通信原理——调制、编码与噪声（第七版） PDF下载

编辑推荐

本书对通信系统的讲解深入透彻，实例丰富，提供可下载的MATLAB仿真源代码、习题解答和教师手册，适合高等院校电子信息、通信类专业的高年级本科生或一年级研究生作为教材，也适合从事通信、信息工作的科技和工程技术人员作为参考书。；

内容简介

本书围绕信息从发送到接收的一系列处理环节，深入分析构成通信系统的各项技术和全貌。全书共12章，包括信号与系统、线性调制技术、角度调制和基带复用、数字信号传输、随机信号与噪声、系统调制噪声、有噪声干扰的数字通信、数字接收机等内容。本书结合通信的主题，即调制、编码与噪声，为读者提供了丰富的实例。配套网站则提供了MATLAB代码、习题解答，并为教师提供教师手册。

作者简介

Rodger E. Ziemer 于1960 ~ 1965年在美国明尼苏达大学相继获得学士、硕士、博士学位。于1984年担任美国科罗拉多大学斯普林斯分校电子与计算机工程系的主任。Ziemer主要研究通信理论及其应用。最新的研究包括独立分量分析的应用，这一技术用于多径与多址干扰信道的信号检测。Ziemer的研究领域还包括无线局域网中正交频分复用的应用。William H. Tranter 美国弗吉尼亚理工学院教授。研究领域包括：数字信号处理、无线通信系统、数字通信系统、计算机辅助设计、通信系统的分析及性能度量。他撰写或合著撰写的著作有：Principles of Communications: Systems, Modulation, and Noise、Signals and Systems: Continuous and Discrete, Fourth Edition。IEEE 会士，目前是IEEE通信学会技术委员会的副主席。

Rodger E. Ziemer 于1960 ~ 1965年在美国明尼苏达大学相继获得学士、硕士、博士学位。于1984年担任美国科罗拉多大学斯普林斯分校电子与计算机工程系的主任。Ziemer主要研究通信理论及其应用。最新的研究包括独立分量分析的应用，这一技术用于多径与多址干扰信道的信号检测。Ziemer的研究领域还包括无线局域网中正交频分复用的应用。William H. Tranter 美国弗吉尼亚理工学院教授。研究领域包括：数字信号处理、无线通信系统、数字通信系统、计算机辅助设计、通信系统的分析及性能度量。他撰写或合著撰写的著作有：Principles of Communications: Systems, Modulation, and Noise、Signals and Systems: Continuous and Discrete, Fourth Edition。IEEE 会士，目前是IEEE通信学会技术委员会的副主席。

通信原理——调制、编码与噪声（第七版） PDF下载

目 录

第1章 绪论
 1.1 通信系统的结构图
 1.2 信道的特性
 1.2.1 各种噪声源
 1.2.2 传输信道的类型
 1.3 系统分析技术概述
 1.3.1 时域分析与频域分析
 1.3.2 调制及其传输理论
 1.4 系统优化的概率统计方法
 1.4.1 信号的统计检测和估计理论
 1.4.2 信息论与编码
 1.4.3 领域内的最新进展
 1.5 本书内容的概要介绍
 补充书目
第2章 信号与线性系统简要分析
 2.1 信号的各种模型
 2.1.1 确知信号与随机信号
 2.1.2 周期性信号与非周期性信号
 2.1.3 相量信号与频谱
 2.1.4 奇异函数
 2.2 信号的分类
 2.3 傅里叶级数
 2.3.1 复指数傅里叶级数
 2.3.2 傅里叶系数的对称性
 2.3.3 傅里叶级数的三角函数表示形式
 2.3.4 帕塞瓦尔定理
 2.3.5 傅里叶级数的例子
 2.3.6 线谱
 2.4 傅里叶变换
 2.4.1 幅度谱与相位谱
 2.4.2 对称性
 2.4.3 能量谱密度
 2.4.4 卷积
 2.4.5 傅里叶变换的各项定理：证明及其应用
 2.4.6 周期信号的傅里叶变换
 2.4.7 泊松求和公式
 2.5 功率谱密度与相关性
 2.5.1 时间平均的自相关函数
 2.5.2 R(τ)的性质
 2.6 信号与线性系统
 2.6.1 线性时不变系统的定义
 2.6.2 冲激响应与叠加积分法
 2.6.3 稳定性
 2.6.4 传输函数(频率响应函数)
 2.6.5 因果性
 2.6.6 H( f )的对称性
 2.6.7 频谱密度的输入-输出关系
 2.6.8 周期性输入信号的响应
 2.6.9 无失真传输
 2.6.10 群时延与相位时延
 2.6.11 非线性失真
 2.6.12 理想滤波器
 2.6.13 用可实现的滤波器逼近理想低通滤波器
 2.6.14 脉冲的精度、上升沿的持续时间与带宽的关系
 2.7 采样定理
 2.8 希尔伯特变换
 2.8.1 定义
 2.8.2 希尔伯特变换的性质
 2.8.3 解析信号
 2.8.4 带通信号的复包络表示
 2.8.5 带通系统的复包络表示
 2.9 离散傅里叶变换与快速傅里叶变换
 补充书目
 本章内容小结
 疑难问题
 习题
 计算机仿真练习
第3章 线性调制技术
 3.1 双边带调制
 3.2 幅度调制
 3.2.1 包络检波
 3.2.2 调制梯形
 3.3 单边带调制
 3.4 残留边带调制
 3.5 变频与混频
 3.6 线性调制中的干扰
 3.7 脉冲幅度调制
 3.8 数字脉冲调制
 3.8.1 增量调制
 3.8.2 脉冲编码调制
 3.8.3 时分复用
 3.8.4 实例：数字电话系统
 补充书目
 本章内容小结
 疑难问题
 习题
 计算机仿真练习
第4章 角度调制与复用
 4.1 调相与调频的定义
 4.1.1 窄带角度调制
 4.1.2 角度调制信号的频谱
 4.1.3 角度调制信号中包含的功率
 4.1.4 角度调制信号的带宽
 4.1.5 窄带调频信号转换为宽带调频信号
 4.2 角度调制信号的解调
 4.3 反馈式解调器：锁相环
 4.3.1 将锁相环用于调频信号与调相信号的解调
 4.3.2 工作在跟踪模式的锁相环：线性模型
 4.3.3 工作在捕获模式的锁相环
 4.3.4 科斯塔斯锁相环
 4.3.5 倍频与分频
 4.4 角度调制系统中的干扰
 4.5 模拟脉冲调制
 4.5.1 脉冲宽度调制
 4.5.2 脉冲位置调制
 4.6 复用
 4.6.1 频分复用
 4.6.2 频分复用的实例：调频立体声广播
 4.6.3 正交复用
 4.6.4 各种复用方案的比较
 补充书目
 本章内容小结
 疑难问题
 习题
 计算机仿真练习
第5章 基带数字数据传输的原理
 5.1 带通数字数据传输系统
 5.2 各种线路码及其功率谱
 5.2.1 线路码简介
 5.2.2 完成线路编码之后数据的功率谱
 5.3 对数字数据进行滤波处理之后的效果——码间干扰
 5.4 脉冲的整形：码间干扰为零时的奈奎斯特准则
 5.4.1 具有零码间干扰特性的脉冲
 5.4.2 奈奎斯特脉冲整形准则
 5.4.3 码间干扰为零时的发送滤波器与接收滤波器
 5.5 迫零均衡
 5.6 眼图
 5.7 同步
 5.8 基带数字信号的载波调制
 补充书目
 本章内容小结
 疑难问题
 习题
 计算机仿真练习
第6章 概率与随机变量简介
 6.1 什么是概率
 6.1.1 事件等概率发生时的结果
 6.1.2 相对频率
 6.1.3 样本空间与概率的公理
 6.1.4 维恩图
 6.1.5 实用的概率关系式
 6.1.6 树状图
 6.1.7 一些较通用的关系式
 6.2 随机变量及其有关的各个函数
 6.2.1 随机变量
 6.2.2 概率(累积)分布函数
 6.2.3 概率密度函数
 6.2.4 联合cdf与联合pdf
 6.2.5 随机变量的变换
 6.3 统计平均
 6.3.1 离散随机变量的平均
 6.3.2 连续随机变量的平均
 6.3.3 随机变量的函数的平均
 6.3.4 函数的随机变量多于一个时的平均
 6.3.5 随机变量的方差
 6.3.6 将N个随机变量线性组合之后的平均
 6.3.7 独立随机变量的线性组合的方差
 6.3.8 表示平均的另一个具体指标——特征函数
 6.3.9 两个独立随机变量之和的概率密度函数
 6.3.10 协方差与相关系数
 6.4 实用的概率密度函数
 6.4.1 二项分布
 6.4.2 二项分布的拉普拉斯近似
 6.4.3 泊松分布以及二项分布的泊松近似
 6.4.4 几何分布
 6.4.5 高斯分布
 6.4.6 呈高斯分布的Q函数
 6.4.7 切比雪夫不等式
 6.4.8 各种概率函数及其均值、方差的汇总
 补充书目
 本章内容小结
 疑难问题
 习题
 计算机仿真练习
第7章 随机信号与随机噪声
 7.1 从相对频率的角度表示随机变量
 7.2 表示随机过程的若干术语
 7.2.1 样本函数与总体
 7.2.2 用联合概率密度函数表示的随机过程
 7.2.3 平稳性
 7.2.4 局部表示方式体现随机过程的特性：各态历经性
 7.2.5 各态历经过程中各种平均的含义
 7.3 相关性与功率谱密度
 7.3.1 功率谱密度
 7.3.2 维纳-辛钦定理
 7.3.3 自相关函数的性质
 7.3.4 随机脉冲序列的自相关函数
 7.3.5 互相关函数与互功率谱密度
 7.4 线性系统与随机过程
 7.4.1 输入输出之间的关系
 7.4.2 滤波之后的高斯过程
 7.4.3 噪声的等效带宽
 7.5 窄带噪声
 7.5.1 噪声的正交分量表示法、包络-相位表示法
 7.5.2 nc(t)、ns(t)的功率谱密度函数
 7.5.3 莱斯概率密度函数
 补充书目
 本章内容小结
 疑难问题
 习题
 计算机仿真练习
第8章 调制系统中的噪声
 8.1 信噪比
 8.1.1 基带系统
 8.1.2 双边带系统
 8.1.3 单边带系统
 8.1.4 幅度调制系统
 8.1.5 信噪比估计器
 8.2 相干解调系统中的噪声误差与相位误差
 8.3 角度调制系统中的噪声
 8.3.1 噪声对接收机输入端的影响
 8.3.2 PM信号的解调
 8.3.3 FM信号的解调：高于门限时的处理过程
 8.3.4 通过采用去加重技术提高系统的性能
 8.4 FM信号解调时的门限效应
 8.4.1 FM解调器的门限效应
 8.5 脉冲编码调制中的噪声
 8.5.1 检波后的信噪比
 8.5.2 压缩扩张特性
 补充书目
 本章内容小结
 疑难问题
 习题
 计算机仿真练习
第9章 噪声环境下数字数据传输的原理
 9.1 高斯白噪声环境下的基带数据传输
 9.2 信号为任意形状时的二进制同步数据传输
 9.2.1 接收机的结构与误码率
 9.2.2 匹配滤波器
 9.2.3 匹配滤波器接收机的误码率
 9.2.4 用相关器实现匹配滤波器接收机
 9.2.5 最佳门限
 9.2.6 非白噪声环境(有色噪声环境)
 9.2.7 接收机实现中存在的问题
 9.2.8 二进制信号相干传输系统的误码率
 9.3 不需要相干参考载波的调制方案
 9.3.1 差分相移键控
 9.3.2 数据的差分编码与译码
 9.3.3 FSK的非相干解调
 9.4 多进制脉冲幅度调制
 9.5 各种数字调制系统的比较
 9.6 码间干扰为零时数字数据传输系统的噪声性能
 9.7 多径干扰
 9.8 衰落信道
 9.8.1 信道的基本模型
 9.8.2 平坦衰落信道的统计特性与误码率
 9.9 均衡技术
 9.9.1 迫零均衡法
 9.9.2 最小均方均衡法
 9.9.3 抽头权值的调整
 补充书目
 本章内容小结
 疑难问题
 习题
 计算机仿真练习
第10章 高级数据通信的原理
 10.1 多进制数据通信系统
 10.1.1 以正交复用为基础的多进制方案
 10.1.2 偏移四相相移键控系统
 10.1.3 最小频移键控
 10.1.4 从信号空间的角度表示多进制数据传输
 10.1.5 从信号空间的角度表示QPSK
 10.1.6 多进制相移键控
 10.1.7 正交幅度调制
 10.1.8 相干FSK
 10.1.9 非相干FSK
 10.1.10 差分相干相移键控
 10.1.11 把误符号率转换为误比特率
 10.1.12 各种多进制通信系统的误比特率比较
 10.1.13 以带宽为基础将各种多进制通信系统进行比较
 10.2 数字调制的功率谱
 10.2.1 正交调制技术
 10.2.2 频移键控调制
 10.2.3 小结
 10.3 同步
 1

前沿

译；者；序

近些年国内引进翻译了通信理论方面的很多著作。细细推敲，这些著作的共同特点是：分析时牢牢抓住了通信过程中的噪声、带宽这两个核心问题，而且针对所采用的任何一种具体的技术，详细地剖析了发生的过程、所产生的结果。目前，国内电子、通信类本科生、研究生欠缺的正是这种探索精神。现代通信产品的研发，同样以解决通信中的这两个问题为主线。比如，现代战争中的电子战，就是在对方通信系统工作的带宽范围内，通过发送功率大得多的噪声，达到人为地干扰对方通信指挥系统正常工作的目的。又比如，在发生于1991年的“沙漠风暴行动”中，把GPS接收机缝制在士兵的军装内，可以避免在沙漠里迷失方向；海湾战争中采用的GPS接收机超过了9000套。与此对应的卫星通信系统，在无线收、发信机之间直接通过卫星链路完成通信与指挥，但这种背景下的通信仍需要解决噪声、带宽这两个核心问题。总之，如今的电子通信，早已发展到了太空领域。当然，无论哪一种技术，都离不开基本的理论。电子工业出版社引进的Rodger E. Ziemer的《通信原理——调制、编码与噪声(第七版)》，在围绕带宽与噪声的主题展开分析时，具有如下的特点：
1．根据通信系统的模块化结构，分析每个模块中采用的技术。然后结合具体实例从量的角度分析这些模块的常规指标。
2．为了理解各个模块、各种技术，书中设计了MATLAB仿真。读者通过单步执行这些程序，可以观察到通信过程的各种现象，因而有助于读者根据这些现象深入理解通信的本质。
3．用很大的篇幅剖析模拟调制、数字调制；用很大的篇幅分析噪声、干扰对系统的影响。
4．反复地强调概率论与随机过程。无线通信系统、有线通信系统都离不开这一最基本的理论。
5．对于难度大一点的技术，通过反复出现在每一章后面的习题，让读者在训练之后能定量、定性地理解相应的技术与指标。
6．利用附录对实际噪声源、联合高斯随机变量、窄带噪声模型、过零点的统计特性、卡方统计分析法(以及常用的数学工具)进行了分析，有助于追根求源的同学提升自己的研究能力。
在翻译本书的过程中，本人得到了无线调制领域的国际知名学者Fuqing Xiong 教授的指点，在此表示诚挚的感谢。
以前翻译《现代通信系统》、《无线移动通信系统(第四版)》时，我先完成纸质版笔译，由几位本科生、硕士研究生录入成电子版后，我再反复校对。与以往不同，在翻译这本《通信原理——调制、编码与噪声(第七版)》时，全文的翻译、编辑、校对都是我一人独自完成的。尽管一再推敲和检查，仍难免有疏漏与不足，敬请广大读者批评指正。联系电子邮箱：tanmingxin@mail.ccnu.edu.cn。

；；；；
于武汉；

前；；；言

尼尔? 阿姆斯特朗于1969年成为第一个登月人之后，在不到10年的时间内，本书的第1版于1976年出版。首次登月的各项规划导致了科学与技术的多方面发展。众多进展(特别是微电子技术领域的进展、数字信号处理技术(Digital Signal Processing，DSP)领域的进展)成为通信发展的推动技术。比如，从根本上说，在1969年之前，所有的商用通信系统(包括收音机、电话、电视系统)都是模拟系统。正是这些推动技术导致了如下应用的产生：①因特网和万维网；②数字收音机与数字电视；③卫星通信；④全球定位系统(Global Positioning Systems，GPS)；⑤用于传输语音与数据的蜂窝通信；；；；； ⑥影响百姓日常生活的、大量的其他应用。有许多文献给出了这些应用的深度分析。与这些文献不同的是，本书并未详细地介绍各个应用领域，而将重点放在基本理论与基本技术的剖析上。同学们若能切实地掌握这些基本理论，可以为从事更高层次的理论研究与应用方面的工作打下基础。
同理，这一版仍未包括许多新的应用与技术，并且相信：同学们通过这些内容的学习，在掌握了基本理论与分析技术之后，可以对这些生存期不会太长的应用实例与具体技术给出最佳的剖析。前面各个版本的反馈意见已经证实了这样一个道理：与具体的实用技术截然相反，本书在合理的篇幅内，强调基本理论可以在很大程度上满足读者的需要。本书很适合如下读者群：①高年级本科生；②可能已经忘记了基本知识的新入学的研究生；③工程师。书中也以适当的篇幅介绍了非常重要的新技术的发展，例如，多输入多输出(Multiple Input Multiple Output，MIMO)系统、接近信道容量的信道码。
本书第7版的两个明显变化是：①在每章末尾的习题中新增加了疑难问题；②将第6版的第3章分为两章。疑难问题正是通过相对简单的问题让同学们参与解决问题的训练。尽管这些问题的答案很简单，但全部的疑难问题包含了每一章的重要概念。之所以将第3章分为两章，主要是由于篇幅过长。新版的第3章集中分析线性模拟调制、简单的离散时间调制技术(采样定理的直接应用)。在各章末尾的习题中融入了许多新的习题和变化之后的习题。
除去这些明显的变化，这一版还包括许多其他变化。例如，考虑到本书中“信号空间”的内容并非必需，因此删去了第2章的相关内容(第11章较详细地分析了信号空间的概念)。如前所述，第3章介绍了线性模拟调制技术。加入了如下两方面的内容：① AM信号调制指数的度量；② 线性传输的度量。由于已完全淘汰了模拟电视技术，因此第3章中删去了相关内容。最后，在这部分内容中，还删除了自适应增量调制。第4章介绍非线性模拟调制技术。第5章除了习题有所变化，其他内容没有明显的增减。在分别介绍概率论与随机过程时，第6章、第7章的处理方式与第5章大体一样。第8章中加入了信噪比的度量，利用该指标分析噪声对调制系统的影响。在第9章中加入了衰减信道上基带信道模型的许多细节，以及配有最小均方误差(Minimum Mean Square Error，MMSE)的均衡器、配有自适应权值的MMSE均衡器误比特率(Bit Error Rate，BER)性能的仿真结果。这些变化同样体现在第10章中。由于还需要再增加数页才能将卫星通信进一步解释清楚，因此只能勉为其难地删除了这一内容。在MIMO系统中新加入了Alamouti处理法，在瑞利信道上，通过将2发1收的Alamouti信号传输系统与2发2收的传输系统进行比较，得出了BER曲线。第10章还在将4G与2G、3G进行比较时，加入了简要的分析。第11章除习题之外，没有其他变化。第12章中加入了“快速预览”，介绍信道容量的信道码、游程长度编码、数字电视的内容。
第七版的特点是：每一章都有几个计算机仿真的实例。由于MATLAB广泛应用于学术环境与工业应用环境，以及考虑到MATLAB丰富的图形库，因此选择了MATLAB仿真。同学们通过这些仿真实例(从计算各种性能曲线的程序到某种类型通信系统及其各种算法的仿真程序)，不必经过烦琐的计算就可以观察到较复杂系统的特性。这些实例能够让同学们了解通信系统环境下完成分析和仿真的现代化计算工具。为了保持本书的特色不变，尽管给出的这一类型的材料有限，但第7版中增加了计算机仿真实例和篇幅。除了章节中的计算机实例，还在每一章的末尾给出了计算机仿真练习。第7版明显突出了这一特色。这些仿真练习紧随各章的习题之后，这样设计的目的是：利用计算机体现出通信的基本原理，并为同学们提供进一步分析的方式。每一章除了将上一版的习题进行一些变化，还增加了大量的新习题。
本书中计算机仿真实例的所有源代码可以在Wiley出版社提供的网站下载。网站中还包含了附录G(疑难问题的答案)与参考文献的具体信息(bibliography)。网址为
www.wiley.com/college/ziemer
尽管书中包含了MATLAB源代码文本，但这里还是建议读者从Wiley出版社提供的网站下载，因为文本中的代码可能会出现印刷和其他类型的错误。这些代码有助于读者深入分析所述例子的仿真技术。此外，在该网站上，会根据需要周期性地更新MATLAB代码。网站上也包含章末习题与计算机仿真练习的完整解答(答案设置了密码，仅提供给授课老师) 。
感谢促进本教材出版的那些人以及对前面各版提出改进意见的那些人。感谢众多的同事们，是他们以各种形式给出了建议。还要感谢支持我们研究的工业界与各个机构。特别感谢密苏里大学理工学院、科罗拉多大学斯普林司分校、弗吉尼亚理工大学的同事们和同学们，本书第7版的出版离不开他们的意见与建议。谨以此书献给同学们。在过去的40多年中，我们与众多的人共事，是他们帮助我们塑造了教学与研究的风格。感谢所有共过事的人。
最后，在40年的写作生涯中，离不开我的家人的支持，对他们道一声谢谢远不足以表达我对他们的感激之情。

Rodger E. Ziemer ；；；；
William H. Tranter