数字通信原理

作者简介

数字通信是用数字基带信号或用数字信号调制的载波信号作为载体来传输消息的通信方式。本书介绍数字通信的基本理论与技术，主要内容包括数字通信的信号分析基础、信源和信道编码、信息论基础、信号的基带传输、调制解调技术、信道特性、差错控制编码、同步技术、扩频通信和信道复用与多址技术等。本书的特点是，注重理论分析和推导的严谨性，强调物理概念；

书籍目录

目   录

第1章  绪论
1

1.1  引言
1

1.2  近代与现代通信技术的发展历史和现状
1

1.3  数字通信系统的基本组成
2

1.4  数字通信的特点
3

1.5  数字通信系统基本的性能指标及其度量参数
5

1.6  本书的内容安排
7

习题
8

主要参考文献
8

第2章  信号分析基础
9

2.1  引言
9

2.2  确定信号分析方法回顾
9

2.3  信号的矢量表示
12

2.4  希尔伯特变换及应用
14

2.5  随机信号的基本概念和特点
19

2.6  随机过程的主要统计特性
21

2.7  随机变量函数的分布及数字特征
23

2.8  平稳随机信号
24

2.9  信号功率密度谱
25

2.10  通信系统中几种常用的随机过程
27

2.11  平稳随机过程与时不变线性系统
32

2.12  循环平稳随机过程
35

2.13  匹配滤波器
38

2.14  信号的带宽
41

2.15  本章小结
44

习题
45

主要参考文献
46

第3章  模拟信号的数字编码
47

3.1  低通和带通信号抽样定理
47

3.1.1  低通信号理想抽样
47

3.1.2  低通信号自然抽样
48

3.1.3  混叠现象与低通抽样定理
49

3.1.4  带通抽样定理
51

3.2  模拟信号的量化
53

3.2.1  标量量化
54

3.2.2  矢量量化
55

3.2.3  均匀量化
56

3.2.4  非均匀量化
59

3.2.5  对数量化
63

3.3  脉冲编码调制
69

3.3.1  常用的PCM编码方式
69

3.3.2  A律与 律PCM编码
70

3.3.3  对数PCM与线性PCM间的变换
73

3.4  差分脉冲编码调制（DPCM）
75

3.4.1  预测编码的基本概念
75

3.4.2  信号预测的基本方法
77

3.4.3  自适应差分脉冲编码调制
81

3.5  增量调制（ΔM调制）
83

3.5.1  简单增量调制
83

3.5.2  增量总和调制——Δ-Σ调制
86

3.5.3  数字压扩自适应增量调制
88

3.6  不同编码方式的误码性能分析
90

3.6.1  增量调制编码的误码性能分析
90

3.6.2  线性PCM编码的误码性能分析
92

3.6.3  两种编码的抗误码性能比较
92

3.7  本章小结
93

习题
94

主要参考文献
95

第4章  信息论基础
96

4.1  引言
96

4.2  信息的度量
96

4.2.1  离散信源信息的度量
97

4.2.2  离散信源的平均信息量——信源的熵
98

4.2.3  熵的最大化
98

4.2.4  离散信源的联合熵与条件熵
101

4.3  离散信道及容量
102

4.3.1  信道的模型
102

4.3.2  互信息量
103

4.3.3  熵函数与平均互信息量之间的关系
104

4.3.4  离散信道的容量
105

4.3.5  离散无记忆对称信道及特性
108

4.4  连续信源、信道及容量
110

4.4.1  连续信源的相对熵
110

4.4.2  连续信源的相对条件熵和互信息量
112

4.4.3  连续信源的相对熵的最大化
113

4.4.4  加性高斯噪声干扰信道的容量
115

4.4.5  信道容量和信道带宽的归一化分析
118

4.5  信源编码基本方法
121

4.5.1  离散无记忆信源
121

4.5.2  离散无记忆信源的等长编码*
123

4.5.3  离散无记忆信源的不等长编码*
129

4.5.4  霍夫曼（Huffman）编码
135

4.6  率失真理论
139

4.6.1  平均失真度
139

4.6.2  率失真函数
140

4.7  本章小结
147

习题
148

主要参考文献
150

第5章  数字基带传输系统
151

5.1  引言
151

5.2  基带传输系统基本模型
151

5.3  基带信号的波形设计与编码
152

5.3.1  基带信号的波形设计原则
152

5.3.2  基带信号的基本波形
152

5.3.3  常用的基带信号传输码型
154

5.4  基带信号的功率谱
157

5.4.1  二进制纯随机序列基带信号的功率谱
157

5.4.2  二进制平稳序列基带信号的功率谱
160

5.5  码间串扰与波形传输无失真的条件
162

5.5.1  基带信道的传输特性与码间串扰
162

5.5.2  奈奎斯特第一准则
163

5.5.3  奈奎斯特第二准则
169

5.5.4  奈奎斯特第三准则
172

5.6  部分响应基带传输系统
173

5.6.1  部分响应系统的信号波形特性
173

5.6.2  预编码和相关编码
177

5.7  基带信号的检测与最佳接收
180

5.7.1  加性高斯白噪声干扰下的信号检测
180

5.7.2  基带信号的最佳接收
184

5.7.3  基带传输系统特性的眼图观测方法
188

5.8  本章小结
189

习题
189

主要参考文献
192

第6章  数字载波调制传输系统
193

6.1  引言
193

6.2  数字载波调制与解调的基本原理
194

6.2.1  数字载波调制的基本原理
194

6.2.2  数字载波调制信号的功率谱分析
196

6.2.3  数字载波调制信号解调的基本原理
198

6.3  二进制数字载波调制传输系统
201

6.3.1  2ASK调制解调系统
201

6.3.2  2PSK调制解调系统
210

6.3.3  2DPSK调制解调系统
215

6.3.4  2FSK调制解调系统
220

6.3.5  二进制调制解调系统的性能比较
226

6.4  多进制数字载波调制传输系统
227

6.4.1  信号统计判决的基本原理
228

6.4.2  MASK调制解调系统
231

6.4.3  MPSK调制解调系统
235

6.4.4  MQAM调制解调系统
238

6.4.5  MFSK调制解调系统
242

6.5  恒包络连续相位调制
246

6.5.1  MSK调制解调系统
246

6.5.2  GMSK调制解调系统
254

6.6  正交频分复用载波调制传输系统
262

6.6.1  并行传输的基本概念
262

6.6.2  OFDM的基本原理
263

6.6.3  OFDM信号的时间保护间隔与循环前缀
266

6.6.4  OFDM信号的功率谱及OFDM信号的特点
268

6.7  本章小结
269

习题
270

主要参考文献
272

第7章  传输信道
273

7.1  信道的定义和分类
273

7.1.1  信道的定义
273

7.1.2  恒参信道
273

7.1.3  随参信道
274

7.2  信道的损耗与衰落特性
276

7.2.1  自由空间传输损耗模型
276

7.2.2  传输路径损耗模型
277

7.2.3  传输信道阴影衰落模型
278

7.2.4  路径损耗与阴影衰落综合模型
279

7.3  信道的统计多径模型
279

7.3.1  多普勒频移与多径接收信号
279

7.3.2  窄带衰落模型
281

7.3.3  宽带衰落模型*
285

7.4  信道的容量分析
291

7.4.1  平坦衰落信道的容量
292

7.4.2  频率选择性衰落信道容量
294

7.5  信道估计与均衡
296

7.5.1  信道估计与均衡的基本概念
296

7.5.2  最大似然序列估计法
299

7.5.3  数字时域均衡的基本原理
301

7.5.4  数字时域均衡的常用方法
302

7.5.5  自适应均衡器
306

7.6  本章小结
308

习题
308

主要参考文献
309

第8章  差错控制编码
310

8.1  引言
310

8.2  差错控制编码的主要类型和方式
310

8.2.1  差错控制编码的主要类型
310

8.2.2  差错控制的方式
310

8.3  简单的差错控制方法
311

8.3.1  奇偶校验码
311

8.3.2  重复码
312

8.3.3  水平奇偶校验码
313

8.4  信道编码的基本概念和定理*
314

8.5  线性分组码的代数基础*
323

8.6  线性分组码的基本性质
331

8.6.1  码距的概念
331

8.6.2  码距与检错纠错能力的关系
332

8.6.3  线性分组码的生成矩阵与监督矩阵
334

8.6.4  线性分组码的最小码距与最小码重的关系
339

8.6.5  线性分组码的标准阵、陪集首和陪集
341

8.6.6  汉明码
342

8.6.7  线性分组码纠错能力分析
346

8.7  循环码
348

8.7.1  循环码的基本概念和定理
348

8.7.2  系统码结构的循环码
352

8.7.3  汉明循环码
359

8.7.4  BCH码*
361

8.8  卷积码
370

8.8.1  卷积码编码器的构造和表示方法
370

8.8.2  卷积码的卷积关系、生成矩阵与生成多项式
371

8.8.3  卷积码的监督矩阵与监督多项式矩阵
378

8.8.4  卷积码的伴随式与代数译码
380

8.8.5  卷积码的状态图、树图与网格图描述
385

8.8.6  卷积码的距离特性与转移函数
388

8.8.7  卷积码的概率译码原理
394

8.8.8  卷积码的维特比译码
396

8.8.9  维特比译码器的性能分析*
406

8.8.10  卷积码的码率变换操作——凿孔卷积码*
410

8.9  调制与编码的权衡
414

8.9.1  调制方式的权衡问题
414

8.9.2  带宽受限系统与功率受限系统
416

8.9.3  带宽与功率均受限的系统
417

8.10  本章小结
421

习题
421

主要参考文献
424

第9章  同步原理与技术
425

9.1  引言
425

9.2  锁相环
425

9.2.1  锁相环的组成
425

9.2.2  锁相环的工作原理
426

9.2.3  锁相环的基本性能分析
427

9.3  载波同步
430

9.3.1  直接提取法
430

9.3.2  插入导频法
435

9.3.3  载波相位的似然估计法*
436

9.4  符号同步
439

9.4.1  直接提取法
439

9.4.2  插入导频法
441

9.4.3  符号同步的似然估计法
441

9.4.4  载波相位和符号同步的联合估计
442

9.5  帧同步
444

9.5.1  帧同步标识符的周期性插入法
444

9.5.2  帧同步标识符的相关搜索法
447

9.6  本章小结
449

习题
450

主要参考文献
451

第10章  扩展频谱通信技术
453

10.1  扩频系统的基本概念
453

10.1.1  扩频系统的基本原理
453

10.1.2  扩频系统的分类
454

10.1.3  扩频系统的技术指标
456

10.1.4  扩频系统的优点
457

10.2  伪随机序列
457

10.2.1  m序列
458

10.2.2  Gold序列
462

10.3  直接序列扩频技术
463

10.3.1  BPSK直接序列扩频
463

10.3.2  QPSK直接序列扩频
465

10.4  跳频技术
466

10.4.1  跳频系统工作原理
466

10.4.2  跳频器
468

10.5  扩频系统的同步
470

10.5.1  扩频码的捕获
471

10.5.2  扩频码的跟踪
473

10.6  扩频技术的应用
476

10.6.1  扩频技术在军事通信中的应用
476

10.6.2  扩频技术在民用通信中的应用
477

10.7  本章小结
479

习题
479

主要参考文献
480

第11章  信道复用与多址技术
481

11.1  引言
481

11.2  频分复用与频分多址
482

11.3  时分复用与时分多址
483

11.4  码分复用与码分多址
485

11.5  空分复用与空分多址
487

11.6  统计复用与随机多址
488

11.7  综合复用
494

11.8  本章小结
495

习题
495

主要参考文献
496

附录  缩写索引表
497

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