现代数字通信——原理、系统与仿真 PDF下载

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内容简介

本书以阐述数字通信基本原理为重点，以面向实际应用为导向，在系统地讲解模拟信号的数字化、数字基带传输、数字调制、传统信道编码技术基本理论的同时，详细介绍了Turbo码的编码与译码、直接序列扩频调制，以及CDMA系统、OFDM和MIMO-OFDM系统。为了便于读者加深对数字通信基本理论的理解、掌握部分主要知识点在实际通信系统中的应用，本书给出了17个MATLAB仿真示例。本书在内容上强调系统性和严谨性；在表达上注重逻辑性，力求简明易懂；在风格上注重理论与实际相结合、传统与现代为一体。本书可作为通信工程专业本科、研究生教材，也可供从事数字通信系统研究和设计的工程人员参考。

作者简介

李平安教授，西北工业大学获博士，曾分别于香港科技大学电机与电子工程系、德国慕尼黑工业大学电路理论和信号处理研究所从事博士后研究工作。曾任西北工业大学电子工程系副教授，大唐移动设备公司（原大唐科学技术研究院）高级工程师（从事第 3 代 TD-SCDMA 移动通信系统的研究与开发），现任武汉理工大学信息工程学院教授。曾获得航空基础科学基金科技一等奖；航空工业总公司科学进步二等；中国船舶总公司科技二等奖。主要研究方向；宽带无线通信，移动通信。

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第1章 绪论 1
1.1 数字通信系统的基本组成 1
1.2 数字通信系统的性能指标 2
1.3 香农信息容量定理 4
1.4 本章小结 6
习题1 7
第2章 通信信道 8
2.1 信道中的加性噪声 8
2.2 有线信道 9
2.3 无线电波及其频谱管理 9
2.4 自由空间传播 11
2.5 衰落信道 11
2.5.1 反射、绕射和散射 11
2.5.2 单径衰落信道模型 11
2.5.3 多径衰落信道模型 13
2.6 编码信道 15
2.7 本章小结 15
习题2 17
第3章 模拟信号的数字化 18
3.1 理想采样的信号分析 18
3.2 低通信号的采样定理 19
3.3 带通信号的采样定理 21
3.4 脉冲幅度调制(PAM) 21
3.5 脉冲编码调制 23
3.5.1 均匀量化 24
3.5.2 非均匀量化 25
3.5.3 PCM中的编码 29
3.6 差分脉冲编码调制 33
3.7 增量调制 34
3.8 本章小结 36
习题3 37
第4章 数字信号的基带传输 38
4.1 数字基带信号的波形与频谱 38
4.2 数字基带信号的常用编码码型 40
4.3 数字基带信号的无码间干扰传输 42
4.4 数字基带信号传输中的匹配滤波器设计 47
4.4.1 匹配滤波器 47
4.4.2 基带接收匹配滤波器 47
4.5 消除和降低ISI的技术 48
4.5.1 均衡技术 48
4.5.2 分集技术 51
4.6 本章小结 52
习题4 53
第5章 数字调制 54
5.1 已调信号的数学描述 54
5.2 线性数字调制信号的信号空间分析 55
5.3 线性数字调制的功率谱 58
5.4 二进制数字调制 59
5.4.1 2ASK调制 59
5.4.2 BPSK调制 60
5.4.3 2FSK调制 61
5.5 MSK调制 62
5.6 QPSK调制及MPSK(M ＞ 4)调制 64
5.7 MASK和MFSK调制 66
5.8 16QAM和MQAM(M ＞ 16)调制 67
5.9 线性调制已调信号的解调及误码率 67
5.9.1 相关接收机解调 68
5.9.2 匹配滤波器解调 70
5.9.3 符号错误率的一致界 71
5.9.4 不同调制技术的SER与BER 73
5.10 2ASK和2FSK信号的非相干解调 75
5.10.1 2ASK信号的非相干解调 75
5.10.2 2FSK信号的非相干解调 76
5.11 2FSK和MSK信号的相干解调 77
5.11.1 正交2FSK信号的解调 78
5.11.2 MSK信号的解调 79
5.12 误码率性能比较 80
5.13 本章小结 81
习题5 82
第6章 直接序列扩频调制和OFDM调制 84
6.1 直接序列扩频技术 84
6.2 直接序列扩频技术的优点 86
6.2.1 基于DSSS技术的隐蔽通信 86
6.2.2 DSSS技术抗窄带干扰性能分析 87
6.2.3 DSSS技术抗多径干扰分析 88
6.2.4 DSSS技术用于CDMA通信 88
6.3 扩频码 89
6.3.1 伪随机(PN)序列 89
6.3.2 正交码 92
6.4 OFDM调制 93
6.4.1 OFDM原理 95
6.4.2 OFDM调制与解调 96
6.4.3 OFDM系统中的循环前缀 98
6.4.4 OFDM系统的优点和缺点 99
6.5 本章小结 101
习题6 102
第7章 信道编码 103
7.1 线性分组码 103
7.1.1 线性分组码的原理 103
7.1.2 循环码 107
7.1.3 BCH码 110
7.2 低密度校验码(LDPC) 111
7.3 卷积码 113
7.4 Turbo码 118
7.4.1 Turbo码的编码 118
7.4.2 Turbo码的译码 119
7.5 本章小结 126
习题7 128
第8章 现代通信系统 129
8.1 DSSS-CDMA系统 129
8.1.1 AWGN信道中的DSSS-CDMA接收机 130
8.1.2 平坦衰落信道中的DSSS-CDMA接收机 131
8.1.3 频率选择性衰落信道中的DSSS-CDMA接收机 132
8.2 OFDM系统 134
8.3 MIMO系统 136
8.3.1 MIMO信道模型 136
8.3.2 MIMO信道的容量 137
8.3.3 空间分集MIMO系统 138
8.3.4 空间复用MIMO系统 141
8.4 MIMO-OFDM系统 141
8.4.1 空间分集MIMO-OFDM系统 141
8.4.2 空间复用MIMO-OFDM系统 143
8.5 本章小结 144
第9章 基于MATLAB的通信模块及通信系统仿真 145
附录A 部分频谱划分表 169
附录B 傅里叶变换对 170
附录C 信号分析 171
附录D 英文缩写注释 174
参考文献 176

前沿

现代通信系统不仅极大地提高了人们的生活质量，也明显地改变了人们的生活模式。从技术上看，现代通信网络的主要特征是涉及领域广、新技术含量高。如最先进的4G移动通信网络，其所采用的硬件和软件几乎涉及了信息理论、信号处理和信号传输、电子技术和计算机网络技术等多个领域最先进的技术。这无疑也给通信和信号处理专业的本科生与研究生的通信理论课教育提出了挑战，即如何解决好通信技术的理论课教育中，从基础的通信技术原理到现代实用高新技术之间跨越度大，既要重基本理论又要重实际应用之间的矛盾。显然，解决这一矛盾首先需要进行教材内容的改革。
本书在编写上针对解决下列几个方面的问题，体现了自己的特色：
(1)不少通信原理类的教材过分注重各种通信技术介绍上的面面俱到，几乎罗列了各章节内容所涉及的各种技术，但很多种技术的原理本身是相同的，有些技术在现代数字通信系统中是很少用的，甚至是不用的。本书在编写上着重介绍各类技术的原理，突出对重点技术的讲解，从而使得本书在有限的篇幅内，或者说课时内，既讲清楚了原理，又结合现代通信系统讲清楚了应用。
(2)考虑到现有的通信原理类教材中所包含的信号分析和平稳随机过程等章节属于其他先修课程所覆盖的内容，本书将这些内容提炼后作为附录。考虑到模拟调制技术在现代通信中很少使用，也不属于数字通信系统的知识范围，本书中不做介绍。
(3)考虑到通信信道，尤其是无线传输信道对现代通信系统的设计与仿真具有重要的意义，本书在第2章对通信信道的分析和建模进行了详细的讨论。
(4)考虑到直接序列扩频调制和OFDM调制是现代通信系统中所广泛应用的重要调制技术，本书在第6章对这两种技术进行了既简洁又深入的介绍。
(5)为了结合现代通信系统给读者讲授通信系统原理和通信技术的实际应用，本书在第8章介绍了3G和4G移动通信系统中所用到的直接序列扩频CDMA技术、OFDM技术和MIMO-OFDM技术，并结合采用这些技术的简单系统对现代通信系统中的均衡和分集等技术进行了讲解。
(6)考虑到信道编码技术中，Turbo编码技术和LDPC编码技术已成为实际应用中性能最优的纠错编码技术，本书在第7章信道编码中，对Turbo码的编码和译码思想，及其编码和译码算法进行了详细的介绍；受篇幅的限制，只对LDPC码进行了简单介绍。
(7)为了使得读者在学习本书之后，既能清楚技术原理，又懂得技术应用，本书在第9章给出了一系列涉及本书主要知识点的仿真程序。作者在每个仿真程序前介绍了仿真的方法和目的，并在程序中对关键语句或者关键程序段进行了注解。这些仿真程序都是作者在计算机上运行通过的，能帮助学生更深入地理解数字通信系统的原理及其在现代通信系统中的应用方法。
(8)本书在编写方式上既注重突出重点原理讲解，又注重编写上的逻辑性、简洁性，还注重结合系统应用进行知识点介绍，使得读者非常清楚每个章节内容在整个通信系统中的作用和应用方法。例如在第5章对数字调制技术的介绍中，围绕讲清楚3个要点：调制和解调方法的实现、频谱效率和误码率性能，重点突出线性调制，通过结合调制技术星座图和信号空间分析，系统地对两类数字调制技术：MPSK和MQAM技术进行了介绍，并且着重原理讲解和应用方法介绍，尽量避免烦琐的公式推导和罗列。