具体描述
本书以概论的形式介绍通信原理。
本书的主要目标是拓宽计算机专业学生的知识面，使其掌握基本通信原理，为进一步的学习奠定基础。全书共分10章。第1章和第2章对通信方式、通信系统作了简要描述，以建立起通信的基本概念；第3章至第7章分别介绍通信的主要原理与技术、包括通信道、通信调制技术、通信编码技术、基带传输技术、通信的同步技术；第8章介绍纠错编码技术，第9章介绍密码，第8章和第9章介绍的都是通信中的安全技术问题；第10章介绍了计算机网络中的通信与控制技术，说明计算机网络是以通信技术为基础的。
本书可作为非通信专业本科生学习通信原理的教科书或参考书，尤其适合于计算机专业的学生学习通信的基本原理和相关技术。
《电磁波谱的奥秘与应用：现代无线通信的基石》 图书简介 在信息爆炸的时代，我们赖以生存的通信网络，从移动电话到卫星导航，无一不深深植根于对电磁波这一自然现象的深刻理解和精确控制之上。本书《电磁波谱的奥秘与应用：现代无线通信的基石》，旨在为读者提供一个系统、深入且兼具前瞻性的视角，剖析支撑所有现代通信系统的底层物理学原理和工程实现方法。它并非仅仅是对传统“通信原理”概念的重复阐述，而是聚焦于信息如何在复杂的物理环境中高效、可靠地传输，特别是面向高速率、低延迟和高可靠性的现代网络需求。 全书结构紧凑，内容覆盖了从信号的本质描述到复杂系统架构的完整链条，力求在理论的严谨性与工程的实践性之间找到完美的平衡点。 --- 第一部分：信息的物理载体——电磁场与波的精要 本部分是理解所有无线通信的物理基础。我们不从抽象的数学公式切入，而是首先探讨信息如何被编码进电磁场的特定属性中。 第一章：从麦克斯韦方程组到信息载体 深入探讨麦克斯韦方程组在通信中的实际意义，重点阐述电磁波的产生、传播特性（如波阻抗、传播常数）以及不同频率电磁波的物理特性差异。我们详细分析了不同频段（从VLF到THz）在穿透性、带宽和天线尺寸上的制约与优势，为后续系统设计提供物理约束。 第二章：信道的多路径效应与衰落机制 无线信道是信息传输中最具挑战性的部分。本章详述了电磁波在真实环境中传播时所经历的反射、折射、散射和绕射现象。重点剖析了多径效应如何导致信号的相干叠加与相消，形成瑞利（Rayleigh）和莱斯（Rician）衰落模型。此外，还引入了时间色散和频率选择性衰落的概念，这些是设计均衡器和信道编码策略的关键前提。 第三章：噪声与干扰的量化分析 通信系统的性能极限往往由噪声决定。本章超越简单的加性高斯白噪声（AWGN）模型，详细分析了热噪声、散粒噪声、闪烁噪声的来源与特性。更重要的是，我们探讨了环境噪声和有意干扰（如邻道干扰、同道干扰）在实际网络环境中的建模方法，并引入了性能指标——香农信道容量定理的工程修正版，考虑了有限资源和实时约束。 --- 第二部分：信号表示与频谱效率的极限探索 本部分聚焦于如何将抽象的信息转化为可以在物理信道上传输的电磁信号，并最大限度地榨取频谱资源。 第四章：先进的基带与通带信号表示 摒弃传统的基于正弦波的简化模型，本章采用复基带表示法，全面讲解了信号的I/Q分量表示及其在星座图上的直观意义。详细对比分析了各种调制方案：从传统的PSK、QAM，到面向高阶调制的几何优化（如$Pi/4$-QPSK、256-QAM）。着重分析了不同调制方式在恒定包络与非恒定包络特性下的功率效率和带外辐射表现。 第五章：时频联合分析与频谱管理 现代通信对频谱的利用已达到极致。本章深入探讨了小波变换在信号时频联合分析中的应用，以及如何利用这些工具来识别和抑制瞬时脉冲噪声。随后，我们将重点放在多址接入技术的演进：从FDMA到TDMA的效率提升，再到CDMA（扩频技术）的抗干扰优势，最终聚焦于OFDM/OFDMA（正交频分复用/多址接入）的原理，特别是循环前缀（CP）的设计、载波间干扰（ICI）的抑制以及在5G NR中的灵活子载波间隔配置。 第六章：多输入多输出（MIMO）系统的空间复用增益 MIMO技术是实现千兆级无线速率的关键。本章系统阐述了MIMO的理论基础，包括信道容量的MIMO扩展（沟道矩阵的奇异值分解）。详细分析了空时分组码（STBC）用于分集增益，以及空间复用（Spatial Multiplexing）用于倍增数据速率的技术实现。同时，讨论了大规模MIMO（Massive MIMO）中波束赋形（Beamforming）的原理及其在能量效率提升方面的关键作用。 --- 第三部分：对抗信道失真——编码、同步与链路自适应 有效的信息传输不仅需要良好的信号星座图，更需要强大的纠错能力和对环境变化的快速适应性。 第七章：面向高可靠性的前向纠错编码 本章侧重于超越基础的卷积码和分组码，深入讲解了现代通信系统中用于逼近香农极限的高性能编码方案。详细剖析了Turbo码的迭代译码原理，以及LDPC码（低密度奇偶校验码）的稀疏矩阵校验结构和高效的最小和（Min-Sum）译码算法。特别指出LDPC码在5G及WLAN标准中的地位及其优势。 第八章：精确的定时、频率与信道估计 信号在接收端必须与发送端的时钟和相位精确同步。本章详述了各种同步技术，包括基于锁相环（PLL）的频率跟踪和基于训练序列的定时同步。在信道估计方面，重点讲解了最小均方误差（MMSE）准则下的均衡器设计，以及如何在OFDM系统中精确估计和补偿频率偏移与相位噪声。 第九章：智能链路层的自适应机制 现代无线系统必须能够根据瞬息万变的信道条件动态调整传输参数。本章系统阐述混合自动重传请求（HARQ）机制，特别是结合前向纠错（FEC）的Type-I HARQ和Type-II/III HARQ的实现细节。此外，详细分析了比特及功率分配（BPA）的联合优化策略，即根据信道质量指示（CQI）反馈动态选择最佳的调制编码方案（MCS），以实现吞吐量和可靠性的平衡。 --- 第四部分：超越传统——面向未来的物理层技术 本部分展望了下一代通信系统（如6G及以后）所需的关键物理层创新。 第十章：太赫兹通信与可见光通信的挑战 随着频谱资源的日益紧张，毫米波（mmWave）和太赫兹（THz）频段被视为新的蓝海。本章聚焦于这些超高频段特有的物理挑战：高路径损耗、大气吸收以及极高的相位噪声。同时，系统地介绍了可见光通信（VLC），分析其在室内环境中的潜力、半导体器件的调制限制以及如何集成到现有基础设施中。 第十一章：认知无线电与动态频谱共享 在频谱日益拥挤的背景下，如何高效地利用“空闲”频段成为关键。本章深入探讨认知无线电（CR）的原理，包括信号检测（能量检测、特征检测）、频谱机会发现以及次级用户对主用户干扰的约束。重点分析了弹跳频谱接入（Opportunistic Spectrum Access）的设计框架。 第十二章：能量效率与绿色通信 未来的通信网络必须在满足性能要求的同时，大幅降低能耗。本章从物理层角度探讨了能效优化，包括低功耗放大器设计、脉冲塑形对能效的影响，以及在多用户场景下如何通过智能调度最大化每焦耳传输比特数（Bits/Joule）。 --- 目标读者群： 本书适合于通信工程、电子工程、信息与信号处理等相关专业的高年级本科生、研究生，以及在无线通信、射频集成电路、网络研发等领域工作的工程师和研究人员。它要求读者具备扎实的线性代数和概率论基础，是通往高级无线通信理论与实践的桥梁。
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