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《数字通信》 本书深入探索了信息时代的核心——数字通信的奥秘。从基础的信号编码、调制解调技术，到先进的信道编码、多址接入方式，再到实际的通信系统设计与性能分析，《数字通信》力求为读者提供一个全面、系统且易于理解的学习框架。 第一部分：数字通信基础 本部分将带领读者从最根本的概念出发，逐步建立对数字通信系统的整体认识。 数字信号与模拟信号的转换： 我们将首先介绍数字通信为何以及如何取代模拟通信，重点阐述采样、量化和编码等关键的模数（A/D）和数模（D/A）转换过程。理解这些过程是掌握后续所有数字通信技术的基础。我们将详细讨论采样定理（Nyquist-Shannon Sampling Theorem），解释其在防止混叠（aliasing）中的关键作用，并介绍不同的量化技术，如均匀量化和非均匀量化（如μ-law和A-law），以及它们对量化噪声和信号动态范围的影响。编码部分将涵盖常见的二进制编码方式，如曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码、AMI编码等，分析它们在基带传输中的特性，例如直流分量、自同步能力等。 信源编码（数据压缩）： 为了提高传输效率，数据压缩至关重要。本部分将介绍熵编码（Entropy Coding）的基本原理，包括香农（Shannon）无失真信源编码定理，以及霍夫曼编码（Huffman Coding）和算术编码（Arithmetic Coding）等经典算法的实现细节和性能比较。此外，还会触及一些有损压缩技术，例如线性预测编码（LPC）和感知语音编码（如MP3的初步概念），说明它们如何在牺牲少量信息的情况下实现显著的压缩比。 信道编码（纠错编码）： 传输过程中不可避免地会受到噪声干扰，导致错误。信道编码技术能够有效地检测和纠正这些错误。我们将深入讲解线性分组码，包括海明码（Hamming Codes）、循环码（Cyclic Codes）以及 BCH码（Bose-Chaudhuri-Hocquenghem Codes）和里德-所罗门码（Reed-Solomon Codes）。对于卷积码（Convolutional Codes），我们将详细介绍其编码器的结构、Viterbi译码算法的原理，以及它在现代通信系统中的广泛应用。此外，还会介绍Turbo码和LDPC码（Low-Density Parity-Check Codes）等更先进的现代编码技术，阐述它们如何接近香农极限，以及它们在3G/4G/5G通信中的核心地位。 第二部分：数字调制与解调 本部分将聚焦于将数字信号转换为适合在物理信道上传输的模拟信号，以及如何从接收到的信号中恢复原始数字信息。 基带传输： 在讨论带通传输之前，我们将先介绍基带传输中的码型（line coding）技术，例如归零码、不归零码、曼彻斯特编码等，并分析它们在实际信道上传输时的频谱特性和性能。 带通传输： 现代通信系统大多采用带通传输。我们将详细介绍各种数字调制技术，包括： 幅度键控（ASK）： 包括开关键控（OOK）和双相ASK等，分析其结构、性能和误码率。 频率键控（FSK）： 包括二进制FSK（BFSK）和多进制FSK（MFSK），讨论其相干解调和非相干解调的差异。 相移键控（PSK）： 包括二进制相移键控（BPSK）、正交相移键控（QPSK）和差分相移键控（DPSK），重点分析它们的星座图、频谱效率和性能。 正交幅度调制（QAM）： 作为ASK和PSK的结合，QAM能够实现更高的频谱效率，我们将深入讲解16-QAM、64-QAM等高阶QAM方案的原理和实现。 最优接收（最大似然检测）： 对于各种调制方案，我们将推导其最优接收器的原理，即最大似然（Maximum Likelihood, ML）检测器，并分析其在AWGN（加性高斯白噪声）信道下的误码率性能。 匹配滤波器： 介绍匹配滤波器的概念及其在最大信噪比接收中的作用。 联合检测（MLSE）： 对于受符号间干扰（ISI）影响的信道，我们将探讨最大似然序列估计（MLSE）技术，例如维特比算法在解调中的应用。 第三部分：多用户通信与多址技术 在一个共享的通信资源上，如何让多个用户高效且可靠地进行通信是数字通信的另一个重要挑战。 多址技术： 频分多址（FDMA）： 介绍其原理、优缺点以及应用场景。 时分多址（TDMA）： 讲解时隙分配、同步和帧结构等概念。 码分多址（CDMA）： 重点介绍其扩频原理、伪随机序列（PN sequences）的应用，以及直接序列CDMA（DS-CDMA）和跳频CDMA（FH-CDMA）的差异，分析其抗干扰能力和容量。 正交频分复用（OFDM）： 作为现代无线通信（如Wi-Fi、4G/5G）的核心技术，我们将详细介绍OFDM的原理，包括将数据划分到多个正交的子载波上进行传输，以及循环前缀（CP）的作用，分析其高频谱效率和抗多径能力。 空分多址（SDMA）： 介绍利用空间复用和波束赋形技术来分离用户。 第四部分：无线通信系统设计与性能 本部分将理论与实践相结合，探讨实际无线通信系统设计中的关键考虑因素和性能评估。 无线信道模型： 介绍常见的无线信道模型，包括瑞利衰落（Rayleigh fading）、莱斯衰落（Rician fading）等，以及它们对信号传输的影响。 衰落信道中的传输技术： 针对衰落信道，我们将深入研究多种克服衰落的技术，例如： 分集技术（Diversity）： 包括空间分集、时间分集、频率分集和编码分集（如交织）等，解释它们如何通过接收多个独立信道的信号来提高可靠性。 均衡技术（Equalization）： 针对符号间干扰（ISI），介绍各种均衡器的原理，如线性均衡器（LMS, RLS）和非线性均衡器（MLSE），以及它们在信道补偿中的作用。 MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）系统： 详细介绍MIMO系统的基本概念，包括空间复用（Spatial Multiplexing）以提高数据速率，以及空间分集以提高可靠性。我们将探讨关键的MIMO技术，如预编码（Precoding）、信道估计（Channel Estimation）和MIMO译码算法（如ZF, MMSE, ML, Sphere Decoding）。 通信系统性能评估： 介绍评估通信系统性能的关键指标，如误码率（BER）、信噪比（SNR）、信息速率（Information Rate）、频谱效率（Spectral Efficiency）等，并学习如何分析不同调制、编码和多址技术在不同信道条件下的性能。 现代通信系统概述： 简要介绍当前主流通信标准（如Wi-Fi、LTE、5G）中的关键数字通信技术，例如OFDM、MIMO、LDPC/Polar码等，展示理论知识在实际应用中的价值。 本书结构清晰，逻辑严谨，辅以大量的公式推导、图表和示例，旨在帮助读者建立扎实的理论基础，并理解这些理论如何在现代数字通信系统中发挥作用。无论是通信工程专业的学生，还是对信息传输技术感兴趣的研究人员或工程师，都能从中获益匪浅。
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