通信原理

前言

　　“通信原理”是通信與電子信息類專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎課。多年教學實踐經(jīng)驗表明，“通信原理”課程內(nèi)容具有“物理中的數(shù)學，數(shù)學中的物理”的特點，本書系統(tǒng)深入地分析了通信系統(tǒng)的模型、基本原理和性能，包括模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)，并以數(shù)字通信系統(tǒng)為主。從通信信號傳輸?shù)慕嵌戎饕榻B傳輸信號、調(diào)制、均衡和最佳接收內(nèi)容，從信息傳輸?shù)慕嵌戎饕榻B信源和信源編碼、信道容量和信道編碼等內(nèi)容。在編寫本教材時，力求概念表達清晰易懂，對理論的分析由淺入深、條理清楚，重在講清原理和分析方法，物理概念與必要的理論推導相結(jié)合，減少冗長的推導，便于閱讀。使用本書的讀者應具備高等數(shù)學、線性代數(shù)、概率論與隨機過程、信號與系統(tǒng)等基礎知識。　　第1章主要介紹通信技術(shù)的發(fā)展、通信系統(tǒng)的組成與分類、通信信道及其數(shù)學模型和通信系統(tǒng)的性能評價?！　〉?章結(jié)合通信系統(tǒng)性能分析需要，主要論述窄帶高斯過程、余弦波加窄帶高斯過程和循環(huán)平穩(wěn)過程，以及平穩(wěn)隨機過程通過線性系統(tǒng)。　　第3章主要介紹模擬調(diào)制（幅度和角度調(diào)制）的原理和性能分析比較，以及頻分復用原理?！　〉?章介紹數(shù)字基帶傳輸信號碼型和波形（包括部分響應信號），根據(jù)二進制基帶傳輸系統(tǒng)的等效模型，分析影響系統(tǒng)性能的損傷因素，采用聯(lián)合最佳化的分析法，導出最佳傳輸系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和最佳接收機的性能，其中還介紹了準匹配濾波器與匹配濾波器的比較，以及信道自適應均衡、符號同步等內(nèi)容?！　〉?章介紹了基本的二進制數(shù)字調(diào)制方式的基本原理和性能分析，還采用綜合法由最佳接收準則導出二進制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的最佳接收機的結(jié)構(gòu)和性能?！　〉?章在前一章的基礎上論述M進制的數(shù)字調(diào)制方式的基本原理和性能分析，還論述了適合無線信道傳輸?shù)倪B續(xù)載波相位調(diào)制和有效性高的多載波調(diào)制與正交頻分復用（OFDM）。　　第7章介紹了信息論的基本概念和結(jié)論，介紹了無記憶和有記憶兩種離散信源無損編碼的典型方法。接著圍繞模擬信源的量化、編碼進行了討論，介紹了標量量化方法和矢量量化概念，對波形編碼特別是PcM碼作了論述，并簡要介紹了預測編碼、變換編碼和模型基編碼的基本情況，最后介紹了數(shù)字信號的時分復用。　　第8章的前三節(jié)是信道和編碼的基本理論，包括典型的信道模型、信道容量計算以及信道編碼定理。接著以差錯控制編碼發(fā)展的歷史軌跡為順序，以利用冗余度和噪聲隨機化為基本思路，著重介紹了分組碼、卷積碼的編碼譯碼方法，還介紹了TcM碼和級聯(lián)碼基本概念。

內(nèi)容概要

　　《通信原理》為普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材，系統(tǒng)深入地分析了通信系統(tǒng)的模型、基本原理和性能，包括模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)，并以數(shù)字通信系統(tǒng)為主。從通信信號傳輸?shù)慕嵌戎饕榻B傳輸信號、調(diào)制、均衡和最佳接收內(nèi)容，從信息傳輸?shù)慕嵌戎饕榻B信源和信源編碼、信道容量和信道編碼等內(nèi)容。全書共分10章，包括緒論、隨機過程、模擬調(diào)制系統(tǒng)、數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)、二進制數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)、改進的數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)、信源與信源編碼、信道容量與信道編碼、多徑衰落信道上的數(shù)字信號傳輸和擴頻通信系統(tǒng)?！　　锻ㄐ旁怼穬?nèi)容和概念的表達清晰易懂，對理論的分析由淺入深、條理清楚，重在講清原理和分析方法，物理概念與必要的理論推導相結(jié)合，減少冗長的推導，可讀性好?！　　锻ㄐ旁怼房勺鳛楦叩仍盒Ｍㄐ殴こ?、信息工程、電子工程和其他相近專業(yè)本科生的教材，也可作為通信工程技術(shù)人員和科研人員的參考書。

書籍目錄

第1章 緒論1.1 通信技術(shù)發(fā)展簡介1.2 通信系統(tǒng)的組成與分類1.2.1 通信系統(tǒng)的組成1.2.2 數(shù)字通信系統(tǒng)1.2.3 通信系統(tǒng)的分類1.3 通信信道及其數(shù)學模型1.3.1 信道的損傷1.3.2 三種類型常用信道1.3.3 信道的數(shù)學模型1.4 通信系統(tǒng)的性能評價習題第2章 隨機過程2.1 引言2.2 隨機過程的統(tǒng)計特性2.3 平穩(wěn)的隨機過程2.4 高斯隨機過程2.5 平穩(wěn)隨機過程的功率譜2.6 窄帶隨機過程2.7 余弦波加窄帶高斯過程2.8 循環(huán)平穩(wěn)的隨機過程2.9 平穩(wěn)隨機過程通過線性系統(tǒng)2.10 本章小結(jié)習題第3章 模擬調(diào)制系統(tǒng)3.1 引言3.2 幅度調(diào)制系統(tǒng)3.2.1 標準調(diào)幅系統(tǒng)(AM)3.2.2 雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)(DSB)3.2.3 單邊帶調(diào)制系統(tǒng)(SSB)3.2.4 殘余邊帶調(diào)制系統(tǒng)(VSB)3.3 角度調(diào)制系統(tǒng)3.4 模擬調(diào)制系統(tǒng)的性能比較3.5 頻分復用3.6 本章小結(jié)習題第4章 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)4.1 引言4.2 常見數(shù)字基帶信號4.3 線路編碼4.4 數(shù)字信號功率譜4.5 基帶傳輸系統(tǒng)的分析4.6 無碼間干擾的基帶傳輸特性4.6.1 帶限信道的無碼間干擾條件奈奎斯特準則4.6.2 升余弦濾波器4.6.3 無碼間干擾基帶數(shù)字傳輸系統(tǒng)的性能4.7 無碼間干擾基帶傳輸系統(tǒng)性能的最佳化4.7.1 匹配濾波器4.7.2 最佳接收機及其性能4.7.3 準匹配濾波器及實際接收機4.8 最佳基帶傳輸系統(tǒng)4.8.1 理想信道下的最佳基帶傳輸系統(tǒng)4.8.2 非理想信道的最佳基帶傳輸系統(tǒng)4.9 部分響應系統(tǒng)4.9.1 雙二進制部分響應系統(tǒng)4.9.2 變型雙二進制部分響應系統(tǒng)4.9.3 單極性基帶傳輸?shù)牟糠猪憫到y(tǒng)4.9.4 一般的部分響應系統(tǒng)4.10 信道均衡4.10.1 峰值失真準則和迫零算法4.10.2 均方誤差準則和I+MS算法4.11符號同步4.11.1 早遲門同步法4.11.2 最小均方誤差同步法4.12本章小結(jié)習題第5章 二進制數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)5.1 引言5.2 二進制數(shù)字調(diào)制原理5.2.1 二進制幅移鍵控調(diào)制(2ASK)5.2.2 二進制頻移鍵控調(diào)制(2FSK)5.2.3 二進制相移鍵控調(diào)制(2PSK)及(2DPSK)5.2.4 載波同步方法5.3 二進制數(shù)字帶通信號常規(guī)解調(diào)性能5.3.1 二進制幅移鍵控調(diào)制系統(tǒng)常規(guī)解調(diào)性能5.3.2 二進制頻移鍵控調(diào)制系統(tǒng)常規(guī)解調(diào)性能5.3.3 二進制相移鍵控調(diào)制系統(tǒng)常規(guī)解調(diào)性能5.3.4 二進制數(shù)字帶通系統(tǒng)常規(guī)解調(diào)性能比較5.4 二進制數(shù)字信號的最佳接收及其性能5.4.1 最佳接收的概念5.4.2 最佳接收原理和準則5.4.3 二進制信號最佳接收機的結(jié)構(gòu)5.4.4 二進制信號最佳接收機的性能分析5.4.5 二進制帶通信號的最佳接收機結(jié)構(gòu)與性能5.4.6 最佳接收機與相干接收機的性能比較5.5 本章小結(jié)習題第6章 改進的數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)6.1 引言6.2 多進制數(shù)字帶通傳輸系統(tǒng)6.2.1 M進制幅移鍵控調(diào)制(MASK)6.2.2 M進制頻移鍵控調(diào)制(MFSK)6.2.3 肘進制相移鍵控調(diào)制(MPSK及MDPSK)6.2.4 三種多進制數(shù)字帶通系統(tǒng)的性能比較6.2.5 偏移QPSK6.2.6 振幅相位二維聯(lián)合調(diào)制(APK)6.3 連續(xù)載波相位調(diào)制6.3.1 連續(xù)相位調(diào)制的FSK6.3.2 最小移頻鍵控(MSK)6.3.3 高斯最小移頻鍵控(DMSK)6.4 多載波調(diào)制與正交頻分復用6.5 本章小結(jié)習題第7章 信源與信源編碼7.1 信源的數(shù)學模型7.2 信息量與熵7.3 離散信源編碼7.3.1 離散無記憶信源的編碼7.3.2 平穩(wěn)離散信源的編碼7.4 模擬信源量化7.4.1 標量量化7.4.2 矢量量化7.5 模擬信源的編碼技術(shù)7.5.1 波形編碼7.5.2 預測編碼7.5.3 變換編碼7.5.4 模型基編碼7.6 數(shù)字信號的時分復用7.7 本章小結(jié)習題第8章 信道容量與信道編碼8.1 信道模型8.1.1 二進制對稱信道(BSC)8.1.2 離散無記憶信道(DMC)8.1.3 離散輸入、模擬輸出信道8.1.4 模擬輸入、模擬輸出的波形信道8.1.5 突發(fā)差錯編碼信道模型8.2 信道容量8.2.1 DMC信道的容量8.2.2 離散輸入、模擬輸出無記憶信道的容量8.2.3 帶限波形信道的容量8.3 信道編碼的基本原理8.3.1 信道編碼定理8.3.2 實現(xiàn)可靠通信的途徑8.4 線性分組碼8.4.1 線性分組碼基本概念8.4.2 矢量空間與碼空間8.4.3 分組碼的最小距離與糾檢錯能力8.4.4 伴隨式與譯碼8.4.5 完備碼8.5 循環(huán)碼8.5.1 循環(huán)碼構(gòu)造8.5.2 CRG碼85.3 BCH碼8.5.4 RS碼8.6 卷積碼8.6.1 卷積碼的基本概念和描述方法8.6.2 卷積碼的最大似然譯碼——維特比算法8.6.3 卷積碼的性能限與距離特點8.7 網(wǎng)格編碼調(diào)制(TCM)8.8 級聯(lián)與迭代譯碼8.8.1 串行級聯(lián)碼8.8.2 乘積碼8.8.3 級聯(lián)碼的迭代譯碼8.9 本章小結(jié)習題第9章 多徑衰落信道上的數(shù)字信號傳輸9.1 引言9.2 多徑衰落信道的數(shù)學模型與分類9.2.1 無線信道的特性9.2.2 信道的數(shù)學描述9.2.3 信道的分類9.2.4 多徑衰落信道的模型9.3 在頻率非選擇性慢衰落信道上二進制數(shù)字信號傳輸9.4 分集技術(shù)9.5 頻率選擇性慢衰落信道的RAKE接收機9.6 本章小結(jié)習題第10章擴頻通信系統(tǒng)10.1 引言10.2 擴頻通信的基本原理10.2.1 擴頻通信的定義10.2.2 擴頻通信的理論基礎10.2.3 擴頻通信的主要特點10.3 擴頻通信系統(tǒng)模型10.4 直接序列擴頻10.4.1 直擴系統(tǒng)組成10.4.2 直擴系統(tǒng)的信號分析10.4.3 擴頻通信系統(tǒng)的主要性能指標10.4.4 直擴系統(tǒng)的優(yōu)缺點10.5 跳頻擴頻10.5.1 跳頻系統(tǒng)的組成10.5.2 跳頻系統(tǒng)的信號分析10.5.3 跳頻系統(tǒng)的處理增益及特點10.6 跳時擴頻10.7 混合擴頻lO.7.1 DS／FH方式10.7.2 DS／TH方式lO.7.3 TH／FH方式10.7.4 各種擴頻方式的比較10.8 常用的擴頻序列l(wèi)O.8.1 正交編碼lO.8.2 偽隨機序列10.9 本章小結(jié)習題附錄A 帶通信號與帶通系統(tǒng)附錄B 數(shù)字基帶發(fā)送信號自相關(guān)函數(shù)Ru(T)的推導附錄C 幾種典型基帶脈沖波形g(t)及其幅度譜│G(f)│附錄D 矩形脈沖的理想低通準匹配濾波器r0／rMF的推導部分習題答案參考文獻

章節(jié)摘錄

　　收信者可以是人，也可以是一個大控制系統(tǒng)（如遙控、遙測系統(tǒng)）中的一個子系統(tǒng)，通信系統(tǒng)也是這個大系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)。如果收信者是人，那么，接收到的電信號形式的信息，必須再通過相應的變換器變換成人的感覺器官（耳、眼等）可以接受的形式（聲音、圖像）。但如果收信者是一個電子子系統(tǒng)，那么接收到的電信號形式的信息就可以直接送入到該子系統(tǒng)的接口?！　≡谛旁春褪招耪咧g是發(fā)送機、信道和接收機，這是通信系統(tǒng)核心的三個基本組成部分。它們的基本功能簡要介紹如下。　　發(fā)送機，主要功能是將信源電信號形式的信息變換成適合信道傳輸?shù)陌l(fā)送信號。對這種變換最基本的要求，一是發(fā)送信號頻率范圍要符合信道的頻譜配置（大多數(shù)實際應用的通信系統(tǒng)都有相應的國際和國家規(guī)范和標準），二是該信號在信道傳輸過程中應該具有足夠能力抗信道噪聲和干擾，以便在接收端還原的信息電信號的“質(zhì)量”符合要求。發(fā)送機的這種變換功能是通過調(diào)制器對一載波調(diào)制來實現(xiàn)的。根據(jù)輸入調(diào)制器的信號形式是模擬和數(shù)字的不同，分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制，并由此將通信系統(tǒng)劃分為兩種基本類型一模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)?！　∧M通信系統(tǒng)基本組成框圖與圖1.2 —1相似，其中的信源是模擬信源，發(fā)送機的主要功能部件是模擬調(diào)制器，接收機的主要功能部件是模擬解調(diào)器。信源產(chǎn)生的模擬信號對正弦載波信號的幅度、頻率和相位進行調(diào)制，分別稱為幅度調(diào)制（AM）、頻率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM）。這三種調(diào)制分別通過載波的幅度、頻率和相位來攜帶信源的信息，通過信道傳送到接收機。日常使用的收音機調(diào)幅廣播和調(diào)頻廣播就是一種典型的模擬調(diào)制通信系統(tǒng)。

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