本書是普通高等教育“十一五”規(guī)劃教材。本書通過對模擬和數(shù)字通信系統(tǒng)工作原理的講述及其性能分析，闡述通信基本理論。主要內(nèi)容包括：隨機信號和噪聲分析、模擬調(diào)制方法、模擬信號數(shù)字化、數(shù)字基帶傳輸、均衡原理、數(shù)字調(diào)制技術(shù)、糾檢錯編碼和佳接收方案。全書敘述嚴謹，物理概念清楚，數(shù)學分析詳實，方便閱讀。每章均有必要的例題和適量的習題，便于教學使用。本書是通信工程、電子工程和信息工程等專業(yè)教科書，也可以作為IT領(lǐng)域研發(fā)人員的參考書。
通信原理是信息與通信工程專業(yè)的一門主干專業(yè)課，主要講述通信系統(tǒng)如何傳輸信息，以及如何傳輸?shù)酶谩Ｔ撜n程內(nèi)容覆蓋信息傳輸必需的共性問題，而把各種通信系統(tǒng)具體的個性問題留給后續(xù)專業(yè)課。通信原理是進入信息傳輸領(lǐng)域?qū)W習的一門重要基礎(chǔ)課程。
本教材是普通高等教育“十一五”國家級規(guī)劃教材《通信原理》2008年版的修訂本。依據(jù)多年教學實踐，本次修訂對原版教材內(nèi)容進行了梳理與完善。基于本書以理論研究為主，因此刪除了一些與實現(xiàn)電路有關(guān)的部分，新增了隨機信號的統(tǒng)計特性，眼圖，正交信號分析以及第11章等內(nèi)容。本教材適合在64學時內(nèi)學完，適當刪減后也適合在48學時內(nèi)學完。本書每章備有適量習題，可供練習使用，此次修訂也對部分習題進行了增減和更新。學習本課程必要的先修課程包括信號與線性系統(tǒng)、通信電子線路，以及工程數(shù)學概率論。本書也可供IT領(lǐng)域相關(guān)研發(fā)人員參考。
全書共分11章。第1章簡述通信系統(tǒng)模型，介紹通信理論的重要概念。第2章介紹隨機信號分析方法，主要講述平穩(wěn)隨機過程，這是后續(xù)通信系統(tǒng)性能分析的基礎(chǔ)。第3章講解模擬調(diào)制系統(tǒng)的工作原理及其抗噪聲性能分析。第4章敘述模擬信號數(shù)字化方法，重點是分析PCM的取樣、量化和編碼過程。第5章闡述數(shù)字基帶傳輸?shù)幕驹恚ùa間干擾問題、奈奎斯特準則、部分響應(yīng)信號和均衡技術(shù)。第6章和第7章論述最佳接收原理，內(nèi)容涉及匹配濾波器、信號檢測原理和相關(guān)接收機等。第8章討論數(shù)字調(diào)制的帶通傳輸方法，重點講解幾種典型的數(shù)字調(diào)制技術(shù)。第9章主要解決通信中接收端同步信號獲取的問題，包括本地載波的提取、數(shù)字位同步產(chǎn)生和幀同步方法。第10章介紹信道編碼，講述糾檢錯編碼的基本方法，包括線性分組碼、循環(huán)碼和卷積碼。第11章對現(xiàn)代通信中應(yīng)用非常廣泛的正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)作了介紹。
《通信原理》是我校電子信息和電氣工程學院使用多年的教材。曾于1994年由水利電力出版社出版《現(xiàn)代通信原理》（王維一主編）一書，2008年版《通信原理》中的第1～4章就是在該書基礎(chǔ)上修訂而成的，其余章節(jié)則重新編寫。其中，第5～7章和8.1～8.6節(jié)由韓聲棟編寫，8.7節(jié)和第9章由劉偉編寫，第10章由蔣鈴鴿編寫。全書由韓聲棟統(tǒng)稿和審校。
本次修訂版教材，第1～3章和第10章和附錄B由蔣鈴鴿修訂，第4～6章和第9章由劉偉修訂，第7～8章和第11章以及附錄A、C由劉靜修訂。其中5.7節(jié)關(guān)于眼圖的波形圖由袁炎提供，在此表示感謝。
本書的修訂獲得上海市精品課程建設(shè)項目和上海交通大學本科教學改革研究項目的資助。編者在此深表謝意！
由于水平有限，不妥之處敬請批評指正。
編者2017年5月于上海交通大學
上海交通大學電子工程系教授/ 博士生導師，IEEE 會員。1982年東南大學無線電工程系無線電技術(shù)專業(yè)工學學士，1993，1996年分別獲日本國立德島大學大學院工學碩士和工學博士。1996年9 月回國加入上海交大電子系 ，同年底被聘為副教授，2000年聘為教授至今。多年來一直從事有關(guān)新一代無線通信系統(tǒng)理論、無線傳感網(wǎng)、認知無線電、協(xié)同通信和智能信息處理等研究工作。主持和參加 17項國家自然基金面上及重點和國家863 及重大專項項目，至今在國內(nèi)外學術(shù)期刊及會議上發(fā)表EI 收錄論文260余篇，其中 70余篇期刊論文同時被SCI 收錄。獲授權(quán)專利 52個。2000 年獲上海交通大學第四屆橫山亮次論文獎，2008年獲上海市科學技術(shù)發(fā)明二等獎（第二完成人）。
前言
第1章 通信系統(tǒng)概論1
1.1 通信系統(tǒng)的模型1
1.1.1 通信系統(tǒng)的組成1
1.1.2 模擬通信、數(shù)字通信和數(shù)據(jù)通信2
1.2 通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標4
1.2.1 模擬通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標4
1.2.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標4
1.3 傳輸信道6
1.3.1 無記憶信道6
1.3.2 恒參信道8
1.3.3 變參信道10
1.4 信息的度量與信道容量11
1.4.1 信息的度量11
1.4.2 信道容量14
習題17
第2章 隨機信號和噪聲19
2.1 隨機過程基本概念19
2.1.1 隨機過程的定義19
2.1.2 隨機過程的概率分布函數(shù)和概率密度函數(shù)20
2.1.3 隨機過程的數(shù)字特征函數(shù)21
2.1.4 隨機過程分類25
2.2 廣義平穩(wěn)過程及各態(tài)遍歷性26
2.2.1 廣義平穩(wěn)過程相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)26
2.2.2 時間平均及各態(tài)遍歷性29
2.3 隨機過程的功率譜密度30
2.3.1 功率譜密度的定義31
2.3.2 功率譜密度與自相關(guān)函數(shù)的關(guān)系32
2.3.3 功率譜密度的性質(zhì)33
2.3.4 互功率譜密度及其性質(zhì)34
2.4 線性系統(tǒng)對隨機信號的響應(yīng)35
2.4.1 輸出過程統(tǒng)計特性35
2.4.2 輸出輸入過程相互關(guān)系36
2.4.3 線性組合網(wǎng)絡(luò)36
2.5 高斯過程和白噪聲過程37
2.5.1 高斯過程37
2.5.2 白噪聲過程39
2.6 離散時間隨機信號43
2.6.1 相關(guān)函數(shù)和協(xié)方差函數(shù)43
2.6.2 相關(guān)函數(shù)(序列)的Z變換以及功率譜45
2.6.3 隨機序列通過線性系統(tǒng)46
2.7 窄帶隨機過程47
2.7.1 平穩(wěn)窄帶過程的正交表示47
2.7.2 窄帶高斯過程的包絡(luò)和相位表示51
2.8 正弦信號加窄帶噪聲的包絡(luò)和相位53
2.8.1 包絡(luò)A(t)的分布54
2.8.2 相位ψ(t)的分布55
習題56
第3章 模擬調(diào)制系統(tǒng)64
3.1 幅度調(diào)制64
3.1.1 雙邊帶調(diào)制65
3.1.2 振幅調(diào)制67
3.1.3 單邊帶調(diào)制70
3.1.4 殘留邊帶調(diào)制73
3.2 幅度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能74
3.2.1 基帶系統(tǒng)74
3.2.2 DSB系統(tǒng)的抗噪聲性能76
3.2.3 SSB系統(tǒng)的抗噪聲性能77
3.2.4 AM系統(tǒng)的抗噪聲性能78
3.3 角度調(diào)制81
3.3.1 角度調(diào)制的一般概念81
3.3.2 頻率調(diào)制82
3.3.3 FM信號的產(chǎn)生和解調(diào)85
3.3.4 相位調(diào)制88
3.4 角度調(diào)制系統(tǒng)的抗噪聲性能89
3.4.1 角度調(diào)制系統(tǒng)的輸出信噪比90
3.4.2 角度調(diào)制系統(tǒng)的門限效應(yīng)93
3.5 加重技術(shù) 94
3.6 頻分多路復(fù)用96
習題98
第4章 模擬信號的數(shù)字傳輸102
4.1 模擬信號的取樣102
4.1.1 取樣定理102
4.1.2 帶通信號的取樣103
4.2 模擬信號的量化104
4.2.1 量化原理104
4.2.2 均勻量化105
4.2.3 非均勻量化107
4.3 編碼110
4.3.1 A87.6/13折線壓縮律111
4.3.2 碼元的排列112
4.4 PCM通信系統(tǒng)115
4.4.1 PCM通信系統(tǒng)的組成115
4.4.2 PCM信號的帶寬116
4.4.3 PCM系統(tǒng)的噪聲116
4.4.4 PCM時分復(fù)用118
4.5 增量調(diào)制120
4.5.1 DM的原理120
4.5.2 DM的量化噪聲122
4.5.3 改進型DM123
4.6 差分脈沖編碼調(diào)制125
4.6.1 DPCM編碼原理125
4.6.2 預(yù)測器127
4.6.3 自適應(yīng)量化128
4.6.4 自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制130
習題131
第5章 數(shù)字基帶傳輸和時域均衡134
5.1 基帶傳輸碼型134
5.1.1 基本碼型134
5.1.2 數(shù)字基帶信號的功率譜135
5.1.3 基帶碼型變換137
5.2 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)及符號間干擾140
5.2.1 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的組成140
5.2.2 符號間干擾分析140
5.3 無ISI的帶限信號設(shè)計——奈奎斯特第一準則141
5.3.1 最小帶寬142
5.3.2 升余弦頻譜143
5.4 部分響應(yīng)信號145
5.4.1 雙二進制信號系統(tǒng)145
5.4.2 修正雙二進制信號系統(tǒng)147
5.4.3 部分響應(yīng)系統(tǒng)149
5.5 時域均衡及其最佳準則151
5.5.1 時域均衡原理152
5.5.2 兩種最佳準則154
5.6 橫向均衡器的結(jié)構(gòu)155
5.6.1 前向均衡器155
5.6.2 反饋均衡器155
5.6.3 前向和反饋組合均衡器156
5.6.4 判決反饋均衡器156
5.6.5 前向與判決反饋結(jié)合的均衡器157
5.7 眼圖157
習題159
第6章 匹配濾波器162
6.1 最大信噪比準則——匹配濾波器162
6.1.1 信噪比的表達163
6.1.2 MF的導出163
6.2 匹配濾波器的性質(zhì)164
6.3 時間相關(guān)函數(shù)167
6.3.1 MF等效于相關(guān)器167
6.3.2 相關(guān)積分的定義及性質(zhì)167
6.3.3 相關(guān)系數(shù)169
6.4 匹配濾波器的計算170
6.5 有色噪聲條件下的匹配濾波器174
6.6 匹配濾波器的實現(xiàn)175
6.6.1 動態(tài)濾波器175
6.6.2 用橫向濾波器實現(xiàn)177
6.6.3 MF的近似實現(xiàn)178
習題180
第7章 最佳接收183
7.1 判決理論183
7.1.1 最大后驗概率準則183
7.1.2 似然比檢驗184
7.1.3 單次觀測信號檢測184
7.1.4 多次觀測186
7.1.5 多元信號檢測187
7.2 確知信號的最佳接收188
7.2.1 確知信號的最佳接收——相關(guān)接收機模型188
7.2.2 數(shù)字通信接收機的性能190
7.2.3 相關(guān)接收的實現(xiàn)194
7.3 隨相信號的最佳接收194
7.3.1 隨相信號的最佳接收機結(jié)構(gòu)195
7.3.2 正交接收機的等效實現(xiàn)197
7.4 準最佳接收198
習題201
第8章 數(shù)字信號帶通傳輸204
8.1 二進制幅度鍵控204
8.1.1 2ASK信號的產(chǎn)生及其功率譜205
8.1.2 2ASK信號解調(diào)207
8.2 二進制頻移鍵控210
8.2.1 2FSK信號的產(chǎn)生及其功率譜210
8.2.2
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