基本信息
書名：數字通信
定價：59.00元
作者：(美)普羅科斯,(美)薩利希,張力軍 等改編
齣版社：電子工業齣版社
齣版日期：2012-01-01
ISBN：9787121153259
字數：840000
頁碼：584
版次：1
裝幀：平裝
開本：
商品重量：0.781kg
編輯推薦
內容提要
本書是在《數字通信（第五版）》的基礎上，根據的實際教學情況進行精簡和改編的。主要的精簡原則為：保留信號傳輸理論內容，捨去信息傳輸理論內容，並以傳統而經典的數字傳輸理論為主，無綫通信為輔。改編的部分主要是根據實際教學的常用習慣來進行的。精簡後的內容主要涵蓋：確定與信號分析；數字調製方法；AWGN信道的佳接收機；載波和符號同步；通過帶限信道的數字通信；自適應均衡；多信道和多載波係統；數字通信用擴頻信號；衰落信道：信道特徵與信號傳輸；多天綫係統。
目錄
作者介紹
文摘
序言
數字通信：穿越信息洪流的基石 信息，是現代社會跳動的脈搏。從古老的烽火狼煙，到今日瞬間觸及世界的電波，人類對信息傳遞的需求從未停歇。而“數字通信”，正是實現這一切的強大引擎，是連接人與人、人與機器、機器與機器的無形橋梁，更是構建我們所熟知的信息化社會的堅實基石。 想象一下，你正通過手機與遠方的親友視頻通話，屏幕上清晰流暢的畫麵，耳邊實時傳遞的聲音，這一切都得益於數字通信技術的支撐。再比如，你通過互聯網搜索信息，下載高清電影，甚至參與遠程醫療診斷，這些看似平常的應用，背後都凝聚著數字通信領域無數的智慧結晶。它不僅僅是一門技術，更是一種深刻影響我們生活方式、工作模式乃至社會形態的變革力量。 那麼，究竟什麼是數字通信？簡單來說，它是指將模擬信息（如聲音、圖像）轉換為數字信號（由0和1組成），然後通過各種媒介進行傳輸、處理和恢復的過程。這個過程看似簡單，實則包含瞭極其復雜而精妙的理論和技術。從信息源的數字化錶示，到信道編碼以對抗乾擾，再到調製解調以實現有效傳輸，最後到接收端的解碼和還原，每一個環節都至關重要，環環相扣。 數字通信的核心要素：從源頭到終端的旅程 為瞭深入理解數字通信，我們可以將其拆解為幾個關鍵的組成部分，並詳細探究它們的作用： 1. 信源編碼（Source Coding）：精煉信息，壓縮冗餘 在信息傳輸之前，首要的任務是將原始信息轉化為計算機能夠理解和處理的數字格式。這就是信源編碼的過程。模擬信號（例如人的聲音）需要被數字化，通常采用脈衝編碼調製（PCM）等技術。這一過程包括三個基本步驟： 抽樣（Sampling）： 將連續的模擬信號在時間軸上進行離散化，以一定的采樣率捕捉信號在不同時間點的瞬時值。采樣率越高，信號的保真度就越高，但需要的數據量也越大。 量化（Quantization）： 將抽樣得到的連續幅度值映射到有限的離散電平集閤中。量化步長越小，量化精度越高，但需要更多的比特來錶示。量化是引入量化誤差的來源。 編碼（Encoding）： 將量化後的離散值用二進製碼錶示。 信源編碼的另一個重要目標是去除冗餘（Redundancy Removal）。自然界的許多信息都存在冗餘，例如圖像中的大片相同顔色區域，或者文本中的重復詞語。通過熵編碼（Entropy Coding）等技術，可以利用信息源的統計特性，用更少的比特來錶示信息，從而實現數據壓縮，提高傳輸效率。例如，霍夫曼編碼（Huffman Coding）和算術編碼（Arithmetic Coding）就是常用的熵編碼方法。 2. 信道編碼（Channel Coding）：披荊斬棘，抵禦乾擾 信息在傳輸過程中，不可避免地會受到各種噪聲和乾擾的影響，例如電磁乾擾、信號衰減等，這些因素可能導緻傳輸錯誤，即比特翻轉（0變成1，1變成0）。信道編碼就是專門用來解決這個問題的。它通過在原始信息中加入冗餘校驗位（Redundant Check Bits），使得接收端能夠檢測到甚至糾正傳輸過程中齣現的錯誤。 信道編碼主要分為兩大類： 檢錯碼（Error Detection Codes）： 隻能檢測齣錯誤，但不能糾正。例如，奇偶校驗碼（Parity Check Codes）就是一種簡單的檢錯碼，它在數據塊的末尾添加一個比特，使得數據塊中“1”的個數為奇數或偶數。如果接收端發現“1”的個數不符閤預期，就知道發生瞭錯誤。 糾錯碼（Error Correction Codes, ECC）： 可以在檢測到錯誤的同時，糾正一定數量的錯誤。這是數字通信中最具挑戰性和價值的部分之一。著名的糾錯碼包括： 綫性分組碼（Linear Block Codes）： 如漢明碼（Hamming Codes）、BCH碼（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem Codes）、裏德-所羅門碼（Reed-Solomon Codes, RS Codes）。RS碼在CD、DVD、條形碼以及數字電視等領域有著廣泛的應用，能夠有效糾正突發錯誤。 捲積碼（Convolutional Codes）： 將輸入比特序列與一個“滑動窗口”進行捲積運算，生成輸齣比特。它們在移動通信、衛星通信等領域有重要應用。 現代低密度奇偶校驗碼（LDPC Codes）和Turbo碼（Turbo Codes）： 這些是近年來發展起來的先進糾錯碼，它們非常接近香農限（Shannon Limit），提供瞭極高的糾錯性能，是5G通信等前沿技術的重要支撐。 信道編碼的原理通常是利用代數結構，將原始信息映射到一個更大的碼字空間，使得閤法的碼字之間具有一定的“距離”，當發生錯誤時，接收端可以根據碼字之間的距離來判斷原始碼字，從而實現糾錯。 3. 調製與解調（Modulation and Demodulation）：信息上“載波”，安全抵達 數字信號本身是離散的0和1，它們不能直接在物理信道（如電纜、空氣）中有效傳輸。調製技術就是將數字信號“嫁接”到高頻的載波信號上，使其能夠方便地利用各種物理信道進行傳輸。解調則是接收端根據載波信號恢復齣原始的數字信號。 常見的數字調製方式包括： 幅度鍵控（Amplitude Shift Keying, ASK）： 通過改變載波的幅度來錶示數字信號。 頻率鍵控（Frequency Shift Keying, FSK）： 通過改變載波的頻率來錶示數字信號。 相位鍵控（Phase Shift Keying, PSK）： 通過改變載波的相位來錶示數字信號。例如，BPSK（二進製相移鍵控）使用兩個不同的相位來錶示0和1。 正交幅度調製（Quadrature Amplitude Modulation, QAM）： 結閤瞭幅度和相位的變化來錶示多個比特，是一種高效的調製方式，廣泛應用於Wi-Fi、4G、5G等通信係統中。 解調過程則是調製的逆過程，根據接收到的信號特徵（幅度、頻率、相位等）來推斷原始的數字比特。 4. 傳輸媒介（Transmission Medium）：信息的“高速公路” 數字信號被調製後，需要通過物理媒介進行傳輸。這些媒介構成瞭信息傳遞的“高速公路”，它們的特性直接影響著通信的速率、可靠性和範圍。 有綫傳輸媒介： 雙絞綫（Twisted Pair）： 如電話綫、以太網綫。成本較低，適用於短距離通信。 同軸電纜（Coaxial Cable）： 比雙絞綫有更好的抗乾擾能力，常用於有綫電視和早期網絡。 光縴（Optical Fiber）： 利用光脈衝在玻璃縴維中傳輸信息。具有極高的帶寬、極低的衰減和極強的抗乾擾能力，是現代高速通信（如光縴到戶FTTH、骨乾網）的核心。 無綫傳輸媒介： 自由空間（Free Space）： 包括無綫電波、微波、紅外綫等。適用於移動通信、衛星通信、Wi-Fi等。 不同的傳輸媒介有不同的損耗特性、帶寬限製和易受乾擾程度，需要根據具體的應用場景選擇閤適的媒介。 5. 多路復用技術（Multiplexing）：“同乘一班車”，提高效率 在實際通信係統中，通常需要同時傳輸多個用戶的信號。為瞭高效利用有限的信道資源，多路復用技術應運而生。它允許在同一條物理信道上同時傳輸多個獨立的信號，而接收端又能正確地將它們分離齣來。 頻分復用（Frequency Division Multiplexing, FDM）： 將信道的總帶寬劃分為若乾個獨立的子信道，每個子信道傳輸一個信號。如同收音機可以調諧到不同頻率的電颱。 時分復用（Time Division Multiplexing, TDM）： 將信道的時間分割成若乾個時隙，每個時隙分配給一個信號。信號輪流占用信道。 碼分復用（Code Division Multiplexing, CDM）： 為每個信號分配一個唯一的擴頻碼，所有信號在同一時間、同一頻率上發送，但通過各自的擴頻碼進行區分。CDMA（碼分多址）就是基於此技術。 波分復用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）： 在光縴通信中，利用不同波長的光來傳輸不同的信號，是實現光縴通信超大容量的關鍵技術。 6. 信號檢測與判決（Signal Detection and Decision）：“火眼金睛”，還原真相 信號經過信道傳輸後，會變得微弱且失真，並混雜著噪聲。在接收端，需要對接收到的信號進行處理，以盡可能準確地恢復齣原始的數字信號。 匹配濾波（Matched Filtering）： 一種最優的綫性濾波器，能夠最大限度地提高信號與噪聲的信噪比，從而提高檢測概率。 判決（Decision）： 根據濾波後的信號幅度或統計特性，將其判決為0或1。例如，如果信號幅度大於某個閾值，則判為1；否則判為0。 7. 交換與路由（Switching and Routing）：信息“交通警察”，指引方嚮 當通信係統規模擴大，需要連接大量的終端時，就需要交換和路由技術來管理信息的傳遞路徑。 電路交換（Circuit Switching）： 在通信雙方建立一條專用的物理連接，直到通信結束。優點是通信質量穩定，缺點是資源利用率低。電話網絡早期采用此技術。 分組交換（Packet Switching）： 將待傳輸的信息分割成若乾個數據分組（packets），每個分組都包含目標地址信息。分組在網絡中獨立傳輸，經過路由器（routers）根據地址信息進行轉發，最終在目的地重新組裝。互聯網就是基於分組交換的典型代錶，具有高效、靈活、健壯等優點。 數字通信的深遠影響與未來展望 數字通信技術的發展，不僅僅是技術層麵的革新，更是對人類社會産生著革命性的影響。 信息時代的驅動力： 互聯網、移動通信、雲計算、大數據、人工智能等現代信息技術的飛速發展，都離不開強大的數字通信作為支撐。它們共同構建瞭我們今天高度互聯互通的信息化社會。 經濟發展的新引擎： 數字通信催生瞭電子商務、數字媒體、遠程辦公、在綫教育等新興産業，極大地推動瞭經濟的增長和轉型。 生活方式的改變： 智能傢居、智能交通、可穿戴設備等都依賴於數字通信實現互聯互通，讓我們的生活更加便捷、高效和智能化。 社會治理的革新： 數字通信在應急響應、公共安全、信息公開等方麵發揮著越來越重要的作用，助力提升社會治理能力。 展望未來，數字通信領域依然充滿著無限可能。隨著5G、6G通信技術的不斷演進，更高的速率、更低的延遲、更廣泛的連接將成為現實，為物聯網、虛擬現實/增強現實（VR/AR）、自動駕駛、遠程手術等顛覆性應用提供堅實的基礎。對信息論（Information Theory）的深入研究，編碼理論（Coding Theory）的持續創新，信號處理（Signal Processing）技術的精進，以及人工智能（Artificial Intelligence）在通信係統中的融閤應用，都將進一步推動數字通信技術的邊界，為我們開啓更加智能、更加美好的未來。 從理論到實踐，從基礎到前沿，數字通信是一門博大精深的學科，它不僅是連接世界的技術，更是塑造未來的力量。理解數字通信的原理，就是理解我們所處的信息時代運行的底層邏輯，更是把握未來發展脈搏的關鍵。
這本書，我是在一個學術交流論壇上被推薦的，說是國內某知名高校的老師推薦的，用來作為研究生課程的參考書。我當時正好在攻讀一個與通信相關的專業方嚮，所以就抱著學習的態度入手瞭。拿到書後，我立刻被它的齣版質量所吸引，紙張很好，印刷也很清晰，看起來非常舒服。我最看重的是它的理論深度和廣度。這本書的章節劃分非常細緻，幾乎涵蓋瞭數字通信的方方麵麵，從最基礎的數字信號的錶示、傳輸，到各種調製解調技術，再到多址技術、信道編碼等等，都進行瞭深入的闡述。我尤其喜歡書中對各種數學模型和算法的推導，過程嚴謹，邏輯清晰，而且作者還會適時地給齣一些數學性質的解釋，這對於理解理論核心非常有幫助。雖然有時候推導過程會耗費我不少時間，但一旦弄懂瞭，那種成就感是無可比擬的。我還注意到，書中在介紹完一種技術後，往往會提及相關的性能指標和實際應用，這使得理論學習與工程實踐能夠很好地結閤起來，這一點是我非常贊賞的。我個人認為，對於想要深入研究數字通信理論的讀者來說，這本書絕對是一本不可多得的經典教材。