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现代通信系统原理与设计 内容简介 本书系统性地阐述了现代通信系统的基本原理、关键技术以及工程实现方法。内容涵盖了从信号的产生、调制、信道传输到最终接收与解调的全过程，旨在为读者提供一个全面且深入的理论基础和实践指导。 第一部分：通信系统的基础理论 第一章：信息论与信源编码 本章首先回顾了信息论的基本概念，包括信息熵、互信息和信道容量。重点讨论了如何量化信息，并引入了香农的信源编码定理。随后，详细介绍了常用的无损信源编码技术，如霍夫曼编码和算术编码，以及有损信源编码（如预测编码和变换编码）在图像、语音压缩中的应用原理。讲解了这些编码技术如何有效地去除信息中的冗余，为后续的传输打下基础。 第二章：信道编码与纠错理论 本章聚焦于如何提高信号在存在噪声和干扰的信道中的传输可靠性。从信道的分类（如加性高斯白噪声信道、衰落信道）入手，详细阐述了信道编码的目的和基本原理。深入探讨了线性分组码（如汉明码、循环码）的代数结构、编码器和译码器的设计。特别强调了卷积码及其最佳译码算法——维特比（Viterbi）算法。此外，还对现代高性能的信道编码技术，如Turbo码和低密度奇偶校验码（LDPC），进行了原理性介绍及其在现代通信标准中的地位。 第三章：数字调制与解调技术 本章是通信系统核心技术之一，详细讲解了数字基带和通带信号的调制方式。基带部分涵盖了脉冲编码调制（PCM）的原理，以及如何利用不同的脉冲整形滤波器（如升余弦滤波器）来控制信号的频谱，最小化码间串扰（ISI）。在通带调制部分，系统地介绍了振幅键控（ASK）、频率键控（FSK）和相移键控（PSK）的基本原理、星座图表示及其功率谱密度。随后，深入分析了正交幅度调制（QAM）的性能优势。重点讨论了最优接收器的设计，即基于最大似然准则的匹配滤波器和相干/非相干解调器的实现细节及其误码率（BER）性能分析。 第二部分：信道与多址接入 第四章：传输信道特性与信道均衡 本章分析了各种物理传输信道对信号传输的影响。对有线信道（如双绞线、光纤）和无线信道进行了分类描述。无线信道部分着重探讨了多径效应引起的时延扩展、频率选择性衰落和快衰落等复杂现象，并引入了信道冲激响应和传递函数等关键参数。针对由多径引起的码间串扰问题，详细介绍了判决反馈均衡器（DFE）和迫零均衡器的设计原理和实际应用，以恢复清晰的原始信号。 第五章：多址接入技术 随着用户数量的激增，如何高效共享有限的频谱资源成为关键。本章全面介绍了主要的移动通信多址接入技术。对频分多址（FDMA）和时分多址（TDMA）的原理和局限性进行了分析。重点阐述了码分多址（CDMA）的核心技术，包括扩频技术（如直接序列扩频DS-SS）的工作原理，以及如何通过正交扩频序列实现用户间隔离。此外，还对正交频分多址（OFDMA）在4G/5G技术中的应用及其相对于传统多址方式的优势进行了深入探讨。 第三部分：现代无线通信系统 第六章：扩频技术与抗干扰能力 本章专门深入探讨了扩频技术（Spread Spectrum），这是许多现代通信系统的基石。详细解释了伪随机噪声（PN）序列的生成、特性和相关性。阐述了直接序列扩频（DSSS）和跳频扩频（FHSS）的工作流程，并重点分析了扩频技术在抵抗窄带干扰（抗干扰通信）和隐藏通信（安全通信）中的强大能力。本章还介绍了扩频增益的计算及其对系统性能的影响。 第七章：数字蜂窝系统与移动性管理 本章将理论与实际工程应用相结合，以数字蜂窝系统为例，讲解了移动通信系统的架构。涵盖了小区划分、频率复用、小区间干扰抑制等关键概念。详细描述了移动用户在网络中的位置更新、切换（Handover）过程的触发条件和流程设计，包括硬切换和软切换。讨论了功率控制在维持系统容量和覆盖范围中的重要作用。 第八章：MIMO 系统与空间复用 介绍了多输入多输出（MIMO）技术的基本概念，即利用多个发射天线和多个接收天线来提升系统性能。讲解了MIMO信道的容量增益和复用增益。详细分析了空分复用（Spatial Multiplexing, SM）的实现原理，如迫零（ZF）检测和迫伸（MMSE）检测等多天线信号处理技术。同时，也讨论了通过多天线阵列实现发射分集和接收分集，以提高信道可靠性的技术。 第四部分：系统性能与先进主题 第九章：接收机的性能分析与噪声 本章回归到系统噪声对接收机性能的制约。详细分析了接收机中的噪声源，如热噪声和散粒噪声，并引入了噪声系数（Noise Figure）的概念。重点对不同调制方式在标准高斯信道下的误码率（BER）性能曲线进行了推导和比较，并考虑了实际系统中信号衰落和非理想因素对性能的影响。 第十章：先进的信道编码与调制集成技术 本章探讨了当前通信领域最前沿的编码和调制技术集成。深入剖析了比特交织编码调制（BICM）的结构及其在提高编码增益方面的作用。详细介绍了先进的正交调幅（OFDM）技术的原理，包括其利用IFFT/FFT实现高效正交性的过程，以及OFDM系统在抵抗多径干扰方面的巨大优势，并讨论了循环前缀（CP）的作用。 附录 附录包含了傅里叶变换、Z变换、概率论基础回顾，以及常用通信系统参数的查表数据。 本书力求理论深度与工程实用性并重，适合作为高等院校电子信息工程、通信工程、信息与信号处理等专业高年级本科生及研究生的教材或参考书。通过本课程的学习，读者将能全面掌握现代通信系统的设计理念、核心算法和性能评估方法。
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