本书介绍数字通信的基本理论与技术，主要内容包括数字通信的信号分析基础、信源和信道编码、信息论基础、信号的基带传输、调制解调技术、信道特性、差错控制编码、同步技术、扩频通信、信道复用与多址技术、空时无线通信技术等。本书的特点是，注重理论分析和推导的严谨性，强调物理概念。本书提供配套的电子课件和习题解答，需要电子课件的教师请登录华信教育资源网www.hxedu.com.cn免费注册后下载。本书适合作为信息与通信工程等专业本科生的教材和研究生的参考书，也可供通信领域的科研和工程技术人员参考。

冯穗力，男，汉族，华南理工大学电子与信息学院通信与信息系统专业教授，曾任电子与信息学院通信与广播电视教研组主任。 中国通信学会通信理论与信号处理委员会委员、广东省图形图像学会常务理事。 长期从事通信和信号处理领域方面的教学、科研工作。研究方向是信息网络理论与技术、信号处理等。

第1章 绪论 1
1.1 近代与现代通信技术的发展历史和现状 1
1.2 数字通信系统的基本组成 3
1.3 数字通信的特点 4
1.4 数字通信系统的基本性能指标及其度量参数 6
1.5 本书的内容安排 7
习题 8
主要参考文献 9
第2章 信号分析基础 10
2.1 引言 10
2.2 确定信号分析方法回顾 10
2.3 信号的向量表示 14
2.4 希尔伯特变换及应用 16
2.5 随机信号的基本概念和特点 21
2.6 随机过程的主要统计特性 24
2.7 随机变量函数的分布及数字特征 25
2.8 平稳随机信号 26
2.9 信号功率谱密度 28
2.10 通信系统中几种常用的随机过程 30
2.11 平稳随机过程与时不变线性系统 35
2.12 循环平稳随机过程 38
2.13 匹配滤波器 41
2.14 信号的带宽 45
2.15 常用的几种特殊函数 49
2.16 本章小结 49
习题 50
主要参考文献 51
第3章 模拟信号的数字编码 52
3.1 引言 52
3.2 低通和带通信号抽样定理 52
3.2.1 低通信号理想抽样 52
3.2.2 低通信号自然抽样 53
3.2.3 混叠现象与低通抽样定理 54
3.2.4 带通抽样定理 56
3.3 模拟信号的量化 58
3.3.1 标量量化 59
3.3.2 向量量化 61
3.3.3 均匀量化 61
3.3.4 非均匀量化 64
3.3.5 对数量化 69
3.4 脉冲编码调制 74
3.4.1 常用的PCM编码方式 75
3.4.2 A律与? 律PCM编码 75
3.4.3 对数PCM与线性PCM间的变换 79
3.5 差分脉冲编码调制（DPCM） 81
3.5.1 预测编码的基本概念 81
3.5.2 信号预测的基本方法 82
3.5.3 自适应差分脉冲编码调制 86
3.6 增量调制（ 调制） 89
3.6.1 简单增量调制 89
3.6.2 增量总和调制——?-Σ调制 92
3.6.3 数字压扩自适应增量调制 94
3.7 不同编码方式的误码性能分析 96
3.7.1 增量调制编码的误码性能分析 96
3.7.2 线性PCM编码的误码性能分析 98
3.7.3 两种编码的抗误码性能比较 99
3.8 本章小结 100
习题 100
主要参考文献 101
第4章 信息论基础 102
4.1 引言 102
4.2 信息的度量 102
4.2.1 离散信源信息的度量 103
4.2.2 离散信源的平均信息量——信源的熵 104
4.2.3 熵的最大化 104
4.2.4 离散信源的联合熵与条件熵 108
4.3 离散信道及容量 109
4.3.1 信道的模型 109
4.3.2 互信息量 109
4.3.3 熵函数与平均互信息量之间的关系 111
4.3.4 离散信道的容量 112
4.3.5 离散无记忆对称信道及特性 116
4.4 连续信源、信道及容量 117
4.4.1 连续信源的相对熵 117
4.4.2 连续信源的相对条件熵和互信息量 119
4.4.3 连续信源的相对熵的最大化 121
4.4.4 加性高斯噪声干扰信道的容量 123
4.4.5 信道容量和信道带宽的归一化分析 126
4.5 信源编码的基本概念与方法 128
4.5.1 离散无记忆信源 129
4.5.2 离散无记忆信源的等长编码 130
4.5.3 离散无记忆信源的不等长编码 138
4.5.4 霍夫曼编码 144
4.6 信道编码的基本概念与方法 148
4.6.1 离散无记忆信道的转移矩阵与后验概率矩阵 148
4.6.2 最大后验概率译码准则 150
4.6.3 最大似然译码准则 152
4.6.4 费诺不等式 153
4.6.5 信道编码定理 154
4.7 率失真理论 160
4.7.1 平均失真度 160
4.7.2 率失真函数 161
4.8 本章小结 169
习题 170
主要参考文献 172
第5章 数字基带传输系统 173
5.1 引言 173
5.2 基带传输系统基本模型 173
5.3 基带信号的波形设计与编码 174
5.3.1 基带信号的波形设计原则 174
5.3.2 基带信号的基本波形 175
5.3.3 常用的基带信号传输码型 176
5.4 基带信号的功率谱 179
5.4.1 二进制纯随机序列基带信号的功率谱 179
5.4.2 二进制平稳序列基带信号的功率谱 183
5.5 码间串扰与波形传输无失真的条件 184
5.5.1 基带信道的传输特性与码间串扰 184
5.5.2 奈奎斯特第一准则 185
5.5.3 奈奎斯特第二准则 192
5.5.4 奈奎斯特第三准则 194
5.6 部分响应基带传输系统 195
5.6.1 部分响应系统的信号波形特性 195
5.6.2 预编码和相关编码 198
5.7 基带信号的检测与最佳接收 201
5.7.1 加性高斯白噪声干扰下的信号检测 201
5.7.2 基带信号的最佳接收 205
5.7.3 基带传输系统特性的眼图观测方法 209
5.8 本章小结 210
习题 211
主要参考文献 213
第6章 数字载波调制传输系统 214
6.1 引言 214
6.2 数字载波调制与解调的基本原理 215
6.2.1 数字载波调制的基本原理 215
6.2.2 数字载波调制信号的功率谱分析 217
6.2.3 数字载波调制信号解调的基本原理 219
6.3 二进制数字载波调制传输系统 222
6.3.1 2ASK调制解调系统 222
6.3.2 2PSK调制解调系统 231
6.3.3 2DPSK调制解调系统 235
6.3.4 2FSK调制解调系统 240
6.3.5 二进制调制解调系统的性能比较 246
6.4 多进制数字载波调制传输系统 247
6.4.1 信号统计判决的基本原理 249
6.4.2 MASK调制解调系统 252
6.4.3 MPSK调制解调系统 255
6.4.4 MQAM调制解调系统 258
6.4.5 MFSK调制解调系统 262
6.5 恒包络连续相位调制 266
6.5.1 MSK调制解调系统 266
6.5.2 GMSK调制解调系统 274
6.6 正交频分复用载波调制传输系统 282
6.6.1 并行传输的基本概念 282
6.6.2 OFDM的基本原理 283
6.6.3 OFDM信号的时间保护间隔与循环前缀 286
6.6.4 OFDM信号的功率谱及OFDM信号的特点 287
6.7 本章小结 289
习题 289
主要参考文献 291
第7章 传输信道 292
7.1 引言 292
7.2 信道的定义和分类 292
7.2.1 信道的定义 292
7.2.2 恒参信道 293
7.2.3 随参信道 294
7.3 信道的损耗与衰落特性 295
7.3.1 自由空间传输损耗模型 296
7.3.2 传输路径损耗模型 296
7.3.3 传输信道阴影衰落模型 297
7.3.4 路径损耗与阴影衰落综合模型 298
7.4 信道的统计多径模型 298
7.4.1 多普勒频移与多径接收信号 298
7.4.2 窄带衰落模型 300
7.4.3 宽带衰落模型* 305
7.5 信道的容量分析 311
7.5.1 平坦衰落信道的容量 311
7.5.2 频率选择性衰落信道容量 314
7.6 信道估计与均衡 316
7.6.1 信道估计与均衡的基本概念 316
7.6.2 数字时域均衡的基本原理 319
7.6.3 数字时域均衡的常用方法 321
7.6.4 自适应均衡器 325
7.7 本章小结 327
习题 327
主要参考文献 328
第8章 差错控制编码 329
8.1 引言 329
8.2 差错控制编码的主要类型和方式 329
8.2.1 差错控制编码的主要类型 329
8.2.2 差错控制的方式 329
8.3 简单的差错控制方法 330
8.3.1 奇偶校验码 330
8.3.2 重复码 331
8.3.3 水平奇偶校验码 332
8.4 线性分组码的代数基础* 333
8.5 线性分组码的基本性质 341
8.5.1 码距的概念 341
8.5.2 码距与检错、纠错能力的关系 342
8.5.3 线性分组码的生成矩阵与监督矩阵 344
8.5.4 线性分组码的最小码距与最小码重的关系 349
8.5.5 线性分组码的标准阵、陪集首和陪集 351
8.5.6 汉明码 353
8.5.7 线性分组码纠错能力分析 357
8.6 循环码 359
8.6.1 循环码的基本概念和定理 359
8.6.2 系统码结构的循环码 364
8.6.3 循环冗余校验码 370
8.6.4 汉明循环码 371
8.6.5 BCH码* 373
8.7 卷积码 383
8.7.1 卷积码编码器的构造和表示方法 383
8.7.2 卷积码的卷积关系、生成矩阵与生成多项式 384
8.7.3 卷积码的监督矩阵与监督多项式矩阵 391
8.7.4 卷积码的伴随式与代数译码 392
8.7.5 卷积码的状态图、树图与网格图描述 398
8.7.6 卷积码的距离特性与转移函数 401
8.7.7 卷积码的概率译码原理 407
8.7.8 卷积码的维特比译码 409
8.7.9 维特比译码器的性能分析* 419
8.7.10 卷积码的码率变换操作——凿孔卷积码* 422
8.8 调制与编码的权衡 426
8.8.1 调制方式的权衡问题 426
8.8.2 带宽受限系统与功率受限系统 428
8.8.3 带宽与功率均受限系统 429
8.9 本章小结 433
习题 433
主要参考文献 436
第9章 同步原理与技术 437
9.1 引言 437
9.2 锁相环 437
9.2.1 锁相环的组成 437
9.2.2 锁相环的工作原理 438
9.2.3 锁相环的基本性能分析 439
9.3 载波同步 443
9.3.1 直接提取法 443
9.3.2 插入导频法 447
9.3.3 载波相位的似然估计法* 448
9.4 符号同步 451
9.4.1 直接提取法 452
9.4.2 插入导频法 454
9.4.3 符号同步的似然估计法* 455
9.4.4 载波相位和符号同步的联合估计* 455
9.5 帧同步 457
9.5.1 帧同步标识符的周期性插入法 457
9.5.2 帧同步标识符的相关搜索法 460
9.6 本章小结 463
习题 463
主要参考文献 465
第10章 扩展频谱通信技术 466
10.1 引言 466
10.2 扩频系统的基本概念 466
10.2.1 扩频系统的基本原理 466
10.2.2 扩频系统的分类 467
10.2.3 扩频系统的主要技术指标 470
10.2.4 扩频系统的特点 471
10.3 伪随机序列 472
10.3.1 m序列 473
10.3.2 Gold序列 477
10.4 直接序列扩频技术 478
10.5 跳频技术 479
10.5.1 跳频系统工作原理 480
10.5.2 跳频器 481
10.6 扩频系统的同步 483
10.6.1 扩频码的捕获 484
10.6.2 扩频码的跟踪 486
10.7 扩频技术的应用 488
10.7.1 扩频技术在军事通信中的应用 489
10.7.2 扩频技术在民用通信中的应用 489
10.8 本章小结 491
习题 492
主要参考文献 492
第11章 信道复用与多址技术 493
11.1 引言 493
11.2 频分复用与频分多址 493
11.3 时分复用与时分多址 495
11.4 码分复用与码分多址 496
11.5 空分复用与空分多址 499
11.6 统计复用与随机多址 499
11.7 综合复用 505
11.8 本章小结 506
习题 507
主要参考文献 507
第12章 空时无线通信技术概述 508
12.1 引言 508
12.2 MIMO的基本模型 508
12.3 空时信道容量 510
12.3.1 MIMO信道容量的基本概念 510
12.3.2 发送端和接收端均已知信道时的信道容量 511
12.3.3 仅接收端已知信道时的信道容量 513
12.4 空时编码的基本方法 513
12.4.1 分层空时码模型 513
12.4.2 最大似然译码（ML）算法 515
12.4.3 迫零（ZF）算法 515
12.4.4 最小均方误差（MMSE）算法 516
12.5 MIMO分集技术 517
12.5.1 分集的基本概念 517
12.5.2 接收分集 519
12.5.3 发送分集 519
12.5.4 发送与接收分集 520
12.6 同道干扰抑制 521
12.6.1 最大似然（ML）干扰抑制接收 521
12.6.2 最小均方误差（MMSE）干扰抑制接收 522
12.7 非正交多址接入技术的基本概念 522
12.7.1 下行容量域对比 523
12.7.2 上行容量域对比 524
12.8 MIMO技术的一般性意义 527
12.9 本章小结 527
习题 527
主要参考文献 528
附录 缩写索引表 529