內容簡介
《數字通信技術(第三版)》是“十二五”職業教育國傢規劃教材,經全國職業教育教材審定委員會審定。該書比較全麵地介紹瞭數字通信的相關技術及其在現代通信係統中的應用,結閤職業教育課程改革實踐進行修編,注重新技術和工程實際應用。該書以信號在不同通信係統中的傳輸處理過程為主綫,共分為4章。第1章介紹數字通信係統的組成及通信網的概念。第2章以分析與測試數字基帶通信係統為實例,介紹數字基帶傳輸係統組成及工作原理。第3章以分析與測試數字頻帶傳輸係統為實例,介紹數字頻帶傳輸係統組成及工作原理。第4章主要介紹數字通信技術在現代通信係統中的應用。
《數字通信技術(第三版)》可作為高等職業學校、高等專科學校及成人高校電子信息類專業的教材,也可供相應專業的工程技術人員參考。
內頁插圖
目錄
前言
第1章 數字通信係統概述
1.1 通信係統及其特徵
1.1.1 通信係統的一般模型
1.1.2 模擬通信係統和數字通信係統
1.2 信息與信號的概念
1.2.1 基帶信號與頻帶信號
1.2.2 模擬信號與數字信號
1.3 數字通信
1.3.1 數字通信係統
1.3.2 數字通信的特點
1.3.3 數據通信
1.4 信道
1.4.1 有綫信道
1.4.2 無綫信道
1.5 通信係統的主要性能指標
1.6 通信網簡介
1.6.1 通信網的組成
1.6.2 通信網的分類
1.6.3 通信網絡的拓撲結構
1.7 現代通信技術的發展趨勢
1.7.1 現代通信技術的發展總趨勢
1.7.2 第四代移動通信技術
1.7.3 下一代網絡
1.8 實訓任務數字通信係統信道與設備的認知
1.8.1 雙絞綫、同軸電纜、光纜的認識與接頭製作
1.8.2 數字程控交換設備認識
本章小結
練習與思考題
第2章 數字基帶通信係統的分析與測試
2.1 數字終端技術
2.1.1 脈衝編碼調製
2.1.2 PCM編解碼器
2.1.3 自適應差值脈衝編碼調製
2.2 數字復接技術
2.2.1 時分復用原理
2.2.2 數字復接原理
2.2.3 準同步數字係列
2.2.4 同步數字係列
2.3 數字信號的基帶傳輸
2.3.1 數字基帶傳輸係統的基本理論
2.3.2 數字基帶信號碼型
2.3.3 眼圖
2.4 實訓任務數字基帶通信係統的分析與測試
2.4.1 語音編解碼係統分析與測試
2.4.2 l貞復接與解復接係統分析與測試
2.4.3 綫路編解碼係統分析與測試
本章小結
練習與思考題
第3章 數字頻帶傳輸係統的分析與測試
3.1 數字頻帶傳輸係統
3.1.1 數字調製
3.1.2 現代數字調製技術
3.1.3 數字調製係統的性能比較
3.1.4 調製解調器
3.2 差錯控製編碼
3.2.1 概述
3.2.2 幾種常用的檢錯碼
3.2.3 綫性分組碼
3.2.4 循環碼
3.2.5 捲積碼
3.3 通信係統的同步
3.3.1 同步的定義和分類
3.3.2 載波同步
3.3.3 位同步
3.3.4 幀同步
3.3.5 網同步
3.4 實訓任務數字頻帶傳輸係統的分析與測試
3.4.1 差錯控製編解碼電路的分析與測試
3.4.2 數字調製與解調電路的分析與測試
3.4.3 鎖相環同步電路的分析與測試
本章小結
練習與思考題
第4章 現代數字通信係統
4.1 數字移動通信係統
4.1.1 移動通信的特點
4.1.2 GSM數字蜂窩移動通信係統
4.1.3 CDMA數字蜂窩移動通信係統
4.1.4 TD-SCDMA數字移動通信係統
4.2 數字光縴通信係統
4.2.1 光縴通信概述
4.2.2 數字光縴通信係統簡介
4.2.3 光縴通信網絡
4.2.4 波分復用技術
4.3 衛星通信係統
4.3.1 衛星通信係統概述
4.3.2 衛星通信係統的組成及實例
4.3.3 衛星通信多址聯接方式
4.3.4 VSAI 衛星通信係統
4.4 數據通信與計算機網絡
4.4.1 數據通信與計算機通信
4.4.2 計算機網絡的組成
4.4.3 數據傳輸與交換技術
4.4.4 計算機網絡體係結構與協議
本章小結
練習與思考題
參考文獻
前言/序言
現代社會已經不可否認地進入瞭信息時代,作為信息時代基礎的現代通信技術也走入瞭日常生活,如通信技術名詞lP、CDMA、3G、GPRS、4G和因特網等已成瞭人們日常話題。通信技術與網絡技術已經滲透到社會的許多行業的職業崗位中,現代通信技術也成為高職高專院校學生就業必需的重要能力之一。因此數字通信技術課程是培養現代通信技術人纔的必修課。
本書較全麵地介紹瞭現代數字通信的基本原理、結構及主要技術問題,內容新穎、條理清晰、應用性強。編寫過程中力求深入淺齣、通俗易懂,避免過深的數學分析,側重概念的引齣及整個係統的組成原理。本書還與企業實踐結閤開發和編寫瞭相關實訓項目,為職業院校開展課程改革,實現“在學中做、在做中學”的工學結閤課程模式提供瞭依據。
本書內容模塊化,從通信相關職業崗位的技能要求齣發,以信號在通信係統中的傳輸處理過程為主綫,將數字通信技術原有知識進行綜閤和整理,通過4個章節進行介紹。每個章節根據不同內容設計不同類型的實訓項目,實訓項目引進現代數字通信技術的真實案例。
本書內容安排如下:
第1章數字通信係統概述。本章介紹通信係統的基本概念、通信係統基本組成、幾種常用的通信方式及通信係統的主要性能指標。本章實訓項目為:數字通信係統信道與設備的認知,實訓設備采用真實通信設備,可體會電話通信的過程,瞭解現代數字通信係統概念。
第2章數字基帶通信係統的分析與測試。本章以語音信號在數字基帶通信係統中傳輸過程為例,將現代數字通信理論知識綜閤和梳理,介紹瞭數字基帶傳輸係統組成及工作原理,包括脈衝編碼調製、時分復用原理及數字基帶信號的常用碼型等相關知識。本章實訓項目為:數字基帶通信係統的分析與測試,通過分析與測試語音信號在數字基帶通信係統中的傳輸過程,深入體會現代數字通信係統的工作原理。
第3章數字頻帶傳輸係統的分析與測試。本章以語音信號在數字頻帶通信係統中傳輸過程為例,介紹數字頻帶傳輸係統組成及工作原理,包括幾種數字調製與解調原理,各種數字調製解調方法、特點和應用,差錯控製編碼的基本原理,通信中的同步技術等相關知識。本章實訓項目為:數字頻帶傳輸係統的分析與測試。
第4章現代數字通信係統。介紹瞭四種現代數字通信係統:數字移動通信係統、數字光縴通信係統、衛星通信係統及數據通信與計算機網絡。
本書由黃一平、劉蓮青主編。第1章由黃一平、劉蓮青編寫,第2章由呂燕、黃一平編寫,第3章由呂燕、王玥玥編寫,第4章由王玥玥、姚偉編寫。本書的編寫工作得到北京信息職業技術學院領導的大力支持和幫助,在此錶示最誠摯的謝意!
由於通信技術發展迅猛,作者水平有限,加之時間倉促,書中難免有錯誤和不妥之處,敬請廣大讀者批評指正。
《數字通信原理與應用》 內容簡介 《數字通信原理與應用》是一本深度探討數字通信領域核心理論、關鍵技術及實際應用的權威著作。本書旨在為讀者構建一個全麵而係統的數字通信知識體係,從最基礎的信號與係統理論齣發,逐步深入到現代數字通信係統的各個關鍵環節,並結閤當前前沿技術與産業發展趨勢,為從事相關領域的研究、開發、工程實踐以及高等教育的專業人士提供堅實的理論基礎和實用的技術指導。 第一部分:基礎理論與信號處理 本書的開篇奠定瞭堅實的理論基礎。我們將從信息論的基本概念入手,介紹信息熵、信源編碼、信道容量等核心概念,闡述信息傳輸的理論極限,為後續的學習建立起宏觀的認識框架。 隨後,本書將深入講解信號與係統理論。這包括連續時間信號與離散時間信號的錶示與分析方法,如傅裏葉級數、傅裏葉變換、拉普拉斯變換、Z變換等,以及綫性時不變係統的時域和頻域分析。重點將放在采樣理論,闡述奈奎斯特采樣定理,並深入探討離散化過程中可能遇到的混疊現象及其解決方法,如抗混疊濾波器的設計與應用。 在此基礎上,本書將詳細闡述數字信號處理(DSP)的關鍵技術。這包括數字濾波器的設計,如FIR和IIR濾波器,以及它們的性能分析和實現方法。還將深入講解離散傅裏葉變換(DFT)及其快速算法(FFT),這是現代數字信號處理的核心工具,廣泛應用於信號分析、調製解調等環節。此外,還會涉及譜估計、自適應濾波等進階概念,為理解復雜的通信係統提供必要的數學工具。 第二部分:數字調製與解調技術 本部分是數字通信的核心內容之一,詳細闡述瞭各種數字調製解調技術的原理、特點、性能以及應用場景。 我們將首先介紹基帶傳輸的概念,包括單極性、雙極性、歸零碼等數字基帶信號的編碼方式,並分析其頻譜特性和在傳輸過程中可能遇到的問題,如碼間串擾。 接著,本書將係統地講解數字帶通調製技術。這包括: 幅移鍵控 (ASK):不同幅度的載波信號代錶不同的數字比特,我們將分析其實現原理、性能以及易受噪聲乾擾的缺點。 頻移鍵控 (FSK):不同頻率的載波信號代錶不同的數字比特,詳細闡述其在接收端的解調原理,並分析其抗噪聲性能。 相移鍵控 (PSK):不同相位的載波信號代錶不同的數字比特,重點介紹BPSK、QPSK等常用方案,分析其星座圖、功率譜密度以及性能優劣。 正交振幅調製 (QAM):將幅度調製和相位調製相結閤,顯著提高頻譜利用率,我們將深入講解不同階數QAM(如16-QAM, 64-QAM, 256-QAM)的原理、星座圖設計、性能評估以及在現代高速通信係統中的關鍵作用。 最小頻移鍵控 (MSK):作為一種恒包絡的連續相位FSK,我們將分析其優越的功率效率和良好的頻譜特性。 對於每種調製方式,本書都將從理論上推導其誤碼率(BER)性能,並與噪聲功率、信號功率等參數進行定量分析。同時,還將探討其在實際係統中的實現復雜度、功耗以及適用於的通信場景。 解調部分將與調製技術一一對應,詳細講解相乾解調、非相乾解調的原理與結構。特彆地,本書將深入分析最優接收機(最大似然檢測器)的設計思想,以及在實際係統中如何逼近最優解。 第三部分:信道編碼與糾錯技術 任何通信係統都無法避免噪聲和乾擾,信道編碼是提高通信係統可靠性的關鍵手段。本部分將係統介紹各種信道編碼技術。 我們將從糾錯的基本原理齣發,介紹海明碼等綫性分組碼,闡述其構造方法、譯碼原理以及糾錯能力。 隨後,本書將深入講解捲積碼。這包括捲積碼的生成矩陣、狀態圖、樹形圖,以及維特比(Viterbi)譯碼算法。維特比譯碼是處理捲積碼的經典算法,本書將詳細解析其工作流程和優越性。 為瞭應對更復雜的信道條件和追求更高的編碼增益,本書還將介紹更強大的糾錯碼。這包括: 裏德-所羅門碼 (RS碼):在CD/DVD、衛星通信、移動通信等領域得到廣泛應用,本書將介紹其在有限域上的代數結構,以及BCH碼和RS碼的構造與譯碼原理。 Turbo碼:作為一種迭代解碼的軟判決編碼,Turbo碼在性能上接近香農限,是3G、4G通信係統中的核心技術。本書將詳細解析其交織器、兩個捲積碼編碼器之間的信息交換機製,以及MAP(最大後驗概率)譯碼算法。 低密度奇偶校驗碼 (LDPC碼):是繼Turbo碼之後齣現的一種高性能糾錯碼,在5G通信、Wi-Fi等領域得到廣泛應用。本書將介紹LDPC碼的稀疏校驗矩陣結構,以及其譯碼算法,如消息傳遞算法(Message Passing Algorithm)。 在講解這些編碼技術的同時,本書還將強調編碼增益的概念,以及不同編碼方案在不同信道條件下的性能錶現。 第四部分:多址技術與多用戶通信 在現代通信係統中,多個用戶共享同一通信信道是普遍現象。本部分將聚焦於多址技術,解決如何高效地分配和管理通信資源。 本書將詳細闡述各種多址技術: 頻分多址 (FDMA):將總帶寬劃分為多個互不重疊的子帶,每個用戶占用一個子帶。我們將分析其原理、優缺點以及應用場景。 時分多址 (TDMA):將時間劃分為多個時隙,每個用戶在不同的時隙內發送數據。本書將探討固定分配和動態分配的TDMA方案。 碼分多址 (CDMA):利用不同用戶的擴頻碼來實現用戶隔離,具有良好的抗乾擾性和保密性。本書將深入講解擴頻技術、僞隨機碼序列,以及直接序列CDMA (DS-CDMA) 和跳頻CDMA (FH-CDMA) 的原理。 正交頻分多址 (OFDMA):是4G、5G等移動通信係統的核心技術。OFDMA在OFDM的基礎上,將每個子載波分配給不同的用戶,實現瞭更高的頻譜效率和更靈活的資源調度。本書將詳細解析OFDMA的原理、資源分配方式,以及其在提高係統吞吐量和抵抗多徑衰落方麵的優勢。 此外,本書還將探討多用戶MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技術,以及如何利用多天綫技術實現空間復用和波束成形,進一步提高係統容量和通信質量。 第五部分:現代通信係統與前沿技術 本部分將視野轉嚮現代通信係統的實際應用和發展趨勢。 我們將深入分析當前主流的移動通信係統,如4G LTE和5G NR。重點將放在這些係統的關鍵技術,包括OFDMA、大規模MIMO(Massive MIMO)、波束成形、網絡切片、邊緣計算等。本書將闡述這些技術如何協同工作,以實現高速率、低時延、海量連接的通信目標。 此外,本書還將探討無綫通信領域的一些前沿技術和發展方嚮: 軟件定義無綫電 (SDR):介紹SDR的理念、架構和實現方法,以及其在靈活性和可重構性方麵的優勢。 認知無綫電 (CR):探討CR如何通過感知和學習來動態地、智能地利用頻譜資源,以提高頻譜利用效率。 物聯網 (IoT) 通信:分析低功耗廣域網(LPWAN)技術,如LoRa、NB-IoT,以及它們在物聯網連接中的作用。 可見光通信 (VLC):介紹利用LED光源進行通信的原理和優勢,以及其在室內通信和智能照明等方麵的應用潛力。 人工智能 (AI) 在通信中的應用:探討AI技術如何應用於信道估計、調製解調、資源調度、網絡優化等通信係統的各個環節,以提升係統性能和智能化水平。 總結 《數字通信原理與應用》力求做到理論與實踐相結閤,內容涵蓋數字通信係統的完整鏈條,從基礎理論的構建,到各種核心技術的深入剖析,再到前沿技術和實際應用的探討。本書適閤於通信工程、電子信息工程、計算機科學與技術等相關專業的本科生、研究生,以及從事通信設備研發、網絡規劃與優化、係統集成等工作的工程師和技術人員。通過學習本書,讀者將能夠深刻理解數字通信的奧秘,掌握現代通信係統的設計與實現方法,並為應對未來通信技術的挑戰打下堅實的基礎。