射频和无线技术PDF电子书下载

第1章　射频和无线技术综述 1

1.1　无线通信简史 1

1.2　我们身在何处 3

1.2.1　固定位置系统 4

1.2.2　局域系统 5

1.2.3　广域系统 6

1.2.4　应用 7

1.2.5　我们将走向何方 8

1.3　结论 11

1.4　参考文献 11

第2章　通信协议与调制 12

2.1　基带数据格式与协议 12

2.1.1　状态变化源数据 12

2.1.2　跳码寻址 14

2.1.3　数据域 15

2.1.4　连续数字数据 16

2.1.5　模拟传输 17

2.2　基带编码 17

2.2.1 数字系统 17

2.2.2　模拟基带整形 19

2.3　射频频率和带宽 20

2.4　调制 21

2.4.1　数字事件通信中的调制 21

2.4.2　连续数字通信 22

2.4.3　数字调制方式比较 23

2.4.4　高级数字调制 25

2.4.5　扩展频谱 29

2.5　射频识别 33

2.6　总结 34

2.7　参考文献 34

第3章　发射机 35

3.1　射频源 35

3.1.1　LC控制 35

3.1.2　SAW谐振器 35

3.1.3　晶体振荡器 37

3.1.4　合成器控制 38

3.1.5　直接数字合成（DDS） 40

3.2　调制 40

3.2.1 ASK 40

3.2.2　FSK 41

3.2.3　PSK 42

3.3　放大器 42

3.4　滤波 42

3.5　天线 43

3.6　小结 44

3.7　参考文献 44

第4章　接收机 45

4.1　调谐无线电频率 45

4.2　超再生接收机 46

4.3　超外差接收机 47

4.4　直接变换接收机 48

4.5　数字接收机 49

4.6　中继器 50

4.7　小结 51

4.8　参考文献 51

第5章　无线电波传播 52

5.1　无线电波传播机制 52

5.2　开阔地传播 53

5.3　衍射 55

5.4　散射 56

5.5　路径损耗 56

5.6　多径现象 57

5.7　平坦衰落 58

5.7.1　瑞利衰落 58

5.8　分集技术 60

5.8.1 空间分集 60

5.8.2　频率分集 61

5.8.3 极化分集 61

5.8.4　分集实施 61

5.8.5　统计性能方法 62

5.9　噪声 62

5.10　总结 64

5.11　参考文献 64

第6章　天线基础Ⅰ 65

6.1　电磁波 65

6.1.1　空间里的电磁波 66

6.1.2　传输线里的电磁波 68

6.1.3 电磁波里的功率 70

6.2　极化 72

6.3　短偶极子 74

6.3.1 辐射模式 75

6.3.2 电路特性 77

6.4　小环 70

6.4.1　电路特性 80

6.5　方向性、效率和增益 82

6.5.1 前后比 82

6.5.2　半功率波束宽度 82

6.5.3　旁瓣电平 82

6.6　参考文献 83

第7章　天线基础Ⅱ 84

7.1　带宽和品质因数Q 84

7.2　阻抗匹配与系统效率 89

7.2.1 窄带匹配 89

7.2.2　宽带匹配网络 90

7.2.3　系统效率 92

7.3　接收 92

7.3.1 有效高度 93

7.3.2　有效面积 94

7.3.3　接收模式 94

7.4　地面效应 94

7.4.1 镜像原理 94

7.4.2　理想地平面上的垂直偶极子 95

7.4.3　理想导体平面上方的水平偶极子 97

7.4.4　地-源天线 99

7.4.5　平衡 99

7.4.6　地面效应小结 100

7.5　改进措施 100

7.6　参考文献 101

第8章　无线局域网基础 102

8.1　大型和小型网络 102

8.2　从LAN到WLAN 104

8.3 802.11 WLAN 105

8.3.1 802.11体系结构 106

8.3.2　MAC和CSMA/CA 107

8.3.3　经典802.11的直接序列物理层 109

8.3.4　802.11标准概览 113

8.3.5　Wi-Fi物理层（802.11b） 114

8.3.6　802.11a物理层 116

8.3.7　802.11g物理层 121

8.3.8　802.11安全性 122

8.4　HiperLAN和HiperLAN2 125

8.5　从LAN到PAN 125

8.5.1　蓝牙——作为丹麦人却可以不向丹麦纳税 126

8.5.2　增强PAN:802.15.3 128

8.5.3　UWB PAN：进展报告 130

8.6　总结 134

8.7　进一步的阅读材料 134

第9章　室外网络 136

9.1　不管雨雪、炎热还是黑夜 136

9.2　视距内的站 136

9.3　室外覆盖网络 138

9.3.1 传播 138

9.3.2　干扰 145

9.3.3 回传 146

9.4　点对多点网络 149

9.5　点对点网桥 151

9.6　长的免许可链路 152

9.7　安全注意事项 156

9.8　摘要 157

9.9　进一步的阅读材料 158

第10章　基于Wi-Fi和其他无线技术上的语音业务 160

10.1　介绍 160

10.2　进行中的802.11标准工作 160

10.2.1　802.11n 162

10.2.2　802.11p 162

10.2.3　802.11s 163

10.2.4　802.11t 163

10.2.5　802.11u 163

10.3　Wi-Fi和蜂窝网络 164

10.3.1　双模问题 164

10.3.2　融合策略 165

10.4　WiMax 171

10.5　VoWi-Fi和蓝牙 171

10.6　VoWi-Fi和DECT 174

10.7　VoWi-Fi和其他不断发展中的802.x无线项目 176

10.7.1　802.20 176

10.7.2　802.21 176

10.7.3　802.22 177

10.8　结论 177

10.9　参考文献 177

第11章　无线局域网的安全性 178

11.1　介绍 178

11.2　802.11中的密钥建立 178

11.2.1　有什么问题 179

11.3　802.11的匿名性 179

11.4　802.11中的鉴权 180

11.4.1　开放系统鉴权 181

11.4.2　共享密钥鉴权 181

11.4.3　鉴权和切换 182

11.4.4　802.11鉴权存在什么问题 183

11.4.5　伪鉴权算法 184

11.5　802.11加密 184

11.5.1　WEP存在什么问题 185

11.6　802.11中的数据完整性 187

11.7　802.11安全漏洞 189

11.8　WPA 189

11.8.1 密钥建立 190

11.8.2　鉴权 193

11.8.3　机密性 195

11.8.4　完整性 196

11.8.5　总体构架——机密性＋完整性 196

11.8.6　WPA是如何修补WEP漏洞的 197

11.9　WPA2(802.11i) 198

11.9.1　密钥建立 198

11.9.2　鉴权 198

11.9.3　加密 198

11.9.4　完整性 199

11.9.5　总体构架——机密性＋完整性 200

第12章　系统规划 203

12.1　系统设计概览 203

12.2　位置和房地产考虑 203

12.3　基于用户需求的系统选择 208

12.4　设备需求标识 209

12.5　设备位置标定 211

12.6　信道分配、信噪比和复用规划 215

12.7　网络互联和点对点无线方案 217

12.8　成本 219

12.9　系统规划的5个C 220

第13章　系统部署、测试和优化 221

13.1　真实世界设计的例子 221

13.2　例一——当地咖啡厅 221

13.3　例二——办公室LAN部署 222

13.3.1　2.4GHz RF覆盖结果 224

13.3.2　5.6GHz RF覆盖结果 225

13.3.3 容量需求 225

13.3.4　系统设计分析 225

13.3.5　NEC（美国国家电气规程）、防火和安全规则考虑 227

13.4　例三——社区WISP（无线Internet业务供应商） 227

13.4.1　社区——花园型复式公寓 228

13.4.2　社区——小的覆盖面积 232

13.4.3　社区——服务于商业用户的城区或者城郊 234

13.4.4　社区——消费者和商业用户的小城镇系统 235

13.5　例四——移动宽带网络 236

13.5.1　初始模型 236

13.5.2　初步资料 237

13.5.3　覆盖建模 237

13.5.4　容量建模 237

13.5.5　成本建模 237

13.5.6　真实世界的设计 238

13.6　本章总结 239

第14章　下一代无线网络——构架和技术的演进 240

14.1　为什么会提出“下一代”网络 240

14.2　第一代无线网络——无线接入 240

14.3　第二代无线网络——移动接入 241

14.3.1　移动管理 242

14.3.2　第二代后无线网络 245

14.4　第三代无线网络——无线加移动至高带宽接入 245

14.4.1　无线频谱 245

14.4.2　异构网络环境 246

14.5　第四代无线网络及四代以上网络——多网络环境下的统一接入 250

14.5.1　无缝全球漫游 251

14.5.2　基于Internet的移动性 252

14.6　结论 256

14.7　参考文献 256

第15章　移动对等网络 259

15.1　物理层与MAC 260

15.1.1　依赖位置的载波检测 261

15.1.2　冲突检测是不可能的 262

15.1.3　IEEE 802.11 262

15.2　对等网络中的路由机制 269

15.2.1　主动路由协议 271

15.2.2　反应式路由协议 272

15.2.3　混合路由协议 274

15.2.4　对等路由中的其他一些概念 274

15.3　结论 276

15.4　参考文献 277

第16章　无线传感器网络 281

16.1　应用 281

16.2　工厂网络轮廓 282

16.3　工厂网络结构 283

16.4　传感器子网选择 283

16.5　功能需求 284

16.6　技术权衡和存在的问题 285

16.6.1　带宽和范围 285

16.6.2　每个网络中传感器的数量 286

16.6.3　EMC 286

16.6.4　频谱管理 287

16.6.5　无线网络标准 287

16.6.6　时间的同步和分发 288

16.6.7　供电 288

16.6.8　重要的智能传感器特性 288

16.6.9　系绳RF链路 289

16.7　结论 290

16.8　参考文献 290

第17章　用于工业应用的可靠无线网络 291

17.1　使用无线的好处 291

17.2　部署无线系统面临的问题 291

17.2.1 控制和感知网络Vs．数据网络 292

17.2.2　要求1：可靠性 292

17.2.3　要求2：适应性 293

17.2.4　要求3：可扩展性 293

17.3　无线的格式 293

17.3.1　点对点链路 293

17.3.2　点对多点链路 293

17.4　无线网状网 294

17.5　无线网状网的工业应用 296

17.5.1　取代有线系统 296

17.5.2　分布式控制 296

17.5.3　分布式控制的维护要便宜一些吗 296

17.5.4　诊断监控 296

17.6　案例研究——水处理 297

17.7　结论 298

第18章　软件定义无线电 299

18.1　什么是软件定义无线电 299

18.2　SDR的几个方面 300

18.2.1　多频段 300

18.2.2　多载波 300

18.2.3 多模式 300

18.3　SDR的历史和演进 301

18.4　软件定义无线电的用途和需求 303

18.4.1　互操作性 303

18.4.2　拦截 303

18.4.3　生产平台 304

18.5　架构 304

18.5.1 接收机 304

18.5.2　传输 308

18.6　部署中的问题 309

18.6.1　模拟前置机 310

18.6.2　数据转换 314

18.6.3　数字处理 316

18.7　案例分析——CDMA2000和UMTS SDR接收机 319

18.8　结论 323

18.9　参考文献 323

第19章　射频识别技术基础 325

19.1　厂商自动识别（AIM） 325

19.2　什么是RFID 325

19.3　无线通信与空中接口 325

19.3.1　载波频率 326

19.3.2　范围和功率电平 327

19.4　RFID系统的组成部分 328

19.4.1　转发器和标签 328

19.4.2　RFID转发器的基本特点 329

19.4.3 阅读器／查询器 331

19.4.4 RF转发器编程器 331

19.5　RFID系统的分类 332

19.6　RFID的应用领域 332

19.7　标准化 333

19.8　结论 333

19.9　参考文献 334

第20章　UWB频谱及其管理 335

20.1　对UWB设备的监管性测试 335

20.2　UWB规范术语 335

20.3　测试基础设施 336

20.3.1 电波暗室 336

20.3.2　可选择的其他测试环境 338

20.3.3　宽带和窄带 339

20.3.4　测试设备 340

20.3.5　时域 340

20.3.6　频域 341

20.4　监管概况 342

20.4.1 子部分A——概述 343

20.4.2　子部分B——无意辐射体 344

20.4.3　子部分C——有意辐射体 344

20.4.4　子部分F——UWB的运行 344

20.4.5　基本的UWB无线概述 344

20.4.6　对室内和手持UWB系统的要求 346

20.4.7　峰值功率辐射限制 354

20.4.8　适用于室内和室外UWB系统的附加技术要求 356

20.5　UWB放弃条款对技术要求的影响 356

20.5.1　应用放弃条款（应用豁免） 357

20.6　UWB设备的国际监管情况 357

20.7　参考文献 358

第21章　干扰和共存 360

21.1　保护工作频段内存在的其他服务 361

21.1.1　美国 362

21.1.2　欧洲 364

21.1.3 日本 367

21.1.4　国际大视图 368

21.2　确保共存 369

21.2.1　技术和市场挑战 369

21.3　检测和回避 369

21.3.1 检测 370

21.3.2　避免 371

21.4　根据不断变化的需求进行调整 373

21.5　寻找平衡点 373

21.6　参考文献 374

第22章　直接序列UWB 375

22.1　直接序列UWB 375

22.2　DS-UWB的二进制信号 376

22.3　DS-UWB的M-ary二进制信号 376

22.3.1　MBOK的编码增益 377

22.3.2　采用卷积编码的MBOK 379

22.4　好的编码的特性 379

22.4.1　符号间干扰 379

22.4.2　峰值／平均值比率 380

22.4.3 自相关特性 381

22.4.4　交叉相关特性 381

22.5　二进制编码 382

22.5.1　沃尔什编码 382

22.5.2 巴克序列 382

22.5.3　m-序列 383

22.5.4　川崎序列 383

22.5.5　黄金序列 383

22.6　三进制编码 383

22.6.1　增加可用编码数量 383

22.6.2　三进制编码的自相关特性 384

22.6.3　脉冲无线电和三进制编码 384

22.6.4　Ipatov三进制序列 384

22.7　处理增益 385

22.8　DS-UWB的优点和非扩展频谱方法 385

22.8.1　高的处理增益 385

22.8.2　对失真的免疫性 385

22.8.3　更宽的带宽 385

22.8.4　更大的信道容量 386

22.8.5　衰落免疫 386

22.9　发射机的结构 386

22.9.1　发射机的设计选择 387

22.9.2　系统时钟选择 387

22.10　接收机的结构 388

22.10.1　匹配滤波器培训 388

22.10.2　接收机的设计选择 388

22.11　仿真结果 389

22.12　参考文献 389

第23章　对UWB多频段的探讨 390

23.1　介绍和概述 390

23.2　多频段UWB传输方案的详细动机 392

23.2.1　对频谱掩蔽的控制 392

23.2.2　接收机采样速率问题 394

23.2.3　有源电路带宽和功耗 394

23.2.4　ADC和DAC采样速率 395

23.2.5　易受强干扰影响的弱点 396

23.3　在序列多频段接收机中的多径能量收集 397

23.3.1　案例研究 397

23.3.2　案例研究结论 400

23.4　和本地振荡器生成有关的问题 400

23.4.1 问题和候选方案 400

23.4.2　多重并行振荡器 400

23.4.3　使用SSB混频原则产生频率 401

23.5　和多频段UWB传输有关的监管性问题 401

23.5.1　最小带宽要求 402

23.5.2　平均功率要求 402

23.5.3 多频段传输系统对受干扰接收机的影响 402

23.6　结论 405

23.7　参考文献 405

第24章　认知无线电技术的历史与背景 406

24.1　认知无线电的愿景 406

24.2　导致认知无线电的历史与背景 406

24.3　软件定义无线电简史 408

24.4　基本的软件定义无线电 410

24.4.1　SDR的硬件体系结构 411

24.4.2　SDR中的运算处理资源 413

24.4.3　SDR的软件体系结构 414

24.4.4　在认知无线电里的Java反射 415

24.4.5　认知无线电里的智能天线 415

24.5　频谱管理 416

24.5.1　管理无执照频谱 417

24.5.2　噪声汇聚 418

24.5.3　集中频谱需求和使用转租方法 418

24.5.4　接入优先级 419

24.6　美国政府在认知无线电里的角色 419

24.6.1　DARPA（美国国防部高级研究项目署） 419

24.6.2　FCC（美国联邦通信委员会） 420

24.6.3　NSF/CSTB研究 420

24.7　多智能是有用的 420

24.8　参考文献 421

第25章　软件无线电——认知无线的平台 422

25.1　引言 422

25.2　硬件架构 423

25.2.1 框图 423

25.2.2　基带处理器机理 427

25.2.3　基带处理实现 430

25.2.4　多核系统和在片系统 431

25.3　软件架构 432

25.3.1　设计理念和模式 432

25.4　SDR开发与设计 434

25.4.1　GNURadio 434

25.4.2　软件通信架构（SCA） 434

25.5　应用 443

25.5.1　应用软件 443

25.6　开发 445

25.6.1　元件开发 445

25.6.2　波形开发 446

25.7　认知波形开发 447

25.8　小结 448

25.9　参考文献 449

第26章　认知无线电——所需要的技术 450

26.1　简介 450

26.2　无线电灵活性和能力 450

26.2.1　无线电灵活性和能力之连续性 451

26.2.2　软件功能无线电的例子 451

26.2.3　软件可编程无线电例子 452

26.2.4　SDR例子 452

26.3　感知、自适应和认知无线电 454

26.3.1　感知无线电 455

26.3.2　自适应无线电 455

26.3.3　认知无线电 456

26.4　无线电功能和性能比较 456

26.5　认知无线电资用技术 457

26.5.1　地理定位 457

26.5.2　频谱感知和频率占用 458

26.5.3　生物特征识别 458

26.5.4　时间 459

26.5.5　空间感知或情景感知 459

26.5.6　软件技术 459

26.5.7　频谱感知和转租或借用的潜能 463

26.6　CR中的投资与研究 464

26.6.1　认知地理定位应用 464

26.6.2　动态频谱接入和频谱感知 466

26.6.3　汇合问题 469

26.6.4　CR身份认证应用 470

26.7　CR时间线 471

26.7.1　决策、指导和标准 471

26.7.2　新产品生产商 471

26.8　小结和结论 472

26.9　参考文献 473

第27章　频谱认知 475

27.1　引言 475

27.2　规避干扰问题 475

27.3　认知无线电角色 476

27.4　频谱足迹最小化 477

27.5　建立频谱认知 478

27.5.1　频谱使用报告 478

27.5.2　频谱感知 479

27.5.3　潜在干扰分析 479

27.5.4　链路汇聚 481

27.5.5　分布感知与操作 481

27.6　信道认知和空间多信号 481

27.7　频谱认知网络 483

27.8　涂层和衬底技术 484

27.9　自适应频谱对于认知无线电硬件的含义 485

27.10　小结——认知无线电工具 486

27.11　参考文献 486

附录：传播能量损耗 487

第28章　直接序列和跳频频谱扩展 488

28.1　直接序列扩展频谱 488

28.1.1　扩展和去扩展 488

28.1.2　处理增益 489

28.1.3　干扰容限 490

28.1.4　干扰抑制 491

28.1.5　扩展代码产生 491

28.1.6　同步 492

28.1.7　近-远干扰 493

28.1.8　带外信号敏感性 494

28.1.9　射频信噪比 495

28.1.10　去扩展器位置 495

28.1.11　距离解析／多径（RAKE） 495

28.1.12　DSSS系统举例 496

28.2　跳频 498

28.2.1　扩展与去扩展 498

28.2.2　快或慢跳频 499

28.2.3　处理增益 499

28.2.4　干扰容限 499

25.2.5　干扰抑制 500

28.2.6　扩展代码产生 500

28.2.7　同步 500

28.2.8　近-远干扰 501

28.2.9　带外信号敏感性 502

28.2.10　射频信噪比 503

28.2.11 去扩展器位置 503

28.2.12　FHSS系统举例 503

28.3　结论 505

28.4　参考文献 505

第29章　射频功率放大器 507

29.1　功率放大器工作分类 507

29.1.1　A类工作模式 507

29.1.2　B类工作模式 508

29.1.3　AB类工作模式 510

29.1.4　C类工作模式 511

29.1.5　各类放大器的用途 511

29.1.6　互调失真简介 512

29.1.7　A类放大器性能 512

29.1.8　A类偏置电路 513

29.1.9　A类放大的局限性 514

29.1.10　B类放大器性能 515

29.1.11　AB类放大器性能 516

29.1.12　AB类偏置电路 517

29.1.13　C类放大器性能 518

29.1.14　各类放大器小结 518

29.2　结论 519

29.3　参考文献 519

第30章　现代通信系统中的锁相环技术 520

30.1　用于频率合成的锁相环技术 520

30.1.1 电荷泵锁相环（CPLL或DPLL） 524

30.2　锁相环里的子块 527

30.2.1　相位检测器、相位频率检测器、电荷泵 527

30.2.2　电荷泵 530

30.3　压控振荡器（VCO） 532

30.3.1　LC槽路VCO 532

30.3.2　相位噪声 533

30.3.3　相位噪声模型 535

30.3.4　环形振荡器 542

30.3.5　分频器 545

30.4　应用——一种适于GSM和CDMA标准的全集成双模频率合成器 554

30.5　参考文献 555

第31章　正交频分复用（OFDM） 558

31.1　OFDM基础 559

31.2　OFDM对无线环境的影响 560

31.3　OFDM系统编码 561

31.4　交织 562

31.5　峰值-平均封装功率比问题 562

31.6　信道预估 564

31.7　同步 565

31.8　结论 566

31.9　参考文献 566