通信原理

前言
第1章緒論
1.1通信的基本概念
1.2通信系統的組成
1.3通信系統的分類以及通信方式
1.4資訊及其度量
1.5通信系統的主要性能指標
1.6通信調製理論基礎
思考題與習題

第2章確知信號
2.1確知信號的定義和類型
2.2確知信號的頻域性質
2.2.1能量信號的能量譜密度和能量
2.2.2功率信號的功率譜密度和功率
2.3確知信號的時域性質——自相關函數
2.3.1通信中的相關分析
2.3.2能量信號的自相關函數
2.3.3功率信號的自相關函數
思考題與習題

第3章隨機過程
3.1隨機變數
3.1.1隨機變數的定義及其分類
3.1.2連續型隨機變數的分佈函數和概率密度函數
3.1.3隨機變數的數位特徵
3.2隨機過程的基本概念
3.2.1隨機過程的定義
3.2.2隨機過程的分佈函數和概率密度函數
3.2.3隨機過程的統計特性
3.3通信中的典型隨機過程
3.3.1平穩隨機過程
3.3.2高斯隨機過程
3.3.3窄帶隨機過程
3.4隨機過程通過線性系統
3.5通信中的白色雜訊
思考題與習題

第4章通道
4.1通道的定義和分類
4.2通道數學模型
4.3恒參通道特性及其對信號傳輸的影響
4.4隨參通道特性及其對信號傳輸的影響
4.5分集接收
4.6通道加性雜訊
4.7通道容量
思考題與習題

第5章類比調製系統
5.1調製與解調
5.2幅度調製
5.2.1調幅AM
5.2.2雙邊帶調製DSB
5.2.3單邊帶調製SSB
5.2.4殘餘邊帶調製VSB
5.3角度調製
5.3.1角度調製的基本概念
5.3.2頻率調製FM
5.4頻分複用和多級調製
5.5類比調製系統抗雜訊性能
5.5.1抗雜訊性能分析模型
5.5.2DSB系統抗雜訊性能
5.5.3類比調製系統抗雜訊性能分析
5.6類比調製系統性能比較
思考題與習題

通信原理目錄
第6章數位基帶傳輸系統
6.1數位基帶傳輸系統概述
6.2數位基帶信號的波形
6.3數位基帶信號的功率譜密度
6.3.1數位基帶信號的功率譜密度計算
6.3.2常用數位基帶信號的功率譜密度及其特徵
6.4基帶傳輸的常用碼型
6.5無碼間干擾的基帶傳輸特性
6.5.1數位基帶系統與碼間串擾
6.5.2無碼間串擾的理論條件
6.5.3兩種典型的無碼間串擾的基帶傳輸系統
6.6部分回應系統
6.6.1部分回應系統原理及第Ⅰ類部分回應系統
6.6.2部分回應系統的一般形式及第Ⅳ類部分回應系統
6.7基帶傳輸系統的抗雜訊性能以及眼圖
思考題與習題

第7章二進位數字字帶通傳輸系統
7.1數位帶通傳輸系統概述
7.2二進位數字字調制原理
7.2.1二進位振幅鍵控（2ASK）
7.2.2二進位頻移鍵控（2FSK）
7.2.3二進位相移鍵控（2PSK）
7.2.4二進位差分相移鍵控（2DPSK）
7.3二進位數字字調制系統的抗雜訊性能
7.3.12ASK系統的抗雜訊性能
7.3.22FSK系統的抗雜訊性能
7.3.32PSK和2DPSK系統的抗雜訊性能
7.3.4二進位數字字調制系統的誤碼率比較
7.4二進位數字字調制系統的性能比較
思考題與習題

第8章多進制以及新型數位帶通傳輸系統
8.1多進制數位調製系統——MASK和MFSK
8.1.1多進制數位調製系統概述
8.1.2多進制數位幅度調製(MASK)
8.1.3多進制數位頻率調製(MFSK)
8.2多進制數位調製系統——QPSK和QDPSK
8.2.1多進制數位相位調製(MPSK)
8.2.2四進制相移鍵控QPSK
8.2.3四進制差分相移鍵控QDPSK
8.2.4多進制數位相位調製系統性能
8.3正交振幅調製QAM
8.4最小移頻鍵控MSK
思考題與習題

第9章數位信號的最佳接收
9.1數位信號的統計特性和最佳接收
9.1.1數位通信系統的統計模型和似然函數
9.1.2數位信號最佳接收的最大似然比準則
9.2確知數位信號相關器形式最佳接收法
9.2.1確知信號相關器形式最佳接收機設計
9.2.2相關器形式最佳接收機抗雜訊性能
9.3隨相信號和起伏信號的相關器形式最佳接收法
9.4數位信號的匹配濾波接收法
9.4.1匹配濾波器的設計原理
9.4.2確知數位信號匹配濾波器形式的最佳接收
9.4.3隨相數位信號匹配濾波器形式的最佳接收
9.5最佳基帶傳輸系統
思考題與習題

第10章信源編碼
10.1信源編碼概述
10.2抽樣定理及脈衝振幅調製PAM
10.2.1抽樣定理
10.2.2脈衝振幅調製PAM
10.3類比信號的量化
10.3.1均勻量化
10.3.2非均勻量化
10.4脈衝碼調制PCM
10.4.1PCM定義及其系統組成
10.4.2PCM十三折線A律編解碼
10.4.3PCM編碼器和解碼器
10.4.4PCM系統性能分析
10.5差分脈衝碼調制DPCM
10.6增量調製ΔM
10.7時分複用
思考題與習題

第11章差錯控制編碼（見電子資源）

“通信原理”是通信工程等專業的核心課程，課程內容不是具體介紹某一種通信系統，而是站在更高的角度來分析通信系統設計中需要面臨的共性問題，例如，信源問題（確知信號和隨機過程）、通道問題和通信系統架構問題。在通信系統設計中，人們並不關注放大等量變環節，而是關注調製等使信號發生質變的理論和技術。因此，基礎理論是推動通信未來發展的核心動力，是通信人才培養的教學目標。通信原理課程的特點是理論性強、數學分析多、晦澀難懂，存在難學難講的教學難點。針對這種情況，編者總結多年教學經驗對課程內容進行了整理和提煉，重新按內容要點來組織每個知識點，以授課的形式講述，深入淺出、簡潔易懂，力求將本書打造為有深度廣度、便於自學、能快速入門的優秀教材。

本書由3部分構成。第1部分為通信基礎，介紹所有通信系統設計都會面臨的基本問題，包括第1~4章：通信的基本概念（緒論）、確知信號、隨機過程、通道。第2部分是第5章類比調製系統。第3部分是第6~11章，介紹數位通信系統，這部分是本書的重點內容，包括第6章數位基帶傳輸系統、第7章和第8章數位帶通傳輸系統、第9章數位信號的最佳接收、第10章信源編碼和第11章差錯控制編碼（其中第11章見本書電子資源）。本書以通信系統的有效性和可靠性指標為主線來分析和設計通信系統，採用LabVIEW軟體對主要通信系統進行模擬，生動形象地展示通信系統各部分的實現原理和各點波形，便於學生深入理解，以及供通信工程開發人員參考。

本書在內容上的特點如下：

1）將通信原理的核心內容調製原理和技術分散在各章中介紹，並在第1章中加入通信調製理論基礎一節，對全書中涉及的調製方面內容進行了梳理。

2）第2章確知信號介紹的是通信信源信號，如果從時間域的角度來分析隨機信號，會因其隨機性使確知信號的概念和功率譜密度及能量譜密度的計算公式難以理解，故本章中明確了確知信號的概念和分類，給出了能量譜密度和功率譜密度清晰的計算公式和典型例題，增加了由傅裡葉級數到傅裡葉變換的過程、矩形脈衝信號及其頻譜抽樣信號的波形及分析、通信中的相關分析。

3）第3章隨機過程介紹的是採用統計分析的方法研究隨機信號，由於統計分析是針對隨機成分來進行統計平均，是針對隨機變數的，因此增加了隨機變數一節，再由隨機變數過渡到隨機過程，並增加例題詳解幫助理解。

4）第5章中對類比調製系統抗雜訊性能部分舉例推導其中一種調製方式，其餘調製方式直接給出結論，通過例題來應用結論設計系統，強化了結論的應用。

5）第6章中增加了常用數位基帶信號的功率譜密度及其特徵分析，並用LabVIEW軟體模擬了AMI碼和HDB3碼、數位基帶系統的通道中信號波形、第Ⅰ類部分回應系統及眼圖，並給出了編碼、無碼間串擾系統設計和部分回應系統設計的例題詳解。

6）將數位帶通傳輸系統內容在第7、8兩章予以介紹。第7章介紹的是二進位數字字帶通傳輸系統，把每種二進位數字字調制方式的內容按照信號的時間運算式和波形、功率譜密度、調製器、解調器和LabVIEW模擬5個部分來講解，並補充了習題。第8章介紹的是多進制以及新型數位帶通傳輸系統，增加了各種調製方式的波形和頻譜分析，模擬了4FSK、QPSK系統的時間波形圖和頻譜圖。

7）第9章的結構按照統計特性和最佳接收、相關器形式最佳接收機設計、匹配濾波器形式最佳接收機設計、最佳基帶傳輸系統設計的順序來組織，給出了相關器形式和匹配濾波器形式的最佳接收機設計實例和最佳接收系統模擬。

8）第10章通過插圖和例題詳細闡述了PCM編解碼，對抽樣定理和PAM進行了LabVIEW模擬。

第11章差錯控制編碼（見電子資源）分為概述（糾錯編碼基礎）、線性分組碼和迴圈碼三個知識點，增加了線性分組碼的比重，由線性分組碼監督矩陣和生成矩陣過渡到迴圈碼的生成和校驗計算。

本書內容簡潔，以講清楚理論的來龍去脈和實際應用為重點，以知識點為框架組織內容，有深度和廣度、重點突出，語言簡潔易懂、深入淺出。本書強化例題部分，增加習題內容和題型，整理出重點題型和常見題型，解題方法和思路清晰明瞭，便於學生理解和掌握，可供考研參考。此外，還採用LabVIEW軟體對本書主要內容進行模擬，既便于學生理解又可供通信系統開發參考。

本書是新形態教材，將二維碼印刷在圖書相應位置，碼中存放課程授課視頻數位資源，讀者通過手機掃碼即可隨時查看和學習。授課視頻共38個，共766分鐘，涵蓋書中全部課程內容。作者主講的“通信原理”課程是遼寧省首批精品資源分享課
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通信原理前言 本書第1章、第4～11章由李環編著，第2章和第3章由任波編著，華宇寧參與模擬程式開發、繪圖和校對。本書的順利出版得到了朋友和家人的大力支持和幫助，在此一併表示衷心感謝。

由於作者水準有限，書中難免存在錯誤和不妥之處，敬請讀者批評指正。