第1章 绪论
　　学习方法与基础知识
　　通信系统分类与通信方式
　　信息及其度量
　　通信主要性能指标
　　1.1 学习方法与基础知识
　　本书要求学生掌握有关数字通信方面的主要定理、准则、基本概念和工作原理及硬件实现方法；对于做了很多条件假设的繁杂的性能推导数学公式，只要求学生能看懂，不要求学生自己做推导，但推导的主要结论必须熟记。重点研究硬件设计技巧和方法，提高学生的创造能力。对于通信中的难点，建议大家*好用物理概念去理解，如果从数学公式去理解可能会比较抽象。为此必须复习一些基础知识。
　　1.1.1 数字信号与模拟信号之间的关系
　　厘清波形与频谱之间的关系非常重要。对于数字通信中存在的许多现象、矛盾、问题可以得到直观的物理概念解释和理解，避免单纯从数学公式去理解许多问题。例如，平顶抽样失真，数字调制的频带占据宽度大、带外衰减慢、传输有码间干扰的原因，位同步提取的原理，参数编码的原理， OFDM可以压缩传输频带等很多比较抽象的问题，完全可以不用从数学公式去理解，只要从物理概念去理解就已经非常清楚。
　　一条信息，既可以用时域表示，也可以用频域表示，两者是等效的，1kHz正弦波频谱只有一条谱线，如表1.1.1所示。对称方波由很多个奇次谐波合成，*少十次谐波以上可接近，不含偶次谐波，谐波次数越高，幅度越小；矩形脉冲边缘越陡，所含的谐波次数越高，如表1.1.2所示。
　　表1.1.1 单一正弦波时域与频域关系
　　表1.1.2 对称方波与频谱关系
　　表1.1.3 不对称方波与频谱关系
　　表1.1.4 1kHz窄脉冲与频谱关系
　　表1.1.5 冲激响应与频谱关系
　　1.1.2 消息、信息与信号
　　消息：文字、符号、数据、图片、语音和活动图像。信息：给人新知识和新概念。信号：与消息和信息一一对应的电量，它是消息和信息的物质载体。
　　1.1.3 脉冲信号与数字信号
　　脉冲信号：模拟信号限幅或与非门产生的信号，如图1.1.1所示。数字信号：用时钟(CP)对脉冲信号进行判决形成的信号，数字信号与时钟之间有确定的关系，如图1.1.1所示。
　　图1.1.1 脉冲信号与数字信号
　　1.1.4 二进制数字信号与多进制数字信号
　　二进制数字信号有两个电平：1代表高电平；0代表低电平，数字信号判决时钟与码元有确定的对应关系，如图1.1.2所示。
　　图1.1.2 二进制数字信号
　　多进制数字信号有多个电平。四进制数字信号有4个电平，一个四进制码元(符号)包含2位二进制信号(11、10、01、00)，如图1.1.3所示。八进制数字信号有8个电平，一个八进制码元(符号)包含3位二进制信号：000、001、010、011、100、101、110、111。以此类推。
　　图1.1.3 四进制码元波形
　　1.2 模拟通信系统和数字通信系统
　　信源发出的信息可以分为两大类：一类称为连续信号，是指信号的状态连续变化或是不可数的，如语音、活动图片等；另一类称为离散信号，是指信号的状态是可数的或离散的，如符号、数据等。
　　1.2.1 模拟通信系统
　　模拟通信系统如图1.2.1所示。
　　图1.2.1 模拟通信系统模型
　　信息源——可以是人或者机器，信源发出的原始电信号都是连续的，频谱从零频率附近开始，如语音信号为300～3400Hz，声音信号为50Hz～20kHz，图像信号为0～6MHz。
　　调制器——由于信息源发出的信号具有频率很低的频谱分量，一般不宜直接传输，因为信号要从空中发射出去，天线的长度必须与发送信号的波长具有相同数量级才有可能，这就需要把低频信号变换成适合在信道中传输的高频信号，这个过程称为调制。
　　信道——传输发送信号的介质，可以是有线(电缆、光纤)或者无线(空气、电磁波)。
　　噪声源——信号在传输过程中会受到其他电磁波的干扰、人为干扰，以及信道传输衰落的影响。
　　解调器——从高频信号中取出发送信息(低频信号)，是调制器的逆变换过程。
　　受信者——接收发送端信息的人或者机器。
　　1.2.2 数字通信系统
　　数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，如图1.2.2所示，主要有信源编码/译码、信道编码/译码、数字调制/解调、数字信号的同步/复接、加密与解密等。下面对这些技术作简要介绍。
　　图1.2.2 数字通信系统模型
　　1.信源编码/译码
　　信源编码的作用之一是，设法减少码元数目和降低码元速率，即通常所说的数据压缩。码元速率将直接影响传输所占的带宽，而传输带宽又直接反映了通信的有效性。
　　信源编码的作用之二是，当信息源给出的是模拟语音信号时，编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。第2章中将讨论模拟信号数字化传输的两种方式：脉冲编码调制(PCM)和增量调制(Δ.M)。信源译码是信源编码的逆变换过程。
　　2.信道编码/译码
　　数字信号在信道传输时，由于受到各种干扰影响，将会引起误码，为了减少差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入监督码元；接收端的信道译码器按一定规则进行译码，从译码过程中发现错误或纠正错误，实现可靠通信。这些内容将在第7章中讨论。
　　3.数字调制/解调
　　数字调制的功能与模拟调制完全相同，就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的频带信号。
　　数字解调的功能与模拟通信的解调功能完全相同，就是从高频信号中取出发送端低速的数字信号，是数字调制的逆变换过程。
　　基本的数字调制/解调方式有振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)、相位调制(DPSK)。数字调制是本书的重点内容之一，将在第4章中讨论。此外，第6章还将介绍一些现代数字调制/解调技术。

目录
第1章 绪论 1
1.1 学习方法与基础知识 1
1.1.1 数字信号与模拟信号之间的关系 1
1.1.2 消息、信息与信号 3
1.1.3 脉冲信号与数字信号 4
1.1.4 二进制数字信号与多进制数字信号 4
1.2 模拟通信系统和数字通信系统 5
1.2.1 模拟通信系统 5
1.2.2 数字通信系统 5
1.3 数字通信的主要特点 7
1.3.1 数字通信的优点 7
1.3.2 数字通信的缺点 8
1.4 数字通信系统的分类 8
1.5 信息及其度量 9
1.6 通信主要性能指标 11
1.6.1 传输速率 11
1.6.2 频带利用率 13
1.6.3 差错率 13
习题 14
第2章 信源编码 15
2.1 抽样定理 15
2.1.1 低通抽样定理 15
2.1.2 低通型抽样硬件实现 17
2.1.3 带通抽样定理 19
2.2 单路PCM编码调制 21
2.2.1 均匀量化 21
2.2.2 A律PCM单路编、译码原理 24
2.2.3 A律压扩特性 25
2.2.4 非均匀量化的信噪比 27
2.2.5 码型选择 28
2.2.6 码位的选择与安排 28
2.2.7 A律13折线幅度码与对应电平 29
2.2.8 PCM逐次反馈比较编码 31
2.2.9 PCM译码原理 37
2.2.10 2914编译码芯片介绍 38
2.3 增量调制(ΔM) 40
2.3.1 ΔM编码器工作原理 41
2.3.2.M译码工作原理图 43
2.3.3 简单增量调制特性 44
2.3.4 数字压扩增量调制 47
2.3.5 PCM与ΔM系统的比较 49
2.3.6 ΔM芯片MC3518介绍 50
2.4 ∑ΔM编码 53
2.4.1 ∑ΔM的特点 53
2.4.2 ∑ΔM工作原理 53
2.4.3 降频滤波 55
2.4.4 ∑ΔM解调器 56
2.5 语音信号ADPCM编码 57
2.5.1 DPCM 57
2.5.2 DPCM分析模型 58
2.5.3 ADPCM 61
习题 62
第3章 数字基带传输 64
3.1 数字基带的定义 64
3.1.1 窄义基带 64
3.1.2 广义基带 65
3.2 常用基带码型 66
3.2.1 单极性不归零码 66
3.2.2 双极性不归零码 66
3.2.3 单极性归零码与双极性归零码 67
3.2.4 差分码 67
3.2.5 AMI码 70
3.2.6 HDB3码 71
3.2.7 CMI码 77
3.2.8 双相码(曼彻斯特码) 78
3.2.9 多电平码(多进制码) 79
3.2.10 m序列 79
3.3 基带脉冲传输与码间干扰 86
3.3.1 基带特性分析 87
3.3.2 奈奎斯特第一准则 89
3.4 工程上无码间干扰的实现方法 90
3.5 信道均衡原理 91
3.5.1 频域均衡 92
3.5.2 时域均衡 92
3.5.3 均衡器的实现与调整 93
3.6 基带信号的相关编码 95
3.6.1 奈奎斯特第三准则 96
3.6.2 部分响应 97
3.6.3 相关编码的设计方法和硬件设计 98
3.6.4 相关编码的误码扩散 101
3.7 眼图 102
3.8 基带信号无失真滤波器设计 105
3.8.1 信号无失真传输的条件 106
3.8.2 无失真滤波器的设计方法 107
习题 110
第4章 数字频带传输 112
4.1 二进制振幅键控 112
4.2 二进制频移键控 114
4.2.1 2FSK调制原理 114
4.2.2 相位不连续2FSK调制 115
4.2.3 相位不连续2FSK信号的频谱 115
4.2.4 相位连续2FSK调制和频谱 116
4.2.5 2FSK信号解调 117
4.3 二进制相移键控 123
4.3.1 2PSK调制——绝对调相 124
4.3.2 2DPSK调制——相对调相 125
4.3.3 环形调制器工作原理 125
4.3.4 2PSK(2DPSK)信号的功率谱 127
4.3.5 2DPSK信号的解调 128
4.4 二进制数字调制系统的性能比较 129
4.5 多进制数字调制系统 131
4.5.1 多进制数字调制的特点和选用 131
4.5.2 多进制数字相位调制系统 132
4.6 数字调制系统性能比较 136
4.6.1 共同点 136
4.6.2 多进制 136
4.7 数据通信中的调制解调器 137
4.7.1 CCITT关于话路频带MODEM的建议 137
4.7.2 常用MODEM芯片 138
习题 141
第5章 同步理论 143
5.1 同步概述 143
5.2 模拟锁相环 144
5.2.1 鉴相与鉴频的区分 144
5.2.2 鉴相器三大部件工作特性 145
5.3 载波同步 148
5.3.1 自同步法 148
5.3.2 插入导频法 154
5.4 位同步 157
5.4.1 谐振回路提取位同步 157
5.4.2 用全数字锁相环代替窄带滤波 159
5.4.3 数字滤波器提高抗噪性能 163
5.4.4 全数字集成锁相环74LS297 166
5.5 群同步 171
5.5.1 集中插入法 172
5.5.2 群同步保护 176
习题 179
第6章 现代数字调制 181
6.1 现代数字调制要解决的主要问题 181
6.2 TFM调制解调 181
6.2.1 TFM调制器设计原理 182
6.2.2 TFM的方框原理图 183
6.2.3 TFM接收机工作原理 184
6.3 高斯昀小移频键控(GMSK) 186
6.4 正交振幅调制(QAM)187
6.4.1 MQAM调制原理 187
6.4.2 QAM信号频谱特性 188
6.4.3 QAM的优缺点 189
6.4.4 QAM星座图 190
6.4.5 MQAM解调原理 192
6.5 OFDM调制 192
6.5.1 OFDM概述 192
6.5.2 OFDM系统的性能优势 195
6.5.3 OFDM系统存在的不足 196
6.5.4 OFDM应用情况 197
6.6 扩频调制 198
6.6.1 香农定理 199
6.6.2 带宽与信噪比互换 200
6.6.3 理想系统带宽和信噪比的互换规律 201
6.6.4 直接序列扩频原理 202
6.6.5 直接序列扩频系统对带内窄带干扰的抑制原理 203
6.6.6 扩频处理增益 204
6.6.7 扩频码速的确定 205
6.6.8 前置解扩方框图、波形 205
习题 208
第7章 信道编码 210
7.1 概述 210
7.2 纠错编码的基本概念 211
7.3 常用的简单编码 214
7.3.1 奇偶监督码 214
7.3.2 二维奇偶监督码 215
7.3.3 线性分组码 216
7.3.4 汉明码 220
7.4 循环码 221
7.4.1 循环码的基本原理 221
7.4.2 循环码的生成多项式 223
7.4.3 寻找(n，k)循环码生成多项式 224
7.4.4 循环码的编码和译码方法 225
7.5 CRCC码 228
7.5.1 CRCC编码 228
7.5.2 CRCC码检错原理 229
7.6 BCH码 230
7.6.1 概述 230
7.6.2 BCH码的本原多项式 231
7.6.3 BCH码的生成多项式 232
7.6.4 BCH码纠错原理 233
7.7 交织码 236
7.7.1 突发误码及其检错和纠错 236
7.7.2 交织码检纠错原理 236
7.7.3 块交织 236
7.7.4 卷积交织 237
7.8 卷积码 239
7.8.1 卷积编码的基本形式和工作原理 239
7.8.2 卷积码的译码 243
7.9 信道编译码硬件设计 244
习题 245
第8章 数字复接技术 246
8.1 频分复用(FDM) 246
8.2 时分复用(TDM) 247
8.3 PCM 30/32路典型终端设备介绍 249
8.4 PCM高次群复接 253
8.4.1 PCM高次群复接等级 253
8.4.2 数字复接原理 253
8.5 二次群码速调整 254
8.6 集成复接分接器 259
8.7 SDH复用原理 263
8.7.1 SDH优越性 263
8.7.2 STM-N帧结构 264
习题 266
第9章 配套实验简介 267
9.1 “数字通信原理与硬件设计”验证型实验 267
9.1.1 实验内容 267
9.1.2 实验特点 268
9.1.3“数字通信原理与硬件设计”验证型实验目录 268
9.2 “数字通信原理与硬件设计”扩频通信系统设计实验 271
9.2.1 设计实验概述 271
9.2.2 扩频通信发送端设计内容 271
9.2.3 扩频通信接收端设计内容 272
9.2.4 综合 272
参考文献 273