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通信原理

作者:王福昌等
定价:38
印次:1-3
ISBN:9787302125808
出版日期:2006.03.01
印刷日期:2007.12.05

本书介绍现代通信系统的传输技术和交换技术,以数字通信为主,另外还简单介绍了目前常用的四大通信系统。 本书共12章,内容包括模拟信号的数字化与信源压缩编码、信道编码、信道及其复用与多址技术、模拟调制系统、数字基带系统、数字调制系统、扩展频谱系统、数字交换技术以及现代通信系统简介等。另外,还给出了学习本课程所必需的基础知识,如信号分析的主要结论,数字信号的最佳接收及锁相环的基本原理。 本书内容丰富,取材新颖,理论联系实际,物理概念清楚,书中列举了许多例题,且每章后都有足够数量的思考题和习题。 本书可以作为高等院校通信工程、电子信息工程等电子类专业高年级本科生教材,也可以作为电子通信领域在职研究生班的教材,还可以作为通信工程技术人员和科研人员的参考书。

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出 版 说 明 信息与通信工程学科是信息科学与技术的重要组成部分。改革开放以来,我国在发展通信系统与信息系统方面取得了长足的进步,形成了巨大的产业与市场,如我国的电话网络规模已占世界首位,同时该领域的一些分支学科出现了为国际认可的技术创新,得到了迅猛的发展。为满足国家对高层次人才的迫切需求,当前国内大量高等学校设有信息与通信工程学科的院系或专业,培养大量的本科生与研究生。为适应学科知识不断更新的发展态势,他们迫切需要内容新颖又符合教改要求的教材和教学参考书。此外,大量的科研人员与工程技术人员也迫切需要学习、了解、掌握信息与通信工程学科领域的基础理论与较为系统的前沿专业知识。为了满足这些读者对高质量图书的渴求,清华大学出版社组织国内信息与通信工程国家级重点学科的教学与科研骨干以及本领域的一些知名学者、学术带头人编写了这套高等院校信息与通信工程系列教材。 该套教材以本科电子信息工程、通信工程专业的专业必修课程教材为主,同时包含一些反映学科发展前沿的本科选修课程教材和研究生教学用书。为了保证教材的出版质量,清华大学出版社不仅约请国内一流专家参与了丛书的选题规划,而且每本书在出版前都组织全国重点高校的骨干教师对作者的编写大纲和书稿进行了认真审核。 祝愿《高等院校信息与通信工程系列教材》为我国培养与造就信息与通信工程领域的高素质科技人才,推动信息科学的发展与进步做出贡献。 北京邮电大学 陈俊亮 前言 现代通信给人们的生活、学习和工作带来了极大的方便,给社会发展注入了强劲的动力。通信产业美好的发展前景和数以万计的工作岗位吸引着众多学子进入到通信工程、电子信息工程等电子类专业深造,准备在通信领域中建功立业。通信领域的从业人员的业务范围很广,包括研发、生产、施工、技术支持、营销、管理等。但不管从事哪一方面的工作,都必须学好通信原理这门课。以此为基础,再掌握其他专门知识和技能,才能胜任本职工作。 作者长期从事通信方面的教学、科研和产业工作。我们深切地感觉到: 通信原理是一门理论性和实践性都很强的课程; 理论分析所得到的重要结论往往与人们的生活常识是相吻合的; 必须将抽象的理论分析和具体的物理概念有机地结合在一起,再适当地做一些习题和实验,才能学好这门课。为了帮助读者学好通信原理这门课,作者曾编写了《通信原理学习指导与题解》一书,研制了“通信原理教学实验系统”设备。现在我们又在清华大学出版社的支持下编写了这本《通信原理》教材。希望这本教材以及《通信原理学习指导与题解》一书和“通信原理教学实验系统”设备能够满足读者的学习要求,这是作者的最大心愿。 在编写本书时,力求做好以下几点。 (1) 教材内容充分反映现代通信技术发展方向和水平。为此,本书主要讨论数字通信原理与系统,仅在第4章中简单地介绍模拟通信原理与系统; 对于恒包络调制、网格编码调制(TCM)、正交频分复用(OFDM)、波分复用(WDM)、空分复用(SDM)、多址技术、扩频技术以及TURBO码等新的通信技术,在有关章节中给予了应有的重视; 在第12章中简单介绍了目前广泛使用的四种数字通信系统。 (2) 通过本书的学习,读者可以全面掌握现代通信的基础知识。为此,本书比目前大多数通信原理教材多了数字交换技术一章。传输和交换是现代通信系统的基础,目前的通信原理教材中一般只介绍传输技术而不涉及交换技术。多数院校通常将交换技术作为选修课单独开设,但许多学生往往不选这门课,因此这些学生的通信系统知识就很不完整。本书第11章较全面介绍了现代交换技术,建议不单独开设交换技术课程的院校将这一章作为必修内容,不选修交换技术课程的学生应自学这一章的内容。 (3) 加强读者的通信系统概念。为此,我们在第1章中给出了一个完善的数字通信系统方框图(不含交换技术),揭示数字通信系统各部分的联系。另外,将同步技术(包括载波同步、位同步、帧同步、网同步)以及最佳接收技术分散到相关章节中介绍,以便使读者明确它们在通信系统中的地位和作用。 (4) 通信系统的抗噪声能力与信道频率资源的利用率是一对矛盾,通信科技工作者的任务就是在不同的通信系统中对这一对矛盾进行具体分析,从而决定具体的设计方案。本教材的编写思路反映了这一对矛盾的对立和统一以及科技工作采取的处理方法。 (5) 将学习本课程所必需的预备知识集中放在第2章中。其中信号分析部分,学生在学习本课程之前一般已学过。而数字信号的最佳接收和锁相环原理及其抗噪性能这两部分内容,学生一般未学过。前者作为资料供读者参考,后者虽是学习本课程的必备知识,但可根据具体情况决定教学方法。 (6) 尽量简化数学分析,特别强调物理概念的阐述。通信中的新概念既多又较密集,一般难于在一个教学周期内消化掌握。为此,我们尽可能采取由浅入深和理论联系实际的方法进行叙述,即使对于理论分析,也不拘泥于数学推导,而是着重于讨论由数学公式引出的结论。同时,省去一些无碍于物理概念理解的数学分析。 全书共12章,第4章为模拟通信系统的内容,第5章至第12章全部是数字通信的内容(当然某些内容也适用于模拟通信系统)。 第1章为绪论,给出了消息、信号与信息的定义,明确了本书与现代通信网的关系以及本书各章内容与通信系统的关系。本章还介绍了通信系统的组成、分类以及通信性能指标的评价标准,并对通信发展进行了回顾和展望。 第2章为预备知识,包括确知信号及随机过程的分析结论、数字信号最佳接收基本原理、锁相环基本概念及其抗噪性能。 第3章介绍了恒参信道和变参信道的基本特征以及它们对信号传输的影响和改善措施。还介绍了信道加性噪声的特点和信道容量的基本概念,从而引出了通信科技工作者面临的两个基本问题——噪声与带宽。 第4章从时域和频域的角度阐述了各种模拟通信系统的调制和解调方法,并详细论述了其抗噪性能和占用的信道带宽。此外,还介绍了模拟相干通信系统载波同步原理。 第5章为数字基带系统。本章全面阐述了数字基带信号传输原理,包括数字基带信号码型及其频谱、无码间串扰条件、时域均衡、部分响应,以及各类数字基带传输系统的抗噪性能和频带利用率。本章还介绍了扰码和解扰原理、位同步原理以及数字基带信号的最佳接收原理。 第6章为数字调制系统。本章介绍了二进制及多进制数字调制系统原理、抗噪性能、频带利用率、载波同步原理,并将数字基带系统中的有关概念和结论应用到数字调制系统。另外,本章还介绍了恒包络调制原理。 第7章重点介绍语音信号的波形编码技术,包括脉冲编码调制(PCM)、自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)、增量调制(ΔM)等,并分析了模拟信号数字传输系统的输出信噪比,另外还简单介绍了压缩编码技术。 第8章介绍信道复用和多址技术,包括频分复用(FDM)和频分多址(FDMA)、时分复用(TDM)和时分多址(TDMA)、空分复用(SDM)和空分多址(SDMA)、码分多址(CDMA)等,以及与此有关的帧同步和网同步技术。 第9章介绍扩频通信基本原理,包括直扩系统和跳频系统的工作原理、抗随机噪声和随机干扰能力、抗多径干扰能力、多址能力,以及扩频码的捕捉与跟踪方法、扩频码的生成和特性等。 第10章介绍信道编码技术,包括线性分组码、循环码、卷积码、网格码和Turbo码等。 第11章介绍数字交换技术,包括电路交换、ATM交换、软交换和光交换技术等,另外还简单介绍了目前广泛使用的No.7信令。 第12章简单介绍目前广泛使用的四大数字通信系统——光纤通信系统、地面微波通信系统、卫星通信系统以及蜂窝移动通信系统。本章可以使读者了解具体的通信系统的构成和工作原理,从而加深对通信基本理论和基本概念的理解。 本书由王福昌编写第2、3、4、8、9章以及第5章的前10节、第6章中的前9节和第7章中的前6节,熊兆飞编写第1章、第11章、第12章以及第5.11节、第7.7至7.9节,黄本雄编写第10章和第6.10节。王福昌、熊兆飞、黄本雄共同制定了本书的编写大纲并参与了各章节的编写工作,周又玲参加了第3章和第7章的编写工作。全书由王福昌和熊兆飞修改定稿。潘晓明、李津、郭鹏、张华、徐书华、易丽娅、胡海、胡昕等阅读了本书的初稿,并提出了参考意见。潘晓明还在书稿的修改过程中对作者提供了许多支持,李津还参与了附录的编写工作。 作者感谢周又玲、潘晓明、李津、郭鹏、张华、徐书华、易丽娅、胡海、胡昕等老师,感谢清华大学出版社的陈国新老师及其他工作人员,没有他们的大力支持和辛勤工作,本书将难以如期与读者见面。 作者在编写本书的过程中,参考了大量的国内外通信教材、参考书、文献资料。但由于网上资料的作者、时间、资料名称等不详尽,所以未能将这些资料在参考文献目录中逐个列出,在此向它们的作者表示衷心的感谢和歉意。 限于作者的水平有限,加上成书时间较为仓促,本书中错误和缺点在所难免,敬请读者不吝指正。 作者 2006年1月于武汉·华中科技大学

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  • 第1章绪论

    1.1消息、信号与信息

    1.1.1定义

    1.1.2信息的度量

    1.2通信系统一般模型

    1.3模拟通信系统与数字通信系统

    1.3.1定义

    1.3.2数字通信系统

    1.3.3模拟通信系统

    1.4通信网基本概念

    1.4.1通信网的种类和拓扑结构

    1.4.2通信网的组成

    1.4.3信令和协议

    1.5通信系统的分类和通信方式

    1.5.1通信系统的分类

    1.5.2通信方式

    1.6通信系统的性能指标

    1.7通信技术的发展简史和展望

    1.7.1通信技术发展简史

    1.7.2通信发展的趋势

    思考题

    习题

    第2章 预备知识

    2.1引言

    2.2确知信号分析

    2.2.1信号的傅里叶变换

    2.2.2信号的能量谱与功率谱

    2.2.3自相关函数与互相关函数

    2.2.4自相关函数与能量谱密度函数及功率谱密度函数的关系

    2.3随机过程分析

    2.3.1随机过程的分布函数和概率密度函数

    2.3.2随机过程的数字特征

    2.3.3平稳随机过程

    2.3.4高斯随机过程

    2.3.5高斯白噪声和高斯窄带白噪声

    2.3.6正弦波加窄带高斯过程

    2.3.7平稳随机过程通过线性系统

    2.3.8随机变量

    2.4数字信号的最佳接收

    2.4.1似然比准则

    2.4.2最佳接收机的相关器形式

    2.4.3最佳接收机的匹配滤波器形式

    2.5锁相环基本原理

    2.5.1锁相环构成及分类

    2.5.2模拟锁相环的数学模型

    2.5.3锁相环的工作状态

    2.5.4锁相环的捕捉带与同步带

    2.5.5锁相环的频率特性

    2.5.6锁相环的稳定性

    2.6锁相...

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