數字通信：基礎與應用（第二版）

第1章 信號和頻譜
1.1 數位通信信號處理
1.1.1 為什麼要進行數位化
1.1.2 典型通信系統的方框圖
1.1.3 基本的數位通信術語
1.1.4 數位通信與類比通信的性能比較
1.2 信號分類
1.2.1 確定信號和隨機信號
1.2.2 週期信號和非週期信號
1.2.3 連續信號和離散信號
1.2.4 能量信號和功率信號
1.2.5 單位衝激函數
1.3 頻譜密度
1.3.1 能量譜密度
1.3.2 功率譜密度
1.4 自相關函數
1.4.1 能量信號的自相關函數
1.4.2 週期（功率）信號的自相關函數
1.5 隨機信號
1.5.1 隨機變數
1.5.2 隨機過程
1.5.3 時間平均和各態遍歷
1.5.4 隨機過程的功率譜密度和自相關函數
1.5.5 通信系統中的雜訊
1.6 線性系統的信號傳輸
1.6.1 衝激回應
1.6.2 頻域傳遞函數
1.6.3 無失真傳輸
1.6.4 信號、電路和頻譜
1.7 數位資料的頻寬
1.7.1 基帶與帶通
1.7.2 頻寬問題
1.8 小結
參考文獻
習題
思考題
練習

第2章 格式化和基帶調製
2.1 基帶系統
2.2 格式化文字資料（字元編碼）
2.3 消息、字元和碼元
2.3.1 消息、字元和碼元的例子
2.4 格化式類比資訊
2.4.1 採樣定理
2.4.2 混疊
2.4.3 採用過採樣的原因
2.4.4 數位系統的信號介面
2.5 干擾源
2.5.1 採樣和量化的影響
2.5.2 通道的影響
2.5.3 量化脈衝的信噪比
2.6 脈衝碼調制
2.7 均勻量化和非均勻量化
2.7.1 語音幅度的統計
2.7.2 非均勻量化
2.7.3 壓擴特性
2.8 基帶傳輸
2.8.1 二進位數字字的波形表示
2.8.2 PCM波形的類型
2.8.3 PCM波形的頻譜特性
2.8.4 比特每PCM碼字以及比特每碼元
2.8.5 M進制脈衝調製波形
2.9 相關編碼
2.9.1 雙二進位信號
2.9.2 雙二進位解碼
2.9.3 預編碼
2.9.4 雙二進位碼等效轉移函數
2.9.5 二進位信號與雙二進位信號的比較
2.9.6 多二進位信號
2.10 小結
參考文獻
習題
思考題
練習

第3章 基帶信號解調與檢測
3.1 信號和雜訊
3.1.1 通信系統中差錯性能的劣化
3.1.2 解調和檢測
3.1.3 信號和雜訊的向量表示
3.1.4 數位通信系統中的信噪比參數
3.1.5 Eb/N0作為度量指標的原因
3.2 高斯雜訊干擾下二進位信號的檢測
3.2.1 優選似然接收機結構
3.2.2 匹配濾波器
3.2.3 匹配濾波器的相關實現
3.2.4 很好差錯性能
3.2.5 二進位信號的差錯概率性能
3.3 碼間串擾
3.3.1 降低碼間串擾的脈衝整形
3.3.2 差錯性能劣化的兩種類型
3.3.3 整形脈衝的解調/檢測
3.4 均衡
3.4.1 通道特性
3.4.2 眼圖
3.4.3 均衡濾波器的類型
3.4.4 預置式均衡與自我調整均衡
3.4.5 濾波器更新率
3.5 小結
參考文獻
習題
思考題
練習

第4章 帶通調製和解調
4.1 為什麼需要調製
4.2 數位帶通調製技術
4.2.1 正弦信號的相量表示
4.2.2 相移鍵控
4.2.3 頻移鍵控
4.2.4 幅移鍵控
4.2.5 振幅相位聯合鍵控
4.2.6 波形振幅係數
4.3 高斯雜訊背景下的信號檢測
4.3.1 判決區域
4.3.2 相關接收機
4.4 相干檢測
4.4.1 PSK的相干檢測
4.4.2 採樣匹配濾波器
4.4.3 多相相移鍵控的相干檢測
4.4.4 FSK的相干檢測
4.5 非相干檢測
4.5.1 差分PSK的檢測
4.5.2 二進位差分PSK舉例
4.5.3 FSK的非相干檢測
4.5.4 非相干正交FSK信號需要的頻率間隔
4.6 複包絡
4.6.1 調製器的正交實現
4.6.2 D8PSK調製舉例
4.6.3 D8PSK解調舉例
4.7 二進位系統的差錯性能
4.7.1 BPSK相干檢測的誤位元速率
4.7.2 差分編碼二進位PSK相干檢測的誤位元速率
4.7.3 二進位正交FSK相干檢測的誤位元速率
4.7.4 二進位正交FSK非相干檢測的誤位元速率
4.7.5 二進位DPSK的誤位元速率
4.7.6 各種調製類型誤位元速率的比較
4.8 M進制信號及其性能
4.8.1 理想誤位元速率性能
4.8.2 M進制信號
4.8.3 MPSK信號的向量圖
4.8.4 BPSK和QPSK具有相同的誤位元速率
4.8.5 MFSK信號的向量圖
4.9 M進制系統的誤碼性能（M ] 2）
4.9.1 MPSK的誤碼率
4.9.2 MFSK的誤碼率
4.9.3 正交信號誤位元速率和誤碼率之比較
4.9.4 多相信號誤位元速率與誤碼率之比較
4.9.5 碼間串擾的影響
4.10 小結
參考文獻
習題
思考題
練習

第5章 通信鏈路分析
5.1 系統工程中的系統鏈路預算
5.2 通道
5.2.1 自由空間的概念
5.2.2 差錯性能的降低
5.2.3 信號損耗和雜訊的來源
5.3 接收信號功率和雜訊功率
5.3.1 量程方程
5.3.2 接收信號功率與頻率的函數關係
5.3.3 路徑損耗與頻率的關係
5.3.4 熱雜訊功率
5.4 鏈路預算分析
5.4.1 兩個重要的Eb/N0值
5.4.2 鏈路預算的分貝形式
5.4.3 鏈路餘量的充足值
5.4.4 鏈路可用率
5.5 雜訊係數、雜訊溫度和系統溫度
5.5.1 雜訊係數
5.5.2 雜訊溫度
5.5.3 線路損耗
5.5.4 複合雜訊係數和複合雜訊溫度
5.5.5 系統有效溫度
5.5.6 天電雜訊溫度
5.6 採樣鏈路分析
5.6.1 鏈路預算細節
5.6.2 接收機品質因素
5.6.3 各向同性接收功率
5.7 衛星中繼
5.7.1 非再生中繼
5.7.2 非線性中繼放大器
5.8 系統權衡
5.9 小結
參考文獻
習題
思考題
練習

第6章 通道編碼（一）
6.1 波形編碼
6.1.1 對極和正交信號
6.1.2 M進制信號處理
6.1.3 波形編碼
6.1.4 波形編碼系統舉例
6.2 差錯控制類型
6.2.1 終端連接
6.2.2 自動重發請求
6.3 結構化序列
6.3.1 通道模型
6.3.2 編碼效率和冗餘度
6.3.3 同位碼
6.3.4 使用糾錯編碼的原因
6.4 線性分組碼
6.4.1 向量空間
6.4.2 向量子空間
6.4.3 （6，3）線性分組碼舉例
6.4.4 生成矩陣
6.4.5 系統線性分組碼
6.4.6 監督矩陣
6.4.7 伴隨式檢驗
6.4.8 糾錯
6.4.9 解碼器的實現
6.5 檢錯和糾錯能力
6.5.1 二進位向量的重量和距離
6.5.2 線性碼的最小距離
6.5.3 檢錯和糾錯
6.5.4 6元組空間的視圖
6.5.5 擦除糾正
6.6 標準陣的用途
6.6.1 估碼能力
6.6.2 （n，k）碼的一個例子
6.6.3 （8，2）碼的設計
6.6.4 檢錯和糾錯的權衡
6.6.5 標準陣提供的知識
6.7 迴圈碼
6.7.1 迴圈碼的代數結構
6.7.2 二進位迴圈碼的特性
6.7.3 系統形式的編碼
6.7.4 多項式除法電路
6.7.5 （n-k）級移位暫存器的系統編碼
6.7.6 （n-k）級移位暫存器檢錯
6.8 常用分組碼
6.8.1 漢明碼
6.8.2 擴展格雷碼
6.8.3 BCH碼
6.9 小結
參考文獻
習題
思考題
練習

第7章 通道編碼（二）
7.1 卷積編碼
7.2 卷積編碼器表示
7.2.1 連接表示
7.2.2 狀態描述和狀態圖
7.2.3 樹圖
7.2.4 網格圖
7.3 卷積解碼公式
7.3.1 優選似然解碼
7.3.2 通道模型：硬判決和軟判決的比較
7.3.3 維特比卷積解碼演算法
7.3.4 維特比卷積解碼演算法舉例
7.3.5 解碼器的實現
7.3.6 路徑記憶與同步
7.4 卷積碼的特性
7.4.1 卷積碼的距離特性
7.4.2 系統磁碟區積碼和非系統磁碟區積碼
7.4.3 卷積碼中的災難性錯誤傳播
7.4.4 卷積碼的性能界限
7.4.5 編碼增益
7.4.6 最常用的卷積碼
7.4.7 卷積碼的編碼效率權衡
7.4.8 軟判決維特比解碼
7.5 其他卷積解碼演算法
7.5.1 序貫解碼
7.5.2 維特比解碼和序貫解碼的比較及
7.5.3 回饋解碼
7.6 小結
參考文獻
習題
思考題
練習

第8章 通道編碼（三）
8.1 裡德-索羅蒙碼
8.1.1 裡德-索羅蒙碼的差錯概率
8.1.2 突發雜訊情況下R-S碼性能良好的原因
8.1.3 作為分組大小、冗餘度和編碼效率函數的R-S性能
8.1.4 有限域
8.1.5 裡德-索羅蒙編碼
8.1.6 裡德-索羅蒙碼的解碼
8.2 交織及連結碼
8.2.1 分組交織
8.2.2 卷積交織
8.2.3 連結碼
8.3 應用於鐳射唱盤數位音訊系統中的編碼和交織技術
8.3.1 CIRC編碼
8.3.2 CIRC解碼
8.3.3 內插和靜音
8.4 Turbo碼
8.4.1 Turbo碼概念
8.4.2 對數似然代數學
8.4.3 乘積碼舉例
8.4.4 遞迴系統碼的編碼
8.4.5 回饋解碼器
8.4.6 MAP演算法
8.4.7 MAP解碼舉例
8.5 小結
附錄8A 對數似然比求和
參考文獻
習題
思考題
練習

第9章 調製和編碼的權衡
9.1 通信系統設計的目標
9.2 差錯概率平面
9.3 奈奎斯特最小頻寬
9.4 香農-哈特萊容量定理
9.4.1 香農極限
9.4.2 熵
9.4.3 疑義度和有效傳輸率
9.5 頻寬-效率平面
9.5.1 MPSK、MFSK調製的頻寬效率
9.5.2 頻寬效率平面與差錯概率平面的相似性
9.6 調製和編碼的權衡
9.7 數位通信系統的定義、設計和評估
9.7.1 M進制信號處理
9.7.2 頻寬受限系統
9.7.3 功率受限系統
9.7.4 MPSK和MFSK信號的要求
9.7.5 未編碼頻寬受限系統舉例
9.7.6 未編碼功率受限系統舉例
9.7.7 頻寬受限和功率受限編碼系統舉例
9.8 高效頻寬調製
9.8.1 QPSK和偏移QPSK
9.8.2 最小頻移鍵控
9.8.3 正交振幅調製
9.9 頻寬受限通道的調製與編碼
9.9.1 商用電話數據機
9.9.2 信號星座圖邊界
9.9.3 更高維數的信號星座圖
9.9.4 高密度網格結構
9.9.5 綜合增益：N維球體映射和密集網格
9.10 網格編碼調製
9.10.1 網格編碼調製的思想
9.10.2 TCM編碼
9.10.3 TCM解碼
9.10.4 其他網格編碼
9.10.5 網格編碼調製舉例
9.10.6 多維網格編碼調製
9.11 小結
參考文獻
習題
思考題
練習

第10章 同步
10.1 簡介
10.1.1 同步定義
10.1.2 代價和收益
10.1.3 途徑和假設
10.2 接收機同步
10.2.1 頻率和相位同步
10.2.2 碼元同步――離散碼元調製
10.2.3 連續相位調製同步
10.2.4 幀同步
10.3 網同步
10.3.1 開環發射機同步
10.3.2 閉環發射機同步
10.4 小結
參考文獻
習題
思考題
練習

第11章 多工和多址接入
11.1 通信資源的分配
11.1.1 頻分複用/頻分多址
11.1.2 時分複用/時分多址
11.1.3 通信資源通道化
11.1.4 FDMA和TDMA的性能比較
11.1.5 碼分多址
11.1.6 空間分割和極化分割多址技術
11.2 多址通信系統及其結構
11.2.1 多址接入信息流
11.2.2 按需分配多址接入
11.3 接入演算法
11.3.1 Aloha
11.3.2 時隙ALOHA
11.3.3 預約ALOHA
11.3.4 S-ALOHA和R-ALOHA的性能比較
11.3.5 輪詢技術
11.4 靠前通信衛星機構（INTELSAT）使用的多址技術
11.4.1 FDM/FM/FDMA或MCPC中的預分配
11.4.2 接入INTELSAT衛星的MCPC模式
11.4.3 SPADE 操作
11.4.4 INTELSAT的TDMA
11.4.5 INTELSAT中的衛星交換TDMA
11.5 局域網的多址接入技術
11.5.1 載波偵聽多址接入網
11.5.2 權杖環網
11.5.3 CSMA/CD與權杖環網的性能比較
11.6 小結
參考文獻
習題
思考題
練習

第12章 擴頻技術
12.1 擴頻技術概述
12.1.1 擴頻系統的優點
12.1.2 擴頻技術的種類
12.1.3 直接序列擴頻抗干擾模型
12.1.4 歷史背景
12.2 偽雜訊序列
12.2.1 隨機特徵
12.2.2 移位暫存器序列
12.2.3 PN序列的自相關函數
12.3 直接序列擴頻系統
12.3.1 直接序列舉例
12.3.2 處理增益和性能
12.4 跳頻系統
12.4.1 跳頻系統舉例
12.4.2 魯棒性
12.4.3 分集跳頻
12.4.4 快跳頻與慢跳頻
12.4.5 FFH/MFSK解調器
12.4.6 處理增益
12.5 同步
12.5.1 捕獲
12.5.2 跟蹤
12.6 干擾分析
12.6.1 干擾與抗干擾的競賽
12.6.2 寬頻雜訊干擾
12.6.3 部分頻帶雜訊干擾
12.6.4 多音干擾
12.6.5 脈衝干擾
12.6.6 往返干擾
12.6.7 BLADES系統
12.7 商業應用
12.7.1 碼分多址
12.7.2 多徑通道
12.7.3 FCC第15部分擴頻系統規範
12.7.4 直接序列擴頻與跳頻擴頻的比較
12.8 蜂窩系統
12.8.1 直接序列CDMA
12.8.2 模擬調頻、TDMA以及CDMA的比較
12.8.3 干擾系統與尺度系統的比較
12.8.4 IS-95 CDMA數位蜂窩系統
12.9 小結
參考文獻
習題
思考題
練習

第13章 信源編碼
13.1 信源
13.1.1 離散信源
13.1.2 波形源
13.2 幅值量化
13.2.1 量化雜訊
13.2.2 均勻量化
13.2.3 飽和
13.2.4 抖動
13.2.5 非均勻量化
13.3 差分脈衝碼調制
13.3.1 一階預測
13.3.2 N階預測
13.3.3 增量調製
13.3.4 增量總和（*-* ）調製
13.3.5 *-* A/D轉換器
13.3.6 *-* D/A轉換器
13.4 自我調整預測
13.4.1 前向自我調整
13.4.2 合成/分解編碼
13.5 分組編碼
13.5.1 向量量化
13.6 變換編碼
13.6.1 變換編碼的量化
13.6.2 子帶編碼
13.7 數位資料的信源編碼
13.7.1 編碼特性
13.7.2 霍夫曼編碼
13.7.3 游程編碼
13.8 信源編碼舉例
13.8.1 音訊壓縮
13.8.2 圖像壓縮
13.9 小結
參考文獻
習題
思考題
練習

第14章 加密和解密
14.1 模型、目標和早期的密碼系統
14.1.1 加密和解密過程的模型
14.1.2 系統目標
14.1.3 常見威脅
14.1.4 古典密碼
14.2 密碼系統的保密性
14.2.1 理想保密性
14.2.2 熵與疑義度
14.2.3 代碼的編碼效率和冗餘度
14.2.4 惟一性距離和理想保密性
14.3 實用安全性
14.3.1 混淆和擴散
14.3.2 替代
14.3.3 置換
14.3.4 乘積密碼系統
14.3.5 資料加密標準
14.4 流加密
14.4.1 使用線性回饋移位暫存器生成金鑰舉例
14.4.2 線性回饋移位暫存器的弱點
14.4.3 同步和自同步流加密系統
14.5 公共金鑰密碼系統
14.5.1 公共金鑰密碼系統簽名認證
14.5.2 陷門單向函數
14.5.3 Rivest-Shamir-Adelman系統
14.5.4 背包問題
14.5.5 基於陷門背包的公共金鑰密碼系統
14.6 Pretty Good Privacy標準
14.6.1 三重DES，CAST和IDEA
14.6.2 Diffie-Hellman（Elgamal變形）和RSA
14.6.3 PGP消息加密
14.6.4 PGP認證和簽名
14.7 小結
參考文獻
習題
思考題
練習

第15章 衰落通道
15.1 衰落通道對通信的影響
15.2 無線移動通道傳播特性
15.2.1 大規模衰落
15.2.2 小規模衰落
15.3 信號時間擴展
15.3.1 時延域上的信號時間擴展
15.3.2 時間擴展信號在頻域中的特徵
15.3.3 平坦衰落和頻率選擇性衰落示例
15.4 移動引起的通道時變性
15.4.1 在時域中分析通道的時變性
15.4.2 多普勒頻移域中的時變性
15.4.3 瑞利通道慢衰落和平坦衰落的性能
15.5 降低衰落影響的方法
15.5.1 抗頻率選擇性失真的方法
15.5.2 抗快衰落失真的方法
15.5.3 減少信噪比損耗的方法
15.5.4 分集技術
15.5.5 衰落通道的調製類型
15.5.6 交織器的作用
15.6 衰落通道的主要參數
15.6.1 快衰落失真：情況1
15.6.2 頻率選擇性衰落失真：情況2
15.6.3 快衰落和頻率選擇性衰落失真：情況3
15.7 應用：減少頻率選擇性衰落的影響
15.7.1 GSM系統中的維特比等化器
15.7.2 直接序列擴頻（DS/SS）系統中的Rake接收機
15.8 小結
參考文獻
習題
思考題
練習

附錄A 傅裡葉變換技術回顧
附錄B 統計判決理論基礎
附錄C 相關器對白色雜訊的回應
附錄D 常用等式
附錄E s域，z域和數位濾波
附錄F 符號清單
索引（中英文對照）