內 容 簡 介
本書主要介紹現代通信系統的基礎理論、技術原理及系統分析方法。本書共11章，全書以數字通信系統的一般模型為主線，內容涵蓋系統中的各個模塊，具體包括概論、信號分析基礎、模擬調制系統、數字基帶傳輸系統、數字帶通傳輸系統、信源編碼、信道編碼、最佳接收技術、同步原理、現代通信系統簡介、應用SystemView仿真通信系統。
本書集系統性、理論性、工程性于一體，注重內容層次的銜接與遞進，突出通信系統的原理與技術思路，將數學原理與物理本質緊密結合、理論分析與工程實際緊密結合，內容全面，條理清晰，重點突出，例題豐富，便于教學與自學。
本書適合用作普通高等院校通信工程、信息工程、電子科學與技術等電子信息類專業通信原理課程的教材，也可供相關領域的科研和工程技術人員參考。
前 言
“通信原理”是通信工程、電信工程、電子科學與技術等電子信息類專業的必修課程，也是一門重要的專業基礎理論課程和研究生入學考試課程，旨在培養學生了解和掌握現代通信系統的基礎理論、技術原理和系統分析方法。該課程又是普遍公認的比較難學的課程之一，大多數學生在學習中感覺有較大的難度和壓力，很多學生在學完之后總感覺思路不清晰，重點不突出，內容很繁雜，難以把握其要領。尤其是對應用型本科院校來說，大多數學生理論基礎相對比較薄弱，學習起來難度更大�；谝陨峡紤]，圍繞本課程的基本特點和學習規律，在2011年9月的首版編寫過程中，十分注重內容的銜接與遞進、知識的廣度與深度、表達的通俗與準確。在保持理論體系的嚴謹性與完整性的同時，按照分散難點和突出重點原則，盡量簡化繁復的數學推導，強調概念的傳承與深化，注重分析的思路和方法，以使讀者最大限度地易于接受。
本書是在第一版的基礎上，根據師生們的建議，為使其更加體現工科教材的工程應用型特色，而重新修訂的。書中全面系統地介紹了現代通信系統的基本組成、各部分工作原理、技術性能指標分析、實際工程應用及采用的最新技術與發展趨勢。為了使讀者首先建立通信系統的概貌，本書第1章介紹了通信系統的分析模型、涉及的基本概念及應用的基礎知識。為幫助讀者掌握通信系統的核心分析方法，本書第2章介紹了確知信號的時頻分析法和隨機信號的概率統計分析法。后續各章則對應系統模型的各個模塊，重點分析通信系統設計中采用的關鍵技術，包括模擬調制和數字調制技術、信源編碼和信道編碼技術、最佳接收和數字同步技術。為了拓寬知識面以適應寬口徑人才培養的需要，本書結合當前通信技術的熱點，適當介紹了部分響應技術、時域均衡技術、多進制數字調制技術及新型語音編碼技術等方面的內容，并在第10章中從技術原理的角度介紹了各種技術在移動通信系統中的集成應用，從而使學生建立一個具體的通信系統的連貫而系統的認識。此外，為培養良好的專業素養，提高工程設計和應用能力，本書第11章簡單介紹了采用通信系統動態仿真軟件SystemView進行系統設計與仿真的基本原理、步驟和方法，通過案例加深理解和掌握本課程的基本理論和分析方法。
本書由來自多所高等院校的具有豐富教學經驗的一線教師分工合作完成，粟向軍、趙娟任主編，黃彩云、馮璐、黃慧、肖尚輝任副主編。具體寫作分工如下：粟向軍編寫第1章、第10章和第11章并對全書進行統稿，趙娟編寫第2章和第3章，黃慧編寫第4章，馮璐編寫第5章和第7章，黃彩云編寫第6章和第9章，肖尚輝編寫第8章。
本書可作為高等學校信息與通信系統學科各專業學生的本科教材，參考學時數為64學時；也可供相關學科及有關專業的工程技術人員參考。
由于作者水平所限，書中難免還存在一些錯誤和不足之處，敬請廣大讀者批評指正。
編 者
目 錄
第1章 概論 1
1.1 通信的基本概念 1
1.1.1 消息、信息、信號與通信 1
1.1.2 通信方式、傳輸方式、同步
方式和復用方式 2
1.1.3 通信頻段 6
1.1.4 通信發展簡史 7
1.2 通信系統 9
1.2.1 通信系統的類型 9
1.2.2 通信系統的模型 10
1.2.3 數字通信系統的特點 11
1.2.4 通信系統的主要性能指標 12
1.3 通信網 14
1.3.1 通信網的定義、組成及類型 14
1.3.2 通信網的拓撲結構 16
1.3.3 現代通信網的分層結構 16
1.4 通信信道 17
1.4.1 信道的類型 17
1.4.2 信道的模型 19
1.4.3 信道特性及對信號傳輸的
影響 20
1.4.4 常見信道舉例 25
1.5 通信系統中的噪聲 28
1.5.1 加性噪聲的類型 28
1.5.2 白噪聲 29
1.5.3 高斯噪聲 30
1.5.4 高斯白噪聲和窄帶高斯噪聲 31
1.6 信息論基礎 33
1.6.1 信息量與平均信息量 33
1.6.2 信道容量 35
本章小結 39
思考練習題 40
第2章 信號分析基礎 43
2.1 確知信號分析 43
2.1.1 確知信號的分類 43
2.1.2 確知信號的頻域特征(傅里葉
變換) 46
2.1.3 功率譜密度和能量譜密度 50
2.1.4 卷積和相關 51
2.1.5 確知信號通過線性時不變
系統 53
2.2 隨機信號分析 54
2.2.1 隨機變量和隨機過程的基本
概念 54
2.2.2 隨機過程的統計特征 55
2.2.3 平穩隨機過程 60
2.2.4 平穩過程通過線性系統——
隨機過程變換 63
2.2.5 窄帶隨機過程 66
本章小結 69
思考練習題 70
第3章 模擬調制系統 72
3.1 調制的功能及分類 72
3.1.1 調制的功能 72
3.1.2 調制的分類 73
3.2 線性調制系統 74
3.2.1 標準調幅 75
3.2.2 抑制載波的雙邊帶調制 77
3.2.3 單邊帶調制 78
3.2.4 殘留邊帶調制 79
3.2.5 線性調制的解調 80
3.3 角度調制系統 84
3.3.1 基本概念 85
3.3.2 窄帶角度調制 88
3.3.3 寬帶角度調制 90
3.3.4 角度調制的解調 93
3.4 模擬調制系統的抗噪聲性能 95
3.4.1 線性調制系統的抗噪聲性能 95
3.4.2 角度調制系統的抗噪聲
性能 100
3.4.3 各種模擬調制系統的性能
比較 104
3.5 頻分復用 106
3.5.1 頻分復用的基本原理 106
3.5.2 頻分復用的特點 108
3.6 復合調制與多級調制 108
3.6.1 復合調制的原理及實現 108
3.6.2 多級調制的原理及實現 109
本章小結 110
思考練習題 111
第4章 數字基帶傳輸系統 114
4.1 數字基帶信號的碼型與波形 114
4.1.1 數字基帶信號的碼型 114
4.1.2 數字基帶信號的波形 119
4.2 數字基帶信號的功率譜 119
4.3 數字基帶傳輸與碼間串擾 122
4.3.1 數字基帶傳輸系統的組成及
工作過程 122
4.3.2 數字基帶傳輸系統的定量
分析——碼間串擾 123
4.4 無碼間串擾的基帶傳輸特性 124
4.4.1 無碼間串擾的時域條件 124
4.4.2 無碼間串擾的頻域條件——
奈奎斯特第一準則 125
4.4.3 無碼間串擾的基帶傳輸
系統 129
4.5 基帶傳輸系統的抗噪聲性能分析 132
4.5.1 二進制雙極性基帶傳輸
系統 134
4.5.2 二進制單極性基帶傳輸
系統 135
4.6 部分響應系統 136
4.6.1 第Ⅰ類部分響應系統 136
4.6.2 一般形式的部分響應系統 139
4.7 時域均衡技術 140
4.7.1 時域均衡的基本原理 141
4.7.2 均衡的準則及實現 143
4.8 眼圖 147
本章小結 148
思考練習題 149
第5章 數字帶通傳輸系統 152
5.1 二進制幅移鍵控系統 152
5.1.1 二進制幅移鍵控信號的
分析 152
5.1.2 二進制幅移鍵控信號的
產生 155
5.1.3 二進制幅移鍵控信號的
解調 155
5.1.4 二進制幅移鍵控系統的抗噪聲
性能 156
5.2 二進制頻移鍵控系統 161
5.2.1 二進制頻移鍵控信號的
分析 161
5.2.2 二進制頻移鍵控信號的
產生 163
5.2.3 二進制頻移鍵控信號的
解調 164
5.2.4 二進制頻移鍵控系統的抗噪聲
性能 166
5.3 二進制相移鍵控系統 170
5.3.1 二進制相移鍵控信號的
分析 170
5.3.2 二進制相移鍵控信號的
產生 172
5.3.3 二進制相移鍵控信號的
解調 172
5.3.4 二進制相移鍵控系統的抗噪聲
性能 173
5.4 二進制差分相移鍵控系統 175
5.4.1 相位模糊問題及二進制差分
相移鍵控信號的分析 175
5.4.2 二進制差分相移鍵控信號的
產生 176
5.4.3 二進制差分相移鍵控信號的
解調 177
5.4.4 二進制差分相移鍵控系統的
抗噪聲性能 178
5.5 四進制相移鍵控系統 183
5.5.1 四進制相移鍵控的產生 183
5.5.2 四進制相移鍵控的解調 186
5.6 最小頻移鍵控和高斯最小頻移
鍵控 187
5.6.1 最小頻移鍵控信號的分析 187
5.6.2 最小頻移鍵控信號的產生
和解調 191
5.6.3 最小頻移鍵控信號的功率譜
及誤碼性能 191
5.6.4 高斯最小頻移鍵控 192
5.7 多進制正交幅度調制 193
5.7.1 多進制正交幅度調制的基本
原理 193
5.7.2 多進制正交幅度調制信號的
產生與解調 195
本章小結 196
思考練習題 196
第6章 信源編碼 199
6.1 概述 200
6.1.1 信源編碼的基本概念 200
6.1.2 信源編碼的技術類型 201
6.2 語音的波形編碼 204
6.2.1 脈沖編碼調制 204
6.2.2 差分脈沖編碼調制 218
6.2.3 增量調制 220
6.3 圖像編碼 225
6.3.1 圖像壓縮方法簡介 225
6.3.2 常見圖像壓縮標準與算法 226
6.4 時分復用和數字復接 228
6.4.1 時分多路復用 228
6.4.2 準同步數字系列 230
6.4.3 同步數字序列 233
本章小結 234
思考練習題 234
第7章 信道編碼 236
7.1 信道編碼的基本概念 236
7.1.1 差錯控制編碼的基本方式和
類型 236
7.1.2 碼重、碼距與檢錯、糾錯
能力 238
7.1.3 幾種常用的差錯控制碼 240
7.2 線性分組碼 242
7.2.1 線性分組碼的定義及性質 242
7.2.2 生成方程和生成矩陣G 244
7.2.3 監督方程和監督矩陣H 245
7.2.4 線性分組碼的譯碼——
伴隨式(校正子)S 246
7.2.5 漢明碼 250
7.2.6 線性分組碼的實現 252
7.3 循環碼 253
7.3.1 循環碼的含義與特點 253
7.3.2 循環碼的生成多項式、生成
矩陣和監督矩陣 255
7.3.3 循環碼的編譯碼方法 258
7.4 卷積碼 260
7.4.1 卷積碼的基本原理 260
7.4.2 卷積碼的代數表示 261
7.4.3 卷積碼的圖形表示 264
7.4.4 卷積碼的譯碼方法 266
本章小結 267
思考練習題 268
第8章 最佳接收技術 270
8.1 引言 270
8.2 最大輸出信噪比準則和匹配濾波
接收機 271
8.2.1 最大輸出信噪比準則 271
8.2.2 匹配濾波接收機 271
8.2.3 典型實例分析 274
8.2.4 匹配濾波器在最佳接收中的
應用 275
8.3 最小差錯概率準則和最佳接收機 276
8.3.1 數字信號接收的統計模型 276
8.3.2 最小差錯概率準則 278
8.3.3 最佳接收機結構 280
8.4 確知信號的最佳接收機 281
8.4.1 二進制確知信號的最佳
接收 281
8.4.2 二進制確知信號的最佳接收機
誤碼性能 283
8.5 最佳基帶傳輸系統 285
8.5.1 最佳基帶傳輸系統的組成 285
8.5.2 最佳基帶傳輸系統的誤碼
性能 287
8.5.3 典型實例分析 289
本章小結 291
思考練習題 292
第9章 同步原理 295
9.1 載波同步 295
9.1.1 直接法 296
9.1.2 插入導頻法 298
9.1.3 載波同步系統的性能 301
9.2 位同步 303
9.2.1 插入導頻法 303
9.2.2 直接法 304
9.2.3 位同步系統的性能 306
9.3 群同步 307
9.3.1 連貫式插入法 307
9.3.2 間歇式插入法 310
9.3.3 群同步的性能分析 312
9.4 網同步 314
9.4.1 網同步原理 314
9.4.2 數字同步網中的時鐘
及其應用 315
本章小結 316
思考練習題 316
第10章 現代通信系統簡介 318
10.1 移動通信概述 318
10.1.1 移動通信的定義和特點 318
10.1.2 移動通信的發展歷程 319
10.1.3 移動通信的工作頻段 320
10.2 GSM移動通信系統 321
10.2.1 GSM系統的主要性能
參數 321
10.2.2 GSM系統的結構與功能 322
10.2.3 GSM系統的接口與協議 325
10.2.4 GSM系統的技術原理 328
10.3 第三代移動通信系統簡介 343
10.3.1 IMT-2000無線接口和無線
傳輸技術方案 343
10.3.2 IMT-2000標準 344
10.3.3 IMT-2000系統的基本
結構 347
10.3.4 3G的關鍵技術 348
10.4 第四代移動通信展望 353
10.4.1 4G技術的特點 353
10.4.2 4G中的關鍵技術 354
本章小結 356
思考練習題 357
第11章 應用SystemView仿真通信
系統 359
11.1 SystemView簡介 359
11.1.1 SystemView的功能
與特點 359
11.1.2 基本庫和專業庫 361
11.1.3 仿真步驟 361
11.2 SystemView的基本操作與使用 362
11.2.1 庫選擇操作 362
11.2.2 系統定時 364
11.2.3 在分析窗中觀察分析結果 365
11.3 通信系統仿真實例 368
11.3.1 PCM通信系統仿真 368
11.3.2 QPSK調制解調系統仿真 372
11.3.3 (7,4)漢明碼編譯碼器仿真 377
本章小結 380
思考練習題 380
附錄A 通信工程常用函數 382
附錄B 希爾伯特變換 386
參考文獻 388
