數(shù)字通信

前言

　　2001年7月間，電子工業(yè)出版社的領(lǐng)導(dǎo)同志邀請各高校十幾位通信領(lǐng)域方面的老師，商量引進(jìn)國外教材問題。與會同志對出版社提出的計劃十分贊同，大家認(rèn)為，這對我國通信事業(yè)、特別是對高等院校通信學(xué)科的教學(xué)工作會很有好處?！　〗滩慕ㄔO(shè)是高校教學(xué)建設(shè)的主要內(nèi)容之一。編寫、出版一本好的教材，意味著開設(shè)了一門好的課程，甚至可能預(yù)示著一個嶄新學(xué)科的誕生。20世紀(jì)40年代MIT林肯實驗室出版的一套28本雷達(dá)叢書，對近代電子學(xué)科、特別是對雷達(dá)技術(shù)的推動作用，就是一個很好的例子?！　∥覈I(lǐng)導(dǎo)部門對教材建設(shè)一直非常重視。20世紀(jì)80年代，在原教委教材編審委員會的領(lǐng)導(dǎo)下，匯集了高等院校幾百位富有教學(xué)經(jīng)驗的專家，編寫、出版了一大批教材；很多院校還根據(jù)學(xué)校的特點和需要，陸續(xù)編寫了大量的講義和參考書。這些教材對高校的教學(xué)工作發(fā)揮了極好的作用。近年來，隨著教學(xué)改革不斷深入和科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步，有的教材內(nèi)容已比較陳舊、落后，難以適應(yīng)教學(xué)的要求，特別是在電子學(xué)和通信技術(shù)發(fā)展神速、可以講是日新月異的今天，如何適應(yīng)這種情況，更是一個必須認(rèn)真考慮的問題。解決這個問題，除了依靠高校的老師和專家撰寫新的符合要求的教科書外，引進(jìn)和出版一些國外優(yōu)秀電子與通信教材，尤其是有選擇地引進(jìn)一批英文原版教材，是每有好處的?！　∫荒甓鄟恚娮庸I(yè)出版社為此做了很多工作。他們成立了一個"國外電子與通信教材系列"項目組，選派了富有經(jīng)驗的業(yè)務(wù)骨干負(fù)責(zé)有關(guān)工作，收集了230余種通信教材和參考書的詳細(xì)資料，調(diào)來了100余種原版教材樣書，依靠由20余位專家組成的出版委員會，從中精選了40多種，內(nèi)容豐富，覆蓋了電路理論與應(yīng)用、信號與系統(tǒng)、數(shù)字信號處理i微電子、通信系統(tǒng)、電磁場與微波等方面，既可作為通信專業(yè)本科生和研究生的教學(xué)用書，也可作為有關(guān)專業(yè)人員的參考材料。此外，這批教材，有的翻譯為中文，還有部分教材直接影印出版，以供教師用英語直接授課。希望這些教材的引進(jìn)和出版對高校通信教學(xué)和教材改革能起一定作用。　　在這里，我還要感謝參加工作的各位教授、專家、老師與參加翻譯、編輯和出版的同志們。各位專家認(rèn)真負(fù)責(zé)、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、不辭辛勞、不怕瑣碎和精益求精的態(tài)度，充分體現(xiàn)了中國教育工作者和出版工作者的良好美德?！　‰S著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對高校教學(xué)工作會不斷提出新的要求和希望。我想，無論如何，要做好引進(jìn)國外教材的工作，一定要聯(lián)系我國的實際。教材和學(xué)術(shù)專著不同，既要注意科學(xué)性、學(xué)術(shù)性，也要重視可讀性，要深入淺出，便于讀者自學(xué)；引進(jìn)的教材要適應(yīng)高校教學(xué)改革的需要，針對目前一些教材內(nèi)容較為陳舊的問題，有目的地引進(jìn)一些先進(jìn)的和正在發(fā)展中的交叉學(xué)科的參考書；要與國內(nèi)出版的教材相配套，安排好出版英文原版教材和翻譯教材的比例。我們努力使這套教材能盡量滿足上述要求，希望它們能放在學(xué)生們的課桌上，發(fā)揮一定的作用?！　∽詈螅A(yù)祝"國外電子與通信教材系列"項目取得成功，為我國電子與通信教學(xué)和通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展培土施肥。也懇切希望讀者能對這些書籍的不足之處、特別是翻譯中存在的問題，提出意見和建議，以便再版時更正。

內(nèi)容概要

　　 本書重點論述數(shù)字通信的技術(shù)基礎(chǔ)和新應(yīng)用。全書共分15章，詳細(xì)闡述了數(shù)字通信系統(tǒng)的基本信號變換、信號處理步驟、基帶信號及高斯噪聲中的信號檢測、帶通信號及其調(diào)制和解調(diào)技術(shù)、鏈路分析、各種信道編碼方法、網(wǎng)格編碼調(diào)制、同步問題、多路復(fù)用和多址接入、擴(kuò)頻技術(shù)及其應(yīng)用、信源編碼、基本的加密/解密方法以及衰落信道等。全書反映了近年來的新技術(shù)和新理論，還給出了大量富有特色的例題和習(xí)題。     本書可作為高等院校通信類、信息類、電子類等專業(yè)高年級本科生或低年級研究生的教材，也可供有關(guān)技術(shù)、科研和管理人員使用或作為繼續(xù)教育的參考書。

作者簡介

　　Bernard Sklar，博士，具有40多年的枝術(shù)和管理工作經(jīng)驗，先后任職于美國民航、休斯飛機公司、利頓工業(yè)公司及宇航公司等機構(gòu)，參與開發(fā)了美國MILsTAR衛(wèi)星系統(tǒng)，曾任EHF衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈標(biāo)準(zhǔn)的主任架構(gòu)師。他曾在美國加州大學(xué)洛杉磯分校、南加州大學(xué)等多所大學(xué)執(zhí)教工程課程，并在全球開設(shè)過許多培訓(xùn)課程。目前他在自己于1984年創(chuàng)辦的comm Ljnjcations Engineering serVjces咨詢公司里擔(dān)任高級系統(tǒng)主管。

書籍目錄

第1章 信號和頻譜   1.1 數(shù)字通信信號處理   1.2 信號分類   1.3 頻譜密度   1.4 自相關(guān)函數(shù)   1.5 隨機信號   1.6 線性系統(tǒng)的信號傳輸   1.7 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的帶寬   1.8 小結(jié)   參考文獻(xiàn)   習(xí)題   思考題   練習(xí) 第2章 格式化和基帶調(diào)制   2.1 基帶系統(tǒng)   2.2 格式化文本數(shù)據(jù)（字符編碼）   2.3 消息、字符和碼元   2.4 格化式模擬信息   2.5 干擾源   2.6 脈沖編碼調(diào)制   2.7 均勻量化和非均勻量化   2.8 基帶傳輸   2.9 相關(guān)編碼   2.10 小結(jié)   參考文獻(xiàn)   習(xí)題   思考題   練習(xí) 第3章 基帶信號解調(diào)與檢測   3.1 信號和噪聲   3.2 高斯噪聲干擾下二進(jìn)制信號的檢測   3.3 碼間串?dāng)_   3.4 均衡   3.5 小結(jié)   參考文獻(xiàn)   習(xí)題   思考題   練習(xí) 第4章 帶通調(diào)制和解調(diào)   4.1 為什么需要調(diào)制   4.2 數(shù)字帶通調(diào)制技術(shù)   4.3 高斯噪聲背景下的信號檢測   4.4 相干檢測   4.5 非相干檢測   4.6 復(fù)包絡(luò)   4.7 二進(jìn)制系統(tǒng)的差錯性能   4.8 M進(jìn)制信號及其性能   4.9 M進(jìn)制系統(tǒng)的誤碼性能   4.10 小結(jié)   參考文獻(xiàn)   習(xí)題   思考題   練習(xí) 第5章 通信鏈路分析   5.1 系統(tǒng)工程中的系統(tǒng)鏈路預(yù)算   5.2 信道   5.3 接收信號功率和噪聲功率   5.4 鏈路預(yù)算分析   5.5 噪聲系數(shù)、噪聲溫度和系統(tǒng)溫度   5.6 采樣鏈路分析   5.7 衛(wèi)星中繼   5.8 系統(tǒng)權(quán)衡   5.9 小結(jié)   參考文獻(xiàn)   習(xí)題   思考題   練習(xí) 第6章 信道編碼（一） 第7章 信道編碼（二） 第8章 信道編碼（三） 第9章 調(diào)制和編碼的權(quán)衡 第10章 同步 第11章 多路復(fù)用和多址接入 第12章 擴(kuò)頻技術(shù) 第13章 信源編碼 第14章 加密和解密 第15章 衰落信道 附錄A 傅里葉變換技術(shù)回顧 附錄B 統(tǒng)計判決理論基礎(chǔ) 附錄C 相關(guān)器對白噪聲的響應(yīng) 附錄D 常用等式 附錄E s域，z域和數(shù)字濾波 附錄F 符號列表 索引（中英文對照）

章節(jié)摘錄

　　第5章研究鏈路分析。在許多支持通信系統(tǒng)研究的規(guī)程、分析、制表中，鏈路分析因其能提供對系統(tǒng)的整體理解而顯得尤為突出。本章將概括絕大多數(shù)通信系統(tǒng)分析中所必需的鏈路基礎(chǔ)。　　信道編碼的目的是增強數(shù)字信號的抗信道減損能力，如噪聲、衰落、干擾等。圖1.3的信道編碼也包含兩個部分，即波形編碼（waveform coding）和結(jié)構(gòu)化序列（structured sequence）。波形編碼指采用新波形以提高檢測性能，結(jié)構(gòu)化序列指加入冗余比特，結(jié)構(gòu)化新序列以判別信道噪聲是否導(dǎo)致了誤碼的產(chǎn)生。信道編碼中的一種技術(shù)是自動重發(fā)請求（Automatic Repeat Request，ARQ），它僅識別錯誤的發(fā)生，然后請求發(fā)送端重新發(fā)送信息；另一種技術(shù)是前向糾錯（Forward ErrorCorrection，F(xiàn)EC），它能自動糾正錯誤碼元（有一定的限制）。在介紹構(gòu)架序列之后，將討論三種常用技術(shù)——分組碼、卷積碼和Turbo碼。第6章講述線性分組碼；第7章討論卷積碼、維特比（viterlbi）解碼（及其他解碼算法）以及硬判決譯碼與軟判決譯碼的比較；第8章分析鏈接編碼，鏈接編碼是可以生成諸如17urbo碼的一類碼，此外還將詳細(xì)介紹里德一索羅蒙碼（Reed.Solomon）?！　〉?章綜合介紹通信系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)，并提出系統(tǒng)設(shè)計時需要考慮的各種調(diào)制和編碼權(quán)衡。本章還討論了通信理論上的極限，如奈奎斯特（Nyquist）準(zhǔn)則和香農(nóng)（Shannon）定理。本章還研究了帶寬高效調(diào)制方法，如網(wǎng)格編碼調(diào)制。　　第10章研究同步問題。數(shù)字通信中的同步涉及到對時間和頻率的估計。如圖1.3所示，同步過程分為5個部分。相干系統(tǒng)需要使參考信號的頻率、相位與載波（或副載波）的頻率、相位同步，而非相干系統(tǒng)則不需要相位同步。基本的時間同步過程是碼元同步（或者二進(jìn)制碼元的比特同步）。解調(diào)器和檢測器需要知道碼元檢測和比特檢測的開始時間和結(jié)束時間，若有時間差錯就會降低檢測性能。之后一級的時間同步是幀同步，其目的是重構(gòu)信息。網(wǎng)同步是為了協(xié)調(diào)不同用戶以便更有效地利用資源。在第10章還將討論空間分離周期信號的同步。　　第1l章是多路復(fù)用和多址接入。多路復(fù)用和多址接人很相似，都用于解決資源共享問題。兩者的主要區(qū)別是：多路復(fù)用在本地端進(jìn)行（如在同一塊印制電路板上，或在同一個設(shè)備中），而多址接人則在遠(yuǎn)程進(jìn)行（如多用戶共享一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器）；多路復(fù)用有先驗算法，且通常以硬件形式嵌入系統(tǒng)，而多址接人一般是自適應(yīng)的，但也要求一些系統(tǒng)開銷（overhead）以供自適應(yīng)算法的運行。第11章中還將討論共享通信資源的常用方法，如頻分復(fù)用、時分復(fù)用和碼分復(fù)用，同時還介紹衛(wèi)星通信中的多址接人技術(shù)?！　〉?2章闡述擴(kuò)頻技術(shù)（spreading），它最初是為軍事通信而研究的。擴(kuò)頻技術(shù)在實現(xiàn)抗干擾和保密性方面具有重要作用，信號可以在頻域進(jìn)行擴(kuò)展，也可以在時域擴(kuò)展，或同時在時域和頻域擴(kuò)展。本章重點討論頻域擴(kuò)展，并舉例說明擴(kuò)頻技術(shù)是如何應(yīng)用到帶寬資源有限的商業(yè)蜂窩電話中的。　　第13章論述信源編碼，它涉及到源信息的有效描述問題。信源編碼將信號在一定的保真度內(nèi)進(jìn)行有效表示。信源編碼可用于數(shù)字信號和模擬信號；通過減少冗余度，信源編碼能降低系統(tǒng)的數(shù)據(jù)速率。因而信源編碼的主要優(yōu)點是減少所需的系統(tǒng)資源（如帶寬）?！　〉?4章論述加密和解密，其目的是實現(xiàn)通信的保密性和身份驗證（authentication）。保密能防止非授權(quán)用戶從信道獲取信息（竊聽），身份驗證是防止非授權(quán)用戶向信道輸入信號（電子欺騙）。本章重點放在數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)（Data Enci ption Standard，DES）和加密系統(tǒng)的基本概念上，加密系統(tǒng)又稱為公開密鑰密碼系統(tǒng)。此外，還將介紹電子郵件數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈募用芊椒?，基于“公共密鑰”的加密技術(shù)（Pretty Good Privacy，PGP）。　　第15章論述衰落信道，重點是影響移動系統(tǒng)的衰落，如蜂窩系統(tǒng)和個人通信系統(tǒng)（Peisonal Communication System，PCS）等。本章詳細(xì)介紹基本衰落特性、衰落的種類以及抗衰落的方法。兩種特殊的抗衰落技術(shù)——全球移動通信系統(tǒng)（Global System for Mobile Communication，GSM）中的維特比均衡器和CDMA系統(tǒng)中的Rake接收機，都在這一章討論。

編輯推薦

　　《數(shù)字通信：基礎(chǔ)與應(yīng)用（第2版）》反映了近年來的新技術(shù)和新理論，還給出了大量富有特色的例題和習(xí)題。　　信號處理過程：從信源通過發(fā)射機、信道、接收機到信宿；關(guān)鍵的權(quán)衡：信噪比、差錯概率和帶寬擴(kuò)展；網(wǎng)絡(luò)編碼調(diào)制和里德－索羅蒙編碼：數(shù)學(xué)描述中隱含的原理；同步和擴(kuò)展頻譜方案；衰落信道：原理、影響及抗衰落技術(shù)；完整描述如何進(jìn)行Turbo編碼；用事實上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)PGP實現(xiàn)加密。

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