第1章 引言 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 7
1.4 数字通信发展的回顾与展望 8
1.5 本书概貌 10
1.6 文献与参考资料 11
2.1 概率 12
第2章 概率论与随机过程 12
2.1.1 随机变量、概率分布和概率密度 15
2.1.2 随机变量的函数 19
2.1.3 随机变量的统计平均 22
2.1.4 某些有用的概率分布 26
2.1.5 尾部概率的上边界 37
2.1.6 随机变量之和与中心极限定理 40
2.2 随机过程 44
2.2.1 统计平均 45
2.2.2 功率密度谱 47
2.2.3 线性时不变系统对随机输入信号的响应 48
2.2.4 带限随机过程的抽样定理 51
2.2.5 离散时间随机信号与系统 52
2.2.6 循环平稳过程 53
2.3 文献与参考资料 54
习题 55
第3章 信源编码 59
3.1 信源的数学模型 59
3.2 信息的对数量度 60
3.2.1 平均互信息和熵 62
3.2.2 连续随机变量信息的度量 64
3.3 离散信源编码 65
3.3.1 离散无记忆信源的编码 66
3.3.2 平稳离散信源 72
3.3.3 Lempel-Ziv 算法 73
3.4 模拟信源的编码——最优量化 75
3.4.1 率失真函数 75
3.4.2 标量量化 78
3.4.3 矢量量化 82
3.5 模拟信源的编码技术 87
3.5.1 时间波形编码 88
3.5.2 频谱波形编码 96
3.5.3 模型基信源编码 97
3.6 文献与参考资料 101
习题 102
4.1.1 带通信号的表示法 108
4.1 带通信号与系统的表示法 108
第4章 通信信号与系统的表征 108
4.1.2 线性带通系统的表示法 111
4.1.3 带通系统对带通信号的响应 112
4.1.4 带通平稳随机过程的表示法 113
4.2 信号空间表示法 115
4.2.1 向量空间概念 116
4.2.2 信号空间概念 117
4.2.3 信号的正交展开 117
4.3.1 无记忆调制 123
4.3 数字调制信号的表示法 123
4.3.2 有记忆线性调制 132
4.3.3 有记忆非线性调制—CPFSK 和 CPM 135
4.4 数字调制信号的频谱特性 147
4.4.1 线性调制信号的功率谱 147
4.4.2 CPFSK 和 CPM 信号功率谱 151
4.4.3 有记忆调制信号功率谱 157
4.5 文献与参考资料 160
习题 161
第5章 加性高斯白噪声信道的最佳接收机 169
5.1 受加性高斯白噪声恶化信号的最佳接收机 169
5.1.1 相关解调器 169
5.1.2 匹配滤波器解调器 173
5.1.3 最佳检测器 177
5.1.4 最大似然序列检测器 181
5.1.5 有记忆信号的逐个符号 MAP 检测器 184
5.2.1 二进制调制的错误概率 186
5.2 无记忆调制的最佳接收机性能 186
5.2.2 M 元正交信号的错误概率 188
5.2.3 M 元双正交信号的错误概率 191
5.2.4 单纯信号的错误概率 192
5.2.5 M 元二进制编码信号的错误概率 192
5.2.6 M 元 PAM 的错误概率 192
5.2.7 M 元 PSK 的错误概率 194
5.2.8 差分 PSK(DPSK)及其性能 198
5.2.9 QAM 错误概率 200
5.2.10 数字调制方法的比较 203
5.3 CPM 信号的最佳接收机 205
5.3.1 CPM 的最佳解调和检测 205
5.3.2 CPM 信号的性能 208
5.3.3 CPM 信号的逐个符号检测 213
5.3.4 CPM 信号的准最佳解调和检测 215
5.4 AWGN 信道中随机相位信号的最佳接收机 216
5.4.1 二进制信号的最佳接收机 216
5.4.2 M 元正交信号的最佳接收机 220
5.4.3 M 元正交信号包络检测的错误概率 221
5.4.4 相关二进制信号包络检测的错误概率 223
5.5 有线和无线通信系统性能分析 224
5.5.1 再生中继器 225
5.5.2 无线通信系统中链路预算分析 226
5.6 文献与参考资料 229
习题 229
第6章 载波和符号同步 241
6.1 信号参数估计 241
6.1.2 信号解调中的载波恢复与符号同步 242
6.1.1 似然函数 242
6.2 载波相位估计 244
6.2.1 最大似然载波相位估计 245
6.2.2 锁相环 247
6.2.3 加性噪声对相位估计的影响 248
6.2.4 面向判决环 250
6.2.5 非面向判决环 254
6.3.1 最大似然定时估计 260
6.3 符号定时估计 260
6.3.2 非面向判决定时估计 261
6.4 载波相位和符号定时的联合估计 264
6.5 最大似然估计器的性能特征 266
6.6 文献与参考资料 268
习题 269
第7章 信道容量和信道编码 272
7.1 信道模型和信道容量 272
7.1.1 信道模型 272
7.1.2 信道容量 275
7.1.3 以正交信号获取信道容量 280
7.1.4 信道可靠性函数 282
7.2 随机选择的码 283
7.2.1 基于 M 元二进制编码信号的随机编码 283
7.2.2 基于 M 元多幅度信号的随机编码 287
7.2.3 R0与 AWGN 信道容量的比较 289
7.3 基于截止速率的通信系统的设计 289
7.4 文献与参考资料 294
习题 295
第8章 分组码和卷积信道码 301
8.1 线性分组码 301
8.1.1 生成矩阵和奇偶校验矩阵 303
8.1.2 一些特殊的线性分组码 306
8.1.3 循环码 308
8.1.4 线性分组码的最佳软判决译码 318
8.1.5 线性分组码的硬判决译码 323
8.1.6 硬判决译码和软判决译码性能的比较 330
8.1.7 线性分组码最小距离的边界 333
8.1.8 非二进制分组码和级联分组码 335
8.1.9 突发差错信道中编码数据的交织 337
8.1.10 串行与并行级联分组码 339
8.2 卷积码 340
8.2.1 卷积码的转移函数 345
8.2.2 卷积码的最佳译码——维特比算法 349
8.2.3 软判决译码的差错概率 351
8.2.4 硬判决译码的差错概率 353
8.2.5 二进制卷积码的距离特性 355
8.2.6 删余卷积码 358
8.2.7 卷积码的其他译码算法 362
8.2.8 卷积码实用中一些问题的考虑 368
8.2.9 非二进制双 k 码和级联码 371
8.2.10 并行与串行的级联卷积码 374
8.3 带限信道的编码调制——网格编码调制 376
8.4 文献与参考资料 389
习题 390
第9章 带限信道的信号设计 395
9.1 带限信道的特征 395
9.2 带限信道的信号设计 399
9.2.1 无符号间干扰的带限信号的设计——奈奎斯特准则 400
9.2.2 具有受控 ISI 的带限信号设计——部分响应信号 404
9.2.3 受控 ISI 的数据检测 407
9.2.4 有失真信道的信号设计 411
9.3.1 具有零 ISI 的 PAM 检测的错误概率 413
9.3 PAM 检测的错误概率 413
9.3.2 部分响应信号检测的错误概率 414
9.4 谱成形调制码 416
9.5 文献与参考资料 423
习题 424
10.1 有 ISI 和 AWGN 信道的最佳接收机 431
10.1.1 最佳最大似然接收机 431
第10章 通过带限线性滤波器信道的通信 431
10.1.2 具有 ISI 信道的离散时间模型 433
10.1.3 离散时间白噪声滤波器模型的维特比算法 435
10.1.4 具有 ISI 信道的 MLSE 的性能 438
10.2 线性均衡 444
10.2.1 峰值失真准则 445
10.2.2 均方误差(MSE)准则 448
10.2.3 MSE 均衡器的性能特征 452
10.2.4 分数间隔均衡器 455
10.2.5 基带和带通线性均衡器 458
10.3 判决反馈均衡器 460
10.3.1 系数最佳化 460
10.3.2 DFE 的性能特征 461
10.3.3 预测判决反馈均衡器 464
10.3.4 发送端的均衡——Tomlinson-Harashima 预编码 465
10.4 降低复杂性的 ML 检测器 467
10.5 迭代均衡和译码——Turbo 均衡 468
习题 470
10.6 文献与参考资料 470
第11章 自适应均衡 477
11.1 自适应线性均衡器 477
11.1.1 迫零算法 477
11.1.2 LMS 算法 478
11.1.3 LMS 算法的收敛特性 481
11.1.4 由有噪梯度估计值引起的过剩 MSE 482
11.1.5 加速 LMS 算法的初始收敛速率 484
11.1.6 自适应分数间隔均衡器——抽头泄漏算法 486
11.1.7 用于 ML 序列检测的自适应信道估计器 487
11.2 自适应判决反馈均衡器 489
11.3 网格编码信号的自适应均衡 490
11.4 自适应均衡的递推最小二乘算法 492
11.4.1 递推最小二乘(卡尔曼)算法 493
11.4.2 线性预测和格型滤波器 496
11.5 自恢复(盲)均衡 500
11.5.1 基于最大似然准则的盲均衡 500
11.5.2 随机梯度算法 503
11.5.3 基于二阶和高阶信号统计量的盲均衡算法 507
11.6 文献与参考资料 508
习题 509
第12章 多信道和多载波系统 512
12.1 在 AWGN 信道中的多信道数字通信 512
12.1.1 二进制信号 513
12.1.2 M 元正交信号 515
12.2 多载波通信 516
12.2.1 非理想线性滤波器信道的容量 516
12.2.2 基于 FFT 的多载波系统 518
12.2.3 多载波系统的峰值平均比最小化 521
12.3 文献与参考资料 522
习题 522
第13章 数字通信用扩频信号 524
13.1 扩频数字通信系统的模型 525
13.2 直接序列扩频信号 526
13.2.1 译码器的差错率性能 528
13.2.2 DS 扩频信号的应用 535
13.2.3 脉冲干扰对 DS 扩频系统的影响 543
13.2.4 DS 扩频系统中窄带干扰的删除 547
13.2.5 PN 序列的生成 552
13.3 跳频扩频信号 556
13.3.1 AWGN 信道中的 FH 扩频信号的性能 558
13.3.2 部分频带干扰下 FH 扩频信号的性能 559
13.3.3 基于 FH 扩频信号的 CDMA 系统 564
13.4 其他类型的扩频信号 565
13.5 扩频系统的同步 566
13.6 文献与参考资料 572
习题 572
第14章 通过多径衰落信道的数字通信 577
14.1 多径衰落信道的特征 577
14.1.1 信道相关函数和功率谱 579
14.1.2 衰落信道的统计模型 584
14.2 信号特征对信道模型选择的影响 587
14.3 频率非选择性慢衰落信道 588
14.4 多径衰落信道的分集技术 591
14.4.1 二进制信号 592
14.4.2 多相信号 598
14.4.3 M 元正交信号 600
14.5 在频率选择性慢衰落信道中的数字信号传输 604
14.5.1 抽头延时线信道模型 604
14.5.2 RAKE 解调器 606
14.5.3 RAKE 接收机的性能 608
14.5.4 符号间干扰信道的接收机结构 612
14.6 用于衰落信道的编码波形 613
14.6.1 线性二进制分组码软判决译码的差错率 615
14.6.2 线性二进制分组码硬判决译码的差错率 616
14.6.3 用于瑞利衰落信道的卷积码性能的上边界 617
14.6.4 衰落信道中恒重码和级联码的应用 619
14.6.5 基于截止率的系统设计 624
14.6.6 编码相位相干通信系统的性能——比特交织编码调制 626
14.6.7 网格编码调制 628
14.7 多天线系统 629
14.8 文献与参考资料 636
习题 637
第15章 多用户通信 643
15.1 多址技术 643
15.2 多址方式的容量 645
15.3 码分多址 649
15.3.1 CDMA 信号与信道模型 649
15.3.2 最佳接收机 650
15.3.3 次最佳检测器 653
15.3.4 连续干扰抵消 658
15.3.5 检测器的性能特征 659
15.4 随机接入方式 662
15.4.1 ALOHA 系统和协议 662
15.4.2 载波侦听系统和协议 665
15.5 文献与参考资料 669
习题 669
附录 A 列文森-杜宾算法 675
附录 B 多信道二进制信号的差错率 677
C.1 M 相信号通信系统的数学模型 681
附录 C M 相信号自适应接收的差错率 681
C.2 相位θ的特征函数的概率密度函数 682
C.3 瑞利慢衰落信道的差错率 684
C.4 时不变与赖斯衰落信道的差错率 686
附录 D 平方根分解 690
文献与参考资料 692
中英文人名对照表 722
词汇表 729