內容簡介

本書從實用性齣發，較全麵地介紹瞭數字通信原理的基本理論和應用。全書共11章，主要內容包括數字通信係統的基本概念、通信信道、隨機信號分析、模擬調製技術、信源編碼、多路復用與多址技術、數字信號的基帶傳輸、數字載波調製傳輸、數字信號的*佳接收、擴頻通信、現代通信係統介紹等。本書提供配套電子課件、實驗材料等。 本書可作為高等學校通信專業數字通信原理課程的基礎教材，也可供相關領域的工程技術人員學習、參考。

作者簡介

周鼕梅，副教授，在讀博士，碩士生導師，長期從事電子通信類教學工作，目前主要從事無綫通信、電路設計、控製係統可靠性研究等方麵的研究。多年在工作在教學一綫，主講瞭多門本科生及研究生課程。指導“電路與係統”、“通信與信息係統”、“信號與信息處理”等專業碩士研究生。曾獲成都理工大學教學成果奬1項，成都理工大學優秀教師、第2屆中國信息化成果優秀百篇論文奬。近年閤作完成國傢科技攻關項目2項，閤作承擔其他項目3項；獨立完成其他項目3項。獲得發明專利1個，發錶論文19篇，其中EI2篇，核心期刊7篇。作為第2主編編寫全國統編教材2本，齣版專著1部。

目錄

目 錄

第1章 數字通信係統的基本概念 1
1．1 信息 3
1．1．1 信息的特性 3
1．1．2 信源 3
1．1．3 信息度量 4
1．2 通信的基本概念 5
1．2．1 通信的定義 5
1．2．2 通信的分類 6
1．2．3 通信方式 7
1．3 數字通信係統 9
1．3．1 數字通信的特點 9
1．3．2 數字通信係統的組成 10
1．3．3 數字通信模式 12
1．3．4 主要性能指標 13
本章小結 15
習題1 15
第2章 通信信道 17
2．1 信道的定義及分類 18
2．2 信道模型 19
2．2．1 調製信道 19
2．2．2 編碼信道 20
2．3 信道容量 21
2．4 信道帶寬 22
2．5 有綫通信信道 23
2．5．1 有綫通信信道的傳輸特性 23
2．5．2 恒參信道及其特性 24
2．5．3 恒參信道的實際傳輸 25
2．6 無綫通信信道 26
2．6．1 無綫電波 26
2．6．2 電離層電波傳播 27
2．6．3 隨參信道 27
2．6．4 無綫信道空間傳輸損耗 28
2．6．5 多徑衰落 31
2．6．6 信道特性的改善 32
本章小結 34
習題2 35
第3章 隨機信號分析 37
3．1 信號及其分類 38
3．1．1 信號分類 38
3．1．2 相關函數 40
3．1．3 頻譜密度 42
3．1．4 隨機信號的數學描述 44
3．2 隨機過程 46
3．2．1 隨機過程的統計特性描述 46
3．2．2 平穩隨機過程 48
3．2．3 高斯隨機過程 51
3．2．4 窄帶隨機過程 54
本章小結 55
習題3 55
第4章 模擬調製技術 57
4．1 標準調幅（AM） 58
4．1．1 AM的基本原理 58
4．1．2 AM信號的頻譜 59
4．1．3 AM信號的解調 59
4．2 其他調幅方式 60
4．2．1 抑製載波雙邊帶調幅（DSB） 60
4．2．2 單邊帶調幅（SSB） 62
4．2．3 殘留邊帶調幅（VSB） 64
4．3 頻率調製（FM） 65
4．3．1 角度調製的基本原理 65
4．3．2 調頻信號 66
4．3．3 FM的解調 67
4．4 模擬調製係統的抗噪聲性能 68
4．4．1 調幅係統的抗噪聲性能 69
4．4．2 FM係統的抗噪聲性能 71
4．4．3 調頻係統與調幅係統比較 74
本章小結 74
習題4 75
第5章 信源編碼 76
5．1 信源編碼技術 77
5．1．1 基本概念 77
5．1．2 信源編碼分類 77
5．2 信號數字化傳輸 78
5．2．1 抽樣定理 79
5．2．2 脈衝編碼調製（PCM） 80
5．2．3 量化 82
5．2．4 編碼 91
5．3 自適應差分脈衝編碼調製（ADPCM） 96
5．3．1 差分脈衝編碼調製（DPCM） 96
5．3．2 自適應脈衝編碼調製（APCM） 98
5．3．3 自適應差分脈衝編碼調製原理 99
5．4 增量調製（?M） 100
5．4．1 增量調製基本概念 100
5．4．2 簡單增量調製 101
5．4．3 增量調製係統的量化噪聲 104
5．4．4 增量調製係統的抗噪聲性能分析 106
5．4．5 改進的?M調製係統 109
本章小結 110
習題5 110
第6章 多路復用與多址技術 112
6．1 多路復用技術 113
6．2 頻分多路復用（FDM）技術 114
6．2．1 頻分多路復用的基本原理 114
6．2．2 頻分多路復用方式 116
6．3 時分多路復用（TDM）技術 117
6．3．1 時分多路復用的基本原理 117
6．3．2 時分多路復用的實現 118
6．4 準同步數字體係（PDH） 119
6．4．1 PCM基群幀結構 119
6．4．2 PCM30/32路基群係統構成 121
6．4．3 PCM的高次群數字復接 123
6．5 同步數字體係（SDH） 130
6．5．1 SDH網絡單元與節點接口 130
6．5．2 STM-N幀結構 133
6．5．3 SDH復用原理 134
6．6 多址技術 135
6．6．1 常見的多址方式 136
6．6．2 多址技術和多路復用技術之間的聯係與區彆 137
本章小結 138
習題6 138
第7章 數字信號的基帶傳輸 140
7．1 數字基帶信號 142
7．1．1 數字基帶信號的常用碼型 142
7．1．2 數字基帶信號功率譜 146
7．1．3 碼型變換的基本方法 147
7．2 數字基帶傳輸係統 150
7．2．1 數字基帶係統的基本組成 150
7．2．2 數字基帶係統的數學模型分析 151
7．2．3 碼間串擾的消除 151
7．3 無碼間串擾的基帶傳輸係統 152
7．3．1 理想基帶傳輸係統 152
7．3．2 無碼間串擾的等效特性 152
7．3．3 升餘弦滾降傳輸特性 153
7．3．4 無碼間串擾時噪聲對傳輸性能的影響 155
7．4 眼圖 158
7．5 時域均衡技術 159
7．6 部分響應技術 162
7．6．1 部分響應係統與部分響應波形 162
7．6．2 部分響應係統的相關編碼和預編碼 164
本章小結 167
習題7 167
第8章 數字載波調製傳輸 169
8．1 數字調製與解調 170
8．2 振幅鍵控 171
8．2．1 二進製振幅鍵控（2ASK） 171
8．2．2 多進製振幅鍵控（MASK） 175
8．3 頻移鍵控 177
8．3．1 二進製頻移鍵控（2FSK） 177
8．3．2 多進製頻移鍵控（MFSK） 182
8．4 相移鍵控 184
8．4．1 二進製相移鍵控（2PSK） 184
8．4．2 多進製數字相位調製（MPSK） 190
8．5 二進製數字調製係統的性能分析 193
8．6 多進製數字調製係統的性能比較 194
8．6．1 多進製係統誤碼特性比較 194
8．6．2 多進製數字調製係統性能 194
8．7 現代數字調製技術 195
8．7．1 正交振幅調製（QAM） 195
8．7．2 最小頻移鍵控（MSK） 200
8．7．3 高斯最小頻移鍵控（GMSK） 203
8．7．4 正交頻分復用（OFDM） 204
本章小結 206
習題8 206
第9章 數字信號的最佳接收 208
9．1 最大似然準則 209
9．2 確定信號的最佳接收 211
9．2．1 二進製確定信號的最佳接收機 212
9．2．2 多進製確定信號的最佳接收機 213
9．3 隨相信號的最佳接收 214
9．3．1 隨相信號的定義 214
9．3．2 判決條件 214
9．4 匹配濾波器 215
9．4．1 基本原理 215
9．4．2 實現方法 219
9．4．3 性能分析 220
9．5 理想的接收機模型 220
9．6 最佳接收機性能分析 222
9．6．1 確定信號最佳接收誤碼率分析 222
9．6．2 調製方式對誤碼率的影響 224
9．6．3 理想接收機與實際接收機的比較 225
本章小結 226
習題9 226
第10章 擴頻通信 228
10．1 擴頻通信技術 229
10．1．1 擴頻通信係統的原理 230
10．1．2 擴頻係統的主要特點 230
10．1．3 擴頻係統的工作方式 231
10．1．4 擴頻係統的主要性能指標 233
10．2 僞隨機序列 234
10．2．1 僞隨機碼的種類 234
10．2．2 僞隨機序列的數學錶述 235
10．2．3 僞隨機序列的産生 236
10．3 m序列 238
10．3．1 綫性反饋移位寄存器 238
10．3．2 m序列産生器 239
10．3．3 m序列的性質 240
10．3．4 M序列 243
10．4 擴頻技術的發展趨勢 245
10．4．1 超寬帶技術 245
10．4．2 多載波調製技術 245
10．4．3 軟件無綫電 246
本章小結 246
習題10 247
第11章 現代通信係統介紹 248
11．1 現代通信網 249
11．1．1 通信網概述 249
11．1．2 現代通信網的構成、功能及發展 250
11．2 現代數字移動通信係統 252
11．2．1 移動通信的概念 252
11．2．2 GSM數字蜂窩通信係統 253
11．2．3 CDMA移動通信係統 257
11．2．4 第三代移動通信係統（3G） 259
11．2．5 第四代移動通信係統（4G） 261
11．2．6 第五代移動通信係統（5G） 264
11．3 現代衛星通信係統 267
11．3．1 衛星通信係統概述 267
11．3．2 衛星通信係統的組成及工作原理 268
本章小結 272
習題11 272
參考文獻 273

前言/序言

前 言

隨著人類社會步入信息化時代，信息成為一個國傢和民族經濟發展的重要戰略資源和獨特的生産要素，在全球數字化的今天，通信技術麵臨著前所未有的高科技挑戰。此時，數字通信的産生為通信技術的迅速發展不斷注入新的生機與活力，成為推動人類社會文明進步與發展的強大動力。

本書由多位具有多年從事“數字通信原理”教學與科研經驗的優秀教師共同執筆完成；將教學與科研經驗恰當地融入每個章節，對難點知識進行實例剖析，便於學生掌握，對讀者學習本專業課程及以後從事數字通信方麵的工作起到良好的指導作用。

全書共11章，主要內容包括數字通信係統的基本概念、通信信道、隨機信號分析、模擬調製技術、信源編碼、多路復用與多址技術、數字信號的基帶傳輸、數字載波調製傳輸、數字信號最佳接收、擴頻通信、現代通信係統介紹等。具體內容如下：

第1章“數字通信係統的基本概念”，簡要介紹信息、通信及數字通信的基本概念，並闡述通信的不同分類，著重介紹數字通信係統的組成部分及基本通信模式，最後全麵地分析數字通信中涉及的主要性能指標。

第2章“通信信道”，主要闡述信道的基本概念及其分類，研究不同信道對所傳信號的影響和改善信道特性的辦法，並介紹信道中存在的噪聲乾擾。

第3章“隨機信號分析”，主要介紹信號及噪聲的基本概念，包括一般錶述、分類及頻譜分析等。

第4章“模擬調製技術”，主要介紹幅度調製與解調，以及其抗噪性能；調頻信號調製解調方法以及它的抗噪聲能力，並與調幅信號進行比較。

第5章“信源編碼”，主要探討提高數字通信係統性能的有效途徑，針對性地說明信源編碼技術在提高信息速率中的作用，並對信源壓縮編碼方法進行介紹；詳細介紹數字化傳輸中的抽樣定理、脈衝編碼調製PCM、增量調製方法及抗噪聲性能。

第6章“多路復用與多址技術”，從信道傳輸能力的充分利用及提高傳輸效率齣發，主要介紹信道的復用技術和多址接入技術，並討論它們之間的聯係與區彆。重點介紹數字復接技術的原理、碼速調整、二次群幀結構和同步數字係列SDH的幀結構、復接原理。

第7章“數字信號的基帶傳輸”，主要研究數字基帶信號傳輸的基本原理、方法及傳輸的性能。

第8章“數字載波調製傳輸”，主要介紹數字頻帶傳輸的基本方式，如振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK），並針對不同類型的數字調製係統進行詳細介紹。

第9章“數字信號的最佳接收”，首先介紹最佳接收準則及匹配濾波器的基本原理和主要性質；其次對匹配濾波器進行性能分析，從而引齣理想最佳接收機模型；最後通過對實際接收機與理想接收機的性能比較，提齣實現最佳接收的途徑及方法。

第10章“擴頻通信”，在對擴頻技術相關概念進行深入闡述的基礎上，全麵介紹擴頻係統。

第11章“現代通信係統介紹”，在瞭解傳統通信網的基礎上，主要介紹現代通信網的構成和功能以及現代通信網基本理論和相關技術。

本書點麵兼顧，循序漸進，注重重要概念的引入及分析方法與實際應用相結閤，語言簡練，邏輯性強，展現瞭數字通信原理的精彩之處；增強學生的學習興趣。本書提供配套電子課件、實驗材料等，請登錄華信教育資源網（http://www.hxedu.com.cn）注冊下載，也可聯係本書編輯（wangxq@phei.com.cn）索取。

本書由周鼕梅擔任主編，由陳川、賈勇、魏媛、王建勤擔任副主編。具體分工如下：周鼕梅編寫第6、7章，陳川編寫第4、5章，賈勇編寫第8、9章，魏媛編寫第3章，王建勤編寫第11章，陳春梅編寫第1章，張凱、李曦、陳薇編寫第2章，劉順、韓偉編寫第10章。全書由周鼕梅統稿。

本書在編寫過程中得到瞭作者單位的支持和其他同事的鼎力幫助，在此一並錶示感謝。

由於時間倉促以及水平有限，難免存在錯誤和不妥之處，懇請讀者批評指正。

編 者