现代通信系统和通信技术的基本原理及分析方法,共分11章,以数字通信为主。主要内容包括:通信系统和信息论的基本概念、随机信号分析的基本理论、通信信道、模拟调制、模拟信号的数字化、数字信号的基带传输、数字信号的频带传输、数字信号的最佳接收、同步原理、差错控制编码和通信网基础。各章后均附有思考题和习题。章节号后加“※”的内容是难度较大可选讲的部分,这些部分删减后课程仍能保持一个基本完整的框架。考虑到独立院校和高职高专的教学实际,《通信原理教程》编写中避免太过烦琐的数学分析,但必要的推导过程予以保留,必须掌握的核心内容则不惜花费较大的篇幅交代清楚。
《通信原理教程》可作为独立学院信息类及相关专业本科生的教材,讲授时适当节选便可适用于高职、高专相关专业,还可作为广大工程技术人员学习通信基础理论及应用的参考书。
现代通信技术发展异常迅速,遍布全世界每个角落的信息网络,构成了现代社会的神经系统,是国民经济和社会发展的重要条件和保障。要对通信系统及各种通信设备作深入研究,必须掌握最基本的通信理论,获得足够的通信技术应用知识。这就是编写本书的基本目的。
通信原理是信息类各专业最重要的一门专业基础课,是学好其他专业课的铺路石。目前书市上的通信原理教材版本不少,但这些教材或者过于深奥、数学推导过于复杂,或者过于简洁、不少内容难于讲清楚,都不太适合在处于“三本”层次的独立院校使用。一方面,不同于处于“一本”、“二本”层次的普通公办高校,独立院校培养的目标是大众化、应用型人才,对于理论基础知识的要求可以不那么系统、深入;另一方面,独立院校又不同于高职高专,培养的是本科层次人才,有一部分学生还会攻读研究生、继续深造,因此必须学习基本的理论知识。本书的编写试图在折中处理上进行尝试,以基本概念、基本理论、基本方法为主线,比较全面地讲述现代通信系统和通信技术的基本原理及分析方法,使本书仍有一个基本完整的体系;编写中避免太过烦琐的数学分析,但必要的推导过程予以保留,必须掌握的核心内容则不惜花费较大的篇幅交代清楚。希望这本教材能够满足独立院校的教学需要,对内容做适当选取后,也能够满足高职高专的使用要求。
本书共分11章,以数字通信为主。主要内容包括:通信系统和信息论的基本概念、随机信号分析的基本理论、通信信道、模拟调制、模拟信号的数字化、数字信号的基带传输和频带传输、数字信号的最佳接收、同步原理、差错控制编码和通信网基础知识。各章后均附有思考题和习题。章节号后加“※”的内容是难度较大可选讲的部分,这些部分删减后课程仍能保持一个基本完整的框架。需要说明的是“第10章*差错控制编码”,如果没有开设“编码理论”之类的课程,其基本内容是应该讲授的,但卷积码和网格编码调制可视具体情况选择,我们建议不讲,编进教材是考虑到考研同学的自学所需。为满足考研同学的需要,本书还特地选编了2005-2008年的研究生入学考试试题四套,作为“附录二”,供同学们自学参考。
第1章 绪论
1.1 概述
1.1.1 通信的含义
1.1.2 消息、信息与信号
1.2 通信系统的组成
1.2.1 通信系统模型
1.2.2 模拟通信系统和数字通信系统
1.3 通信系统的分类及通信方式
1.3.1 通信系统分类
1.3.2 通信方式
1.4 信息论的基本概念
1.4.1 信息量
1.4.2 信道容量
1.5 通信系统的主要性能指标
1.6 通信技术的发展
思考题与习题
第2章 随机信号分析
2.1 概述
2.2 随机过程的表述
2.2.1 随机过程
2.2.2 随机过程的统计特性
2.2.3 随机过程的数字特征
2.3 平稳随机过程
2.3.1 平稳随机过程的定义
2.3.2 平稳随机过程的遍历性
2.3.3 平稳随机过程自相关函数的性质
2.3.4 平稳随机过程的功率谱密度
2.4 高斯随机过程
2.4.1 高斯随机过程的定义
2.4.2 高斯随机过程的重要性质
2.4.3 高斯随机过程的统计特性
2.5 *窄带随机过程
2.5.1 窄带随机过程的表示方法
2.5.2 窄带随机过程的统计特性
2.6 白噪声
2.6.1 高斯白噪声
2.6.2 带限型和带通型白噪声
2.7 *正弦波加窄带高斯过程
2.8 平稳随机过程通过线性系统
2.9 小结
思考题与习题
第3章 通信信道
3.1 概述
3.2 信道的定义和分类
3.2.1 信道定义
3.2.2 信道分类
3.3 信道的数学模型
3.3.1 调制信道模型
3.3.2 编码信道模型
3.4 常用信道
3.4.1 恒参信道
3.4.2 随参信道
3.5 恒参信道特性及其信号传输
3.5.1 幅频特性
3.5.2 相频特性
3.6 随参信道特性及其信号传输
3.6.1 多径衰落与频率弥散
3.6.2 频率选择性衰落与相干带宽
3.7 分集接收
3.7.1 分集接收技术
3.7.2 合并方式
3.8 信道的噪声
3.8.1 噪声的分类
3.8.2 起伏噪声及其特性
3.9 信道容量
3.9.1 离散信道的信道容量
3.9.2 连续信道的信道容量
3.10 小结
思考题与习题
第4章 模拟调制系统
4.1 概述
4.2 线性调制
4.2.1 幅度调制原理
4.2.2 普通调幅(AM)
4.2.3 双边带调制(DSB)
4.2.4 单边带调制(SSB)
4.2.5 残留边带调制(VSB)
4.3 线性调制系统的性能分析
4.3.1 DSB系统的性能
4.3.2 SSB系统的性能
4.3.3 AM系统性能
4.4 非线性调制
4.4.1 非线性调制的原理
4.4.2 窄带调频(NBFM)
4.4.3 宽带调频(WBFM)
4.4.4 调频信号的产生与解调
4.5 调频系统的性能分析
4.5.1 调频系统的抗噪声性能
4.5.2 门限效应
4.5.3 加重技术
4.6 各种模拟调制系统的比较
4.6.1 性能比较
4.6.2 特点与应用
4.7 频分复用技术
4.7.1 频分复用(FDM)原理
4.7.2 调频立体声广播
4.8 小结
思考题与习题
第5章 模拟信号的数字化
5.1 概述
5.2 抽样定理
5.2.1 低通信号抽样定理
5.2.2 带通信号抽样定理
5.3 模拟信号的量化
5.3.1 均匀量化
5.3.2 非均匀量化
5.4 脉冲编码调制
5.4.1 脉冲编码调制原理
5.4.2 PCM系统的噪声
5.5 *差分脉冲编码调制
5.5.1 差分脉码编码调制(DPCM)的基本原理
5.5.2 DPCM系统的噪声
5.6 *增量调制
5.6.1 增量调制(DM)的基本原理
5.6.2 DM系统的噪声
5.7 时分复用和PCM数字电话系统
5.7.1 时分复用(TDM)原理
5.7.2 PCM时分多路电话系统组成
5.7.3 PCM系统的标准制式
5.8 小结
思考题与习题
第6章 数字信号的基带传输
6.1 概述
6.2 数字基带信号及其频率特性
6.2.1 数字基带信号的波形
6.2.2 数字基带信号频率特性分析
6.2.3 随机基带序列的功率谱分析
6.3 数字基带信号的传输码型
6.4 基带信号传输与码间串扰
6.4.1 数字基带传输系统模型
6.4.2 码间串扰及奈奎斯特准则
6.4.3 无码间串扰的传输条件及波形
6.4.4 眼图
6.5 *部分响应系统
6.6 基带传输系统的抗噪声性能
6.7 时域均衡
6.8 小结
思考题与习题
第7章 数字信号的频带传输
7.1 概述
7.2 二进制幅移键控(2ASK)
7.2.1 调制/解调原理
7.2.2 功率谱及带宽
7.2.3 误码率
7.3 二进制频移键控(2FSK)
7.3.1 调制/解调原理
7.3.2 功率谱及带宽
……
第8章 数字信号的最佳接收
第9章 同步原理
第10章 差错控制编码
第11章 通信网基础
附录一 部分习题参考答案
附录二 研究生入学考试样卷
附录三 Q函数与误差函数
附录四 通信专业常用缩略语
主要参考文献
20世纪也是图像通信崛起并得到迅速发展的一个世纪。1936年11月,世界上第一个定期播放电视节目的电视台——英国BBC电视台开播,把人类带进了电视时代。20世纪70年代,在美国、英国和法国,电视电话相继投放市场。会议电视系统也开发成功,对人类社会带来了不可估量的影响。
在我国,通信技术于1992年5月正式列入国家“863”计划,从而拉开了中国通信高技术研究的序幕。历经10余年的发展,中国通信高技术研究在高速宽带网络、光通信、移动通信等技术领域取得了多项关键技术成果,在发展高科技、促进产业化方面取得了突出的成绩。特别是2000年5月,我国拥有自主知识产权的第三代移动通信TD-SCDMA标准被国际电联正式采纳,这是获得国际认可的第一个中国通信标准,更是中国百年通信科技史上的一个创举。
综观100多年通信技术的发展历史,是一个世界范围内不断的科技创新、大胆设想、细心实践的过程,是一个多学科相互交融相互促进的过程。从技术层面而言,一方面通信技术走的是一条“数字-模拟一数字”的发展之路。莫尔斯电报是一种数字通信方式,而后来居上的电话是模拟方式。模拟电话通信曾称霸一时,延续了一个很长的历史时期。后来由于晶体管的出现,美国于1962年研究成功了晶体管24路脉码调制设备,用于电话的多路化通信。这一进展,使数字通信的潮流又重新涌动。而计算机和现代数字集成技术以及现代数字信号处理技术的融入,则使通信数字化得以迅速实现和发展,模拟通信已基本上被数字通信所全面取代。另一方面,通信技术所利用的电磁频谱越来越高。