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isbn号码:9787894893154

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现代通信系统设计与实现 第一部分：数字通信基础与信道编码 本书深入剖析了现代通信系统中的核心理论与实践，重点聚焦于信号的数字化处理、高效编码与解调技术。 一、数字基带传输技术 本章首先构建了数字通信系统的基本模型，从信息源的量化与编码开始，详细阐述了脉冲编码调制（PCM）的原理与性能分析。随后，深入探讨了基带信号的传输特性，包括码元速率、带宽限制以及信道容量的基本概念。重点对比了归零（NRZ）、归一化归零（RZ）以及曼彻斯特编码的优缺点及其在实际系统中的应用场景。此外，还对有限带宽信道下的码间串扰（ISI）现象进行了数学建模，并介绍了迫带滤波器的设计，例如升余弦滤波器，以优化眼图质量，确保判决的准确性。对同步技术的基础进行了详尽的讨论，包括载波恢复和时钟恢复的经典方法，如科斯塔斯环路和过零检测法。 二、数字调制技术 本部分全面涵盖了现代通信系统中最常用的载波调制技术。首先，对线性调制（如ASK、PSK、QAM）的原理、星座图、功率谱密度进行了详尽的推导和分析。特别地，对MPSK和MQAM的误码率性能在加性高斯白噪声（AWGN）信道下的表现进行了精确计算，并引入了相干解调和非相干解调的概念。随后，深入研究了非线性调制技术，如频移键控（FSK），并分析了其在低功耗或对相位敏感性要求不高的场景中的优势。针对现代通信对频谱效率的极致追求，本书详细阐述了高阶QAM的实现复杂度，以及如何通过优化星座点分布来提升系统抗噪声能力。还探讨了正交频分复用（OFDM）技术的基本原理，包括IFFT/FFT的应用、循环前缀的引入目的以及对多径信道的补偿机制，为理解5G等先进系统奠定坚实基础。 三、信道编码理论与实践 高效可靠地传输信息是通信系统的核心挑战。本章系统介绍了信道编码的理论基础，即香农的信道编码定理。详细解析了分组码，从线性分组码的代数结构（如汉明码、循环冗余校验码CRC）入手，讲解了伴随矩阵、译码过程以及错误纠正能力。随后，重点介绍了卷积码，包括其编码器结构、格图（Trellis Diagram）的构建，以及最有效的译码算法——维特比（Viterbi）译码器的具体实现步骤和性能分析。针对突发性错误，本书详细阐述了交织（Interleaving）技术与突发错误纠正码（如BCH码和Reed-Solomon码）的工作原理，并结合实例展示了它们在光纤通信和深空探测中的应用。最后，介绍了现代高性能编码技术，如Turbo码和低密度奇偶校验码（LDPC），分析了它们如何接近香农极限的机制。 --- 第二部分：无线信道与多址接入技术 本部分聚焦于无线环境下的信号传播特性、信道建模以及允许多用户共享资源的接入技术。 四、无线信道传播与衰落 本书对无线电波在真实环境中的传播特性进行了细致入微的刻画。首先，阐述了自由空间传播模型，随后引入了路径损耗模型，包括Friis传输方程的扩展应用，以及对反射、绕射和散射现象的几何光学解释。重点剖析了多径效应导致的无线信道衰落，详细区分了快衰落（Fading）和慢衰落（Shadowing）。在快衰落分析中，本书详细介绍了瑞利（Rayleigh）和莱斯（Rician）衰落模型的数学形式，并推导了它们对应的概率密度函数。为了量化信道的时间变异性，本书引入了多普勒效应的概念，并基于Jakes模型分析了信道的自相关函数和功率谱密度，这对设计跟踪和均衡算法至关重要。此外，还系统性地介绍了信道测量与建模的方法论，为系统级仿真提供可靠的参数依据。 五、信道对抗技术：均衡与分集 针对多径引起的符号间干扰（ISI），本章深入探讨了信道均衡技术。详细分析了线性均衡器（如迫击（ZF）和最小均方误差（MMSE）均衡器）的工作原理、优缺点及其在噪声和信道不确定性下的性能折中。随后，转向非线性均衡，重点讲解了最大似然序列估计（MLSE）的原理，并详细介绍了维特比均衡器的结构和实现。在应对信道随机性和深衰落问题上，本书全面介绍了分集技术，包括其基本思想——利用独立信道实现可靠传输。详细阐述了各种分集方式：空间分集（天线分集，如发送分集和接收分集）、频率分集和时间分集。对选择性合并（Selection Combining）、最大比合并（MRC）和等增益合并（EGC）这三种主要的合并技术进行了性能对比和实现分析。 六、多址接入技术 为了在有限的频谱资源内服务大量用户，多址接入技术是现代移动通信的关键。本章系统对比了三种主要的接入技术：频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。重点详细分析了CDMA，包括扩频序列的选择（如伪随机噪声序列PN序列）、正交性保证、自相关和互相关特性。深入探讨了正交扩频（OQPSK）和非正交扩频（如DS-CDMA）的性能，并分析了“近远效应”和多址接入干扰（MAI）对系统的限制。随后，本书转向了先进的接入技术，如正交频分多址（OFDMA）的原理，及其在不同用户间进行资源块（RB）调度的机制，这是4G/5G系统高效利用频谱的核心。 --- 第三部分：高级系统架构与前沿技术 七、MIMO系统原理 本书将大规模多输入多输出（MIMO）系统作为现代高速无线通信的基石进行深入探讨。首先，阐述了MIMO系统的信道容量边界，包括在发射端、接收端或双端采用多天线配置带来的空间复用增益和阵列增益。详细分析了信道容量矩阵的秩与特征值分解（EVD）在理解系统性能中的作用。在传输层，详细介绍了空分复用（SDM）技术，包括迫零（ZF）预编码和迫零接收，以及优化的迫零/MMSE预编码器设计。对于空间复用，重点讲解了串行与并行预编码的实现。在干扰消除方面，详细分析了迫零检测和基于球形解码（Sphere Decoding）的近最优检测技术在MIMO系统中的应用。此外，还探讨了预编码与波束赋形（Beamforming）在降低干扰和提高能量效率上的协同作用。 八、软件定义无线电（SDR）与认知无线电（CR） 随着硬件技术的进步，本书介绍了软件定义无线电（SDR）的概念框架，强调了可重构硬件平台（如FPGA和高性能处理器）在实现灵活通信协议中的关键作用。详细讨论了SDR的架构组成，包括前/后端处理单元、模数/数模转换器的性能指标及其对整个系统动态范围的影响。在此基础上，进一步扩展到认知无线电（CR）领域。CR被视为解决频谱稀缺问题的关键技术，本书阐述了其核心功能：频谱感知（检测空闲信道）、频谱共享和动态频谱接入。详细分析了能量检测、匹配滤波检测等频谱感知技术，并讨论了在次用户干扰约束下如何优化次用户发射功率的策略。 九、现代通信系统仿真与测试 本书的最后一部分强调了理论与实践的结合。提供了一套完整的系统级仿真方法论，指导读者使用MATLAB或Python等工具建立通信链路模型。内容包括如何精确建模各种噪声源（AWGN、相位噪声）、多径衰落信道（基于Jakes模型生成衰落序列）、非线性功率放大器（PA）失真模型，以及如何精确计算误码率（BER）曲线。针对实际测试，本书介绍了关键的物理层测量指标，如功率谱密度（PSD）、EVM（误差向量幅度）的定义与测量方法，以及频谱回声和带外泄露的评估标准。最后，简要介绍了标准化工作组（如3GPP）在定义物理层参数时所遵循的基本原则。

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作为一名致力于将前沿技术融入课堂的教师，我对教案中对“新旧知识融合”的处理方式给予高度评价。高频电子线路这门学科的特点之一就是技术迭代快，传统的教材往往滞后于行业发展。然而，这份电子教案似乎保持着与行业同步的脉搏。我注意到，它不仅扎实地覆盖了经典的晶体管高频模型（如$f_T, f_{eta}$的物理意义），更在配套的演示文稿或课件部分，巧妙地引入了关于GaN、SiC等新型半导体器件在高频应用中的特性讨论，以及T/R模块集成化带来的设计挑战。这种对新兴技术的适度引入，使得教学内容既有深厚的理论基础作为支撑，又不至于显得陈旧过时。对于学生而言，这能极大地激发他们的学习兴趣，因为他们能清晰地看到所学知识在未来职业发展中的直接应用前景。它做到了理论的“守正”，技术的“创新”，避免了纯粹的“技术追新”而失焦于基本原理，确保了教学内容的“生命力”。

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从一个对“教学资源整合”有较高要求的用户的角度来看，这份电子教案的配套资源整合能力令人印象深刻。它远不止是一套静态的文字材料，更像是一个动态的学习环境入口。虽然我这里谈论的是“教案”本身，但其内在的结构暗示了其配套资源的丰富性。例如，对仿真软件输出结果的解读部分，它似乎预设了与ADS、Keysight ADS等主流EDA工具的联动性。它教导的不是如何操作软件，而是如何从仿真结果中提炼出符合高频电路物理本质的结论，这是一种更高层次的技能训练。并且，它在某些章节的末尾，还巧妙地预留了“开放性思考题”或“前沿探索方向”，这些提问的深度和广度，足以激发研究生甚至青年教师进行更深层次的学术探究。它仿佛在对使用者说：“基础知识已为你打牢，接下来的探索，由你去完成。”这种赋予学习者主动性的设计理念，使得这份教案在提升教学质量的同时，也成为了科研工作者一个很好的知识回顾和思路启发来源。

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这本《高频电子线路电子教案》的出版，对于我们这些深耕于电子工程领域，尤其是在高频电路设计与教学一线摸爬滚打多年的教师来说，无疑是一剂强心针。我个人尤其欣赏它在内容组织上的那种近乎偏执的条理性。从最基础的无源元件在高频下的非理想特性引入，到复杂的有源器件高频模型构建，再到滤波器、振荡器、混频器等核心模块的深入剖析，它仿佛为我们搭建了一条清晰、无障碍的知识阶梯。不同于市面上许多教材那种知识点堆砌的枯燥感，这里的教案设计明显注入了更多的教学智慧——每一个概念的引入都伴随着精心挑选的、能直击学生思维难点的实例分析。比如，在讲解史密斯圆图的使用时，作者并未止步于传统的阻抗匹配计算，而是结合了实际射频电路中的板级效应，让原本抽象的图解工具瞬间变得立体和实用。更值得称赞的是，教案中对实验环节的规划，详略得当，从基础的S参数测量到复杂的噪声系数测试，每一步都考虑到了当前主流实验设备的操作规范，这极大地减轻了我们备课时需要反复查阅设备手册的负担，真正做到了理论与实践的无缝对接。这种详尽到位的指导，使得初次接触高频电子线路教学的同行也能迅速上手，并且能够自信地引导学生完成从理论到工程应用的跨越。

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我最近翻阅了一些关于电子线路教学的资料，坦白说，很多资料在“深入浅出”这一点上做得远远不够。《高频电子线路电子教案》给我的感受是，它成功地找到了一种平衡，既保留了高频理论的严谨性，又照顾到了不同层次学习者的接受能力。尤其让我眼前一亮的是它对“系统思维”的强调。很多学生在学习高频时，容易陷入单个器件参数优化的泥潭而忽略了整体系统的性能指标，例如链路预算、系统噪声系数的累积效应等。这本书的教案设计显然注意到了这一点，它不再把高频模块当作孤立的单元来讲解，而是将它们置于一个完整的通信或雷达系统中去考察。通过多组贯穿始终的“案例追踪”，比如一个简化的无线电接收机的设计流程，读者可以清晰地看到滤波器的选择如何影响到邻道抑制，放大器的非线性如何导致互调失真，这些相互关联性被梳理得井井有条。这种全局性的视角，对于培养具备综合设计能力的工程师来说，其价值是无法用常规的知识点覆盖率来衡量的。它教会的不是“如何计算”，而是“为何要这样设计”。

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我个人习惯于在备课时，将各个知识点的逻辑关联性进行可视化梳理。《高频电子线路电子教案》在这方面，展现出一种近乎于“思维导图”式的内在结构美。它在讲解分析方法时，非常注重工具链的构建。例如，在处理有源电路的稳定性分析时，它会系统地对比使用复平面法、输入/输出阻抗法以及能量传输系数（K因子、B1因子）的优缺点和适用场景。这种对比性的教学方法，极大地提高了学习效率。读者不需要花费大量时间去试错，就能明确知道在特定工程约束下，哪种分析工具是最优选择。此外，教案对于那些容易混淆的关键概念，如增益带宽积、噪声因子与信噪比、单极点与多极点响应的过渡区行为等，都设置了专门的“辨析单元”。这些单元的文字描述精炼而犀利，直指核心差异，让人茅塞顿开。这种对教学难点进行精确打击的处理方式，是高水平教案的标志，它体现了作者对学生学习障碍的深刻理解和同理心。

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