數字通信原理

陶亞雄

教育 部工業與信息化行業指導委員會通信專委會委員，中國電子學會高教分會理事，“全 國電子專業人才設計與技能大賽”全 國組委會副秘書長，電子工業出版社特聘專 家。在電子、通信領域從教近30年，擁有豐富的教學經驗和科研能力。主編並發行本科、高職相關專業教材10余本，其中《現代通信原理》（高職）第三版、第四版分別被評為國家 級“十一五”、“十二五”規劃教材，銷量30余萬本，《通信工程專業實用英語》（本科）第 二版被評為上海市高校優 秀教材。

項目一 走進信息通信世界 1

任務1.1　通信基礎知識　3

1.1.1　通信的基本概念　3

1.1.2　通信技術的發展　5

任務1.2　數字通信系統　8

1.2.1　數字通信系統的基本概念　9

1.2.2　數字通信系統的特點　10

1.2.3　數字通信系統的性能指標　12

任務1.3　信道模型　14

1.3.1　有線信道　14

1.3.2　無線信道　15

1.3.3　通信系統的信道模型　15

1.3.4　信道對信號的影響　18

任務1.4　信號　21

1.4.1　信號的類型　21

1.4.2　信號的時頻特性　24

1.4.3　低通信號與帶通信號　25

項目測試　26

項目二　認識數字信號的

　基帶調制技術　29

任務2.1　模擬信號的抽樣　31

2.1.1　低通信號的抽樣　31

2.1.2　帶通信號的抽樣　32

2.1.3　自然抽樣和平頂抽樣　32

任務2.2　抽樣信號的量化　35

2.2.1　量化的原理和量化噪聲　35

2.2.2　均勻量化　37

2.2.3　非均勻量化　38

任務2.3　PCM　43

2.3.1　PCM的原理　44

2.3.2　二進制碼組的選取　44

2.3.3　A壓縮律13折線編碼　45

2.3.4　實際PCM的編譯碼電路　48

2.3.5　PCM系統的噪聲　51

任務2.4　DPCM　53

2.4.1　DPCM的原理　54

2.4.2　DPCM的編譯碼過程　54

2.4.3　DPCM的性能　55

2.4.4　增量調制原理　56

2.4.5　增量調制系統的量化噪聲　58

項目測試　59

項目三　認識數字信號的

　基帶傳輸技術　63

任務3.1　數字基帶信號的碼型及其

　功率譜　64

3.1.1　數字基帶信號的基本概念和

　碼型選擇原則　65

3.1.2　二元碼　65

3.1.3　差分碼　68

3.1.4　單極性不歸零碼的功率譜　68

3.1.5　雙極性不歸零碼的功率譜　70

3.1.6　偽三元碼及其功率譜　71

任務3.2　數字基帶傳輸系統及其

　誤碼率　74

3.2.1　數字基帶傳輸系統結構　74

3.2.2　升余弦滾降濾波器　75

3.2.3　高斯白噪聲　80

3.2.4　最佳接收機　81

3.2.5　碼率和誤碼率　84

任務3.3　信道均衡及部分響應系統　88

3.3.1　時域均衡及其功能　88

3.3.2　部分響應系統概念　90

3.3.3　眼圖　92

項目測試　94

項目四　認識數字信號的

　頻帶調制技術　99

任務4.1　頻帶傳輸的基本概念與

　原理　101

4.1.1　調制技術的基本概念　101

4.1.2　調制技術的分類　102

4.1.3　數字調制　103

任務4.2　二進制數字調制　105

4.2.1　2ASK調制　105

4.2.2　2FSK調制　108

4.2.3　2PSK調制　111

任務4.3　多進制數字調制　115

4.3.1　MASK調制　116

4.3.2　MFSK調制　118

4.3.3　MPSK調制　120

任務4.4　QAM技術　124

4.4.1　QAM的基本原理　124

4.4.2　QAM信號的產生　127

任務4.5　OFDM多載波調制技術　129

4.5.1　OFDM多載波調制技術的基本

　原理　129

4.5.2　OFDM調制的數字實現　131

4.5.3　循環前綴　132

4.5.4　載波頻率偏移對子載波間幹擾的

　影響　135

4.5.5　OFDM技術的應用　136

項目測試　136

項目五　探索信道復用和

　多址技術　139

任務5.1　FDM　140

5.1.1　FDM的基本原理　141

5.1.2　FDM系統　143

任務5.2　TDM　145

5.2.1　TDM的基本原理　145

5.2.2　PDH　146

5.2.3　SDH　149

任務5.3　CDM　153

5.3.1　CDM的基本原理　153

5.3.2　正交碼　154

5.3.3　偽隨機碼　156

任務5.4　多址技術　159

5.4.1　多址技術的基本原理　159

5.4.2　FDMA　161

5.4.3　TDMA　164

5.4.4　CDMA　167

項目測試　168

項目六　認識數字編碼技術　171

任務6.1　信息的度量　173

6.1.1　消息的不確定性　174

6.1.2　信息量的平均值—熵　176

6.1.3　互信息量　178

任務6.2　信源編碼　181

6.2.1　信源編碼的基本認識　181

6.2.2　離散信源符號的獨立化　182

6.2.3　離散信源符號概率的均勻化　183

6.2.4　非獨立信源符號的編碼　185

任務6.3　香農定理對信道容量的

　限制　187

6.3.1　認識信道容量　187

6.3.2　離散信道的熵速率和信道容量　188

6.3.3　連續信道的熵速率和信道容量　193

任務6.4　信道影響下的差錯控制　195

6.4.1　信道編碼對通信系統的內涵　196

6.4.2　信道編碼中的差錯控制　196

6.4.3　如何進行差錯控制　198

6.4.4　信道編碼中的檢錯、糾錯能力　200

6.4.5　常用的差錯控制編碼　201

任務6.5　線性分組碼　204

6.5.1　什麼是線性分組碼　204

6.5.2　線性分組碼的編碼　205

6.5.3　線性分組碼的譯碼　208

6.5.4　漢明碼　211

任務6.6　循環碼　212

6.6.1　循環碼及其數學表達　212

6.6.2　循環碼的編碼　213

6.6.3　循環碼的譯碼　215

任務6.7　5G NR中的LDPC　218

6.7.1　認識LDPC　218

6.7.2　通過校驗矩陣完成糾錯　219

6.7.3　LDPC的Tanner圖表示　220

6.7.4　LDPC的譯碼　220

項目測試　222

項目七　探索數字通信系統

　中的同步技術　227

任務7.1　同步技術　229

7.1.1　什麼是同步技術　229

7.1.2　數字同步網　232

任務7.2　頻率同步技術　236

7.2.1　何謂載波同步　236

7.2.2　直接提取法　237

7.2.3　插入導頻法　240

任務7.3　時間同步技術　242

7.3.1　幀同步　243

7.3.2　位同步　246

項目測試　250