，鼓励读者探索，甚至鼓励读者挑战既有的理论。这种开放式的探讨方式，非常有助于激发读者的创新思维，也让我对未来的无线通信技术充满了无限的遐想。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计相当有意思，带着一种未来科技感，银色的主色调搭配抽象的线条，让人一眼就能联想到无线信号的流动和编码。拿在手里，纸张的质感也很棒，厚实而不失柔韧，翻阅起来很舒服，不是那种廉价的印刷品。我最初被这本书吸引，是因为它的标题——“无线通信中的极化信息处理”。这个名字听起来就非常高深，但又充满吸引力。我一直对无线通信技术很感兴趣，特别是那些隐藏在信号背后的奥秘。想象一下，我们每天使用的手机、Wi-Fi，背后都承载着海量的信息，而这些信息又是如何被精确地传输和接收的呢？“极化信息处理”这个词汇，在我脑海中勾勒出一种更精细、更深层次的信号操控方式，可能涉及到电磁波的某种特性，用来承载、过滤或者增强信息。我非常期待这本书能深入浅出地解释这个概念，让我这个业外人士也能窥见其中的门道，明白它在现代通信技术中扮演着怎样的角色。总的来说，从外在的包装到内涵的暗示，这本书都成功地激起了我的好奇心，让我迫不及待地想翻开第一页，开始这段探索之旅。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉，就像是在品味一杯陈年的威士忌，初尝时或许有些苦涩，但细细品味，却能感受到其深厚的底蕴和丰富的层次。它所探讨的“极化信息处理”，绝非仅仅是简单的概念叠加，而是将电磁学、信息论、通信系统等多个学科的知识融会贯通，形成了一套完整而精密的理论体系。作者在阐述过程中，非常注重逻辑的严密性和论证的充分性。他会从最基本的物理原理出发，一步步构建起复杂的数学模型，并通过大量的公式推导和仿真分析来验证理论的正确性。我印象深刻的是，书中对于不同极化状态下信息传输效率的对比分析，以及如何通过优化极化参数来提升系统的性能。这种严谨的科学态度，让我对书中的每一个结论都深信不疑。同时，作者也并没有回避一些技术上的难题和未解决的问题，而是坦诚地与读者分享，并抛出一些开放性的研究方向，这无疑为我们提供了进一步探索的线索。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容，用一种极其严谨和系统化的方式，为我打开了一扇通往信息世界深邃角落的大门。我之前对无线通信的理解，仅停留在“信号传输”这个层面，但这本书通过对“极化信息处理”的细致剖析，让我认识到信号的复杂性和信息承载的多种维度。书中的论述，从基础的电磁波理论入手，逐步深入到各种极化状态的数学模型和物理意义，并详细阐述了如何利用这些极化特性来实现信息的高效传输和鲁棒性。我特别喜欢作者在解释复杂概念时，所采用的比喻和类比，虽然专业术语不少，但总能找到一个切入点，让我能够理解其背后的逻辑。举例来说，书中关于“信息熵”和“信道容量”的讲解，结合了极化信息处理的视角，让我对通信系统的极限有了更直观的认识。它不仅仅是理论的堆砌，更是对实际通信场景中遇到的各种挑战，例如噪声干扰、多径衰落等，提出了基于极化信息处理的解决方案。我发现，原来我们日常使用的无线设备，其背后蕴含着如此精妙的设计原理。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我脑海中对无线通信的认知，已经发生了一次“范式转移”。我曾经认为，无线信号的传输就是一个简单的“点对点”过程，但这本书让我明白，信号的“极化”属性，远比我想象的要重要得多。作者以一种极其清晰和有条理的方式，展示了如何将电磁波的极化特性，转化为一种强大的信息处理工具。他详细介绍了各种极化态的编码方式，以及如何利用这些编码来实现更高效、更可靠的数据传输。我尤其被书中关于“极化复用”和“极化分集”等概念所吸引，这些技术似乎能够突破传统通信的瓶颈，实现更高的频谱利用率和更强的抗干扰能力。而且，作者还联系了实际应用，比如在雷达、卫星通信，甚至在未来的5G、6G通信系统中，极化信息处理所扮演的关键角色。这本书给我最大的启发是，技术的发展往往来自于对基础物理原理的深刻理解和创新应用，而“极化信息处理”正是这样一个典范。