本書為“十三五”普通高等教育規(guī)劃教材。
本書共分7章,主要內(nèi)容包括現(xiàn)代通信概論、信源編碼理論、數(shù)字基帶傳輸理論、數(shù)字帶通傳輸理論、復(fù)用
與多址、信道編碼理論、通信網(wǎng)理論等。本書內(nèi)容豐富,覆蓋范圍廣,密切跟蹤現(xiàn)代通信發(fā)展,注重理論和實(shí)際
應(yīng)用的結(jié)合,每章附有習(xí)題,并包含部分仿真實(shí)例和視頻等數(shù)字資源。
（1）內(nèi)容覆蓋面廣泛，涵蓋了現(xiàn)代通信的信源編碼和信道編碼理論、信息傳輸理論、通信網(wǎng)理論，使讀者對現(xiàn)代通信系統(tǒng)和現(xiàn)代通信網(wǎng)有全面的認(rèn)識；
（2）介紹新的通信理論和技術(shù)及應(yīng)用，如5G移動(dòng)通信中的新型編碼與調(diào)制理論和技術(shù)。
（3）豐富的應(yīng)用案例和仿真實(shí)例，使讀者能深刻理解現(xiàn)代通信理論及應(yīng)用。
人類已邁入信息時(shí)代,信息化建設(shè)促進(jìn)了通信學(xué)科的飛速發(fā)展,與此相關(guān)的通信理論、
通信技術(shù)等也得到迅猛發(fā)展,其應(yīng)用也越來越廣泛�！艾F(xiàn)代通信理論”在很多學(xué)校作為信息
與通信工程和電子與通信專業(yè)的學(xué)位課開設(shè),該課程對于培養(yǎng)學(xué)生扎實(shí)的基礎(chǔ)理論及利用現(xiàn)
代通信基本理論和技術(shù)解決工程實(shí)際問題至關(guān)重要。
現(xiàn)代通信涉及內(nèi)容豐富,覆蓋面寬,更新迅速,但教學(xué)過程中往往多門相關(guān)課程獨(dú)立講
授,且很多學(xué)生本科專業(yè)為非通信專業(yè),學(xué)生得到的是零散的知識,缺少完整的知識體系。
本書旨在梳理知識體系,建立現(xiàn)代通信理論的框架,并緊密結(jié)合各種應(yīng)用,在多門課程之間
建立聯(lián)系,實(shí)現(xiàn)多門課程的協(xié)同。
在本書編寫過程中,編者一方面結(jié)合多年來講授“現(xiàn)代通信理論”課程的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),同
時(shí)考慮新的需求,廣泛吸取了國內(nèi)外相關(guān)教材及其他出版物的精華。突出強(qiáng)調(diào)了以下幾點(diǎn):
梳理知識體系的同時(shí),密切跟蹤現(xiàn)代通信新技術(shù)的研究成果,并注重理論與實(shí)際的結(jié)合,如
本書多個(gè)章節(jié)緊密結(jié)合無線通信4G、5G中的應(yīng)用,介紹先進(jìn)的編碼和調(diào)制技術(shù)、多址技
術(shù),使讀者學(xué)習(xí)過程中可以對最新的進(jìn)展增進(jìn)了解。
全書共分7章,內(nèi)容如下:
第1章介紹現(xiàn)代通信的概念和信息理論基礎(chǔ)。先介紹通信系統(tǒng)的基本概念和組成、分
類、主要性能指標(biāo)等,強(qiáng)調(diào)現(xiàn)代通信系統(tǒng)已不再是簡單的點(diǎn)對點(diǎn)的傳輸系統(tǒng),而是形成通信
網(wǎng);再介紹信息的度量,引出信息量、平均信息量、信道容量、香農(nóng)編碼定理,為后續(xù)章節(jié)
打下基礎(chǔ)。
第2章介紹信源編碼理論。現(xiàn)代通信以數(shù)字通信為主,必需的基礎(chǔ)是進(jìn)行信源編碼。先
介紹基本的語音編碼,包括波形編碼、參數(shù)編碼、混合編碼、感知音頻編碼;再介紹圖像壓
縮編碼,包括JPEG、MPEG、H.26x原理;最后介紹各種信源編碼技術(shù)在實(shí)際中的應(yīng)用。
第3章介紹數(shù)字基帶傳輸理論。首先介紹數(shù)字基帶傳輸?shù)母拍詈拖到y(tǒng)組成,分析基帶信
號的傳輸碼型和基帶信號的功率譜特性;然后針對頻帶受限系統(tǒng)的波形設(shè)計(jì)問題展開研究,
從時(shí)域和頻域兩個(gè)方面對無碼間串?dāng)_傳輸?shù)臈l件進(jìn)行了分析,引出Nyquist準(zhǔn)則,給出了無
碼間串?dāng)_波形設(shè)計(jì)和部分響應(yīng)波形設(shè)計(jì);最后,針對信道不理想產(chǎn)生碼間串?dāng)_的問題,介紹
了幾種時(shí)域均衡方法。
第4章介紹數(shù)字帶通傳輸理論。相對于基帶傳輸而言,頻帶傳輸在信息傳輸中更為常
用,各種調(diào)制方式對于傳輸效率和質(zhì)量的提高發(fā)揮了重要作用,也是現(xiàn)代通信的關(guān)鍵技術(shù),
在無線通信中,調(diào)制技術(shù)是空口波形設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分之一。首先介紹調(diào)制的概念、作用、分
類,引出基本的二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制,再介紹MQAM、OFDM、F-OFDM 等各種現(xiàn)代數(shù)字調(diào)
制方式。
第5章介紹了復(fù)用與多址技術(shù)及其在現(xiàn)代通信中的應(yīng)用。包括頻分復(fù)用與頻分多址、同
步時(shí)分復(fù)用與統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用與碼分多址、正交頻分復(fù)用與正交頻分多址、空分復(fù)
用與空分多址、非正交多址與稀疏碼多址、波分復(fù)用、載波偵聽多址等。它們的應(yīng)用不斷提
升信道在頻域、時(shí)域、空域、碼域的資源利用效率。
第6章介紹信道編碼理論。首先介紹信道編碼的基本思想、常用的差錯(cuò)控制方法;接著
論述了幾種常用的簡單信道編碼,詳細(xì)介紹了線性分組碼、循環(huán)碼、卷積碼和幾種復(fù)合編
碼;最后介紹了先進(jìn)的LDPC碼和Polar碼,各種編碼設(shè)計(jì)保障了高可靠通信的實(shí)現(xiàn)。
第7章介紹通信網(wǎng)理論。首先簡要介紹通信網(wǎng)的概念、構(gòu)成、業(yè)務(wù)和分類等;其次對通
信網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)延分析、最短徑問題、流量優(yōu)化、擁塞控制和可靠性等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹;繼
而對組網(wǎng)中的路由算法和交換技術(shù)詳細(xì)分析;然后從支撐網(wǎng)、傳輸網(wǎng)方面對通信網(wǎng)中的關(guān)鍵
組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行介紹;最后給出了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)和電力通信網(wǎng)幾種典型案例。
本書第1章由孔英會(huì)、余萍編寫,第2章由孔英會(huì)編寫,第3章由李星蓉編寫,第4、5
章由孔英會(huì)和韓東升編寫,第6章由余萍和陳智雄編寫,第7章由李保罡、高強(qiáng)、鮑慧、李
然編寫,全書由孔英會(huì)統(tǒng)稿。本書提供部分仿真實(shí)例和視頻等數(shù)字資源,其中mp4、PPT、
word、PDF文件可以直接手機(jī)打開運(yùn)行,而提供部分仿真實(shí)例以.m文件源代碼形式給出,
需要先下載,通過在電腦安裝MATLAB平臺(tái)打開運(yùn)行。需要多媒體課件可聯(lián)系出版社。
本書由河北大學(xué)王振朝教授擔(dān)任主審,他為本書提出了許多寶貴意見。本書的編寫和出
版得到華北電力大學(xué)研究生優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)項(xiàng)目“現(xiàn)代通信理論”的資助,編寫過程中參考了
大量的文獻(xiàn)資料,在此一并致謝。
限于作者的水平,書中不妥及疏漏之處在所難免,敬請同仁與讀者批評指正。
編者
2019年5月
孔英會(huì)，女，河北冀縣人，1965年6月生，碩士研究生導(dǎo)師。1987年畢業(yè)于西安電子科技大學(xué)無線通信專業(yè)，獲學(xué)士學(xué)位；1993年畢業(yè)于華北電力大學(xué)北京研究生部電力系統(tǒng)自動(dòng)化專業(yè)，獲碩士學(xué)位；2009年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電工理論與新技術(shù)專業(yè)，獲博士學(xué)位。
多年來從事信息與通信系統(tǒng)領(lǐng)域的教學(xué)和研究工作，主持的教改項(xiàng)目“以核心課程和工程實(shí)踐平臺(tái)建設(shè)為重點(diǎn)，構(gòu)建全過程專業(yè)創(chuàng)新人才培養(yǎng)體系”2013年獲河北省教學(xué)成果二等獎(jiǎng)。2015年獲�！敖虒W(xué)名師”稱號。曾獲“河北省師德先進(jìn)個(gè)人”稱號;獲�！敖虒W(xué)十佳青年教師”、�！敖虒W(xué)優(yōu)秀”一等獎(jiǎng)、“151人才工程—青年學(xué)術(shù)骨干培養(yǎng)對象”、“南瑞繼保獎(jiǎng)教金”等獎(jiǎng)勵(lì)。目前主持校研究生《現(xiàn)代通信理論》優(yōu)質(zhì)課程建設(shè)項(xiàng)目。
（1）主講《通信系統(tǒng)原理》,本科；
（2）主講《通信導(dǎo)論》、《電子信息類專業(yè)導(dǎo)論》，本科；
（3）主講《現(xiàn)代通信理論》，碩士研究生；
（4）主講《Senimar:智能電網(wǎng)通信技術(shù)》，碩士研究生。
曾經(jīng)編寫的教材或?qū)Ｖ闆r：
（1）主編教材《通信系統(tǒng)原理》普通高等教育規(guī)劃教材，2011年，機(jī)械工業(yè)出版社。
（2）第二作者參編《電力系統(tǒng)通信技術(shù)》十二五規(guī)劃教材，2015年，中國電力出版社。
（3）第二作者書寫專著《面向智能輸變電的圖像處理技術(shù)》，2014年，中國電力出版社。
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前言
第1章 現(xiàn)代通信概論…………………………………………………………………………… 1
1.1 通信的基本概念與系統(tǒng)構(gòu)成………………………………………………………… 1
1.2 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)…………………………………………………………… 8
1.3 信道的數(shù)學(xué)模型……………………………………………………………………… 11
1.4 現(xiàn)代通信的信息理論基礎(chǔ)…………………………………………………………… 14
1.5 現(xiàn)代通信發(fā)展趨勢…………………………………………………………………… 20
習(xí)題………………………………………………………………………………………… 21
第2章 信源編碼理論………………………………………………………………………… 22
2.1 語音編碼概述………………………………………………………………………… 22
2.2 波形編碼……………………………………………………………………………… 23
2.3 參數(shù)編碼……………………………………………………………………………… 38
2.4 混合編碼……………………………………………………………………………… 42
2.5 感知音頻編碼………………………………………………………………………… 44
2.6 熵編碼………………………………………………………………………………… 46
2.7 圖像信號的壓縮編碼理論…………………………………………………………… 48
2.8 靜止圖像壓縮編解碼國際標(biāo)準(zhǔn)JPEG……………………………………………… 49
2.9 運(yùn)動(dòng)圖像壓縮編解碼標(biāo)準(zhǔn)MPEG ………………………………………………… 51
2.10 視聽通信編解碼標(biāo)準(zhǔn)H.26X …………………………………………………… 53
2.11 應(yīng)用案例…………………………………………………………………………… 56
習(xí)題………………………………………………………………………………………… 61
第3章 數(shù)字基帶傳輸理論…………………………………………………………………… 62
3.1 引言…………………………………………………………………………………… 62
3.2 數(shù)字基帶信號及其頻譜特性………………………………………………………… 63
3.3 數(shù)字基帶脈沖傳輸與碼間串?dāng)_……………………………………………………… 72
3.4 部分響應(yīng)系統(tǒng)………………………………………………………………………… 78
3.5 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的抗噪性能分析………………………………………………… 83
3.6 時(shí)域均衡……………………………………………………………………………… 86
3.7 應(yīng)用案例……………………………………………………………………………… 94
習(xí)題………………………………………………………………………………………… 95
第4章 數(shù)字帶通傳輸理論…………………………………………………………………… 98
4.1 調(diào)制的概念…………………………………………………………………………… 98
4.2 模擬調(diào)制……………………………………………………………………………… 99
4.3 二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制…………………………………………………………………… 100
4.4 多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制…………………………………………………………………… 107
4.5 數(shù)字信號的最佳接收……………………………………………………………… 110
4.6 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)………………………………………………………………… 114
4.7 5G調(diào)制技術(shù)………………………………………………………………………… 126
習(xí)題………………………………………………………………………………………… 132
第5章 復(fù)用與多址…………………………………………………………………………… 133
5.1 多用戶通信系統(tǒng)資源的分配……………………………………………………… 133
5.2 頻分復(fù)用與頻分多址通信系統(tǒng)…………………………………………………… 134
5.3 時(shí)分復(fù)用與時(shí)分多址通信系統(tǒng)…………………………………………………… 135
5.4 碼分復(fù)用與碼分多址通信系統(tǒng)…………………………………………………… 143
5.5 OFDM與OFDMA系統(tǒng)…………………………………………………………… 155
5.6 空分復(fù)用與空分多址……………………………………………………………… 157
5.7 NOMA和SCMA ………………………………………………………………… 165
5.8 隨機(jī)接入ALOHA與載波偵聽多址接入………………………………………… 169
5.9 光波分復(fù)用WDM ………………………………………………………………… 173
習(xí)題………………………………………………………………………………………… 174
第6章 信道編碼理論………………………………………………………………………… 175
6.1 信道編碼的基本原理……………………………………………………………… 175
6.2 線性分組碼………………………………………………………………………… 179
6.3 卷積碼……………………………………………………………………………… 186
6.4 復(fù)合編碼…………………………………………………………………………… 194
6.5 Turbo碼…………………………………………………………………………… 198
6.6 LDPC碼…………………………………………………………………………… 201
6.7 極化碼……………………………………………………………………………… 215
習(xí)題………………………………………………………………………………………… 221
第7章 通信網(wǎng)理論…………………………………………………………………………… 223
7.1 通信網(wǎng)絡(luò)概論……………………………………………………………………… 223
7.2 通信網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)問題………………………………………………………… 225
7.3 路由算法…………………………………………………………………………… 237
7.4 交換技術(shù)…………………………………………………………………………… 244
7.5 支撐網(wǎng)技術(shù)………………………………………………………………………… 255
7.6 傳輸網(wǎng)技術(shù)………………………………………………………………………… 260
7.7 典型應(yīng)用案例……………………………………………………………………… 269
習(xí)題………………………………………………………………………………………… 280
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………… 282
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