本書以無線，網絡為研究背景，對目前主要的無線網絡和定位技術做了系統(tǒng)而全面的闡述。本書展示了廣域網、局域網和個域網中用來提供無線接入和定位的基礎設施設計和部署原則。*部分（第2章至第4章）介紹了傳輸和接入基礎，講解了無線媒體的特點，詳細論述了無線網絡物理層特性和媒體接入方法。第二部分（第5章至第7章）詳細介紹了網絡底層設計的原理，深入闡述了無線網絡的應用、操作及安全問題。第三部分（第8章至第10章）概括了無線局域網絡接入技術，其中詳細介紹了無線局域網、低功率傳感器網絡及無線以太網接入技術。第四部分（第11章至第13章）論述了無線廣域網接入技術，內容涵蓋TDMA蜂窩網、CDMA蜂窩網、OFDM和MIMO蜂窩網。第五部分（第14章至第16章）詳細介紹了無線定位技術，在引入地理位置信息系統(tǒng)的基礎上，詳細介紹了射頻定位的基本原理，*后闡述了實際應用中的定位技術。本書通過實際案例和圖表對原理、標準與核心技術進行了輔助說明，并設計了具有針對性的習題、思考題以供讀者參考學習，學生可以利用MATLAB進行仿真來解決這些問題。
譯者序
我們很高興向各位讀者推薦Pahlavan教授的新書《無線接入與定位原理與技術》。
Kaveh Pahlavan教授是國際上知名的無線網絡與定位技術專家。他是美國伍斯特理工學院無線信息網絡研究中心主任，電子與通信工程系教授和計算機系教授，他也是芬蘭奧盧大學電信實驗室和無線通信中心的訪問教授。他的研究領域是基于位置感知的寬帶傳感器和自組織網絡，出版了多部有關無線網絡的書籍。
本書凝聚了Pahlavan教授的研究精華。在書中，他以多年深厚的無線網絡研究功底為依托，對目前主要的無線網絡和定位技術進行了系統(tǒng)而全面的闡述。本書分析了廣域網、局域網和個域網中用來提供無線接入和定位的基礎設施設計和部署原則。本書第一部分講解了無線媒體的特點，詳細論述了無線網絡物理層特性和媒體接入方法。第二部分探討了網絡底層設計的原理，深入闡述了無線網絡的應用、操作及安全問題。第三部分則概括了無線局域網絡接入技術，其中詳細介紹了無線局域網、低功率傳感器網絡及無線以太網接入技術。第四部分論述了無線廣域網接入技術，內容涵蓋TDMA蜂窩網、CDMA蜂窩網、OFDM和MIMO蜂窩網。第五部分詳細介紹了無線定位技術，在引入地理位置信息系統(tǒng)的基礎上，詳細介紹了射頻定位的基本原理，最后闡述了實際應用中的定位技術。本書通過實際案例和圖表對原理、標準與核心技術進行了輔助說明，并設計了具有針對性的習題、思考題以供讀者參考學習，學生可以利用MATLAB仿真來解決這些問題。本書可用作高年級信息與通信工程專業(yè)本科生、研究生的教材，對從事無線通信、網絡研究的教學和科研人員及工程技術人員也有很好的參考價值。同時適合對無線通信和網絡相關領域感興趣的讀者自學。
本書第1章、第11章和第12章由王海翻譯，第2章至第5章由郭艷翻譯，第6章由胡磊翻譯，第7章由秦恒加翻譯，第8章和第9章由陳涓翻譯，第10章由莊潔瓊翻譯，第13章由謝劼劼翻譯，第14章由連良翻譯，第15章由蘇國強翻譯，第16章由王玉鑫翻譯。全文由王海、張娟統(tǒng)校。
由于譯者水平有限，本書中翻譯錯誤和不當之處在所難免，敬請讀者提出寶貴意見。來信請寄haiwang@ieee.org。
前言
工科領域正在經歷一場變革，即從傳統(tǒng)的目標式課程教學向多學科課程和交叉學科研究領域遷移，以培養(yǎng)學生的創(chuàng)新和創(chuàng)業(yè)能力。這一現(xiàn)狀需要更加頻繁的課程更新和調整，以項目為導向提供教學內容，以及在研究課題里形成跨學科協(xié)作的能力。這種形式的成功轉型需要創(chuàng)業(yè)精神以及前瞻能力，以適應這些頻繁的變化和業(yè)界的經驗，將變革引向新興的交叉學科領域。無線接入和定位是在過去幾十年里出現(xiàn)的一個極好的樣板，它是多學科研究和學術領域融合的標桿。無線接入和定位的教學內容包含諸如信號處理、數(shù)字通信、排隊論、檢測和估算理論，以及導航等多個學科。無線接入和定位的課程內容對傳統(tǒng)的電子和計算機工程（ECE）與計算機科學（CS）學生以及新出現(xiàn)的多學科交叉領域如機器人和生物醫(yī)學工程，甚至傳統(tǒng)的機械和土木工程領域都有益處。傳統(tǒng)的機械和土木工程也像ECE一樣，正在向交叉學科課程遷移。未來網絡物理系統(tǒng)在這些多學科和交叉學科領域的工程項目里將起到重要的作用，無線接入和定位在將所有這些系統(tǒng)集成在一起時至關重要。因此，有必要在院校里開設課程，采用詳細的教材實施無線接入和定位原則這一多學科課題的教學。
要準備一本適合在院校教學的涉及多學科領域的課程教材，需要從多個學科的大量實踐環(huán)節(jié)里選擇適合的內容，從而給用戶一個直觀的感受，以了解這些學科是如何工作和互相交互的。在本書中，為了達到此目標，我們將描述重要的無線組網標準和定位技術，從邏輯上厘清其潛在的科學和工程問題，同時詳細描述成功轉化為實際應用的科學和工程案例。在一個擁有紛繁多樣技術規(guī)則的多學科領域里選擇詳細的技術素材非常具有挑戰(zhàn)性，尤其是在教授無線接入和定位這一領域時更是如此，因為在這個領域里，課堂上需要掌握的重點技能隨時間在不斷變更。
20世紀90年代，無線信息網絡的成功催生了一系列介紹廣域和局域無線網絡的教科書\[Pah95，Goo97，Wal99，Rap03，Pah02\]。這些教材的技術重點放在描述廣域蜂窩網絡和無線局域網絡，由電氣工程和計算機工程領域的教授編著，不同程度地側重于無線網絡的底層問題以及系統(tǒng)工程方面實現(xiàn)細節(jié)的描述。在過去十年里，無線定位的重要作用越來越凸顯，而前述教材卻沒有將無線定位技術的細節(jié)作為重點。因此，目前尚沒有一本教材綜合講述無線接入和定位技術。無線接入和定位在應用以及設計和工作模式上高度相關，在理解物理層實現(xiàn)和理解無線電波的環(huán)境傳播原理上，兩種技術均有非常多的共同點。
本書詳細闡述了無線接入和定位技術。本書的新穎之處在于重點研究了在不同網絡里的無線電傳播與物理層問題，這些問題與如何形成和發(fā)送分組、接收到的信號如何被用作無線電定位有關。本書的結構和順序最初來源于第一作者在馬薩諸塞州伍斯特工學院（WPI）為研究生院授課時使用的系列講稿，名為無線接入與定位。第一作者還在不同的會議和大學里講授過這兩個專題的短課程。本書的合著者在匹茲堡大學為信息科學和電信專業(yè)的一年級研究生和低年級/高年級本科生講授過書中部分內容。
本書的結構組織如下。首先概述基于公共交換電話網（PSTN）以及基于因特網的用于傳輸面向話音和面向數(shù)據(jù)信息的無線接入技術發(fā)展，然后概述無線定位技術。接下來分為四個部分，每個部分包含數(shù)章。第一部分包含第2章到第4章，解釋了無線網絡物理層的設計和分析原則。在第2章中，我們在該部分的開頭描述了無線信道在室內和市區(qū)內的多徑傳輸特性，這一特性對于新出現(xiàn)的智能無線終端的無線接入和定位都適用。然后解釋了信號的多徑到達將如何影響波形的傳輸，從而影響無線接入和定位。在第3章、第4章中，我們將分別討論比特信息如何傳輸，以及分組信息如何形成并傳輸。本書的第二部分專門討論設計無線網絡基礎設施的原則，本部分包含三章，即第5~7章，分別講述這些網絡的部署、運行和安全。
第三部分專門討論無線局域接入技術。本部分的章節(jié)覆蓋了傳統(tǒng)的無線局域網（第8章）和低功率傳感器技術（第9章）以及面向吉比特無線接入的技術（第10章）。本書的第四部分描述了廣域無線蜂窩網采用的技術，其中的三章分別討論TDMA技術（第11章），CDMA技術（第12章），以及在2G、3G和4G蜂窩網絡中使用的OFDM/MIMO技術（第13章）。第五部分討論無線定位技術，其中的三章分別描述系統(tǒng)問題（第14章）、無線定位的原則（第15章）以及這些技術的實用問題（第16章）。
本書的結構劃分，使得不同學科的教師能夠靈活地選取必需的教學內容。我們認為，對于學生來說難點在于第2~5章以及第15、16章，這些章節(jié)概括性地提供了各種技術和算法的數(shù)學描述。本書的其余章節(jié)從數(shù)學上看起來簡單一些，但是包含了系統(tǒng)如何工作的更多細節(jié)。為了使學生更容易理解難點部分，教師可以對這些主題適當進行穿插融合。舉例來說，本書的第一作者曾經在本科生的一門無線網絡課程中講授了相似的內容：
首先介紹信道行為（第2章），接下來在講解TDMA蜂窩網絡（第11章）之前介紹了指定的接入方法（第4章），然后，介紹擴頻調制和編碼技術（第3章）以及CDMA蜂窩網絡（第4章和第12章的一部分），最后在論述無線局域網（第8章）之前先講述了多維星座圖（第3章）。他所開的關于無線接入和定位的新研究生課程則深入闡述第1~5章和第14~16章。
實際上，我們相信這是一個能夠幫助學生理解無線接入與定位基礎概念的有效方法。因此，根據(jù)對內容的取舍、所涵蓋范圍的深度和學生、老師的不同背景，本書可以用作為計算機科學、電子與通信工程、機器人、生物醫(yī)學、機械或土木工程高年級本科生以及一、二年級研究生開設的一門或兩門系列課程的教材。
作者第一次產生編寫本書的想法是在2007年，當時要修訂作者以前出版的Principles of Wireless Network： A unified Approach一書，將其擴展以包含新出現(xiàn)的無線定位技術。當本書于2013年新年前剛剛完成時，我們發(fā)現(xiàn)本書已經與前書有了本質的區(qū)別，因此決定將其作為一本獨立的書籍出版，并給其起了一個更恰當?shù)臅稛o線接入與定位原理與技術》。
本書第一作者的大部分寫作是其2011年春季學期離開馬薩諸塞州伍斯特市的伍斯特理工學院，而在馬薩諸塞州劍橋市的哈佛大學工程和應用科學學院渡過的學術假期里完成的。在此對伍斯特理工學院和哈佛大學給他提供這一機會表示深深感謝。特別感謝哈佛大學的Vahid Tarokh教授及時地安排訪學，感謝哈佛大學工程和應用科學學院院長Cherry A.Murray批準作者的訪學。同時也感謝WPI ECE系主任Fred Looft教授，以及WPI的John A. Orr 教務長，感謝他們對作者在學術假期里從事本書撰寫的支持。
有關定位和體域網的大量新素材取自于WPI無線信息網絡研究中心（CWINS）學生的研究工作。我們非常有幸感謝這些學生和同事的貢獻，以協(xié)助我們理解無線信道的特點及其在無線接入和定位技術上的應用。作者要特別感謝CWINS的Xinrong Li 博士、Bardia Alavi博士、Nayef Alsindi博士、Mohammad Heidari博士、Ferit Akgul 博士、Muzzafer Kannaan博士、Yunxing Ye博士和Umair Kan，WPI的Sergey Makarov教授、Turfs 大學的Pratap Misra教授，以及Ted Morgan先生和Skyhook 無線通信公司的Farshid Alizadeh博士，他們直接或間接地幫助作者擴展了這方面的知識，并協(xié)助作者明晰了在準備本書新素材上的思路。我們還需要特別感謝美國國家科學基金會（NSF），國防遠景研究規(guī)劃局（DARPA），國家標準和技術委員會（NIST）、國防部（DoD）以上均是美國的機構
Kaveh Pahlavan，伍斯特理工學院電子與通信工程系教授，計算機系教授，以及無線信息網絡研究中心主任。也是芬蘭奧盧大學電信實驗室和無線通信中心的訪問教授。研究領域包括位置感知的寬帶傳感器和ad hoc網絡。無線信息網絡國際雜志的創(chuàng)始人和主編，該期刊于1994年創(chuàng)刊，是當代無線網絡的首個專業(yè)雜志。Prashant Krishnamurthy，美國匹茲堡大學電信與網絡研究生項目副教授。研究興趣包括無線網絡安全，無線數(shù)據(jù)網絡，無線網絡的定位。已撰寫大量期刊論文。
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