深入理解通信系統 — 原理、架構與設計 (原書第5版)

"布魯斯·卡爾森（A. Bruce Carlson）倫斯勒理工學院電子、計算機與系統工程系教授，課程委員會主席，美國工程教育協會（ASEE）傑出會士，曾在貝爾實驗室和IBM公司擔任顧問，編寫的教材曾獲得IEEE教育協會傑出教材獎。先後在達特茅斯學院取得學士學位，在斯坦福大學取得碩士與博士學位。保羅·克裏利（Paul B. Crilly）美國海岸警衛隊學院工程系教授，曾在田納西州立大學電子工程與計算機科學系任教20余年，並擔任副系主任。先後在倫斯勒理工學院取得本科與碩士學位，在新墨西哥州立大學取得博士學位，畢業後曾在惠普公司做過10余年的技術研發工作，並擔任橡樹嶺國家實驗室的顧問。馬  琳哈爾濱工業大學教授，博士生導師，中國指揮與控制學會青年工作委員會委員，中國儀器儀表學會專家庫專家，黑龍江省高層次人才，主要研究方向為基於計算機視覺的復雜環境認知與識別技術。石  碩哈爾濱工業大學教授，博士生導師，主要研究方向為無線自組織網絡，講授“信息與編碼理論”“中國信通史話”等課程。出版譯著1部，教材2部。白  旭哈爾濱工業大學副教授，研究方向為無線通信、圖像處理、探地雷達信號處理等，主持多項國家級課題，研發的多項軟硬件設備已應用於國防裝備和民用領域，曾多次榮獲省部級一等獎。王  鋼哈爾濱工業大學教授，博士生導師，研究方向為數據通信、衛星通信、移動通信等。"

 

目錄

 

 

 

譯者序1

 

前言3

 

縮略語5

 

物理量符號7

 

學習資源10

 

第1章緒論

 

1.1通信系統的組成與限制

 

信息、消息與信號

 

通信系統的組成

 

基本限制

 

1.2調制與編碼

 

調制方法

 

調制的作用與應用

 

編碼方法與作用

 

1.3無線信道上的電磁波傳播

 

射頻波偏轉

 

天波傳播

 

1.4發展現狀

 

1.5社會影響及歷史回顧

 

歷史回顧

 

1.6本書概要

 

1.7問題

 

第2章信號與頻譜

 

2.1線狀頻譜與傅裏葉級數

 

相量與線狀頻譜

 

周期信號與平均功率

 

傅裏葉級數

 

收斂條件與吉布斯現象

 

帕斯瓦爾功率定理

 

2.2傅裏葉變換與連續頻譜

 

傅裏葉變換

 

對稱信號與因果信號

 

瑞利能量定理

 

對偶定理

 

變換計算

 

2.3時間與頻率的關系

 

疊加

 

時間延遲與尺度變換

 

頻率平移與調制

 

微分與積分

 

2.4卷積

 

卷積積分

 

卷積定理

 

2.5沖激函數與極限變換

 

單位沖激函數的性質

 

頻率沖激函數

 

階躍函數與符號函數

 

時間沖激函數

 

2.6離散時間信號與離散傅裏葉變換

 

基於DFT的卷積

 

2.7問題與習題

 

第3章信號傳輸與濾波

 

3.1線形時不變系統響應

 

沖激響應與疊加積分

 

轉移函數與頻率響應

 

方框圖分析

 

3.2傳輸中的信號失真

 

無失真傳輸

 

線性失真

 

均衡技術

 

非線性失真和壓縮擴展

 

3.3傳輸損耗與分貝

 

功率增益

 

傳輸損耗與中繼器

 

光纖通信

 

無線傳輸

 

3.4濾波器與濾波

 

理想濾波器

 

帶寬受限與時間受限

 

實際濾波器

 

沖激響應和上升時間

 

3.5正交濾波器與希爾伯特變換

 

3.6相關性與頻譜密度

 

功率信號的相關

 

能量信號的相關

 

頻譜密度函數

 

3.7問題與習題

 

第4章線性連續波調制

 

4.1帶通信號與系統

 

模擬信息約定

 

帶通信號

 

帶通傳輸

 

帶寬

 

4.2雙邊帶振幅調制

 

調幅信號與頻譜

 

雙邊帶載波抑制信號與頻譜

 

音頻調制與矢量分析

 

4.3調制器與發射機

 

乘法調制器

 

平方律調制器與平衡調制器

 

開關調制器

 

4.4邊帶抑制振幅調制

 

邊帶抑制信號與頻譜

 

邊帶抑制信號的生成

 

余跡邊帶調制信號與頻譜

 

4.5頻率轉換與解調

 

頻率轉換

 

同步檢波

 

包絡檢波

 

4.6問題與習題

 

第5章角度連續波調制

 

5.1相位調制與頻率調制

 

相位調制信號與頻率調制信號

 

窄帶相位調制與窄帶頻率調制

 

音頻調制

 

多音頻調制與周期調制

 

5.2傳輸帶寬與失真

 

傳輸帶寬估計

 

線性失真

 

非線性失真與限幅器

 

5.3相位調制與頻率調制的產生和檢測

 

直接調頻與壓控振蕩器

 

相位調制器與間接調頻

 

三角波調頻

 

頻率檢測

 

5.4幹擾

 

受幹擾的正弦波

 

去加重與預加重濾波

 

調頻捕獲效應

 

5.5問題與習題

 

第6章采樣與脈沖調制

 

6.1采樣定理與應用

 

斬波采樣

 

理想采樣與重構

 

實際采樣與混疊現象

 

6.2脈沖幅度調制

 

平頂采樣與脈沖幅度調制

 

6.3脈沖持續時間調制

 

脈寬調制與脈位調制

 

脈位調制頻譜分析

 

6.4問題與習題

 

第7章模擬通信系統

 

7.1連續波調制接收機

 

超外差接收機

 

直接變頻接收機

 

專用接收機

 

接收機規範

 

頻譜掃描分析儀

 

7.2多路復用系統

 

頻分多路復用

 

正交載波多路復用

 

時分多路復用

 

串擾與保護時隙

 

頻分多路復用與時分多路復用比較

 

7.3鎖相環

 

鎖相環的執行與鎖定

 

同步檢波與頻率合成器

 

線性鎖相環模型與調頻檢測

 

7.4電視系統

 

視頻信號、分辨率與帶寬

 

黑白電視發射機與接收機

 

彩色電視機

 

高清晰度電視

 

7.5問題與習題

 

第8章概率與隨機變量

 

8.1概率與樣本空間

 

概率與事件

 

樣本空間與概率論

 

條件概率與統計獨立

 

8.2隨機變量與概率函數

 

 

離散隨機變量與累積分布函數

 

連續隨機變量與概率密度函數

 

隨機變量變換

 

聯合概率密度函數與條件概率

密度函數

 

8.3統計平均

 

均值、矩與數學期望

 

標準偏差與切比雪夫不等式

 

多元數學期望

 

特征函數

 

8.4概率模型

 

二項式分布

 

泊松分布

 

高斯概率密度函數

 

瑞利概率密度函數

 

二維高斯分布

 

中心極限定理

 

8.5問題與習題

 

第9章隨機信號與噪聲

 

9.1隨機過程

 

總體平均與相關函數

 

各態歷經與平穩過程

 

高斯過程

 

9.2隨機信號

 

功率譜

 

疊加與調制

 

濾波隨機信號

 

9.3噪聲

 

熱噪聲與可用功率

 

白噪聲與濾波噪聲

 

噪聲等效帶寬

 

白噪聲下的系統測量

 

9.4含噪聲的基帶信號傳輸

 

加性噪聲與信噪比

 

模擬信號傳輸

 

9.5含噪聲的基帶脈沖傳輸

 

噪聲下的脈沖測量

 

脈沖檢波與匹配濾波

 

9.6問題與習題

 

第10章模擬調制系統中的噪聲

 

10.1帶通噪聲

 

系統模型

 

正交分量

 

包絡與相位

 

相關函數

 

10.2含噪聲的線性連續波調制

 

同步檢波

 

包絡檢波與閾值效應

 

10.3含噪連續波角度調制

 

後向檢測噪聲

 

目標信噪比

 

調頻閾值效應

 

調頻反饋檢測閾值擴展

 

10.4連續波調制系統的比較

 

10.5鎖相環噪聲特性

 

10.6含噪聲的模擬脈沖調制

 

信噪比

 

虛假脈沖閾值效應

 

10.7問題與習題

 

第11章基帶數字傳輸

 

11.1數字信號與系統

 

數字脈幅調制信號

 

傳輸限制

 

數字脈幅調制的功率譜

 

預編碼的頻譜波形

 

11.2噪聲與錯誤

 

二元錯誤概率

 

再生中繼器

 

匹配濾波

 

相關檢測

 

M元錯誤概率

 

11.3帶限數字脈幅調制系統

 

奈奎斯特脈沖波形

 

最優終端濾波

 

均衡技術

 

相關編碼

 

11.4同步技術

 

比特同步

 

擾碼器與偽隨機序列發生器

 

幀同步

 

11.5問題與習題

 

第12章數字化技術在模擬信號和計算機

網絡中的應用

12.1脈沖編碼調制

 

脈沖編碼調制的產生與重構

 

量化噪聲

 

非均勻量化與壓縮擴展

 

12.2含噪聲的脈沖編碼調制信號

 

譯碼噪聲

 

誤差閾值

 

脈沖編碼調制和模擬調制

 

12.3Delta調制和預測編碼

 

Delta調制

 

DeltaSigma調制

 

自適應Delta調制

 

差分脈沖編碼調制

 

線性預測編碼語音合成

 

12.4數字語音錄制

 

CD錄制

 

CD回放

 

12.5數字復用技術

 

多路復用與多級

 

數字用戶線路

 

同步光網絡

 

數據多路復用

 

12.6問題與習題

 

第13章信道編碼

 

13.1錯誤檢測與糾正

 

重傳與奇偶校驗碼

 

交織

 

碼矢量與漢明距離

 

前向糾錯編碼系統

 

自動重復請求系統

 

13.2線性分組碼

 

分組碼的矩陣表示

 

伴隨式譯碼

 

循環碼組

 

M元碼組

 

13.3卷積碼

 

卷積編碼

 

自由碼距和編碼增益

 

譯碼方法

 

Turbo碼

 

13.4問題與習題

 

第14章帶通數字傳輸

 

14.1連續波數字調制

 

帶通數字信號的頻譜分析

 

 

調幅方法

 

調相方法

 

調頻方法

 

最小鍵控和高斯濾波最小鍵控

 

14.2相幹二元系統

 

最佳二元檢測

 

相幹OOK、BPSK和FSK

 

時間與同步

 

幹擾

 

14.3非相幹二元系統

 

含帶通噪聲的正弦曲線包絡

 

非相幹OOK

 

非相幹FSK

 

差分相幹PSK

 

14.4正交載波與M元系統

 

正交載波系統

 

M元PSK系統

 

M元QAM系統

 

M元FSK系統

 

數字調制系統的比較

 

14.5正交頻分復用

 

逆離散傅裏葉變換生成OFDM

 

信道響應與循環擴展

 

14.6網格編碼調制

 

TCM的基本原理

 

硬判決與軟判決

 

調制解調器

 

14.7問題與習題

 

第15章擴頻系統

 

15.1直接序列擴頻

 

直接序列擴頻信號

 

受幹擾條件下的直接序列擴頻

性能

 

多址

 

多徑與Rake接收機

 

15.2跳頻擴頻

 

跳頻擴頻信號

 

受幹擾條件下的跳頻擴頻性能

 

其他擴頻系統

 

15.3編碼

 

15.4同步

 

捕獲

 

跟蹤

 

15.5無線系統

 

電話系統

 

無線網絡

 

15.6超寬帶系統

 

超寬帶信號

 

編碼技術

 

發射參考系統

 

多址技術

 

與直接序列擴頻的比較

 

15.7問題與習題

 

第16章信息與檢測理論

 

16.1信息度量和信源編碼

 

信息度量

 

熵與信息速率

 

離散無記憶信道編碼

 

有記憶信源預測編碼

 

16.2離散信道上的信息傳輸

 

互信息量

 

離散信道容量

 

二進制對稱信道編碼

 

16.3連續信道與系統的比較

 

連續信息

 

連續信道容量

 

理想通信系統

 

系統比較

 

16.4信號空間

 

矢量信號

 

葛蘭施密特變換

 

16.5最優數字檢測

 

最優檢測和最大後驗接收機

 

錯誤概率

 

信號選擇和正交信號

 

16.6習題

 

附錄電路與系統噪聲

 

電路與設備噪聲

 

放大器噪聲

 

系統噪聲計算

 

電纜中繼系統

 

習題

 

表

 

表T.1傅裏葉變換

 

表T.2傅裏葉級數

 

表T.3數學關系

 

表T.4辛格函數

 

表T.5概率函數

 

表T.6高斯概率

 

表T.7術語符號