数字通信原理与技术

第1章 绪论 1 1.1 通信的发展 1 1.1.1 通信发展简史 1 1.1.2 通信技术的发展与展望 2 1.2 通信的概念 10 1.2.1 通信的定义 10 1.2.2 通信的分类 10 1.2.3 通信方式 12 1.3 通信系统 14 1.3.1 通信系统的模型 14 1.3.2 模拟通信系统 15 1.3.3 数字通信系统 16 1.3.4 数字通信的主要优缺点 17 1.4 信息论基础 18 1.4.1 信息及其量度 18 1.4.2 平均信息量 19 1.4.3 条件熵的计算 20 1.5 通信系统的性能指标 20 1.5.1 一般通信系统的性能指标 20 1.5.2 通信系统的有效性指标 21 1.5.3 通信系统的可靠性指标 22 1.6 通信信道的基本特性 23 1.6.1 信道的概念 23 1.6.2 传输信道 26 1.6.3 信道内的噪声 27 1.6.4 常见的几种噪声 28 1.6.5 信道容量 30 本章小结 34 思考与练习1 36 第2章 模拟信号的调制与解调 39 2.1 模拟信号的线性调制 39 2.1.1 常规双边带调制(AM) 39 2.1.2 抑制载波双边带调幅(DSB - SC) 42 2.1.3 单边带调幅(SSB) 43 2.1.4 残留边带调幅(VSB) 45 2.1.5 模拟线性调制的一般模型 47 2.1.6 线性调制系统的抗噪声性能 48 2.2 模拟信号的非线性调制 53 2.2.1 角度调制基本概念 53 2.2.2 窄带调频(NBFM) 54 2.2.3 宽带调频(WBFM) 55 2.2.4 调频信号的产生与解调 57 2.2.5 调频系统的抗噪声性能 59 2.3 模拟调制方式的性能比较 63 本章小结 64 思考与练习2 65 第3章 模拟信号的数字传输 68 3.1 抽样定理 68 3.1.1 抽样的概念 68 3.1.2 低通信号的抽样定理 71 3.1.3 带通信号的抽样定理 73 3.2 模拟信号的脉冲调制 75 3.2.1 脉冲振幅调制(PAM) 76 3.2.2 脉冲宽度调制(PDM) 77 3.2.3 脉冲位置调制(PPM) 77 3.3 脉冲编码调制(PCM) 77 3.3.1 量化 78 3.3.2 编码和译码 85 3.4 增量调制(ΔM) 90 3.4.1 简单增量调制 90 3.4.2 增量调制的过载特性与编码的动态范围 94 3.5 差值脉冲编码调制 96 3.5.1 差值脉冲编码调制(DPCM) 96 3.5.2 自适应差值脉冲编码调制(ADPCM) 98 3.6 子带编码(SBC) 100 3.6.1 基本概念 100 3.6.2 子带带宽 101 3.7 参量编码技术 101 3.7.1 参量编码 101 3.7.2 线性预测编码(LPC) 101 本章小结 102 思考与练习3 104 第4章 多路复用与数字复接 107 4.1 频分多路复用(FDM) 107 4.1.1 直接法FDM 107 4.1.2 复级法FDM 109 4.2 正交频分复用(OFDM) 112 4.2.1 OFDM的基本原理 113 4.2.2 基于FFT的OFDM系统组成 114 4.3 时分多路复用(TDM) 116 4.3.1 TDM基本原理 116 4.3.2 TDM信号的带宽及相关问题 118 4.3.3 TDM与FDM的比较 119 4.3.4 时分复用的PCM系统 120 4.3.5 PCM 30/32路典型终端设备介绍 121 4.3.6 统计时分多路复用(STDM) 123 4.4 波分多路复用(WDM) 124 4.5 码分多路复用(CDM) 127 4.6 多址通信技术 128 4.6.1 频分多址(FDMA) 128 4.6.2 时分多址(TDMA) 129 4.6.3 码分多址(CDMA) 131 本章小结 132 思考与练习4 132 第5章 准同步与同步数字传输体系 134 5.1 准同步数字体系(PDH) 134 5.1.1 数字复接的概念和方法 134 5.1.2 同步复接与异步复接 135 5.1.3 PCM高次群 137 5.2 同步数字体系(SDH) 138 5.2.1 SDH的基本概念 138 5.2.2 SDH的速率和帧结构 140 5.2.3 同步复用与映射方法 141 5.2.4 SDH设备应用原理 145 5.2.5 SDH自愈网 148 5.3 SDH在微波通信中的应用 153 5.3.1 微波SDH技术 153 5.3.2 SDH微波通信设备 154 5.3.3 SDH微波通信系统 155 5.3.4 SDH微波系统的综合应用 156 本章小结 156 思考与练习5 157 第6章 数字信号的基带传输 159 6.1 数字基带信号的常用码型 159 6.2 数字基带传输系统 165 6.2.1 数字基带传输系统的基本组成 165 6.2.2 码间串扰和噪声对误码的影响 167 6.2.3 基带传输系统的数学分析 168 6.2.4 码间串扰的消除 168 6.3 无码间串扰的基带传输系统 169 6.3.1 理想基带传输系统 169 6.3.2 无码间串扰的等效特性 171 6.3.3 升余弦滚降传输特性 172 6.3.4 无码间串扰时噪声对传输性能的影响 174 6.4 基带数字信号的再生中继传输 176 6.4.1 基带传输信道特性 176 6.4.2 再生中继系统 176 6.4.3 再生中继器 177 6.5 眼图 179 6.6 时域均衡 181 6.6.1 时域均衡原理 181 6.6.2 三抽头横向滤波器时域均衡 183 6.7 部分响应技术 185 6.7.1 部分响应波形 185 6.7.2 差错传播 186 6.7.3 部分响应基带传输系统的相关编码和预编码 187 6.7.4 部分响应波形的一般表达式 188 6.8 数字信号的*佳接收 190 6.8.1 *小差错概率接收 190 6.8.2 *小均方误差接收 191 6.8.3 *大输出信噪比接收 191 6.8.4 *大后验概率接收 193 本章小结 194 思考与练习6 195 第7章 数字信号的频带传输 199 7.1 引言 199 7.2 二进制数字振幅调制 200 7.2.1 一般原理与实现方法 200 7.2.2 2ASK信号的功率谱及带宽 201 7.2.3 2ASK信号的解调及系统误码率 203 7.3 二进制数字频率调制 206 7.3.1 一般原理与实现方法 206 7.3.2 2FSK信号的功率谱及带宽 208 7.3.3 2FSK信号的解调及系统误码率 211 7.4 二进制数字相位调制 214 7.4.1 绝对相移和相对相移 214 7.4.2 2PSK信号的产生与解调 216 7.4.3 2DPSK信号的产生与解调 219 7.4.4 二进制相移信号的功率谱及带宽 221 7.4.5 2PSK与2DPSK系统的比较 222 7.5 多进制数字调制 222 7.5.1 多进制数字振幅键控(MASK) 222 7.5.2 多进制数字频移键控(MFSK) 224 7.5.3 多进制数字相移键控(MPSK) 226 7.6 正交振幅调制(QAM) 236 7.6.1 QAM的调制解调原理 236 7.6.2 QAM信号的星座图 237 7.6.3 16QAM的实现 238 7.7 *小频移键控(MSK) 238 7.7.1 MSK的基本原理 239 7.7.2 MSK调制解调的实现 241 7.7.3 MSK系统的性能 243 7.8 数字调制系统性能比较 243 7.8.1 二进制数字调制系统的性能比较 243 7.8.2 多进制数字调制系统的性能比较 245 本章小结 246 思考与练习7 248 第8章 同步原理 252 8.1 概述 252 8.1.1 不同功用的同步 252 8.1.2 不同传输方式的同步 253 8.2 载波同步技术 254 8.2.1 直接法(自同步法) 254 8.2.2 插入导频法(外同步法) 257 8.2.3 载波同步系统的性能指标 260 8.3 位同步技术 261 8.3.1 位同步的概念 261 8.3.2 插入导频法(外同步法) 262 8.3.3 自同步法 263 8.3.4 位同步系统的性能指标 267 8.4 群同步(帧同步)技术 268 8.4.1 对群同步系统的基本要求 268 8.4.2 起止式同步法 269 8.4.3 连贯式插入法 269 8.4.4 间歇式插入法 271 8.4.5 群同步系统的性能指标 271 8.4.6 群同步的保护 273 8.5 网同步技术 274 8.5.1 全网同步 275 8.5.2 准同步 276 8.5.3 SDH网同步结构 277 本章小结 278 思考与练习8 279 第9章 差错控制编码 281 9.1 概述 281 9.1.1 信道编码 281 9.1.2 差错控制方式 281 9.2 检错与纠错 282 9.2.1 纠错码的分类 282 9.2.2 纠错编码的基本原理 282 9.3 常用差错控制码 283 9.3.1 奇偶监督码 284 9.3.2 水平奇偶监督码 284 9.3.3 行列监督码 284 9.3.4 群计数码 285 9.3.5 恒比码 285 9.4 线性分组码 285 9.4.1 基本概念 285 9.4.2 汉明码 286 9.4.3 监督矩阵 288 9.4.4 生成矩阵 288 9.4.5 校正和检错 289 9.4.6 线性分组码的性质 290 9.5 循环码 291 9.5.1 循环特性 291 9.5.2 生成多项式与生成矩阵 291 9.5.3 监督多项式及监督矩阵 293 9.5.4 编码方法 294 9.5.5 译码方法 295 9.6 卷积码 296 9.6.1 卷积码的概念 296 9.6.2 卷积码的图解表示 297 9.6.3 卷积码的译码 299 本章小结 300 思考与练习9 301 第10章 伪随机序列及应用 305 10.1 伪随机序列的概念 305 10.2 正交码与伪随机码 305 10.3 伪随机序列的产生 307 10.4 m序列 309 10.4.1 特征多项式 309 10.4.2 m序列产生器 310 10.4.3 m序列的性质 311 10.5 沃尔什码 313 10.6 伪随机序列的应用 314 10.6.1 扩展频谱通信 314 10.6.2 码分多址(CDMA)通信 317 10.6.3 通信加密 319 10.6.4 误码率的测量 320 10.6.5 数字信息序列的扰码与解扰 320 10.6.6 噪声产生器 322 10.6.7 时延测量 322 本章小结 323 思考与练习10 323 参考文献 325