认知软件无线电系统——原理与实验第2版高等院校信息与通信工程系列教材_赵友平，谭焜，姚远著_9787302424499

认知软件无线电系统——原理与实验第2版高等院校信息与通信工程系列教材

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认知无线电是无线通信的一个重要发展方向，可以看作是“头脑发达”、“会观察、会思考、会学习、会决策”的无线电，而软件无线电可以看作是“手脚灵便”、“服从指令”的无线电。认知软件无线电是软件无线电的智能化演进，既“头脑发达”又“手脚灵便”，能够更好地随机应变、自主学习优化以达到预期目标，更好地应对复杂的无线通信环境。认知软件无线电技术具有发展迅速、实践性强、交叉性强、应用广泛等特点，必将在新一代无线通信、应急通信、智能交通、物联网、航空航天、公安、国防、军事等诸多领域得到应用。本书系统介绍认知软件无线电的基本概念与核心思想、认知机理、系统架构、性能评估方法、应用实例、标准化进程、面临的挑战与发展展望。在阐述认知软件无线电基本原理的同时，本书重点系统地介绍了基于多核通用处理器的软件无线电平台Sora以及便携式宽频段软件无线电平台YunSDR，讲述了Sora及YunSDR的软硬件架构以及编程方法，并提供了一系列可供读者选用的实验或课程设计课题及其参考设计、部分实验结果，以便于读者在“做”中“学”认知软件无线电技术。本书既可作为高等院校通信、电子工程、计算机等专业本科生、研究生学习认知软件无线电技术的教材，或开展无线通信、移动通信、数字信号处理、通信信号处理、软件无线电等相关课程的专题实验或课程设计的参考书，也可作为相关专业研究开发人员的培训教材或自学参考书。

　　近30年来的发展实践表明，人们对无线通信尤其是移动通信的需求是无止境的，并且实际需求往往超出专家们的预测。在短短的30年时间里，公众蜂窝移动通信系统已经经历了从第一代到第四代翻天覆地般的历史演变，并正迈向第五代系统的征程；从模拟蜂窝移动通信系统演进到数字蜂窝移动通信系统，从单纯的窄带话音业务演进到丰富的宽带多媒体业务，手机的功能已经从 “顺风耳”、“千里眼”逐渐发展成为人们的学习、生活中不可或缺的“助手”、“管家”、“保健医生”、“良师益友”…… 而无线电系统也从以硬件为主的硬件无线电逐渐演进到以软件为主的软件无线电（就像人类拥有了“灵巧手”），并将进一步演进到认知软件无线电（就像人类又拥有了“智慧脑”一样）。认知软件无线电不仅“头脑发达”，而且“手脚灵便”，能够更好地随机应变、自主学习优化以达到预期的目标，更好地应对极具挑战的、复杂多变的无线通信环境。
随着智能终端的普及和移动互联网的发展，基于移动信息化的需求已经渗透到各行各业中。移动通信超常规的发展所蕴藏的创新空间和发展机会也是无限的。而认知软件无线电便是开发这个“无限”宝藏的重要“抓手”。本书将认知软件无线电技术的基本原理和实验测试相结合，以微软（亚洲）研究院开发的基于多核通用处理器的软件无线电平台（Sora）以及北京威视锐科技有限公司开发的便携式宽频段软件无线电平台（YunSDR）为例，深入浅出地讲述认知软件无线电系统的系统架构、认知机理与关键算法，给出一系列基于Sora/YunSDR的认知软件无线电实验课题。借助近年来工程教育中倡导的CDIO方法，即Conceive（构思）Design（设计）Implement（实施）Operate（操作），使读者真正可以在“做”中“学”，并在创新实践的过程中深刻理解认知软件无线电技术的基本原理与核心思想。
本书的选题背景与意义：
适应许多高等院校为通信与信息系统、电子工程、计算机技术等专业的大学生以及研究生开设“软件无线电”、“认知无线电”、“无线通信”、“移动通信”、“数字信号处理”、“通信信号处理”等课程或开展相关课程设计、专题实验的需要。目前虽然有一些关于软件无线电或认知无线电的书籍，但仍缺乏将认知无线电与软件无线电的基本原理与实验环节相结合的书籍。
更新不少研究人员对“认知无线电”片面或传统的理解。有些研究人员对认知无线电的理解比较狭隘片面，把认知无线电技术简单地等同于动态频谱接入（dynamic spectrum access, DSA）技术，而忽视了认知无线电的丰富内涵及其在诸多领域潜在的巨大应用价值。例如，认知软件无线电有助于在各种具有挑战性的复杂无线环境下保障无线通信的通信质量（quality of service, QoS）或用户体验（quality of experience, QoE），降低系统能耗与电磁辐射，实现异构网络的融合与优化，降低无线通信系统的成本，等等。因此，本书的一个重要目标就是要更新人们对于认知无线电的认识和理解，扩展认知软件无线电技术的内涵。
配合高等院校的教学改革。认知无线通信领域的现有书籍多侧重概念、理论分析、算法研究或性能仿真，非常缺乏能够支持大学生、研究生以及技术研发人员在“做”中“学”的新型教材，或课程设计、创新性实验研究的参考书。本书以高性能软件无线电实验平台Sora/YunSDR为基础，系统深入地介绍认知软件无线电的基本原理、Sora/YunSDR的系统构成、工作原理与编程方法，并给出一系列基于Sora/YunSDR的实验或课程设计。其中有一些实验或课程设计题目是开放式课题，旨在给学生更多的空间去发挥其创新力和想象力、激发其开展创新研究的兴趣。通过这些实验，读者可以在“做”中“学”，深刻理解认知软件无线电技术的基本原理和丰富内涵。
支持“大科学创新平台”的构建。认知无线通信系统与认知网络是未来信息技术的重要发展方向，具有基础性、前沿性、交叉性等特点，有望逐渐交叉融合发展成为一个“大科学创新平台”。以构建这个大科学创新平台为契机，可以形成新的学科团队，凝聚不同领域专家的力量，实现原始创新、集成创新或协同创新。本书针对认知软件无线电技术的发展现状、发展瓶颈以及大规模应用中存在的问题，提出一些初步的想法，以期抛砖引玉，促进该研究领域同仁之间的交流与合作。
本书的特色：
兼顾认知（软件）无线电技术的基本原理与动手实验（实践），体现了“知”与“行”的统一，有助于我国高校“卓越工程师”和创新人才的培养，促进在“做”中“学”，推动教学改革，实现创新性、开放性教学，有利于改变我国本科生、研究生的传统学习模式，由灌输式被动学习转变为探索式、质疑式主动学习。
提供一系列基于Sora/YunSDR的认知软件无线电实验或课程设计，支持基于问题或项目的学习（problemdriven learning或projectdriven learning），开放式课题有利于激发学生的学习兴趣，提高学生的独立思考能力与创新能力。
支持教学、科研多个环节（如课堂演示、课程实验、课程设计、毕业设计等），软件无线电平台Sora/YunSDR可供本科生及研究生多门课程共享(如“无线通信基础”、“移动通信系统”、“认知(软件)无线电”、“数字通信原理”、“通信信号处理”等)。通过课堂演示环节，教师可以更直观、更系统地讲解，通过课程实验或课程设计环节，学生可以获得更深刻、更透彻的理解。
诠释认知软件无线电技术的丰富内涵、潜在应用和发展前景。
本书从结构上分为两大部分。
第一部分：认知无线电与软件无线电的基本概念、基本原理、系统架构、软件无线电平台Sora/YunSDR的软硬件架构、设计思想、软件优化技术、编程模型与编程方法（主要包括第1~5章）；
第二部分：认知软件无线电的应用、标准化进程、实验或课程设计，以及挑战与展望（主要包括第6~9章）。
本书适用面广，不仅可作为高等院校通信、电子信息工程、计算机等专业的本科生、研究生学习认知（软件）无线电技术，进行专题实验或课程设计的教材和参考书，也可作为从事无线通信、移动通信、数字信号处理等研究开发领域的专业技术人员的培训教材或自学参考书。对于选用本书作为相关课程教材或参考书的教师用户，如果需要本书的配套课件、实验（课程设计）的配套软件，请与责任编辑或作者联系。
北京交通大学电子信息工程学院赵友平教授负责全书统稿，并主要负责撰写本书第1章、第2章、第6章、第7章和第9章；微软（亚洲）研究院谭焜研究员主要负责撰写本书第3章和第4章；北京威视锐科技有限公司姚远博士主要负责撰写本书第5章和第8章；北京交通大学电子信息工程学院蒋锐、李金兴、朱海超、胡亦琦、肖世莹、邰其心、侯志超、刘康怡等研究生提供了本书部分实验的参考设计或实验结果。
美国科学家Joseph Mitola Ⅲ博士无疑对认知无线电与软件无线电的发展都做出了重大贡献，正是Mitola先生在1990—1998年间在国际会议上正式发表了关于软件无线电、认知无线电的论文，才使得软件无线电与认知无线电得到了学术界、产业界和政界（尤其是各国无线电频谱管理机构）更广泛的关注和更深入的研究，进而不断拓展软件无线电与认知无线电的内涵与应用。由此联想到根据有关统计，自2010年起，我国科技人员发表的SCI（即科学引文索引）论文数量已跃居世界第二，而平均每篇论文的被引用次数还较低（低于世界平均值）。相比之下，Mitola先生1999年发表在IEEE Personal Communications Magazine上的论文Cognitive Radio： Making Software Radios More Personal的引用数量已超过6500次（根据谷歌学术Google Scholar 2015年6月的统计数据）, 这就反映出了一个严峻而值得我国教育界与科技界深思的问题：我国不缺泛泛的论文，缺的是像Mitola先生那样能够提出新想法、新概念或者新问题的原创性论文(seminal paper)，缺的是想象或联想的翅膀，缺的是充满激情、潜心思考而又持之以恒的探索精神，缺的是勇于打破传统、锐意创新开拓的思维习惯。这或许是我们从软件无线电与认知无线电的发展史以及Mitola先生身上得到的最大启迪。
在书稿完成之际，特别要感谢清华大学出版社给予的大力支持。赵友平教授的相关工作得到了国家自然科学基金重点项目（61132003）、教育部博士点基金项目（20120009130002）、中央高校基本业务费项目（2013JBZ002）和北京交通大学通信工程专业综合改革试点建设项目（274021529）的资助。此外，赵友平还要特别感谢北京交通大学谈振辉教授和美国弗吉尼亚理工大学Jeffrey H. Reed教授所给予的帮助和支持。
认知软件无线电技术正在日新月异地发展，并在不知不觉之中进入人们的生活，成为构建未来信息社会的关键技术。限于作者水平和写作时间，对于书中存在的错误或不足之处，恳请同行专家与读者给予批评指正，以便在今后的再版中不断完善与改进，我们将不胜感谢！
赵友平谭焜姚远
2015年9月北京

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