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出版者:Springer Verlag

作者:Fazel, Khaled (EDT)/ Kaiser, Stefan (EDT)

出品人:

页数:520

译者:

出版时间:2006-2

价格:$ 213.57

装帧:HRD

isbn号码:9781402044359

丛书系列:

图书标签:

• 无线通信
• 扩频通信
• 多载波
• 信号处理
• 通信系统
• 信息论
• 调制解调
• 频谱分析
• 现代通信
• 无线网络

《信号编码与信息传输：解码现代通信的基石》 引言 在信息爆炸的时代，我们无时无刻不被海量的数据所包围，而通信技术正是支撑这一切的关键。从智能手机的每一次通话、每一次网络浏览，到卫星通信的精准导航、再到无线传感网络的无缝连接，高效、可靠且安全的信号编码与信息传输技术是这一切得以实现的根本。《信号编码与信息传输：解码现代通信的基石》深入剖析了这一领域的核心原理、关键技术以及前沿发展，旨在为读者提供一个全面而深入的认知框架，理解现代通信系统如何在复杂环境中高效地传递信息。本书不侧重于某个特定类型的传输技术，而是聚焦于那些构成所有现代通信系统基石的通用编码与传输理论。 第一部分：信号编码的基础 本部分将引导读者从最基础的信号表示和编码方式出发，逐步构建对信息如何被转化为可在信道中传输的信号的理解。 数字信号的离散化与量化： 任何模拟信号（如声音、图像）要被计算机处理和传输，首先需要转化为数字信号。我们将详细介绍采样定理，解释采样频率如何决定了信号的保真度；并深入探讨量化过程，分析量化误差的产生及其对信号质量的影响。我们将讨论不同的量化方法，如均匀量化和非均匀量化，以及它们在不同应用场景下的优势。 信源编码：数据压缩的艺术： 为了提高传输效率，减少存储空间，我们必须对原始信号进行压缩。本部分将详述各种信源编码技术，包括： 统计编码： 如霍夫曼编码（Huffman Coding），分析其基于概率的编码原理，如何为出现频率高的符号分配短码字，为低频符号分配长码字，从而实现最优的平均码长。我们将通过实例演示其构建过程和压缩效果。 字典编码： 如Lempel-Ziv（LZ）系列算法（LZ77、LZ78、LZW），重点解释它们如何通过识别和替换重复出现的字符串序列来达到压缩目的，适用于文本、图像等具有重复模式的数据。 预测编码： 介绍其基本思想，即利用先前已编码数据预测当前数据，并仅传输预测误差，这在处理连续信号（如音频、视频）时尤为有效。 信道编码：对抗干扰的盾牌： 真实世界的通信信道充斥着噪声和干扰，可能导致数据在传输过程中出错。信道编码是增加数据冗余，使其能够被接收端检测和纠正错误的关键技术。本部分将深入探讨： 线性分组码： 介绍其结构和工作原理，包括校验矩阵、生成矩阵的概念。我们将详细讲解Hamming码，分析其纠错能力和译码过程。 卷积码： 解释其随时间变化的编码特性，以及它如何利用移位寄存器和逻辑门实现编码。我们将介绍Viterbi译码算法，这是当前最流行的卷积码译码算法之一，并分析其工作流程和复杂度。 交织码（Interleaving）： 阐述交织码的作用，即打乱原始数据块的顺序再进行编码和传输，以应对突发性错误，提高编码的整体纠错性能。 第二部分：信息传输的机制 在信号被编码后，就需要将其有效地传输到接收端。本部分将聚焦于信号在信道中的传输方式、调制解调技术以及多用户共享信道的策略。 基带信号与频带信号的转换： 解释基带信号（直接由信源编码产生的信号）与频带信号（载波调制后的信号）的概念。理解为什么需要将基带信号调制到高频载波上进行传输，包括克服信道限制、提高天线效率等原因。 线性调制技术： 幅度调制（AM）： 详细介绍其不同类型，如双边带（DSB）、单边带（SSB）和残留边带（VSB），并分析它们在带宽占用、功率效率以及复杂度上的权衡。 频率调制（FM）： 阐述其工作原理，以及FM信号的频谱特性。分析FM的抗噪声能力，以及它在广播、音乐传输中的广泛应用。 相位调制（PM）： 讲解相位与信息的关系，并与FM进行对比，分析它们之间的联系和差异。 非线性调制技术与数字调制： 随着数字通信的兴起，数字调制技术成为主流。 幅度键控（ASK）： 解释如何通过改变载波幅度来表示数字信息，并分析其简单性与易受噪声影响的缺点。 频率键控（FSK）： 描述如何通过改变载波频率来表示数字信息，并分析其相对ASK的抗噪声性。 相位键控（PSK）： 详细介绍二进制相移键控（BPSK）和四进制相移键控（QPSK），分析其星座图的含义，以及它们在数据传输速率和可靠性上的表现。 正交幅度调制（QAM）： 讲解QAM如何结合幅度和相位来编码信息，从而在同一带宽内传输更高的数据速率，并介绍其不同阶数（如16-QAM, 64-QAM）的性能特点。 多用户通信与信道接入： 在许多通信场景下，多个用户需要共享有限的通信资源。本部分将探讨如何有效地管理这些资源。 多址技术（Multiple Access Techniques）： 频分多址（FDMA）： 解释如何将总带宽分割成若干个独立的子信道，分配给不同的用户。 时分多址（TDMA）： 阐述如何将时间分割成帧和时隙，允许用户在不同的时隙内传输数据。 码分多址（CDMA）： 深入分析CDMA的核心思想，即每个用户使用一个独有的扩频码来编码信息，使得不同用户可以在同一频率和时间上进行通信，而接收端通过相关器分离信号。 空分多址（SDMA）： 介绍利用天线的空间定向性来区分用户的技术。 多输入多输出（MIMO）技术： 探讨MIMO如何利用多个发射天线和多个接收天线来提高数据传输速率和可靠性，分析其空间复用和分集增益原理。 第三部分：信号传输的理论与性能分析 本部分将深入探讨信号传输的理论基础，并介绍如何评估和优化通信系统的性能。 香农信息论基础： 介绍信息熵的概念，理解信息量的度量。阐述香农信道容量定理，解释理论上能够实现无差错通信的最大速率，以及它对通信系统设计的指导意义。 噪声对信号传输的影响： 详细分析不同类型的噪声（如加性高斯白噪声AWGN）在通信系统中的作用。介绍信噪比（SNR）的概念，并分析其如何影响系统的误码率（BER）。 性能评估指标： 讲解评估通信系统性能的关键指标，包括： 传输速率（Throughput）： 单位时间内成功传输的比特数。 误码率（BER）： 接收到的错误比特数占总传输比特数的比例。 信号衰落（Fading）： 分析多径传播等因素导致的信号强度波动，以及它对通信可靠性的影响。 延迟（Latency）： 信号从发送端到接收端所需的时间。 滤波器设计与均衡： 解释滤波器在信号处理中的作用，如何用于去除噪声、选择特定频率成分。深入探讨均衡器的概念，以及它如何补偿信道引起的信号失真，提高接收端的信号质量。 第四部分：现代通信系统的应用与展望 本部分将视角转向实际应用，展示信号编码与信息传输技术在现代通信系统中的具体体现，并对未来的发展趋势进行展望。 无线通信系统： 探讨其在手机通信（2G/3G/4G/5G）、Wi-Fi、蓝牙等标准中的应用。 卫星通信系统： 分析其在数据传输、导航、地球观测等领域的角色。 光纤通信系统： 介绍其高速率、大容量的特点，以及其在互联网骨干网中的地位。 未来发展趋势： 更高阶的调制与编码： 探讨如MIMO-OFDM（正交频分复用）等技术如何进一步提升频谱效率。 智能通信： 展望人工智能在信道预测、资源调度、自适应编码等方面的应用。 安全通信： 讨论加密技术、物理层安全等如何保障信息传输的机密性与完整性。 结论 《信号编码与信息传输：解码现代通信的基石》旨在为读者揭示现代通信系统中那些至关重要的编码与传输原理。通过对基础理论的深入剖析，对关键技术的细致讲解，以及对实际应用的广泛涵盖，本书力求帮助读者建立起一个坚实的理论基础，从而能够更好地理解、分析乃至参与到日新月异的通信技术发展浪潮中。本书不仅是通信工程、电子工程等相关专业学生的重要参考，也适合所有对信息时代核心技术感兴趣的读者。

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