数字通信系统原理

第1章数字通信概论1

1.1通信的概念和通信系统的一般模型1

1.1.1通信系统模型1

1.1.2通信系统的分类和通信方式3

1.1.3主要通信资源7

1.2数字通信与数字通信系统7

1.2.1数字通信7

1.2.2数字通信系统9

1.3数字通信技术的发展趋势10

1.3.1数字通信技术发展现状10

1.3.2数字通信技术的未来发展11

1.4数字通信系统的性能12

1.4.1有效性(速率问题)12

1.4.2可靠性(质量问题)14

1.5与数字通信相关的一些概念15

1.5.1数字通信系统常见的基本术语15

1.5.2数字通信与数据通信17

1.5.3数字通信系统与计算机技术17

1.6本书的结构特点与使用18

本章内容小结18

练习题120

第2章信号与通信信道21

2.1消息、信号与信息22

2.1.1消息与信号22

2.1.2信息与信息量25

2.2信号的频谱分析基础27

2.2.1信号的时域和频域28

2.2.2周期信号(非正弦)的傅里叶级数29

2.2.3非周期信号的频谱32

2.2.4相关35

2.3随机过程的基本概念36

2.3.1随机过程的概念36

2.3.2随机过程的统计特性36

2.4通信信道38

2.4.1信道的物理特性39

2.4.2信道容量(香农定理)41

2.4.3传输损耗41

2.4.4恒参信道的特性及其对信号传输的影响45

2.4.5变参信道的特性及其对信号传输的影响48

2.5滤波器知识概要50

2.6通信系统中的带宽问题51

本章内容小结52

练习题255

第3章信源编码58

3.1信源编码概述58

3.1.1信源与信源编码59

3.1.2模拟信号数字化传输方法概要59

3.2脉冲编码调制(PCM)60

3.2.1脉冲编码调制概述60

3.2.2信号的抽样61

3.2.3量化68

3.2.4编码和译码74

3.3增量调制(ΔM)80

3.3.1简单增量调制80

3.3.2过载特性与动态范围82

3.3.3PCM与(M系统的性能比较85

3.3.4改进型增量调制85

3.4自适应差分脉冲编码调制(ADPCM)86

3.4.1自适应量化86

3.4.2自适应预测87

本章内容小结88

练习题389

第4章数字信号的基带传输91

4.1概述91

4.2数字基带信号及其码型92

4.2.1二进制数字信息的波形表示92

4.2.2数字基带信号码型选择要求92

4.2.3数字基带信号的常用码型93

4.3数字基带传输系统99

4.3.1系统模型99

4.3.2无码间干扰的条件100

4.3.3常见的无码间干扰数字基带系统103

4.4数字基带信号的再生中继传输108

4.4.1再生中继系统108

4.4.2再生中继器109

4.4.3再生中继传输的性能分析110

4.5基带传输系统测量工具眼图112

4.6时域均衡技术114

4.6.1时域均衡概述114

4.6.2横向滤波器消除码间串扰工作原理115

4.6.3横向滤波器的度量标准117

4.7数字信号的扰码与解扰118

4.7.1数据序列的扰码与解扰118

4.7.2扰码器的基本原理与一般结构119

4.8典型的数字基带传输系统122

本章内容小结123

练习题4124

第5章信道编码(差错控制编码)127

5.1信道编码基本概念128

5.1.1差错控制编码概念128

5.1.2差错控制的基本方式128

5.1.3差错控制编码分类129

5.1.4差错控制编码基本原理130

5.2几种常用的检错码134

5.2.1奇偶监督码(奇偶校验码)134

5.2.2二维奇偶监督码134

5.2.3群计数码135

5.2.4恒比码135

5.2.5ISBN国际统一图书编号136

5.3线性分组码137

5.3.1线性分组码基本概念137

5.3.2汉明码137

5.3.3对一般线性分组码的讨论139

5.4循环码144

5.4.1循环码的代数结构144

5.4.2循环码的编译码过程145

5.4.3循环码的检错性能147

5.4.4循环码的编译码器148

5.5卷积码151

5.5.1卷积码编码的一般形式151

5.5.2卷积码编码器的工作原理151

5.5.3卷积码的图形描述154

5.5.4卷积码的维特比译码156

5.6交织编码159

5.6.1分组交织器160

5.6.2卷积交织器162

本章内容小结163

练习题5165

第6章信道复用与多址技术167

6.1多路复用与多址技术168

6.1.1信道复用技术应用背景168

6.1.2多路复用与多址的基本概念168

6.2频分复用(FDM)170

6.2.1频分复用的概念170

6.2.2频分复用在电话系统中的应用170

6.2.3频分复用技术特点171

6.3正交频分复用(OFDM)171

6.3.1OFDM技术的主要思想172

6.3.2OFDM的定义及系统构成173

6.3.3OFDM技术的优点175

6.4时分复用(TDM)与数字复接175

6.4.1时分复用原理175

6.4.2时分复用的帧结构177

6.4.3数字复接技术178

6.5同步数字体系(SDH)183

6.5.1同步数字体系(SDH)的基本概念183

6.5.2SDH的帧结构与速率185

6.5.3映射方法与同步复用187

6.5.4SDH网元188

6.5.5SDH自愈环190

6.5.6SDH的应用192

6.6多址通信方式193

6.6.1频分多址(FDMA)194

6.6.2时分多址(TDMA)196

6.6.3空分多址(SDMA)198

6.6.4码分多址(CDMA)198

本章内容小结199

练习题6201

第7章数字信号的调制传输202

7.1数字调制技术概要203

7.1.1引言203

7.1.2数字调制技术系列概述204

7.2数字振幅调制204

7.2.1二进制振幅键控(2ASK)204

7.2.2多进制振幅键控(MASK)207

7.3数字频率调制209

7.3.1二进制频率键控(2FSK)209

7.3.2多进制频率键控(MFSK)212

7.4数字相位调制212

7.4.1二进制相位键控(2PSK)213

7.4.2多进制相位键控(MPSK)219

7.5QAM调制技术226

7.6交错正交相移键控(OQPSK)技术228

7.7最小频移键控(MSK)调制231

7.7.1最小频移键控(MSK)的基本概念231

7.7.2MSK调制原理232

7.7.3高斯最小频移键控(GMSK)233

7.8扩频调制235

7.8.1扩频通信的基本原理236

7.8.2扩频通信的几种方式238

7.8.3直接序列扩频通信系统239

7.8.4跳频扩频通信系统241

7.8.5超级宽带(UWB)243

本章内容小结244

练习题7245

第8章定时与同步247

8.1数字通信系统中同步的作用248

8.1.1定时与同步的概念248

8.1.2同步在数字通信系统中的位置249

8.2载波同步250

8.2.1插入导频法(外同步法)250

8.2.2直接法(自同步法)252

8.2.3载波同步系统的性能指标254

8.2.4两种载波同步方法的比较254

8.3位同步255

8.3.1插入导频法255

8.3.2自同步法256

8.3.3位同步系统的性能指标258

8.4帧同步259

8.4.1起止式同步法259

8.4.2集中式插入法(连贯式插入法)260

8.4.3群同步系统的性能指标261

8.5网同步262

8.5.1数字系统中的同步262

8.5.2数字网的网同步方式263

本章内容小结264

练习题8266

第9章数字通信系统SystemVue仿真实验267

9.1SystemVue的基本特点及使用267

9.1.1SystemVue基本特点描述267

9.1.2SystemVue系统视窗268

9.1.3系统窗下的库选择操作269

9.1.4系统定时操作272

9.1.5分析窗操作介绍273

9.1.6在分析窗下观察分析结果274

9.1.7SystemVue进行通信系统仿真的基本步骤279

9.2SystemVue图符库介绍279

9.3数字通信系统SystemVue仿真实验283

9.3.1实验一：简单基带传输系统分析283

9.3.2实验二：二进制移相键控系统分析287

9.3.3实验三：16QAM调制解调系统分析288

9.3.4实验四：二进制差分编码/译码器291

9.3.5实验五：QPSK调制原理分析292

本章内容小结296

练习题9297

英文缩略语298

参考文献301

　　本书以现代数字通信系统为背景，从数字通信系统的共性出发，系统地介绍数字通信系统的基本概念、基本理论和相关技术。全书以数字通信系统为主线，共分为9章。第1章从系统出发，先给出数字通信系统的通用模型，并详细说明各部分的作用。第2章把数字通信系统原理中涉及到的数学定义、公式和理论集中在一起，不追求数学上的严密，使读者将物理上的直观和理论上的系统很好地结合。第2章到第8章，每章都以数字通信系统的通用模型的框图开始，框图中加实线框的部分就对应于该章的主题。从信源编码、信道编码、多路复用、频带调制、扩频、多址接入及同步等按发送次序的框图结构(接收过程相反)，读者学习完这些内容后能对数字通信系统建立起总体上的概念。第9章介绍了动态仿真软件SystemV_ue的使用及数字通信系统SystemVue软件仿真的实验项目，目的是学习一种通过软件方法高效地完成硬件设计的计算机辅助技术。本书侧重于系统，不强调电路的细节和数学分析等内容，在内容的处理上，强调物理概念，用直观的图解方法解释物理问题。对于重点和难点问题，均给出应用示例，并通过具体的应用加深对基本概念和基本原理的理解，理论知识紧密联系实际。　　本书内容紧紧围绕当今数字通信系统及其发展，涵盖所需的数字通信知识，内容全面，系统性强。全书分为10章，内容包括数字通信概论、信号与通信信道、信源编码、数字信号的基带传输、信道编码(差错控制编码)、信道复用与多址技术、数字信号的调制传输、定时与同步和数字通信系统SystemVue仿真实验。　　本书字通信理论部分以“必需、够用”为度，做到浅显易懂，减少不必要的数学推导和计算，注重理论与应用相互结合，注重数字通信技术在实际数字通信系统中的应用，注意吸收新技术和新的数字通信系统，给出应用实例。　　本书可作为高职高专电子信息、通信技术等专业相关课程教学用书，也可供广大工程技术人员阅读参考。