具体描述
本书较全面、系统地讲述通信系统的基本原理、基本分析方法和基本性能，其内容以数字数据传输为主。全书共分11章，内容包括：绪论、信号与噪声、模拟调制系统、基带数字信号及其传输、数字调制系统、信道复用和多址方式、同步原理、差错控制原理、通信系统的噪声性能、通信网基础和现代通信网。各章均有习题，并附有部分习题答案。本书除必要的数学推导外，注重讲述基本概念和图形分析。叙述深入浅出，通信易懂，重点突出，便于自学。
《信息编码与解码：从源头到信道的奥秘》 内容梗概： 《信息编码与解码：从源头到信道的奥秘》是一本深入探讨信息在传输过程中如何被高效、可靠地表示、变换与恢复的专业书籍。本书旨在揭示信息编码与解码背后蕴含的深刻理论，剖析各种编码技术的设计原理与实际应用，并详细阐述这些技术如何克服信道传输中的种种障碍，最终保证信息准确无误地抵达接收端。本书不仅为通信工程、计算机科学、电子工程等领域的学生和研究人员提供了坚实的理论基础，也为从事信息处理、数据存储、网络传输等工作的工程师们提供了宝贵的实践指导。 详细内容介绍： 第一篇：信息源的数字化表示与压缩 本篇聚焦于信息在进入传输系统前的预处理阶段，即如何将原始信息转化为适合传输的数字形式，并在此过程中尽可能地减少冗余，提高效率。 绪论：信息的本质与度量 探讨信息的定义、信息论的基本概念（如熵、互信息）及其在量化信息量中的作用。 介绍信源的统计特性，如概率分布、马尔可夫信源等，这些特性是后续编码设计的基础。 区分确定性信息与随机性信息，以及在实际通信中如何处理这两者。 信源编码：无损压缩技术 变长编码： 详细介绍霍夫曼编码（Huffman Coding）的构建原理、算法步骤及其最优性证明。通过丰富的实例分析，展示如何根据信源符号的出现概率为其分配不同长度的码字，以实现编码效率的最大化。 算术编码（Arithmetic Coding）： 深入解析算术编码的工作机制，包括如何用一个[0, 1)区间内的实数来表示整个消息序列。阐述其相比于变长编码在压缩率上的优势，以及在实际应用中可能面临的挑战（如计算复杂度）。 游程长度编码（Run-Length Encoding, RLE）： 介绍RLE在处理连续重复符号数据时的有效性，以及其在图像、传真等领域的应用场景。 字典编码： 详细讲解LZ77、LZ78以及LZW（Lempel-Ziv-Welch）算法的工作原理，分析其如何通过查找重复的字符串模式来构建字典并实现数据压缩。 信源编码：有损压缩技术 量化理论： 介绍均匀量化和非均匀量化的概念，讨论量化误差的产生及其对信息保真度的影响。 预测编码： 讲解如何利用当前符号的先前值来预测其值，然后只编码预测误差。介绍线性预测编码（LPC）等技术在语音和音频压缩中的应用。 变换编码： 详细阐述离散余弦变换（DCT）、离散小波变换（DWT）等技术。解释这些变换如何将信号的能量集中到少数几个系数上，从而实现高效压缩。重点介绍DCT在JPEG图像压缩和MPEG视频压缩标准中的核心作用。 矢量量化（Vector Quantization, VQ）： 探讨如何将多个样本作为一个整体进行量化，以期获得比标量量化更高的压缩效率。介绍码书的生成方法（如LBG算法）。 人类感知模型在有损压缩中的应用： 探讨如何利用人类视觉系统（HVS）和听觉系统（HAS）的特性，移除人眼和人耳不易察觉的信息，从而在不显著降低感知质量的前提下实现更高的压缩比。 第二篇：纠错编码：对抗信道的干扰 本篇的核心是介绍如何通过在信息中添加冗余，使得接收端能够检测甚至纠正传输过程中由于噪声、干扰等因素造成的错误，从而提高通信的可靠性。 纠错编码导论：错误模型与性能指标 介绍常见的信道模型，如二元对称信道（BSC）、高斯白噪声信道（AWGN）等。 定义错误概率、比特错误率（BER）、块错误率（BLER）等关键性能指标。 讲解海明界（Hamming Bound），为不同纠错码的性能提供理论上限。 线性分组码： 基础概念： 介绍码字、码组、生成矩阵、校验矩阵等基本术语。 海明码（Hamming Code）： 详细解析海明码的构造方法、校验子计算以及错误定位机制。通过图示和实例，清晰展示其在单比特错误检测与纠正能力上的优势。 循环码（Cyclic Code）： 讲解循环码的代数特性，以及其在编码和解码实现上的便利性。介绍其与多项式运算的联系。 BCH码（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem Code）： 深入分析BCH码的构造原理，以及其能够纠正多比特错误的能力。介绍其在CDMA、卫星通信等领域的应用。 里德-所罗门码（Reed-Solomon Code, RS Code）： 详细介绍RS码的构造和解码算法（如Berlekamp-Massey算法）。强调其在纠正突发错误方面的强大能力，并列举其在DVD、QR码、硬盘存储等领域的广泛应用。 卷积码： 编码过程： 介绍卷积码的移位寄存器模型，以及通过生成多项式生成码字的原理。 解码算法： 维特比算法（Viterbi Algorithm）： 详细阐述维特比算法的工作流程，包括状态转移、度量更新和路径回溯。解释其如何通过最大似然准则找到最有可能的传输码字。 顺序解码（Sequential Decoding）： 介绍Fano算法等顺序解码方法，并分析其在计算复杂度与性能之间的权衡。 卷积码的性能分析： 讨论自由距离、最小码距等参数对卷积码性能的影响。 现代纠错码： 低密度奇偶校验码（LDPC码）： 介绍LDPC码的稀疏校验矩阵特性，以及其通过迭代解码（如消息传递算法）能够逼近香农极限的优异性能。阐述其在Wi-Fi、5G通信等标准中的关键作用。 极化码（Polar Code）： 讲解极化码如何通过信道极化现象构造出性能接近香农极限的码，并介绍其在5G标准中的应用。 Turbo码： 介绍Turbo码的基本结构，即两个简单卷积码通过交织器串联而成，并采用迭代解码策略。分析其在二进制输入输出无色高斯噪声（BIAWGN）信道上的卓越性能。 第三篇：信道编码与信源编码的联合设计（信息论的交汇） 本篇将前两篇的内容进行整合，探讨如何将信源编码和信道编码进行联合设计，以达到整体最优的通信性能。 联合信源-信道编码： 介绍在信息论中，理想情况下信源编码和信道编码可以独立设计，但实际应用中存在联合设计的优势，特别是在低信噪比或对延迟敏感的场景下。 概述信道模型与信息传输速率： 回顾香农第二定理，即信道容量的概念，以及信息传输速率的定义。 探讨不同编码策略在不同信道条件下的适用性。 第四篇：编码的实际应用与发展趋势 本篇将视角从理论推演转移到实际应用，并展望编码技术的未来发展。 通信系统中的编码应用实例： 移动通信： 介绍4G/5G/6G等通信标准中采用的各类编码技术（如Turbo码、LDPC码、Polar码）及其演进。 卫星通信： 讲解如何在远距离、低功率的限制下，利用RS码、LDPC码等提高传输可靠性。 数据存储： 分析纠错码在硬盘、SSD、蓝光光盘等存储介质中的作用，如何保证数据的长期稳定。 网络传输： 讨论前向纠错（FEC）在IP网络、CDN等场景下的应用，以应对丢包和误码。 安全通信： 简要提及在安全通信中，编码技术与密码学相结合的可能性。 编码技术的发展趋势： 机器学习在编码设计中的应用： 探讨如何利用深度学习等技术，自动设计性能更优的编码器和解码器。 面向新型信道的编码： 针对量子通信、可见光通信等新兴通信方式，研究新的编码理论和技术。 硬件实现与加速： 讨论高效、低功耗的编码器/解码器硬件实现方法。 跨层优化： 研究物理层编码与网络层、应用层之间的协同优化，以提升整体通信效率。 结论： 《信息编码与解码：从源头到信道的奥秘》为读者构建了一个系统而完整的知识体系，从信息源的有效表示，到信道的可靠传输，再到现代编码技术的最新进展。本书融合了扎实的理论基础、丰富的算法细节和广泛的应用实例，旨在帮助读者深刻理解信息编码与解码在现代通信和社会信息化进程中的核心价值。通过对本书的学习，读者将能够更好地理解信息如何在复杂多变的物理世界中被精确地捕捉、优化、传输和复原，从而为信息时代的蓬勃发展提供坚实的技术支撑。
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