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WIRELESS COMMUNICATIONS
Andrea Goldsmith Stanford University

The possession of knowledge does not kill the sense of wonder and mystery. ı Ana¨s Nin

Copyright c 2005 by Cambridge University Press.

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Contents
1 Overview of Wireless Communications 1.1 History of Wireless Communications . . . . . . . . . . . . . 1.2 Wireless Vision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Technical Issues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4 Current Wireless Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.1 Cellular Telephone Systems . .. . . . . . . . . . . 1.4.2 Cordless Phones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.3 Wireless LANs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.4 Wide Area Wireless Data Services . . . . . . . . . . 1.4.5 Broadband Wireless Access . . . . . . . . . . . . . 1.4.6 Paging Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.7 Satellite Networks . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.4.8 Low-CostLow-Power Radios: Bluetooth and Zigbee 1.4.9 Ultrawideband Radios . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5 The Wireless Spectrum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.5.1 Methods for Spectrum Allocation . . . . . . . . . . 1.5.2 Spectrum Allocations for Existing Systems . . . . . 1.6 Standards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Path Loss and Shadowing 2.1 Radio Wave Propagation . . .. . . . . . . . . 2.2 Transmit and Receive Signal Models . . . . . . 2.3 Free-Space Path Loss . . . . . . . . . . . . . . 2.4 Ray Tracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.4.1 Two-Ray Model . . . . . . . . . . . . 2.4.2 Ten-Ray Model (Dielectric Canyon) . . 2.4.3 General Ray Tracing . . . . . . . . . . 2.4.4 Local Mean Received Power . . . . . . 2.5 Empirical Path Loss Models . . . . . . .. . . 2.5.1 The Okumura Model . . . . . . . . . . 2.5.2 Hata Model . . . . . . . . . . . . . . . 2.5.3 COST 231 Extension to Hata Model . . 2.5.4 Piecewise Linear (Multi-Slope) Model . 2.5.5 Indoor Attenuation Factors . . . . . . . 2.6 Simplified Path Loss Model . . . . . . . . . . . 2.7 Shadow Fading . . . . . . . . . . . . . . . . . iii 1 1 4 5 7 7 11 12 13 14 14 15 15 16 17 17 18 19 24 25 26 2829 30 33 34 36 36 37 37 38 38 39 40 42

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