第2版前言
本书第1版自2008年11月出版以来,在电子科技大学和国内其他许多高等院校用作主讲教材与参考书,获得了大量成功应用。被列为普通高等教育“十一五”国家级规划教材和国家精品课程教材。
第2版修订广泛吸取几年来诸多院校教师与学生们的反馈意见,并结合新的学术与教学研究,以适应当前通信理论的发展与教学需要。本次修订在保持原来的章节结构、组织特点与写作风格的基础上,力图在内容的先进与代表性、理论与实际应用的有机结合、简明易读与富有启发性方面进行优化。为了方便熟悉第1版的广大师生,下面对所作变动予以详细说明。
第1章: 1.3节,更名为“消息与信源”。以具体的文字与语音消息开头,弱化抽象的信息描述方法。1.4节,改写“信道的影响”部分,突出信号衰减与加性噪声两个基本因素,补充传输带宽的概念。1.6节,简要说明基带与频带传输的概念。
第2章: 对全章进行了结构调整与简化。2.1节,“分贝”小节更名为“功率单位与分贝”,围绕“dBm与dBW”进行说明; 缩减了傅里叶变换的性质与常见变换对。2.2节,略去复随机信号、互功率谱。2.3节,将高斯信号与高斯白噪声合为一节,删去“常用函数”部分。2.5节,将带通信号、带通随机信号与噪声简化后合为一节。本章还分解与删除了原2.5节、2.6节与2.9节,将等效噪声带宽移入“信号通过LTI系统”节; 匹配滤波器与PAM信号功率谱分析移到第4章相关小节中。
第3章: 3.1节,梳理与简化SSB的讨论,增加混频的概念。3.2节,解释调频信号公式中积分运算的不同记法,简化正弦信号角度调制的频谱分析,简化窄带调频,梳理接收方法。3.4节,梳理内容与次序以方便教学取舍: 先归纳重要结论,再阐述常用的预加重技术,而后具体分析噪声性能,最后说明改善门限效应的方法。3.5节,采用案例形式讨论几种技术及其运用方法,包括: ①模拟电话中的FDM,②无线电AM广播中的超外接收机,③立体声FM无线广播中的FDM与兼容性设计,④模拟电视广播中的VSB。本章例题中增加了3.1节(AM广播常识)与3.4节(FM广播常识)。
第4章: 4.2节,梳理内容与次序以方便教学取舍: 首先利用基本公式讨论矩形PAM信号功率谱的主要结论,而后说明信号的数据率与带宽,最后详细推导有关公式。4.3节,插入匹配滤波器小节,解释误码分析中的优化设计思路,充实最佳接收机的分析,最后将一般接收系统的讨论列作选修内容。4.4节,先讨论多元接收的基本方法、性能结论与格雷编码,而误码分析置于后面可作选修。4.5节,更名为“码间干扰与带限信道上的传输方法”,突出带限信道的无ISI传输问题与方法,阐明基带信号的最小理论带宽值,充实根升余弦滤波器的设计例子。
第5章: 5.1节与5.2节,强调基于Eb/N0形式的BASK/BFSK非相干解调性能公式(这种形式在研究中更为常用),略去关于功率谱的推导,采用通用形式的带宽表示(避免只用矩形NRZ特例)。5.3节,侧重BPSK最佳接收系统的性能结论,修改DPSK差分检测的分析过程。5.4节,侧重QPSK带格雷码的直接映射方法,改进例题,简化DQPSK讨论并补充差分接收框图。5.5节,插入无ISI传输内容,侧重最小带宽与最高频带利用率的讨论(将矩形NRZ与滚降升余弦作为两种常见信号情形)。5.6节,增加“多元数字频带调制”一节,包含MASK、MFSK、MPSK与QAM方法,引入星座图的概念性,比较两类调制的特点。
第6章: 梳理DPCM编码的分析并简要介绍其在视频编码的应用,简述Δ调制的概念。
第7章: 配合新增的5.6节,将原MASK、MPSK与QAM三节简化后合并为一节,并对MFSK节进行简化。
第8章: 全章重新编著。8.1节,梳理内容并充实MSK信号的OQFSK等效形式的详细推导。8.2节,阐述并行/多音的思想,说明IFFT实现方法,简要介绍WLAN与ADSL两个重要案例。8.3节,由原8.3节与8.4节合并梳理为“扩展频谱技术与CDMA”一节,充实抗窄带干扰特性,阐述码分多址原理,梳理伪随机序列相关内容,充实跳频技术,简要介绍CDMA、GPS与蓝牙三个重要案例。
第9章: 裁剪关于FDM模拟电话系统与CDMA蜂窝电话系统的介绍(它们已经移到前面章节)。
第10、11章: 修正几处笔误。
最后,充实各章的例题与习题。增加附录C——Q(x)函数表。
本次修订由李晓峰教授统编定稿。
本书的出版,得到电子科技大学“通信原理”课程组同仁们的帮助,以及学校教务处和众多师生的大力支持。教材的使用过程中,许多院校的教师和学生提出了宝贵的意见。清华大学出版社的文怡编辑等花费了不少精力,作者在此一并表示衷心感谢。
书中不当之处在所难免,敬请批评指正。
作者2014年5月
第1版前言
交流是人类社会的基本活动,交通系统实现了物质与人员的交流,通信系统实现了信息的交流。这两个重要的系统对人类社会的进步与文明的发展起着巨大的作用。21世纪的信息社会以广泛开发与运用电子通信系统为重要特征,《通信原理》阐述通信系统的基础理论、技术与分析方法,它是现代信息社会中许多专业技术人员所需的基础知识。
作者结合多年来从事通信与信息学科的科学研究与技术开发的经验,以及讲授这门课程的教学实践经验,在广泛参考了国内外现有的同类书籍基础上,编写了这本本科生教材。编写中,本教材力求突出下面几点:
(1) 通信理论与技术发展迅速,作为教科书要选择具有基础性与代表性的内容,注重揭示各个概念的来源、问题的提出与解决方法,引导学生领悟其中的思想,达到融会贯通、举一反三的目的。
(2) 强调理论与实际的结合,注意阐述各种技术方法的数学原理,解释数学概念所关联的物理含义。
(3) 注重内容与表述方式的简明性、系统性与可读性。书中配置了大量的图示与例题,帮助阅读理解。在叙述上重点突出、层次分明,并采用“*”标志和不同字体来区分选读内容。
全书共分11章:
第1章——绪论,介绍通信及其系统的基础概念与入门知识;
第2章——基础知识,介绍信号、随机信号及线性系统的基本知识,着重关注它们在通信方面的内容;
第3章——模拟传输,介绍各种重要的模拟调制技术,包括幅度调制(常规AM、DSBSC、SSB与VSB)与角度调制(FM与PM)方式,说明它们的信号产生与接收方法、功率谱与带宽、噪声性能等,并介绍几个典型应用实例;
第4章——数字基带传输,介绍传输数字序列时基带信号的形成、功率谱与带宽等基本问题,说明噪声中的传输、无码间干扰、符号定时与同步,以及线路码型等问题;
第5章——基本的数字频带传输,介绍各种基本的数字频带调制技术,包括2ASK、2FSK、2PSK、QPSK及其差分调制等,说明它们的信号产生与接收方法、功率谱与带宽、误码分析方法,并比较各种系统的特性;
第6章——模拟信号数字化与PCM,介绍模拟信号数字化中的抽样、量化与编码技术,解释脉冲编码及其相关技术,简要说明时分复用与有关的数字体系;
第7章——信号空间分析与多元数字传输,介绍信号空间、信号星座图、最佳接收准则、最佳接收机结构与差错概率,并运用它们讨论MASK、MPSK、MQAM与MFSK技术;
第8章——现代数字传输技术,介绍几种现代数字传输中的常见技术,包括具有最小频移间隔的MSK、采用多个并行载波的OFDM、伪随机序列的特性,以及扩展频谱的通信技术;
第9章——多用户与无线通信,介绍解决众多用户共享通信系统资源的多路复用与多址技术,说明无线系统设计中的链路预算分析,并简单介绍无线信道的多径衰落特征与分集接收技术;
第10章——信息论基础,介绍熵、相对熵与互信息的基本概念,解释信道的容量与信道编码定理,说明无失真信源编码定理、速率失真关系等;
第11章——纠错编码,介绍编码信息传输的基本概念、纠错编码与译码的基本原理、线性分组码、循环码与二元卷积码等。
书中列举了大量的例题与图示,各章末附有充足的习题供练习。
本教材以高等数学、初等概率论、信号与系统的基本知识为基础,可以作为高等学校通信工程、信息工程等电子信息类专业的本科生的教材或教学参考书。为了适应不同学校教学与广大读者自学的需要,本书的内容大致分为两部分: 第一部分为基本内容,包括第1~6章; 第二部分为提高内容,包括第7~11章。为了尽量突出层次,书中对于一些可选的节或小节标注了“*”; 还特意将繁琐的计算、数学证明等相对独立的段落采用楷体排版,读者阅读时可以视情况跳过这些内容,而不影响对整体内容的理解。本书建议了两种教学方案(参见图示):
(1) 作为一个学期课程的基本教学方案: 建议教学学时数48~64学时;
(2) 作为两学期课程的完整教学方案: 建议教学学时数72~96学时。
还可以在此基础上灵活调整,比如: ①第2章的基础知识可以分散,结合具体章节讲授; ②只关心数字通信时,第3章可以略去; ③第8章中可以选择部分节讲授; ④第11章的纠错编码可以留给专门课程讲授; ⑤选择性地跳过各处标有“*”的节与楷体排版的可选内容。
基本教学方案(48~64学时)
