《通信原理》結合“信息論與編碼”和“通信原理”兩部分內容，沿著以信息理論作為理論指導，以通信系統作為應用實現的思路撰寫。《通信原理》介紹了模擬通信系統和數字通信系統的特性、關鍵技術和應用。主要內容包括信源的描述、信號和噪聲分析、信息的度量、信源編碼、模擬調制技術、數字信號的基帶傳輸、模擬信號的數字傳輸、數字調制技術、同步原理、信道和信道編碼定理、**接收、信道編碼、多路復用與多址技術等。在編寫過程中注重語言描述通俗易懂，原理闡述深入淺出，邏輯推理嚴謹簡潔，并配合豐富的應用實例。力圖將經典理論的研究成果與現代通信的實際應用相結合。本《通信原理》每章都有小結和習題或思考題。
目錄
序言
前言
第1章緒論1
1.1通信與信息的基本概念1
1.1.1信號、信息與通信1
1.1.2信息的本質與特征2
1.2信息論與信息科學2
1.2.1信息論與信息科學2
1.2.2信息論的研究范疇3
1.3信源描述4
1.3.1離散信源4
1.3.2連續信源6
1.3.3平穩信源6
1.3.4自然語信源7
1.4通信系統的組成9
1.5數字通信10
1.5.1數字通信系統模型11
1.5.2數字通信與模擬通信的性能指標12
本章小結14
思考題14
第2章信號和噪聲分析15
2.1確知信號分析15
2.1.1信號和系統的分類15
2.1.2信號的頻譜分析16
2.1.3譜密度和帕塞瓦爾定理19
2.1.4信號通過線性系統21
2.1.5波形的相關性22
2.2隨機信號分析24
2.2.1隨機變量及其數字特征24
2.2.2隨機過程的統計特性26
2.2.3平穩隨機過程和高斯隨機過程29
2.2.4隨機過程通過線性系統33
2.3噪聲分析35
2.3.1白噪聲35
2.3.2通信系統中的噪聲36
2.3.3正弦波加窄帶高斯噪聲38
本章小結39
思考題39
習題40
第3章信息的度量42
3.1度量信息的思路42
3.2信息的度量43
3.2.1信源的信息熵43
3.2.2平均互信息量45
3.2.3n維隨機變量的信息傳遞49
3.2.4離散信源的符號熵和時間熵50
本章小結54
習題55
第4章信源編碼56
4.1信源的冗余度與編碼模型56
4.1.1信源的冗余度56
4.1.2信源編碼模型58
4.2**信源編碼58
4.2.1編碼效率59
4.2.2信源符號序列分組定理60
4.3無失真信源編碼61
4.3.1變長碼的信源編碼61
4.3.2等長碼的信源編碼定理64
4.4常用的無失真信源編碼方法64
4.4.1香農**定理64
4.4.2香農編碼66
4.4.3費諾編碼67
4.4.4霍夫曼編碼68
4.4.5游程編碼70
4.4.6Lempel-Ziv編碼71
4.5信源編碼的錯誤擴散73
4.6信息率失真理論73
4.6.1平均失真度和信息率失真函數74
4.6.2保真度準則下的信源編碼定理81
4.6.3信息價值82
本章小結84
習題85
第5章模擬調制技術88
5.1模擬調制88
5.2模擬基帶信號傳輸89
5.3線性調制90
5.3.1雙邊帶調制90
5.3.2振幅調制91
5.3.3單邊帶調制92
5.3.4殘留邊帶調制95
5.4線性調制系統的抗噪聲性能分析96
5.4.1同步解調的抗噪聲性能97
5.4.2非同步解調的抗噪聲性能98
5.5非線性調制(角調制)98
5.5.1角調制信號的一般概念99
5.5.2角調制信號的頻譜100
5.5.3調頻信號的平均功率103
5.6調頻系統的抗噪聲性能分析103
5.7調頻信號解調的門限效應106
5.8加重技術107
思考題108
習題108
第6章數字信號的基帶傳輸110
6.1數字基帶信號傳輸系統的構成110
6.2數字基帶信號的碼型和波形112
6.3數字基帶信號的頻譜分析116
6.3.1隨機脈沖序列的一般表示116
6.3.2數字基帶信號的功率譜密度表達式117
6.3.3常用數字基帶信號的功率譜密度118
6.4數字基帶傳輸中的碼間串擾和噪聲122
6.4.1碼間串擾和噪聲對誤碼的影響122
6.4.2數字基帶信號傳輸系統的數學模型124
6.5無碼間串擾的傳輸特性126
6.5.1無碼間串擾傳輸函數H(ω)的特例126
6.5.2無碼間串擾傳輸特性的數學分析128
6.5.3幾種常用的無碼間串擾的傳輸特性129
6.6噪聲對無碼間串擾傳輸性能的影響131
6.6.1加性噪聲作用下誤碼的分析132
6.6.2誤碼率Pe的計算133
6.6.3誤碼率與信噪功率比ρ、碼元速率fb的關系134
6.7多進制數字基帶信號的傳輸135
6.8眼圖137
6.8.1眼圖的基本原理137
6.8.2眼圖的模型140
6.9改善數字信號基帶傳輸性能的措施140
6.9.1部分響應系統140
6.9.2時域均衡145
本章小結148
思考題148
習題148
第7章模擬信號的數字傳輸151
7.1抽樣定理及其應用151
7.1.1概述151
7.1.2低通信號的均勻理想抽樣153
7.1.3自然抽樣(曲頂抽樣)155
7.1.4平頂抽樣157
7.1.5帶通信號的抽樣定理158
7.2量化160
7.2.1量化和量化噪聲160
7.2.2均勻量化及其量化信噪功率比161
7.2.3非均勻量化163
7.2.4壓縮與擴張的特性164
7.3編碼和譯碼167
7.3.1常用的二進制碼167
7.3.2逐次(比較)反饋型編碼器169
7.4PCM通信系統172
7.4.1PCM信號的碼元速率和帶寬172
7.4.2PCM系統的抗噪聲性能173
7.5增量調制系統175
7.5.1簡單增量調制(ΔM)175
7.5.2簡單增量調制系統抗噪聲性能分析177
7.6改進型的增量調制180
7.6.1總和增量調制(?-?調制)180
7.6.2數字音節壓擴增量調制181
7.6.3差分脈碼調制183
本章小結186
思考題186
習題187
第8章數字調制技術190
8.1二進制數字振幅調制191
8.1.12ASK信號的功率譜及帶寬191
8.1.2二進制幅移鍵控系統的性能193
8.2二進制數字頻率調制196
8.2.1調制解調方法196
8.2.22FSK信號的功率譜及帶寬196
8.2.3二進制頻移鍵控系統的性能198
8.3二進制數字相位調制200
8.3.12PSK信號的產生和解調201
8.3.22DPSK信號的產生與解調203
8.3.3二進制移相信號的功率譜及帶寬205
8.3.4二進制相移鍵控系統的性能206
8.4二進制數字調制系統性能的比較209
8.5多進制數字調制211
8.5.1多進制幅移鍵控(MASK)和多進制頻移鍵控(MFSK)211
8.5.2多進制相移鍵控(MPSK)212
8.5.3多進制數字調制的性能比較213
8.6改進型數字調制方式214
8.6.1時頻調制214
8.6.2時頻相調制216
8.6.3恒包絡數字調制216
本章小結221
思考題222
習題222
第9章同步原理224
9.1載波同步225
9.1.1直接法(自同步法)225
9.1.2插入導頻法(外同步法)227
9.1.3載波同步系統的性能229
9.1.4同步載波頻率和相位誤差對解調性能的影響231
9.2位同步231
9.2.1插入導頻法提取位同步信號232
9.2.2直接提取位同步信號方法233
9.2.3位同步系統的性能235
9.3群同步(幀同步)236
9.3.1連貫式插入法237
9.3.2間歇式插入法239
9.3.3群同步系統的性能242
9.3.4群同步的保護244
思考題245
習題245
第10章信道和信道編碼定理247
10.1信道的傳輸特性247
10.1.1信道模型247
10.1.2分集接收248
10.1.3多普勒頻移248
10.2離散(數字)信道的信道容量249
10.2.1數字信道的數學模型249
10.2.2單符號離散信道的信道容量251
10.2.3多符號離散信道的信道容量255
10.3有擾離散信道編碼定理257
10.3.1譯碼準則257
10.3.2漢明距離260
10.3.3有擾離散信道的信道編碼定理262
10.4連續信源和連續信道263
10.4.1連續消息的信息度量263
10.4.2**相對熵定理269
10.4.3熵功率270
10.4.4香農信道容量公式273
本章小結275
習題275
第11章**接收280
11.1匹配濾波器280
11.2數字信號的**接收282
11.2.1二元假設檢驗282
11.2.2二元確知信號的**接收機結構285
11.2.3**接收機的檢測性能286
11.2.4實際接收機與**接收機的比較289
11.3連續信號的**接收290
11.3.1**接收與理想接收機290
11.3.2相關信源的預測編碼292
本章小結295
思考題295
習題295
第12章信道編碼296
12.1差錯控制和糾錯編碼296
12.1.1差錯控制的基本方式296
12.1.2糾錯編碼的基本概念297
12.1.3糾錯編碼的檢糾錯能力300
12.2近世代數基礎301
12.2.1群和域301
12.2.2多項式域304
12.2.3GF(2)的擴域GF(2m)305
12.2.4矢量空間307
12.3線性分組碼308
12.3.1線性分組碼的基本概念308
12.3.2線性分組碼的編譯碼310
12.3.3線性分組碼的糾檢錯性能314
12.3.4漢明碼和格雷碼314
12.3.5循環碼316
12.3.6BCH碼323
12.3.7R-S碼326
12.4卷積碼328
12.4.1卷積碼的編碼329
12.4.2卷積碼的譯碼333
12.5糾突發錯誤碼341
12.5.1糾突發錯誤循環碼342
12.5.2糾突發錯誤卷積碼344
12.5.3糾突發和隨機錯誤碼345
本章小結349
習題349
第13章多路復用與多址技術353
13.1通信資源的分配353
13.2頻分復用和頻分多址354
13.3時分復用和時分多址356
13.3.1時分復用的原理356
13.3.2時分復用的PCM系統(TDM-PCM)358
13.4碼分多址359
13.5空分多址和極分多址360
13.6OFDM調制360
13.6.1OFDM的基本原理361
13.6.2OFDM系統的參數選擇364
13.6.3OFDM系統性能364
13.7擴頻通信365
13.7.1直接序列擴頻365
13.7.2跳頻擴頻367
13.7.3DSSS與FHSS的比較368
13.8多址通信系統及其結構369
本章小結370
思考題371
習題371
參考文獻373
附錄374
附表
第1章緒論
通信原理是在信息理論的指導下不斷發展的一門科學。信息論是為了解決噪聲與干擾中的通信問題而誕生的一門科學。信息理論的不斷發展對通信系統的設計及通信技術的實現起著越來越重要的作用。
信息論的創始人是美國的數學家香農(Shannon，1916-2001)。信息理論利用概率論、隨機過程和數理統計等數學方法來研究信息的存儲、度量、編碼、傳輸和處理。目前已逐步滲透到經濟、管理和社會的各個領域，產生一般信息論、廣義信息論等分支。
通信系統是指將信息從信源傳送到信宿的電子系統。信息可以是數字消息或模擬消息。數字消息通常是指幅度或時間上離散的序列，而典型的模擬消息則是一個時間連續的波形。數字通信系統代表著通信系統的方向，系統設計的目標是在成本、功耗和復雜度限制條件下，設計和構建錯誤傳輸概率盡可能低的通信系統。
本章從通信與信息的關系著手，分析消息、信號、信息、通信的關系，并給出通信系統的基本架構。
1.1通信與信息的基本概念
通信的目的是傳遞消息，而信息是消息中包含的有意義的內容，消息是信息的載體。信息是用于交流的，如果不交流，信息就沒有意義。從這個角度看，信息和通信密不可分。
通常將語言、文字、圖像、數據等統稱為消息。消息是客觀存在的，它的傳遞需要借助載體，如記錄文字的紙，記錄語音、圖像和數據的光盤等。如果載體是電、磁、光等，則將這種消息的載體稱為信號，它使無形的消息具體化。
1.1.1信號、信息與通信
從古代的烽火狼煙到近現代的航海旗語、交警手勢，以及現代的電話、電視等，都是傳遞消息的方式，因此都可以稱為通信，但是現代的通信通常特指“電通信”，即以電信號作為載體進行信息的傳遞。
信號理論是一門通過時域、頻域及其他變換域來研究信號的波形、頻譜等特征的科學。
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