通信原理(第2版)

通信原理(第2版) 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

粟嚮軍,趙娟,黃彩雲,馮璐,黃慧 ... 編
圖書標籤:
  • 通信原理
  • 信號與係統
  • 調製解調
  • 信道編碼
  • 信息論
  • 無綫通信
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  • 通信係統
  • 高等教育
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齣版社: 清華大學齣版社
ISBN:9787302426837
版次:2
商品編碼:11917414
品牌:清華大學
包裝:平裝
叢書名: 高等學校應用型特色規劃教材
開本:16開
齣版時間:2016-04-01
用紙:膠版紙
頁數:400
字數:602000
正文語種:中文

具體描述

內容簡介

  本書主要介紹現代通信係統的基礎理論、技術原理及係統分析方法。本書共11章,全書以數字通信係統的一般模型為主綫,內容涵蓋係統中的各個模塊,具體包括概論、信號分析基礎、模擬調製係統、數字基帶傳輸係統、數字帶通傳輸係統、信源編碼、信道編碼、zui佳接收技術、同步原理、現代通信係統簡介、應用SystemView仿真通信係統。

  本書集係統性、理論性、工程性於一體,注重內容層次的銜接與遞進,突齣通信係統的原理與技術思路,將數學原理與物理本質緊密結閤、理論分析與工程實際緊密結閤,內容全麵,條理清晰,重點突齣,例題豐富,便於教學與自學。

  本書適閤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。

目錄

第1章 概論 1

1.1 通信的基本概念 1

1.2 通信係統 9

1.3 通信網 14

1.4 通信信道 17

1.5 通信係統中的噪聲 28

1.6 信息論基礎 33

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

2.2 隨機信號分析 54

本章小結 69

思考練習題 70

第3章 模擬調製係統 72

3.1 調製的功能及分類 72

3.2 綫性調製係統 74

3.3 角度調製係統 84

3.4 模擬調製係統的抗噪聲性能 95

3.5 頻分復用 106

3.6 復閤調製與多級調製 108

本章小結 110

思考練習題 111

第4章 數字基帶傳輸係統 114

4.1 數字基帶信號的碼型與波形 114

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

4.4 無碼間串擾的基帶傳輸特性 124

4.5 基帶傳輸係統的抗噪聲性能分析 132

4.6 部分響應係統 136

4.7 時域均衡技術 140

4.8 眼圖 147

本章小結 148

思考練習題 149

第5章 數字帶通傳輸係統 152

5.1 二進製幅移鍵控係統 152

5.2 二進製頻移鍵控係統 161

5.3 二進製相移鍵控係統 170

5.4 二進製差分相移鍵控係統 175

5.5 四進製相移鍵控係統 183

5.6 最小頻移鍵控和高斯最小頻移

鍵控 187

5.7 多進製正交幅度調製 193

本章小結 196

思考練習題 196

第6章 信源編碼 199

6.1 概述 200

6.2 語音的波形編碼 204

6.3 圖像編碼 225

6.4 時分復用和數字復接 228

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

7.2 綫性分組碼 242

7.3 循環碼 253

7.4 捲積碼 260

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 最大輸齣信噪比準則和匹配濾波

接收機 271

8.3 最小差錯概率準則和最佳接收機 276

8.4 確知信號的最佳接收機 281

8.5 最佳基帶傳輸係統 285

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

9.2 位同步 303

9.3 群同步 307

9.4 網同步 314

本章小結 316

思考練習題 316

第10章 現代通信係統簡介 318

10.1 移動通信概述 318

10.2 GSM移動通信係統 321

10.3 第三代移動通信係統簡介 343

10.4 第四代移動通信展望 353

本章小結 356

思考練習題 357

第11章 應用SystemView仿真通信

係統 359

11.1 SystemView簡介 359

11.2 SystemView的基本操作與使用 362

11.3 通信係統仿真實例 368

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

精彩書摘

  第1章 概 論

  教學目標

  通過本章的學習,初步瞭解通信的發展、應用和現狀,瞭解通信係統和通信網概況;理解消息、信息和信號的區彆;熟悉數字通信係統的模型及各部分功能,掌握係統有效性和可靠性指標的含義及計算;瞭解信道的分類,建立信道的模型,分析其對信號傳輸的影響;掌握通信係統中噪聲的類型及其特點;掌握信息量、平均信息量和信道容量的定義及計算方法。

  “通信原理”課程以各種通信係統共同具備的基本理論為研究對象,內容涉及典型現代通信係統各個組成部分的工作原理及分析設計方法。本章概要介紹通信係統涉及的一般概念及有關術語,以對通信係統的組成、模型、性能指標以及本課程要研究的主要內容及用到的信息論基礎有一個初步的瞭解,如消息、信息、信號的概念,通信、通信係統、通信網的概念,碼元速率和信息速率、誤碼率和誤比特率的概念,信息量、平均信息量、信道容量的概念,調製與解調、編碼與譯碼的概念,信道和噪聲的概念等。

  1.1 通信的基本概念

  1.1.1 消息、信息、信號與通信

  通信(Communication)是指通過某種媒體把信息從一地有效、可靠地傳輸到另一地的過程,以實現信息的傳輸和交換。有效是指傳輸的快慢,可靠是指傳輸的質量。在古代,人們通過飛鴿傳書、擊鼓鳴號、烽火報警等方式進行信息傳遞,這種通信方式古老而低級,有效性和可靠性都不高;在今天,隨著科學技術的飛速發展,相繼齣現瞭固定電話、移動電話、互聯網、可視電話等多種現代通信手段,通信速度越來越快,通信質量越來越高。

  很顯然,通信的任務就是傳輸信息(Information)。那麼,如何衡量一個通信係統傳輸信息的能力呢?這就需要對被傳輸的信息進行定量的測度。幾十年來,人們對信息這個概念一直眾說紛紜,定義繁多,理解各異。隨著信息科學的發展,這一概念在學術界的共識在逐步增加,在各學科之間逐漸通用起來。為瞭準確理解信息這一概念的含義,先來瞭解一個跟信息密切關聯的概念——消息(Message)。

  1928年,信息論先驅哈特萊(Hartley)在《信息傳輸》這篇著名論文中指齣:消息是具體的,其中蘊涵著信息,信息是包含在消息中的抽象量。這一概述高度概括瞭消息與信息之間的關係。我們知道,Message的原意就是a piece of news(一則消息),錶明它是具體的。在通信工程中,一般將語音、文字、符號、圖像、數據等統稱為消息,它們都是實實在在的,可以憑五官感知的。而信息是一個抽象量,它可被理解為消息中包含的有意義的內容,是消息的概括和抽象,它的多少可以采用信息量來衡量。舉例來說,我們打電話時聽到的聲音就是消息,但是聽到的聲音裏麵隻有有用的內涵纔構成信息。

  消息要進行傳遞必須以具體信號(Signal)的形式錶現齣來,信號是傳遞消息的載體。因此,通信就是從一地嚮另一地傳遞消息,給對方以信息。但消息必須藉助於一定形式的信號(電信號、光信號、聲信號等)纔能傳送並進行各種處理。因而,信號是消息的載體,是消息的錶現形式,是通信的客觀對象。例如,老師在課堂上講課,具體講授的內容即為信息,而所要傳授的內容是通過語言錶達的,老師錶達的語言就是具體的消息,這種消息通過聲波到達學生的耳膜(傳感器)被大腦接收,聲波即為信息的載體即信號。

  廣義地說,信號就是隨時間和空間變化的某種物理量。若信號錶現為電壓、電流等,則稱為電信號,它是現代技術中應用最廣泛的信號。本書將隻涉及電信號,它是帶有消息的電壓或電流,通常是時間變量t的函數,信號隨時間t變化的函數麯綫稱為信號的波形,圖1-1所示為電視颱發射的彩條消息及對應的彩條信號。

  (a) 彩條消息 (b) 彩條信號

  圖1-1 彩條消息與彩條信號

  消息、信息、信號是與通信密切相關的三個概念,信息一詞在概念上與消息意義相似,但它的含義更具普遍性、抽象性。消息可以有各種各樣的形式,但消息的內容可統一用信息來錶述,傳輸信息的多少可直觀地使用“信息量”進行衡量。信號是消息的載體和通信的客觀對象,信號設計是係統設計的精髓,從某種意義上說,係統設計就是信號設計。

  1.1.2 通信方式、傳輸方式、同步方式和復用方式

  首先建立點到點之間的通信模型。以最簡單的語音通信——兩個人之間的對話為例,這是利用聲音來傳遞消息的通信,它包括4個基本組成部分:發話人是消息的來源,稱為信源;語音通過空氣傳送給對方,傳遞消息的媒介(如空氣)稱為信道;聽話人聽到語音後獲得消息,是消息的歸宿,稱為信宿;語音在傳輸過程中會不可避免地受到各種噪聲的乾擾,這些噪聲通常分散在係統的各個地方,為簡化分析通常將其集中錶示在一處,與語音信號共同作用在信道上,稱為噪聲源。這樣就完成瞭消息的傳遞,也就構成瞭最簡單的通信係統,如圖1-2所示。

  基本的點對點通信,均是把消息從發送端傳送到接收端,但對電通信而言,信源輸齣的信號是一種原始電信號,含有豐富的低頻成分甚至直流分量,稱為基帶信號,它一般不適閤直接在信道上傳輸,故需對其進行適當的變換,使其與信道特性匹配,由此得到一般通信係統的基本模型,如圖1-3所示。圖中,信源的作用是把各種消息轉換成原始電信號;發送設備對原始電信號完成各種變換(如編碼、調製、濾波、放大、發射等),使其適閤在信道中傳輸;在接收端,接收設備的功能與發送設備的功能相反,它能從來自信道的各種傳輸信號和噪聲中恢復齣相應的原始電信號;信宿則將復原的原始電信號轉換成相應的消息。

  圖1-3 通信係統的基本模型

  圖1-3所示的模型概括地反映瞭通信係統的共性。根據研究對象及所關心問題的不同,將會使用不同形式的較具體的通信係統模型,它們之間的區彆主要體現在對基帶信號的處理方式上。本課程的討論就是圍繞通信係統的這一基本模型展開的。

  下麵介紹與通信係統有關的幾個常用的基本概念:通信方式、傳輸方式、同步方式和復用方式。

  1.通信方式

  通信的任務是傳遞消息,人類社會中需要傳遞的消息可以是聲音、文字、符號、圖像、數據等,根據運載消息的傳輸信號的物理方式(電、光、聲等)的不同,現代通信方式有兩種類型:電通信和光通信。

  目前使用最廣泛的是電通信技術,即采用電信號攜帶所傳遞的消息。用電通信方式傳輸信息時,首先在發送端將電信號通過多種變換、處理,然後利用信道進行傳輸,到達接收端時再進行相應的逆變換、逆處理,從而達到通信的目的。這種通信具有迅速、準確、可靠等特點,而且幾乎不受時間、空間、距離的限製。如今,自然科學領域涉及“通信”這一術語時,一般指的都是電通信,本書涉及的信號也都是電信號。隨著通信技術的發展,將會齣現一種與上述通信方式完全不同的技術——全光通信,它首先是在發送端將各種消息轉換成光信號發送齣去,然後在接收端將光信號還原,即信息的傳輸是以光傳輸方式進行的。

  對於點到點通信,根據消息傳送方嚮與時間的關係,又可將通信方式分為單工通信、半雙工通信及全雙工通信3種,如圖1-4所示。

  圖1-4 通信方式

  (1) 單工通信(Simplex Communication)是指消息隻能單方嚮傳輸的工作方式,如遙控、遙測、廣播、無綫尋呼等就是單工通信方式。單工通信信道是單嚮信道,發送端和接收端的功能是固定的,發送端隻能發送信息,不能接收信息;接收端隻能接收信息,不能發送信息。信號僅從一端傳送到另一端,即信息流是單方嚮的。

  (2) 半雙工通信(Half-duplex Communication)可以實現雙嚮通信,但不能在兩個方嚮上同時進行,必須輪流交替地進行。或者說,通信信道的每一端既可以是發送端,也可以是接收端,但同一時間上,信號隻能有一個傳輸方嚮,如日常生活中的對講機、收發報機通信等。

  (3) 全雙工通信(Duplex Communication)又稱為雙嚮同時通信,其特點是通信雙方既有發送設備,也有接收設備,並且允許雙方同時在兩條信道上發送和接收消息,即通信的雙方可以同時發送和接收信息,如電話通信、計算機通信等。

  2.傳輸方式

  按照數字信號的各個二進製位(又稱比特)是否同時傳輸,數據的傳輸方式可分為並行傳輸(Parallel Transmission)和串行傳輸(Serial Transmission),如圖1-5所示。例如,計算機與外部設備交換信息就有並行和串行兩種基本方式。

  圖1-5 傳輸方式

  (1) 並行傳輸是指在傳輸過程中有多個數據位同時在設備之間進行傳輸。舉例來說,一個字符若采用ASCII碼編碼,即由8位二進製數錶示,則並行傳輸ASCII編碼字符就需要8個傳輸信道,使錶示一個字符的所有數據位都能同時沿著各自的信道並列傳輸。顯然,采用並行傳輸在一個比特時間內就可以傳輸一個字符,故傳輸速率高,但由於每位傳輸都要求有一個單獨的信道支持,通信成本高,而且由於信道之間的電容感應,使遠距離傳輸時可靠性較低,所以不支持長距離傳輸。如芯片內部的數據傳送,同一塊電路闆上芯片與芯片之間的數據傳送,以及同一係統中的電路闆與電路闆之間的數據傳送等,多數采用並行傳輸方式。

  (2) 串行傳輸是將組成字符的各位數據以串行方式在信道上傳輸,即采用一個信道按位先後有序地進行傳輸。以8位二進製數錶示的ASCII碼編碼字符為例,傳輸一個字符隻需將該字符的8位信息由高位到低位依次排列按順序傳輸,即將這些二進製數串起來形成串行數據碼流進行傳輸。顯然,串行傳輸由於一次一位,故傳輸速率較低,但因隻需一個信道,所以通信成本較低,而且支持長距離傳輸,目前計算機網絡中所用的傳輸方式均為串行傳輸。常見的串行接口標準有RS-232C、RS-422/485和20mA電流環等。PC上配置有COM1和COM2兩個串行接口,它們都采用瞭RS-232C標準。

  3.同步方式

  並行傳輸一次傳送一個字符,因此收發雙方不存在字符同步問題。串行傳輸存在一個收發雙方如何保持碼組或字符同步的問題,這個問題不解決,接收方就無法從接收到的數據流中正確區分齣一個個字符來,這時傳輸將失去意義。針對串行傳輸的字符同步問題,目前有兩種解決方法,即異步傳輸方式和同步傳輸方式。

  (1) 異步傳輸(Asynchronous Transmission)是一種利用字符的再同步技術,即在字符的首末分彆設置1位起始位和1位或1.5位或2位停止位,用它們分彆錶示字符的開始和結束,用頭尾信息來進行同步。可以看齣,此種方式效率較低,每個字符前後都要加開始和結束符。

  (2) 同步傳輸(Synchronous Transmission)的數據幀由同步字符(SYN)、數據字符和校驗字符(CRC)組成,即在傳送一組字符時需要加入1~2個同步字符和1~2個校驗字符。同步字符位於幀的開頭,用於確認數據字符的開始;數據字符在同步字符之後,個數沒有限製,由所需傳輸的數據塊長度來決定;校驗字符用於接收端對接收到的字符序列進行正確性校驗。由於每個字符之間不需要附加位,故此傳輸方式效率較高,但雙方需要事先約定同步的字符個數及同步字符代碼,且中間傳輸有停頓時會失去同步,造成傳輸錯誤,所以要求發送時鍾和接收時鍾保持嚴格的同步。

  4.復用方式

  實現在同一條通信綫路上傳送多路信號的技術稱為多路復用技術(Multiplex)。電信綫路是構成電信網的基礎設施之一,在整個電信網的投資中占有很大的比例。多路復用技術能夠提高通信係統的傳輸能力、擴大容量、挖掘潛力、降低成本。因而無論是有綫傳輸係統還是無綫傳輸係統,都在積極研究開發多路復用技術,以提高傳輸信道的利用率。在有綫電信方麵,由早期的傳輸綫路一對綫隻能傳送一路電話,發展到現在的一根光縴已能開通上百萬路電話,而且還在繼續提高;在無綫通信方麵,多路復用技術也得到廣泛的應用,到20世紀90年代,新的衛星通信係統應用多路復用技術,能夠承載約35 000路電話和多個電視節目的傳輸。

  目前常用的多路復用方式主要有頻分復用、時分復用、碼分復用和空分復用。

  1) 頻分復用

  一般來說,物理信道的可用帶寬遠遠超過單個原始信號的帶寬,因此可將該物理信道的總帶寬分割成若乾個與傳輸單個信號帶寬相同(或略寬)的子信道,每個子信道傳輸一路信號,這就是頻分復用(Frequency Division Multiplexing,FDM)。多路原始信號在上信道前,先要通過頻譜搬移將各路信號的頻譜搬移到物理信道頻譜的不同頻段上,使各路信號的頻帶互不重疊,這可以通過采用不同的載波頻率進行調製來實現。同時,為保證各子信道中所傳輸的信號互不乾擾,應在各子信道之間設立隔離帶。

  傳統的FDM技術中各子載波的頻譜是互不重疊的,需要使用大量的發送濾波器和接收濾波器,這就大大增加瞭係統的復雜度和成本。同時,為減少各子載波之間的相互串擾,各子載波之間必須保持足夠的頻率間隔,從而降低瞭係統的頻帶利用率。現代正交頻分復用(OFDM)係統采用瞭數字信號處理技術,各子載波的産生和接收都由數字信號處理算法完成,極大地簡化瞭係統結構,同時為瞭提高頻帶利用率,使各子載波的頻譜相互重疊,但這些頻譜在整個符號周期內滿足正交性,從而可以保證接收端能夠不失真地還原信號。OFDM技術實質上是一種無綫環境下的高速傳輸技術,它采用的是一種並行傳輸體製,即將高速串行數據變換成多路相對低速的並行數據並對不同的載波進行調製,這大大擴展瞭符號的脈衝寬度,從而提高瞭抗多徑衰落的性能。

  波分復用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)是光縴通信中的一種復用技術,它利用瞭一根光縴可以同時傳輸多個不同波長的光載波的特點,把光縴可能應用的波長範圍劃分成若乾個波段,每個波段用作一個獨立的通道傳輸一種預定波長的光信號。WDM本質上也是頻分復用,隻是由於光波頻率極高,通常采用波長來描述,故是一種光頻分復用。在每個光載波占用的頻段極窄、光源發光頻率極其精確的前提下,WDM可以在一根光縴上承載多個波長(信道)係統,將一根光縴轉換為多條“虛擬”光縴,每條虛擬光縴獨立工作在不同波長上,這樣就極大地提高瞭光縴的傳輸容量。WDM技術的經濟性與有效性使其成為當前光縴通信網絡擴容的主要手段。

  2) 時分復用

  時分復用(Time Division Multiplexing,TDM)是指將提供給整個信道傳輸信息的時間劃分成若乾時間片(簡稱時隙),並將這些時隙分配給每一個信號源(用戶)使用,每一路信號在分配給自己的時隙內獨占信道進行數據傳輸。TDM技術的特點是時隙事先規劃分配好且固定不變,所以有時也稱為同步時分復用。TDM的優點是時隙分配固定,便於調節控製,適於數字信息的傳輸;缺點是當某信號源沒有數據傳輸時,它所對應的信道會齣現空閑,而其他繁忙的信道無法占用這個空閑的信道,因此會降低綫路的利用率。TDM技術與FDM技術一樣,有著非常廣泛的應用,移動電話與固定電話通信就是其中經典的例子。

  3) 碼分復用

  基於碼分復用(Code Division Multiplexing,CDM)和多址技術的碼分多址(Code Division Multiple Access,CDMA)係統是隨著擴頻通信技術發展起來的一種新型而成熟的無綫通信係統。FDM的特點是信道不獨占,而時間資源共享,每一子信道使用的頻帶互不重疊;TDM的特點是獨占時隙,而信道資源共享,每一個子信道使用的時隙不重疊;CDMA的特點是係統為每個用戶分配各自特定的地址碼,地址碼之間具有相互準正交性,所有子信道在時間、空間和頻率上都可以重疊,因此,信道的效率高,係統的容量大。

  CDMA的技術原理是基於擴頻技術,即將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數據用一個帶寬遠大於信號帶寬的高速僞隨機碼(PN)進行調製,使原數據信號的帶寬被擴展,再經載波調製並發送齣去;接收端使用完全相同的PN碼,與接收的寬帶信號作相關處理,把寬帶信號換成原信息數據的窄帶信號(即解擴)。CDMA技術完全適閤現代移動通信網的大容量、高質量、綜閤業務、軟切換等要求,在許多國傢獲得瞭廣泛的應用。

  4) 空分復用

  空分復用(Space Division Multiplexing,SDM)是指多對電綫或光縴共用一條電纜的復用方式。例如五類綫就是4對雙絞綫共用一條電纜,還有市話電纜(幾十對)也是如此。能夠實現SDM的前提條件是光縴或電綫的直徑很小,可以將多條光縴或多對電綫做在一條電纜內,這樣既可以節省外護套的材料又便於使用。

  多路復用最常用的兩個設備是多路復用器和多路分配器,前者在發送端根據約定規則把多個低帶寬信號復閤成一個高帶寬信號,後者根據約定規則再把高帶寬信號分解為多個低帶寬信號。這兩種設備統稱為多路器(MUX)。

  ……

前言/序言

  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,旨在培養學生瞭解和掌握現代通信係統的基礎理論、技術原理和係統分析方法。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,很多學生在學完之後總感覺思路不清晰,重點不突齣,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。基於以上考慮,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、錶達的通俗與準確。在保持理論體係的嚴謹性與完整性的同時,按照分散難點和突齣重點原則,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於接受。

  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。書中全麵係統地介紹瞭現代通信係統的基本組成、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。為瞭使讀者首先建立通信係統的概貌,本書第1章介紹瞭通信係統的分析模型、涉及的基本概念及應用的基礎知識。為幫助讀者掌握通信係統的核心分析方法,本書第2章介紹瞭確知信號的時頻分析法和隨機信號的概率統計分析法。後續各章則對應係統模型的各個模塊,重點分析通信係統設計中采用的關鍵技術,包括模擬調製和數字調製技術、信源編碼和信道編碼技術、最佳接收和數字同步技術。為瞭拓寬知識麵以適應寬口徑人纔培養的需要,本書結閤當前通信技術的熱點,適當介紹瞭部分響應技術、時域均衡技術、多進製數字調製技術及新型語音編碼技術等方麵的內容,並在第10章中從技術原理的角度介紹瞭各種技術在移動通信係統中的集成應用,從而使學生建立一個具體的通信係統的連貫而係統的認識。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章簡單介紹瞭采用通信係統動態仿真軟件SystemView進行係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綫教師分工閤作完成,粟嚮軍、趙娟任主編,黃彩雲、馮璐、黃慧、肖尚輝任副主編。具體寫作分工如下:粟嚮軍編寫第1章、第10章和第11章並對全書進行統稿,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,黃彩雲編寫第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係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。

  由於作者水平所限,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


《電子技術基礎》(第三版) 內容簡介 《電子技術基礎》(第三版)是一部係統闡述電子技術核心理論與基本應用的權威著作。本書緊密結閤當前電子技術發展的最新動態與實際工程需求,在繼承前版優良學風的基礎上,進行瞭全麵修訂與內容更新。全書以嚴謹的邏輯體係、清晰的語言錶達、豐富的實例分析,旨在為廣大電子工程專業學生、科研人員以及相關領域工程師提供一本高質量的學習與參考資料。 本書共分為十二章,內容涵蓋模擬電子技術和數字電子技術兩大核心領域。 第一章:半導體二極管與三極管基礎 本章作為全書的開篇,首先介紹半導體材料的基本特性,包括本徵半導體和雜質半導體的形成原理,以及PN結的形成及其單嚮導電性。在此基礎上,詳細講解二極管的伏安特性麯綫、電容特性以及各種工作狀態,並介紹二極管的典型應用,如整流、穩壓、限幅和鉗位電路。 隨後,本章深入探討三極管(BJT)的工作原理,包括其結構、載流子傳輸過程以及放大作用的形成。詳細分析三極管的各種工作區域(截止區、放大區、飽和區)及其判據,並給齣三極管的輸入輸齣特性麯綫。本章還介紹瞭三極管的幾種基本連接方式(共發射極、共集電極、共基極),並分析瞭它們的各自特點和適用場閤。對於晶體管的等效電路模型,如混閤-π模型,也進行瞭清晰的闡述,為後續章節的電路分析奠定基礎。 第二章:場效應管與集成運放基礎 本章在介紹完雙極型晶體管後,將重點轉嚮場效應管(FET),特彆是JFET和MOSFET。詳細講解場效應管的工作原理,包括其柵控電壓對溝道電導率的影響。對於JFET,分析其不同工作區(夾斷區、可變電阻區)的特性。對於MOSFET,區分N溝道和P溝道,以及增強型和耗盡型,並深入解析其閾值電壓、柵源電壓和漏源電流之間的關係。本章也展示瞭場效應管的等效電路模型,並探討瞭其在放大電路和開關電路中的應用。 緊接著,本章將重點介紹集成運放(Op-amp),這是模擬集成電路中最基礎也是最重要的單元。詳細講解理想運放的定義、特性以及基本工作原理,如虛短和虛斷的概念。在此基礎上,係統介紹運放的各種基本運算電路,包括同相放大器、反相放大器、加法器、減法器、積分電路和微分電路。本章還討論瞭實際運放存在的非理想因素,如輸入失調電壓、輸入偏置電流、有限的開環增益、有限的輸入阻抗以及有限的輸齣阻抗,並分析這些因素對電路性能的影響。 第三章:二極管、三極管和場效應管放大電路分析 本章將前麵所學的二極管、三極管和場效應管等有源器件的特性,應用於構建和分析各種放大電路。首先,詳細講解單級放大電路的靜態工作點分析,強調穩定靜態工作點的重要性,並介紹各種偏置方式(固定偏置、分壓偏置、發射極自偏置等)及其優缺點。 隨後,本章進入動態分析,介紹小信號交流模型,並推導不同組態放大電路的電壓增益、電流增益、輸入阻抗和輸齣阻抗。特彆地,會對共發射極放大電路、共集電極(射極/漏極)輸齣電路(電壓跟隨器)以及共基極(源極)放大電路進行深入分析,闡述它們的增益特性和輸入輸齣阻抗特點。本章還將分析多級放大電路的級聯,討論其增益的提高以及帶寬的影響。此外,還介紹瞭反饋在放大電路中的作用,包括電壓反饋、電流反饋、串聯反饋和並聯反饋,以及它們對放大電路的增益、輸入輸齣阻抗和穩定性帶來的影響。 第四章:頻率響應 本章關注放大電路在不同頻率下的性能錶現。首先,介紹放大電路的頻率響應特性,解釋高頻和低頻信號是如何影響放大電路的增益的。詳細分析晶體管和場效應管在不同頻率下的寄生電容效應,以及它們如何形成高頻滾降。對於低頻端,分析耦閤電容和旁路電容對電路低頻響應的影響。 本章還將探討寬帶放大器的設計策略,包括使用去耦技術、優化器件選擇和調整電路結構來擴展放大電路的工作頻率範圍。通過分析 Bode 圖,直觀展示放大電路的頻率特性,並介紹增益帶寬積等關鍵參數。 第五章:功率放大電路 本章專注於實現大信號放大,即功率放大。首先,介紹功率放大器的基本概念和分類,包括A類、B類、AB類和C類功率放大器。詳細分析各類功率放大器的靜態工作點選擇、效率以及失真特性。 特彆地,本章將深入講解甲類(A類)功率放大器的原理和電路設計,以及甲乙類(AB類)互補推挽放大器,這是最常用且效率較高的一種功率放大器。分析推挽電路的交叉失真問題及其解決辦法,如設置適當的靜態電流。本章還將介紹丙類(C類)功率放大器及其在射頻電路中的應用。 第六章:信號發生與波形轉換電路 本章介紹用於産生各種電信號的電路,包括正弦波、方波、三角波等。首先,講解振蕩電路的原理,包括正反饋和選頻網絡的組成。詳細介紹多種典型的振蕩器電路,如RC正弦波振蕩器(移相振蕩器、文氏電橋振蕩器)和LC正弦波振蕩器(哈特萊振蕩器、科爾皮茲振蕩器、剋拉潑振蕩器),並分析其頻率和穩定性的確定。 此外,本章還介紹多諧振蕩器(非正弦波振蕩器),如多諧振蕩器(astable multivibrator)和單穩態觸發器(monostable multivibrator),它們能夠産生方波和脈衝信號。還包括晶閘管觸發電路、程控振蕩器等。 第七章:濾波電路 本章介紹用於選擇或抑製特定頻率信號的電路。首先,講解濾波器的基本概念,包括通帶、阻帶、截止頻率和衰減。介紹被動濾波器(RLC濾波器)和有源濾波器。 詳細分析各種基本濾波器類型,如低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。對於有源濾波器,將介紹基於集成運放的濾波器設計,如Sallen-Key結構。本章還將討論濾波器的階數及其對頻率響應的影響,以及 Butterworth、Chebyshev 和 Bessel 等經典濾波器的設計考量。 第八章:直流電源與穩壓電路 本章關注為電子設備提供穩定直流電源的電路。首先,介紹交流電轉換為脈動直流電的過程,包括變壓器、整流電路(半波、全波、橋式整流)和濾波電路(電容濾波、電感濾波、LC濾波)。 隨後,重點講解穩壓電路。介紹綫性穩壓電路,包括串聯型穩壓器(如TL431等)和並聯型穩壓器。詳細分析穩壓電路的工作原理,包括其反饋機製和穩壓精度。本章還將介紹開關型穩壓器,分析其工作原理、效率優勢以及在不同應用場景下的選擇。 第九章:數製與編碼 本章開始進入數字電子技術的核心內容。首先,介紹數製的基本概念,包括二進製、十進製、八進製和十六進製,並詳細講解不同數製之間的轉換方法。 隨後,介紹編碼的概念和應用。重點講解幾種常用的編碼方式,包括二進製編碼(BCD碼)、格雷碼、ASCII碼等,並分析它們的特點和適用場閤。理解編碼對於數據傳輸、存儲和處理至關重要。 第十章:邏輯門電路與邏輯代數 本章是數字電路設計的基礎。首先,介紹基本邏輯門電路,包括與門(AND)、或門(OR)、非門(NOT)。在此基礎上,介紹通用邏輯門電路,如與非門(NAND)、或非門(NOR)、異或門(XOR)和同或門(XNOR)。 詳細講解邏輯代數(布爾代數)的基本定理和定律,如交換律、結閤律、分配律、德摩根定理等。演示如何使用邏輯代數對邏輯錶達式進行化簡,以及如何利用卡諾圖(Karnaugh Map)進行邏輯函數的最小項化簡。本章為後續的組閤邏輯電路設計打下堅實基礎。 第十一章:組閤邏輯電路 本章將邏輯門電路和邏輯代數知識應用於構建具有特定功能的組閤邏輯電路。詳細分析幾種重要的組閤邏輯電路,包括數據選擇器(Multiplexer)、數據分配器(Demultiplexer)、編碼器(Encoder)和譯碼器(Decoder)。 此外,本章還將介紹加法器(Adder)和減法器(Subtractor)的設計,包括半加器、全加器以及串行加法器和並行加法器。最後,討論一些更復雜的組閤邏輯電路,如比較器(Comparator)等,並講解如何根據需求設計和實現這些電路。 第十二章:時序邏輯電路 本章介紹存儲信息的數字電路,即時序邏輯電路。首先,講解觸發器(Flip-flop)的基本原理,包括SR觸發器、D觸發器、JK觸發器和T觸發器。分析它們的觸發方式、狀態轉移以及掌握時序邏輯電路設計中至關重要的時鍾信號的作用。 在此基礎上,本章介紹寄存器(Register)的設計,它們用於存儲多個比特的信息。隨後,講解計數器(Counter)的設計,包括同步計數器和異步計數器。詳細介紹二進製計數器、十進製計數器以及可預置計數器等。最後,本章還將介紹狀態機(State Machine)的設計,包括有限狀態機(FSM)的概念,以及如何利用觸發器和組閤邏輯電路來實現復雜的時序邏輯功能,為設計微處理器、控製器等復雜數字係統奠定理論基礎。 《電子技術基礎》(第三版)力求理論與實踐相結閤,每章都配有適量的例題和習題,以幫助讀者鞏固所學知識,並初步掌握電路的設計與分析方法。本書內容體係完整,邏輯清晰,語言通俗易懂,是一本適閤電子工程專業本科生、研究生及相關從業人員學習的優秀教材。

用戶評價

評分

這本書簡直就是我的救星!最近接手瞭一個和通信係統相關的項目,簡直是一頭霧水,很多基礎概念都模糊不清。正好我的同事推薦瞭這本《通信原理(第2版)》,一開始我還有點猶豫,畢竟是教材類的書籍,總覺得會枯燥乏味。但當我翻開第一頁,就被它清晰的邏輯和深入淺齣的講解吸引住瞭。作者沒有像其他教材那樣堆砌復雜的數學公式,而是用瞭很多形象的比喻和生動的圖示來解釋那些抽象的概念,比如信號的調製解調過程,簡直就像在聽一場精彩的故事。讓我印象最深刻的是關於信道編碼的部分,我以前一直覺得這塊非常難理解,但這本書用瞭循序漸進的方式,從最基本的糾錯原理講起,一步步深入到捲積碼和維特比譯碼,讓我豁然開朗。而且,書中還提供瞭大量的案例分析,這些案例都非常貼近實際工程應用,讓我能夠將理論知識與實際問題相結閤,大大提升瞭我的項目解決能力。現在,我感覺自己對通信原理的理解提升瞭好幾個檔次,遇到問題不再手足無措,而是能從更深層次去分析和解決。強烈推薦給所有在通信領域深耕或者剛剛起步的朋友們!

評分

我個人一直對一些經典理論的演進過程和其背後的哲學思考非常感興趣。在閱讀《通信原理(第2版)》時,我驚喜地發現,作者並沒有將這本書僅僅定位為一套技術手冊,而是在字裏行間流露齣瞭對通信科學發展脈絡的深刻洞察。例如,在講解采樣定理時,書中不僅僅列齣瞭公式和推導,還隱晦地提及瞭奈奎斯特和香農的貢獻,以及這個定理在數字通信時代的核心地位,這讓我體會到,每一個看似普通的公式背後,都凝聚著一代代科學傢的智慧和努力。此外,本書在處理一些爭議性或仍在發展中的領域時,也展現齣瞭一種審慎而開放的態度,它鼓勵讀者獨立思考,而不是全盤接受。這種啓發式的教學方式,對於培養批判性思維至關重要。這本書的另一大亮點在於其豐富的參考文獻和進一步閱讀的建議,這對於希望深入研究特定課題的讀者來說,是寶貴的資源,它為我指明瞭進一步探索的方嚮,讓我能夠站在巨人的肩膀上,看得更遠。

評分

對於一個在理論研究領域摸爬滾打瞭多年的學者來說,一本好的參考書不僅僅是知識的載體,更是思維的啓迪者。《通信原理(第2版)》這本書,在我看來,正是這樣一本難得的佳作。它在保持瞭通信原理核心內容嚴謹性的同時,又在某些關鍵章節進行瞭拓展和深化,這對於我這種需要不斷追溯理論源頭、探索前沿動態的研究人員來說,具有非凡的價值。例如,書中關於信息論基礎的闡述,雖然不是本書的重點,但其點到為止的概括,卻能迅速勾起讀者對香農極限的深思,為理解信息傳輸的本質提供瞭一個堅實的理論基礎。再者,本書在時域和頻域分析方法的融閤上做得尤為齣色,讓我能從不同角度理解信號的變換和特性,這對於我進行更復雜的係統建模和仿真分析至關重要。作者在寫作中,巧妙地避免瞭過於陳舊的錶達方式,取而代之的是一種更加現代和國際化的視角,這使得書中涉及的很多概念,即便放到當下,依然保持著鮮活的生命力。總而言之,這是一本值得反復研讀、常備手邊的參考書,它不僅鞏固瞭我的基礎,也為我的研究方嚮提供瞭一些新的思考角度。

評分

這本書簡直就是為我這樣的“小白”量身定做的!我之前對通信原理是一竅不通,腦子裏隻有一些零散的“信號”、“波”之類的概念,完全不知道它們是如何工作,如何傳遞信息的。拿到《通信原理(第2版)》後,我抱著試一試的心態翻看,結果大吃一驚!作者的語言風格非常親切,就像一位經驗豐富的朋友在給我耐心講解。第一章就用最淺顯易懂的方式介紹瞭通信係統的基本組成,讓我立刻建立起瞭整體的框架。然後,它一步一步地講解瞭各種調製方式,比如AM、FM、PSK等等,而且每個章節都有相應的例題,我跟著一步步做下來,感覺自己真的理解瞭這些原理,而不是死記硬背。最讓我驚喜的是,書中有很多彩色的插圖和圖錶,這些視覺化的呈現方式,讓原本復雜的概念變得生動形象,我甚至能想象齣信號在空中傳播的樣子!讀完這本書,我對通信係統的工作原理有瞭一個係統而深入的認識,感覺自己終於掌握瞭打開通信世界大門的鑰匙,讓我對這個領域充滿瞭好奇和學習的熱情。

評分

作為一名已經從事通信行業多年的工程師,我深知理論與實踐的脫節是很多技術人員的痛點。《通信原理(第2版)》這本書,在這方麵做得非常齣色,它在理論深度和工程實用性之間找到瞭一個絕佳的平衡點。書中對於各種通信標準的介紹,雖然篇幅不多,但點睛之處,讓我能夠快速理解不同標準的設計理念和優劣勢,這對於我在實際項目中選擇和應用技術非常有幫助。我尤其欣賞的是,作者在講解理論概念時,常常會穿插一些實際工程中的考量,比如噪聲對信號的影響、抗乾擾措施的選擇等等,這些都讓我感覺學到的知識是“接地氣”的,能夠直接指導我的工作。書中提供的算例,很多都來自於真實的通信場景,我經常會將這些算例與我遇到的實際問題進行對照,從中找到解決思路。這本書的問世,對於我這樣需要不斷更新知識體係的工程師來說,無疑是一場及時雨,它幫助我鞏固瞭理論基礎,也拓展瞭我的工程視野,讓我能夠更加自信地應對各種復雜的通信挑戰。

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