通信原理

本書系統地介紹了通信的基本概念、基本理論和基本分析方法，結合物理概念介紹通信原理，盡量避免繁瑣的數學推導；敘述上力求概念清楚、重點突出、深入淺出、通俗易懂；內容上力求科學性、先進性、系統性與實用性的統一。

本書共10章，內容包括緒論、信號與雜訊分析、模擬調製系統、模擬信號的數字傳輸、數字信號的基帶傳輸、數字信號的載波傳輸、多路復用、現代數字調製技術、通道編碼和同步系統。

本書可作為高等院校電子、通信、信息工程及其相近專業的本科生教材，也可供相關工程技術人員參考。

本課程是通信、電子、信息領域中最重要的專業基礎課之一，是電子信息系各專業必修的專業基礎課。

第1章　緒論

通信系統作為一個實際系統，是為了滿足社會與個人的需求而產生的，目的就是傳送消息（數據、語音和圖像等）。通信技術的發展，特別是近30年來形成了通信原理的主要理論體系，即資訊理論基礎、編碼理論、調製與解調理論、同步和通道復用等。本課程教學的重點是介紹數字通信系統中各種通信信號的產生、傳輸和解調的基本理論和方法，使學生掌握和熟悉通信系統的基本理論和分析方法，為後續課程打下良好的基礎。

1.1　引言

1.2　通信系統的組成

1.2.1　通信系統的一般模型

1.2.2　模擬通信系統模型

1.2.3　數字通信系統模型

1.3　通信系統分類及通信方式

1.3.1　通信系統的分類

1.3.2　通信方式

1.4　信息及其度量

1.5　通信系統的主要性能指標

1.5.1　模擬通信系統的主要性能指標

1.5.2　數字通信系統的主要性能指標

1.6　通道及其容量

1.6.1　通道的定義和分類

1.6.2　通道數學模型

1.6.3　調製通道特性對信號傳輸的影響

1.6.4　通道中的雜訊

1.6.5　通道容量

1.6.6　幾種常用通道

小結

思考題

習題

第2章　信號與雜訊分析

通道雜訊能夠干擾通信效果，降低通信的可靠性。從不同的方面，雜訊有著不同的分類：

雜訊按其產生的原因可以分為外部雜訊和內部雜訊。外部雜訊即指系統外部干擾以電磁波或經電源串進系統內部而引起的雜訊。如電氣設備，天體放電現象等引起的雜訊。內部雜訊一般包括由光和電的基本性質所引起的雜訊，電器的機械運動產生的雜訊，器材材料本身引起的雜訊，系統內部設備電路所引起的雜訊。

2.1　信號的分類

2.1.1　確知信號與隨機信號

2.1.2　周期信號與非周期信號

2.1.3　功率信號與能量信號

2.2　確知信號的分析

2.2.1　周期信號的傅里葉級數

2.2.2　非周期信號的傅里葉變換

2.2.3　周期信號的傅里葉變換

2.2.4　卷積與相關函數

2.2.5　能量譜密度與功率譜密度

2.3　隨機變數的統計特徵

2.3.1　隨機變數

2.3.2　概率分佈函數和概率密度函數

2.3.3　通信系統中幾種典型的隨機變數

2.3.4　隨機變數的數字特徵

2.4　隨機過程的一般表述

2.4.1　隨機過程的概念

2.4.2　隨機過程的統計特徵

2.5　平穩隨機過程

2.5.1　嚴平穩隨機過程

2.5.2　寬平穩隨機過程

2.5.3　各態歷經性

2.5.4　平穩隨機過程的自相關函數和功率譜密度

2.6　高斯隨機過程

2.6.1　高斯過程的定義

2.6.2　高斯過程的性質

2.6.3　一維高斯分佈

2.6.4　高斯白雜訊

2.7　隨機過程通過系統的分析

2.7.1　隨機過程通過線性系統

2.7.2　隨機過程通過乘法器

2.8　窄帶高斯雜訊

2.8.1　窄帶高斯雜訊的統計特徵

2.8.2　正弦波加窄帶高斯雜訊

小結

思考題

習題

第3章　模擬調製系統

大多數待傳輸的信號具有較低的頻率成分。稱之為基帶信號，如果將基帶信號直接傳輸，稱為基帶傳輸，但是，很多通道不適宜進行基帶信號的傳輸，或者說，如果基帶信號在其中傳輸，會產生很大的衰減和失真。因此，需要將基帶信號進行調製，變換為適合通道傳輸的形式，調製是讓基帶信號m（t）去控制載波的某個（或某些）參數，是該參數按照信號m（t）的規律變化的過程。載波可以是正弦波，也可以是脈衝序列，以正弦信號作為載波的調製稱連續波（CW）調製。

3.1　引言

3.2　線性調製的原理

3.2.1　幅度調製（AM）

3.2.2　雙邊帶調製（DSB）

3.2.3　單邊帶調製（SSB）

3.2.4　殘留邊帶調製（VSB）

3.3　線性調製系統的解調

3.3.1　線性調製系統的相干解調

3.3.2　線性調製系統的非相干解調

3.4　線性調製系統的抗雜訊性能分析

3.4.1　抗雜訊性能的分析模型

3.4.2　相干解調的抗雜訊性能

3.4.3　非相干解調的抗雜訊性能

3.5　非線性調製系統的原理及抗雜訊性能

3.5.1　非線性調製的基本概念

3.5.2　調頻信號的頻譜和帶寬

3.5.3　調頻信號的產生與解調

3.5.4　調頻系統的抗雜訊性能

3.5.5　調頻系統的加重技術

3.6　各種模擬調製系統的比較

小結

思考題

習題

第4章　模擬信號的數字傳輸

4.1　引言

4.2　抽樣

4.2.1　理想抽樣

4.2.2　實際抽樣

4.3　量化

4.3.1　均勻量化

4.3.2　非均勻量化

4.4　編碼

4.4.1　常用的二進位碼型

4.4.2　A律13折線編碼

4.4.3　逐次比較型編解碼原理

4.5　脈衝編碼調製系統

4.5.1　脈衝編碼調製（PCM）原理

4.5.2　PCM系統的碼元速率

4.5.3　PCM系統的抗雜訊性能分析

4.6　語音壓縮編碼

4.6.1　語音壓縮編碼技術的概念

4.6.2　差值脈衝編碼調製

4.6.3　增量調製

4.7　圖像壓縮編碼

4.7.1　圖像的描述

4.7.2　模擬圖像的數字化

4.7.3　圖像壓縮編碼技術

小結

思考題

習題

第5章　數字信號的基帶傳輸

5.1　引言

5.2　數字基帶信號的碼型和波形

5.2.1　數字基帶信號的碼型

5.2.2　基帶波形的形成

5.3　數字基帶信號的功率譜密度

5.4　數字基帶信號的傳輸與碼間串擾

5.4.1　碼間串擾

5.4.2　碼間串擾的數學分析

5.4.3　無碼間串擾的基帶傳輸特性

5.4.4　無碼間串擾的理想低通濾波器

5.4.5　無碼間串擾的滾降系統

5.5　無碼間串擾基帶傳輸系統的抗雜訊性能分析

5.6　最佳基帶傳輸系統

5.6.1　匹配濾波器

5.6.2　利用匹配濾波器的最佳基帶傳輸系統

5.6.3　二元系統基於匹配濾波的最佳接收性能

5.7　眼圖

5.8　改善數字基帶系統性能的措施

5.8.1　時域均衡

5.8.2　部分響應系統

小結

思考題

習題

第6章　數字信號的載波傳輸

6.1　引言

6.2　二進位數字調製原理

6.2.1　二進位幅移鍵控（2ASK）

6.2.2　二進位頻移鍵控（2FSK）

6.2.3　二進位相移鍵控（2PSK）和二進位差分移相鍵控（2DPSK）

6.3　二進位數字調製系統的抗雜訊性能

6.3.1　2ASK的抗雜訊性能

6.3.2　2FSK的抗雜訊性能

6.3.3　2PSK和2DPSK的抗雜訊性能

6.3.4　二進位數字調製系統的性能比較

6.4　多進位數字調製系統

6.4.1　多進位幅移鍵控（MASK）

6.4.2　多進位頻移鍵控（MFSK）

6.4.3　多進位相移鍵控（MPSK、MDPSK）

小結

思考題

習題

第7章　多路復用

7.1　頻分復用

7.2　時分復用和多路數字電話系統

7.2.1　時分復用的PAM系統（TDM-PAM）

7.2.2　時分復用的PCM系統（TDM-PCM）

7.2.3　TDM?PCM信號的碼元速率和帶寬

7.2.4　PCM30/32路系統的幀結構

7.2.5　PCM高次群系統

7.2.6　SDH的提出

7.3　碼分復用

小結

思考題

習題

第8章　現代數字調製技術

8.1　引言

8.2　偏移四相相移鍵控（OQPSK）

8.3　π/4四相相移鍵控（π/4-QPSK）

8.4　最小頻移鍵控（MSK）

8.4.1　MSK信號的正交性

8.4.2　MSK信號的相位連續性

8.4.3　MSK信號的產生與解調

8.4.4　MSK信號的頻譜特性

8.5　高斯最小頻移鍵控（GMSK）

8.6　正交幅度調製（QAM）

8.6.1　正交幅度調製的信號表示

8.6.2　MQAM信號的產生和解調

8.6.3　MQAM信號的頻帶利用率

8.6.4　MQAM信號的抗噪性能分析

8.7　正交頻分復用（OFDM）

8.7.1　多載波調製技術

8.7.2　正交頻分復用技術

8.8　擴頻調製

8.8.1　擴頻調製原理

8.8.2　三種擴頻調製方式

小結

思考題

習題

第9章　通道編碼

9.1　引言

9.2　通道編碼的基本原理

9.2.1　通道編碼的檢錯和糾錯能力

9.2.2　通道編碼的解碼方法

9.3　線性分組碼

9.3.1　線性分組碼的編碼

9.3.2　線性分組碼的解碼

9.3.3　完備碼和漢明碼

9.4　循環碼

9.4.1　循環碼的碼多項式

9.4.2　循環碼的生成多項式和生成矩陣

9.4.3　循環碼的檢錯和糾錯

9.4.4　循環碼的編碼和解碼

9.5　卷積碼

9.5.1　卷積碼的解析表示

9.5.2　卷積碼的圖形描述

9.5.3　卷積碼的解碼方法

小結

思考題

習題

第10章　同步系統

10.1　引言

10.2　載波同步

10.2.1　直接法（自同步法）

10.2.2　插入導頻法

10.2.3　載波同步系統的性能

10.3　位同步

10.3.1　插入導頻法

10.3.2　自同步法

10.3.3　位同步系統的性能

10.4　群同步

10.4.1　起止式同步法

10.4.2　集中插入法

10.4.3　分散插入法

10.4.4　群同步系統的性能

10.5　網同步

小結

思考題

習題

附錄一　英文縮寫詞對照表

附錄二　傅里葉變換

附錄三　貝塞爾函數表J-n（x）

附錄四　誤差函數、互補誤差函數表

附錄五　常用數學公式

部分習題答案

參考文獻