通信原理教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

　　本书以各种现代通信系统的基本组成为模型，全面系统地论述了现代通信的基本原理和技术。全书共8章，内容包括：绪论、信道、模拟调制系统、数字基带传输系统、数字调制系统、模拟信号的数字传输、同步原理、差错控制编码等。
　　本书最大的特点是物理概念清楚，公式推导详略得当，内容叙述深入浅出，语言流畅，条理清楚，例题丰富，便于读者自学以及组织实施教学活动。另外，本书的另一个特色是各章均有完整的知识小结和思考题与习题，便于读者更好地熟悉、提炼所学内容，以及对所学内容的掌握情况进行自我检查，有助于更好地掌握所学知识。
　　本书可作为应用型本科通信工程、信息工程、电子工程及相近专业的教材，适当删节也可作为相关专业的专科学生教材，还可供相关工程技术人员参考。

内页插图

目录

第1章　绪论　1
1．1　通信的基本概念　1
1．2　通信系统的组成　2
1．2．1　通信系统一般模型　2
1．2．2　模拟通信系统模型和数字通信系统模型　3
1．3　通信系统的分类与通信方式　5
1．3．1　通信系统分类　5
1．3．2　通信方式　7
1．4　信息及其度量　8
1．5　通信系统的主要性能指标　11
1．5．1　模拟通信系统的主要传输性能指标　11
1．5．2　数字通信系统的主要传输性能指标　12
本章小结　13
思考题与练习题　14

第2章　信道　15
2．1　信道的定义及其数学模型　15
2．1．1　信道的定义　15
2．1．2　信道的数学模型　16
2．2　恒参信道及其对信号传输的影响　18
2．2．1　恒参信道　18
2．2．2　恒参信道特性及其对信号传输的影响　22
2．3　随参信道及其对信号传输的影响　24
2．3．1　随参信道　24
2．3．2　随参信道特性及其对信号传输的影响　27
2．3．3　随参信道特性的改善　30
2．4　信道的加性噪声　32
2．5　信道容量　34
2．5．1　信道容量定义　34
2．5．2　离散信道信道容量　34
2．5．3　连续信道信道容量　36
本章小结　37
思考题与练习题　38

第3章　模拟调制系统　40
3．1　线性调制的基本原理　40
3．1．1　调幅　41
3．1．2　双边带调制　44
3．1．3　单边带调制　45
3．1．4　残留单边带调制　47
3．1．5　解调　47
3．2　线性调制系统的抗噪声性能分析　49
3．2．1　抗噪声性能的分析模型　49
3．2．2　相干解调的抗噪声性能　50
3．2．3　非相干解调的抗噪声性能　53
3．3　非线性调制的原理　56
3．3．1　角度调制的基本原理　56
3．3．2　窄带角度调制信号　57
3．3．3　调频信号的产生与解调　57
3．4　调频系统的抗噪声性能分析　59
3．4．1　相干解调的抗噪声性能　59
3．4．2　非相干解调的抗噪声性能　60
3．5　调频系统的加重技术　64
本章小结　65
思考题与练习题　65

第4章　数字基带传输系统　67
4．1　数字基带信号　67
4．1．1　数字基带信号的码型设计原则　67
4．1．2　数字基带信号的常用码型　68
4．1．3　数字基带信号的频谱特性　72
4．2　数字基带信号的传输与码间串扰　75
4．2．1　数字基带传输系统的组成　75
4．2．2　数字基带传输系统的数学分析　76
4．2．3　码间串扰的消除　77
4．3　无码间串扰的基带传输系统　77
4．3．1　无码间串扰的时域条件　77
4．3．2　无码间串扰的频域条件　78
4．3．3　理想基带传输系统　78
4．3．4　实用的无码间串扰基带传输特性　79
4．4　部分响应系统　81
4．4．1　部分响应系统的基本原理　81
4．4．2　一种实用的部分响应系统　83
4．4．3　一般形式的部分响应系统　83
4．5　眼图　85
4．5．1　眼图的概念　85
4．5．2　眼图形成原理及模型　85
本章小结　86
思考题与练习题　87

第5章　数字频带传输系统　89
5．1　二进制幅移键控　89
5．1．1　基本原理　90
5．1．2　功率谱密度及带宽　91
5．1．3　二进制幅移键控抗噪声性能　92
5．2　二进制频移键控　96
5．2．1　基本原理　96
5．2．2　功率谱密度及带宽　98
5．2．3　二进制频移键控抗噪声性能　100
5．3　二进制相移键控　103
5．3．1　基本原理　104
5．3．2　功率谱密度及带宽　107
5．3．3　二进制相移键控抗噪声性能　108
5．4　二进制数字调制系统的性能比较　110
5．5　多进制数字调制原理　112
5．5．1　多进制幅移键控　112
5．5．2　多进制频移键控　113
5．5．3　多进制相移键控　114
本章小结　116
思考题与练习题　116

第6章　模拟信号的数字传输　118
6．1　模拟信号的抽样　118
6．1．1　理想抽样　119
6．1．2　脉冲振幅调制　120
6．2　抽样信号的量化　123
6．2．1　均匀量化　123
6．2．2　非均匀量化　125
6．3　脉冲编码调制　128
6．3．1　脉冲编码调制基本原理　128
6．3．2　常用的编码方法　129
6．3．3　A律13折线编码　130
6．3．4　PCM系统的抗噪声分析　134
6．4　差分脉冲编码调制　135
6．4．1　预测编码简介　135
6．4．2　差分脉冲编码调制原理及性能　135
6．5　增量调制　136
6．5．1　增量调制原理　136
6．5．2　增量调制系统中的量化噪声　138
本章小结　139
思考题与练习题　139

第7章　同步原理　141
7．1　载波同步　141
7．1．1　直接法　142
7．1．2　插入导频法　148
7．1．3　载波同步系统的性能　151
7．2　位同步　153
7．2．1　外同步法　153
7．2．2　直接法　155
7．2．3　位同步系统的性能及其相位误差对性能的影响　160
7．3　群同步　162
7．3．1　连贯插入法　163
7．3．2　间隔式插入法　165
7．3．3　群同步系统的性能　167
7．3．4　群同步的保护　169
本章小结　169
思考题与练习题　170

第8章　差错控制编码　172
8．1　差错控制编码基本概念　172
8．1．1　差错控制方式　172
8．1．2　差错控制编码的分类　174
8．1．3　检错与纠错的基本原理　174
8．1．4　码长、码重、码距、编码效率　175
8．1．5　最小码距d0与码的纠、检错能力之间的关系　176
8．2　常用检错码　176
8．2．1　奇偶校验码　176
8．2．2　行列奇偶校验码　177
8．2．3　恒比码　178
8．2．4　正反码　179
8．3　线性分组码　179
8．3．1　线性分组码基本原理　179
8．3．2　汉明码　186
8．4　循环码　186
8．4．1　循环码的特点　186
8．4．2　码多项式及按模运算　187
8．4．3　循环码的生成多项式和生成矩阵　188
8．4．4　循环码的编码　189
8．4．5　循环码的解码　191
8．5　卷积码　192
8．5．1　卷积码的编码原理　192
8．5．2　卷积码的图形描述　193
8．5．3　卷积码的维特比译码　194
8．6　Turbo码　196
本章小结　197
思考题与练习题　198

主要参考文献　200

前言/序言

《高精度信号处理技术与应用》 内容简介： 本书深入探讨了现代通信系统中至关重要的高精度信号处理技术，旨在为读者提供一套全面、系统且极具实践价值的知识体系。在信息爆炸的时代，通信质量的提升与数据处理的效率直接决定了技术的先进性与应用的广度。本书正是为了满足这一需求而诞生的，它将从理论基石出发，逐步延展至复杂算法的实现，并结合前沿应用场景，为读者勾勒出信号处理在通信领域波澜壮阔的发展图景。 第一部分：信号处理的数学基础与核心概念 在深入探讨具体技术之前，本书将首先为读者夯实必要的数学基础。我们将回顾并强化傅里叶变换、拉普拉斯变换、Z变换等在信号分析中不可或缺的工具。重点将放在理解这些变换如何揭示信号在时域和频域的内在联系，以及它们在信号滤波、调制解调等过程中的作用。 傅里叶级数与傅里叶变换： 详细阐述周期信号和非周期信号的频谱分析方法，介绍离散傅里叶变换（DFT）及其高效实现算法——快速傅里叶变换（FFT）的原理与应用。读者将理解FFT如何在计算效率上实现质的飞跃，并掌握其在信号的频谱分析、滤波和卷积等操作中的应用。 拉普拉斯变换与Z变换： 深入讲解连续时间和离散时间系统分析的强大工具，重点关注系统函数的概念、稳定性判据以及它们在系统建模和设计中的作用。本书将强调Z变换在数字信号处理中的核心地位，以及如何利用它分析离散时间系统的频率响应和瞬态响应。 卷积定理与相关函数： 阐述卷积操作在信号系统中的重要性，包括如何利用卷积实现滤波、系统响应的计算等。同时，本书将详细介绍自相关和互相关函数的概念及其在信号检测、同步和参数估计中的应用，例如在雷达和声纳系统中用于目标距离和速度的测量。 概率论与随机信号基础： 鉴于通信信号往往受到噪声干扰，本书将系统回顾概率论的基本概念，并重点介绍随机变量、概率密度函数、期望、方差等。在此基础上，本书将深入探讨随机信号的统计特性，如平稳性、遍历性，以及功率谱密度（PSD）的概念，为后续的噪声抑制和信号检测打下理论基础。 第二部分：滤波器设计与应用 滤波器是信号处理中最基础也最核心的组成部分，它们用于去除噪声、分离信号或提取特定频率成分。本书将覆盖从经典滤波器理论到现代数字滤波器设计的全过程。 模拟滤波器： 回顾巴特沃斯、切比雪夫、椭圆等经典模拟滤波器设计方法，分析它们在幅度和相位特性上的权衡。本书将重点介绍这些滤波器的设计流程，包括如何根据技术指标选择合适的滤波器类型、确定滤波器阶数以及计算滤波器元件参数。 数字滤波器基础： 区分无限冲激响应（IIR）和有限冲激响应（FIR）滤波器，深入分析它们的结构、性能特点及设计方法。读者将理解IIR滤波器在实现相同性能时所需阶数较低的优势，以及FIR滤波器在线性相位和稳定性方面的优越性。 IIR数字滤波器设计： 详细介绍双线性变换法、脉冲不变法等将模拟滤波器原型转换为数字滤波器的技术，并阐述如何根据给定的幅度响应规格设计IIR数字滤波器。本书将通过实例演示，帮助读者掌握设计过程中的关键步骤和注意事项。 FIR数字滤波器设计： 重点介绍窗函数法（如矩形窗、汉宁窗、海明窗、巴特沃斯窗等）和频率采样法等FIR滤波器设计技术。本书将深入分析不同窗函数对滤波器性能（如阻带衰减、过渡带宽度）的影响，并提供如何根据具体需求选择合适窗函数的指导。 自适应滤波器： 引入自适应滤波器这一强大工具，介绍其基本原理和常见结构，如最小均方（LMS）算法和递归最小二乘（RLS）算法。本书将着重阐述自适应滤波器在噪声消除、回声消除、信道均衡等通信场景中的应用，展示其动态适应环境变化的强大能力。 第三部分：采样、量化与模数/数模转换 数字通信系统的核心在于将模拟信号转化为数字信号进行处理，并将数字信号恢复为模拟信号。这一过程涉及采样和量化，是数字信号处理的起点和终点。 采样定理： 深入剖析奈奎斯特-香农采样定理，解释其在防止混叠（aliasing）方面的重要作用。本书将详细分析采样频率与信号带宽的关系，以及欠采样和过采样的原理与适用场景。 量化误差分析： 探讨均匀量化和非均匀量化（如μ-law、A-law）的原理，分析量化误差的产生及其对信号保真度的影响。读者将学习如何评估量化噪声的功率，以及如何通过增加量化比特数来提高信噪比。 模数转换器（ADC）： 介绍不同类型的ADC，如逐次逼近型（SAR）、双积分型、流水线型和Σ-Δ型ADC。本书将分析它们的性能指标（如分辨率、采样率、功耗、精度），并结合实际应用场景，指导读者如何选择合适的ADC。 数模转换器（DAC）： 讲解R-2R梯形DAC、权电流DAC等DAC的结构和工作原理，以及其关键性能指标。本书将重点介绍DAC在数字信号回放、合成等应用中的作用。 第四部分：现代通信信号处理算法 本部分将聚焦于当前通信系统中广泛应用的先进信号处理算法，这些算法是实现高效、可靠通信的关键。 调制与解调技术： 深入分析幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）以及各种数字调制技术，如ASK、FSK、PSK、QAM等。本书将重点阐述这些调制方式的原理、频谱特性、抗噪声能力以及在实际通信系统中的应用。 均衡技术： 探讨通信信道中的失真，特别是符号间干扰（ISI）的产生及其影响。本书将详细介绍各种均衡器，包括横跨式均衡器（T/R均衡）、判决反馈均衡器（DFE）以及自适应均衡算法（如LMS、RLS在均衡中的应用）。读者将理解均衡器如何补偿信道失真，提高数据传输的准确性。 信道编码与解码： 介绍纠错编码的基本原理，包括线性分组码（如Hamming码、BCH码）、卷积码以及现代通信中广泛应用的Turbo码和LDPC码。本书将深入分析这些编码方案的编码增益，以及它们如何在数据传输中提供强大的纠错能力，从而显著降低误码率。 多速率信号处理： 讲解上采样和下采样技术，以及它们在改变信号采样率时的应用。本书将介绍抽取器（Downsampler）和插值器（Interpolator）的设计，以及它们在多速率滤波器组（如QMF）中的应用，这些在软件无线电和多媒体通信中尤为重要。 谱估计技术： 介绍经典谱估计方法（如周期图法）的局限性，并深入探讨现代谱估计技术，如Welch法、Burg法（AR模型）、MUSIC算法（ESPRIT）等。本书将阐述这些方法在提高频谱分辨率、抑制噪声方面的优势。 第五部分：信号处理在通信系统中的实际应用 本部分将理论与实践相结合，将前面所学的信号处理技术应用于具体的通信系统场景。 无线通信系统： 详细讲解在蜂窝网络（如4G、5G）、Wi-Fi、蓝牙等无线通信标准中，信号处理技术是如何被应用的。这包括： OFDM（正交频分复用）： 深入解析OFDM的原理，包括如何利用FFT/IFFT实现多载波调制，以及其在对抗多径衰落和提高频谱利用率方面的优势。 MIMO（多输入多输出）技术： 探讨MIMO系统中的空时编码（STC）、预编码（Precoding）、波束成形（Beamforming）等信号处理技术，以实现更高的信道容量和可靠性。 认知无线电与软件定义无线电（SDR）： 介绍SDR平台中信号处理算法的实现，以及认知无线电如何通过信号分析动态调整工作参数以优化频谱利用。 卫星通信与深空探测： 分析在低信噪比环境下，如何利用先进的信号处理技术（如长码编码、纠错解码、同步技术）实现远距离、高可靠的数据传输。 雷达与声纳系统： 讲解脉冲压缩、多普勒处理、目标检测、跟踪等信号处理技术在雷达和声纳系统中的应用。 光通信系统： 探讨光信号的调制、解调、滤波以及数字信号处理在光纤通信系统中的应用，例如在高速光信号处理和光网络管理中的作用。 信号处理的硬件实现： 简要介绍在数字信号处理器（DSP）、现场可编程门阵列（FPGA）以及专用集成电路（ASIC）上实现信号处理算法的挑战和方法，为读者在工程实践中提供指导。 本书特点： 理论与实践并重： 本书不仅阐述了信号处理的数学原理，更注重其在实际通信系统中的应用，通过丰富的实例和场景分析，帮助读者建立直观的理解。 循序渐进的结构： 内容从基础概念逐步深入到高级算法和实际应用，逻辑清晰，便于读者逐步掌握。 前沿技术覆盖： 涵盖了OFDM、MIMO、Turbo码、LDPC码等当前通信领域的热点技术。 注重工程实现： 对硬件实现的简要介绍，为读者在工程实践中提供必要的参考。 通过本书的学习，读者将能够深入理解现代通信系统中信号处理的核心技术，掌握设计和分析各种信号处理算法的能力，为从事通信系统设计、研发、优化等相关工作打下坚实的基础。无论是通信工程专业的学生、研究人员，还是相关领域的工程师，都能从中获益匪浅。