内容简介

本书从实用性出发，较全面地介绍了数字通信原理的基本理论和应用。全书共11章，主要内容包括数字通信系统的基本概念、通信信道、随机信号分析、模拟调制技术、信源编码、多路复用与多址技术、数字信号的基带传输、数字载波调制传输、数字信号的*佳接收、扩频通信、现代通信系统介绍等。本书提供配套电子课件、实验材料等。 本书可作为高等学校通信专业数字通信原理课程的基础教材，也可供相关领域的工程技术人员学习、参考。

作者简介

周冬梅，副教授，在读博士，硕士生导师，长期从事电子通信类教学工作，目前主要从事无线通信、电路设计、控制系统可靠性研究等方面的研究。多年在工作在教学一线，主讲了多门本科生及研究生课程。指导“电路与系统”、“通信与信息系统”、“信号与信息处理”等专业硕士研究生。曾获成都理工大学教学成果奖1项，成都理工大学优秀教师、第2届中国信息化成果优秀百篇论文奖。近年合作完成国家科技攻关项目2项，合作承担其他项目3项；独立完成其他项目3项。获得发明专利1个，发表论文19篇，其中EI2篇，核心期刊7篇。作为第2主编编写全国统编教材2本，出版专著1部。

目录

目 录

第1章 数字通信系统的基本概念 1
1．1 信息 3
1．1．1 信息的特性 3
1．1．2 信源 3
1．1．3 信息度量 4
1．2 通信的基本概念 5
1．2．1 通信的定义 5
1．2．2 通信的分类 6
1．2．3 通信方式 7
1．3 数字通信系统 9
1．3．1 数字通信的特点 9
1．3．2 数字通信系统的组成 10
1．3．3 数字通信模式 12
1．3．4 主要性能指标 13
本章小结 15
习题1 15
第2章 通信信道 17
2．1 信道的定义及分类 18
2．2 信道模型 19
2．2．1 调制信道 19
2．2．2 编码信道 20
2．3 信道容量 21
2．4 信道带宽 22
2．5 有线通信信道 23
2．5．1 有线通信信道的传输特性 23
2．5．2 恒参信道及其特性 24
2．5．3 恒参信道的实际传输 25
2．6 无线通信信道 26
2．6．1 无线电波 26
2．6．2 电离层电波传播 27
2．6．3 随参信道 27
2．6．4 无线信道空间传输损耗 28
2．6．5 多径衰落 31
2．6．6 信道特性的改善 32
本章小结 34
习题2 35
第3章 随机信号分析 37
3．1 信号及其分类 38
3．1．1 信号分类 38
3．1．2 相关函数 40
3．1．3 频谱密度 42
3．1．4 随机信号的数学描述 44
3．2 随机过程 46
3．2．1 随机过程的统计特性描述 46
3．2．2 平稳随机过程 48
3．2．3 高斯随机过程 51
3．2．4 窄带随机过程 54
本章小结 55
习题3 55
第4章 模拟调制技术 57
4．1 标准调幅（AM） 58
4．1．1 AM的基本原理 58
4．1．2 AM信号的频谱 59
4．1．3 AM信号的解调 59
4．2 其他调幅方式 60
4．2．1 抑制载波双边带调幅（DSB） 60
4．2．2 单边带调幅（SSB） 62
4．2．3 残留边带调幅（VSB） 64
4．3 频率调制（FM） 65
4．3．1 角度调制的基本原理 65
4．3．2 调频信号 66
4．3．3 FM的解调 67
4．4 模拟调制系统的抗噪声性能 68
4．4．1 调幅系统的抗噪声性能 69
4．4．2 FM系统的抗噪声性能 71
4．4．3 调频系统与调幅系统比较 74
本章小结 74
习题4 75
第5章 信源编码 76
5．1 信源编码技术 77
5．1．1 基本概念 77
5．1．2 信源编码分类 77
5．2 信号数字化传输 78
5．2．1 抽样定理 79
5．2．2 脉冲编码调制（PCM） 80
5．2．3 量化 82
5．2．4 编码 91
5．3 自适应差分脉冲编码调制（ADPCM） 96
5．3．1 差分脉冲编码调制（DPCM） 96
5．3．2 自适应脉冲编码调制（APCM） 98
5．3．3 自适应差分脉冲编码调制原理 99
5．4 增量调制（?M） 100
5．4．1 增量调制基本概念 100
5．4．2 简单增量调制 101
5．4．3 增量调制系统的量化噪声 104
5．4．4 增量调制系统的抗噪声性能分析 106
5．4．5 改进的?M调制系统 109
本章小结 110
习题5 110
第6章 多路复用与多址技术 112
6．1 多路复用技术 113
6．2 频分多路复用（FDM）技术 114
6．2．1 频分多路复用的基本原理 114
6．2．2 频分多路复用方式 116
6．3 时分多路复用（TDM）技术 117
6．3．1 时分多路复用的基本原理 117
6．3．2 时分多路复用的实现 118
6．4 准同步数字体系（PDH） 119
6．4．1 PCM基群帧结构 119
6．4．2 PCM30/32路基群系统构成 121
6．4．3 PCM的高次群数字复接 123
6．5 同步数字体系（SDH） 130
6．5．1 SDH网络单元与节点接口 130
6．5．2 STM-N帧结构 133
6．5．3 SDH复用原理 134
6．6 多址技术 135
6．6．1 常见的多址方式 136
6．6．2 多址技术和多路复用技术之间的联系与区别 137
本章小结 138
习题6 138
第7章 数字信号的基带传输 140
7．1 数字基带信号 142
7．1．1 数字基带信号的常用码型 142
7．1．2 数字基带信号功率谱 146
7．1．3 码型变换的基本方法 147
7．2 数字基带传输系统 150
7．2．1 数字基带系统的基本组成 150
7．2．2 数字基带系统的数学模型分析 151
7．2．3 码间串扰的消除 151
7．3 无码间串扰的基带传输系统 152
7．3．1 理想基带传输系统 152
7．3．2 无码间串扰的等效特性 152
7．3．3 升余弦滚降传输特性 153
7．3．4 无码间串扰时噪声对传输性能的影响 155
7．4 眼图 158
7．5 时域均衡技术 159
7．6 部分响应技术 162
7．6．1 部分响应系统与部分响应波形 162
7．6．2 部分响应系统的相关编码和预编码 164
本章小结 167
习题7 167
第8章 数字载波调制传输 169
8．1 数字调制与解调 170
8．2 振幅键控 171
8．2．1 二进制振幅键控（2ASK） 171
8．2．2 多进制振幅键控（MASK） 175
8．3 频移键控 177
8．3．1 二进制频移键控（2FSK） 177
8．3．2 多进制频移键控（MFSK） 182
8．4 相移键控 184
8．4．1 二进制相移键控（2PSK） 184
8．4．2 多进制数字相位调制（MPSK） 190
8．5 二进制数字调制系统的性能分析 193
8．6 多进制数字调制系统的性能比较 194
8．6．1 多进制系统误码特性比较 194
8．6．2 多进制数字调制系统性能 194
8．7 现代数字调制技术 195
8．7．1 正交振幅调制（QAM） 195
8．7．2 最小频移键控（MSK） 200
8．7．3 高斯最小频移键控（GMSK） 203
8．7．4 正交频分复用（OFDM） 204
本章小结 206
习题8 206
第9章 数字信号的最佳接收 208
9．1 最大似然准则 209
9．2 确定信号的最佳接收 211
9．2．1 二进制确定信号的最佳接收机 212
9．2．2 多进制确定信号的最佳接收机 213
9．3 随相信号的最佳接收 214
9．3．1 随相信号的定义 214
9．3．2 判决条件 214
9．4 匹配滤波器 215
9．4．1 基本原理 215
9．4．2 实现方法 219
9．4．3 性能分析 220
9．5 理想的接收机模型 220
9．6 最佳接收机性能分析 222
9．6．1 确定信号最佳接收误码率分析 222
9．6．2 调制方式对误码率的影响 224
9．6．3 理想接收机与实际接收机的比较 225
本章小结 226
习题9 226
第10章 扩频通信 228
10．1 扩频通信技术 229
10．1．1 扩频通信系统的原理 230
10．1．2 扩频系统的主要特点 230
10．1．3 扩频系统的工作方式 231
10．1．4 扩频系统的主要性能指标 233
10．2 伪随机序列 234
10．2．1 伪随机码的种类 234
10．2．2 伪随机序列的数学表述 235
10．2．3 伪随机序列的产生 236
10．3 m序列 238
10．3．1 线性反馈移位寄存器 238
10．3．2 m序列产生器 239
10．3．3 m序列的性质 240
10．3．4 M序列 243
10．4 扩频技术的发展趋势 245
10．4．1 超宽带技术 245
10．4．2 多载波调制技术 245
10．4．3 软件无线电 246
本章小结 246
习题10 247
第11章 现代通信系统介绍 248
11．1 现代通信网 249
11．1．1 通信网概述 249
11．1．2 现代通信网的构成、功能及发展 250
11．2 现代数字移动通信系统 252
11．2．1 移动通信的概念 252
11．2．2 GSM数字蜂窝通信系统 253
11．2．3 CDMA移动通信系统 257
11．2．4 第三代移动通信系统（3G） 259
11．2．5 第四代移动通信系统（4G） 261
11．2．6 第五代移动通信系统（5G） 264
11．3 现代卫星通信系统 267
11．3．1 卫星通信系统概述 267
11．3．2 卫星通信系统的组成及工作原理 268
本章小结 272
习题11 272
参考文献 273

前言/序言

前 言

随着人类社会步入信息化时代，信息成为一个国家和民族经济发展的重要战略资源和独特的生产要素，在全球数字化的今天，通信技术面临着前所未有的高科技挑战。此时，数字通信的产生为通信技术的迅速发展不断注入新的生机与活力，成为推动人类社会文明进步与发展的强大动力。

本书由多位具有多年从事“数字通信原理”教学与科研经验的优秀教师共同执笔完成；将教学与科研经验恰当地融入每个章节，对难点知识进行实例剖析，便于学生掌握，对读者学习本专业课程及以后从事数字通信方面的工作起到良好的指导作用。

全书共11章，主要内容包括数字通信系统的基本概念、通信信道、随机信号分析、模拟调制技术、信源编码、多路复用与多址技术、数字信号的基带传输、数字载波调制传输、数字信号最佳接收、扩频通信、现代通信系统介绍等。具体内容如下：

第1章“数字通信系统的基本概念”，简要介绍信息、通信及数字通信的基本概念，并阐述通信的不同分类，着重介绍数字通信系统的组成部分及基本通信模式，最后全面地分析数字通信中涉及的主要性能指标。

第2章“通信信道”，主要阐述信道的基本概念及其分类，研究不同信道对所传信号的影响和改善信道特性的办法，并介绍信道中存在的噪声干扰。

第3章“随机信号分析”，主要介绍信号及噪声的基本概念，包括一般表述、分类及频谱分析等。

第4章“模拟调制技术”，主要介绍幅度调制与解调，以及其抗噪性能；调频信号调制解调方法以及它的抗噪声能力，并与调幅信号进行比较。

第5章“信源编码”，主要探讨提高数字通信系统性能的有效途径，针对性地说明信源编码技术在提高信息速率中的作用，并对信源压缩编码方法进行介绍；详细介绍数字化传输中的抽样定理、脉冲编码调制PCM、增量调制方法及抗噪声性能。

第6章“多路复用与多址技术”，从信道传输能力的充分利用及提高传输效率出发，主要介绍信道的复用技术和多址接入技术，并讨论它们之间的联系与区别。重点介绍数字复接技术的原理、码速调整、二次群帧结构和同步数字系列SDH的帧结构、复接原理。

第7章“数字信号的基带传输”，主要研究数字基带信号传输的基本原理、方法及传输的性能。

第8章“数字载波调制传输”，主要介绍数字频带传输的基本方式，如振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK），并针对不同类型的数字调制系统进行详细介绍。

第9章“数字信号的最佳接收”，首先介绍最佳接收准则及匹配滤波器的基本原理和主要性质；其次对匹配滤波器进行性能分析，从而引出理想最佳接收机模型；最后通过对实际接收机与理想接收机的性能比较，提出实现最佳接收的途径及方法。

第10章“扩频通信”，在对扩频技术相关概念进行深入阐述的基础上，全面介绍扩频系统。

第11章“现代通信系统介绍”，在了解传统通信网的基础上，主要介绍现代通信网的构成和功能以及现代通信网基本理论和相关技术。

本书点面兼顾，循序渐进，注重重要概念的引入及分析方法与实际应用相结合，语言简练，逻辑性强，展现了数字通信原理的精彩之处；增强学生的学习兴趣。本书提供配套电子课件、实验材料等，请登录华信教育资源网（http://www.hxedu.com.cn）注册下载，也可联系本书编辑（wangxq@phei.com.cn）索取。

本书由周冬梅担任主编，由陈川、贾勇、魏媛、王建勤担任副主编。具体分工如下：周冬梅编写第6、7章，陈川编写第4、5章，贾勇编写第8、9章，魏媛编写第3章，王建勤编写第11章，陈春梅编写第1章，张凯、李曦、陈薇编写第2章，刘顺、韩伟编写第10章。全书由周冬梅统稿。

本书在编写过程中得到了作者单位的支持和其他同事的鼎力帮助，在此一并表示感谢。

由于时间仓促以及水平有限，难免存在错误和不妥之处，恳请读者批评指正。

编 者