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《现代通信系统原理与实践》 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代通信系统理论基础与工程实践相结合的学习路径。在信息爆炸的时代背景下，通信技术已成为支撑社会运转的基石，从5G/6G移动通信到卫星互联网，从光纤骨干网到物联网（IoT）的广泛部署，理解其背后的科学原理和工程实现至关重要。本书内容涵盖了经典和前沿的通信理论，侧重于系统化的视角和实际案例分析，帮助读者构建扎实的理论框架和解决实际工程问题的能力。 第一部分：通信系统基石——信号与系统 本部分是理解所有现代通信系统的理论起点。我们首先从连续时间和离散时间信号的表示与分析入手，详细阐述了傅里叶分析（包括连续时间傅里叶变换、离散时间傅里叶变换、傅里叶级数）在频谱分析中的核心作用。这不仅仅是数学工具的罗列，而是通过实例展示如何利用频域分析来洞察信号的本质特性，例如带宽需求和抗干扰能力。 随后，系统地介绍了线性时不变系统（LTI）的特性。通过系统的冲激响应、传递函数和卷积运算，读者将掌握如何描述和设计满足特定性能指标的系统组件，如滤波器。我们深入探讨了采样定理及其在数字通信中的重要性，重点分析了混叠现象的成因和避免措施，这是从模拟世界过渡到数字世界的关键一步。此外，本部分还将引入Z变换，作为分析离散时间系统的强有力工具，并结合数字信号处理（DSP）的基本概念，为后续的信道编码和调制技术打下坚实基础。 第二部分：数字通信的艺术——编码、调制与解调 数字通信是现代信息传输的核心。本部分从信息论出发，奠定理论基础。详细解析了香农信息论的基本概念，包括信息熵、信源熵、信道容量等，特别是对香农-哈特利定理的深入解读，它为所有通信系统的性能上限设定了理论边界。 随后，我们将焦点转向信源编码和信道编码。在信源编码方面，本书不仅讲解了经典的Huffman编码，还详细介绍了现代高效率编码如算术编码和Lempel-Ziv（LZ77/LZ78）家族的应用场景，这些是数据压缩软件和文件格式的核心技术。在信道编码方面，内容涵盖了纠错编码的原理，包括线性分组码（如汉明码）、循环码（如CRC校验）以及现代高性能的卷积码和Turbo码。每一类编码都配有详细的编码/译码流程图和性能对比分析。 数字调制技术是实现高效可靠传输的关键。本书全面覆盖了基带传输（如PCM、线路编码，重点分析了曼彻斯特编码和差分编码的优劣）和通带传输（如ASK、FSK、PSK及现代的QAM）。针对高阶调制技术（如64QAM、256QAM），我们着重分析了星座图的构建、概率性能（误码率BER）的计算，并讨论了如何在实际系统中通过最佳接收机（如维特比译码器）实现近似理论极限的性能。 第三部分：信道特性与抗干扰技术 任何实际的通信信道都不是理想的，本部分专门剖析了限制系统性能的各种不利因素，并介绍了应对之策。 首先，系统分析了噪声对通信系统的影响，区分了热噪声、散粒噪声等物理噪声源，并详细推导了加性高斯白噪声（AWGN）信道下的接收性能。接着，本书深入探讨了多径效应和衰落信道。对于移动通信环境中常见的时变和频率选择性衰落，我们引入了瑞利分布和莱斯分布模型，并结合Jakes模型等对信道进行建模。 为了对抗信道失真，本书介绍了多种关键技术： 1. 均衡技术：详细讲解了线性均衡器（如迫零均衡器、MMSE均衡器）和非线性均衡器（如决策反馈均衡器DFE）的工作原理及其在消除码间串扰（ISI）中的应用。 2. 分集技术：阐述了如何利用空间、频率或时间分集来缓解衰落影响，包括选择性合并（Selection Combining）和最大比合并（Maximal Ratio Combining, MRC）的性能增益分析。 3. 扩频技术：重点介绍直接序列扩频（DSSS）和跳频扩频（FHSS），分析了它们在抗干扰、多址接入（CDMA）中的优势，并引入了正交频分复用（OFDM）作为现代宽带通信（如Wi-Fi、4G/5G的核心技术）的基石，解析其如何通过将高速串行数据映射到大量低速并行子载波上来抵抗多径效应。 第四部分：系统架构与现代前沿技术 本部分将理论知识提升到系统层面，探讨了现代通信网络的基础架构和新兴技术趋势。 多址接入技术是资源共享的关键。除了扩频引入的CDMA，本书还详细比较了频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和正交频分多址（OFDMA）的优缺点及其在不同网络代际中的演进关系。 在系统设计实践方面，我们将深入探讨同步技术，包括载波恢复、位定时提取和帧同步的工程实现方法。 最后，本书展望了通信技术的前沿领域： MIMO（多输入多输出）系统：解析了MIMO如何通过利用空间复用和发射分集来显著提高信道容量和可靠性，并介绍了空间复用技术的代表——迫零（ZF）和迫零最小均方误差（MMSE）预编码。 软件定义无线电（SDR）：讨论了SDR的概念、架构以及它如何使得通信系统的灵活性和快速迭代成为可能。 安全通信基础：简要介绍了在信息论基础上构建的物理层安全概念，为读者理解未来通信的安全防护打下基础。 本书内容紧密结合工业界标准和实际工程案例，通过丰富的图表、详细的数学推导和可操作的工程实例，确保读者不仅理解“是什么”，更能理解“如何做”。它适合于通信工程、电子信息工程、计算机科学等相关专业的本科生、研究生以及致力于从事通信系统研发的工程师和技术人员作为核心教材或参考手册。
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