数字通信：基础与应用（第二版）/国外电子与通信教材系列

数字通信的经典教材，已被许多学校选为本科或研究生的数字通信课程教材，也非常适合读者自学（根据大量读者反馈分析得出）。

《数字通信：基础与应用（第二版）/国外电子与通信教材系列》重点论述数字通信的技术基础和新应用。全书共分15章，详细阐述了数字通信系统的基本信号变换、信号处理步骤、基带信号及高斯噪声中的信号检测、带通信号及其调制和解调技术、链路分析、各种信道编码方法、网格编码调制、同步问题、多路复用和多址接入、扩频技术及其应用、信源编码、基本的加密／解密方法以及衰落信道等。全书反映了近年来的新技术和新理论，还给出了大量富有特色的例题和习题。
《数字通信：基础与应用（第二版）/国外电子与通信教材系列》可作为高等院校通信类、信息类、电子类等专业高年级本科生或低年级研究生的教材，也可供有关技术、科研和管理人员使用或作为继续教育的参考书。

Bernard Sklar博士具有40多年的技术和管理工作经验，先后任职于美国民航、休斯飞机公司、利顿工业公司及宇航公司等机构，参与开发了美国MILSTAR卫星系统，曾任EHF卫星数据链标准的主任架构师。他曾在美国加州大学洛杉矶分校、南加州大学等多所大学执教工程课程，并在全球开设过许多培训课程。目前他在自己于1984年创办的Communications Engineering Services咨询公司里担任高级系统主管。

第1章 信号和频谱
1.1 数字通信信号处理
1.1.1 为什么要进行数字化
1.1.2 典型通信系统的方框图
1.1.3 基本的数字通信术语
1.1.4 数字通信与模拟通信的性能比较
1.2 信号分类
1.2.1 确定信号和随机信号
1.2.2 周期信号和非周期信号
1.2.3 连续信号和离散信号
1.2.4 能量信号和功率信号
1.2.5 单位冲激函数
1.3 频谱密度
1.3.1 能量谱密度
1.3.2 功率谱密度
1.4 自相关函数
1.4.1 能量信号的自相关函数
1.4.2 周期（功率）信号的自相关函数
1.5 随机信号
1.5.1 随机变量
1.5.2 随机过程
1.5.3 时间平均和各态遍历
1.5.4 随机过程的功率谱密度和自相关函数
1.5.5 通信系统中的噪声
1.6 线性系统的信号传输
1.6.1 冲激响应
1.6.2 频域传递函数
1.6.3 无失真传输
1.6.4 信号、电路和频谱
1.7 数字数据的带宽
1.7.1 基带与带通
1.7.2 带宽问题
1.8 小结
参考文献
习题
思考题
练习

第2章 格式化和基带调制
2.1 基带系统
2.2 格式化文本数据（字符编码）
2.3 消息、字符和码元
2.3.1 消息、字符和码元的例子
2.4 格化式模拟信息
2.4.1 采样定理
2.4.2 混叠
2.4.3 采用过采样的原因
2.4.4 数字系统的信号接口
2.5 干扰源
2.5.1 采样和量化的影响
2.5.2 信道的影响
2.5.3 量化脉冲的信噪比
2.6 脉冲编码调制
2.7 均匀量化和非均匀量化
2.7.1 语音幅度的统计
2.7.2 非均匀量化
2.7.3 压扩特性
2.8 基带传输
2.8.1 二进制数字的波形表示
2.8.2 PCM波形的类型
2.8.3 PCM波形的频谱特性
2.8.4 比特每PCM码字以及比特每码元
2.8.5 M进制脉冲调制波形
2.9 相关编码
2.9.1 双二进制信号
2.9.2 双二进制解码
2.9.3 预编码
2.9.4 双二进制码等效转移函数
2.9.5 二进制信号与双二进制信号的比较
2.9.6 多二进制信号
2.10 小结
参考文献
习题
思考题
练习

第3章 基带信号解调与检测
第4章 带通调制和解调
第5章 通信链路分析
第6章 信道编码（一）
第7章 信道编码（二）
第8章 信道编码（三）
第9章 调制和编码的权衡
第10章 同步
第11章 多路复用和多址接入
第12章 扩频技术
第13章 信源编码
第14章 加密和解密
第15章 衰落信道
附录
索引

本书特色
1.信号处理过程：从信源通过发射机、信道、接收机到信宿
2.关键的权衡：信噪比、差错概率和带宽扩展
3.网络编码调制和里德-索罗蒙编码：数学描述中隐含的原理
4.同步和扩展频谱方案
5.衰落信道：原理、影响及抗衰落技术
6.完整描述如何进行Turbo编码
7.用事实上的工业标准PGP实现加密
作者简介
BernardSklar博士具有40多年的技术和管理工作经验，先后任职于美国民航、休斯飞机公司、利顿工业公司及宇航公司等机构，参与开发了美国MILSTAR卫星系统，曾任EHF卫星数据链标准的主任架构师。他曾在美国加州大学洛杉矶分校、南加州大学等多所大学执教工程课程，并在全球开设过许多培训课程。目前他在自己于1984年创办的CommunicationsEngineeringServices咨询公司里担任高级系统主管。
前言
本书对以前的版本进行了较大修正。修正后的主要特点如下：
●扩展了纠错编码几章的内容，特别是里德-索罗蒙码（Reed-Solomoncode）、Turbo码以及网格编码调制等部分。
●增加了一章专门讨论衰落信道及克服衰落影响的方法。
●对基本的数字通信概念给予了更多的解释和描述。
●丰富了每章末尾的习题和思考题。
●随书附有一张ELANIX设计软件SystemView的教育版本光盘。光盘包含200多道习题以及数字信号处理（DigitalSignalProcessing，DSP）的简明指导。光盘中的习题将会有助于加强对课本知识的理解；可以通过PC机的视窗（Windows）操作系统观察波形来理解某些概念，也可以改变某些参数以观察系统整体受到的影响。有些练习提供了如何使用SystemView的基本练习，而有些则提供了有关DSP技术的练习。
与同类科目的短期课程相比，采用一学期的大学课程授课时可以有各种方式。在大学里，学生可以有充裕的时间用于培养必需技能和掌握数学工具，通过课后作业实现理论联系实际。短期课程与大学授课相比情况恰恰相反。由于时间因素，短期课程的授课老师只能讲解基本概念和应用。我发现一种比较好的短期课程的授课方法，这就是在课程开始时分发本课程的“思考清单”。它不仅仅是课程的提纲，也是概念的集合以及对那些没有明确说明、常常容易误解的术语集合的一种表达方式。短期课程的学生通过这些问题可以被激发到课程中去。我希望他们一旦习惯于每个问题的描述，或者回答该清单中的思考题，就能够以各自的方式掌握数字通信领域的知识。我已经领会到，这种基本概念的思考题不仅适用于短期课程的教学，同样也适用于整个学期课程的教学。下面是我为数字通信列出的“思考清单”。
1.导致产生几种带宽定义的数学因素是什么？（见1.7.2节）
2.为什么说比特能量与噪声功率谱密度的比Eb/N0，是表征数字通信系统性能最基本的特征？
3.当表示时间事件时，是什么原因导致了最高有效位MSB和最低有效位LSB的混淆？（见3.2.3.2节）
4.数字信号误码性能的劣化主要是由下述两种原因产生：a)信噪比损失，b)不可改善的误比特概率导致的失真。二者有何区别？（见3.2.2节）
5.许多情况下，较大的Eb/N0并不能缓和由于码间串扰（intersymbolinterference，ISI）引起的劣化。这是为什么？（见3.3.2节）
6.Eb/N0是在系统中的什么位置定义的？（见4.3.2节）
7.数字调制方案总是属于下述两种具有相反状态特征的类型之一：a)正交信号，b)相位/幅度信号。试描述每种类型的特征。（见4.8.2和9.7节）
8.为什么二进制相移键控（BinaryPhaseShiftKeying，BPSK）和正交相移键控（QuaternaryPhaseShiftKeying，QPSK）表现出相同的误比特率关系？对于M进制脉冲幅度调制（M-aryPulseAmplitudeModulation，M-PAM）和M2进制正交幅度调制（M2-QAM）的误比特率是否也有相同的关系？（见4.8.4和9.8.3.1节）
9.在正交信号中，为什么随着信号维数的增加误差性能得到改善？（见4.8.5节）
10.为什么自由空间损耗（free-spaceloss）是波长的函数？（见5.3.3节）
11.接收信噪比（S/N）和载噪比（C/N）之间的关系是什么？（见5.4节）
12.试描述在选用纠错编码方法时应考虑的4种权衡因素。（见6.3.4节）
13.为什么在Eb/N0取值较低时，传统纠错编码的误码特性反而更差？（见6.3.4节）
14.怎样使用标准阵（standardarray）理解分组码并对其进行性能估算？（见6.6.5节）
15.为什么在实际系统设计时，-1.6dB的香农（Shannon）极限不是可用目标？（见8.4.5.2节）
16.维特比（Viterbi）译码算法不生成后验概率的情况下产生的后果是什么？维特比算法的更具有描述性的名称是什么？（见8.4.6节）
17.为什么二进制和四进制正交移频键控（FrequencyShiftKeying，FSK）表现出相同的带宽效率关系？（见9.5.1节）
18.试描述接收信号的能量与各种数据速率的微妙关系，这些速率包括从数据比特到信道比特、码元、码片等。（见9.7.7节）
19.给出下列术语的定义：波特，状态，信源，码片，鲁棒信号。（见1.3.3节和7.2.2节，第11章，12.3.2节和12.4.2节）
20.在衰落信道中，为什么信号色散与衰落速度是相互独立的？（见15.1.1.1节）

希望读者能够意识到以这种方式来提问自己是有用的和富有挑战性的。现在让我们以更加系统的方式描述本书的目的。本书是面向本科高年级学生、一年级研究生以及工程师的，能够提供对数字通信系统的更加全面广泛的认识。虽然重点是数字通信，但是也包括了必需的模拟方面的基础知识，因为数字信号被调制后送给信道传送的通常是模拟波形。数字通信系统的主要特征是它只处理离散消息的有限集合，而模拟通信系统的特点是其消息是连续的。数字通信系统接收机的目的不是恢复出精确波形，而是对有噪声和干扰污染的信号进行判决，即接收到的消息应该是发射机发送的有限波形集合中的那一个。在实现该目标的过程中，出现了几类鼓舞人心的信号处理技术。
本书以一种统一的结构详述这些技术。每章均以框图开始，框图中的重点部分对应于该章的主题。本书的主要目的是帮助那些已经涉足该领域并想在该领域继续发展的读者培养一种组织和结构观念，并确保在专门研究某一细节时仍然保持全局观念。从信源到发射机、信道、接收机以及最后的信宿，一直在跟踪研究信号及其关键处理步骤。信号变换是根据以下9类功能来组织的：格式化及信源编码、基带信号、带通信号、均衡、信道编码、多路复用和多址接入、扩频、加密、同步。纵观本书，我们的重点放在了系统目标和基本系统参数（例如信噪比、差错概率、带宽使用等）之间的均衡上。

本书的组织结构
第1章全面介绍了数字通信系统以及后续章节要重点讲解的基本信号变换，回顾了随机变量的基本概念和加性高斯白噪声（AdditiveWhiteGaussianNoise，AWGN）模型，同时也阐述了功率谱密度和自相关函数之间的关系以及信号通过线性系统传输的基本概念。第2章讨论信号格式化（formatting）处理步骤，也就是数字信号基带传输，这样可以使消息信号与数字系统兼容。第3章的重点是基带信号（basebandsignaling）、高斯噪声中的信号检测以及最佳接收机。第4章涉及了带通信号（bandpasssignaling）及其调制、解调、检测技术。第5章进行了通信链路分析（linkanalysis），这是对系统整体进行研究的一个重要课题，这里考虑了通常容易被忽略的一些细节。第6章、第7章和第8章研究了信道编码（channelcoding）——这是一种提供多种系统性能均衡的具有成本-效益的方式，其中第6章的重点是线性分组码（linearblockcode），第7章是卷积码（convolutionalcode），而第8章则是里德-索罗蒙码和级联码（譬如Turbo码）。
第9章考虑了各种调制/编码系统在误比特率性能、带宽效率和信噪比之间的均衡，重点讨论了编码调制部分，特别是网格编码调制（trellis-codedmodulation）。第10章讨论了数字系统的同步问题（synchronization），包括用锁相环（Phase-LockedLoop）实现载波同步，以及比特同步、帧同步和网同步，并介绍了一些用数字手段实现同步的方法。
第11章介绍了多路复用（multiplexing）和多址接入（multipleaccess），对高效使用通信资源的可用技术进行了探索。第12章介绍了扩频（spreadspectrum）技术及其在多址接入、测距和抗干扰领域的应用，这种技术无论在军事上还是商业上都有着重要意义。第13章阐述了信源编码（sourcecoding），这是数据格式化的一个特殊类别。格式化和信源编码都涉及到数据的数字化，二者的主要不同在于信源编码降低了数据的冗余度。之所以没有在格式化章节之后安排信源编码而在后面的章节才讨论，是为了不打断基本处理步骤表达的连续性。第14章介绍了基本的加密/解密（encryption/decryption）思想，包括一些常用概念，称为公共密钥加密系统的一类系统，以及广泛应用于E-mail的安全加密软件PrettyGoodPrivacy（PGP）。第15章讲述衰落信道（fadingchannel），讨论了诸如移动无线通信之类涉及信道特征的一些应用，它们不同于非衰落信道的情形，设计能够抵抗衰落劣化效应的通信系统，要