数字通信

作者简介

《数字通信(第5版•中文精简版)》是在《数字通信（第五版）》的基础上，根据国内的实际教学情况进行精简和改编的。主要的精简原则为：保留信号传输理论内容，舍去信息传输理论内容，并以传统而经典的数字传输理论为主，无线通信为辅。改编的部分主要是根据国内实际教学的常用习惯来进行的。精简后的内容主要涵盖：确定与随机信号分析，数字调制方法，AWGN信道的最佳接收机，载波和符号同步，通过带限信道的数字通信，自适应均衡，多信道和多载波系统，数字通信用扩频信号，衰落信道：信道特征与信号传输，多天线系统。

书籍目录

第1章 绪论/1

1.1 数字通信系统的基本组成部分/1

1.2 通信信道及其特征/2

1.3 通信信道的数学模型/6

1.4 数字通信发展的回顾与展望/7

第2章 确定与随机信号分析/10

2.1 带通信号与系统的表示/10

2.1.1 带通信号的表示法/10

2.1.2 带通系统对带通信号的响应/15

2.2 波形的信号空间表示/16

2.2.1 矢量空间概念/16

2.2.2 信号空间概念/18

2.2.3 信号的正交展开/18

2.2.4 格拉姆-施密特（Gram-Schmidt）过程/20

2.3 某些有用的随机变量/25

2.4 随机过程/38

2.4.1 广义平稳随机过程/38

2.4.2 循环平稳随机过程/40

2.5 随机过程的级数展开/41

2.5.1 带限随机过程的抽样定理/41

2.5.2 K-L（Karhunen-Loève）展开式/42

2.6 带通平稳随机过程/44

习题/47

第3章 数字调制方法/55

3.1 数字调制信号的表示/55

3.2 无记忆调制方法/56

3.2.1 脉冲幅度调制（PAM）/57

3.2.2 相位调制/59

3.2.3 正交幅度调制/61

3.2.4 多维信号传输/63

3.3 有记忆信号传输方式/68

3.3.1 连续相位频移键控（CPFSK）/69

3.3.2 连续相位调制（CPM）/70

3.4 数字调制信号的功率谱/78

3.4.1 有记忆数字调制信号的功率谱密度/79

3.4.2 线性调制信号的功率谱密度/80

3.4.3 有限记忆数字调制信号的功率谱密度/82

3.4.4 马尔可夫结构调制方式的功率谱密度/82

3.4.5 CPFSK和CPM信号的功率谱密度/84

习题/90

第4章 AWGN信道的最佳接收机/99

4.1 波形与矢量信道的模型/99

4.1.1 一般矢量信道的最佳检测/100

4.2 波形与矢量AWGN信道/103

4.2.1 矢量AWGN信道的最佳检测/105

4.2.2 AWGN信道最佳接收机的实现/110

4.2.3 最大似然检测错误概率的一致边界/114

4.3 带限信号传输的最佳检测和错误概率/117

4.3.1 ASK或PAM信号传输的最佳检测和错误概率/118

4.3.2 PSK信号传输方式的最佳检测和错误概率/119

4.3.3 QAM信号传输的最佳检测和错误概率/122

4.3.4 解调与检测/125

4.4 功限信号传输的最佳检测和错误概率/127

4.4.1 正交信号传输的最佳检测和错误概率/127

4.4.2 双正交信号传输的最佳检测和错误概率/130

4.4.3 单纯信号传输的最佳检测和错误概率/131

4.5 不确定情况下的最佳检测：非相干检测/131

4.5.1 载波调制信号的非相干检测/133

4.5.2 FSK调制信号的最佳非相干检测/135

4.5.3 正交信号传输非相干检测的错误概率/135

4.5.4 相关二进制信号包络检测的错误概率/138

4.5.5 差分PSK（DPSK）/139

4.6 数字信号传输方法的比较/142

4.6.1 带宽与维度/142

4.7 格和基于格的星座图/144

4.7.1 格的介绍/145

4.7.2 基于格的信号星座图/149

4.8 有记忆信号传输方式的检测/153

4.8.1 最大似然序列检测器/153

4.9 CPM信号的最佳接收机/155

4.9.1 CPM的最佳解调和检测/156

4.9.2 CPM信号的性能/159

4.9.3 CPM信号的次最佳解调和检测/163

习题/164

第5章 载波和符号同步/180

5.1 信号参数估计/180

5.1.1 似然函数/181

5.1.2 信号解调中的载波恢复与符号同步/181

5.2 载波相位估计/183

5.2.1 最大似然载波相位估计/184

5.2.2 锁相环/186

5.2.3 加性噪声对相位估计的影响/187

5.2.4 面向判决环/189

5.2.5 非面向判决环/193

5.3 符号定时估计/198

5.3.1 最大似然定时估计/198

5.3.2 非面向判决定时估计/199

5.4 载波相位和符号定时的联合估计/202

5.5 最大似然估计器的性能特征/204

习题/206

第6章 通过带限信道的数字通信/208

6.1 带限信道的特征/208

6.2 带限信道的信号设计/211

6.2.1 无符号间干扰的带限信号的设计——奈奎斯特准则/213

6.2.2 具有受控ISI的带限信号设计——部分响应信号/216

6.2.3 对受控ISI的数据检测/219

6.2.4 有失真信道的信号设计/223

6.3 有ISI和AWGN信道的最佳接收机/226

6.3.1 最佳最大似然接收机/226

6.3.2 具有ISI信道的离散时间模型/228

6.3.3 离散时间白噪声滤波器模型的维特比算法/230

6.4 线性均衡/232

6.4.1 峰值失真准则/233

6.4.2 均方误差（MSE）准则/237

6.4.3 MSE均衡器的性能特征/240

6.4.4 分数间隔均衡器/242

6.4.5 基带和带通线性均衡器/246

6.5 判决反馈均衡器/247

6.5.1 系数最佳化/248

6.5.2 DFE的性能特征/249

6.6 降低复杂性的ML检测器/251

习题/253

第7章 自适应均衡/264

7.1 自适应线性均衡/264

7.1.1 迫零算法/264

7.1.2 LMS算法/265

7.1.3 LMS算法的收敛特性/268

7.1.4 由有噪梯度估计值引起的过剩MSE/269

7.1.5 加速LMS算法的初始收敛速率/271

7.1.6 自适应分数间隔均衡器——抽头泄漏算法/273

7.1.7 用于ML序列检测的自适应信道估计器/274

7.2 自适应判决反馈均衡器/275

7.3 自适应均衡的递归最小二乘算法/276

7.3.1 递推最小二乘（卡尔曼）算法/277

7.3.2 线性预测和格型滤波器/280

习题/284

第8章 多信道和多载波系统/287

8.1 在AWGN信道中的多信道数字通信/287

8.1.1 二进制信号/289

8.1.2 M元正交信号/290

8.2 多载波通信/291

8.2.1 单载波和多载波调制/292

8.2.2 非理想线性滤波器信道的容量/292

8.2.3 正交频分复用（OFDM）/293

8.2.4 OFDM系统的调制和解调/294

8.2.5 OFDM系统的FFT算法实现/296

8.2.6 多载波信号的谱特征/298

8.2.7 多载波调制中的比特和功率的分配/300

8.2.8 多载波调制中的峰均比/302

8.2.9 多载波调制中的信道编码的考虑/303

习题/303

第9章 数字通信用扩频信号/305

9.1 扩频数字通信系统的模型/305

9.2 直接序列扩频信号/306

9.2.1 译码器的差错率性能/308

9.2.2 DS扩频信号的一些应用/314

9.2.3 脉冲干扰对DS扩频系统的影响/318

9.2.4 DS扩频系统中窄带干扰的删除/322

9.2.5 PN序列的生成/327

9.3 跳频扩频信号/329

9.3.1 AWGN信道中的FH扩频信号的性能/331

9.3.2 部分频带干扰下FH扩频信号的性能/332

9.3.3 基于FH扩频信号的CDMA系统/335

9.4 其他类型的扩频信号/336

习题/337

第10章 衰落信道：信道特征与信号传输/340

10.1 多径衰落信道的特征/340

10.1.1 信道相关函数和功率谱/342

10.1.2 衰落信道的统计模型/346

10.2 信号特征对信道模型选择的影响/349

10.3 频率非选择性慢衰落信道/350

10.4 多径衰落信道的分集技术/353

10.4.1 二进制信号/353

10.4.2 多相信号/359

10.4.3 M元正交信号/360

10.5 频率选择性慢衰落信道中的信号传输：RAKE解调器/365

10.5.1 抽头延迟线信道模型/365

10.5.2 RAKE解调器/366

10.5.3 RAKE解调器的性能/368

10.5.4 符号间干扰信道的接收机结构/374

10.6 多载波调制（OFDM）/375

10.6.1 多普勒扩展引起的OFDM系统性能的减损/376

10.6.2 OFDM系统中ICI的抑制/379

习题/380

第11章 多天线系统/386

11.1 多天线系统的信道模型/386

11.1.1 慢衰落频率非选择性MIMO信道中的信号传输/387

11.1.2 MIMO系统中数据符号检测/388

11.1.3 通过慢衰落频率选择性MIMO信道的信号传输/392

11.2 扩频信号与多码传输/396

11.2.1 正交扩频序列/397

11.2.2 复用增益与分集增益/399

11.2.3 多码MIMO系统/400

习题/403

编辑推荐

　　《数字通信（第5版·中文精简版）》取材新颖，讨论问题系统全面、逐步深入、概念清晰，理论分析严谨、逻辑性强，习题丰富，适合作为信息和通信专业高年级本科生和研究生的教材，也可作为相关专业的教师和科技工作者的参考书。

前言

　　John G .Proakis和Masoud Salehi所著的《数字通信（第五版）》是著者多年教学和科研的总结，是一本比较全面、系统、深入论述数字通信理论的经典力作，在学术界有很大的影响，同时也是一本优秀的研究生教材，多年来，国内外许多高等院校普遍采用本书作为信息和通信专业的研究生教材。《数字通信（第五版）》有16章，共800多页/1100多页（中译版/英文版），内容十分丰富。麦格劳-希尔（亚洲）教育出版公司和电子工业出版社考虑到国内高等院校相关专业教学实际情况和读者的需求，计划在《数字通信（第五版）》的基础上适当地改编出版本书的精简版，要求精简版的篇幅大约为完全版的一半，以更好地适应国内教学和读者的需求。　　《数字通信（第五版）》的16个章节分别为：第1章为绪论；第2章为确定与随机信号分析；第3章为数字调制方法；第4章为AWGN信道的最佳接收机；第5章为载波和符号同步；第6章为信息论基础；第7章为线性分组码；第8章为基于网格和图形的编码；第9章为通过带限信道的数字通信；第10章为自适应均衡；第11章为多信道和多载波系统；第12章为数字通信用扩频信号；第13章为衰落信道I：信道特征与信号传输；第14章为衰落信道II：容量与编码；第15章为多天线系统；第16章为多用户通信。　　由于精简的篇幅相当大，确定精简原则并制定一个周密的精简方案是非常重要的。为此，有必要先对《数字通信（第五版）》的结构和内容进行分析，全书的内容大致可分为三大部分：第一部分为数字传输理论（第1、2、3、4、5、9、10等章，约占全书篇幅44%），主要内容是论述通信信号、数字调制、同步和自适应均衡等；第二部分为信息传输理论（第6、7、8章，约占全书篇幅24%），主要论述信息论基础、信源编码和信道纠错编码等；第三部分为无线通信基础（第11、12、13、14、15、16等章，约占全书篇幅32%），主要论述衰落信道、扩频、多载波、多天线、多用户通信等。这三部分内容不是截然分隔，而是相互交叉、紧密联系的完整的理论体系。例如，第一部分是传统的数字通信理论基础，当然也是无线通信的基础。第三部分在讨论无线通信的论题时，更多地应用了第二部分的信息论与编码、信道纠错编码的理论知识。　　考虑精简的要求和实际的教学情况，并结合多年的教学经验，确定以下的精简原则：保留信号传输理论内容（上述第一和第三两个部分），舍去信息传输理论内容（上述第二部分），并以传统而经典的数字传输理论为主，无线通信为辅。第一部分基本完整地保留数字传输理论基础体系，主要精简其中比较深入的高级论题的内容。第二部分全部精简。第三部分无线通信基础除了精简与第二部分有关的内容外，其余均保留。　　精简方案如下：　　整章精简的有第6、7、8、14、16五章。主要鉴于以下的考虑：要求精简的幅度很大同时也不可能大幅度改写原著各章的内容，许多院校都开设了《信息论与编码》和《纠错编码》等课程，课时有限等。　　整章保留的有第3、5、11、13四章。　　部分精简的有第1、2、4、9、10、12、15七章。部分精简的内容主要基于以下的考虑：非基本教学内容或后续专业课有更深入的介绍，深入的高级论题，与信息论及编码有关的内容，篇幅限制等。　　在第2章中，除了精简部分小节内容外，还对2.1节（带通与低通信号的表示）和2.9节（带通和低通随机过程）的内容进行了改写。2.1节的名称改为“带通信号与系统的表示”，本节包含2.1.1节（带通信号的表示法）和2.1.2节（带通系统对带通信号的响应）。2.9节的名称改为“带通平稳随机过程”。　　2.1节的改写方法主要参照《数字通信（第四版）》中4.1节（带通信号与系统的表示）。改写主要基于以下的考虑：　　（1）《数字通信（第五版）》中2.1节介绍的傅里叶变换知识在先修课程“信号与系统”中已学过，可以省去。　　（2）《数字通信（第五版）》中2.1节介绍的带通系统输出复包络有－1/2系数[见式（2-1-30）]，这种表示方法不如《数字通信（第四版）》的表示方法[见式（4-1-36）]好，当然这与两版的带通系统的表示方法不同有关。根据教学经验，《数字通信（第四版）》的表示方法比较好，读者更容易理解、记忆并掌握带通信号与系统的等效低通分析方法及其相关的概念。其实，《数字通信（第四版）》的表示方法早在S.斯坦与J. J.琼斯著《现代通信原理》（科学出版社，1979年，英文原版S. Stein， J. J. Jones，Modern Communication Principles with Application to Digital Signaling， McGraw-Hill Inc.，1967年）中就已论述了。这已成为传统而经典的表示方法和习惯，被普遍采用。此外，还明确地给出了《数字通信（第四版）》已有的复互相关系数定义式。　　2.9节的改写方法主要参照《数字通信（第四版）》中的4.1.4节（带通平稳随机过程的表示法）。这主要基于以下的考虑：该节主要论述窄带高斯噪声的数学表示和统计特性，这在国内许多本科通信原理教材和课程中都有详细的论述，并与《数字通信（第四版）》论述一致，是一种传统的经典论述方式。因此采用《数字通信（第四版）》的论述和表示方法对国内大多数读者比较熟悉也容易接受和掌握。　　本书是在《数字通信（第五版）》（张力军、张宗橙、宋荣芳、曹士坷等译）的基础上进行改编的，参与改编的还有张宗橙、宋荣方、曹士柯、曹轩宇、张晓辉、杨文、张海江、张杰、马平、周国平、孟云飞、周克琴等。完全版的内容精简后，再进行整合，对章节、公式、图表等编号进行必要的调整，最终完成的精简版整体架构仍保持与完全版一致，共有11章，其中数字传输理论基础内容约占70%，无线通信基础内容约占30%。　　本书由电子工业出版社和麦格劳-希尔（亚洲）教育出版公司委托张力军负责内容精选和改编，两家出版社为本书的出版和提高出版质量做出了很大的努力，在此表示诚挚的谢意。限于编译者的专业水平和教学经验，精简版难免有疏漏和不当之处，敬请读者不吝指正。　　张力军　　于南京邮电大学

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