本書緊密結閤大學2012年人纔培養方案和課程標準要求,從緊貼電子信息技術發展和空軍信息化建設和復雜電磁環境下軍事訓練的需求,優化、深化、課程教學內容,組排教材內容結構。全書介紹瞭通信係統的基本概念、工作原理、主要技術及分析方法。具體內容包括:通信中信號分析、模擬調製係統、數字基帶傳輸係統、數字頻帶傳輸係統、模擬信號數字化傳輸、同步原理、信道編碼原理、數字信號*佳接收、信息論基礎和現代通信係統簡介。
達新宇,博士,空軍工程大學教授,中國電子學會高級會員。從1983年起一直從事通信原理、通信係統的教學工作,教齡31年;獲省部級及軍隊科技進步奬4次;主持國傢自然科學基金2項;國傢精品課程《通信原理》負責人(2006年);獲軍隊優秀教學成果奬3次。
目 錄
第1章 緒論
1.1 通信的基本概念
1.1.1 通信的定義
1.1.2 通信的分類
1.1.3 通信方式
1.2 通信係統的組成
1.2.1 一般組成
1.2.2 模擬通信係統組成
1.2.3 數字通信係統組成
1.2.4 數字通信的優缺點
1.3 通信發展概況
1.4 通信係統的主要性能指標
1.4.1 一般通信係統的性能指標
1.4.2 信息及其量度
1.4.3 數字通信係統有效性指標的具體錶述
1.4.4 數字通信係統可靠性指標的具體錶述
1.5 信道
1.5.1 信道的定義
1.5.2 信道的分類
1.5.3 信道的模型
1.5.4 恒參信道及其對所傳信號的影響
1.5.5 變參信道及其對所傳信號的影響
本章小結
思考與練習
第2章 通信中的信號分析
2.1 引言
2.2 信號與係統的頻域分析
2.2.1 周期信號的頻譜分析
2.2.2 非周期信號的頻譜分析
2.2.3 傅裏葉變換的性質及應用
2.3 隨機過程的概念與描述
2.3.1 隨機過程的基本概念
2.3.2 隨機過程的統計描述
2.3.3 隨機過程的數字特徵
2.4 平穩隨機過程及其特性分析
2.4.1 平穩隨機過程
2.4.2 平穩隨機過程的特性分析
2.5 通信係統中常見的噪聲
2.5.1 白噪聲
2.5.2 帶限白噪聲
2.5.3 高斯噪聲
2.5.4 窄帶高斯噪聲
2.6 噪聲對信號和係統的影響
2.6.1 正弦波加窄帶高斯噪聲
2.6.2 隨機過程通過綫性係統
本章小結
思考與練習
第3章 模擬調製係統
3.1 概述
3.1.1 調製的作用
3.1.2 調製的分類
3.1.3 本章研究的問題
3.2 綫性調製
3.2.1 振幅調製
3.2.2 雙邊帶調製
3.2.3 單邊帶調製
3.2.4 殘留邊帶調製
3.3 綫性調製係統性能分析
3.3.1 相乾解調係統性能分析
3.3.2 非相乾解調係統性能分析
3.4 非綫性調製
3.4.1 角度調製的基本概念
3.4.2 調頻信號的産生
3.4.3 調頻信號的解調
3.5 調頻係統的性能分析
3.5.1 分析模型
3.5.2 非相乾解調係統性能分析
3.6 調頻信號解調的門限效應
3.7 加重技術
3.8 頻分復用技術
本章小結
思考與練習
第4章 數字基帶傳輸係統
4.1 數字基帶信號的常用碼型
4.2 數字基帶信號的功率譜密度
4.2.1 隨機序列的功率譜密度
4.2.2 功率譜密度計算舉例
4.3 數字基帶傳輸係統
4.3.1 數字基帶傳輸係統的基本組成
4.3.2 數字基帶傳輸係統的數學分析
4.3.3 碼間串擾的消除
4.4 數字基帶傳輸中的碼間串擾
4.4.1 無碼間串擾的基帶傳輸係統
4.4.2 理想基帶傳輸係統
4.4.3 無碼間串擾的等效特性
4.4.4 升餘弦滾降傳輸特性
4.5 數字基帶傳輸係統的性能分析
4.5.1 信號與噪聲分析
4.5.2 誤碼率Pe的計算公式
4.6 眼圖
4.7 時域均衡
4.8 部分響應係統
4.8.1 部分響應波形
4.8.2 差錯擴散
4.8.3 相關編碼和預編碼
4.8.4 部分響應波形的一般錶示式
本章小結
思考與練習
第5章 數字頻帶傳輸係統
5.1 二進製幅移鍵控(2ASK)
5.1.1 基本原理
5.1.2 功率譜及帶寬
5.1.3 抗噪聲性能分析
5.2 二進製頻移鍵控(2FSK)
5.2.1 調製原理與實現方法
5.2.2 2FSK信號的解調
5.2.3 功率譜及帶寬
5.2.4 係統的抗噪聲性能分析
5.3 二進製相移鍵控(2PSK)
5.3.1 二進製絕對相移鍵控(2PSK)
5.3.2 二進製差分相移鍵控(2DPSK)
5.4 二進製數字調製係統的性能比較
5.5 多進製數字調製
5.5.1 多進製幅移鍵控(MASK)
5.5.2 多進製頻移鍵控(MFSK)
5.5.3 多進製絕對相移鍵控(MPSK)
5.5.4 多進製差分相移鍵控(MDPSK)
5.6 現代數字調製技術介紹
5.6.1 正交振幅調製(QAM)
5.6.2 最小頻移鍵控(MSK)
5.6.3 正交頻分復用(OFDM)
本章小結
思考與習題
第6章 模擬信號的數字傳輸
6.1 引言
6.2 抽樣定理
6.2.1 低通信號的抽樣
6.2.2 帶通信號的抽樣
6.3 脈衝振幅調製
6.3.1 自然抽樣
6.3.2 平頂抽樣
6.4 模擬信號的量化
6.4.1 量化的基本概念
6.4.2 均勻量化和量化信噪功率比
6.4.3 非均勻量化
6.5 脈衝編碼調製原理
6.5.1 常用的二進製編碼碼型
6.5.2 13摺綫的碼位安排
6.5.3 逐次比較型編碼原理
6.5.4 譯碼原理
6.5.5 PCM信號的碼元速率和帶寬
6.5.6 PCM係統的抗噪性能
6.6 增量調製
6.6.1 簡單增量調製
6.6.2 增量調製的過載特性與編碼的動態範圍
6.6.3 增量調製的抗噪性能
6.7 改進型增量調製
6.7.1 總和增量調製
6.7.2 數字音節壓擴自適應增量調製
6.7.3 數字音節壓擴總和增量調製
6.7.4 脈碼增量調製
6.8 時分復用和多路數字電話係統
6.8.1 PAM時分復用原理
6.8.2 時分復用的PCM係統
6.8.3 32路PCM的幀結構
6.8.4 PCM的高次群
6.9 壓縮編碼技術
6.9.1 壓縮編碼中的主要概念
6.9.2 壓縮編碼的基本原理和方法
6.9.3 音頻信號的壓縮方法與標準
本章小結
思考與練習
第7章 同步原理
7.1 同步的分類
7.1.1 按同步的功能分類
7.1.2 按同步的實現方式分類
7.2 載波同步
7.2.1 直接法
7.2.2 插入導頻法
7.2.3 載波同步的性能指標
7.2.4 載波頻率誤差和相位誤差對解調性能的影響
7.3 位同步
7.3.1 位同步基本要求與分類
7.3.2 插入導頻法
7.3.3 直接法
7.3.4 位同步係統性能指標
7.4 幀同步
7.4.1 幀同步的方法
7.4.2 幀同步的性能
7.4.3 幀同步的保護
本章小結
思考與練習
第8章 差錯控製編碼
8.1 差錯控製編碼基礎
8.1.1 差錯控製編碼的分類
8.1.2 差錯控製方式
8.1.3 碼重、 碼距及檢錯、 糾錯能力
8.2 常用的幾種簡單分組碼
8.2.1 奇偶監督碼
8.2.2 行列監督碼
8.2.3 恒比碼
8.3 綫性分組碼
8.3.1 基本概念
8.3.2 監督矩陣H和生成矩陣G
8.3.3 伴隨式(校正子)S
8.3.4 漢明碼
8.4 循環碼
8.4.1 基本概念
8.4.2 生成矩陣G和監督矩陣H
8.4.3 循環碼的編、 譯碼方法
8.4.4 CRC碼
8.4.5 BCH碼
8.4.6 R?S碼
8.5 捲積碼
8.5.1 基本概念
8.5.2 捲積碼的圖解錶示
8.5.3 捲積碼的譯碼
8.5.4 編碼增益
8.6 新型信道編碼技術簡介
8.6.1 網格編碼調製(TCM)
8.6.2 Turbo碼
本章小結
思考與習題
第9章 數字信號最佳接收
9.1 二元假設檢驗的判決準則
9.1.1 二元假設檢驗的模型
9.1.2 最大後驗概率準則
9.1.3 最小平均風險準則
9.1.4 錯誤概率最小準則
9.2 二元確知信號的最佳接收
9.2.1 最佳接收機結構
9.2.2 最佳接收機的性能分析
9.2.3 實際接收機與最佳接收機的比較
9.3 二元隨相信號的最佳接收
9.3.1 最佳接收機模型
9.3.2 最佳接收機檢測性能
9.4 匹配濾波器及其應用
9.4.1 匹配濾波器的原理
9.4.2 匹配濾波器的性質
9.4.3 匹配濾波器組成的最佳接收機
本章小結
思考與練習
第10章 信息論基礎
10.1 引言
10.2 信源及信源的熵
10.2.1 信源的描述及分類
10.2.2 自信息量
10.2.3 離散信源的熵
10.3 無失真信源編碼
10.3.1 編碼的定義
10.3.2 定長編碼定理
10.3.3 變長編碼定理
10.3.4 哈夫曼編碼方法
10.4 信道模型及信道容量
10.4.1 信道模型
10.4.2 互信息量
10.4.3 DMC信道的容量
10.5 香農公式及其應用
10.5.1 香農公式
10.5.2 香農公式的應用
本章小結
思考與練習
附錄A 常用三角公式
附錄B 希爾伯特變換
附錄C Q函數和誤差函數
附錄D 信號空間方法
附錄E 通信常用縮略語英漢對照錶
參考文獻
前 言
“通信原理”課程是電子信息類專業的一門重要專業理論課或基礎課。它是一般專業基礎課與專業課(設備裝備課)之間的橋梁, 承擔著從一般基礎理論到實踐應用、 從個體功能到整體係統的重要過渡, 對培養學生通信理論分析與綜閤應用能力有著非常重要的作用。伴隨著信息時代的到來與信息技術的快速發展, 通信知識不僅是通信類專業學生應該掌握的內容, 而且已經成為電類各專業學生應該學習的基本內容。本書係統地介紹瞭通信與通信係統的基本概念、 工作原理、 主要技術及分析方法。
全書共分10章。第1章概論, 主要介紹通信的基本概念、 通信係統的組成、 工作方式、 發展曆史、 衡量通信係統的性能指標及通信信道等內容; 第2章通信中的信號分析, 主要介紹通信與係統分析與計算時必須的確知信號、 隨機信號及噪聲的相關知識; 第3章模擬調製係統, 主要介紹模擬通信中的調製解調方法、 係統性能分析、 FDM、 加重技術等相關內容; 第4章數字基帶傳輸係統, 主要介紹數字基帶信號波形、 傳輸碼型、 碼間串擾、 理想基帶傳輸係統與性能、 眼圖、 時域均衡等; 第5章數字頻帶傳輸係統, 主要介紹二進製、 多進製數字移幅鍵控(ASK)、 頻移鍵控(FSK)、 相移鍵控(PSK)的調製解調、 係統抗噪聲性能分析, 以及QAM、 MSK、 OFDM等新的調製解調技術; 第6章模擬信號的數字傳輸, 主要介紹PCM、 ΔM、 DPCM等模擬信號數字化的方法與性能; 第7章同步原理, 主要介紹同步的基本概念、 載波同步、 位同步、 幀同步的實現方法與係統性能指標; 第8章差錯控製編碼, 主要介紹差錯控製編碼的基本概念、 綫性分組碼、 循環碼、 捲積碼以及RS碼、 Turbo碼、 TCM碼等; 第9章數字信號最佳接收, 主要介紹數字信號最佳接收準則, 二元確知信號與隨相信號的最佳接收等; 第10章信息論基礎, 主要介紹信源的熵、 信道香農公式等。
為便於學習, 各章後都有本章小結、 思考與練習。書後附加瞭常用三角公式、 希爾伯特變換、 貝塞爾函數、 Q函數和誤差函數及通信中常見縮略語英漢對照錶。
全書在選材上注重瞭傳統通信理論的係統性、 實用性與現代通信技術的先進性的有機結閤; 內容編排上體現瞭課程教學設計注重內容提煉, 避免抽象的理論錶述與復雜的公式推導; 編寫上力求簡明扼要、 深入淺齣; 強調基本概念、 基本原理與基本技術的準確易懂。
本書第1、 3、 4、 5章由達新宇編寫, 第2、 9、 10章由李偉編寫, 第6、 7章由付曉編寫, 第8章由王軼編寫。達新宇規劃並統稿全書。
該書是國傢精品課程、 國傢級精品資源共享課“通信原理”(負責人: 達新宇)的主用理論教材, 同時有配套的實驗教材、 學習指導書、 習題解答及各種課件。教材配有豐富的網絡教學基本資源與拓展資源, 歡迎廣大老師與學生使用(http://www.icourses.edu.cn或登錄http://www.hxedu.com.cn)。
由於編者水平有限, 書中錯誤在所難免, 敬請廣大讀者不吝賜教。
E�瞞ail: kgddxy2008@163.com
這本《通信原理教程》真是讓我大開眼界!一直以來,我對通信這個領域都充滿瞭好奇,但又覺得它神秘莫測,仿佛隱藏著無數的公式和晦澀的理論。這本書的齣現,簡直像一盞明燈,照亮瞭我前行的道路。初翻開時,我本以為會是一本枯燥乏味的教科書,沒想到它以一種極其生動形象的方式,將原本復雜的概念一一剖析。例如,在講述信息傳輸時,作者並沒有直接丟齣一堆數學模型,而是通過一個“送信”的比喻,將比特流、編碼、調製等過程描繪得栩栩如生,讓我瞬間理解瞭信息是如何從發送端“蹦蹦跳跳”地到達接收端的。更讓我驚喜的是,書中還穿插瞭許多實際通信技術的案例分析,比如手機信號如何穿越障礙物,Wi-Fi是如何實現無綫連接的。這些案例的引入,讓理論知識不再是空中樓閣,而是有瞭堅實的落地基礎。我尤其喜歡它在講解噪聲影響的部分,作者用瞭一個“在喧鬧的派對上試圖和朋友聊天”的生動場景,形象地說明瞭噪聲如何乾擾信號的傳遞,以及如何通過各種技術來“過濾”這些不必要的乾擾。這種貼近生活的講解方式,極大地降低瞭學習門檻,讓我能夠輕鬆地理解那些曾經讓我望而卻步的深奧理論。這本書的排版也很精美,圖文並茂,很多插圖都非常清晰直觀,輔助理解的效果顯著。我感覺自己就像在聽一位經驗豐富的老師循循善誘地講課,而不是在啃一本冰冷的技術文檔。
評分老實說,我之前對通信原理的認知,很大程度上停留在一些零散的知識點上,不成體係。但《通信原理教程》這本書,就像一個高明的建築師,為我精心設計並搭建瞭一座知識的殿堂。它的結構非常清晰,邏輯嚴謹,每一章節都像是這座殿堂中的一個重要組成部分,相互連接,層層遞進。我非常欣賞作者在開篇部分,對通信係統整體架構的介紹。它沒有立刻陷入細節,而是先勾勒齣一個通信係統的宏觀圖景,包括信源、信宿、編碼器、譯碼器、調製器、解調器等等,讓我對整個通信流程有瞭初步的認識。隨後,再逐一深入講解每個模塊的功能和原理。在講解過程中,作者非常善於利用對比和類比的方式,來幫助讀者理解。比如,在介紹模擬通信和數字通信的優缺點時,它會用“手寫信”和“發送電子郵件”的類比,生動形象地說明數字通信的優勢。我也很喜歡書中對於隨機過程和噪聲分析的講解。雖然這是通信原理中最具挑戰性的部分之一,但作者通過引入一些統計學和概率論的基礎概念,並且結閤實際的噪聲模型,讓原本枯燥的數學公式變得相對易於理解。它還會在講解完某個理論知識點後,提供一些實際應用案例,這極大地增強瞭我的學習興趣和動力。這本書的語言風格也比較平實,沒有過多的專業術語堆砌,即使是非科班齣身的讀者,也能相對輕鬆地理解。
評分我之前一直對通信係統中那些神奇的“魔法”感到好奇,比如信號是如何跨越韆山萬水傳送到遠方的,又是如何在高樓林立的城市中穿梭而不失真的。《通信原理教程》這本書,就為我揭開瞭這些“魔法”背後的科學原理。它在講解過程中,非常注重理論與實踐的結閤,讓我能夠將學到的知識與現實生活中的通信現象聯係起來。例如,在討論信道模型時,它不僅僅是給齣瞭幾個數學公式,而是會詳細解釋不同信道(如加性高斯白噪聲信道、衰落信道等)的特點,以及它們對信號傳輸的影響,並會結閤實際的通信場景,比如無綫通信中的多徑效應,來解釋這些模型是如何産生的。我對書中關於“編碼與解碼”部分的講解尤為印象深刻。它並沒有簡單地給齣幾種編碼方式的定義,而是會從信息冗餘、抗乾擾能力等角度,深入淺齣地分析不同編碼方式的原理和優缺點。通過書中提供的示例,我能夠清晰地看到,即使原始信號存在一些失真,通過巧妙的編碼和解碼,依然能夠恢復齣原始的信息。這種“化腐朽為神奇”的過程,讓我驚嘆於通信技術的精妙。另外,這本書在講解一些基礎的數學工具,如傅裏葉變換、概率論時,也都做瞭非常簡潔明瞭的介紹,這對於那些數學基礎不太紮實的讀者來說,無疑是巨大的福音。總的來說,這本書讓我感覺自己就像在探索一個充滿智慧和創新的領域,每一點進步都讓我充滿成就感。
評分閱讀《通信原理教程》的過程,對我來說是一次充滿瞭啓發性的體驗。這本書在介紹一些復雜算法和數學模型時,總能找到一種巧妙的方式將其“軟化”,使其更容易被理解和接受。我印象最深刻的是關於數字調製解調的部分。以往我總是覺得,ASK、FSK、PSK、QAM這些名稱本身就自帶一種距離感,而這本書卻通過生動的類比,將它們一一呈現在我麵前。比如,它用不同頻率的音調來比喻FSK,用不同相位來比喻PSK,用幅度和相位結閤來比喻QAM,這些直觀的描述,瞬間就消除瞭我之前對這些概念的畏懼感。書中的很多圖示都設計得非常精巧,能夠準確地捕捉到關鍵信息,並且幫助我構建起清晰的圖像記憶。我尤其喜歡它在解釋“多徑效應”和“衰落”時使用的動畫示意圖,那種信號在不同路徑上傳播、相互疊加,最終導緻信號強度起伏的畫麵,讓我對這些通信中常見的難題有瞭切身體會。這本書還非常注重理論與實踐的結閤,它並沒有停留在純粹的理論推導,而是會引申到實際通信係統中這些理論是如何應用的,比如在蜂窩通信、衛星通信等場景中的具體實現。這種聯係,讓我能夠更深刻地理解通信原理的價值和意義。而且,書中對於一些前沿技術的介紹,也做得非常到位,比如對OFDM技術的講解,就讓我對現代無綫通信有瞭更深入的認識。
評分我不得不說,這本《通信原理教程》在闡述一些關鍵概念時,有著非常獨特的視角。它不像我之前接觸過的其他教材那樣,一股腦地將所有細節堆砌在讀者麵前,而是非常有條理地層層遞進,讓讀者能夠逐步建立起完整的知識體係。舉個例子,書中在介紹香農信息論時,並沒有直接拋齣那個著名的“香農-哈特利定理”,而是先從信息熵的定義講起,用擲硬幣、拋骰子這樣簡單的例子,來解釋信息量和不確定性之間的關係。然後,逐步引齣信道容量的概念,解釋為什麼一個信道能夠傳輸的最大信息速率是有限的。這種循序漸進的教學方法,讓我在理解這些抽象概念時,感覺毫不費力。我特彆欣賞它在講解糾錯編碼時的邏輯。作者首先解釋瞭為什麼需要糾錯,然後詳細介紹瞭不同類型的糾錯碼,比如海明碼、捲積碼等等。它還通過一些小型的編碼和解碼實例,讓讀者親自動手體驗編碼和解碼的過程,這比單純看公式要直觀得多。我甚至覺得,這本書不僅僅是在教授通信原理,更是在培養一種解決問題的思維方式。它鼓勵讀者去思考“為什麼”,去探究事物背後的原理,而不是簡單地記憶公式。它還提供瞭一些思考題和練習題,這些題目往往會引導讀者將學到的知識應用到新的場景中,這對於鞏固和深化理解非常有幫助。總的來說,這本書的學習麯綫非常平緩,即使是初學者,也能在不感到壓力的情況下,逐步掌握通信原理的核心知識。
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