数字通信

第1章 信号和频谱

1.1 数字通信信号处理

1.1.1 为什么要进行数字化

1.1.2 典型通信系统的方框图

1.1.3 基本的数字通信术语

1.1.4 数字通信与模拟通信的性能比较

1.2 信号分类

1.2.1 确定信号和随机信号

1.2.2 周期信号和非周期信号

1.2.3 连续信号和离散信号

1.2.4 能量信号和功率信号

1.2.5 单位冲激函数

1.3 频谱密度

1.3.1 能量谱密度

1.3.2 功率谱密度

1.4 自相关函数

1.4.1 能量信号的自相关函数

1.4.2 周期（功率）信号的自相关函数

1.5 随机信号

1.5.1 随机变量

1.5.2 随机过程

1.5.3 时间平均和各态遍历

1.5.4 随机过程的功率谱密度和自相关函数

1.5.5 通信系统中的噪声

1.6 线性系统的信号传输

1.6.1 冲激响应

1.6.2 频域传递函数

1.6.3 无失真传输

1.6.4 信号、电路和频谱

1.7 数字数据的带宽

1.7.1 基带与带通

1.7.2 带宽问题

1.8 小结

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练习

第2章 格式化和基带调制

2.1 基带系统

2.2 格式化文本数据（字符编码）

2.3 消息、字符和码元

2.3.1 消息、字符和码元的例子

2.4 格化式模拟信息

2.4.1 采样定理

2.4.2 混叠

2.4.3 采用过采样的原因

2.4.4 数字系统的信号接口

2.5 干扰源

2.5.1 采样和量化的影响

2.5.2 信道的影响

2.5.3 量化脉冲的信噪比

2.6 脉冲编码调制

2.7 均匀量化和非均匀量化

2.7.1 语音幅度的统计

2.7.2 非均匀量化

2.7.3 压扩特性

2.8 基带传输

2.8.1 二进制数字的波形表示

2.8.2 PCM波形的类型

2.8.3 PCM波形的频谱特性

2.8.4 比特每PCM码字以及比特每码元

2.8.5 M进制脉冲调制波形

2.9 相关编码

2.9.1 双二进制信号

2.9.2 双二进制解码

2.9.3 预编码

2.9.4 双二进制码等效转移函数

2.9.5 二进制信号与双二进制信号的比较

2.9.6 多二进制信号

2.10 小结

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习题

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第3章 基带信号解调与检测

3.1 信号和噪声

3.1.1 通信系统中差错性能的劣化

3.1.2 解调和检测

3.1.3 信号和噪声的矢量表示

3.1.4 数字通信系统中的信噪比参数

3.1.5 Eb/N0作为度量指标的原因

3.2 高斯噪声干扰下二进制信号的检测

3.2.1 最大似然接收机结构

3.2.2 匹配滤波器

3.2.3 匹配滤波器的相关实现

3.2.4 最佳差错性能

3.2.5 二进制信号的差错概率性能

3.3 码间串扰

3.3.1 降低码间串扰的脉冲整形

3.3.2 差错性能劣化的两种类型

3.3.3 整形脉冲的解调/检测

3.4 均衡

3.4.1 信道特性

3.4.2 眼图

3.4.3 均衡滤波器的类型

3.4.4 预置式均衡与自适应均衡

3.4.5 滤波器更新率

3.5 小结

参考文献

习题

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练习

第4章 带通调制和解调

4.1 为什么需要调制

4.2 数字带通调制技术

4.2.1 正弦信号的相量表示

4.2.2 相移键控

4.2.3 频移键控

4.2.4 幅移键控

4.2.5 振幅相位联合键控

4.2.6 波形振幅系数

4.3 高斯噪声背景下的信号检测

4.3.1 判决区域

4.3.2 相关接收机

4.4 相干检测

4.4.1 PSK的相干检测

4.4.2 采样匹配滤波器

4.4.3 多相相移键控的相干检测

4.4.4 FSK的相干检测

4.5 非相干检测

4.5.1 差分PSK的检测

4.5.2 二进制差分PSK举例

4.5.3 FSK的非相干检测

4.5.4 非相干正交FSK信号需要的频率间隔

4.6 复包络

4.6.1 调制器的正交实现

4.6.2 D8PSK调制举例

4.6.3 D8PSK解调举例

4.7 二进制系统的差错性能

4.7.1 BPSK相干检测的误比特率

4.7.2 差分编码二进制PSK相干检测的误比特率

4.7.3 二进制正交FSK相干检测的误比特率

4.7.4 二进制正交FSK非相干检测的误比特率

4.7.5 二进制DPSK的误比特率

4.7.6 各种调制类型误比特率的比较

4.8 M进制信号及其性能

4.8.1 理想误比特率性能

4.8.2 M进制信号

4.8.3 MPSK信号的矢量图

4.8.4 BPSK和QPSK具有相同的误比特率

4.8.5 MFSK信号的矢量图

4.9 M进制系统的误码性能（M]2）

4.9.1 MPSK的误码率

4.9.2 MFSK的误码率

4.9.3 正交信号误比特率和误码率之比较

4.9.4 多相信号误比特率与误码率之比较

4.9.5 码间串扰的影响

4.10 小结

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第5章 通信链路分析

5.1 系统工程中的系统链路预算

5.2 信道

5.2.1 自由空间的概念

5.2.2 差错性能的降低

5.2.3 信号损耗和噪声的来源

5.3 接收信号功率和噪声功率

5.3.1 量程方程

5.3.2 接收信号功率与频率的函数关系

5.3.3 路径损耗与频率的关系

5.3.4 热噪声功率

5.4 链路预算分析

5.4.1 两个重要的Eb/N0值

5.4.2 链路预算的分贝形式

5.4.3 链路余量的充足值

5.4.4 链路可用率

5.5 噪声系数、噪声温度和系统温度

5.5.1 噪声系数

5.5.2 噪声温度

5.5.3 线路损耗

5.5.4 复合噪声系数和复合噪声温度

5.5.5 系统有效温度

5.5.6 天电噪声温度

5.6 采样链路分析

5.6.1 链路预算细节

5.6.2 接收机品质因素

5.6.3 各向同性接收功率

5.7 卫星中继

5.7.1 非再生中继

5.7.2 非线性中继放大器

5.8 系统权衡

5.9 小结

参考文献

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第6章 信道编码（一）

6.1 波形编码

6.1.1 对极和正交信号

6.1.2 M进制信号处理

6.1.3 波形编码

6.1.4 波形编码系统举例

6.2 差错控制类型

6.2.1 终端连接

6.2.2 自动重发请求

6.3 结构化序列

6.3.1 信道模型

6.3.2 编码效率和冗余度

6.3.3 奇偶校验码

6.3.4 使用纠错编码的原因

6.4 线性分组码

6.4.1 矢量空间

6.4.2 矢量子空间

6.4.3 （6，3）线性分组码举例

6.4.4 生成矩阵

6.4.5 系统线性分组码

6.4.6 监督矩阵

6.4.7 伴随式检验

6.4.8 纠错

6.4.9 译码器的实现

6.5 检错和纠错能力

6.5.1 二进制矢量的重量和距离

6.5.2 线性码的最小距离

6.5.3 检错和纠错

6.5.4 6元组空间的视图

6.5.5 擦除纠正

6.6 标准阵的用途

6.6.1 估码能力

6.6.2 （n，k）码的一个例子

6.6.3 （8，2）码的设计

6.6.4 检错和纠错的权衡

6.6.5 标准阵提供的知识

6.7 循环码

6.7.1 循环码的代数结构

6.7.2 二进制循环码的特性

6.7.3 系统形式的编码

6.7.4 多项式除法电路

6.7.5 （n-k）级移位寄存器的系统编码

6.7.6 （n-k）级移位寄存器检错

6.8 常用分组码

6.8.1 汉明码

6.8.2 扩展格雷码

6.8.3 BCH码

6.9 小结

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第7章 信道编码（二）

7.1 卷积编码

7.2 卷积编码器表示

7.2.1 连接表示

7.2.2 状态描述和状态图

7.2.3 树图

7.2.4 网格图

7.3 卷积译码公式

7.3.1 最大似然译码

7.3.2 信道模型：硬判决和软判决的比较

7.3.3 维特比卷积译码算法

7.3.4 维特比卷积译码算法举例

7.3.5 译码器的实现

7.3.6 路径记忆与同步

7.4 卷积码的特性

7.4.1 卷积码的距离特性

7.4.2 系统卷积码和非系统卷积码

7.4.3 卷积码中的灾难性错误传播

7.4.4 卷积码的性能界限

7.4.5 编码增益

7.4.6 最常用的卷积码

7.4.7 卷积码的编码效率权衡

7.4.8 软判决维特比译码

7.5 其他卷积译码算法

7.5.1 序贯译码

7.5.2 维特比译码和序贯译码的比较及限制

7.5.3 反馈译码

7.6 小结

参考文献

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第8章 信道编码（三）

8.1 里德-索罗蒙码

8.1.1 里德-索罗蒙码的差错概率

8.1.2 突发噪声情况下R-S码性能良好的原因

8.1.3 作为分组大小、冗余度和编码效率函数的R-S性能

8.1.4 有限域

8.1.5 里德-索罗蒙编码

8.1.6 里德-索罗蒙码的译码

8.2 交织及链接码

8.2.1 分组交织

8.2.2 卷积交织

8.2.3 链接码

8.3 应用于激光唱盘数字音频系统中的编码和交织技术

8.3.1 CIRC编码

8.3.2 CIRC译码

8.3.3 内插和静音

8.4 Turbo码

8.4.1 Turbo码概念

8.4.2 对数似然代数学

8.4.3 乘积码举例

8.4.4 递归系统码的编码

8.4.5 反馈译码器

8.4.6 MAP算法

8.4.7 MAP译码举例

8.5 小结

附录8A对数似然比求和

参考文献

习题

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第9章 调制和编码的权衡

9.1 通信系统设计的目标

9.2 差错概率平面

9.3 奈奎斯特最小带宽

9.4 香农-哈特莱容量定理

9.4.1 香农极限

9.4.2 熵

9.4.3 疑义度和有效传输率

9.5 带宽-效率平面

9.5.1 MPSK、MFSK调制的带宽效率

9.5.2 带宽效率平面与差错概率平面的相似性

9.6 调制和编码的权衡

9.7 数字通信系统的定义、设计和评估

9.7.1 M进制信号处理

9.7.2 带宽受限系统

9.7.3 功率受限系统

9.7.4 MPSK和MFSK信号的要求

9.7.5 未编码带宽受限系统举例

9.7.6 未编码功率受限系统举例

9.7.7 带宽受限和功率受限编码系统举例

9.8 高效带宽调制

9.8.1 QPSK和偏移QPSK

9.8.2 最小频移键控

9.8.3 正交振幅调制

9.9 带宽受限信道的调制与编码

9.9.1 商用电话调制解调器

9.9.2 信号星座图边界

9.9.3 更高维数的信号星座图

9.9.4 高密度网格结构

9.9.5 综合增益：N维球体映射和密集网格

9.10 网格编码调制

9.10.1 网格编码调制的思想

9.10.2 TCM编码

9.10.3 TCM译码

9.10.4 其他网格编码

9.10.5 网格编码调制举例

9.10.6 多维网格编码调制

9.11 小结

参考文献

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第10章 同步

10.1 简介

10.1.1 同步定义

10.1.2 代价和收益

10.1.3 途径和假设

10.2 接收机同步

10.2.1 频率和相位同步

10.2.2 码元同步——离散码元调制

10.2.3 连续相位调制同步

10.2.4 帧同步

10.3 网同步

10.3.1 开环发射机同步

10.3.2 闭环发射机同步

10.4 小结

参考文献

习题

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第11章 多路复用和多址接入

11.1 通信资源的分配

11.1.1 频分复用/频分多址

11.1.2 时分复用/时分多址

11.1.3 通信资源信道化

11.1.4 FDMA和TDMA的性能比较

11.1.5 码分多址

11.1.6 空间分割和极化分割多址技术

11.2 多址通信系统及其结构

11.2.1 多址接入信息流

11.2.2 按需分配多址接入

11.3 接入算法

11.3.1 Aloha

11.3.2 时隙ALOHA

11.3.3 预约ALOHA

11.3.4 S-ALOHA和R-ALOHA的性能比较

11.3.5 轮询技术

11.4 国际通信卫星机构（INTELSAT）使用的多址技术

11.4.1 FDM/FM/FDMA或MCPC中的预分配

11.4.2 接入INTELSAT卫星的MCPC模式

11.4.3 SPADE操作

11.4.4 INTELSAT的TDMA

11.4.5 INTELSAT中的卫星交换TDMA

11.5 局域网的多址接入技术

11.5.1 载波侦听多址接入网

11.5.2 令牌环网

11.5.3 CSMA/CD与令牌环网的性能比较

11.6 小结

参考文献

习题

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第12章 扩频技术

12.1 扩频技术概述

12.1.1 扩频系统的优点

12.1.2 扩频技术的种类

12.1.3 直接序列扩频抗干扰模型

12.1.4 历史背景

12.2 伪噪声序列

12.2.1 随机特征

12.2.2 移位寄存器序列

12.2.3 PN序列的自相关函数

12.3 直接序列扩频系统

12.3.1 直接序列举例

12.3.2 处理增益和性能

12.4 跳频系统

12.4.1 跳频系统举例

12.4.2 鲁棒性

12.4.3 分集跳频

12.4.4 快跳频与慢跳频

12.4.5 FFH/MFSK解调器

12.4.6 处理增益

12.5 同步

12.5.1 捕获

12.5.2 跟踪

12.6 干扰分析

12.6.1 干扰与抗干扰的竞赛

12.6.2 宽带噪声干扰

12.6.3 部分频带噪声干扰

12.6.4 多音干扰

12.6.5 脉冲干扰

12.6.6 往返干扰

12.6.7 BLADES系统

12.7 商业应用

12.7.1 码分多址

12.7.2 多径信道

12.7.3 FCC第15部分扩频系统规范

12.7.4 直接序列扩频与跳频扩频的比较

12.8 蜂窝系统

12.8.1 直接序列CDMA

12.8.2 模拟调频、TDMA以及CDMA的比较

12.8.3 干扰限制系统与尺度限制系统的比较

12.8.4 IS-95CDMA数字蜂窝系统

12.9 小结

参考文献

习题

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练习

第13章 信源编码

13.1 信源

13.1.1 离散信源

13.1.2 波形源

13.2 幅值量化

13.2.1 量化噪声

13.2.2 均匀量化

13.2.3 饱和

13.2.4 抖动

13.2.5 非均匀量化

13.3 差分脉冲编码调制

13.3.1 一阶预测

13.3.2 N阶预测

13.3.3 增量调制

13.3.4 增量总和（*-*）调制

13.3.5 *-*A/D转换器

13.3.6 *-*D/A转换器

13.4 自适应预测

13.4.1 前向自适应

13.4.2 合成/分解编码

13.5 分组编码

13.5.1 矢量量化

13.6 变换编码

13.6.1 变换编码的量化

13.6.2 子带编码

13.7 数字数据的信源编码

13.7.1 编码特性

13.7.2 霍夫曼编码

13.7.3 游程编码

13.8 信源编码举例

13.8.1 音频压缩

13.8.2 图像压缩

13.9 小结

参考文献

习题

思考题

练习

第14章 加密和解密

14.1 模型、目标和早期的密码系统

14.1.1 加密和解密过程的模型

14.1.2 系统目标

14.1.3 常见威胁

14.1.4 古典密码

14.2 密码系统的保密性

14.2.1 理想保密性

14.2.2 熵与疑义度

14.2.3 代码的编码效率和冗余度

14.2.4 惟一性距离和理想保密性

14.3 实用安全性

14.3.1 混淆和扩散

14.3.2 替代

14.3.3 置换

14.3.4 乘积密码系统

14.3.5 数据加密标准

14.4 流加密

14.4.1 使用线性反馈移位寄存器生成密钥举例

14.4.2 线性反馈移位寄存器的弱点

14.4.3 同步和自同步流加密系统

14.5 公共密钥密码系统

14.5.1 公共密钥密码系统签名认证

14.5.2 陷门单向函数

14.5.3 Rivest-Shamir-Adelman系统

14.5.4 背包问题

14.5.5 基于陷门背包的公共密钥密码系统

14.6 PrettyGoodPrivacy标准

14.6.1 三重DES，CAST和IDEA

14.6.2 Diffie-Hellman（Elgamal变形）和RSA

14.6.3 PGP消息加密

14.6.4 PGP认证和签名

14.7 小结

参考文献

习题

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练习

第15章 衰落信道

15.1 衰落信道对通信的影响

15.2 无线移动信道传播特性

15.2.1 大规模衰落

15.2.2 小规模衰落

15.3 信号时间扩展

15.3.1 时延域上的信号时间扩展

15.3.2 时间扩展信号在频域中的特征

15.3.3 平坦衰落和频率选择性衰落示例

15.4 移动引起的信道时变性

15.4.1 在时域中分析信道的时变性

15.4.2 多普勒频移域中的时变性

15.4.3 瑞利信道慢衰落和平坦衰落的性能

15.5 降低衰落影响的方法

15.5.1 抗频率选择性失真的方法

15.5.2 抗快衰落失真的方法

15.5.3 减少信噪比损耗的方法

15.5.4 分集技术

15.5.5 衰落信道的调制类型

15.5.6 交织器的作用

15.6 衰落信道的主要参数

15.6.1 快衰落失真：情况1

15.6.2 频率选择性衰落失真：情况2

15.6.3 快衰落和频率选择性衰落失真：情况3

15.7 应用：减少频率选择性衰落的影响

15.7.1 GSM系统中的维特比均衡器

15.7.2 直接序列扩频（DS/SS）系统中的Rake接收机

15.8 小结

参考文献

习题

思考题

练习

附录A 傅里叶变换技术回顾

附录B 统计判决理论基础

附录C 相关器对白噪声的响应

附录D 常用等式

附录E s域，z域和数字滤波

附录F 符号列表

索引（中英文对照）

《数字通信：基础与应用（第2版）》重点论述数字通信的技术基础和新应用。全书共分15章，详细阐述了数字通信系统的基本信号变换、信号处理步骤、基带信号及高斯噪声中的信号检测、带通信号及其调制和解调技术、链路分析、各种信道编码方法、网格编码调制、同步问题、多路复用和多址接入、扩频技术及其应用、信源编码、基本的加密／解密方法以及衰落信道等。全书反映了近年来的新技术和新理论，还给出了大量富有特色的例题和习题。
　　《数字通信：基础与应用（第2版）》可作为高等院校通信类、信息类、电子类等专业高年级本科生或低年级研究生的教材，也可供有关技术、科研和管理人员使用或作为继续教育的参考书。

《数字通信：基础与应用（第2版）》反映了近年来的新技术和新理论，还给出了大量富有特色的例题和习题。
　　信号处理过程：从信源通过发射机、信道、接收机到信宿；关键的权衡：信噪比、差错概率和带宽扩展；网络编码调制和里德－索罗蒙编码：数学描述中隐含的原理；同步和扩展频谱方案；衰落信道：原理、影响及抗衰落技术；完整描述如何进行Turbo编码；用事实上的工业标准PGP实现加密。