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第1章 绪论 1

1.1数字通信系统的基本组成部分 1

1.2通信信道及其特征 2

1.3通信信道的数学模型 6

1.4数字通信发展的回顾与展望 8

1.5本书概貌 10

1.6文献注释与参考资料 10

第2章 确定与随机信号分析 11

2.1带通与低通信号的表示 12

2.1.1带通与低通信号 12

2.1.2带通信号的等效低通 14

2.1.3能量考虑 16

2.1.4带通系统的等效低通 18

2.2波形的信号空间表示 18

2.2.1矢量空间概念 19

2.2.2信号空间概念 20

2.2.3信号的正交展开 21

2.2.4格拉姆-施密特（Gram-Schmidt）过程 23

2.3某些有用的随机变量 28

2.4尾部概率的边界 41

2.5随机变量总和极限定理 45

2.6复随机变量 45

2.6.1复随机矢量 46

2.7随机过程 48

2.7.1广义平稳随机过程 48

2.7.2循环平稳随机过程 50

2.7.3本征与环随机过程 51

2.7.4马尔可夫链 51

2.8随机过程的级数展开 53

2.8.1带限随机过程的抽样定理 53

2.8.2 K-L （Karhunen-Loeve）展开式 55

2.9带通和低通随机过程 56

2.10文献注释与参考资料 59

习题 59

第3章 数字调制方法 68

3.1数字调制信号的表示 68

3.2无记忆调制方法 69

3.2.1脉冲幅度调制（PAM） 70

3.2.2相位调制 72

3.2.3正交幅度调制 74

3.2.4多维信号传输 76

3.3有记忆信号传输方式 81

3.3.1连续相位频移键控（CPFSK） 82

3.3.2连续相位调制（CPM） 83

3.4数字调制信号的功率谱 91

3.4.1有记忆数字调制信号的功率谱密度 92

3.4.2线性调制信号的功率谱密度 93

3.4.3有限记忆数字调制信号的功率谱密度 95

3.4.4马尔可夫结构调制方式的功率谱密度 95

3.4.5 CPFSK和CPM信号的功率谱密度 97

3.5文献注释与参考资料 103

习题 104

第4章AWGN信道的最佳接收机 112

4.1波形与矢量信道的模型 112

4.1.1一般矢量信道的最佳检测 113

4.2波形与矢量AWGN信道 116

4.2.1矢量AWGN信道的最佳检测 118

4.2.2 AWGN信道最佳接收机的实现 123

4.2.3最大似然检测错误概率的一致边界 127

4.3带限信号传输的最佳检测和错误概率 130

4.3.1 ASK或PAM信号传输的最佳检测和错误概率 131

4.3.2 PSK信号传输方式的最佳检测和错误概率 132

4.3.3 QAM信号传输的最佳检测和错误概率 135

4.3.4解调与检测 138

4.4功限信号传输的最佳检测和错误概率 140

4.4.1正交信号传输的最佳检测和错误概率 140

4.4.2双正交信号传输的最佳检测和错误概率 143

4.4.3单纯信号传输的最佳检测和错误概率 144

4.5不确定情况下的最佳检测：非相干检测 144

4.5.1载波调制信号的非相干检测 146

4.5.2 FSK调制信号的最佳非相干检测 148

4.5.3正交信号传输非相干检测的错误概率 148

4.5.4相关二进制信号包络检测的错误概率 151

4.5.5差分PSK （DPSK） 152

4.6数字信号传输方法的比较 155

4.6.1带宽与维度 155

4.7格和基于格的星座图 157

4.7.1格的介绍 158

4.7.2基于格的信号星座图 162

4.8有记忆信号传输方式的检测 166

4.8.1最大似然序列检测器 166

4.9 CPM信号的最佳接收机 168

4.9.1 CPM的最佳解调和检测 169

4.9.2 CPM信号的性能 172

4.9.3 CPM信号的次最佳解调和检测 176

4.10有线和无线通信系统的性能分析 177

4.10.1再生中继器 177

4.10.2无线通信系统中链路预算分析 178

4.11文献注释与参考资料 180

习题 181

第5章 载波和符号同步 198

5.1信号参数估计 198

5.1.1似然函数 199

5.1.2信号解调中的载波恢复与符号同步 199

5.2载波相位估计 201

5.2.1最大似然载波相位估计 202

5.2.2锁相环 204

5.2.3加性噪声对相位估计的影响 205

5.2.4面向判决环 207

5.2.5非面向判决环 211

5.3符号定时估计 216

5.3.1最大似然定时估计 216

5.3.2非面向判决定时估计 217

5.4载波相位和符号定时的联合估计 220

5.5最大似然估计器的性能特征 222

5.6文献注释与参考资料 224

习题 224

第6章 信息论基础 227

6.1信源的数学模型 227

6.2信息的对数度量 228

6.3信源的无损编码 230

6.3.1无损信源编码定理 231

6.3.2无损编码算法 233

6.4有损数据压缩 239

6.4.1连续随机变量的熵和互信息 240

6.4.2率失真函数 241

6.5信道模型和信道容量 244

6.5.1信道模型 244

6.5.2信道容量 247

6.6用正交信号集获取信道容量 253

6.7信道可靠性函数 254

6.8信道截止速率 255

6.8.1 Bhattacharyya界和Chernov界 256

6.8.2随机编码 257

6.9文献注释与参考资料 261

习题 261

第7章 线性分组码 275

7.1基本定义 275

7.1.1有限域的结构 277

7.1.2矢量空间 282

7.2线性分组码的一般性质 282

7.2.1生成矩阵和校验矩阵 283

7.2.2线性分组码的重量与距离特性 284

7.2.3重量分布多项式 285

7.2.4线性分组码的差错概率 287

7.3一些特殊的线性分组码 288

7.3.1重复码 289

7.3.2汉明码 289

7.3.3最大长度码 289

7.3.4 Reed-Muller码 289

7.3.5哈达玛码 290

7.3.6高莱码 291

7.4线性分组码的最佳软判决译码 291

7.5线性分组码的硬判决译码 295

7.5.1分组码的检错和纠错能力 297

7.5.2硬判决译码的码组和比特差错概率 298

7.6硬判决与软判决译码的性能比较 300

7.7线性分组码最小距离的边界 302

7.7.1辛格尔顿界 303

7.7.2汉明界 303

7.7.3普洛特金界 304

7.7.4埃利斯界 305

7.7.5 McEliece-Rodemich-Rumsey-Welch （MRRW）界 305

7.7.6乌沙莫夫-吉尔伯特界 305

7.8修改的线性分组码 306

7.8.1缩短和伸长 306

7.8.2删余和扩展 307

7.8.3删信和增广 308

7.9循环码 308

7.9.1循环码定义和基本性质 308

7.9.2系统循环码 312

7.9.3循环码编码器 314

7.9.4循环码的译码 315

7.9.5循环码实例 317

7.10 BCH码 319

7.10.1 BCH码的结构 319

7.10.2 BCH码译码 322

7.11里德-所罗门码 324

7.12突发差错信道的编码 327

7.13组合码 328

7.13.1乘积码 328

7.13.2级联码 329

7.14文献注释与参考资料 331

习题 332

第8章 基于网格和图形的编码 338

8.1卷积码的结构 338

8.1.1树、网格和状态图 341

8.1.2卷积码的转移函数 344

8.1.3系统的、非递归的和递归的卷积码 347

8.1.4卷积编码器的逆与恶性码 348

8.2卷积码的译码 350

8.2.1卷积码的最大似然译码——维特比算法 350

8.2.2卷积码最大似然译码的差错概率 352

8.3二进制卷积码的距离特性 354

8.4删余卷积码 357

8.4.1码率兼容的删余卷积码 359

8.5卷积码的其他译码算法 361

8.6卷积码应用的实际考虑 366

8.7非二进制的双k码和级联码 369

8.8卷积码的最大后验概率译码——BCJR算法 372

8.9 Turbo码和迭代译码 378

8.9.1 Turbo码的性能限 378

8.9.2 Turbo码的迭代译码 380

8.9.3迭代译码的EXIT图研究 382

8.10因子图与和-积算法 384

8.10.1 Tanner图 384

8.10.2因子图 386

8.10.3和-积算法 387

8.10.4利用和-积算法的MAP译码 390

8.11低密度奇偶校验码LDPC 390

8.11.1 LDPC译码 392

8.12带限信道的编码——网格编码调制TCM 392

8.12.1格和网格编码调制 401

8.12.2 Turbo编码的高带宽效率调制 402

8.13文献注释与参考资料 404

习题 405

第9章 通过带限信道的数字通信 410

9.1带限信道的特征 410

9.2带限信道的信号设计 413

9.2.1无符号间干扰的带限信号的设计——奈奎斯特准则 415

9.2.2具有受控ISI的带限信号设计——部分响应信号 418

9.2.3对受控ISI的数据检测 421

9.2.4有失真信道的信号设计 425

9.3有ISI和AWGN信道的最佳接收机 428

9.3.1最佳最大似然接收机 428

9.3.2具有ISI信道的离散时间模型 430

9.3.3离散时间白噪声滤波器模型的维特比算法 432

9.3.4具有ISI信道的MLSE性能 434

9.4 线性均衡 441

9.4.1峰值失真准则 441

9.4.2均方误差（MSE）准则 445

9.4.3 MSE均衡器的性能特征 448

9.4.4分数间隔均衡器 451

9.4.5基带和带通线性均衡器 454

9.5判决反馈均衡器 455

9.5.1系数最佳化 456

9.5.2 DFE的性能特征 457

9.5.3预测判决反馈均衡器 459

9.5.4发送机的均衡————Tomlinson-Harashima预编码 461

9.6降低复杂性的ML检测器 462

9.7迭代均衡和译码——Turbo均衡 464

9.8文献注释与参考资料 465

习题 466

第10章 自适应均衡 477

10.1自适应线性均衡 477

10.1.1迫零算法 477

10.1.2 LMS算法 478

10.1.3 LMS算法的收敛特性 481

10.1.4由有噪梯度估计值引起的过剩MSE 482

10.1.5加速LMS算法的初始收敛速率 484

10.1.6自适应分数间隔均衡器——抽头泄漏算法 486

10.1.7用于ML序列检测的自适应信道估计器 487

10.2自适应判决反馈均衡器 489

10.3网格编码信号的自适应均衡 490

10.4自适应均衡的递推最小二乘算法 492

10.4.1递推最小二乘（卡尔曼）算法 493

10.4.2线性预测和格型滤波器 496

10.5自恢复（盲）均衡 500

10.5.1基于最大似然准则的盲均衡 500

10.5.2随机梯度算法 503

10.5.3基于二阶和高阶信号统计量的盲均衡算法 507

10.6文献注释与参考资料 508

习题 509

第11章 多信道和多载波系统 512

11.1在AWGN信道中的多信道数字通信 512

11.1.1二进制信号 514

11.1.2 M元正交信号 515

11.2多载波通信 516

11.2.1单载波和多载波调制 517

11.2.2非理想线性滤波器信道的容量 517

11.2.3正交频分复用（OFDM） 518

11.2.4 OFDM系统的调制和解调 519

11.2.5 OFDM系统的FFT算法实现 521

11.2.6 多载波信号的谱特征 523

11.2.7多载波调制中的比特和功率的分配 525

11.2.8多载波调制中的峰均比 527

11.2.9多载波调制中的信道编码的考虑 528

11.3文献注释与参考资料 528

习题 529

第12章 数字通信用扩频信号 531

12.1扩频数字通信系统的模型 532

12.2直接序列扩频信号 533

12.2.1译码器的差错率性能 535

12.2.2 DS扩频信号的一些应用 542

12.2.3脉冲干扰对DS扩频系统的影响 545

12.2.4 DS扩频系统中窄带干扰的删除 550

12.2.5 PN序列的生成 554

12.3跳频扩频信号 558

12.3.1 AWGN信道中的FH扩频信号的性能 560

12.3.2部分频带干扰下FH扩频信号的性能 561

12.3.3基于FH扩频信号的CDMA系统 566

12.4其他类型的扩频信号 567

12.5扩频系统的同步 568

12.6文献注释与参考资料 572

习题 574

第13章 衰落信道Ⅰ：信道特征与信号传输 578

13.1多径衰落信道的特征 578

13.1.1信道相关函数和功率谱 580

13.1.2衰落信道的统计模型 584

13.2信号特征对信道模型选择的影响 587

13.3频率非选择性慢衰落信道 588

13.4多径衰落信道的分集技术 591

13.4.1二进制信号 592

13.4.2多相信号 597

13.4.3 M元正交信号 598

13.5频率选择性慢衰落信道中的信号传输：RAKE解调器 603

13.5.1抽头延迟线信道模型 603

13.5.2 RAKE解调器 604

13.5.3 RAKE解调器的性能 606

13.5.4符号间干扰信道的接收机结构 612

13.6 多载波调制（OFDM） 613

13.6.1多普勒扩展引起的OFDM系统性能的减损 614

13.6.2 OFDM系统中ICI的抑制 617

13.7文献注释与参考资料 618

习题 618

第14章 衰落信道Ⅱ：容量与编码 624

14.1衰落信道的容量 625

14.1.1有限状态信道的容量 627

14.2遍历与中断容量 628

14.2.1瑞利衰落信道的遍历容量 629

14.2.2瑞利衰落信道的中断容量 634

14.3衰落信道的编码 637

14.4衰落信道中编码系统的性能 638

14.4.1全交织信道模型的编码 638

14.5衰落信道的网格编码调制 645

14.5.1衰落信道的TCM系统 645

14.5.2多重网格编码调制（MTCM） 647

14.6比特交织编码调制 649

14.7频率域编码 654

14.7.1线性二进制分组码软判决译码的差错概率 654

14.7.2线性分组码硬判决译码的差错概率 656

14.7.3用于瑞利衰落信道的卷积码性能的上边界 656

14.7.4衰落信道中恒重码和级联码的应用 658

14.8衰落信道的信道截止速率 663

14.8.1接收机具有CSI的全交织衰落信道的信道截止速率 663

14.9文献注释与参考资料 665

习题 666

第15章 多天线系统 669

15.1多天线系统的信道模型 669

15.1.1慢衰落频率非选择性MIMO信道中的信号传输 670

15.1.2 MIMO系统中数据符号检测 671

15.1.3通过慢衰落频率选择性MIMO信道的信号传输 675

15.2 MIMO信道的容量 680

15.2.1数学准备知识 680

15.2.2频率非选择性确定性MIMO信道的容量 681

15.2.3频率非选择性遍历随机MIMO信道的容量 682

15.2.4中断容量 684

15.2.5发送机知道信道时MIMO信道的容量 685

15.3扩频信号与多码传输 687

153.1正交扩频序列 687

15.3.2复用增益与分集增益 690

15.3.3多码MIMO系统 691

15.4 MIMO信道的编码 694

15.4.1瑞利衰落信道中时间编码SISO系统的性能 694

15.4.2 MIMO信道的比特交织时间编码 696

15.4.3 MIMO信道的空时分组码 698

15.4.4空时码的成对差错概率 704

15.4.5 MIMO信道的空时网格码 705

15.4.6级联空时码和Turbo码 707

15.5文献注释与参考资料 708

习题 709

第16章 多用户通信 714

16.1多址技术 714

16.2多址方式的容量 716

16.3 CDMA系统的多用户检测 719

16.3.1 CDMA信号与信道模型 719

16.3.2最佳多用户接收机 720

16.3.3次最佳检测器 724

16.3.4连续干扰抵消 728

16.3.5其他类型的多用户检测器 729

16.3.6检测器的性能特征 730

16.4广播信道的多用户MIMO系统 732

16.4.1发送信号的线性预编码 733

16.4.2发送信号的非线性预编码——QR分解 735

16.4.3非线性矢量预编码 739

16.4.4预编码的格压缩技术 741

16.5随机接入方式 743

16.5.1 ALOHA系统和协议 743

16.5.2载波侦听系统和协议 746

16.6文献注释和参考资料 749

习题 750

附录A矩阵 755

A.1矩阵的特征值和特征矢量 755

A.2奇异值分解 756

A.3矩阵的范数和条件数 757

A.4 Moore-Penrose伪逆 758

附录B多信道二进制信号的差错概率 759

附录C M相信号自适应接收的错误概率 763

C.1 M相信号通信系统的数学模型 763

C.2相位θ的特征函数和概率密度函数 764

C.3瑞利慢衰落信道的差错概率 766

C.4时不变与赖斯衰落信道的差错概率 769

附录D平方根分解 771

参考文献与资料 773

中英文人名对照表 806

词汇表 812