简明通信原理/21世纪高等院校信息与通信工程规划教材·精品系列 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

《简明通信原理》全面系统地介绍通信系统的基本概念、基本原理和分析方法。全书共分9章，内容包括绪论、信号和频谱、信道和信道容量、模拟调制和频分复用、模拟信号的数字化和时分复用、数字基带传输、数字调制、差错控制编码和同步原理。
《简明通信原理》深浅适度，重点突出，概念清晰，语言通俗，例题丰富，且每章附有小结和参考答案。
《简明通信原理》可作为通信工程、电子信息、计算机通信等专业的普通高等院校本科生、高职学生及自学者的教材，也可作为通信工程技术人员的参考书。

内页插图

目录

第1章 绪论 1
1.1 通信的基本概念 1
1.1.1 通信与电信 1
1.1.2 消息、信息与信号 2
1.2 通信系统的模型 4
1.2.1 基本模型 4
1.2.2 模拟通信系统模型 5
1.2.3 数字通信系统模型 5
1.2.4 数字通信的优缺点 6
1.3 通信系统的分类 7
1.4 通信方式 8
1.4.1 单工、半双工和全双工通信 8
1.4.2 并行传输和串行传输 9
1.5 信息的度量 9
1.5.1 离散消息的信息量 10
1.5.2 离散信源的平均信息量 11
1.5.3 总信息量 11
1.6 通信系统的性能指标 12
1.6.1 模拟通信系统的性能指标 12
1.6.2 数字通信系统的性能指标 13
1.7 通信发展简史 15
本章小结 16
思考与练习 18
参考答案 19

第2章 信号和频谱 21
2.1 信号分类 22
2.1.1 确知信号和随机信号 22
2.1.2 周期信号和非周期信号 22
2.1.3 能量信号和功率信号 23
2.2 确知信号 23
2.2.1 周期信号的频谱——傅里叶级数 24
2.2.2 非周期信号的频谱——傅里叶变换 25
2.2.3 冲激函数和冲激序列 29
2.2.4 能量谱密度和功率谱密度 30
2.2.5 互相关函数和自相关函数 32
2.2.6 相关函数与谱密度 33
2.3 随机过程 34
2.3.1 定义 34
2.3.2 统计特性与数字特征 35
2.4 平稳随机过程 36
2.4.1 平稳性 36
2.4.2 各态历经性 36
2.4.3 自相关函数的性质 37
2.4.4 功率谱密度和维纳-辛钦定理 37
2.5 高斯随机过程 38
2.5.1 定义与特性 38
2.5.2 一维高斯（或正态）分布 39
2.6 随机过程通过线性系统 40
2.7 窄带随机过程 41
2.8 通信系统中的噪声 42
2.8.1 白噪声 42
2.8.2 带限白噪声 43
本章小结 45
思考与练习 47
参考答案 48

第3章 信道 50
3.1 信道分类 50
3.2 有线信道 51
3.2.1 双绞线 51
3.2.2 同轴电缆 52
3.2.3 光纤 53
3.3 无线信道 53
3.3.1 无线电波的波段划分 53
3.3.2 无线电波的传播方式 55
3.3.3 无线信道举例 56
3.4 信道的影响 57
3.4.1 衰减 58
3.4.2 失真 58
3.4.3 噪声 58
3.5 信道模型 58
3.5.1 调制信道模型 59
3.5.2 编码信道模型 59
3.6 信道容量与香农公式 60
本章小结 62
思考与练习 63
参考答案 64

第4章 模拟调制系统 65
4.1 调制简介 65
4.1.1 什么是调制？ 65
4.1.2 为什么要进行调制？ 66
4.1.3 调制的类型 67
4.2 幅度调制 67
4.2.1 常规调幅 68
4.2.2 抑制载波双边带调制 71
4.2.3 单边带调制 72
4.2.4 残留边带调制 73
4.2.5 相干解调与包络检波 75
4.3 角度调制 77
4.3.1 角度调制的基本概念 77
4.3.2 FM信号的频谱与带宽 79
4.3.3 FM信号的产生与解调 82
4.3.4 FM特点与应用 84
4.4 模拟调制系统的抗噪性能 84
4.4.1 分析模型和性能指标 85
4.4.2 线性调制相干解调的抗噪声性能 86
4.4.3 AM包络检波的抗噪声性能 89
4.4.4 FM系统的抗噪声性能 91
4.5 频分复用 94
4.5.1 基本原理 94
4.5.2 应用举例 95
本章小结 95
思考与练习 98
参考答案 99

第5章 模拟信号的数字化 101
5.1 脉冲编码调制原理 102
5.2 采样 103
5.2.1 采样定理 103
5.2.2 实际采样 105
5.2.3 脉冲幅度调制 107
5.3 量化 108
5.3.1 量化原理 108
5.3.2 均匀量化 109
5.3.3 非均匀量化 112
5.4 编码和译码 116
5.4.1 码型的选择 117
5.4.2 码位的选择与安排 118
5.4.3 逐次比较型编码器 120
5.4.4 编码举例 121
5.4.5 译码原理 122
5.5 PCM信号的比特率和带宽 123
5.6 差分脉码调制 124
5.7 增量调制 125
5.7.1 基本原理 125
5.7.2 不过载条件和编码范围 126
5.7.3 量化信噪比 127
5.8 时分复用 128
5.8.1 时分复用原理 128
5.8.2 多路数字电话系统的基本概念 129
5.8.3 PCM基群的帧结构和比特率 130
本章小结 131
思考与练习 132
参考答案 133

第6章 数字基带传输 134
6.1 数字基带信号的码型 135
6.1.1 基本码型 135
6.1.2 线路码型 136
6.2 数字基带信号的功率谱 140
6.3 无码间串扰的基带传输特性 142
6.3.1 基带传输模型和码间串扰 143
6.3.2 无码间串扰的条件——Nyquist准则 144
6.3.3 基带传输特性的设计 146
6.4 基带系统的抗噪声性能 149
6.4.1 双极性基带系统的误码率 149
6.4.2 单极性基带系统的误码率 151
6.5 估计系统性能的实验手段——眼图 152
6.6 减小码间串扰的措施——均衡 153
本章小结 155
思考与练习 156
参考答案 157

第7章 数字带通传输系统 158
7.1 二进制数字调制原理 159
7.1.1 二进制振幅键控 159
7.1.2 二进制频移键控 161
7.1.3 二进制相移键控 163
7.1.4 二进制差分相移键控 165
7.1.5 二进制数字已调信号的功率谱 168
7.2 二进制数字调制系统性能比较 171
7.2.1 抗噪性能——误码率 171
7.2.2 有效性——带宽和频带利用率 172
7.2.3 对信道特性变化的敏感性 173
7.3 多进制数字调制原理 173
7.3.1 多进制振幅键控 174
7.3.2 多进制频移键控 175
7.3.3 多进制相移键控 176
7.4 几种现代调制方式简介 180
7.4.1 正交振幅调制 181
7.4.2 最小频移键控 184
7.4.3 正交频分复用 188
本章小结 190
思考与练习 191
参考答案 192

第8章 差错控制编码 193
8.1 纠错编码的基本原理 194
8.2 纠错编码的基本概念 194
8.2.1 差错类型 194
8.2.2 差错控制方式 195
8.2.3 分组码和系统码 196
8.2.4 码重和码距 196
8.2.5 最小码距与纠错和检错能力 196
8.2.6 编码效率和编码增益 198
8.3 奇偶监督码 198
8.4 (n，k）线性分组码 199
8.4.1 构造思路 200
8.4.2 监督矩阵与生成矩阵 202
8.4.3 线性分组码的性质 205
8.4.4 伴随式与译码 205
8.4.5 汉明码 207
8.5 循环码 210
8.5.1 循环码的基本概念 210
8.5.2 循环码的生成多项式 212
8.5.3 循环码的编码 214
8.5.4 循环码的译码 215
本章小结 215
思考与练习 218
参考答案 219

第9章 同步原理 221
9.1 载波同步 222
9.1.1 直接法 222
9.1.2 插入导频法 225
9.1.3 载波同步系统的性能 226
9.2 位同步 227
9.2.1 插入导频法 227
9.2.2 直接法 228
9.3 群同步 231
9.3.1 起止式同步法 231
9.3.2 连贯式插入法 232
9.3.3 间隔式插入法 234
9.3.4 群同步系统的性能 235
9.3.5 群同步的保护 237
本章小结 237
思考与练习 237
参考答案 238
附录A 常用数学公式 241
附录B 误差函数值表 243
附录C 英文缩写名词对照表 247
参考文献 252

前言/序言

《数字信号处理导论》 内容概要 本书是一本面向信息与通信工程领域高年级本科生和研究生而设计的导论性教材。它系统地介绍了数字信号处理（DSP）的基本概念、核心理论和关键技术，旨在为读者构建坚实的DSP理论基础，并为进一步深入学习相关领域（如通信系统、图像处理、音频处理、机器学习等）打下坚实的基础。本书内容涵盖了从离散时间信号与系统分析，到傅里叶变换、Z变换，再到滤波器设计、谱估计以及自适应信号处理等核心主题。 核心内容详解 第一部分：离散时间信号与系统 离散时间信号的表示与分类： 本部分首先定义了离散时间信号，并详细介绍了其常见的表示方法，包括序列表示、数学函数表示等。在此基础上，对离散时间信号进行了详细的分类，如周期信号、非周期信号、能量信号、功率信号、奇信号、偶信号等，并给出了相应的判别方法和性质。这部分是理解后续所有DSP概念的基础。 离散时间系统的基本概念与性质： 重点阐述了离散时间系统的定义，以及输入-输出关系。深入剖析了线性、时不变、因果性、稳定性等系统基本性质，并通过实例详细讲解了如何判断一个系统是否具备这些性质。特别地，本书强调了因果性对于实际系统实现的重要性。 卷积运算： 卷积是离散时间信号与系统分析中的核心运算。本书详细介绍了卷积的定义、计算方法（包括图解法和代数法），并探讨了卷积的性质（如交换律、结合律、分配律）。通过丰富的示例，读者将深刻理解卷积在描述LTI系统输出中的作用。 差分方程与系统框图： 介绍了如何用差分方程来描述LTI系统的动态特性。读者将学习如何根据差分方程绘制系统的框图表示，以及如何从系统框图推导出差分方程。这部分内容为理解系统的结构和实现提供了直观的视角。 第二部分：傅里叶变换与Z变换 傅里叶级数与傅里叶变换： 本部分着重介绍连续时间信号的傅里叶级数和傅里叶变换，以及离散时间信号的傅里叶级数和傅里叶变换。详细推导了傅里叶变换的性质，包括线性、时移、频移、共轭对称、积分等，并强调了傅里叶变换在信号频谱分析中的重要作用。本书通过大量的图示和例题，帮助读者理解傅里叶变换将信号从时域映射到频域的深刻含义。 离散傅里叶变换（DFT）及其性质： 重点讲解了DFT的概念，以及它在离散时间有限长序列上的应用。深入探讨了DFT的各种性质，如周期性、线性、时移、频移、共轭对称、帕塞瓦尔定理等。读者将理解DFT是连续傅里叶变换在离散、有限长度信号上的近似。 快速傅里叶变换（FFT）： 详细介绍了FFT算法，特别是Cooley-Tukey算法的原理和实现。通过对FFT算法的分析，读者将认识到其在大规模数据处理中的巨大优势，为实际工程应用奠定基础。 Z变换及其性质： 引入Z变换作为一种强大的数学工具，用于分析离散时间系统。详细阐述了Z变换的定义、收敛域（ROC）的概念及其重要性。深入探讨了Z变换的各种性质，如线性、时移、尺度变换、卷积性质等。ROC对于判断系统的因果性、稳定性至关重要。 逆Z变换： 讲解了求解逆Z变换的方法，包括部分分式展开法和留数定理法，以及如何利用ROC来唯一确定逆Z变换。 第三部分：数字滤波器设计 数字滤波器的基本概念与分类： 介绍了数字滤波器的定义，以及其在信号处理中的重要作用，包括去除噪声、提取有用信息、改变信号特性等。详细分类了数字滤波器，主要分为无限冲激响应（IIR）滤波器和有限冲激响应（FIR）滤波器两大类。 无限冲响应（IIR）滤波器设计： 重点介绍了IIR滤波器的设计方法。首先，回顾了模拟滤波器的经典设计（如巴特沃斯、切比雪夫、椭圆滤波器），然后详细讲解了双线性变换法和脉冲响应不变法将模拟滤波器转换为数字滤波器。本书还讨论了IIR滤波器在幅频特性和相频特性上的权衡。 有限冲响应（FIR）滤波器设计： 详细讲解了FIR滤波器的设计方法。主要介绍了窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗等）和频率采样法。强调了FIR滤波器具有线性相位特性，这在某些应用中（如数据传输）非常重要。本书通过对比IIR和FIR滤波器的优缺点，帮助读者选择合适的设计方案。 第四部分：谱估计与应用 周期图法估计功率谱密度： 介绍了如何利用周期图法来估计信号的功率谱密度。详细讲解了周期图法的原理、计算方法以及其在平稳随机信号分析中的作用。同时，也指出了周期图法可能存在的偏差问题。 Welch方法估计功率谱密度： 介绍了Welch方法，这是一种改进的周期图法，通过分段平均来减小功率谱估计的方差，从而得到更平滑、更准确的谱估计结果。 其他谱估计方法概述： 简要介绍了一些更先进的谱估计方法，如模型法（AR模型、MA模型、ARMA模型）和高分辨率谱估计方法，为读者提供进一步学习的线索。 数字信号处理在通信系统中的应用： 结合通信系统的实际需求，详细讲解了DSP在调制解调、信道均衡、码型变换、误码纠正等方面的应用。通过具体的例子，展示了DSP如何提升通信系统的性能和可靠性。 其他典型应用： 简要介绍了DSP在音频信号处理（如语音识别、音频编码）、图像和视频处理（如图像增强、压缩）、生物医学信号处理等领域的典型应用，拓宽读者的视野。 第五部分：自适应信号处理入门 自适应滤波器的基本原理： 介绍了自适应滤波器的概念，即滤波器参数能够根据输入信号的统计特性自动调整以达到某种最优准则的滤波器。 最小均方（LMS）算法： 详细讲解了LMS算法，它是最常用和最简单的自适应滤波算法之一。本书会推导LMS算法的迭代公式，并分析其收敛特性。 RLS（递归最小二乘）算法简介： 简要介绍RLS算法，它通常比LMS算法收敛更快，但在计算复杂度上更高。 学习目标 通过学习本书，读者将能够： 1. 掌握离散时间信号与系统的基本概念、性质和分析方法。 2. 深刻理解傅里叶变换和Z变换在信号分析中的作用，并能熟练运用它们来分析和设计系统。 3. 掌握数字滤波器（IIR和FIR）的设计原理和常用方法。 4. 理解谱估计的基本概念和常用方法，并能将其应用于信号分析。 5. 初步了解自适应信号处理的基本原理和常用算法。 6. 认识数字信号处理在现代通信系统及其他工程领域中的重要应用价值。 适用读者 本书适合作为高等院校信息与通信工程、电子工程、自动化等相关专业本科生和研究生学习数字信号处理的入门教材。同时，也适合从事相关领域工作的工程师和研究人员，作为提升专业技能和拓宽知识面的参考书。 本书特色 体系完整，逻辑清晰： 内容循序渐进，从基础概念到高级应用，构建完整的DSP理论体系。 理论与实践相结合： 在阐述理论的同时，穿插丰富的计算示例和工程应用，帮助读者理解抽象概念的实际意义。 注重数学推导的严谨性： 保证数学推导的准确性，为读者提供扎实的理论基础。 语言通俗易懂，深入浅出： 避免使用过于晦涩的术语，力求用简洁明了的语言阐述复杂概念。 图文并茂，辅助理解： 大量使用图表和示意图，直观地展示信号特性、系统结构和算法流程。 《数字信号处理导论》 将为读者打开通往数字信号处理广阔世界的大门，为他们在信息与通信工程领域的学习和研究奠定坚实的基础。