通信原理

本書系統、深入地介紹了通信系統和通信網的基本原理與基本分析方法，是通信及信息專業的專業基礎課教材。

全書共13章，內容包括通信系統及通信網的基本概念、確定信號分析、隨機過程、模擬通信系統、數字信號的基帶傳輸、數字信號的頻帶傳輸、信源和信源編碼、通道、通道編碼、擴頻通信、正交頻分復用多載波調製技術、通信系統的優化、通信網的基本知識。

本書概念清楚，取材新穎，書中列舉了大量例題，還附有習題及部分習題答案。

本書可作為高等學校通信工程、電子工程和其他相近專業本科生的教材，也可供通信工程技術人員和科研人員作為參考書。

目 錄

第1章

緒論1

1.1 引言1

1.2 通信發展簡史和展望2

1.3 通信系統和通信網的構成5

1.3.1 概述5

1.3.2 信源、信宿和信號6

1.3.3 信源編解碼設備6

1.3.4 通道及通道編解碼設備6

1.4 本書的總體結構7

第2章確定信號分析9

2.1 傅里葉級數與傅里葉變換9

2.2 能量譜密度與功率譜密度13

2.3 線性時不變系統17

2.4 帶通信號與帶通系統19

2.5 無失真系統22

2.6 濾波器的可實現性24

第3章隨機過程27

3.1 隨機過程的統計特性27

3.2 平穩隨機過程29

3.3 高斯過程33

3.4 高斯白雜訊34

3.4.1 定義34

3.4.2 高斯白雜訊通過濾波器34

3.4.3 高斯白雜訊與確定信號的內積35

3.4.4 高斯白雜訊通過帶通濾波器36

3.5 匹配濾波器39

習題42

第4章 模擬通信系統45

4.1 引言45

4.2 幅度調製46

4.2.1 雙邊帶抑制載波調幅46

4.2.2 包絡調製50

4.2.3 單邊帶調製51

4.3 角度調製54

4.3.1 調頻及調相信號54

4.3.2 角度調製信號的頻譜特性56

4.4 抗雜訊性能58

4.4.1 系統模型58

4.4.2 線性調製理想相干解調58

4.4.3 AM理想包絡檢波59

4.4.4 FM理想鑒頻60

4.5 頻分復用及其應用實例64

4.6 接收機的雜訊係數與等效雜訊溫度66

習題73

第5章 數字信號的基帶傳輸77

5.1 引言77

5.1.1 數字基帶信號及數字基帶傳輸77

5.1.2 信息量單位、信息速率及碼元速率、誤比特率及誤符率、頻帶利用率78

5.2 數字基帶信號波形及其功率譜密度79

5.2.1 數字脈衝幅度調製79

5.2.2 常用的數字PAM信號波形（碼型）80

5.2.3 數字PAM信號的功率譜密度計算85

5.2.4 常用線路碼型89

5.3 在加性白高斯雜訊通道條件下數字基帶信號的接收94

5.3.1 加性白高斯雜訊通道94

5.3.2 利用匹配濾波器的最佳接收95

5.4 數字PAM信號通過限帶基帶通道的傳輸97

5.4.1 數字PAM基帶傳輸及碼間干擾98

5.4.2 無碼間干擾基帶傳輸的奈奎斯特準則99

5.5 在理想限帶及加性白高斯雜訊通道條件下數字PAM信號的最佳基帶傳輸103

5.6 眼圖105

5.7 通道均衡106

5.8 部分響應系統113

5.9 符號同步117

習題120

第6章 數字信號的頻帶傳輸125

6.1 引言125

6.2 二進位數字信號的正弦型載波調製126

6.2.1 二進位通斷鍵控126

6.2.2 二進位移頻鍵控132

6.2.3 二進位移相鍵控136

6.2.4 2PSK的載波同步138

6.2.5 差分移相鍵控140

6.3 四相移相鍵控142

6.3.1 四相移相鍵控142

6.3.2 差分四相移相鍵控147

6.3.3 偏移四相移相鍵控149

6.4 M進位數字調製150

6.4.1 數字調製信號的矢量表示151

6.4.2 統計判決理論157

6.4.3 加性白高斯雜訊干擾下M進位確定信號的最佳接收159

6.4.4 M進位振幅鍵控163

6.4.5 M進位移相鍵控169

6.4.6 正交幅度調製175

6.4.7 M進位移頻鍵控180

6.5 恆包絡連續相位調製185

6.5.1 最小移頻鍵控185

6.5.2 高斯最小移頻鍵控192

習題201

第7章 信源和信源編碼207

7.1 引言207

7.2 信源的分類及其統計特性描述208

7.3 信息熵H（X）210

7.4 互信息I（X；Y）215

7.5 無失真離散信源編碼定理簡介216

7.6 無失真離散信源編碼219

7.7 信息率失真R（D）函數221

7.8 限失真信源編碼定理與限失真信源編碼225

7.9 連續信源的限失真編碼226

7.9.1 模擬信號數字化基本原理226

7.9.2 採樣228

7.9.3 標量量化233

7.9.4 脈衝編碼調製239

7.9.5 時分復用241

7.9.6 矢量量化242

7.10 有記憶信源解除相關性的限失真信源編碼245

7.10.1 預測編碼245

7.10.2 變換編碼250

習題260

第8章 通道263

8.1 引言263

8.2 通道的定義和分類263

8.3 通信通道實例264

8.3.1 恆參通道264

8.3.2 隨參通道265

8.4 通道的數學模型266

8.4.1 連續通道模型266

8.4.2 離散通道模型267

8.5 無失真通道268

8.6 衰落通道269

8.6.1 衰落通道的數學模型269

8.6.2 時變平衰落通道269

8.6.3 時不變頻率選擇性衰落通道270

8.7 分集271

8.8 通道容量272

習題273

第9章 通道編碼276

9.1 通道編碼的基本概念276

9.2 線性分組碼282

9.2.1 基本概念282

9.2.2 生成矩陣和監督矩陣283

9.2.3 對偶碼288

9.2.4 系統碼的編碼與解碼289

9.2.5 漢明碼291

9.3 循環碼292

9.3.1 基本概念292

9.3.2 多項式描述294

9.3.3 生成多項式與生成矩陣296

9.3.4 編碼電路301

9.3.5 循環冗餘校驗302

9.4 BCH碼與RS碼304

9.5 卷積碼308

9.5.1 卷積碼的編碼309

9.5.2 卷積碼的解碼315

9.6 交織321

9.7 級聯碼323

9.8 Turbo碼325

9.9 高效率通道編碼TCM326

9.10 低密度校驗碼331

9.10.1 LDPC碼的解碼332

9.10.2 LDPC碼的編碼334

9.10.3 LDPC碼H矩陣的構造334

習題334

第10章 擴頻通信339

10.1 引言339

10.2 偽隨機碼339

10.2.1 定義339

10.2.2 最長線性反饋移存器序列（m序列）340

10.2.3 Gold碼344

10.3 偽碼的同步344

10.3.1 粗同步（捕獲）345

10.3.2 細同步（跟蹤）347

10.4 正交碼349

10.5 直接序列擴頻353

10.5.1 直擴二相移相鍵控353

10.5.2 功率譜密度354

10.5.3 DSBPSK的抗干擾性能356

10.6 直擴正交多進位調製358

10.7 碼分復用與碼分多址360

10.7.1 碼分復用360

10.7.2 沃爾什碼相關特性的改善360

10.7.3 碼分多址361

10.8 多徑分集接收：Rake接收362

10.9 擴頻碼的其他應用363

10.9.1 誤碼率的測量363

10.9.2 數字信息序列的擾碼與解擾363

10.9.3 雜訊發生器364

10.9.4 數字通信加密364

10.9.5 測量時延365

習題365

第11章 正交頻分復用多載波調製技術367

11.1 引言367

11.2 OFDM多載波調製技術的基本原理368

11.2.1 BPSKOFDM368

11.2.2 QAMOFDM370

11.3 OFDM調製的數字實現372

11.4 循環前綴373

11.4.1 保護間隔373

11.4.2 循環前綴374

11.5 OFDM系統的收發信機375

11.6 OFDM系統的峰均比376

11.7 載波頻率偏移對子載波間干擾的影響376

11.8 OFDM系統的應用378

第12章 通信系統的優化380

12.1 通信系統優化的物理與數學模型380

12.1.1 模型的建立與描述380

12.1.2 通信系統優化的度量指標與準則382

12.2 通信系統單技術指標下的優化383

12.2.1 無失真信源的編碼定理384

12.2.2 限失真信源的編碼定理384

12.2.3 通道編碼定理385

12.3 基於AWGN通道在可靠性指標下的優化385

12.4 隨參通道通信系統在可靠性指標下優化的基本思路388

第13章 通信網的基本知識392

13.1 引言392

13.2 通信網的組成要素和性能要求392

13.3 交換技術的基本原理394

13.3.1 電路轉接395

13.3.2 信息轉接395

13.3.3 多址接入397

13.4 信令和協議398

13.4.1 電話信令399

13.4.2 數據網協議400

13.5 下一代網路402

13.5.1 NGN402

13.5.2 軟交換403

13.5.3 IMS403

13.6 無線自組織網路404

13.7 結束語404

部分習題答案405

縮略語415

參考文獻417