224873|【正版出品】数字通信 原书第3版 数字通信系统 通信工程 电气工程 图书 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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关欣 译

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出版社： 机械工业出版社

ISBN：9787111444350

商品编码：29424720794

丛书名： 数字通信 (原书第3版)

出版时间：2014-01-01

书   名:	【正版】数字通信(原书第3版)|3768925
图书定价:	119元
作 者:	(英)Ian A.Glover;Peter M.Grant
出 版 社:	机械工业出版社
出版日期:	2014/1/1 0:00:00
ISBN 号:	9787111444350
开   本:	16开
页   数:	759
版   次:	1-1

Ian A.Glover现为斯特斯克莱德大学电子与电气工程系教授，曾先后在布拉德福德大学和巴斯大学任教。 Peter M.Grant现为爱丁堡大学电子工程系教授，曾于2002年至2008年担任爱丁堡大学工程与电子学院院长。他还是斯坦福大学的客座教授和MIT林肯实验室的访问学者。2004年，由于在CDMA接收器设计和自适应滤波器方面的杰出工作，他获得了英国电机工程师学会的“法拉第奖章”。

《数字通信(原书第3版)》介绍现代数字通信系统的工作原理与性能。主要内容包括信号、噪声与系统的性质以及有关的数学模型的概述，确保数字通信系统性能良好所需采用的模数转换、编码与调制技术，噪声的物理特性以及单级或多级传输链路末端的CNR的预测，通信系统的计算机仿真，同时还讨论了现代数字电话、陆地和卫星微波系统、蜂窝移动无线系统、视频编码系统以及交换技术与电信网等。在第3版中，内容与当前的更加保持同步，着重反映了数字通信领域近5年的发展成果，特别是第21章介绍网络内容时新增了FDDI、DQDB、MIMO、UWB等内容。 《数字通信(原书第3版)》可作为通信工程、电子与电气工程等专业的本科生或研究生教材，也可供通信工程技术人员参考。

《数字通信(原书第3版)》 译者序 前言 致谢 第1章 数字通信概述 1 1.1 电子通信 1 1.2 信源与信宿 4 1.3 数字通信设备 5 1.4 无线电接收机 6 1.5 信号传输 7 1.6 交换与网络 11 1.7 数字通信的优势 11 1.8 小结 12 部分 信号与系统理论 第2章 周期信号与瞬态信号 14 2.1 概述 14 2.2 周期信号 14 2.3 瞬态信号 29 2.4 功率谱与能量谱 43 2.5 广义正交函数展开 44 2.6 相关函数 51 2.7 小结 54 2.8 习题 55 第3章 随机信号与噪声 57 3.1 概述 57 3.2 概率理论 57 3.3 随机过程 73 3.4 小结 81 3.5 习题 81 第4章 线性系统 85 4.1 概述 85 4.2 线性系统 85 4.3 线性系统的时域描述 88 4.4 频域描述 92 4.5 因果性与希尔伯特变换 94 4.6 随机信号与线性系统 96 4.7 非线性系统与随机变量的变换 100 4.8 小结 102 4.9 习题 103 第二部分 数字通信原理 第5章 采样、多路复用与PCM 108 5.1 概述 108 5.2 脉冲调制 108 5.3 采样 109 5.4 模拟脉冲多路复用 117 5.5 量化PAM 120 5.6 信号与量化噪声之比（SNqR） 121 5.7 脉冲编码调制 122 5.8 带宽压缩技术 129 5.9 小结 136 5.10 习题 136 第6章 基带传输与线路编码 138 6.1 概述 138 6.2 基带中心点检测 138 6.3 多中继段系统的误差累积 143 6.4 线路编码 145 6.5 多路复用电话 151 6.6 数字信号再生 151 6.7 符号同步恢复 156 6.8 中继器设计 158 6.9 本地环路数字传输 159 6.10 小结 161 6.11 习题 162 第7章 判决理论 163 7.1 概述 163 7.2 先验概率、条件概率与后验概率 164 7.3 符号转移矩阵 164 7.4 贝叶斯判决准则 166 7.5 奈曼-皮尔逊判决准则 171 7.6 小结 171 7.7 习题 172 第8章 发送与接收的滤波 173 8.1 概述 173 8.2 发送的脉冲成形技术 173 8.3 接收的脉冲滤波 185 8.4 根升余弦滤波 196 8.5 均衡 197 8.6 小结 199 8.7 习题 200 第9章 信息论、信源编码与加密 202 9.1 概述 202 9.2 信息与熵 202 9.3 条件熵与冗余 204 9.4 由噪声引起的信息损失 206 9.5 信源编码 209 9.6 变长编码 211 9.7 信源编码举例 213 9.8 数据加密 220 9.9 认证 238 9.10 完整性 238 9.11 数字签名 238 9.12 小结 238 9.13 习题 240 第10章 差错控制编码 242 10.1 概述 242 10.2 汉明距离和码字的码重 244 10.3 (n, k)分组码 244 10.4 n位码字的差错概率 247 10.5 线性成组码 247 10.6 分组码的近邻域解码 248 10.7 伴随式解码 249 10.8 循环码 252 10.9 卷积码的编码 256 10.10 卷积码的Viterbi译码 257 10.11 实际编码器 260 10.12 链接编码和turbo码 262 10.13 小结 267 10.14 习题 268 第11章 载波信号的带通调制 270 11.1 概述 270 11.2 频谱效率与功率效率 270 11.3 二进制中频调制 270 11.4 提高频谱效率的调制技术 284 11.5 功率高效的调制技术 304 11.6 数据调制解调器 311 11.7 小结 312 11.8 习题 313 第12章 系统噪声与通信链路预算 315 12.1 概述 315 12.2 噪声的物理特性 315 12.3 系统噪声计算 323 12.4 无线通信链路预算 329 12.5 光导纤维传输链路 341 12.6 小结 347 12.7 习题 348 第13章 通信系统仿真 350 13.1 概述 350 13.2 等效复基带的表示 351 13.3 采样和量化 358 13.4 信号、噪声和系统的建模 360 13.5 时域和频域间的变换 367 13.6 离散圆周卷积 376 13.7 BER估计 378 13.8 小结 385 第三部分 应 用 第14章 定点微波通信 388 14.1 概述 388 14.2 陆地微波链路 388 14.3 定点卫星通信 403 14.4 小结 426 14.5 习题 427 第15章 移动无线通信与蜂窝 第15章 无线通信 430 15.1 概述 430 15.2 移动无线链路预算和信道特性 431 15.3 英国蜂窝无线通信 436 15.4 数字TDMA陆地蜂窝系统 441 15.5 码分多址接入 444 15.6 移动卫星系统 454 15.7 第三代移动蜂窝标准 457 15.8 小结 460 15.9 习题 461 第16章 视频传输与存储 462 16.1 概述 462 16.2 彩色表示 462 16.3 传统电视传输系统 463 16.4 高清晰度电视 466 16.5 数字视频 467 16.6 视频数据压缩 468 16.7 压缩标准 470 16.8 数字视频广播 477 16.9 分组视频 477 16.10 其他多媒体业务 478 16.11 小结 479 16.12 习题 480 第四部分 网 络 第17章 网络应用、拓扑和体系结构 482 17.1 概述 482 17.2 网络应用 482 17.3 网络功能 483 17.4 网络分类 484 17.5 交换网络拓扑结构和表示方法 485 17.6 一般网络交换方法 487 17.7 广播网络的拓扑结构 490 17.8 传输介质 492 17.9 网络互连 492 17.10 用户和供应商的网络观点 494 17.11 面向连接服务和无连接服务 495 17.12 分层网络体系结构 496 17.13 小结 500 17.14 习题 500 第18章 网络协议 502 18.1 概述 502 18.2 物理层 502 18.3 数据链路层 506 18.4 网络层 523 18.5 传输层 536 18.6 会话层 541 18.7 表示层 545 18.8 应用层 547 18.9 非OSI协议簇 548 18.10 小结 548 18.11 习题 549 第19章 基于排队论的网络性能分析 551 19.1 概述 551 19.2 M/M/1队列 554 19.3 M/M/1/N队列 557 19.4 M/M/N/K/K队列：移动通信 19.4 系统中的排队行为 567 19.5 小结 569 19.6 习题 570 第20章 交换网络与广域网 572 20.1 概述 572 20.2 WAN的特点与分类 572 20.3 图论在核心网络中的应用 575 20.4 英国公共网络 581 20.5 多路复用 585 20.6 电路交换 601 20.7 分组交换 615 20.8 ISDN 620 20.9 信令 624 20.10 异步传输模式和宽带ISDN 627 20.11 接入技术 632 20.12 小结 655 20.13 习题 656 第21章 广播网络与局域网 659 21.1 概述 659 21.2 LAN拓扑结构 659 21.3 LAN协议簇 659 21.4 常见的有线LAN标准 662 21.5 无线LAN 675 21.6 城域网 688 21.7 无线个人区域网络 695 21.8 家庭网络技术 706 21.9 居民区网关 708 21.10 小结 709 21.11 习题 711 附录A 712 附录B 715 附录C 716 附录D 717 缩写词 718 符号 737 特殊函数 740 标准 741 WWW网址 743 参考资料 744

第1章数字通信概述 1.1电子通信 历史、现状与未来 通信可以定义为信息的传递或交换[Hanks]，电信即本书所讨论的较专主题，是指在没有人工辅助就无法到达的更远距离上的通信。目前，这类人工辅助手段通常采用电子形式或光的形式，通信是通过在电线、光纤中传输信号完成的，或者利用电磁波在大气空间中的无线传输完成的。 在现代生活中，人们需要可靠、经济且高效的通信方式。我们利用通信系统，特别是公众交换电话网（public switched telephone network，PSTN）及其扩展的蜂窝系统与世界各地的人们进行通信。电话是点对点通信的一个实例，通常包括双向的信息流。（一般）仅包括单向信息流的另一类通信系统有无线电广播和电视，在这类系统中，信息由一个特定的位置发出，但可以在许多不同的位置利用许多独立的接收机接收信息，这是点对多点通信的实例。 目前，通信系统的应用非常广泛。例如，为了确定机动车的位置或引导并控制其运动方向，可以利用导航系统在发射机和接收机之间传递信号，诸如列车等有轨机动车的信令系统也是简单的通信系统。 通信系统的所有早期形式（例如烽火信号、旗语等）均采用数字通信的形式。电子通信的早形式——电报是在19世纪30年展起来的，见表1-1所示。电报同样是数字通信，因为电线中传输的信号被限制为4种类型，即表示字母表中摩尔斯编码字母的点和划，字母空格以及单词空格。在19世纪70年代，亚历山大·格雷厄姆·贝尔（Alexander Graham Bell）发明了声换能器，将语音直接转换为（模拟）电信号，使模拟通信成为可能。 该项发明很快带来了传统电话的发展，无线电通信开始于马可尼（Marconi）获得个无线电报系统专利的世纪之交，之后很快进行了次无线电报的演示。1918年，阿姆斯壮（Armstrong）发明了超外差无线电接收机，至今仍然是现代无线电接收设备的重要组成部分。20世纪30年代，Reeves提出了脉冲编码调制（pulse code modulation，PCM），奠定了当今几乎所有数字通信系统的基础。 表1-1给出了一个半世纪以来电子通信发展历程中的一些重大事件。第二次世界大战目睹了几乎所有工程和技术领域的飞速发展，其中电子和通信受益巨大，并且建立起一门新兴的交叉学科——雷达。 表1-1电子通信发展历史中的重大事件 年份 事件 发 明 人 信息 1837 有线电报成熟 摩尔斯（Morse） 数字 1875 发明电话 贝尔（Bell） 模拟 1887 无线电报 马可尼（Marconi） 数字 1897 步进式自动交换机 史端乔（Strowger） 1905 演示无线电话 费逊登（Fessenden） 模拟 1907 个正规的无线电广播 美国（USA） 模拟 1918 发明超外差无线电接收机 阿姆斯壮（Armstrong） 模拟 1928 演示电视 Farnsworth 模拟 1928 电报信号传输理论 奈奎斯特（Nyquist） 数字 （续） 年份 事件 发 明 人 信息 1928 信息传输 哈特雷（Hartley） 数字 1931 电传打字机 数字 1933 演示频率调制 阿姆斯壮（Armstrong） 模拟 1937 提出PCM（脉冲编码调制） Reeves 数字 1939 话音编码器 达德利（Dudley） 模拟 1939 商业电视广播 英国广播公司（BBC） 模拟 1940 提出扩展频谱通信 数字 1943 提出匹配滤波 诺斯（North） 数字 1945 提出地球同步卫星 克拉克（Clarke） 1946 研制出ARQ系统 Duuren 数字 1948 通信的数学理论 香农（Shannon） 1955 陆地微波中继 RCA 模拟 1960 演示激光 Maiman 1962 实现卫星通信 TELSTAR1 模拟 1963 地球同步卫星通信 SYNCOM II 模拟 1966 提出光纤通信 Kao & Hockman 1966 分组交换 数字 1970 中规模数据网络 ARPA/TYMNET 数字 1970 LAN（局域网）、WAN（广域网）与MAN（城域网） 数字 1971 提出综合业务数字网（ISDN）的概念 国际电话电报咨询委员会（CCITT） 数字 1974 提出因特网的概念 Cerf & Kahn 数字 1978 频分多址蜂窝无线电 模拟 1978 发射Navstar（导航卫星定时和测距）定位系统（GPS） 数字 1980 采纳OSI（开放系统互联）7层参考模型 国际标准化组织（ISO） 数字 1981 演示HDTV（高清晰度电视） 日本NHK公司 数字 1985 在英国实现ISDN基本速率接入 贝尔技术公司（BT） 数字 1986 引入SONET/SDH 美国 数字 1991 GSM TDMA蜂窝系统 欧洲 数字 1991 MPEG视频标准 国际 数字 1992 成立ETSI 欧洲 1993 发布PCN概念 数字 1994 IS-95 CDMA规范 高通公司（Qualcom） 数字 1995 ADSL传输 国际 数字 1998 宽带3G CDMA ITU标准 数字 2000 IMT 2000/UMTS 国际 数字 2002 智能电话（PDA） 加拿大黑莓 数字 2004 WiMAX ITU标准 数字 1945年，亚瑟C. 克拉克（Arthur C. Clarke）在其的文章中提出了地球同步卫星通信。1963年，颗地球同步卫星发射成功。1966年，Kao与Hockman提出了光纤通信，与此同时，公众电报与电话（public telegraph and telephone，PTT）组织提出了数字载波系统。 大约在1970年，出现了个通用大规模数据网络（ARPANET与TYMNET），激起了对分组交换（电路交换的一种替代形式）浓厚的商业兴趣。 20世纪70年代，各类电信系统的性能以及所能承载的业务量都获得了重大的改进，其中光纤的损耗显著降低，卫星系统容量明显增加。20世纪80年代，个模拟蜂窝无线网络（之后演进为数字网络）成为PSTN的重要组成部分。基于陆地和卫星无线电技术的微蜂窝与个人通信正在飞速发展，可以提供话音、数据和视频业务的宽带个人通信系统已经成为现实。视频传输需要比窄带（语音）带宽大得多的带宽，如表1-2所示。 表1-2几种信息信号标称带宽的比较 信息信号 带宽 语音电话 4kHz 高质量声音广播 15kHz 电视广播（视频） 6MHz 对传统业务（主要是指模拟话音通信）需求的不断增长已经成为电信技术不断发展的重要因素，这些发展与电子和计算机技术的全面发展相结合，使得提供全新的（主要是数字的）通信业务成为可能，这反过来又刺激了更进一步的业务需求。图1-1给出了电信业务过去的发展情况以及对未来发展趋势的预测，图1-2给出了同一时期已经提供的或者即将提供的业务的增长情况。 图1-1电信业务过去的发展情况以及对未来发展趋势的预测（源自：技术 统计数据（Technical demographics），1995，经IEE授权后转载） 在电信领域，有很多标准化组织确保设备的互操作性。国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）就是一个重要的国际通信标准化组织，它仅具有制定规范建议的权力，在ITU旗下是各个国家的PTT（邮政、电话与电报组织），例如英国电信（British Telecom）和德国联邦邮政（Deutsche Bundespost）。近成立的欧洲PTT联盟（Confederation of European PTTs，CEPT）负责监管技术标准的实施，CEPT现在已经被欧洲电信标准协会（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）所取代[WWW，Temple]。 图1-2电信业务的增长（源自：Earnshaw，1991，经Peter Peregrinus授权后转载） 20世纪90年代，新型数字传输技术出现了巨大进步，其中包括数字用户线（digital subscriber line，DSL）技术，采用该技术可以提高低带宽铜线电缆的大可能数据率，还包括实现高效视频压缩的MPEG标准，以及时分多址（time division multiple access，TDMA）蜂窝移动通信系统和码分多址（code division multiple access，CDMA）蜂窝移动通信系统。随着近期支持语音和数据传输的第三代蜂窝移动通信系统的兴起，这些令人振奋的技术进步在不久的将来会得到更大的发展。 1.2信源与信宿 信源既可以是自然信源又可以是人造信源，前者如某地的空气温度，后者如某公司的账目（另一个例子即语音，在某种意义上可以归为这两类信源）。无论信息的类型和来源如何，数字通信系统都是用一组离散的符号表示信息的，通常将这组符号集以及传输时选择符号的相应器件或机制称为信源。被选择并发送的各个符号所传递的信息量与其选取的概率密切相关，经常被选取的符号所传递的信息量比很少被选取的符号传递的信息量少，因此，信息量（以比特为单位度量）与符号的稀有程度有关。 信宿通常是接收信息的人，而各种类型的信息存储和显示设备（计算机磁盘、磁带、扬声器、VDU等）通常是倒数第二个接收目的端。 发射机是将信源信息适合地加载到特定传输媒介（如光纤、电缆、自由空间）的电磁波（或载波）上的设备。接收机则是从这些载波上提取信息的设备，即与信息产生时相同的形式复制信息（例如语音）。 1.3数字通信设备 通信系统设计的重要目标通常是在小化信号带宽和/或传输时间的同时小化设备成本、设备复杂度以及设备功耗（带宽是携带信息的信号变化快慢的一种度量，因此也是通信系统设计的重要参数，表1-2比较了三类常见的信息信号的标称带宽），高效地利用带宽和传输时间可以确保在有限的珍贵的频率资源内容纳尽可能多的用户。 某假定的数字通信收发信机（发射机/接收机）的组成部件如图1-3所示。本书的大部分内容就是关于由通信信道联接的发射机/接收机组成的通信系统的工作原理、系统性能及其局限性等。这里我们给出这一系统的一个定性说明，包括图1-3中各模块功能及其必要性的简要描述（该图中的收发信机包括了数字通信系统中常见的所有单元，当然，并非所有收发信机均包括上述全部单元）。 1.3.1编解码器 简单的情况是收发信机中的编解码器（编码器/解码器，CODEC）由发射机中将连续的模拟信号转换为用二进制电压脉冲表示的码字序列的模数转换器（analogue to digital converter，ADC）和接收机中将这些电压脉冲复原为连续模拟信号的数模转换器（digital to analogue converter，DAC）组成。 ADC由采样电路、量化器和脉冲编码调制器组成（参见图1-3）。采样电路的功能是在间隔固定的时刻输出模拟信号的离散电压样本；量化器则将这些离散电压近似为可用电平集合中与其接近的电平（正是该量化过程将模拟信号转换为数字信号）；PCM编码器将各量化电平表示为二进制码字，用两个电平分别表示数字1和0。为了降低采样过程可能引起的失真，有时在采样之前加入抗混叠滤波器。 图1-3假定的数字通信收发信机 在接收机的DAC中，接收到的二进制电压脉冲由PCM解码器转换为量化电平，之后经低通滤波器平滑从而重构（至少是良好近似）原始模拟信号。 模拟信号数字化通常会增加信号的传输带宽，但是能够以较低的信噪比完成接收，这就是一种资源（带宽）与另一种资源（发射功率）相互替换的实例。 CODEC广泛利用各种复杂的数字信号处理技术在信号传输之前对信号进行高效编码，同时对受到噪声、失真和干扰损伤的接收信号进行解码，这样虽然增加了收发信机的复杂性，但却获得了较高的保真度和可恢复性，并且可以实现几乎无差错的传输。 1.3.2信源、安全性与差错控制编码 除PCM编码和解码功能外，CODEC还有3个附加功能。个附加功能是（发射机中）减少传输给定消息所需的二进制位（即比特）的数量，这就是信源编码，用于有效地去除冗余（即不需要的、多余的）位。第二个附加功能是出于安全性考虑，用密码对信源编码比特进行加密，由此可以获得私密性（确保发送方的信息只能被有相应资格的接收方接收）以及鉴权性（确保接收方所收到的信息来自指定的发送方）。第三个附加功能是CODEC会给（信源编码后和/或加密后的）PCM信号增加一些附加位，以便接收机在符号检测时用于检测错误甚至纠正错误。这便是差错控制编码，其效果是在发射机中增加二进制位，从信息的观点看，就是增加冗余。 在比特流中增加冗余的差错控制编码在某些方面恰与去除冗余的信源编码相反，然而，上述两项处理却可用于同一个系统中，这是因为发送信息中自然存在的冗余类型未必是接收机用于检错和纠错的冗余类型。 图1-3所示的信源、安全性和差错控制解码过程恰与发射机的功能相反。 1.3.3多路复用器 在数字通信中，为了实现多路信号的同时传输，多路复用通常是指时分多路复用（time division multiplexing，TDM）。时分多路复用器将PCM码字或单独的PCM二进制位交错传输，从而实现多条信息链路共享诸如电缆、光纤或无线电频道等相同的物理传输媒质。如果要求进行实时通信，那么多路复用信号的比特率至少是N条支路PCM信号各自比特率的N倍，这就意味着所需带宽的增加。这种带宽增加的需求源自此时的发射信号由频谱响应较宽、持续时间较短的脉冲序列组成这一事实。 解多路复用器将接收到的复合比特流重新恢复为各分量PCM信号。 1.3.4调制解调器 MODEM（调制器/解调器）对二进制脉冲流进行适当的处理，从而使其携带的信息能够在指定的频段以给定的速率和可以接受的失真度在特定的物理媒质中传输。发射机中的调制器可以改变用于表示二进制位的电平，调制器通常还要将所得到的脉冲进行成形或滤波处理，限制其带宽，并将其搬移至适合传输的可用频段。因此，解调器的输入为基带数字信号，而输出通常为带通波形。 接收机中的解调器将接收波形恢复为基带信号，并采用均衡技术（尽可能地）调整传输过程引起的信号失真，采用检测技术将解调后的基带信号变换为二进制符号流。匹配滤波器作为图1-3中检测器的一个组成部分，表示一类信号处理过程，即在终的数字判决过程之前用于改善差错性能的信号处理。 1.3.5多址接入 多址接入是指允许不止一对收发信机共享相同的传输媒质（例如一条光纤、一台卫星转发器或一段电缆）的技术和/或规范。目前正在使用的几种不同类型的多址接入技术都各有其优缺点，多址接入的问题实质上就是如何高效且（在某种意义上）平等地共享传输媒质的有限资源的问题。 1.4无线电接收机 许多无线电接收机（无论是数字的还是模拟的）在其解调过程中都采用超外差方式。在这类接收机（参见图1-4）中，载波频率为fRF的输入无线电射频（radio frequency，RF）信号与本地振荡器（local oscillator，LO）产生的频率为fLO的信号进行混频（相乘）。混频器输出的和频（fRF ? fLO）与差频（fRF ? fLO）分量经滤波后仅输出差频分量，称之为中频（intermediate frequency，IF）。因此，LO频率总是在不断地变化调整以确保无论接收的是哪个RF信道，接收机都能以固定的中频（即fRF ? fLO）工作。这就使得接收机的设计有相当的难度，它通常包括高增益（固定频率）IF放大器、高选择性滤波器及其后的IF信号解调器和/或检测器。 利用两级混频的双频率转换会使超外差接收机变得更加复杂，但这样会获得更大的增益和更高的选择性，从而提高抵抗干扰信号的能力。 超外差设计的主要问题是接收机对中心位于fRF ? fLO（不需要的频段）和fRF ? fLO（需要的频段）的两个RF频带具有相同的灵敏度，与需要的RF频带间隔两倍中频的、不需要的“镜像”频带表示潜在的严重射频干扰源和加性噪声。在图1-4所示的RF放大器的混频器之前设置一个可调镜像抗干扰滤波器（仅需适中的选择性），就可以衰减或消除不需要的频段。 图1-4超外差接收机 1.5信号传输 从发射机到接收机的通信路径可以是物理线路也可以是自由空间，前者如电线对、同轴电缆和光纤，后者重要的应用即无线电通信，当然某些情况下也可以在自由空间建立红外和光链路（例如电视、视频和高保真设备的遥控以及一些安全系统）。无论是什么传输媒质，都存在很多衰减、失真、干扰和噪声。 在多级链路的中点设置放大器或信号中继器就能够补偿信号的衰减，如图1-5所示。采用均衡器可以补偿信号失真，采用适当的预检测信号处理技术（如匹配滤波器）可以使干扰和噪声小化。 传输媒质的特点是发射机、接收机和中继器设计的主要影响因素。

《数字通信系统：原理、设计与实现》 一、 引言：跨越信息洪流的基石 在信息爆炸的时代，数字通信已成为连接世界的神经系统，承载着我们日常生活的方方面面，从高清视频的流畅播放，到全球范围内的实时交流，再到物联网的蓬勃发展，无不依赖于高效、可靠的数字通信系统。本书旨在深入剖析数字通信系统的核心原理、关键技术以及实际应用，为读者构建一套全面而系统的认知框架。我们将从最基础的信号表示与编码出发，逐步深入到信息传输的复杂场景，最终触及系统设计与性能优化的前沿领域。本书力求在理论深度与实践指导之间取得平衡，帮助读者不仅理解“是什么”，更能洞悉“为什么”和“如何做”，为从事通信工程、信息工程、计算机科学以及相关领域的研究与开发打下坚实的基础。 二、 信号的表示与编码：数字世界的语言 数字通信的起点在于将模拟信息转化为数字信号，并对其进行高效编码。本部分将详细阐述这一过程。 模拟信号与数字信号的转换： 我们将首先回顾模拟信号的特性，以及采样定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem）在将连续时间信号离散化的核心作用。脉冲编码调制（PCM）作为最基本的模拟信号数字化方法，其量化过程、量化误差的产生与控制将被深入探讨。不同类型的量化器（均匀量化、非均匀量化）及其优缺点将被一一解析，并介绍μ律和A律等经典的非均匀量化算法。 信源编码（数据压缩）： 为了减少传输冗余，提高传输效率，信源编码技术应运而生。我们将介绍信息论的基本概念，如熵（Entropy）和信息量，并以此为理论基础，讲解各种信源编码方法的原理。 无损编码： 霍夫曼编码（Huffman Coding）作为一种经典的变长编码方法，其最优性条件、编码算法的构建与解码过程将被详尽阐述。算术编码（Arithmetic Coding）作为一种更高效的编码技术，能够逼近信源熵的理论极限，我们将分析其编码原理和实现方式。 有损编码： 对于图像、音频、视频等信号，在满足一定失真允许范围内，有损编码能实现更高的压缩比。我们将探讨感知编码（Perceptual Coding）的理念，并介绍一些代表性的有损编码技术，例如差分脉冲编码调制（DPCM）、预测编码（Predictive Coding）以及其在语音和图像压缩中的应用。 信道编码（纠错编码）： 在信息传输过程中，噪声和干扰不可避免地会导致信号失真，产生误码。信道编码是提高通信系统可靠性的关键手段。 线性分组码： 汉明码（Hamming Code）作为一种简单而有效的线性分组码，其生成矩阵、校验矩阵的构建，以及汉明距离（Hamming Distance）在衡量纠错能力中的作用将被详细介绍。我们还将探讨 BCH码（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem Code）和里德-所罗门码（Reed-Solomon Code），它们在纠正突发错误方面表现出色，广泛应用于CD、DVD、卫星通信等领域。 卷积码： 与分组码不同，卷积码的编码输出不仅依赖于当前输入码元，还依赖于之前的若干个输入码元。我们将介绍卷积码的卷积编码器结构、编码过程，并深入讲解维特比算法（Viterbi Algorithm）这一高效的解码方法，它是现代通信系统中最常用的解码算法之一。 现代编码技术： Turbo码（Turbo Code）和低密度奇偶校验码（LDPC Code）是20世纪90年代以来出现的新型强纠错码，它们在性能上大大逼近香农极限，成为下一代通信系统的关键技术。我们将介绍它们的迭代译码原理和基本结构。 三、 数字调制与解调：信息的“载体”与“卸载” 将编码后的数字信号“装载”到高频载波上进行传输，并在接收端将其“卸载”下来，是数字调制的任务。 基本调制方式： 幅度调制（ASK）： 开关键控（OOK）作为最简单的ASK形式，其原理、星座图以及在低速数据传输中的应用将被讨论。 频率调制（FSK）： 连续相位FSK（CPFSK）及其在某些应用场景下的优势将被分析。 相位调制（PSK）： 二进制相移键控（BPSK）、四进制相移键控（QPSK）是常用的PSK形式。我们将详细解析它们的调制解调原理、星座图以及在传输速率和抗噪声性能上的权衡。 正交幅度调制（QAM）： QAM结合了ASK和PSK的优点，能够在一个星座点上表示多个比特，极大地提高了频谱利用率。我们将深入理解QAM的原理、星座图设计以及其在高速数据通信中的广泛应用，例如Wi-Fi和LTE。 线性与非线性调制： 区分这两种调制方式的特点及其对放大器线性度的要求。 调制性能指标： 误码率（BER）、频谱效率（Spectral Efficiency）、能量效率（Energy Efficiency）等是衡量调制性能的关键指标。我们将分析不同调制方式在这些指标上的表现。 匹配滤波与最佳接收： 接收端需要从噪声中尽可能准确地恢复原始信号。我们将介绍匹配滤波器的概念及其作用，并讨论判决反馈均衡（DFE）和最大似然序列估计（MLSE）等先进的接收技术，以应对多径效应和符号间干扰（ISI）。 四、 传输介质与多址技术：信息传输的“道路”与“乘客管理” 信号的传输离不开物理介质，而在同一介质上如何允许多个用户共享资源，则需要多址技术。 传输介质： 有线传输： 双绞线、同轴电缆、光纤通信的原理、特性、应用场景及优缺点进行对比。特别关注光纤通信在高速率、长距离传输中的优势。 无线传输： 无线电波在空间中的传播特性（如衰减、反射、折射、绕射），电磁波的频谱划分以及不同频段的特点。 多址技术： 频分多址（FDMA）： 将总带宽划分为若干个独立的频段分配给不同用户。 时分多址（TDMA）： 将时域划分为若干个时隙，分配给不同用户轮流使用。 码分多址（CDMA）： 为每个用户分配一个唯一的扩频码，在同一频率和时域上区分不同用户。我们将深入理解其扩频原理、伪随机码（PN Code）的作用以及其在抗干扰和安全方面的优势。 正交频分复用（OFDM）： OFDM将高速数据流分成多个低速子数据流，并行地在多个相互正交的子载波上进行传输。我们将详细阐述OFDM的原理、子载波正交性、循环前缀（CP）的作用以及其在Wi-Fi、4G/5G等现代无线通信系统中的核心地位。 五、 移动通信系统：信息随身行的奥秘 移动通信系统是数字通信在现代社会最成功的应用之一，其复杂性和先进性值得深入研究。 蜂窝网络架构： 基站（Base Station）、移动交换中心（MSC）、家庭位置寄存器（HLR）、访问位置寄存器（VLR）等关键组成部分的职责与相互协作。 无线接口技术： 从早期的GSM（2G），到WCDMA（3G），再到OFDMA（4G LTE）和NR（5G），我们将梳理不同代移动通信技术的演进，重点分析其关键技术（如时域同步、频域同步、多天线技术MIMO、波束赋形等）及其在提升速率、降低延迟、增强容量方面的突破。 切换（Handover）与漫游（Roaming）： 移动通信系统如何保证用户在移动过程中通信的连续性，以及跨网络通信的实现机制。 多天线技术（MIMO）： 利用多个发射和接收天线来提升系统容量和可靠性。空间复用、空间分集、波束赋形等MIMO技术将被详细介绍。 六、 网络协议与接入：信息的“高速公路”与“入口” 数字通信的实现离不开网络协议的支撑，它们规范了数据在网络中的传输和交换。 OSI参考模型与TCP/IP协议栈： 详细讲解这两种网络体系结构，理解各层的功能，如物理层、数据链路层、网络层、传输层、应用层。 数据链路层技术： 以太网（Ethernet）的帧格式、CSMA/CD协议，以及Wi-Fi（IEEE 802.11系列）的CSMA/CA协议、帧格式和工作模式。 网络层技术： IP协议（IPv4/IPv6）的地址分配、路由选择原理，以及路由器在网络中的作用。 传输层协议： TCP（传输控制协议）的可靠传输机制（三次握手、四次挥手、拥塞控制、流量控制），UDP（用户数据报协议）的无连接、尽力而为的传输特点，并分析它们在不同应用场景下的适用性。 接入网技术： DSL（数字用户线）、Cable Modem（电缆调制解调器）、PON（无源光网络）等接入技术，为终端用户提供与核心网络的连接。 七、 系统设计与性能分析：优化与挑战 数字通信系统的设计是一个复杂而精细的过程，需要综合考虑各种因素。 性能指标： 吞吐量、延迟、抖动、可靠性（误码率）、连接数、能耗等是衡量系统性能的关键。 信道模型： 瑞利衰落（Rayleigh Fading）、莱斯衰落（Rician Fading）、Nakagami衰落等信道模型，以及它们在不同传播环境下的适用性。 噪声与干扰分析： 热噪声、白噪声、窄带噪声、宽带噪声等，以及它们对信号解调的影响。 系统仿真与优化： 利用MATLAB、Python等工具进行系统仿真，评估设计方案的性能，并通过参数调整和算法优化来提升系统性能。 未来发展趋势： 软件定义无线电（SDR）、人工智能在通信系统中的应用（如智能调度、信道估计）、6G技术展望等前沿领域。 八、 结论：连接无限可能 数字通信系统作为现代科技的基石，其发展日新月异。本书通过对数字通信原理、技术和应用的深入探讨，希望能为读者提供一个清晰的学习路径和坚实的理论基础。掌握这些知识，不仅有助于理解当下的通信技术，更能为未来的创新和发展贡献力量，共同构建一个更加互联、高效、智能的世界。

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这本《数字通信》原书第3版，对我这个在通信工程领域摸爬滚打了几年的工程师来说，简直是久旱逢甘霖。我一直觉得，理论知识要与实践相结合，才能真正发挥价值。而市面上很多教材，要么过于理论化，要么过于工程化，很少有能够兼顾两者的。这本书的出版，让我看到了希望。从它的书名就能感受到其深度和广度，它不仅仅是一本理论书，更是一本关于“数字通信系统”的全面指南。我特别关心书里对最新通信技术，比如5G NR（新空口）中的一些关键技术，比如大规模MIMO、波束赋形等是如何进行阐述的。在实际工作中，这些技术已经成为我们设计和优化通信系统的核心。我希望这本书能提供深入的数学模型分析，并且能够结合实际的工程设计思路，讲解如何在复杂的信道条件下，实现高效可靠的通信。例如，关于信道估计和均衡的技术，在实际部署中遇到的各种挑战，以及相应的解决方案。另外，这本书的“电气工程”这个分类，也让我联想到它可能在硬件实现和系统架构方面也会有涉及，比如数字信号处理器（DSP）的应用，或者FPGA在通信系统中的实现方式。我非常期待这本书能成为我的得力助手，帮助我解决实际工作中遇到的难题，并不断提升我的专业技能。

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我是一名刚刚步入通信行业的初学者，对于数字通信这个庞大的领域，感到既兴奋又有些茫然。手里这本《数字通信 原书第3版》，在我看来，就像一本指路的明灯。我一直听说，数字通信是现代信息社会不可或缺的基石，从我们每天使用的手机，到互联网的背后，都离不开它。我希望这本书能够用一种非常易于理解的方式，将复杂的概念解释清楚。例如，关于编码和解码的部分，我希望能知道它们是如何在保证信息准确性的同时，提高传输效率的。我特别关注书中是否有关于误码率（BER）的概念讲解，以及影响BER的各种因素，和如何通过各种技术来降低BER。另外，我对于“通信工程”和“电气工程”的交叉领域很感兴趣，这本书能否让我了解到，在实际的通信系统中，电子元件和电路设计是如何与数字信号处理技术相结合的？如果书中能提供一些实际的案例分析，或者一些简单的仿真例子，那对我来说将是巨大的帮助。我相信，通过学习这本书，我能够快速入门，并且对数字通信有一个初步但深刻的认识，为我后续深入学习打下良好的基础。

评分☆☆☆☆☆

我是一名对通信技术抱有浓厚兴趣的电子工程专业学生，一直以来，数字通信都是我非常关注的领域。市面上关于数字通信的书籍琳琅满目，但“原书第3版”的标签，以及“正版出品”的字样，都让我对这本书的质量和内容产生了极大的信任。我一直对数字通信中的一些核心技术，如信息论、信源编码、信道编码、调制解调等，有着深入学习的渴望。我希望这本书能够提供严谨的数学推导，并且能够清晰地解释这些理论在实际通信系统中的应用。特别是我对现代通信系统中广泛使用的OFDM技术，以及其在4G、5G等通信标准中的作用非常感兴趣。我希望书中能够详细介绍OFDM的原理，包括子载波的划分、IFFT/FFT的处理过程，以及其克服多径衰落的能力。此外，作为电气工程专业的学生，我也希望这本书能够在我理解数字通信原理的同时，也能让我对通信系统的硬件实现和系统设计有一个更宏观的认识，例如，通信链路的整体架构，各个模块的功能划分，以及它们之间的协同工作方式。我期待这本书能够成为我学习数字通信的宝贵财富，帮助我构建扎实的理论基础和开阔的工程视野。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对通信技术充满好奇的在校学生，我对市面上关于数字通信的书籍进行了广泛的搜索，最终被这本书的“原书第3版”和“正版出品”所吸引。我个人认为，一本经典著作的不断更新，往往代表着它紧跟时代发展的步伐，并且经过了时间的检验。我对信息论的基础理论，以及如何将这些理论应用于实际的通信系统中有着浓厚的兴趣。特别是关于香农极限的推导过程，以及它在通信系统设计中的指导意义，是我非常想深入了解的部分。此外，这本书的“数字通信系统”的定位，让我期待它能够详细介绍各种通信系统的架构，比如点对点通信、广播通信、多址通信等，以及它们各自的优缺点和适用场景。我尤其对多址技术，如TDMA, FDMA, CDMA, OFDMA等，它们的原理、发展历程以及在现代通信系统中的应用感到好奇。如果书中能够提供一些清晰的图示和流程图，来帮助我理解复杂的概念，那就再好不过了。我希望通过阅读这本书，能够建立起一个清晰、系统、完整的数字通信知识体系，为我将来从事相关领域的研究或工作打下坚实的基础。

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这本书拿到手的时候，我被它扎实的厚度和沉甸甸的分量震撼到了，一看就是内容极其充实的那种。封面设计虽然简洁，但“数字通信”这几个大字，加上“原书第3版”的字样，就足以让我这个通信工程专业的学生心头一震。我一直对数字通信领域充满兴趣，从基础的信号传输到复杂的编码解码，再到各种调制解调技术，都想一探究竟。翻开目录，里面涵盖了从信息论基础、信源编码、信道编码、数字调制解调，到同步技术、多址技术等等，简直就像一部数字通信的百科全书。我特别期待学习其中的章节，比如关于OFDM（正交频分复用）的详细讲解，这在4G、5G通信中扮演着至关重要的角色。同时，对于纠错编码部分，比如Turbo码和LDPC码，我也很想深入了解其编码原理和性能优势。这本书的出版信息显示是“正版出品”，这让我对内容的严谨性和权威性有了更高的期待。我希望它能提供清晰的理论阐述、丰富的工程实例，甚至是一些代码实现，能够帮助我更好地理解和掌握数字通信的精髓，为我未来的学习和职业发展打下坚实的基础。总而言之，这本书在我心中已经占据了重要的位置，我迫不及待地想要沉浸其中，汲取知识的养分。