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薛伟，[俄] 马卡洛夫S.B.，綦俊炜，尚文静 著

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• 通信系统
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• 信息论
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• 数字通信
• 调制解调
• 通信工程
• 优化算法

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出版社： 哈尔滨工程大学出版社

ISBN：9787566112446

商品编码：29787723769

包装：平装

出版时间：2018-01-01

基本信息

书名：通信系统码元波形优化技术

定价：36.00元

作者：薛伟, 马卡洛夫S.B.,綦俊炜,尚文静

出版社：哈尔滨工程大学出版社

出版日期：2018-01-01

ISBN：9787566112446

字数：242000

页码：169

版次：1

装帧：平装

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

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内容提要

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《通信系统码元波形优化技术》介绍了高带宽效率恒包络调制的重要性，并对常用的几种恒包络调制技术的特点和原理进行了分析。在恒包络的限制条件下，我们通过引入小带外能量辐射准则来对通信信号的带宽效率进行优化，并详细推导了建立数学泛函数模型的过程，数学泛函数附加的限制条件，以及详细推导了优化泛函数模型的解析解和数值解的求解过程。通过对限制条件的改变，提出的小带外辐射准则同时也可应用于CPM和扩频调制系统的通信信号的优化中，极大地提高了通信系统的带宽效率。后通过MATLAB对提出的调制解调方案进行了仿真，并给出了仿真的误码率曲线。
　　验证了《通信系统码元波形优化技术》提出的方法具有可实现性，同时极大地提高了调制系统的带宽效率。
　　《通信系统码元波形优化技术》可作为高等学校电子信息类专业及相关专业研究生和高年级本科生参考书，也可供其他领域从事通信设计的专业技术人员参考。
　　希望《通信系统码元波形优化技术》除了具有知识性之外，还能为该领域的研究人员带来灵感，以继续完成相关研究。

目录

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作者介绍

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文摘

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序言

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章 绪论
1．1 高带宽效率恒包络调制的意义
1．2 高带宽效率恒包络调制技术的重要性
1．3 本书的主要内容

第2章 高带宽效率（准）恒包络正交调制系统
2．1 交错相移键控（OQPSK）
2．2 ∏／4-DQPSK调制与解调技术
2．3 小移频键控（MSK）调制
2．4 高斯小移频键控（GMSK）
2．5 IJF-OQSK和FQPSK调制技术

第3章 基于小带外能量辐射准则的优化泛函数模型
3．1 小带外能量辐射准则
3．2 泛函数的限制条件
3．3 优化泛函数模型的解析解
3．4 优化泛函数模型的数值解

第4章 CPM信号中基带码元优化技术
4．1 正弦函数平滑相位轨迹分析
4．2 多项式函数平滑相位轨迹分析
4．3 原子函数平滑相位轨迹的分析
4．4 基于泛函数模型的CPM信号优化方法

第5章 全响应正交调制系统中的码元优化
5．1 全响应基带码元的优化
5．2 基于优化泛函数的全响应基带码元优化

第6章 部分响应正交调制系统中的码元优化
6．1 部分响应基带码元的优化
6．2 码元长度4T的优化泛函数方程的建立
6．3 码元长度6T的优化泛函数方程的建立

第7章 直扩系统中码片波形的优化方法
7．1 直扩系统的模型
7．2 不同码片波形直扩系统的性能
7．3 泛函数的限制条件
7．4 傅里叶级数求解优化码片波形

第8章 基于MATLAB的正交调制系统仿真实现
8．1 全响应正交系统调制解调方案和仿真结果
8．2 部分响应正交系统调制解调方案和仿真结果
参考文献

《通信系统码元波形优化技术》：探寻信息传递的无限可能 在这个信息爆炸的时代，通信系统扮演着连接世界的关键角色，其效率和稳定性直接影响着我们生活的方方面面。从手机的每一次通话，到互联网的每一次浏览，再到物联网设备的互联互通，背后都离不开通信系统的高速、可靠运行。而通信系统的核心，便是对信息进行编码、调制，并通过各种波形进行传输。如何在这个过程中最大化信息承载能力，最小化传输误差，提升频谱利用率，正是通信技术不断追求的目标。《通信系统码元波形优化技术》一书，正是聚焦于这一关键领域，深入剖析了通信系统中码元波形设计与优化的核心理论、关键技术及其前沿发展，为通信工程师、研究人员以及相关领域的学习者提供了一份详实而深刻的参考。 核心问题：码元波形的挑战与机遇 通信系统的性能瓶颈往往体现在信号传输的效率和抗干扰能力上。传统的码元波形设计，虽然在一定程度上满足了通信需求，但在面对日益增长的数据流量、复杂的信道环境以及严格的频谱限制时，其局限性愈发凸显。例如，简单的矩形脉冲虽然易于产生和检测，但在频率域存在无限宽的频谱，造成严重的频谱浪费。而其他一些波形，如升余弦滤波，虽然能有效抑制码间干扰（ISI），但其旁瓣能量仍然需要考虑。 《通信系统码元波形优化技术》首先将读者带入到码元波形设计的核心挑战之中。书中详细阐述了在不同通信场景下，码元波形所面临的关键问题，包括但不限于： 频谱效率的极致追求： 在有限的频谱资源下，如何在单位时间内传输更多的数据，是现代通信系统永恒的主题。这要求码元波形具有紧凑的频谱特性，能够最大限度地利用可用频带。 码间干扰（ISI）的有效抑制： 当码元间隔不足时，相邻码元的波形会相互重叠，导致信号失真，从而引入码间干扰。优化的码元波形需要具备良好的自相关性，能够有效减少ISI的产生。 低误码率（BER）的保障： 在存在噪声、衰落等信道失真时，接收端准确解码接收到的信号至关重要。优化的波形在信号空间中能够更好地与噪声区分，从而降低误码率。 过零特性的利用与控制： 某些码元波形在非零时间点上存在零值，这些“过零点”为码元检测提供了便利。书中深入探讨了如何利用和控制过零特性，以简化接收端的判决过程。 对信道失真的鲁棒性： 实际通信信道并非理想状态，存在各种非线性和失真。优化的码元波形需要具备一定的鲁棒性，能够抵抗这些信道失真，保持信号的完整性。 易于硬件实现： 理论上再优越的波形，如果其产生和处理的复杂度过高，难以在实际硬件中实现，也难以推广应用。书中也关注了波形设计的工程可行性。 核心内容：构建理论框架与技术体系 本书并非仅停留在问题描述，而是系统性地构建了一个关于码元波形优化技术的理论框架和技术体系。全书围绕以下几个关键方面展开： 第一部分：基础理论回顾与铺垫 为了让读者能够更深入地理解后续优化技术，本书首先对通信系统中与码元波形相关的基础理论进行了梳理。这部分内容包括： 数字基带传输系统模型： 详细介绍了发送端、信道和接收端的基本构成，以及信号在系统中的传递过程。 信号的数学表示与时频域特性： 讲解了傅里叶变换、功率谱密度等概念，以及如何分析和描述码元波形在时间和频率域的特性。 采样定理与奈奎斯特准则： 回顾了数字信号处理的基本原理，为后续的基带信号表示和处理奠定基础。 卷积与相关性： 强调了卷积和相关性在信号检测和ISI分析中的重要性，为理解不同波形的性能差异提供理论工具。 噪声模型与误码率分析： 介绍了高斯白噪声等常见噪声模型，以及如何通过概率论来分析信号在噪声影响下的误码率。 第二部分：经典码元波形分析与局限性 在回顾了基础理论后，本书对通信系统中常用的经典码元波形进行了深入的分析。这部分内容旨在让读者理解现有波形的设计思想、优点以及潜在的不足，从而为优化和创新奠定基础。主要分析的波形包括： 矩形脉冲： 分析其简单的产生方式，但同时揭示其在频谱效率和ISI方面的显著劣势。 升余弦滤波（Raised Cosine Filter）： 详细介绍了升余弦滤波器的数学表达式、设计参数（如滚降系数）及其在抑制ISI方面的优势，同时也指出了其旁瓣辐射问题。 高斯滤波（Gaussian Filter）： 分析其在时域和频域的良好成形特性，以及其在抑制ISI和频谱泄漏方面的平衡，但可能在某些场合下对ISI的抑制能力不如升余弦。 sinc函数波形： 探讨其理论上的完美特性，但同时也指出其在工程实现上的困难，如无限的持续时间和非因果性。 通过对这些经典波形的深入剖析，读者能够清晰地认识到在现代高速、高频谱效率通信系统设计中，对码元波形进行优化和创新的必要性。 第三部分：先进的码元波形优化技术 这是本书的核心内容所在，深入探讨了各种先进的码元波形优化技术，旨在突破经典波形的局限，满足更苛刻的通信需求。这部分技术可以分为几个主要方向： 具有良好过零特性的波形设计： 多速率信号处理技术与波形设计： 介绍如何通过多速率技术，如插值和抽取，设计具有特定过零特性的波形，以实现更高的频谱效率和更低的ISI。 线性调频（Chirp）信号及其变种： 探讨线性调频信号在某些通信场景下的优势，以及如何对其进行优化以满足码元波形的要求。 基于数学函数的构造方法： 介绍如何利用多项式、三角函数或其他特殊函数来构造具有特定时频域特性的码元波形。 时域和频域联合优化技术： 具有期望功率谱特性的波形设计： 介绍如何通过优化波形的功率谱密度，使其在特定频带内能量集中，并最小化旁瓣辐射。 最小均方误差（MMSE）准则下的波形优化： 从统计信号处理的角度出发，利用MMSE准则来设计能够最小化ISI和噪声影响的码元波形。 基于约束最优化理论的波形设计： 将码元波形的设计问题转化为一个数学优化问题，通过设定频谱效率、ISI抑制、功率约束等条件，求解最优的波形参数。 适用于特定信道环境的波形设计： 针对衰落信道优化的波形： 探讨如何设计对深度衰落或快速衰落具有更强鲁棒性的码元波形，以提高通信的可靠性。 针对非线性信道优化的波形： 研究如何设计能够降低由于信道非线性引入的信号失真的码元波形。 自适应波形设计： 介绍如何根据实时变化的信道条件，动态调整码元波形的参数或选择更适合的波形，以始终保持最佳的通信性能。 新型码元波形探讨： 多进制波形设计： 在同一时间段内传输多位信息，从而提高传输速率。 零旁瓣（Zero-ISI）波形： 专门设计在码元间隔处无ISI的波形，如sinc函数，并探讨其在工程上的近似实现方法。 非矩形脉冲的进一步研究： 探索比升余弦和高斯滤波更先进的非矩形脉冲，以期获得更好的时频域特性。 第四部分：性能评估与应用案例 理论研究离不开实际的验证。本书在详细介绍各种优化技术后，还提供了关于如何评估这些波形性能的框架和方法，并结合实际通信应用场景进行阐述： 性能评估指标： 详细介绍了评估码元波形性能的关键指标，如频谱效率、ISI度量、误码率、信噪比（SNR）增益、峰均功率比（PAPR）等。 仿真与分析工具： 推荐和讲解了常用的通信系统仿真软件（如MATLAB/Simulink, GNU Radio等）在码元波形设计和性能评估中的应用。 实际通信系统中的应用： 移动通信系统： 如4G/5G/6G系统中，对频谱效率和数据速率的极致追求，如何通过优化的码元波形来支持。 无线局域网（WLAN）： 在室内复杂环境中，如何通过波形优化来提高传输稳定性和数据吞吐量。 卫星通信： 面对长距离传输和功率受限的挑战，如何设计能够有效利用带宽并抵抗信道衰落的码元波形。 深空通信： 在极低信噪比和远距离传输条件下，如何通过精巧的波形设计来最大化通信的可行性。 软件定义无线电（SDR）中的波形生成与处理： 探讨了SDR技术如何为灵活的码元波形设计和实现提供了新的平台。 第五部分：前沿技术与未来展望 通信技术日新月异，本书最后部分也着眼于未来，对码元波形优化技术的发展趋势进行了展望： 机器学习与人工智能在波形设计中的应用： 探讨如何利用AI算法来自动学习和设计最优的码元波形，以适应更复杂的信道环境和通信需求。 面向更高维度通信（如太赫兹、可见光通信）的波形设计： 随着通信频率的不断提高，新的物理效应和信道特性将对码元波形的设计提出新的挑战。 与先进调制技术（如OFDM, SC-FDMA, FBMC等）的协同优化： 探讨码元波形如何与其他先进的调制技术相互配合，以实现整体通信系统的性能提升。 极简主义波形设计： 在某些特定应用场景下，追求极简的波形，以降低硬件实现复杂度，提高能效。 量子通信中的波形考量： 尽管尚处于早期阶段，但量子通信的出现，也预示着未来在信息编码和传输形式上可能出现的颠覆性变革，其中对“波形”的理解也可能被重新定义。 目标读者群体 《通信系统码元波形优化技术》适合以下人群阅读： 通信工程专业学生： 为深入理解通信原理、掌握信号处理技术提供坚实的基础。 通信系统设计工程师： 在实际通信设备（如基站、终端、芯片）的设计和开发过程中，能够直接借鉴书中的技术，解决实际问题，优化产品性能。 通信领域的研究人员： 掌握本领域前沿技术，为进一步的学术研究和技术创新提供理论支撑和研究方向。 对通信技术感兴趣的技术爱好者： 了解信息传输的底层奥秘，开阔视野。 结语 《通信系统码元波形优化技术》一书，就像一把解锁通信系统更高效率和更强鲁棒性的钥匙。它不仅仅是一本技术手册，更是一次对信息传递艺术的深入探索。通过对码元波形细致入微的分析和优化，本书帮助读者理解如何在数字信号的海洋中，塑造出最有效、最可靠的信息载体，为构建更加智能、互联的未来世界贡献智慧与力量。它将带领您穿越复杂的数学公式和精妙的工程设计，最终领略到信息在时空中自由流淌的无限可能。

评分☆☆☆☆☆

这本书的内容深度和广度都令人印象深刻，它显然不是一本泛泛而谈的综述性读物，而是深入到了优化算法的内核。书中对几种主流的码元波形设计方法，例如基于最小均方误差（MMSE）准则的方法以及一些基于凸优化理论的现代方法，进行了详尽的剖析。更难能可贵的是，作者不仅仅是描述了“怎么做”，还深入探讨了这些方法背后的数学原理和收敛性分析。我特别关注了关于非理想信道下波形鲁棒性的章节，作者引用了大量的仿真结果来佐证理论分析的正确性，这些图表数据详实可靠，为实际系统设计提供了坚实的参考依据，避免了理论与实践之间的鸿沟。

评分☆☆☆☆☆

从写作风格上来看，作者展现出了一种难得的学者气质——严谨、清晰，但绝不古板。语言组织简洁有力，几乎没有冗余的修饰词汇，每一个句子都旨在传递信息。不过，这种高度凝练的风格也带来了一定的挑战性。对于那些习惯于大段背景铺垫的读者来说，可能需要放慢阅读速度，反复咀嚼才能完全消化其中的深意。我个人觉得，这本书更像是一本精心打磨的“工具书”或“参考手册”，适合在解决具体技术难题时拿出来查阅和印证，而不是一次性快速通读的小说。它的价值在于其密度，而非长度。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的亮点在于其前瞻性视野的构建。在讨论完传统波形优化之后，作者花费了相当的篇幅探讨了面向未来超高速率、低延迟通信场景下的新兴波形设计方向，比如一些与机器学习相结合的自适应波形生成技术。这种对前沿动态的紧密追踪，使得这本书的生命力得以延续。它不仅仅是总结了过去和现状，更像是指明了通往下一代通信技术演进的道路。对于希望保持技术领先地位的研发人员而言，这本书提供了一个非常好的理论和技术储备平台，让人在面对新的技术挑战时，能够迅速找到理论支撑和设计灵感，而不是被动地追赶潮流。

评分☆☆☆☆☆

这本书的装帧设计非常考究，封面采用了深邃的蓝色调，搭配烫金的书名和作者信息，整体给人一种沉稳而又不失现代感的感觉。内页的纸张质地也相当出色，印刷清晰，字迹饱满，阅读起来非常舒适，即便是长时间盯着屏幕阅读后，翻阅纸质书也能带来一种放松的愉悦感。尤其是那些复杂的数学公式和图表，排版得井井有条，线条流畅，没有任何模糊不清的地方。我觉得，出版社在细节上确实下了不少功夫，这对于一本技术性较强的书籍来说，是至关重要的，它直接影响了读者获取知识的效率和阅读体验。这种对物理载体的重视，也从侧面体现了作者对内容严谨性的追求，让读者在捧起这本书时，就对即将展开的阅读旅程充满了期待和敬意。

评分☆☆☆☆☆

我特别欣赏作者在引入新概念时所采用的循序渐进的叙述方式。一开始并没有直接抛出那些令人望而生畏的复杂理论模型，而是从最基础的信号处理原理和通信系统的一般结构入手，用非常贴近实际工程应用的例子来解释为什么要进行波形优化，以及优化目标具体是什么。这种“搭脚手架”式的教学方法，极大地降低了入门的门槛。我发现即便是对某些高级调制技术只有初步了解的工程师，也能很快跟上作者的思路，领会到不同波形在时域和频域上的特性差异。作者似乎非常懂得初学者的困惑点，总能在关键的转折处提供恰到好处的类比，使得抽象的数学推导变得生动起来，而不是仅仅停留在纯粹的公式堆砌上。