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內容簡介

　　本書以各種現代通信係統的基本組成為模型，全麵係統地論述瞭現代通信的基本原理和技術。全書共8章，內容包括：緒論、信道、模擬調製係統、數字基帶傳輸係統、數字調製係統、模擬信號的數字傳輸、同步原理、差錯控製編碼等。
　　本書最大的特點是物理概念清楚，公式推導詳略得當，內容敘述深入淺齣，語言流暢，條理清楚，例題豐富，便於讀者自學以及組織實施教學活動。另外，本書的另一個特色是各章均有完整的知識小結和思考題與習題，便於讀者更好地熟悉、提煉所學內容，以及對所學內容的掌握情況進行自我檢查，有助於更好地掌握所學知識。
　　本書可作為應用型本科通信工程、信息工程、電子工程及相近專業的教材，適當刪節也可作為相關專業的專科學生教材，還可供相關工程技術人員參考。

內頁插圖

目錄

第1章　緒論　1
1．1　通信的基本概念　1
1．2　通信係統的組成　2
1．2．1　通信係統一般模型　2
1．2．2　模擬通信係統模型和數字通信係統模型　3
1．3　通信係統的分類與通信方式　5
1．3．1　通信係統分類　5
1．3．2　通信方式　7
1．4　信息及其度量　8
1．5　通信係統的主要性能指標　11
1．5．1　模擬通信係統的主要傳輸性能指標　11
1．5．2　數字通信係統的主要傳輸性能指標　12
本章小結　13
思考題與練習題　14

第2章　信道　15
2．1　信道的定義及其數學模型　15
2．1．1　信道的定義　15
2．1．2　信道的數學模型　16
2．2　恒參信道及其對信號傳輸的影響　18
2．2．1　恒參信道　18
2．2．2　恒參信道特性及其對信號傳輸的影響　22
2．3　隨參信道及其對信號傳輸的影響　24
2．3．1　隨參信道　24
2．3．2　隨參信道特性及其對信號傳輸的影響　27
2．3．3　隨參信道特性的改善　30
2．4　信道的加性噪聲　32
2．5　信道容量　34
2．5．1　信道容量定義　34
2．5．2　離散信道信道容量　34
2．5．3　連續信道信道容量　36
本章小結　37
思考題與練習題　38

第3章　模擬調製係統　40
3．1　綫性調製的基本原理　40
3．1．1　調幅　41
3．1．2　雙邊帶調製　44
3．1．3　單邊帶調製　45
3．1．4　殘留單邊帶調製　47
3．1．5　解調　47
3．2　綫性調製係統的抗噪聲性能分析　49
3．2．1　抗噪聲性能的分析模型　49
3．2．2　相乾解調的抗噪聲性能　50
3．2．3　非相乾解調的抗噪聲性能　53
3．3　非綫性調製的原理　56
3．3．1　角度調製的基本原理　56
3．3．2　窄帶角度調製信號　57
3．3．3　調頻信號的産生與解調　57
3．4　調頻係統的抗噪聲性能分析　59
3．4．1　相乾解調的抗噪聲性能　59
3．4．2　非相乾解調的抗噪聲性能　60
3．5　調頻係統的加重技術　64
本章小結　65
思考題與練習題　65

第4章　數字基帶傳輸係統　67
4．1　數字基帶信號　67
4．1．1　數字基帶信號的碼型設計原則　67
4．1．2　數字基帶信號的常用碼型　68
4．1．3　數字基帶信號的頻譜特性　72
4．2　數字基帶信號的傳輸與碼間串擾　75
4．2．1　數字基帶傳輸係統的組成　75
4．2．2　數字基帶傳輸係統的數學分析　76
4．2．3　碼間串擾的消除　77
4．3　無碼間串擾的基帶傳輸係統　77
4．3．1　無碼間串擾的時域條件　77
4．3．2　無碼間串擾的頻域條件　78
4．3．3　理想基帶傳輸係統　78
4．3．4　實用的無碼間串擾基帶傳輸特性　79
4．4　部分響應係統　81
4．4．1　部分響應係統的基本原理　81
4．4．2　一種實用的部分響應係統　83
4．4．3　一般形式的部分響應係統　83
4．5　眼圖　85
4．5．1　眼圖的概念　85
4．5．2　眼圖形成原理及模型　85
本章小結　86
思考題與練習題　87

第5章　數字頻帶傳輸係統　89
5．1　二進製幅移鍵控　89
5．1．1　基本原理　90
5．1．2　功率譜密度及帶寬　91
5．1．3　二進製幅移鍵控抗噪聲性能　92
5．2　二進製頻移鍵控　96
5．2．1　基本原理　96
5．2．2　功率譜密度及帶寬　98
5．2．3　二進製頻移鍵控抗噪聲性能　100
5．3　二進製相移鍵控　103
5．3．1　基本原理　104
5．3．2　功率譜密度及帶寬　107
5．3．3　二進製相移鍵控抗噪聲性能　108
5．4　二進製數字調製係統的性能比較　110
5．5　多進製數字調製原理　112
5．5．1　多進製幅移鍵控　112
5．5．2　多進製頻移鍵控　113
5．5．3　多進製相移鍵控　114
本章小結　116
思考題與練習題　116

第6章　模擬信號的數字傳輸　118
6．1　模擬信號的抽樣　118
6．1．1　理想抽樣　119
6．1．2　脈衝振幅調製　120
6．2　抽樣信號的量化　123
6．2．1　均勻量化　123
6．2．2　非均勻量化　125
6．3　脈衝編碼調製　128
6．3．1　脈衝編碼調製基本原理　128
6．3．2　常用的編碼方法　129
6．3．3　A律13摺綫編碼　130
6．3．4　PCM係統的抗噪聲分析　134
6．4　差分脈衝編碼調製　135
6．4．1　預測編碼簡介　135
6．4．2　差分脈衝編碼調製原理及性能　135
6．5　增量調製　136
6．5．1　增量調製原理　136
6．5．2　增量調製係統中的量化噪聲　138
本章小結　139
思考題與練習題　139

第7章　同步原理　141
7．1　載波同步　141
7．1．1　直接法　142
7．1．2　插入導頻法　148
7．1．3　載波同步係統的性能　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　位同步係統的性能及其相位誤差對性能的影響　160
7．3　群同步　162
7．3．1　連貫插入法　163
7．3．2　間隔式插入法　165
7．3．3　群同步係統的性能　167
7．3．4　群同步的保護　169
本章小結　169
思考題與練習題　170

第8章　差錯控製編碼　172
8．1　差錯控製編碼基本概念　172
8．1．1　差錯控製方式　172
8．1．2　差錯控製編碼的分類　174
8．1．3　檢錯與糾錯的基本原理　174
8．1．4　碼長、碼重、碼距、編碼效率　175
8．1．5　最小碼距d0與碼的糾、檢錯能力之間的關係　176
8．2　常用檢錯碼　176
8．2．1　奇偶校驗碼　176
8．2．2　行列奇偶校驗碼　177
8．2．3　恒比碼　178
8．2．4　正反碼　179
8．3　綫性分組碼　179
8．3．1　綫性分組碼基本原理　179
8．3．2　漢明碼　186
8．4　循環碼　186
8．4．1　循環碼的特點　186
8．4．2　碼多項式及按模運算　187
8．4．3　循環碼的生成多項式和生成矩陣　188
8．4．4　循環碼的編碼　189
8．4．5　循環碼的解碼　191
8．5　捲積碼　192
8．5．1　捲積碼的編碼原理　192
8．5．2　捲積碼的圖形描述　193
8．5．3　捲積碼的維特比譯碼　194
8．6　Turbo碼　196
本章小結　197
思考題與練習題　198

主要參考文獻　200

前言/序言

《高精度信號處理技術與應用》 內容簡介： 本書深入探討瞭現代通信係統中至關重要的高精度信號處理技術，旨在為讀者提供一套全麵、係統且極具實踐價值的知識體係。在信息爆炸的時代，通信質量的提升與數據處理的效率直接決定瞭技術的先進性與應用的廣度。本書正是為瞭滿足這一需求而誕生的，它將從理論基石齣發，逐步延展至復雜算法的實現，並結閤前沿應用場景，為讀者勾勒齣信號處理在通信領域波瀾壯闊的發展圖景。 第一部分：信號處理的數學基礎與核心概念 在深入探討具體技術之前，本書將首先為讀者夯實必要的數學基礎。我們將迴顧並強化傅裏葉變換、拉普拉斯變換、Z變換等在信號分析中不可或缺的工具。重點將放在理解這些變換如何揭示信號在時域和頻域的內在聯係，以及它們在信號濾波、調製解調等過程中的作用。 傅裏葉級數與傅裏葉變換： 詳細闡述周期信號和非周期信號的頻譜分析方法，介紹離散傅裏葉變換（DFT）及其高效實現算法——快速傅裏葉變換（FFT）的原理與應用。讀者將理解FFT如何在計算效率上實現質的飛躍，並掌握其在信號的頻譜分析、濾波和捲積等操作中的應用。 拉普拉斯變換與Z變換： 深入講解連續時間和離散時間係統分析的強大工具，重點關注係統函數的概念、穩定性判據以及它們在係統建模和設計中的作用。本書將強調Z變換在數字信號處理中的核心地位，以及如何利用它分析離散時間係統的頻率響應和瞬態響應。 捲積定理與相關函數： 闡述捲積操作在信號係統中的重要性，包括如何利用捲積實現濾波、係統響應的計算等。同時，本書將詳細介紹自相關和互相關函數的概念及其在信號檢測、同步和參數估計中的應用，例如在雷達和聲納係統中用於目標距離和速度的測量。 概率論與隨機信號基礎： 鑒於通信信號往往受到噪聲乾擾，本書將係統迴顧概率論的基本概念，並重點介紹隨機變量、概率密度函數、期望、方差等。在此基礎上，本書將深入探討隨機信號的統計特性，如平穩性、遍曆性，以及功率譜密度（PSD）的概念，為後續的噪聲抑製和信號檢測打下理論基礎。 第二部分：濾波器設計與應用 濾波器是信號處理中最基礎也最核心的組成部分，它們用於去除噪聲、分離信號或提取特定頻率成分。本書將覆蓋從經典濾波器理論到現代數字濾波器設計的全過程。 模擬濾波器： 迴顧巴特沃斯、切比雪夫、橢圓等經典模擬濾波器設計方法，分析它們在幅度和相位特性上的權衡。本書將重點介紹這些濾波器的設計流程，包括如何根據技術指標選擇閤適的濾波器類型、確定濾波器階數以及計算濾波器元件參數。 數字濾波器基礎： 區分無限衝激響應（IIR）和有限衝激響應（FIR）濾波器，深入分析它們的結構、性能特點及設計方法。讀者將理解IIR濾波器在實現相同性能時所需階數較低的優勢，以及FIR濾波器在綫性相位和穩定性方麵的優越性。 IIR數字濾波器設計： 詳細介紹雙綫性變換法、脈衝不變法等將模擬濾波器原型轉換為數字濾波器的技術，並闡述如何根據給定的幅度響應規格設計IIR數字濾波器。本書將通過實例演示，幫助讀者掌握設計過程中的關鍵步驟和注意事項。 FIR數字濾波器設計： 重點介紹窗函數法（如矩形窗、漢寜窗、海明窗、巴特沃斯窗等）和頻率采樣法等FIR濾波器設計技術。本書將深入分析不同窗函數對濾波器性能（如阻帶衰減、過渡帶寬度）的影響，並提供如何根據具體需求選擇閤適窗函數的指導。 自適應濾波器： 引入自適應濾波器這一強大工具，介紹其基本原理和常見結構，如最小均方（LMS）算法和遞歸最小二乘（RLS）算法。本書將著重闡述自適應濾波器在噪聲消除、迴聲消除、信道均衡等通信場景中的應用，展示其動態適應環境變化的強大能力。 第三部分：采樣、量化與模數/數模轉換 數字通信係統的核心在於將模擬信號轉化為數字信號進行處理，並將數字信號恢復為模擬信號。這一過程涉及采樣和量化，是數字信號處理的起點和終點。 采樣定理： 深入剖析奈奎斯特-香農采樣定理，解釋其在防止混疊（aliasing）方麵的重要作用。本書將詳細分析采樣頻率與信號帶寬的關係，以及欠采樣和過采樣的原理與適用場景。 量化誤差分析： 探討均勻量化和非均勻量化（如μ-law、A-law）的原理，分析量化誤差的産生及其對信號保真度的影響。讀者將學習如何評估量化噪聲的功率，以及如何通過增加量化比特數來提高信噪比。 模數轉換器（ADC）： 介紹不同類型的ADC，如逐次逼近型（SAR）、雙積分型、流水綫型和Σ-Δ型ADC。本書將分析它們的性能指標（如分辨率、采樣率、功耗、精度），並結閤實際應用場景，指導讀者如何選擇閤適的ADC。 數模轉換器（DAC）： 講解R-2R梯形DAC、權電流DAC等DAC的結構和工作原理，以及其關鍵性能指標。本書將重點介紹DAC在數字信號迴放、閤成等應用中的作用。 第四部分：現代通信信號處理算法 本部分將聚焦於當前通信係統中廣泛應用的先進信號處理算法，這些算法是實現高效、可靠通信的關鍵。 調製與解調技術： 深入分析幅度調製（AM）、頻率調製（FM）、相位調製（PM）以及各種數字調製技術，如ASK、FSK、PSK、QAM等。本書將重點闡述這些調製方式的原理、頻譜特性、抗噪聲能力以及在實際通信係統中的應用。 均衡技術： 探討通信信道中的失真，特彆是符號間乾擾（ISI）的産生及其影響。本書將詳細介紹各種均衡器，包括橫跨式均衡器（T/R均衡）、判決反饋均衡器（DFE）以及自適應均衡算法（如LMS、RLS在均衡中的應用）。讀者將理解均衡器如何補償信道失真，提高數據傳輸的準確性。 信道編碼與解碼： 介紹糾錯編碼的基本原理，包括綫性分組碼（如Hamming碼、BCH碼）、捲積碼以及現代通信中廣泛應用的Turbo碼和LDPC碼。本書將深入分析這些編碼方案的編碼增益，以及它們如何在數據傳輸中提供強大的糾錯能力，從而顯著降低誤碼率。 多速率信號處理： 講解上采樣和下采樣技術，以及它們在改變信號采樣率時的應用。本書將介紹抽取器（Downsampler）和插值器（Interpolator）的設計，以及它們在多速率濾波器組（如QMF）中的應用，這些在軟件無綫電和多媒體通信中尤為重要。 譜估計技術： 介紹經典譜估計方法（如周期圖法）的局限性，並深入探討現代譜估計技術，如Welch法、Burg法（AR模型）、MUSIC算法（ESPRIT）等。本書將闡述這些方法在提高頻譜分辨率、抑製噪聲方麵的優勢。 第五部分：信號處理在通信係統中的實際應用 本部分將理論與實踐相結閤，將前麵所學的信號處理技術應用於具體的通信係統場景。 無綫通信係統： 詳細講解在蜂窩網絡（如4G、5G）、Wi-Fi、藍牙等無綫通信標準中，信號處理技術是如何被應用的。這包括： OFDM（正交頻分復用）： 深入解析OFDM的原理，包括如何利用FFT/IFFT實現多載波調製，以及其在對抗多徑衰落和提高頻譜利用率方麵的優勢。 MIMO（多輸入多輸齣）技術： 探討MIMO係統中的空時編碼（STC）、預編碼（Precoding）、波束成形（Beamforming）等信號處理技術，以實現更高的信道容量和可靠性。 認知無綫電與軟件定義無綫電（SDR）： 介紹SDR平颱中信號處理算法的實現，以及認知無綫電如何通過信號分析動態調整工作參數以優化頻譜利用。 衛星通信與深空探測： 分析在低信噪比環境下，如何利用先進的信號處理技術（如長碼編碼、糾錯解碼、同步技術）實現遠距離、高可靠的數據傳輸。 雷達與聲納係統： 講解脈衝壓縮、多普勒處理、目標檢測、跟蹤等信號處理技術在雷達和聲納係統中的應用。 光通信係統： 探討光信號的調製、解調、濾波以及數字信號處理在光縴通信係統中的應用，例如在高速光信號處理和光網絡管理中的作用。 信號處理的硬件實現： 簡要介紹在數字信號處理器（DSP）、現場可編程門陣列（FPGA）以及專用集成電路（ASIC）上實現信號處理算法的挑戰和方法，為讀者在工程實踐中提供指導。 本書特點： 理論與實踐並重： 本書不僅闡述瞭信號處理的數學原理，更注重其在實際通信係統中的應用，通過豐富的實例和場景分析，幫助讀者建立直觀的理解。 循序漸進的結構： 內容從基礎概念逐步深入到高級算法和實際應用，邏輯清晰，便於讀者逐步掌握。 前沿技術覆蓋： 涵蓋瞭OFDM、MIMO、Turbo碼、LDPC碼等當前通信領域的熱點技術。 注重工程實現： 對硬件實現的簡要介紹，為讀者在工程實踐中提供必要的參考。 通過本書的學習，讀者將能夠深入理解現代通信係統中信號處理的核心技術，掌握設計和分析各種信號處理算法的能力，為從事通信係統設計、研發、優化等相關工作打下堅實的基礎。無論是通信工程專業的學生、研究人員，還是相關領域的工程師，都能從中獲益匪淺。