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CONTENTS

目 录

第1 章绪论........................................................................................ 1

1.1 通信与网络的核心知识构架........................................................... 1

1.2 通信与网络的发展简史与思维特征.................................................. 3

第2 章模拟信源的数字化....................................................................... 6

2.1 抽样与量化............................................................................... 6

2.1.1 量化的基本概念和符号....................................................... 6

2.1.2 均匀量化......................................................................... 8

2.1.3 最优量化......................................................................... 10

2.1.4 非线性压扩...................................................................... 10

2.1.5 工程中常用的非线性压扩..................................................... 12

2.1.6 连续时间信源的离散化....................................................... 13

2.2 无损压缩及其极限——信源编码与熵............................................... 14

2.2.1 信息的表示...................................................................... 15

2.2.2 前缀码与Kraft 不等式........................................................ 16

2.2.3 最小化平均码长................................................................ 17

2.2.4 熵.................................................................................. 18

2.2.5 无损压缩......................................................................... 20

第3 章电平信道.................................................................................. 24

3.1 实电平信道............................................................................... 24

3.1.1 信道模型......................................................................... 24

3.1.2 电平集合及其映射............................................................. 25

通信与网络

3.1.3 二元输入及其最佳判决....................................................... 25

3.1.4 二元输入的最大似然判决和最小距离判决................................ 27

3.1.5 二元电平信道的判决差错概率............................................... 28

3.1.6 单极性二元电平集合.......................................................... 30

3.1.7 多元电平信道（一维） ....................................................... 31

3.2 复电平信道与矢量电平信道........................................................... 35

3.2.1 加性复高斯噪声信道与复电平信道的判决准则.......................... 35

3.2.2 正方形格点上的复电平集合.................................................. 36

3.2.3 均匀分布于圆上的复电平集合............................................... 38

3.2.4 高维空间上的电平信道....................................................... 43

第4 章波形信道I——传输单个符号......................................................... 46

4.1 实电平传输对应的波形信道........................................................... 46

4.1.1 最简单的二元波形............................................................. 46

4.1.2 加性白高斯噪声信道.......................................................... 47

4.1.3 对叠加白高斯噪声的二元波形直接抽样................................... 48

4.1.4 面向加性白高斯噪声信道的接收方案改进................................ 48

4.1.5 直接积分方法的局限及其改进............................................... 50

4.1.6 针对一般波形的直观改进..................................................... 51

4.1.7 上述直观思路的严格化....................................................... 52

4.1.8 二元波形信道的标准形式..................................................... 53

4.1.9 内积处理的几何直观.......................................................... 54

4.1.10 对标准二元波形信道的推广................................................ 55

4.1.11 波形信道的另一种实现——匹配滤波..................................... 55

4.1.12 从变换域看成形脉冲p(t) 的选择........................................... 57

4.2 复电平传输对应的波形信道........................................................... 58

4.2.1 复电平传输的波形实现....................................................... 58

4.2.2 恢复xI 和xQ ..................................................................... 59

4.2.3 与复电平信道的相互等效..................................................... 60

4.2.4 更一般的表示复电平的波形.................................................. 61

4.2.5 一般波形的xI 和xQ 恢复...................................................... 62

4.2.6 一般波形信道与复电平信道等效............................................ 64

IV

目录

4.2.7 向量电平信道的波形实现..................................................... 65

4.2.8 正交波形与向量电平的对应.................................................. 66

4.2.9 在频域构造标准正交基....................................................... 66

4.2.10 一般波形信道.................................................................. 67

第5 章波形信道II——传送符号序列........................................................ 69

5.1 码间串扰及其消除....................................................................... 69

5.1.1 一种无ISI 的传输示例......................................................... 70

5.1.2 对物理实现的详细讨论....................................................... 70

5.1.3 讨论抽样点无失真的模型等效准备......................................... 71

5.1.4 抽样点无失真的时域约束..................................................... 72

5.1.5 抽样点无失真的频域特征..................................................... 72

5.1.6 奈奎斯特准则的几何直观..................................................... 73

5.1.7 对符号速率和信号功率的进一步讨论...................................... 74

5.1.8 考虑噪声的因素................................................................ 74

5.1.9 符号序列下的匹配滤波....................................................... 75

5.1.10 符号序列的等效电平信道................................................... 76

5.1.11 根号奈奎斯特准则与信号带宽............................................. 76

5.1.12 几何解释与平移正交基...................................................... 77

5.1.13 符号序列的波形信道与一个符号的波形信道............................ 78

5.1.14 实用的脉冲成型滤波器——升余弦(滚降) 滤波器...................... 78

5.2 数字基带传输的频谱效率和功率谱.................................................. 80

5.2.1 从整体频率响应到发收端各自的频率响应................................ 81

5.2.2 升余弦滤波器系统对应的收发端设计...................................... 81

5.2.3 数字基带传输................................................................... 82

5.2.4 升余弦滤波的匹配增益....................................................... 82

5.2.5 数字传输的频谱效率.......................................................... 83

5.2.6 一种典型题的解法............................................................. 83

5.2.7 眼图............................................................................... 85

5.2.8 基带通信波形的功率谱....................................................... 86

5.2.9 线性调制的功率谱............................................................. 86

5.2.10 任意波形二元调制的功率谱................................................ 89

V

通信与网络

第6 章带通信道的载波传输.................................................................... 92

6.1 单路载波传输............................................................................ 92

6.1.1 二进制相移键控................................................................ 92

6.1.2 非带限M 元脉冲幅度调制................................................... 93

6.1.3 带限M 元脉冲幅度调制——信号形式与符号能量...................... 94

6.1.4 带限M 元脉冲幅度调制——最佳接受与性能分析...................... 96

6.1.5 带限M 元脉冲幅度调制——标准正交基观点............................ 98

6.1.6 带限M 元脉冲幅度调制——匹配滤波器观点............................ 99

6.1.7 载波PAM 的功率谱密度和频谱效率....................................... 100

6.1.8 载波通信噪声的进一步讨论.................................................. 101

6.2 I、Q 路正交载波传输................................................................... 103

6.2.1 从隐藏正交基谈起............................................................. 103

6.2.2 I、Q 路正交载波传输的解调................................................. 105

6.2.3 等效电平信道................................................................... 106

6.2.4 I、Q 路载波传输的频谱搬移观点........................................... 107

6.2.5 复基带模型...................................................................... 108

6.2.6 复基带视角下的噪声.......................................................... 110

6.2.7 典型载波传输——正交幅度调制、相移键控和频移键控............... 112

第7 章差错控制编码............................................................................. 114

7.1 差错控制的基本概念.................................................................... 114

7.1.1 有错信道的建模................................................................ 114

7.1.2 差错控制的基本机制.......................................................... 120

7.1.3 信道编码的本质................................................................ 121

7.1.4 可靠性的度量................................................................... 123

7.1.5 离散信道的检错与纠错....................................................... 124

7.2 线性分组码............................................................................... 130

7.2.1 线性分组码的引出............................................................. 130

7.2.2 线性分组码的最小码距....................................................... 133

7.2.3 生成矩阵......................................................................... 134

7.2.4 系统码............................................................................ 136

7.2.5 线性分组码的陪集译码或标准阵列译码................................... 138

VI

目录

7.2.6 校验矩阵......................................................................... 142

7.2.7 用校验矩阵进行译码.......................................................... 144

7.3 循环码..................................................................................... 149

7.3.1 循环码的定义................................................................... 149

7.3.2 生成多项式与生成矩阵....................................................... 149

7.3.3 循环码的检错与纠错译码..................................................... 151

7.3.4 循环冗余校验................................................................... 154

7.4 卷积码..................................................................................... 155

7.4.1 面向比特流的编码............................................................. 155

7.4.2 卷积码的表示方式............................................................. 158

7.4.3 维特比译码...................................................................... 160

7.5 差错控制编码知识总结和扩展........................................................ 174

7.5.1 差错控制编码在通信系统中的定位......................................... 174

7.5.2 差错控制编码相关概念梳理.................................................. 177

7.5.3 逼近信道容量的分组码简介.................................................. 179

第8 章差错控制II ............................................................................... 181

8.1 停止-等待ARQ .......................................................................... 182

8.2 后退N 帧ARQ ........................................................................... 184

8.3 选择重传ARQ ........................................................................... 186

8.4 混合ARQ 机制........................................................................... 188

第9 章交换原理.................................................................................. 190

9.1 交换的概念............................................................................... 190

9.2 交换结构.................................................................................. 193

9.2.1 空分交换单元................................................................... 193

9.2.2 时分交换单元................................................................... 198

9.3 交换设备的部署......................................................................... 200

第10 章多址接入.................................................................................. 203

10.1 固定分配.................................................................................. 203

10.1.1 频分多址........................................................................ 203

VII

通信与网络

10.1.2 时分多址........................................................................ 203

10.1.3 频分多址和时分多址系统的容量分析.................................... 205

10.1.4 码分多址........................................................................ 206

10.1.5 码分多址系统的容量分析................................................... 210

10.2 随机接入.................................................................................. 211

10.2.1 ALOHA 协议.................................................................. 212

10.2.2 时隙ALOHA 协议............................................................ 214

10.2.3 CSMA 协议.................................................................... 216

10.2.4 CSMA/CD 协议............................................................... 217

10.2.5 CSMA/CA 协议............................................................... 219

10.2.6 案例：IEEE 802.11 DCF 的饱和性能分析.............................. 221

10.3 受控接入.................................................................................. 227

10.3.1 轮询............................................................................. 227

10.3.2 令牌传递........................................................................ 227

第11 章网络路由.................................................................................. 229

11.1 网络模型.................................................................................. 229

11.2 路由算法.................................................................................. 230

11.2.1 链路状态路由算法............................................................ 230

11.2.2 距离向量路由算法............................................................ 233

11.2.3 两种路由算法比较............................................................ 235

11.3 路由协议.................................................................................. 235

11.3.1 网络自治域..................................................................... 236

11.3.2 域内路由........................................................................ 237

11.3.3 域间路由........................................................................ 239

11.3.4 域内和域间路由比较......................................................... 240

第12 章拥塞控制.................................................................................. 242

12.1 网络拥塞.................................................................................. 242

12.2 拥塞控制方法............................................................................ 243

12.2.1 以路由器为中心和以主机为中心的控制方法............................ 243

12.2.2 基于预定方式和基于反馈方式的控制方法............................... 243

VIII

目录

12.2.3 基于窗口方式和基于速率方式的控制方法............................... 244

12.2.4 拥塞控制方法分类小结...................................................... 245

12.3 TCP 拥塞控制............................................................................ 245

12.3.1 传输层协议..................................................................... 245

12.3.2 TCP 连接管理机制........................................................... 246

12.3.3 TCP 的报文段结构........................................................... 249

12.3.4 TCP 的滑窗协议.............................................................. 251

第13 章通信与网络的前沿案例................................................................. 255

13.1 低时延通信与网络....................................................................... 255

13.2 矿区无人机械协同中的通信网........................................................ 257

13.3 车联网通信............................................................................... 257

13.4 可见光通信............................................................................... 258

13.4.1 概述............................................................................. 258

13.4.2 光通信技术中的调制......................................................... 261

13.4.3 多输入多输出技术............................................................ 262

13.4.4 光通信应用..................................................................... 263

13.5 智能通信与网络前沿介绍.............................................................. 264

附录A 互信息与信道容量...................................................................... 266

参考文献................................................................................................ 269