內容簡介
《普通高等教育“十一五”規劃教材:數字通信技術(第2版)》主要介紹數字通信的相關技術及其在現代通信係統中的應用。《普通高等教育“十一五”規劃教材:數字通信技術(第2版)》共分7章。第1章介紹數字通信係統的組成及通信網的概念;第2章介紹數字終端技術,包括脈衝編碼調製和時分復用原理;第3章介紹數字復接技術,主要包括數字復接原理、同步數字係列SDH;第4章介紹數字信號的傳輸,主要包括數字基帶傳輸係統的模型與數字基帶信號的常用碼型,數字信號頻帶傳輸的概念與現代數字調製技術及調製解調器;第5章介紹差錯控製編碼,包括差錯控製編碼的基本原理和幾種常用的差錯控製編碼;第6章介紹現代數字通信係統,主要介紹數字通信技術在現代通信係統中的應用,包括數字移動通信係統、數字光縴通信係統、衛星通信係統、數字微波通信係統及計算機網絡;第7章提供瞭本課程的兩個實訓教學項目:“數字基帶通信係統的分析與測試”及“數字頻帶通信係統的分析與測試”。
《普通高等教育“十一五”規劃教材:數字通信技術(第2版)》可作為高等職業學校、高等專科學校及成人高校電子信息類專業的教材,也可供相應專業的工程技術人員參考。
內頁插圖
目錄
前言
第1章 數字通信係統概述
1.1 通信係統及其特徵
1.1.1 通信係統的一般模型
1.1.2 模擬通信和數字通信係統模型
1.2 信息與信號的概念
1.2.1 基帶信號與頻帶信號
1.2.2 數字信號與模擬信號
1.3 數字通信
1.3.1 數字通信係統
1.3.2 數字通信的特點
1.3.3 數據通信
1.4 信道
1.4.1 有綫信道
1.4.2 無綫信道
1.5 通信係統的主要性能指標
1.6 通信網簡介
1.6.1 通信網的組成
1.6.2 通信網的分類
1.6.3 通信網絡的拓撲結構
1.7 通信技術的發展趨勢
1.7.1 接入層將繼續呈現多種技術共存
1.7.2 傳送層將走嚮智能化和融閤
1.7.3 控製層將實現業務與控製相分離
1.7.4 應用層的業務發展是關鍵
1.7.5 支撐層關鍵技術發展趨勢
1.7.6 終端和用戶卡發展趨勢
本章小結
練習與思考題
第2章 數字終端技術
2.1 脈衝編碼調製
2.1.1 抽樣
2.1.2 量化
2.1.3 編碼
2.1.4 再生
2.1.5 解碼
2.1.6 濾波
2.2 PCM編解碼器
2.2.1 單片編解碼器的結構
2.2.2 Intel2914單路編解碼器
2.2.3 PCM係統中的噪聲
2.3 自適應差值脈衝編碼調製
2.3.1 增量調製
2.3.2 差值脈衝編碼調製
2.3.3 自適應差值脈衝編碼調製的原理
2.4 時分復用原理
2.4.1 時分多路復用、幀結構的基本概念
2.4.2 30/32路PCM基群幀結構
2.4.3 30/32路PCiVl基群終端機的構成及性能指標
2.4.4 PCM高次群
本章小結
練習與思考題
第3章 數字復接技術
3.1 數字復接原理
3.1.1 PCM復用
3.1.2 數字復接
3.2 準同步數字係列PDH
3.2.1 PCM端機框圖
3.2.2 PDH數字復接係統結構
3.2.3 PDH傳輸體製的缺陷.
3.3 同步數字係列SDH
3.3.1 SDH概述
3.3.2 SDH信號的幀結構
3.3.3 SDH的復用結構和步驟
3.3.4 開銷和指針
本章小結
練習與思考題
第4章 數字信號的傳輸
4.1 數字基帶傳輸係統的基本理論
4.1.1 基帶傳輸係統的模型
4.1.2 關注基帶傳輸的目的
4.2 數字基帶信號碼型
4.2.1 碼型變換原則
4.2.2 基帶傳輸的常用碼型
4.3 眼圖
4.3.1 無噪聲時的眼圖
4.3.2 存在噪聲時的眼圖
4.3.3 眼圖的模型
4.4 數字頻帶傳輸係統
4.5 數字調製
4.5.1 二進製振幅鍵控
4.5.2 二進製移頻鍵控
4.5.3 移相鍵控
4.6 現代數字調製技術
4.6.1 正交振幅調製
4.6.2 最小移頻鍵控
4.6.3 高斯最小移頻鍵控
4.7 數字調製係統的性能比較
4.7.1 二進製數字調製係統的性能比較
4.7.2 多進製數字調製係統的性能比較
4.8 調製解調器
4.8.1 MODEM的功能
4.8.2 MODEM的分類
4.8.3 MODEM的性能指標
4.8.4 MODEM的應用
本章小結
練習與思考題
第5章 差錯控製編碼
5.1 差錯控製編碼概述
5.1.1 差錯控製編碼的基本概念
5.1.2 差錯控製方式
5.1.3 差錯控製編碼的分類
5.1.4 檢錯和糾錯的基本原理
5.2 幾種常用的檢錯碼
5.2.1 奇偶校驗碼
5.2.2 行列監督碼
5.2.3 恒比碼
5.2.4 正反碼
5.3 綫性分組碼
5.3.1 綫性分組碼的基本概念
5.3.2 漢明碼
5.4 循環碼
5.4.1 循環碼概述
5.4.2 常用循環碼
5.5 捲積碼
本章小結
練習與思考題
第6章 現代數字通信係統
6.1 數字移動通信係統
6.1.1 移動通信的特點
6.1.2 GSM數字蜂窩移動通信係統
6.1.3 CDMA數字蜂窩移動通信係統
6.1.4 TD-SCDMA數字移動通信係統
6.2 數字光縴通信係統
6.2.1 數字光縴通信概述
6.2.2 數字光縴通信係統的基本結構
6.2.3 光縴通信網絡
6.2.4 波分復用技術
6.3 衛星通信係統
6.3.1 衛星通信係統概述
6.3.2 衛星通信係統原理
6.3.3 衛星通信多址聯接方式
6.3.4 VSAT衛星通信係統
6.4 數字微波通信係統
6.4.1 數字微波通信概述
6.4.2 數字微波通信係統的組成
6.4.3 數字微波網的構成形式
6.5 數據通信與計算機網絡
6.5.1 數據通信與計算機通信
6.5.2 計算機網絡的組成
6.5.3 數據傳輸與交換技術
6.5.4 計算機網絡體係結構與協議
本章小結
練習與思考題
第7章 數字通信係統實訓
7.1 實訓項目一:數字基帶通信係統的分析與測試
7.1.1 數字基帶通信係統簡述
7.1.2 語音編解碼通信係統的分析與測試
7.1.3 數字復接與解復接係統的分析與測試
7.1.4 綫路編解碼係統的分析與測試
7.1.5 鎖相環電路的分析與測試
7.1.6 項目報告
7.2 實訓項目二:數字頻帶係統的分析與測試
7.2.1 數字頻帶通信係統簡述
7.2.2 漢明編譯碼模塊的分析與測試
7.2.3 數字調製與解調電路的分析與測試
7.2.4 項目報告二
參考文獻
精彩書摘
1.3.1 數字通信係統
信道中傳輸數字信號的係統,稱為數字通信係統。數字通信係統的模型如圖1.4所示。圖中信源編碼的作用是把信源發齣的連續信號變換為數字序列。信道編碼的作用是將信源編碼輸齣的數字序列人為地按一定的規則加人多餘碼元,使得在接收端能發現錯碼或糾正錯碼,以提高通信的可靠性。信道解碼的作用是發現或糾正傳輸過程中引入的差錯,解除信道編碼所加入的多餘碼元。調製和解調隻是對用模擬傳輸方式的數字通信係統纔是必須的,信源解碼的作用是把數字信號還原為模擬信號。
在數字通信係統中要研究的基本問題有:
1)收發兩端消息與電信號之間互換的過程、模擬信號的數字化及數字式基帶信號的特性。
2)抗乾擾編碼與解碼,即差錯控製編碼問題。
3)數字調製與解調原理。
4)保密通信問題:當需要保密通信時,可對基帶信號的“0”、“1”序列進行人為“攪亂”(即加上密碼信號),稱為加密。此時,在接收端需要恢復原來的“0”、“1”序列,稱為解密。
5)信道與噪聲的特性及其對信號傳輸的影響。
6)同步問題:數字通信是一個一個碼元傳送的,接收端接收時必須與發送端節拍相同,否則會因收發步調不一緻而造成混亂。這稱為“碼元同步”或“位同步”。此外,為瞭錶述消息內容,基帶信號都是按消息特徵進行編組的,因此在收發之間一組組的編碼規律也必須一緻,否則,接收時消息的真正內容將無法恢復。這稱為“群同步”或“幀同步”。
1.3.2 數字通信的特點
進入2l世紀以來,數字通信發展十分迅速,在通信領域中所占比重日益增加。這是因為數字通信與模擬通信相比具有以下優點:
1)抗噪聲性能好。模擬通信待傳送的信息包含在信號的波形中,當波形疊加上噪聲後,無法將噪聲去掉。數字通信待傳送的信息不包含在“0”、“1”碼的碼形之中,而是包含在碼元的不同組閤之中。雖然噪聲可以使碼元的波形産生失真,但可以對碼元進行判決、再生,隻要再生後的碼元組閤不變,就可以恢復原來的信息。因而采用再生的方法,可以消除噪聲的積纍。
2)差錯可控。信號在傳輸中齣現差錯可以采用各種差錯控製編碼的方法加以控製,從而有效地改善通信的質量。
3)保密性強。數字信號易於加密,便於實現保密通信。
4)便於與現代技術相結閤。隨著計算機技術、交換技術、數字信號處理技術的發展,許多設備和終端接口都適用於數字信號,因而便於與數字通信係統相連接。
數字通信的缺點是它所占用的係統帶寬比模擬通信要寬。以電話為例,一路模擬電話常占據4kHz帶寬,但一路數字電話要占64kHz的帶寬。模擬電視信號一般隻要6MHz帶寬,數字電視則要100MHz帶寬。
……
前言/序言
通信是現代社會三大基礎結構之一,是社會機體的神經係統。進入21世紀以來,通信技術已成為當今世界經濟社會發展的重要驅動力。2009年1月,工業和信息化部為中國移動、中國電信和中國聯通發放三張第三代移動通信(3G)牌照,此舉標誌著我國正式進入3G時代。3G的特點是“兩網並存”——互聯網技術與移動通信網絡技術相結閤,這個新運營模式伴隨而來的是通信技術人纔的巨大缺口。數字通信技術課程是培養現代通信技術人纔的必修課。
《數字通信技術》是普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材,能夠適應現代通信技術高技能人纔培養目標的需求。
本教材較全麵地介紹瞭現代數字通信的基本原理、結構及主要技術問題。教材內容新穎、條理清晰、應用性強。編寫過程中力求深入淺齣、通俗易懂,避免過深的數學分析,側重概念的引齣及整個係統的組成原理。本教材還與企業閤作開發和編寫瞭數字通信係統分析與測試實訓項目,為職業院校開展課程改革,實現“在學中做、在做中學”的工學結閤課程模式提供瞭依據。
本教材共分7章。第1章概述瞭通信的基本知識。第2章至第5章分彆介紹瞭數字通信的主要技術:數字終端技術、數字復接技術、數字信號的傳輸以及差錯控製編碼。第6章篇幅較大,介紹瞭四種現代數字通信係統(數字移動通信係統、數字光縴通信係統、衛星通信係統、數字微波通信係統)及數據通信與計算機網絡。第7章提供瞭本課程的兩個實訓教學項目,包含6個係統測試任務。
根據開設專業的不同,學校可適當選擇本教材的章節。建議通信類專業選擇1~5章及第7章的內容,參考學時為70學時。電子或計算機類專業可選擇1-5章及第6章部分內容,亦可酌情選擇第7章的實訓內容,參考學時為90學時。
現代通信的基石:深入淺齣數字通信技術 在信息爆炸的時代,數字通信已如空氣般滲透到我們生活的方方麵麵,從智能手機的流暢通話,到高清視頻的點播,再到物聯網的廣泛連接,這一切的便捷與高效,都離不開數字通信技術的支撐。本書旨在為讀者提供一個全麵、深入且易於理解的數字通信技術學習體驗,引領您穿越信號的世界,掌握信息傳輸的核心奧秘。 一、 數字通信的魅力:為何如此重要? 我們為何需要數字通信?這得從模擬信號和數字信號的本質說起。模擬信號是連續變化的,如同聲波的起伏,但其在傳輸過程中容易受到噪聲乾擾,導緻信息失真。而數字通信則將信息編碼為離散的二進製比特流(0和1),這種編碼方式具有極強的抗乾擾能力,即使在復雜的信道中傳輸,也能最大限度地保證信息的準確性。因此,數字通信是現代通信係統的基礎,支撐著從個人通訊到全球網絡的龐大體係。 本書將帶領您從最基礎的概念入手,闡述數字通信相較於模擬通信的優勢,以及其在現代社會發展中的關鍵作用。我們將探討數字通信如何在軍事、醫療、金融、娛樂等各個領域發揮著不可替代的作用,以及未來數字通信技術的發展趨勢,例如5G、6G技術將如何進一步改變我們的生活。 二、 數字信號的誕生:從源頭到比特 數字通信的第一步,是將原始信息(如語音、圖像、文字)轉化為數字信號。這一過程涉及一係列精妙的技術。 信號的采樣與量化: 模擬信號如何變成離散的樣本點?這就像是用一連串快照記錄下連續的畫麵。本書將詳細講解采樣定理,解釋采樣頻率的選擇如何影響信號的恢復精度。量化則是將連續的樣本幅度映射到有限的離散值,如同將彩虹的連續色彩劃分成有限的色塊。我們將深入探討量化器的設計,以及量化誤差如何影響數字信號的質量。 編碼技術: 為瞭有效地錶示信息,我們需要將其轉化為二進製比特流。本書將介紹各種重要的編碼技術,包括: 信源編碼: 如何用更少的比特錶示相同的信息,實現數據壓縮,提高傳輸效率。我們將深入研究霍夫曼編碼、算術編碼等無損壓縮算法,以及JPEG、MP3等在圖像和音頻壓縮中的應用。 信道編碼: 如何在比特流中加入冗餘信息,以便在接收端檢測和糾正錯誤,確保傳輸的可靠性。我們將詳細講解綫性分組碼(如海明碼)、捲積碼、Turbo碼和LDPC碼等,並分析它們在不同應用場景下的性能錶現。 數字調製: 如何將編碼後的數字比特信息加載到載波信號上進行傳輸。我們將係統介紹幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)以及正交振幅調製(QAM)等基本調製方式,並探討更高階的調製技術及其優勢。 三、 信號的旅程:穿越信道的挑戰 數字信號在傳輸過程中,需要穿越各種媒介,這些媒介被稱為“信道”。信道並非完美無缺,噪聲、衰減、失真等都會對信號造成影響。 信道模型: 本書將介紹多種典型的信道模型,如加性高斯白噪聲(AWGN)信道、衰落信道等,幫助讀者理解不同信道環境下信號傳播的特性。 噪聲與乾擾: 深入分析各種噪聲的來源及其對信號的影響,以及如何通過信號處理技術降低噪聲的乾擾。 衰減與失真: 探討信號在傳輸過程中發生的衰減現象,以及多徑效應等導緻的信號失真,並介紹相應的補償技術。 四、 信號的歸來:精準的接收與解碼 在接收端,數字信號需要被準確地接收和解碼,恢復齣原始信息。 匹配濾波與最優接收: 介紹如何設計匹配濾波器來最大限度地提高信噪比,以及最優接收機的基本原理。 解調與譯碼: 講解與調製過程相對應的解調方法,以及如何利用信道編碼的冗餘信息進行錯誤檢測和糾正。我們將深入分析最大似然譯碼、最大後驗概率譯碼等譯碼算法,並探討它們的復雜度與性能。 均衡技術: 介紹如何利用均衡器來補償信道引起的符號間乾擾(ISI),提高信號的接收性能。 五、 數字通信係統的構建:從原理到實踐 掌握瞭基本的數字通信原理,我們還需要瞭解如何將這些技術融閤成一個完整的通信係統。 基帶傳輸與帶通傳輸: 區分這兩種基本的信號傳輸方式,並分析它們的適用場景。 多址技術: 在實際通信係統中,往往需要允許多個用戶同時接入。本書將介紹時分多址(TDMA)、頻分多址(FDMA)、碼分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)等關鍵的多址技術,它們是如何在有限的資源下實現用戶共享的。 同步技術: 信號的正確接收離不開精確的同步,包括載波同步、定時同步等。我們將探討各種同步方法的原理和實現。 誤碼率(BER)分析: 學習如何評估數字通信係統的性能,即誤碼率,並瞭解影響BER的各種因素。 六、 現代數字通信的璀璨成果 本書在介紹核心原理的同時,還將結閤現代數字通信係統的實際應用,讓讀者對數字通信技術有一個更直觀的認識。 移動通信係統: 從早期的2G、3G,到如今廣泛應用的4G、5G,我們將梳理移動通信技術的演進曆程,並重點介紹其在信息傳輸、語音通信、數據業務等方麵的重要突破。 無綫局域網(WLAN): 探討Wi-Fi等無綫局域網技術的工作原理,以及其在傢庭、辦公等場景中的廣泛應用。 衛星通信與光縴通信: 簡要介紹這兩種重要的通信方式,理解它們在長距離、大容量信息傳輸中的獨特優勢。 七、 展望未來:數字通信的無限可能 數字通信技術的發展日新月異,本書的最後部分將帶領讀者展望未來的發展趨勢。 下一代移動通信(6G): 探討6G可能帶來的技術革新,如更高的速率、更低的延遲、更廣的連接範圍,以及其對人工智能、虛擬現實等新興技術的影響。 物聯網(IoT)通信: 深入分析物聯網設備之間如何進行低功耗、高密度的通信,以及在智能傢居、智慧城市等領域的應用前景。 人工智能在通信中的應用: 探討AI技術如何賦能通信係統的設計、優化和管理,例如智能信道估計、智能資源調度等。 本書力求內容翔實,理論與實踐相結閤,配以豐富的圖錶和例題,幫助讀者循序漸進地掌握數字通信技術的精髓。無論您是通信工程專業的學生,還是對數字通信技術感興趣的從業人員或愛好者,本書都將是您學習和探索數字通信世界的理想指南。通過本書的學習,您將能夠理解信息如何穿越時空,洞悉現代通信的強大力量,並為未來通信技術的進步貢獻自己的力量。