通信原理简明教程（第4版）

本书是2014年出版的《通信原理简明教程》(第3版)的修订版。信息通信技术(ICT)正在深刻改变着经济社会。“通信原理”是信息通信类专业的核心课，是从基础到专业、理论到应用的衔接桥梁。考虑作者一贯提倡的编书原则，要为学生提供一本值得读和容易读得懂的教材，本次修订进一步加强物理概念的阐述和基于问题的思路分析，将通信系统中调制、编码、传输等核心的内容，按照“发现分析解决”问题的思路进行组织，突出通信技术的基础性和传承性，并以前沿性与创新性内容为拓展，使学生在掌握通信系统中基本概念、问题建模和系统分析的一般方法的同时，帮助学生从前人的积累中获得启迪，体现科学而合理的认知规律，引导读者进行高效率的学习。同时对重点、难点问题提供了配套的视频资源，有助于不同层次的学生进行自学。本书内容可以满足50~80学时的教学。
全书共9章。第1章绪论初步介绍通信和通信系统的基本概念，介绍本书的使用方法和建议。第2章基础知识对本书所涉及的部分基础知识作简要说明，未学过“信号与系统”和“随机过程”这两门课程的读者可通过该章的内容了解有关的概念和结论。第3章为模拟通信部分，包括模拟调制的原理及方法，抗噪声性能的分析模型及方法，模拟通信系统的应用举例。第4~8章为数字通信部分。第4章的内容为模拟信号的数字化，在数字化的基础上介绍时分复用的原理及数字电话的应用体制。第5章讨论数字信号的基带传输，包括传输方式及基带系统传输错误率的分析和计算。第6章讨论数字信号的调制传输，包括各种调制方法及调制系统传输差错率。第7章讨论现代数字调制方法，介绍近年来得到广泛应用的新型调制技术，并补充了5G系统的调制技术概述。第8章的内容为差错控制编码，介绍差错控制的基本概念，讨论线性码的编译码方法及纠错性能，介绍几种新型的信道编码方法。第9章介绍同步技术。
本书第1、3~5章由李学华编写修订，第2、6章由吴韶波编写修订，第7、8章由杨玮编写修订，陈硕对第7、8章的部分内容进行了补充。全书由李学华统编定稿。南利平老师作为教材前三版的主编和统稿人，为教材的修订做了阶段性的工作。为了便于各校的教学，作者精心制作了视频课和电子课件，电子课件可以扫描前言二维码获取，视频课可以扫描书中对应二维码观看。与本书配套的在线开放课已经在中国大学MOOC、学堂在线和学银在线开课，欢迎读者学习交流。
感谢清华大学朱雪龙老师和北京邮电大学乐光新老师对本书第1版的审阅，感谢清华大学出版社王仁康、陈国新、文怡等编辑对本书出版的帮助，感谢北京信息科技大学汪毓铎、李振松、王亚飞等老师在长期教学工作中的合作和支持，特别是王亚飞、李振松老师还参与了教材第3版的编写工作。对本书所列文献作者，在此一并致谢。
由于作者水平有限，书中难免有不当之处，欢迎读者批评指正。
作者
2020年5月

教学大纲 教案 课件

本书以现代通信系统为背景，全面地介绍通信系统的一般模型和通信技术的基本原理，包括对5G中心技术的介绍。 全书共9章，内容包括绪论、基础知识、模拟通信系统、模拟信号的数字化、数字信号的基带传输、数字信号的调制传输、现代数字调制技术、差错控制编码、同步技术。 本书内容简练，理论联系实际，对基本原理的分析深入浅出，并注重应用和吸收新的技术成果。文中配有大量的典型例题和习题，并附有大部分习题答案，便于教学与自学。 本书可作为高等院校通信工程专业和电子类相关专业的本科生教材。

本书以现代通信系统为背景，全面地介绍通信系统的一般模型和通信技术的基本原理，包括对5G中心技术的介绍。 全书共9章，内容包括绪论、基础知识、模拟通信系统、模拟信号的数字化、数字信号的基带传输、数字信号的调制传输、现代数字调制技术、差错控制编码、同步技术。 本书内容简练，理论联系实际，对基本原理的分析深入浅出，并注重应用和吸收新的技术成果。文中配有大量的典型例题和习题，并附有大部分习题答案，便于教学与自学。 本书可作为高等院校通信工程专业和电子类相关专业的本科生教材。

李学华：博士，教授，研究生导师，北京信息科技大学信息与通信工程学院副院长，北京高校重点建设一流专业——通信工程专业负责人。研究方向为智能无线通信与计算。IEEE 会员，担任学校“通信新技术研究所”所长，“智能无线通信与计算关键技术”科技创新团队负责人。先后获得北京高校优秀德育工作者、北京高校优秀专业课主讲教师、北京高校优秀本科教学管理人员，2019年受聘为电工电子基础课程教学指导分委员会协作委员。主讲的“通信原理”课程2019年获批北京高校“优质本科课程”，并在中国大学MOOC、学堂在线、学银在线平台线上运行，累计选课人数近5000人。2020年疫情期间，该课程被高等学校电工电子基础课程教学指导分委员会和全国高校电工电子在线开放课程联盟（EOCU）为优质在线课程资源。
吴韶波：硕士，副教授，研究生导师。研究方向为智慧感知与信息处理、物联网安全、网络互通与融合等。有多年电子信息工程专业和物联网工程专业教学经验。担任北京物联网学会常务理事，中国电子学会机器人与嵌入式系统分会委员会委员，担任多项全国性学科竞赛评委与裁判员，获评多项竞赛优秀指导教师。参与并完成了多项国家自然基金、北京市自然基金等项目，将前沿科技的研究成果与方法融入课堂教学和各类科技活动当中。
杨玮：博士。研究方向为高速光通信系统以及光与无线融合系统中的高速光逻辑、光信号再生、全光加解密等技术。主要从事通信工程专业的教育教学工作，主讲“通信原理”“数字信号处理”“Matlab及其应用”“光纤通信”等本科课程；作为课程组骨干成员，承担“通信原理”课程建设工作，是配套立体化课件资源的主要制作者之一。
南利平：长年从事通信专业的教学工作，有丰富的教学经验。2000年出版的教材《通信原理简明教程》先后被百余所院校使用，在13年里累计印刷10余万册，在业界获得好评。1995年获北京市优秀教师称号，北京通信学会高级会员。曾获电子部科技进步一等奖、北京市科技进步二等奖。

1绪论

1.1通信和通信系统的一般概念

1.2模拟通信与数字通信

1.3通信发展简史

1.4信息及其度量

1.4.1信息量

1.4.2平均信息量

1.5通信系统的质量指标

1.5.1模拟通信系统的质量指标

1.5.2数字通信系统的质量指标

1.6本书的结构和使用方法

习题

2基础知识

2.1信号和系统的分类

2.1.1信号的分类

2.1.2系统的分类

2.2确定信号的分析

2.2.1周期信号

2.2.2信号的傅里叶变换

2.2.3信号的能量谱与功率谱

2.2.4波形的互相关和自相关

2.2.5卷积

2.3随机信号的分析

2.3.1概率及随机变量

2.3.2随机过程和它的统计特性

2.3.3平稳随机过程

2.4高斯随机过程

2.4.1高斯随机过程的定义和性质

2.4.2一维高斯分布

2.4.3高斯白噪声

2.5平稳随机过程通过系统的分析

2.5.1平稳随机过程通过线性系统

2.5.2平稳随机过程通过乘法器

2.6窄带随机过程

2.6.1窄带随机过程的概念

2.6.2窄带随机过程的统计特性

2.6.3正弦波加窄带高斯过程

2.7信道

2.7.1信道的定义和分类

2.7.2信道数学模型

2.7.3恒参信道和随参信道

2.7.4信道容量

习题

3模拟调制系统

3.1引言

3.2模拟线性调制系统

3.2.1常规调幅

3.2.2抑制载波双边带调幅

3.2.3单边带调制

3.2.4残留边带调制

3.3线性调制系统的抗噪声性能

3.3.1通信系统抗噪声性能的分析模型

3.3.2线性调制相干解调的抗噪声性能

3.3.3常规调幅包络检波的抗噪声性能

3.4模拟非线性调制系统

3.4.1角调制的基本概念

3.4.2调频信号

3.4.3调频信号的产生与解调

3.5调频系统的抗噪声性能

3.5.1非相干解调的抗噪声性能

3.5.2调频系统中的门限效应

3.5.3相干解调的抗噪声性能

3.5.4调频系统中的加重技术

3.6各种模拟调制系统的比较

3.7频分复用

3.7.1频分复用原理

3.7.2复合调制

3.8模拟通信系统的应用举例

3.8.1调幅广播

3.8.2调频广播

3.8.3地面广播电视

3.8.4卫星直播电视

习题

4模拟信号的数字化

4.1引言

4.2模拟信号的抽样

4.2.1理想抽样

4.2.2实际抽样

4.3模拟信号的量化

4.3.1量化的原理

4.3.2均匀量化和线性PCM编码

4.3.3非均匀量化

4.4A律PCM编码

4.4.1常用的二进制码组

4.4.2A律PCM编码规则

4.5脉冲编码调制系统

4.5.1脉冲编码调制系统原理

4.5.2PCM系统的抗噪声性能分析

4.5.3PCM信号的码元速率和带宽

4.6差分脉码调制

4.6.1压缩编码简介

4.6.2差分脉码调制原理

4.6.3自适应差分脉码调制

4.7增量调制

4.7.1简单增量调制

4.7.2自适应增量调制

4.8时分复用

4.8.1时分复用原理

4.8.2数字复接系列

习题

5数字信号的基带传输

5.1引言

5.2数字基带信号的码型

5.2.1数字基带信号的码型设计原则

5.2.2二元码

5.2.3三元码

5.2.4多元码

5.3数字基带信号的功率谱

5.4无码间串扰的传输波形

5.4.1无码间串扰的传输条件

5.4.2无码间串扰的传输波形

5.5部分响应基带传输系统

5.5.1第Ⅰ类部分响应波形

5.5.2部分响应系统的一般形式

5.6数字信号基带传输的差错率

5.6.1二元码的误比特率

5.6.2多元码的差错率

5.7扰码和解扰

5.7.1m序列的产生和性质

5.7.2扰码和解扰原理

5.7.3m序列在误码测试中的应用

5.8眼图

5.9均衡

5.9.1时域均衡原理

5.9.2均衡器构成

习题

6数字信号的调制传输

6.1二进制数字调制

6.1.1二进制幅度键控

6.1.2二进制频移键控

6.1.3二进制相移键控

6.1.4二进制差分相移键控

6.2二进制数字调制的抗噪声性能

6.2.12ASK的抗噪声性能

6.2.22FSK的抗噪声性能

6.2.32PSK和2DPSK的抗噪声性能

6.2.4二进制数字调制系统的性能比较

6.3数字信号的接收

6.3.1使用匹配滤波器的接收机

6.3.2相关接收机

6.3.3应用匹配滤波器的接收性能

6.3.4非相干接收

6.3.5系统性能比较

6.4多进制数字调制

6.4.1多进制幅度键控

6.4.2多进制相移键控

6.4.3多进制频移键控

习题

7现代数字调制技术

7.1偏移四相相移键控

7.2π/4四相相移键控

7.3小频移键控

7.3.1MSK信号的正交性

7.3.2MSK信号的相位连续性

7.3.3MSK信号的产生与解调

7.3.4MSK信号的功率谱特性

7.4高斯小频移键控

7.5正交幅度调制

7.6正交频分复用

7.6.1多载波调制技术

7.6.2正交频分复用技术

7.75G中的新型调制技术

7.7.15GNR物理信道中的调制技术

7.7.25G调制技术的发展趋势

习题

8差错控制编码

8.1差错控制编码的基本概念

8.1.1差错控制方式

8.1.2差错控制编码分类

8.1.3几种简单的检错码

8.1.4检错和纠错的基本原理

8.2线性分组码

8.2.1系统码编码

8.2.2系统码译码

8.3循环码

8.3.1循环码的描述

8.3.2循环码的生成多项式

8.3.3循环码的编码和译码

8.4卷积码

8.4.1卷积码的编码及描述

8.4.2卷积码的译码方法

8.5Turbo码

8.6差错控制编码对系统性能的改善

8.75G中的新型编码技术

8.7.1低密度校验码

8.7.2极化码

习题

9同步技术

9.1载波同步

9.1.1插入导频法

9.1.2直接法

9.2位同步

9.2.1外同步法

9.2.2自同步法

9.3帧同步

9.3.1连贯式插入法

9.3.2间歇式插入法

习题

部分习题答案

附录A常用三角公式

附录BQ函数表和误差函数表

附录C类贝塞尔函数表

附录D缩写词表

参考文献

本书以现代通信系统为背景，全面地介绍通信系统的一般模型和通信技术的基本原理，包括对5G中心技术的介绍。 全书共9章，内容包括绪论、基础知识、模拟通信系统、模拟信号的数字化、数字信号的基带传输、数字信号的调制传输、现代数字调制技术、差错控制编码、同步技术。 本书内容简练，理论联系实际，对基本原理的分析深入浅出，并注重应用和吸收新的技术成果。文中配有大量的典型例题和习题，并附有大部分习题答案，便于教学与自学。 本书可作为高等院校通信工程专业和电子类相关专业的本科生教材。

李学华：博士，教授，研究生导师，北京信息科技大学信息与通信工程学院副院长，北京高校重点建设一流专业——通信工程专业负责人。研究方向为智能无线通信与计算。IEEE 会员，担任学校“通信新技术研究所”所长，“智能无线通信与计算关键技术”科技创新团队负责人。先后获得北京高校优秀德育工作者、北京高校优秀专业课主讲教师、北京高校优秀本科教学管理人员，2019年受聘为电工电子基础课程教学指导分委员会协作委员。主讲的“通信原理”课程2019年获批北京高校“优质本科课程”，并在中国大学MOOC、学堂在线、学银在线平台线上运行，累计选课人数近5000人。2020年疫情期间，该课程被高等学校电工电子基础课程教学指导分委员会和全国高校电工电子在线开放课程联盟（EOCU）为优质在线课程资源。
吴韶波：硕士，副教授，研究生导师。研究方向为智慧感知与信息处理、物联网安全、网络互通与融合等。有多年电子信息工程专业和物联网工程专业教学经验。担任北京物联网学会常务理事，中国电子学会机器人与嵌入式系统分会委员会委员，担任多项全国性学科竞赛评委与裁判员，获评多项竞赛优秀指导教师。参与并完成了多项国家自然基金、北京市自然基金等项目，将前沿科技的研究成果与方法融入课堂教学和各类科技活动当中。
杨玮：博士。研究方向为高速光通信系统以及光与无线融合系统中的高速光逻辑、光信号再生、全光加解密等技术。主要从事通信工程专业的教育教学工作，主讲“通信原理”“数字信号处理”“Matlab及其应用”“光纤通信”等本科课程；作为课程组骨干成员，承担“通信原理”课程建设工作，是配套立体化课件资源的主要制作者之一。
南利平：长年从事通信专业的教学工作，有丰富的教学经验。2000年出版的教材《通信原理简明教程》先后被百余所院校使用，在13年里累计印刷10余万册，在业界获得好评。1995年获北京市优秀教师称号，北京通信学会高级会员。曾获电子部科技进步一等奖、北京市科技进步二等奖。