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第1章 绪论1

1.1 通信系统的构成单元1

1.2 通信信道2

1.2.1 同轴电缆3

1.2.2 光纤4

1.2.3 无线信道6

1.3 模拟通信系统和数字通信系统8

1.3.1 数字通信系统9

1.3.2 为什么采用数字传输10

1.4 通信发展史11

1.4.1 无线通信14

1.5 重要主题及其驱动16

结束语16

推荐读物16

第2章 信号与线性系统的复习18

2.1 信号的基本概念19

2.1.1 一些有用的基本信号21

2.1.2 能量信号和功率信号25

2.1.3 对数功率的计算27

2.1.4 信号的一些基本运算27

2.2 系统的基本概念29

2.2.1 系统分类30

2.2.2 LTI系统的特性32

2.3 频域表示35

2.4 傅里叶级数36

2.4.1 三角傅里叶级数36

2.4.2 Parseval定理39

2.4.3 傅里叶级数的收敛41

2.5 傅里叶变换42

2.5.1 常见信号的傅里叶变换43

2.5.2 傅里叶变换的性质45

2.5.3 周期信号的傅里叶变换50

2.6 时间－带宽积52

2.7 LTI系统的信号传输53

2.7.1 传输失真56

2.8 LTI系统用做频率选择性滤波器57

2.8.1 理想滤波器57

2.8.2 理想滤波器的近似实现60

2.8.3 用MATLAB设计的模拟滤波器62

2.9 功率谱密度65

2.9.1 时间平均自相关函数67

2.9.2 输入功率谱密度与输出功率谱密度之间的关系67

2.10 传输介质的频率响应特性68

2.10.1 双绞线对68

2.10.2 同轴电缆71

2.11 离散时间信号的傅里叶变换72

结束语74

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习题75

MATLAB习题80

第3章 采用MATLAB/Simulink的通信系统仿真82

3.1 启动Simulink83

3.1.1 求解器89

3.2 Simulink的建模89

3.2.1 子系统91

3.3 信源与噪声源的仿真94

3.3.1 确知信号94

3.3.2 随机信号96

3.3.3 AWGN信道的建模99

3.4 通信系统的建模101

3.4.1 时域建模101

3.4.2 变换域表示103

3.5 信号的频域显示105

3.6 结合MATLAB使用Simulink建模107

3.6.1 MATLAB的仿真运行108

结束语110

推荐读物110

第4章 幅度调制111

4.1 低通和带通信号112

4.2 抑制载波的双边带幅度调制113

4.2.1 DSB-SCAM信号的频谱114

4.2.2 DSB-SC AM信号的解调115

4.3 常规幅度调制118

4.3.1 常规AM信号的频谱120

4.3.2 常规AM信号的解调124

4.4 带通信号与系统的其他表示形式128

4.4.1 复包络表示与解析表示的频谱130

4.4.2 带通系统的复包络表示131

4.5 单边带幅度调制133

4.5.1 SSB-AM信号的解调136

4.6 残留边带幅度调制139

4.7 正交多路复用142

4.8 复用142

4.8.1 频分复用143

4.9 变频与频率选择146

4.9.1 下变频混频器146

4.9.2 镜像抑制混频器148

4.10 通信接收机149

4.10.1 超外差式接收机149

4.10.2 直接变频接收机151

4.10.3 低中频接收机152

结束语153

推荐读物153

习题154

MATLAB习题156

附录4A希尔伯特变换158

第5章 角度调制160

5.1 FM信号和PM信号160

5.1.1 调制信号为正弦信号时的FM信号和PM信号163

5.1.2 调角信号的功率166

5.2 调角信号的频谱166

5.2.1 调制信号为正弦信号时FM信号的带宽168

5.2.2 调制信号为任意消息信号时FM信号的带宽170

5.3 窄带FM172

5.4 调角信号的解调173

5.4.1 带通限幅器173

5.4.2 鉴频器174

5.4.3 鉴相器：正交检波器179

5.5 锁相环181

5.5.1 模拟PLL（APLL）182

5.5.2 APLL线性模型184

5.5.3 一阶PLL185

5.5.4 二阶PLL187

5.5.5 非锁定状态APLL的捕获过程195

5.6 PLL用做FM解调器197

5.7 FM广播199

5.7.1 调频立体声199

5.8 模拟电视201

5.8.1 黑白图像201

5.8.2 黑白电视202

5.8.3 彩色电视206

5.8.4 多声道电视音响210

结束语211

推荐读物211

习题212

MATLAB习题215

第6章 概率与随机过程216

6.1 概率的概念217

6.1.1 相对频率217

6.1.2 概率公理218

6.1.3 联合限218

6.1.4 条件概率219

6.2 随机变量222

6.2.1 离散随机变量222

6.2.2 一些常见的离散随机变量224

6.3 连续随机变量225

6.3.1 一些常见的连续随机变量227

6.3.2 离散随机变量与混合随机变量的概率密度函数232

6.4 随机变量的函数232

6.4.1 第一种情形：g（x）单调递增或单调递减233

6.4.2 第二种情形：任意g（x）233

6.5 随机变量的统计特性234

6.5.1 矩函数与特征函数236

6.6 随机变量对237

6.6.1 边缘分析239

6.6.2 两个随机变量的函数：期望值240

6.7 条件分布242

6.7.1 条件期望值245

6.7.2 独立随机变量245

6.8 联合高斯随机变量246

6.8.1 两个随机变量的两个函数249

6.8.2 中心极限定理251

6.9 随机过程：初步251

6.9.1 随机过程的特性253

6.9.2 平稳随机过程256

6.9.3 广义平稳随机过程256

6.9.4 各态历经的随机过程257

6.9.5 自相关函数的性质257

6.9.6 不相关、正交和独立的随机过程258

6.10 随机过程的功率谱258

6.10.1 维纳－辛钦定理258

6.10.2 随机信号在线性时不变系统中的传输259

6.11 一些重要的随机过程261

6.11.1 高斯随机过程261

6.11.2 高斯白噪声262

6.11.3 滤波后的高斯白噪声263

6.12 窄带噪声264

6.12.1 窄带高斯白噪声267

6.12.2 窄带噪声的正弦波包络269

6.13 通信系统中的噪声源270

6.13.1 热噪声271

6.13.2 有效功率272

6.13.3 散粒噪声273

6.14 系统噪声的特性表示273

6.14.1 噪声因子和噪声系数274

6.14.2 子系统的有效输入噪声温度275

6.14.3 级联子系统的噪声系数275

6.14.4 有损二端口网络的噪声因子277

6.15 随机过程的MATLAB仿真278

6.15.1 产生任意概率密度函数的随机变量278

6.15.2 自相关函数和频谱密度279

6.15.3 高斯白噪声的样值279

结束语280

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习题281

MATLAB习题285

第7章 模拟通信系统的噪声分析287

7.1 基带系统的噪声性能288

7.2 噪声对AM系统性能的影响289

7.2.1 DSB-SC的噪声性能289

7.2.2 SSB-AM的噪声性能293

7.2.3 常规AM的性能296

7.3 调角系统的噪声性能302

7.3.1 高CNR系统的运行303

7.3.2 FM系统的运行：低CNR情形308

7.4 预加重与去加重313

7.5 模拟调制系统的比较314

7.6 链路设计316

7.6.1 模拟增音机317

7.6.2 增音机级联时模拟通信系统的性能318

结束语320

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习题321

MATLAB习题324

第8章 模拟信号转换为数字信号327

8.1 低通信号的采样328

8.1.1 奈奎斯特－香农（Nyquist-Shannon）采样定理330

8.1.2 采样序列的DFT330

8.1.3 模拟信号的恢复331

8.1.4 实用的采样技术332

8.2 频谱混叠334

8.3 模拟信号的数字化339

8.3.1 量化340

8.3.2 量化样值的编码341

8.3.3 量化过程引入的误差342

8.3.4 量化噪声344

8.4 脉冲编码调制346

8.4.1 非均匀量化347

8.5 差分脉冲编码调制352

8.6 模／数转换的过采样354

8.7 增量调制356

8.7.1 斜率过载与颗粒噪声358

8.7.2 自适应增量调制359

8.7.3 连续可变斜率增量调制360

8.7.4 量化噪声361

8.8 sigma-delta调制364

8.8.1 一阶sigma-delta调制364

8.8.2 噪声性能365

8.9 带通信号的采样定理369

8.9.1 数字接收机的带通采样375

结束语376

推荐读物376

习题377

MATLAB习题379

第9章 数字基带调制382

9.1 脉冲幅度调制383

9.2 二进制线路编码技术385

9.3 数字基带信号的频谱386

9.3.1 随机脉冲序列的功率谱密度386

9.3.2 二进制线路码的频谱389

9.4 数字基带信号的带宽396

9.5 频谱图与带外功率图397

9.6 分组线路码398

9.6.1 二进制分组码399

9.6.2 多电平分组码400

9.7 扰码402

9.7.1 帧同步扰码器403

9.7.2 SONET扰码器404

9.7.3 自同步扰码器405

9.7.4 ATM扰码器406

9.8 改善频谱效率的脉冲整形407

9.8.1 sinc脉冲407

9.8.2 升余弦脉冲408

9.9 允许的比特率估值413

结束语414

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习题415

MATLAB习题417

第10章 基带信号的噪声检测419

10.1 AWGN环境下的二进制信号检测420

10.1.1 比特差错概率421

10.2 匹配滤波器424

10.2.1 相关检测器427

10.2.2 二进制信号传输系统的性能428

10.3 矢量空间的概念436

10.3.1 有限维矢量空间437

10.3.2 矢量空间的内积437

10.3.3 Gram-Schmidt正交化过程439

10.4 信号与WGN的矢量空间表示442

10.4.1 波形的矢量空间表示442

10.4.2 信号星座实例444

10.4.3 WGN的矢量空间表示447

10.5 AWGN环境下M进制信号的检测448

10.5.1 最大后验概率检测器449

10.5.2 最大似然检测器449

10.5.3 最大后验概率和最大似然检测器的实现450

10.5.4 判决区451

10.6 最大似然检测器的差错性能452

10.6.1 两星座信号的差错检测概率452

10.6.2 M进制信号的差错概率454

10.6.3 比特差错率与符号差错率之间的关系457

10.7 M进制PAM信号的差错性能458

结束语462

推荐读物462

习题463

MATLAB习题467

第11章 采用载波调制的数字信息传输470

11.1 基本概念471

11.1.1 已调数字载波信号的表示472

11.2 二进制幅移键控473

11.2.1 BASK信号的相干解调474

11.3 二进制相移键控478

11.3.1 BPSK信号的相干解调479

11.4 二进制频移键控484

11.4.1 BFSK信号的正交性486

11.4.2 BFSK信号的相干解调486

11.5 二进制差分相移键控490

11.6 二进制数字载波信号的非相干解调493

11.6.1 非相干二进制ASK493

11.6.2 非相干二进制FSK496

11.7 正交调制方案500

11.7.1 正交调制信号的解调501

11.7.2 QPSK502

11.7.3 偏移QPSK507

11.7.4 M进制相移键控511

11.8 最小频移键控514

11.9 正交幅度调制519

11.10 正交调制信号的频谱527

11.10.1 带宽的其他定义533

11.11 载波调制方案的比较536

结束语537

推荐读物537

习题538

MATLAB习题540

第12章 数字信号在时间色散信道上的传输544

12.1 PAM信号在带限信道上的传输545

12.1.1 眼图547

12.2 奈奎斯特零码间干扰准则549

12.2.1 RC脉冲信号551

12.3 带限AWGN信道的发送滤波器与接收滤波器553

12.3.1 差错概率性能556

12.4 部分响应（双二进制）信号557

12.4.1 双二进制信号的检测559

12.4.2 差错概率性能561

12.5 线性均衡器563

12.5.1 迫零均衡器565

12.5.2 最小均方差均衡器570

12.6 自适应均衡575

12.6.1 最小均方差算法576

12.7 判决反馈均衡器578

12.7.1 系数优化580

12.7.2 信道估计582

12.8 线性判决反馈均衡器的性能583

结束语587

推荐读物588

习题588

MATLAB习题591

第13章 数字复用与同步594

13.1 数字复用595

13.1.1 准同步数字体系596

13.1.2 PDH信号的同步597

13.1.3 M12复用器：DS2帧597

13.1.4 DS2的开销比特598

13.2 SONET601

13.2.1 SONET信号的复用602

13.2.2 SONET信号的同步603

13.3 载波同步605

13.3.1 升幂次环路605

13.3.2 科斯塔斯环607

13.3.3 噪声对载波相位估计的影响608

13.3.4 噪声对载波同步装置性能的影响610

13.4 符号同步614

13.4.1 NRZ数据的时钟恢复616

13.4.2 恢复时钟的PLL617

13.5 帧同步624

13.5.1 帧同步装置的性能625

13.5.2 帧同步字的选择628

结束语630

推荐读物630

习题631

MATLAB习题634

第14章 信息论与压缩技术635

14.1 信息论的基本概念636

14.1.1 联合熵与条件熵638

14.1.2 微分熵640

14.1.3 互信息641

14.2 信源编码643

14.2.1 离散无记忆信源643

14.2.2 香农信源编码定理644

14.3 信道编码646

14.3.1 通信信道建模646

14.3.2 通信信道的容量647

14.3.3 香农信道容量定理652

14.3.4 另一个信道编码定理654

14.4 AWGN信道的容量654

14.4.1 AWGN信道的香农容量定理654

14.4.2 带限AWGN信道的容量655

14.4.3 带限AWGN信道上容量定理的含义657

14.4.4 功率－带宽折中658

14.5 无损压缩技术659

14.5.1 无损压缩技术660

14.5.2 Huffman编码660

14.5.3 游程长度编码664

14.5.4 Lemoel-Ziv编码665

14.6 图像压缩：JPEG670

14.6.1 离散余弦变换672

14.6.2 JPEG压缩标准673

14.6.3 色度分量的二次采样676

14.7 数字视频压缩：MPEG677

14.7.1 MPEG679

结束语681

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习题682

MATLAB习题685

附录14A AWGN信道的容量：另一种证明方法687

第15章 信道编码技术689

15.1 分组码690

15.1.1 线性分组码691

15.1.2 系统线性分组码693

15.1.3 差错矢量和伴随式矢量695

15.2 分组码的硬判决译码696

15.2.1 分组码的伴随式译码698

15.2.2 检错能力和纠错能力699

15.3 循环码701

15.3.1 系统循环码的编码702

15.3.2 循环码的译码704

15.3.3 几类重要的分组码704

15.3.4 循环冗余校验码706

15.4 分组码硬判决译码的纠错性能706

15.5 分组码的软判决译码710

15.5.1 软判决译码的差错性能710

15.5.2 编码增益711

15.6 卷积码715

15.6.1 卷积码的表示715

15.6.2 卷积码的译码718

15.6.3 维特比算法720

15.7 卷积码的差错性能724

15.7.1 卷积码的传输函数725

15.7.2 卷积码的差错概率726

15.7.3 编码增益729

15.8 Turbo码730

15.8.1 Turbo译码731

15.8.2 Turbo码的性能733

15.9 网格编码调制（TCM）735

15.9.1 TCM码的译码738

结束语740

推荐读物741

习题741

MATLAB习题744

附录A 数学公式748

附录B 缩略语751

附录C 符号表754

符号表示说明756