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目录1

译者序1

前言1

第1章　数字数据传输导论1

1.1　引言1

1.2　数字通信系统组成3

1.2.1　一般考虑4

1.2.2　典型通信系统中的子系统4

1.2.3　通信链路的容量6

1.3　通信信道建模8

1.3.1　引言8

1.3.2　特定通信信道举例9

1.3.2.1　传播信道9

1.3.2.2　地面链路10

1.3.2.3　光盘（CD）信道11

1.3.3　通信信道建模方法11

1.3.3.1　离散信道方法11

1.3.3.2　通信信道的波形描述12

1.3.4　通信信道中的干扰和失真13

1.3.5　对外部信道传播的若干考虑18

1.4　通信链路功率计算19

1.4.1　通信系统性能计算中的分贝20

1.4.2　通信系统中的功率电平计算；链路预算20

1.5　通信的驱动力23

1.6　计算机在通信系统分析和设计中的使用24

1.7　本书预览25

参考文献26

习题27

2.1　信号和线性系统理论回顾31

2.1.1　引言31

2.1.2　信号的分类31

第2章　信号、系统、调制和噪声31

2.1.3　系统的基本性质32

2.1.4　时不变线性系统的特征函数——复指数信号；频率响应函数33

2.1.5　正交函数序列34

2.1.6　复指数傅里叶级数35

2.1.7　傅里叶变换37

2.1.8　信号频谱40

2.1.9　能量关系41

2.2　基本模拟调制技术42

2.2.1　双边带调制42

2.1.10　系统分析42

2.2.2　Hilbert变换；单边带调制44

2.2.3　角度调制46

2.3　带通信号与系统的复包络表示49

2.3.1　带通信号49

2.3.2　带通系统50

2.4　信号失真及滤波52

2.4.1　无失真传输和理想滤波器52

2.4.2　群时延和相位时延53

2.4.3　非线性系统与非线性失真58

2.5　实用滤波器的类型和特征61

2.5.1　常用术语61

2.5.2　巴特沃兹滤波器（最平坦）62

2.5.3　切比雪夫滤波器（等波纹）63

2.6.1　低通抽样定理65

2.6　抽样定理65

2.5.4　贝塞尔滤波器（最平坦时延）65

2.6.2　非理想因素对抽样的影响68

2.6.3　带通信号的抽样68

2.6.4　降低对滤波器要求的过抽样和减抽样69

2.6.5　脉冲编码调制69

2.6.6　差分脉冲编码调制72

2.7　随机过程72

2.7.1　随机过程的数学描述72

2.7.2　具有随机输入的线性时不变系统的输入输出关系；功率谱密度77

2.7.2.1　部分描述77

2.7.2.2　线性系统的输出统计特性79

2.7.2.3　中心和非中心x2分布81

2.7.3　随机过程的例子82

2.7.4　窄带噪声的表示83

2.7.5　窄带高斯过程包络的分布85

2.8　随机变量的计算机产生87

2.8.1　引言87

2.8.2　具有特定分布的随机变量的产生87

2.8.3　仿真白噪声过程的功率谱89

2.8.4　伪噪声序列的产生92

2.9　本章小结94

参考文献97

练习97

第3章　基本数字通信系统102

3.1　引言102

3.2　二进制数字通信问题102

3.2.1 AWGN中的二进制信号检测102

3.2.2　匹配滤波器105

3.2.3.1 PE的一般公式107

3.2.3　匹配滤波器在二进制数据检测中的应用107

3.2.3.2　双极性基带信号108

3.2.3.3　基带正交信号109

3.2.3.4　基带启闭信号109

3.2.4　匹配滤波器接收机的相关器实现111

3.3　信号通过带宽受限信道112

3.3.1　系统模型112

3.3.2　无符号间干扰设计：奈奎斯特脉冲成形准则114

3.3.3　最佳的发送和接收滤波器116

3.3.4　发送信号频谱的成形119

3.3.5　双二进制信号121

3.4　数字数据传输系统中的均衡123

3.4.1　引言123

3.4.2　迫零均衡器123

3.4.3　最小均方误差均衡器127

3.4.4　自适应权值调整130

3.4.5　其他均衡器结构133

3.4.6　均衡器的性能134

3.5　数字通信系统仿真举例136

3.6　脉冲编码调制中的噪声影响139

3.7　本章小结143

参考文献144

习题145

第4章 数字数据传输中的信号空间方法147

4.1　引言147

4.2　基于矢量空间的最佳接收机原理149

4.2.1　最大后验概率检测器149

4.2.2.1　接收波形的K维信号空间表示151

4.2.2　信号的矢量空间表示151

4.2.2.2　标量积152

4.2.2.3　格兰姆—施密特方法153

4.2.2.4　许瓦兹不等式154

4.2.2.5　帕斯瓦尔定理154

4.2.3　信号空间中的MAP检测器156

4.2.4　MAP接收机性能计算158

4.3　相干数字传输方式下的性能分析160

4.3.1　相干二进制系统160

4.3.2　相干M进制正交信号传输方式161

4.3.3　M进制相移键控163

4.3.4　正交幅度调制165

4.4　接收机不需要相干参考的传输方式169

4.4.1　非相干频移键控169

4.4.2　差分相移键控171

4.5　数字调制系统的比较176

4.5.1 由符号错误概率得到比特错误概率176

4.5.2　M进制数字通信系统的带宽有效性178

4.6　功率和带宽等价基础上M进制数字调制方案的比较179

4.6.1　相干数字调制方案179

4.6.2　非相干数字调制方案181

4.7　几种常用的调制方案183

4.7.1　正交复用信号方案183

4.7.1.1　正交复用184

4.7.1.2　正交和偏移正交四相相移键控185

4.7.1.3　最小频移键控186

4.7.1.4　数字正交调制系统的性能186

4.7.3　π/4-D QPSK189

4.7.2　高斯MSK189

4.7.4　正交调制方案的功率谱191

4.8　设计实例与系统选择193

4.9　多指数连续相位调制198

4.9.1　多指数CPM信号模式的描述199

4.9.2　多指数CPM信号功率谱的计算203

4.9.3　多指数CPM信号的同步206

4.10　正交频分复用207

4.10.1　简介207

4.10.2 OFDM的思想208

4.10.3 DFT实现OFDM的数学描述209

4.10.4　衰落对OFDM检测的影响212

4.10.5.2　在OFDM中实现分集214

4.10.5.3　实现问题214

4.10.5.1　对抗时延扩展的OFDM符号速率214

4.10.5 OFDM中的参数选择和实现问题214

4.10.6 OFDM波形仿真215

4.11　本章小结215

参考文献218

习题220

第5章　数字通信中的信道损耗224

5.1　引言224

5.2　通信系统中的同步224

5.2.1　载波同步224

5.2.2　符号同步231

5.2.3　帧同步232

5.3.1.2　瑞利慢衰落中的比特差错率性能234

5.3.1.1　引言234

5.3　信号慢衰落对通信系统的影响234

5.3.1　瑞利衰落信道中二进制调制方案的性能234

5.3.1.3　衰落中使用路径分集以提高性能235

5.3.1.4　中等瑞利快衰落中DPSK调制的性能239

5.3.2　慢衰落中M进制调制的性能243

5.3.2.1　引言243

5.3.2.2　瑞利慢衰落中M进制PSK和DPSK调制的性能243

5.3.2.3　莱斯慢衰落中M进制PSK和DPSK调制的性能245

5.3.2.4　莱斯慢衰落中M进制QAM的性能247

5.3.2.5　莱斯慢衰落中M进制非相干FSK的性能247

5.3.3　慢衰落中采用分集的M进制BPSK和DPSK的性能251

5.3.3.1　瑞利衰落251

5.3.3.2　莱斯衰落252

5.4.2　眼图256

5.4.3　数字调制方法的包络函数256

5.4　用于通信系统设计的诊断工具256

5.4.1　引言256

5.4.4　数字调制系统的矢量图259

5.5　本章小结262

参考文献263

习题264

第6章　信息论和分组编码的基本原理267

6.1　引言267

6.2　信息论的基本概念268

6.2.1　信源编码268

6.2.2　莱姆培尔-日杰夫编码算法272

6.2.3　信道编码和信道容量279

6.2.3.1　概述279

6.2.3.2　仙农信道容量公式280

6.2.3.3　离散无记忆信道的信道容量281

6.2.3.4　可计算截止率283

6.3　分组编码基础285

6.3.1　基本概念286

6.3.1.1　分组编码的定义286

6.3.1.2　汉明距离和汉明重量286

6.3.1.3　错误矢量287

6.3.1.4　最佳译码准则288

6.3.1.5　译码区域与错误概率289

6.3.1.6　编码增益291

6.3.1.7　小结292

6.3.2　线性码292

6.3.2.1　模2矢量运算292

6.3.2.2　二进制线性矢量空间293

6.3.2.3　线性分组编码295

6.3.2.4　系统线性分组编码297

6.3.2.5　线性分组编码的距离特性298

6.3.2.6　用标准阵列译码298

6.3.2.7　线性码的错误概率302

6.3.3　循环码306

6.3.3.1　循环码的定义306

6.3.3.2　多项式运算306

6.3.3.3　循环码的性质308

6.3.3.4　循环码的编码309

6.3.3.5　循环码的译码310

6.3.4　汉明码310

6.3.4.1　汉明码的定义310

6.3.4.2　汉明码的编码312

6.3.4.4　汉明码的性能313

6.3.4.3　汉明码的译码313

6.3.5 BCH码317

6.3.5.1 BCH码的定义和编码317

6.3.5.2 BCH码的译码319

6.3.5.3　BCH码的性能321

6.3.6　里德-所罗门码323

6.3.6.1 里德-所罗门码的定义323

6.3.6.2 RS码的译码323

6.3.6.3 RS码的性能323

6.3.7 高莱码324

6.3.7.1 高莱码的定义324

6.3.7.2 高莱码的译码325

6.3.7.3　高莱码的性能325

6.4　慢衰落信道上的编码性能326

6.5　本章小结330

参考文献336

习题337

第7章　卷积码基本原理342

7.1　引言342

7.2　基本概念342

7.2.1　卷积码的定义342

7.2.2　卷积码的译码346

7.2.3　软判决的潜在编码增益348

7.2.4　卷积码的距离特性351

7.3　维特比算法354

7.3.1　硬判决译码354

7.3.2　软判决译码358

7.3.3　译码错误概率360

7.3.4　比特错误概率361

7.4　好的卷积码及其性能362

7.5　其他主题365

7.5.1　序列译码365

7.5.2　门限译码365

7.5.3　里德-所罗门／卷积级联码365

7.5.4　凿孔卷积码366

7.5.5　网格编码调制369

7.5.6 Turbo码372

7.5.7　应用374

7.6　本章小结375

参考文献377

习题379

8.2　基本原理382

第8章 自动重传请求系统原理382

8.1　简介382

8.3　三种ARQ策略383

8.3.1　停止等待ARQ383

8.3.1.1　基本原理383

8.3.1.2　吞吐量计算384

8.3.2　连续ARQ387

8.3.2.1　基本原理387

8.3.2.2　吞吐量计算388

8.3.3　选择重传ARQ390

8.3.3.1　基本原理390

8.3.3.2　吞吐量计算390

8.4　差错检测码392

8.4.1　基本原理392

8.4.2　汉明码394

8.4.3 BCH码395

8.4.4　高莱码395

8.5　本章小结396

参考文献397

习题398

第9章　扩频系统400

9.1　引言400

9.2　两个通信问题401

9.2.1　脉冲噪声干扰401

9.2.2　低检测概率402

9.3　扩频系统的种类404

9.3.1 BPSK直接序列扩频404

9.3.2 QPSK直接序列扩频411

9.3.3　非相干慢跳频扩频414

9.3.4　非相干快跳频扩频416

9.3.5　混合直接序列／跳频扩频418

9.4　扩频系统的复包络表示419

9.5　伪随机序列的产生和特性422

9.5.1　定义和数学背景422

9.5.2　m序列发生器的结构424

9.5.3 m序列的特性424

9.5.4 m序列的功率谱426

9.5.5　产生m序列的多项式表427

9.5.6 m序列的安全性429

9.5.7 戈德码430

9.5.8　卡萨米序列（小集合）432

9.5.9　四元（四相）序列432

9.6　扩频系统的同步434

9.5.10　沃尔什码434

9.7　干扰环境下扩频系统的性能437

9.7.1　引言437

9.7.2　干扰类型437

9.7.3　对抗智能干扰源437

9.7.4　阻塞噪声干扰情况下的错误概率438

9.7.5　经过优化的部分带宽干扰或脉冲干扰下的差错概率440

9.8　多用户环境下的性能442

9.9　多用户检测445

9.10　扩频系统举例449

9.10.1　航天飞机频谱解扩器449

9.10.2　全球定位系统451

9.11　本章小结453

参考文献454

习题456

第10章　蜂窝无线通信基础460

10.1　简介460

10.2　频率重用461

10.3　信道模型465

10.3.1　路径损耗和阴影衰落模型466

10.3.1.1 自由空间路径损耗466

10.3.1.2　平坦地面路径损耗467

10.3.1.3　奥村／羽田路径衰减模型469

10.3.1.4　对数正态阴影衰落470

10.3.2　多径信道模型471

10.3.2.1　瑞利衰落（不可分解多径）模型473

10.3.2.2　莱斯（不可分解）模型484

10.3.2.3　小结487

10.3.2.4　可分解多径分量487

10.3.2.5 WSSUS信道的数学模型488

10.4　减轻多径衰落的技术491

10.4.1　引言491

10.4.2　空间分集493

10.4.3　频率分集494

10.4.4　时间分集495

10.4.5　多径分集和RAKE接收机495

10.5　系统设计和性能预测497

10.5.1　引言497

10.5.2　性能评价准则498

10.5.3　频率重用499

10.5.4　实际小区的几何形状501

10.5.5　干扰平均501

10.6.1　引言503

10.6　先进移动电话业务503

10.6.2　呼叫建立和控制504

10.6.3　调制和信令格式505

10.7　全球移动通信系统507

10.7.1　引言507

10.7.2　系统概述508

10.7.3　调制和信令格式509

10.7.4　小结和另外的评注513

10.8　码分多址514

10.8.1　引言514

10.8.2　前向链路描述517

10.8.3　反向链路描述521

10.8.4 CDMA的容量524

10.8.5　另外的评注527

10.9.1　蜂窝的概念和系统528

10.9　推荐读物528

10.9.2　信道建模和传播529

10.9.3　结束语530

参考文献530

习题532

第11章　卫星通信536

11.1　引言536

11.1.1　卫星通信简史536

11.1.2　基本概念和术语537

11.1.3　轨道的关系539

11.1.4　天线覆盖540

11.2　卫星传输资源的分配541

11.2.1 FDMA541

11.2.2　TDMA542

11.2.3 CDMA545

11.3　链路功率预算分析546

11.3.1　弯管中继546

11.3.2　解调／再调制（再生）数字转发器548

11.3.3　相邻信道干扰549

11.3.4　相邻卫星干扰550

11.3.5　受限转发器中的功率划分551

11.4　链路功率预算的计算举例553

11.5 中低地球轨道话音消息卫星系统561

11.6　本章小结562

参考文献563

习题564

A.1.2　公理566

A.1.1　定义566

A.1　概率理论566

附录566

附录A　概率和随机变量566

A.1.3　联合、边际和条件概率567

A.2　随机变量、概率密度函数以及均值568

A.2.1　随机变量568

A.2.2　概率分布和密度函数568

A.2.3　随机变量的均值571

练习571

A.3　特征函数和概率母函数572

A.3.1　特征函数572

A.3.2　概率母函数574

A.4　随机变量的变换575

A.4.1　一般结论575

A.4.2　高斯随机变量的线性变换578

习题579

.A.5　中心极限定理579

参考文献579

附录B　内部噪声的特性582

参考文献585

习题585

附录C　大气中的气体成分和降雨引起的无线电波传输损耗586

附录D　相干参考的产生589

D.1　介绍589

D.2　对相位噪声及其性质的描述589

D.2.1　一般考虑589

D.2.2　相位和频率噪声功率谱589

D.2.3　艾伦方差592

D.2.4　倍频器或分频器对相位噪声频谱的影响593

D.3.1　同步模式：线性工作594

D.3　锁相环模型和工作特性594

D.3.2　噪声的影响596

D.3.3　带有相位噪声振荡器的锁相环跟踪600

D.3.4　相位抖动加噪声的影响601

D.3.5　瞬时响应602

D.3.6　锁相环的捕获604

D.3.7　传输时延的影响607

D.4　频率合成607

D.4.1　数字合成器608

D.4.2　直接合成609

D.4.2.1　结构609

D.4.2.2　直接合成器中寄生频率成分的产生609

D.4.3.1　结构611

D.4.3.2　输出相位噪声611

D.4.3　锁相频率合成器611

D.4.3.3　间接合成器的寄生产物612

参考文献612

习题613

附录E　高斯概率函数616

参考文献617

附录F　数学表618

F.1 sinc函数618

F.2　三角恒等式618

F.3　不定积分619

F.4　定积分620

F.5　级数展开621

F.6　傅里叶变换的性质622

F.7　傅里叶变换对622