数字通信基础 第2版PDF电子书下载

目录 1

译者序 1

前言 1

第1章　数字数据传输导论 1

1.1　引言 1

1.2　数字通信系统组成 3

1.2.1　一般考虑 4

1.2.2　典型通信系统中的子系统 4

1.2.3　通信链路的容量 6

1.3　通信信道建模 8

1.3.1　引言 8

1.3.2　特定通信信道举例 9

1.3.2.1　传播信道 9

1.3.2.2　地面链路 10

1.3.2.3　光盘（CD）信道 11

1.3.3　通信信道建模方法 11

1.3.3.1　离散信道方法 11

1.3.3.2　通信信道的波形描述 12

1.3.4　通信信道中的干扰和失真 13

1.3.5　对外部信道传播的若干考虑 18

1.4　通信链路功率计算 19

1.4.1　通信系统性能计算中的分贝 20

1.4.2　通信系统中的功率电平计算；链路预算 20

1.5　通信的驱动力 23

1.6　计算机在通信系统分析和设计中的使用 24

1.7　本书预览 25

参考文献 26

习题 27

2.1　信号和线性系统理论回顾 31

2.1.1　引言 31

2.1.2　信号的分类 31

第2章　信号、系统、调制和噪声 31

2.1.3　系统的基本性质 32

2.1.4　时不变线性系统的特征函数——复指数信号；频率响应函数 33

2.1.5　正交函数序列 34

2.1.6　复指数傅里叶级数 35

2.1.7　傅里叶变换 37

2.1.8　信号频谱 40

2.1.9　能量关系 41

2.2　基本模拟调制技术 42

2.2.1　双边带调制 42

2.1.10　系统分析 42

2.2.2　Hilbert变换；单边带调制 44

2.2.3　角度调制 46

2.3　带通信号与系统的复包络表示 49

2.3.1　带通信号 49

2.3.2　带通系统 50

2.4　信号失真及滤波 52

2.4.1　无失真传输和理想滤波器 52

2.4.2　群时延和相位时延 53

2.4.3　非线性系统与非线性失真 58

2.5　实用滤波器的类型和特征 61

2.5.1　常用术语 61

2.5.2　巴特沃兹滤波器（最平坦） 62

2.5.3　切比雪夫滤波器（等波纹） 63

2.6.1　低通抽样定理 65

2.6　抽样定理 65

2.5.4　贝塞尔滤波器（最平坦时延） 65

2.6.2　非理想因素对抽样的影响 68

2.6.3　带通信号的抽样 68

2.6.4　降低对滤波器要求的过抽样和减抽样 69

2.6.5　脉冲编码调制 69

2.6.6　差分脉冲编码调制 72

2.7　随机过程 72

2.7.1　随机过程的数学描述 72

2.7.2　具有随机输入的线性时不变系统的输入输出关系；功率谱密度 77

2.7.2.1　部分描述 77

2.7.2.2　线性系统的输出统计特性 79

2.7.2.3　中心和非中心x2分布 81

2.7.3　随机过程的例子 82

2.7.4　窄带噪声的表示 83

2.7.5　窄带高斯过程包络的分布 85

2.8　随机变量的计算机产生 87

2.8.1　引言 87

2.8.2　具有特定分布的随机变量的产生 87

2.8.3　仿真白噪声过程的功率谱 89

2.8.4　伪噪声序列的产生 92

2.9　本章小结 94

参考文献 97

练习 97

第3章　基本数字通信系统 102

3.1　引言 102

3.2　二进制数字通信问题 102

3.2.1 AWGN中的二进制信号检测 102

3.2.2　匹配滤波器 105

3.2.3.1 PE的一般公式 107

3.2.3　匹配滤波器在二进制数据检测中的应用 107

3.2.3.2　双极性基带信号 108

3.2.3.3　基带正交信号 109

3.2.3.4　基带启闭信号 109

3.2.4　匹配滤波器接收机的相关器实现 111

3.3　信号通过带宽受限信道 112

3.3.1　系统模型 112

3.3.2　无符号间干扰设计：奈奎斯特脉冲成形准则 114

3.3.3　最佳的发送和接收滤波器 116

3.3.4　发送信号频谱的成形 119

3.3.5　双二进制信号 121

3.4　数字数据传输系统中的均衡 123

3.4.1　引言 123

3.4.2　迫零均衡器 123

3.4.3　最小均方误差均衡器 127

3.4.4　自适应权值调整 130

3.4.5　其他均衡器结构 133

3.4.6　均衡器的性能 134

3.5　数字通信系统仿真举例 136

3.6　脉冲编码调制中的噪声影响 139

3.7　本章小结 143

参考文献 144

习题 145

第4章 数字数据传输中的信号空间方法 147

4.1　引言 147

4.2　基于矢量空间的最佳接收机原理 149

4.2.1　最大后验概率检测器 149

4.2.2.1　接收波形的K维信号空间表示 151

4.2.2　信号的矢量空间表示 151

4.2.2.2　标量积 152

4.2.2.3　格兰姆—施密特方法 153

4.2.2.4　许瓦兹不等式 154

4.2.2.5　帕斯瓦尔定理 154

4.2.3　信号空间中的MAP检测器 156

4.2.4　MAP接收机性能计算 158

4.3　相干数字传输方式下的性能分析 160

4.3.1　相干二进制系统 160

4.3.2　相干M进制正交信号传输方式 161

4.3.3　M进制相移键控 163

4.3.4　正交幅度调制 165

4.4　接收机不需要相干参考的传输方式 169

4.4.1　非相干频移键控 169

4.4.2　差分相移键控 171

4.5　数字调制系统的比较 176

4.5.1 由符号错误概率得到比特错误概率 176

4.5.2　M进制数字通信系统的带宽有效性 178

4.6　功率和带宽等价基础上M进制数字调制方案的比较 179

4.6.1　相干数字调制方案 179

4.6.2　非相干数字调制方案 181

4.7　几种常用的调制方案 183

4.7.1　正交复用信号方案 183

4.7.1.1　正交复用 184

4.7.1.2　正交和偏移正交四相相移键控 185

4.7.1.3　最小频移键控 186

4.7.1.4　数字正交调制系统的性能 186

4.7.3　π/4-D QPSK 189

4.7.2　高斯MSK 189

4.7.4　正交调制方案的功率谱 191

4.8　设计实例与系统选择 193

4.9　多指数连续相位调制 198

4.9.1　多指数CPM信号模式的描述 199

4.9.2　多指数CPM信号功率谱的计算 203

4.9.3　多指数CPM信号的同步 206

4.10　正交频分复用 207

4.10.1　简介 207

4.10.2 OFDM的思想 208

4.10.3 DFT实现OFDM的数学描述 209

4.10.4　衰落对OFDM检测的影响 212

4.10.5.2　在OFDM中实现分集 214

4.10.5.3　实现问题 214

4.10.5.1　对抗时延扩展的OFDM符号速率 214

4.10.5 OFDM中的参数选择和实现问题 214

4.10.6 OFDM波形仿真 215

4.11　本章小结 215

参考文献 218

习题 220

第5章　数字通信中的信道损耗 224

5.1　引言 224

5.2　通信系统中的同步 224

5.2.1　载波同步 224

5.2.2　符号同步 231

5.2.3　帧同步 232

5.3.1.2　瑞利慢衰落中的比特差错率性能 234

5.3.1.1　引言 234

5.3　信号慢衰落对通信系统的影响 234

5.3.1　瑞利衰落信道中二进制调制方案的性能 234

5.3.1.3　衰落中使用路径分集以提高性能 235

5.3.1.4　中等瑞利快衰落中DPSK调制的性能 239

5.3.2　慢衰落中M进制调制的性能 243

5.3.2.1　引言 243

5.3.2.2　瑞利慢衰落中M进制PSK和DPSK调制的性能 243

5.3.2.3　莱斯慢衰落中M进制PSK和DPSK调制的性能 245

5.3.2.4　莱斯慢衰落中M进制QAM的性能 247

5.3.2.5　莱斯慢衰落中M进制非相干FSK的性能 247

5.3.3　慢衰落中采用分集的M进制BPSK和DPSK的性能 251

5.3.3.1　瑞利衰落 251

5.3.3.2　莱斯衰落 252

5.4.2　眼图 256

5.4.3　数字调制方法的包络函数 256

5.4　用于通信系统设计的诊断工具 256

5.4.1　引言 256

5.4.4　数字调制系统的矢量图 259

5.5　本章小结 262

参考文献 263

习题 264

第6章　信息论和分组编码的基本原理 267

6.1　引言 267

6.2　信息论的基本概念 268

6.2.1　信源编码 268

6.2.2　莱姆培尔-日杰夫编码算法 272

6.2.3　信道编码和信道容量 279

6.2.3.1　概述 279

6.2.3.2　仙农信道容量公式 280

6.2.3.3　离散无记忆信道的信道容量 281

6.2.3.4　可计算截止率 283

6.3　分组编码基础 285

6.3.1　基本概念 286

6.3.1.1　分组编码的定义 286

6.3.1.2　汉明距离和汉明重量 286

6.3.1.3　错误矢量 287

6.3.1.4　最佳译码准则 288

6.3.1.5　译码区域与错误概率 289

6.3.1.6　编码增益 291

6.3.1.7　小结 292

6.3.2　线性码 292

6.3.2.1　模2矢量运算 292

6.3.2.2　二进制线性矢量空间 293

6.3.2.3　线性分组编码 295

6.3.2.4　系统线性分组编码 297

6.3.2.5　线性分组编码的距离特性 298

6.3.2.6　用标准阵列译码 298

6.3.2.7　线性码的错误概率 302

6.3.3　循环码 306

6.3.3.1　循环码的定义 306

6.3.3.2　多项式运算 306

6.3.3.3　循环码的性质 308

6.3.3.4　循环码的编码 309

6.3.3.5　循环码的译码 310

6.3.4　汉明码 310

6.3.4.1　汉明码的定义 310

6.3.4.2　汉明码的编码 312

6.3.4.4　汉明码的性能 313

6.3.4.3　汉明码的译码 313

6.3.5 BCH码 317

6.3.5.1 BCH码的定义和编码 317

6.3.5.2 BCH码的译码 319

6.3.5.3　BCH码的性能 321

6.3.6　里德-所罗门码 323

6.3.6.1 里德-所罗门码的定义 323

6.3.6.2 RS码的译码 323

6.3.6.3 RS码的性能 323

6.3.7 高莱码 324

6.3.7.1 高莱码的定义 324

6.3.7.2 高莱码的译码 325

6.3.7.3　高莱码的性能 325

6.4　慢衰落信道上的编码性能 326

6.5　本章小结 330

参考文献 336

习题 337

第7章　卷积码基本原理 342

7.1　引言 342

7.2　基本概念 342

7.2.1　卷积码的定义 342

7.2.2　卷积码的译码 346

7.2.3　软判决的潜在编码增益 348

7.2.4　卷积码的距离特性 351

7.3　维特比算法 354

7.3.1　硬判决译码 354

7.3.2　软判决译码 358

7.3.3　译码错误概率 360

7.3.4　比特错误概率 361

7.4　好的卷积码及其性能 362

7.5　其他主题 365

7.5.1　序列译码 365

7.5.2　门限译码 365

7.5.3　里德-所罗门／卷积级联码 365

7.5.4　凿孔卷积码 366

7.5.5　网格编码调制 369

7.5.6 Turbo码 372

7.5.7　应用 374

7.6　本章小结 375

参考文献 377

习题 379

8.2　基本原理 382

第8章 自动重传请求系统原理 382

8.1　简介 382

8.3　三种ARQ策略 383

8.3.1　停止等待ARQ 383

8.3.1.1　基本原理 383

8.3.1.2　吞吐量计算 384

8.3.2　连续ARQ 387

8.3.2.1　基本原理 387

8.3.2.2　吞吐量计算 388

8.3.3　选择重传ARQ 390

8.3.3.1　基本原理 390

8.3.3.2　吞吐量计算 390

8.4　差错检测码 392

8.4.1　基本原理 392

8.4.2　汉明码 394

8.4.3 BCH码 395

8.4.4　高莱码 395

8.5　本章小结 396

参考文献 397

习题 398

第9章　扩频系统 400

9.1　引言 400

9.2　两个通信问题 401

9.2.1　脉冲噪声干扰 401

9.2.2　低检测概率 402

9.3　扩频系统的种类 404

9.3.1 BPSK直接序列扩频 404

9.3.2 QPSK直接序列扩频 411

9.3.3　非相干慢跳频扩频 414

9.3.4　非相干快跳频扩频 416

9.3.5　混合直接序列／跳频扩频 418

9.4　扩频系统的复包络表示 419

9.5　伪随机序列的产生和特性 422

9.5.1　定义和数学背景 422

9.5.2　m序列发生器的结构 424

9.5.3 m序列的特性 424

9.5.4 m序列的功率谱 426

9.5.5　产生m序列的多项式表 427

9.5.6 m序列的安全性 429

9.5.7 戈德码 430

9.5.8　卡萨米序列（小集合） 432

9.5.9　四元（四相）序列 432

9.6　扩频系统的同步 434

9.5.10　沃尔什码 434

9.7　干扰环境下扩频系统的性能 437

9.7.1　引言 437

9.7.2　干扰类型 437

9.7.3　对抗智能干扰源 437

9.7.4　阻塞噪声干扰情况下的错误概率 438

9.7.5　经过优化的部分带宽干扰或脉冲干扰下的差错概率 440

9.8　多用户环境下的性能 442

9.9　多用户检测 445

9.10　扩频系统举例 449

9.10.1　航天飞机频谱解扩器 449

9.10.2　全球定位系统 451

9.11　本章小结 453

参考文献 454

习题 456

第10章　蜂窝无线通信基础 460

10.1　简介 460

10.2　频率重用 461

10.3　信道模型 465

10.3.1　路径损耗和阴影衰落模型 466

10.3.1.1 自由空间路径损耗 466

10.3.1.2　平坦地面路径损耗 467

10.3.1.3　奥村／羽田路径衰减模型 469

10.3.1.4　对数正态阴影衰落 470

10.3.2　多径信道模型 471

10.3.2.1　瑞利衰落（不可分解多径）模型 473

10.3.2.2　莱斯（不可分解）模型 484

10.3.2.3　小结 487

10.3.2.4　可分解多径分量 487

10.3.2.5 WSSUS信道的数学模型 488

10.4　减轻多径衰落的技术 491

10.4.1　引言 491

10.4.2　空间分集 493

10.4.3　频率分集 494

10.4.4　时间分集 495

10.4.5　多径分集和RAKE接收机 495

10.5　系统设计和性能预测 497

10.5.1　引言 497

10.5.2　性能评价准则 498

10.5.3　频率重用 499

10.5.4　实际小区的几何形状 501

10.5.5　干扰平均 501

10.6.1　引言 503

10.6　先进移动电话业务 503

10.6.2　呼叫建立和控制 504

10.6.3　调制和信令格式 505

10.7　全球移动通信系统 507

10.7.1　引言 507

10.7.2　系统概述 508

10.7.3　调制和信令格式 509

10.7.4　小结和另外的评注 513

10.8　码分多址 514

10.8.1　引言 514

10.8.2　前向链路描述 517

10.8.3　反向链路描述 521

10.8.4 CDMA的容量 524

10.8.5　另外的评注 527

10.9.1　蜂窝的概念和系统 528

10.9　推荐读物 528

10.9.2　信道建模和传播 529

10.9.3　结束语 530

参考文献 530

习题 532

第11章　卫星通信 536

11.1　引言 536

11.1.1　卫星通信简史 536

11.1.2　基本概念和术语 537

11.1.3　轨道的关系 539

11.1.4　天线覆盖 540

11.2　卫星传输资源的分配 541

11.2.1 FDMA 541

11.2.2　TDMA 542

11.2.3 CDMA 545

11.3　链路功率预算分析 546

11.3.1　弯管中继 546

11.3.2　解调／再调制（再生）数字转发器 548

11.3.3　相邻信道干扰 549

11.3.4　相邻卫星干扰 550

11.3.5　受限转发器中的功率划分 551

11.4　链路功率预算的计算举例 553

11.5 中低地球轨道话音消息卫星系统 561

11.6　本章小结 562

参考文献 563

习题 564

A.1.2　公理 566

A.1.1　定义 566

A.1　概率理论 566

附录 566

附录A　概率和随机变量 566

A.1.3　联合、边际和条件概率 567

A.2　随机变量、概率密度函数以及均值 568

A.2.1　随机变量 568

A.2.2　概率分布和密度函数 568

A.2.3　随机变量的均值 571

练习 571

A.3　特征函数和概率母函数 572

A.3.1　特征函数 572

A.3.2　概率母函数 574

A.4　随机变量的变换 575

A.4.1　一般结论 575

A.4.2　高斯随机变量的线性变换 578

习题 579

.A.5　中心极限定理 579

参考文献 579

附录B　内部噪声的特性 582

参考文献 585

习题 585

附录C　大气中的气体成分和降雨引起的无线电波传输损耗 586

附录D　相干参考的产生 589

D.1　介绍 589

D.2　对相位噪声及其性质的描述 589

D.2.1　一般考虑 589

D.2.2　相位和频率噪声功率谱 589

D.2.3　艾伦方差 592

D.2.4　倍频器或分频器对相位噪声频谱的影响 593

D.3.1　同步模式：线性工作 594

D.3　锁相环模型和工作特性 594

D.3.2　噪声的影响 596

D.3.3　带有相位噪声振荡器的锁相环跟踪 600

D.3.4　相位抖动加噪声的影响 601

D.3.5　瞬时响应 602

D.3.6　锁相环的捕获 604

D.3.7　传输时延的影响 607

D.4　频率合成 607

D.4.1　数字合成器 608

D.4.2　直接合成 609

D.4.2.1　结构 609

D.4.2.2　直接合成器中寄生频率成分的产生 609

D.4.3.1　结构 611

D.4.3.2　输出相位噪声 611

D.4.3　锁相频率合成器 611

D.4.3.3　间接合成器的寄生产物 612

参考文献 612

习题 613

附录E　高斯概率函数 616

参考文献 617

附录F　数学表 618

F.1 sinc函数 618

F.2　三角恒等式 618

F.3　不定积分 619

F.4　定积分 620

F.5　级数展开 621

F.6　傅里叶变换的性质 622

F.7　傅里叶变换对 622